电视制导航弹安保装置设计

清华大学2012届毕业设计说明书1 引引言1.1本本设计的的研究背背景电视制导导航空炸炸弹是空空军对地地面设施施进行攻攻击的主主要弹药药，具有有威力大大、成本本低的特特点。220世纪纪60年代代初，由由于美军军在越南南战场上上损失大大量作战战飞机，消消耗大量量常规弹弹药后，重重新开始始发展制制导炸弹弹，并成成功研制制第1代制导导炸弹，典典型的有有“宝石石路”激激光制导导炸弹，“白白星眼”电电视制导导炸弹。20世纪70年代中期，美国为提高制导炸弹的命中精度与抗干扰能力，对第一代制导炸弹加以改进，改进重点为制导系统与空气动力组件。改进后的制导炸弹采用模块化结构和一弹多头体制，可根据不同的作战对象和作战环境更换不同的导引头，同时由原来主要对付地面静止目标发展到能打击坦克、车辆等运动目标，尤其是80年代中期后，美国开始将其装备于直升机上，成为攻击地面集群装甲目标的“杀手锏”武器。90年代代以来，在在高新电电子信息息技术的的推动下下，精确确制导武武器的性性能得到到大幅度度的提高高，这集集中表现现在精度度制导、高高精度传传感器和和近实时时的数据据处理与与通信系系统三方方面。在在海湾战战争中，多多国部队队使用各各种导弹弹、制导导航弹、末末制导炮炮弹多达达五十多多种，这这标志着着能够精精确打击击目标的的武器已已经成为为现在战战争的主主要突击击力量。因因此，世世界各国国均不同同程度的的调整国国防计划划，大力力发展精精确制导导武器，力力求在未未来军事事比对中中保持绝绝对优势势1,2。1.2制制导航弹弹在国外外同类武武器发展展的现状状与趋势势美国的风风力校正正弹药布布撒器(WCMMD)是是常规弹弹药布撒撒器的改改装武器器，始研研于海湾湾战争末末期，由由洛克希希德马丁丁公司和和阿兰德德/德克萨萨斯仪器器公司改改装。WWCMDD对常规规航弹的的改装主主要是加加装尾部部组件，即即在尾部部加装惯惯性制导导系统、可可弹出活活动尾翼翼、传动动电机和和数据器器。该尾尾部组件件可实施施对航弹弹的控制制和操纵纵，使航航弹沿着着预定的的弹道飞飞行。WWCMDD力对弹弹道的影影响降至至最低，从从而提高高了高空空投弹时时的轰炸炸精度3。80年代代以来，较较大规模模的局部部战争在在不同程程度上使使用了精精确制导导武器，且且比率越越来越高高。在119911年的海海湾战争争中，精精确制导导武器的的使用量量约占总总投弹量量的8%，科索索沃战争争上升到到35%，阿富富汗战争争达到了了60%，而在在伊拉克克战争中中，美军军空袭使使用的GGPS辅辅助制导导的精确确制导弹弹药超过过了900%44,5。因此此，在各各个国家家的陆、海海、空以以及航天天等各类类武器装装备中，精精确制导导技术已已不可缺缺少。1.3电电视制导导技术的的概述电视制导导是利用用电视摄摄像机捕捕获、识识别、定定位、跟跟踪直至至摧毁目目标。电电视制导导系统工工作时从从电视图图像上可可以直接接看到目目标图像像，因而而可以可可靠的辨辨识目标标、识别别敌我，不不向外辐辐射无线线电波，不不会被敌敌方的电电子干扰扰装置所所干扰，由由于电视视的分辨辨率高，制制导精度度很高、工工作可靠靠,因此是是一种好好的末制制导技术术6。但可可见光电电视不能能在夜间间工作，不不能探测测烟雾遮遮挡的目目标。现现代的系系统中安安装了热热象仪，它它可以在在夜间工工作，对对烟雾也也有一定定的穿透透力，大大大扩展展了电视视跟踪系系统的作作用时域域7,8。可可见光跟跟踪系统统由于低低空性能能较雷达达优越，在在跟踪冷冷目标方方面较红红外优越越，特别别是在跟跟踪近距距离目标标时，具具有显示示直观，有有利于截截获和跟跟踪目标标、跟踪踪精度高高、抗电电子干扰扰性等优优点，因因而备受受青睐。1.4航航空炸弹弹引信的的结构和和要求1.4.1航空空炸弹引引信的具具体结构构现代的航航空炸弹弹一般地地讲是由由弹体、安安定器、装装药、引引信和悬悬挂装置置组成的的9,10。弹体就是是炸弹的的外壳，用用来连接接各部分分零件，装装填炸药药，并构构成炸弹弹所需要要的形状状和强度度。安定器，也也叫做尾尾翼，装装在炸弹弹的尾部部。它的的用途是是使炸弹弹投下后后能稳定定地在空空运转，也也就是说说，使炸炸弹在运运动的时时候，头头部向下下，不致致在赛中中滚转。这这样，就就能使炸炸弹沿着着一定形形状的弹弹道(炸弹运运动的轨轨迹)在空中中运动,以便准准确地命命中目标标。装药是用用来达成成炸弹的的爆炸效效果的。一一般炸弹弹装的是是爆炸药药，而在在燃烧弹弹中装燃燃烧剂，在在照明弹弹中装的的是照明明剂。引信，也也叫做信信管、雷雷管，它它是在规规定时间间内，诱诱发弹爆爆炸的装装置。一一般装在在炸弹的的头部，也也有装在在炸弹尾尾部的，或或者头部部尾部都都装的。悬挂装置置包括弹弹箍,弹钩（或或弹耳)，用来来将炸弹弹悬挂在在飞机的的炸弹架架上111,112。1.4.2航空炸炸弹引信信的一些些要求航空炸弹弹除应满满足弹药药的装药药安定性性、长储储性、构构造简单单、成本本低廉、能能大量生生产等基基本要求求外，还还应满足足如下要要求：(1)攻攻击目标标广泛性性航空炸弹弹可对敌敌前方和和后方的的指挥所所、通讯讯交通枢枢纽、飞飞机场、雷雷达、火火炮和导导弹阵地地、坦克克群、水水面舰艇艇、水下下潜艇、工工厂、经经济中心心、政治治中心、仓仓库、地地下掩蔽蔽所等任任何目标标和有生生力量进进行广泛泛性摧毁毁性打击击。（2）与与载机具具有良好好的相容容性航空炸弹弹的品种种、型号号应该广广泛适用用于强击击机、轰轰炸机和和歼击轰轰炸机挂挂载炸弹弹的需求求，具有有作战和和训练使使用的灵灵活性。（3）载载机安全全，弹道道稳定必须保证证挂载飞飞行、投投弹时载载机的安安全性炸炸弹在下下落过程程中的稳稳定性是是十分重重要的，如果炸弹落下时不稳定，炸弹碰击地面时将出现不稳定力矩，严重降低炸弹的侵彻能力，同时使跳弹的可能性增大，危及载机安全。另一方面，弹道不稳将会造成较大的散布。1.5 发展展前景为了适应应现代作作战的需需要，航航空炸弹弹越来越越多地采采用小动动力或滑滑翔技术术，以增增大战术术空间；采用低低空炸弹弹，以提提高突防防效果；采用各各种制导导方式，以以提高直直接命中中精度和和全天候候作战能能力；采采用高能能炸药，以以提高杀杀伤威力力等。从提提高航弹弹威力的的角度看看，继续续研制先先进的炸炸药技术术，例如如分子间间炸药，能能有效提提高航弹弹的杀伤伤力。电电磁炸弹弹等新体体制的航航弹也是是重要的的发展方方向。常常规电磁磁炸弹已已在伊拉拉克参与与了实战战。这种种炸弹多多数采用用爆炸磁磁压缩发发生器（）原理理：炸药药爆炸的的能量作作用于金金属爆炸炸管，迅迅速压缩缩磁通量量，从而而将爆炸炸化学能能转化为为电磁能能，获得得高功率率电流脉脉冲，杀杀伤敌方方的电子子设备。另另一个方方向是光光杀伤航航弹，利利用爆炸炸化学能能产生巨巨大的光光脉冲，干干扰、杀杀伤战场场上大量量的光学学设备。从从结构上上看，“模块化化”将成为为新一代代航弹的的重要特特点，装装药、弹弹翼、引引信等可可以快速速拆装组组合，适适应各种种用途。对于现役航弹来说，配上制导模块，能够快速的组合成不同用途、不同制导体制的空地武器。而许多作战场合也需要这一“低技术武器”，例如较大的面目标（电厂、车站、码头等）还得用大量航弹方能有效毁伤。可以肯定，尽管制导武器已经成为空地武器的主流，但航空炸弹仍有着强大的生命力，仍值得我们予以充分重视。1.6航航弹引信信的设计计查相关资资料得知知安全系系统有保保险机构构、保险线线路和隔隔离机构构组成，用于保证战斗部进入目标区前引信的安全。隔离机构将雷管与下二级传爆元件隔离开来的引信，称为全保险型引信。引信安全系统必须有两个独立的保险件，其中每个保险件都必须能防止意外解除保险，而解除两个保险件的力必须从不同的环境获得，成为双环境力全保险型引信。电视制导航弹是非旋转弹，在具体的结构设计上，在此航弹引信中可以使用的是弹簧滑块隔爆机构，即由弹簧推动滑块作平移运动的隔爆机构，当航弹飞行了一定距离后隔爆机构解除保险后转动，使雷管与爆炸序列对正引信处于待发状态一三,14。电视制导航弹可利用的环境力很少，在任务书中给出的拔脱力约200N，另一环境力来源于空气阻力，它是一种取之不竭的能源，为了能更好的利用它，在航弹引信上可设置一外露旋翼机构，便可实现双环境力的全保险结构一五,16。1.7本本设计的研研究内容容或解决决的问题题（1）电电视制导导航空炸炸弹是空空军对地地面设施施进行攻攻击的主主要弹药药，具有有威力大大、成本本低的特特点。本本课题要要求对电电视制导导航空炸炸弹引信信安保装装置进行行设计。设设计引信信为全保保险型引引信，有有双环境境力保险险机构。（2）根根据设计计航弹的的相关要要求，合合理选择择出符合合电视制制导航空空炸弹引引信的隔隔爆机构构的适用用类型，还还有选出出或创造造出除拔拔脱力外外的另一一环境力力，使航航空炸弹弹处在爆爆炸前于于安全状状态，并并且能够够是时引引爆。1.8本本课题拟拟采用的的研究手手段1采用用弹簧滑块块隔爆机机构，保保证隔爆爆安全性性，从而而实现全全保险型型要求。2利用用飞行时时空气阻阻力和自自身的重重量，作作为解除除保险的的能源，保险机构采用的是空气动力保险机构，在航弹外设计一旋翼机构，与内置的二级减速轮系机构一起实现冗余保险。3采用用二级减速速轮系机机构来实实现延期期解除保保险功能能。2 航航弹简介介和航弹弹引信的基基本理论论2.1 航弹弹炸弹的的一般形形状22 引信信221 引信的的定义“引信是是利用目目标信息息和环境境信息,或按照照事先设设定的条条件，在在保证弹弹药平时时和发射射时安全全的前提提下，对对弹药实实施起爆爆控制，点点火控制制及姿态态控制的的装置。”从引信的上述定义，可以看出现代引信的三大特征：引信纯粹用于军事目的；引信是一个信息与控制系统；引信药在预定条件下实现其功能，这些预定条件的本质就是“最优”。222 引信的的功能一般来说说，现代代引信应应具有三三个功能能：1. 在在引信生生产装配配、运输输、贮存存、装填填、发射射、以及及发射后后在弹道道起始段段上，不不能提前前作用，以以确保我我方人员员安全；2. 感感受目标标的信息息并加以以处理，确确定战斗斗部相对对于目标标的最佳佳起爆位位置；3. 向向战斗部部输出能能量足够够的起爆爆信息，完完全的引引爆战斗斗部117。223 引信的的组成引信作为为一个信信息系统统，它的的入口至至少有三三个，即即发火控控制系统统、安全全系统和和能源装装置。发发火控制制系统是是引信最最重要的的功能系系统，它它保证引引信在遇遇到不同同的目标标，在不不同的弹弹目交会会条件下下，在适适当的位位置起爆爆弹药。它它不仅可可以感受受目标及及背景信信息（触触发、近近炸、周周炸引信信），还还可以感感受火控控系统的的信息（时时间引信信），发发射及飞飞行环境境信息（计计路程引引信、自自适应调调整时间间引信），指指令信息息（指令令引信）和和制导系系统的信信息（特特别是近近炸引信信）。安安全系统统是引信信必不可可少的另另一重要要组成部部分，它它的基本本功能是是保证引引信勤务务处理时时、发射射时以及及在弹道道上要求求的安全全距离之之内的安安全性，而而超过此此距离必必须解除除保险，使使引信转转为待发发状态。它它不仅可可以感受受环境（特特别是发发射、飞飞行环境境）信息息，还可可以感受受制导系系统的信信息（目目标基安安全系统统）和指指令信息息（导致致绝火或或自毁）。能能源装置置可以利利用内储储能，靠靠感受环环境信息息而激励励，也可可以利用用环境能能，依靠靠环境能能的转换换而工作作，还可可以直接接利用弹弹上能源源。224 引信的的作用过过程引信作用用过程是是指引信信从发射射开始到到引爆战战斗部主主装药的的全过程程。引信信在勤务务处理时时的安全全状态，一一般来说说就是出出厂时的的装配状状态，即即保险状状态。战战斗部发发射或投投放后，引引信利用用一定的的环境能能源或自自带的能能源完成成发火前前预定的的一系列列动作而而处于这这样一种种状态：一旦接接受目标标直接传传给或由由感应的的来的起起爆信息息，或从从外部得得到起爆爆指令，或或达到预预先装订订的时间间就能发发火，这这种状态态称为待待发状态态，又称称待爆状状态。从从引信的的功能和和定义的的分析可可知，引引信的作作用过程程主要包包括解除除保险、发发火控制制过程和和引爆过过程。引引信首先先由保险险状态向向待发状状态的过过渡过程程，称为为解除保保险过程程。已进进入待发发状态的的引信，从从获取目目标信息息开始到到输出火火焰或爆爆轰能的的过程称称为发火火控制过过程。将将火焰或或爆轰能能逐级放放大，最最后输出出一个足足够强的的爆轰能能使战斗斗部主装装药完全全爆炸，次次过程称称为引爆爆过程一八。225 引信的的要求a.引信信安全性性是引信信在生产产、勤务务处理、装装填、发发射直至至延期解解除保险险的各种种环境中中，在规规定条件件下不解解除保险险和爆炸炸的性能能。 b.引引信可靠靠性是引引信在规规定条件件下和规规定时间间内完成成规定功功能的能能力。起起规定条条件包括括引信在在生产、勤勤务处理理和使用用过程中中所经受受的各种种环境条条件。其其规定时时间包括括从成品品检验、勤勤务处理理、使用用，一直直到正常常作用所所经历的的时间。其其规定功功能包括括安全性性、解除除保险可可靠性、引引爆（燃燃）的适适时性和和完全性性、抗干干扰性等等性能。 c.引引信使用用性是在在勤务处处理和使使用过程程中，安安装检测测及装定定引信时时的可操操作性，以以及操作作的可靠靠性、快快速性，准准确性等等综合性性能。除此之外外，引信信还的具具备引战战配合性性、环境境适应性性、抗干干扰性、标标准化、经经济性、长长期储存存稳定性性19。2.3 航空空炸弹的的一般规规格我们常常把航空空炸弹的的重量作作最基本本的分类类标准，例例如美国国航弹通通常分为为磅、磅磅、磅、磅等不不同级别别。磅磅等于千克克，我们们常在新新闻报道道中看到到千克炸炸弹等带带零头的的数字，就就是英制制重量单单位换算算为公制制单位所所造成的的。采用用公制的的国家，其其航弹多多数分为为千千克、千千克、千千克、千千克等规规格。但但航弹实实际重量量总是与与其规格格并不相相等，而而且在储储存状态态时因不不装引信信、弹箍箍等部件件，重量量又有少少许变化化。例如如，我国国型型航弹实实重千克克，型航弹弹实重千千克。一一般来说说，千克克级别航航弹长到米之之间，直直径到不等等，同样样随引信信、弹箍箍等部件件的拆装装而发生生变化。特特殊航弹弹则一般般不归入入特定规规格级别别，例如如美国有有千克克的“滚球”超大型型炸弹，以以及近期期研制的的吨吨级“炸弹之之母”。我国国也有重重达吨吨的型航航弹，刚刚好能装装在轰的弹弹舱里，并并曾随轰轰出出口国外外。2.4 航空空炸弹有有多种分分类方法法按圆径分分为小圆圆径炸弹弹、中圆圆径炸弹弹和大圆圆径炸弹弹。所谓谓炸弹的的圆径是是化成简简单整数数后以kkg 计计的炸弹弹质量（名名义质量量）。中中国和前前苏联有有0.55、1、2.55、5、10、一一五、225、50、1000、2500、5000、10000、一一五000、50000、90000kgg 等圆圆径系列列。我国国通常将将1000kg 以下的的叫小圆圆径炸弹弹，将22505000kg 的叫中中圆径炸炸弹；将将10000kgg 以上上的称为为大圆径径炸弹。我我国圆径径最小的的炸弹是是1kgg，最大大圆径炸炸弹是330000kg，美美国库存存最大圆圆径炸弹弹重为220 吨吨。按用途可可分为三三类：按按照用途途可分为为主用航航空炸弹弹、辅助助炸弹和和特种炸炸弹。主用航航空炸弹弹是直接接摧毁或或杀伤目目标的航航空炸弹弹，包括括爆破、杀杀伤、杀杀伤爆破破、穿甲甲、半穿穿甲（反反跑道炸炸弹）、反反坦克、燃燃烧、爆爆破燃烧烧、航空空燃料空空气炸弹弹等。还还包括核核炸弹。辅助炸弹是在轰炸和航行过程中起辅助作用的航空炸弹，包括航空训练炸弹和航空标志炸弹等。特种炸弹是用来完成特定任务的航空炸弹,包括航空照相炸弹、航空照明炸弹、烟幕炸弹、宣传炸弹等。按照所受空气阻力高低分为高阻炸弹和低阻炸弹。高阻炸弹的特点是外形短粗，长细比小，流线型差，空气阻力系数大，只适用于跨音速以下的飞机内挂使用。低阻炸弹的外形细长，长细比大，流线型好，阻力系数小，适用于高速飞机外挂使用。按炸弹使用高度可分为中、高空炸弹和低空炸弹，中、高空炸弹没有减速装置，低空炸弹有减速装置。按装药可分为两类：常规航弹和核弹，常规航弹采用普通装药，如燃烧炸弹、穿甲炸弹、杀伤炸弹等;核弹采用核装药，如原子弹、氢弹。按照有无制导装置可分为非制导炸弹和制导炸弹两类。非制导炸弹，即普通炸弹,是指从载机投放的靠惯性自由下落或依靠火箭增程的炸弹，此类炸弹命中概率低。制导炸弹是指载机投放后，利用制导装置能自动导向目标的炸弹，命中精度高，比普通炸弹命中精度提高了上百倍。目前已装备部队使用的制导炸弹制导方式主要有激光制导炸弹、电视制导炸弹、红外制导炸弹和雷达波制导炸弹等。2.5 航空空炸弹引引信的战战术技术术指标分分析2.5.1 安全可可靠性要要求航空炸弹弹引信安安全可靠靠性要求求，一般般应包括括：a) 勤务处理理安全引信在由由于出厂厂到载机机起飞前前的运输输、贮存存、装定定及挂弹弹等勤务务处理过过程中不得解除除保险和和发火。b) 载机飞机机安全性性引信在挂挂弹后，在在载机飞飞行过程程中以及及带弹着着陆时不不得解除除保险和和发火。c) 投弹安全全性和弹弹道安全全性引信在载载机投弹弹时和在在规定的的弹道距距离（或或保险时时间）内内，不得得解除保保险，而而在解除除保险后后不应发发生弹道道早炸。d) 引信投弹弹的安全全性引信在载载机作应应急不爆爆炸投弹弹时不应应解除保保险和爆爆炸。2.5.2 作用可可靠性要要求航空炸弹弹引信作作用可靠靠性要求求，一般般应包括括：a) 解除保险险可靠性性投弹后，引引信应在在所要求求的时间间（或距距离）内内可靠解解除保险险，适时时处于待待发状态态。b) 故障保险险安全性性在弹道上上当炸弹弹的减速速装置失失效时，引引信不应应解除保保险。c) 对目标作作用可靠靠性在投弹后后，引信信应按所所规定的的条件适适时发火火或爆炸炸，并且且应爆发发完全。2.5.3 使用性性要求航空炸弹弹引信使使用性要要求，一一般应包包括：a) 环境适应应性引信在规规定的环环境条件件下（如如温度、湿湿度、盐盐度、霉霉菌及电电场、磁磁场等）应应能正常常作用。b) 操作使用用性引信在本本身装定定及往弹弹上安装装时，要要求操作作简单可可靠，在在撤销战战斗任务务时，应应能较容容易地由由战备状状态恢复复到平时时保险状状态。c) 贮存性能能引信在规规定的长长贮存内内，不应应产生影影响性能能的锈蚀蚀、发霉霉或变形形等，在在战时应应能满足足使用要要求。3 设设计主要要技术指指标及分分析3.1 主要要技术指指标3.1.1 引信类类型全保保险型引引信3.1.2 延期解解除保险险距离 1100mm3.1.3 具有冗冗余保险险机构3.1.4 具有延延期解除除保险机机构3.2 技术术指标分分析第1.11项安全全性指标标是非常常重要的的，它要要求引信信除全面面满足GGJB3373AA-977引信信安全性性设计准准则的的要求。但但因该弹弹发射初初速低、非非旋转，冗冗余保险险不易实实现。经经过调查查研究与与分析得得出的结结论是，要要想在该该航弹引信信上达到到第1.1项指指标，设设计有一一定的难难度。第1.22项是关关于该引引信延期期保险机机构的要要求，要要求航弹弹下落时时的保险险距离大大于1000m，按按弹丸速速度1000m/秒计算算，出枪枪口0.5秒后后解除保保险，时时间散布布范围大大，对延延期解除除保险机机构的性性能要求求比较低低，因此此延期保保险机构构的设计计难度不不是很大大。经对战术术技术指指标和有有关要求求的初步步分析，该该引信的的设计需需主要解解决以下下关键技术220：1.双环环境力保保险功能能的实现现：该弹发射射初速低低、非旋旋转，能能够利用用的环境境能源较较少，因因此要实实现双环环境力保保险功能能存在一一定的难难度221。2.航弹弹下落保保险距离离的实现现：航弹从飞飞机上释释放时，下下落一段段距离，旋旋翼转到到一定的的转速再再解除保保险，这这段距离离为保险险安全距距离，由由于引信信受体积积和重量量的考虑虑，本设设计中的的引信应应采用机机械引信信，相对对于机械械引信，该该引信所所要求的的保险距距离精度度较高22。3.航弹弹引信的的延时保险险机构的的实现:由于设计计的该航航弹引信信具有延延时的作作用，而而实现此此作用的的机构是是利用二二级减速速轮系之之间的传传动来实实现的，设设计二级级减速轮轮系是机机械设计计中轮系系的范畴畴，比较较容易实实现设计计。33 技术术方案的的分析和和选择根据对战战术技术术指标和和作战使使用性能能的分析析，及战战斗部对对引信提提出的技技术要求求，经过过充分论论证，认认为由于于引信设设计空间间较小，弹弹丸为非非旋转弹弹，因此此所能利利用的环环境能源源较少，该该引信设设计存在在较大的的难度23。为满满足全弹弹总体和和使用要要求，必必需要充充分利用用环境能能源和有有限的的的空间，并并对国内内外航弹进行行了研究究，充分分吸取有有益的结结构设计计，并结结合现代代引信技技术设计计了该引引信的技技术方案案。常规规的引信一一般分为为机械引引信、机机电引信信和电子子引信三三大类，采采用技术术成熟的的机械引引信，是是现实可可行的，并并可有效效缩短研研制时间间，其具具有较高高的性价价比222。为确保有有利炸高高，缩短短全弹长长，将引引信设计计为弹头头引信，采采用成型型传爆管管技术，实实现弹头头触发、弹弹底起爆爆，满足足杀伤的的要求，并并要求具具有较高高的瞬发发度和较较强的环环境适应应性。可可利用飞飞行时空空气阻力力，作为为解除保保险的能能源，实实现冗余余保险。采采用二级级减速轮系系机构来来实现延延期保险险解除保保险功能能，采用用滑块隔隔爆机构构，保证证隔爆安安全性。根据以上上分析，所所设计的的引信总总体结构构框图见见图3.1 传爆序列瞬发触发机构保护帽部件延期解除保险机构空气动力保险机构隔爆机构图3.11 引引信总体体结构框框图4 主主要机构构的选择择与设计计4.1 空气气动力保保险机构构选择与与简单计计算气体动力力保险机机构可分分为空气气动力保保险机构构和燃气气动力保保险机构构。空气气动力保保险结构构还可分分为活塞塞式空气气动力保保险机构构、旋翼翼式和涡涡轮式空空气动力力保险机机构。对对于航空空炸弹，设设计所适适用的是是旋翼式式空气动动力保险险机构，旋翼式空气动力保险机构是利用弹丸飞行中迎面气流的作用使旋翼旋转而接触保险的机构。它只适用于亚音速飞行的引信，通常用于航弹引信或火箭弹引信。旋翼式空空气动力力保险机机构，可可分为旋旋翼螺杆杆式与旋旋翼离销销式两种种结构形形式，下下图是其其结构图图：换离心销销为离心心板时，可可构成另另一种结结构形式式，见图图4-33：该种保险险结构的的设计，主主要是旋旋翼的设设计，使使其满足足可靠启启动与可可靠解除除保险条条件。对对旋翼螺螺杆式，平平时安全全多由，运运输保险险机构保保证，只只需验算算可靠解解除保险险条件。对对旋翼离离心销式式尚须验验算平时时安全性性，其方方法与一一般离心心保险机机构相同同。旋翼保险险机构的的可靠启启动保险险条件的的表达式式为：MtMMf式中Mtt-整个个旋翼的的旋转力力矩（NN.S）；Mf-整个旋旋翼的摩摩擦力矩矩（N.S）。可靠解除除保险条条件（仅仅对离心心销式）的的表达式式为wmaxx(44/3 3/2)wwb式中wmmax- 旋旋翼的最最大角速速度(rrad/s);wb- 保险险结构解解脱时旋旋翼的角角速度(radd/s)。旋翼螺杆杆式只须须其转角角1=22*Nbb(Nbb解除保保险需要要的转数数)时，即即可解脱脱。达到到1的时间间在安全全距离之之外即可可。国内外非非旋转弹弹引信的的常用后后坐保险险机构的的形式按按关键零零件的种种类可分分为钢珠珠式后坐坐保险机机构（如如4.11图）和和卡板式式后坐保保险机构构（如图图4.22）等，按按运动形形式的不不同，可可分为制制动式后后坐保险险机构（如如图4.3）以以及单、双双自由度度后坐保保险机构构（如图图4.44）等224。图4.11 钢珠珠式后坐坐保险机机构图4.22 连环环卡板式式后坐保保险机构构图4.33 制动动式后坐坐保险机机构图4.44 曲折折槽后坐坐保险机机构表4.11 常常用后坐坐保险机机构性能能比较保险形式式连环卡板板式制动式单自由度度曲折槽环境适应应性能适应低膛膛压可适应低低膛压高膛压可适应低低膛压结构复杂杂性复杂复杂简单较复杂主要特点点环境适应应性好可提供延延期保险险简单可靠靠环境适应应性能好好占用体积积大大小较大存在问题题零件多，系系统复杂杂体积大环境适应应性较差差零件多，系系统较复复杂保险机构构是为了了防止引引信的发发火机构构、隔爆爆机构和和其它机机构在勤勤务处理理和发射射过程中中发生意意外作用用，在预预定条件件下才解解除保险险的各种种装机构构。保险机构构是引信信安全系系统中的的重要组组成部分分，它具具有对环环境信息息的识别别和转化化功能，以以及对引引信安全全系统状状态的转转换与控控制功能能。因此此，保险险机构不不仅是引引信安全全系统的的环境信信息识别别器和处处理器，而而且还是是引信安安全系统统状态的的转换器器和控制制器。因为k11值足够够大，采采用单自自由度后后坐保险险机构足足将跌落落冲击与与发射后后坐冲击击区分，因因此在本本设计中中选用了了如图44.5所所示的单单自由度度后坐保保险机构构255。 4.5 单单自由度度后坐保保险机构构4.2 延期期解除保保险机构构的选择择在安全距距离外才才使引信信解除保保险的机机构，称称为延期期解除保保险机构构。延期期解除保保险机构构也具有有保险和和解除保保险的两两个功能能，故延延期解除除保险机机构也是是保险机机构。平平时和发发射后它它应保证证引信中中被保险险零件处处于被控控制的保保险状态态，当弹弹丸飞到到安全距距离外时时，立即即释放被被保险零零件，使使其由保保险状态态迅速变变为待发发状态。目前机械械着发引引信上常常用的延延期保险险机构有有；I. 火药式；II. 保险带式式；III. 气（流）体体阻尼式式、准流流体式；IV. 易熔合金金式；V. 无返回力力矩调速速器式；VI. 差动或多多付传动动减速轮轮系式等等。各种延期期保险机机构的性性能比较较如表44.2。表4.22 各种种延期保保险机构构的性能能比较类型IIIIIIIVVVI安全性差较好好好好好保险时间间散布大偏短散布大偏短设计决定定设计决定定长贮性不好好好欠佳好好结构与成成本结构简单单、成本本低结构简单单、成本本低结构简单单、成本本低结构简单单、成本本低复杂、成成本高较为复杂杂适应初速速高高航弹属于于低速非非旋转弹弹，不能能采用保保险带式式和易熔熔合金式式延期保保险机构构，火药药式结构构安全性性差，时时间散布布大，并并且长贮贮性不好好，也不不能采用用气流体体阻尼式式和准流流体式时时间散布布大，应应用于本本项目有有困难。而而无返回回力矩调调速器式式延期保保险机构构与差动动或行星星减速轮轮系式机机构相比比较，无无返回力力矩调速速器结构构过于复复杂，占占用尺寸寸过大。因因此本方方案采用用减速轮轮系作为为延期保保险机构构。国内内外引信信采用减减速轮系系作为延延期保险险机构的的代表引引信有我我国的即即系列和和美国的的一弹尾尾引信。延期保险险机构的的结构框框图如图图4.66，结构构见如图图4.77。以迎迎面气流流的压力力作为解解除保险险的能源源，可实实现延期期解除保保险功能能，该机机构同时时提供冗冗余保险险，它与与第二环环境保险险相结合合，使在在整个延延期解保保险距离离内第二二环境保保险一直直约束着着滑块，一一旦第二二环境保保险解除除对滑块块的保险险，滑块块就很快快完成转转正动作作，滑块块具有“锐锐启动”的的特性，可可以确保保在安全全距离内内维持有有较高的的隔爆度度水平。并并且采用用加工参参数和装装配参数数来控制制延期解解除保险险的实际际距离，既既可以通通过调整整齿轮轮系系的齿数数改变速速比，从从而改变变延期解解除保险险距离，又又可以改改变击针针插入滑滑块的深深度，通通过改变变解除保保险所需需的涡轮轮转数来来改变保保险距离离266，使使得对引引信实际际延期解解除保险险距离的的调整非非常简单单。 旋翼击针保险传动轮 4.66 延期期保险机机构结构构框图 A. 外观 BB. 轮轮系图4.77 延期期保险机机构4.3 瞬发发触发机机构的设设计靠引信发发火机构构中的击击发体直直接碰击击目标而而工作的的发火机机构，称称为瞬发发发火机机构。应应用最多多的是针针刺式发发火机构构，是触触发发火火机构中中的一种种。瞬发发火火机构具具有高灵灵敏度和和高瞬发发度两大大特点。它它有两种种结构，一一种击针针杆外露露，一般般都设计计有中间间保险弹弹簧，在在击针碰碰击目标标后，会会损耗一一部分戳戳击能量量，从而而导致机机构的瞬瞬发灵敏敏度和引引信瞬发发度降低低，且因因击针为为活动件件，不易易密封；另一种种引信又又盖箔包包住，击击针不外外露，可可以不设设置中间间保险弹弹簧，且且盖箔很很薄，能能量损耗耗少，不不仅提高高了机构构的瞬发发灵敏度度而且还还有利于于引信密密封。航弹初速速低，为为保证碰碰目标时时其瞬发发度与大大着角发发火的可可靠性指指标，必必须在机机构上采采取特殊殊措施。常常用触发发机构如如图4.8所示示，在约约米秒的的着速下下，这种种发火机机构瞬发发度达到到设计要要求将比比较困难难，因此此本方案案不予考考虑这种种机构。在在前苏联联的苏一一引信和和我国的的引信中中，采用用了如图图4.99的高性性能瞬发发触发机机构，该该机构的的结构复复杂，质质量较大大，而在在本设计计中，引引信质量量要求较较轻，而而且苏一一引信触触发机构构必须装装在弹头头，而由由上文所所述，延延期保险险机构采采用迎面面气压驱驱动，因因此不能能采用该该机构作作为本设设计引信信的瞬发发机构。图4.88 常用用触发机机构图4.99 DRRS877触发机机构图4.110 瞬瞬发机构构基于以上上认识，本本方案所所设计的的瞬发机机构如图图4.110所示示。该机机构的特特点是碰碰目标时时，头部部的整流流罩作为为一个运运动部件件与涡轮轮保险机机构一起起下行，而而不是作作为需要要损耗能能量的薄薄弱环节节，因此此，碰目目标时瞬瞬发度与与大着角角发火的的可靠性性指标均均有较大大的提高高。整流流罩与引引信体分分体的设设计使触触发机构构增加了了一个导导向带，提提高了引引信的作作用可靠靠性。4.4 隔爆爆机构解除保险险前将爆爆炸序列列中的一一个爆炸炸元件与与下二级级爆炸元元件相隔隔离，一一隔断爆爆炸序列列的爆炸炸传递，解解除保险险后能可可靠传递递爆炸的的机构，称称为隔爆爆机构。所所以，隔隔爆机构构的基本本功能是是在引信信处于保保险状态态时能可可靠隔爆爆，在预预定条件件下又能能可靠解解除隔爆爆，并能能满足起起爆完全全要求。凡装有敏敏感起爆爆元件的的引信均均应设置置隔爆机机构，以以防起爆爆元件提提前作用用所带来来的危害害。要求求隔爆机机构在勤勤务处理理过程中中处于隔隔爆状态态，待解解除保险险后，使使隔爆件件运动到到解除隔隔爆状态态。隔爆机构构有水平平转子式式、直转转子式、转转子式以以及滑块块式等，在在本设计计中，采采用了弹弹簧滑块块隔爆机机构227。由由弹簧或或离心力力推动滑滑块平衣衣移动运运动的隔隔爆机构构，称为为滑块隔隔爆机构构，如图图4.111。图4.111 弹弹簧滑块块隔爆机机构如图4.11，击针的故故障卡子子将其挡挡住，假假如空气气动力保保险先于于拔脱保险险而解除除保险，此此时转子子与故障障卡子形形成互锁锁，使拔拔脱保险险永远不不能解除除，引信信处于绝绝火状态态。因此此，该引引信只有有在正常常的解除除保险逻逻辑时序序先后坐坐后弹道道飞行下下才能解解除保险险，提高高了引信信的保险险系数。滑块隔爆爆机构的的可靠性性，主要要取决于于雷管药药量、雷雷管外壁壁至导爆爆药边的的距离、隔隔板厚度度、导爆爆药孔底底隔板的的厚度、隔隔板材料料及装药药方式等等。4.5 传爆爆序列引信爆炸炸序列是是指爆炸炸元件按按敏感度度递减、度度递增的的顺序排排列的序序列。它它的功能能是把一一个小的的冲量有有控制地地放大到到足以起起爆弹药药主装药药的能量量。传爆爆序列最最后二级爆炸元元件输出出的是爆爆轰冲量量，一般般有火帽帽（或电电点火头头、电点点火管）、雷雷管、导导爆管（或或导爆药药柱）、传传爆管（或或导爆药药柱）等等组成。传爆序列列的选择择在很大大程度上上影响着着引信的的结构，根根据弹所所要实现现的功能能及引信信的结构构，为保保证弹的的杀伤威威力，采采用的传传爆序列列利用爆爆炸产生生的飞片片动能，实实现弹头头触发、弹弹底起爆爆的传爆爆序列方方式。它它可使引引信具有有高的瞬瞬发度和和有利的的炸高，又又不占用用弹的装装药空间间。采用用该传爆爆序列可可有效解解决“全全弹重量量长度”与与弹的多多功能威威力的问问题，以以实现新新一代枪枪榴弹的的多功能能、小型型化。通过以上上对各主主要机构构的选择择与设计计，引信信总体结结构图见见图4.1228。（为为了保证证引信平平时勤务务处理时时的安全全性和密密封，平平时在引引信头部部安装一一保护帽帽部件，在在发射时时，保护护帽部件件需摘除除。） 4.112 引引信结构构图5 构构造与作作用原理理5.1 构造造与作用用该引信结结构如图图4.112所示示。5.1.1 引信构构造引信主要要由引信信体部件件、保护护帽部件件、机芯芯部件包包括隔离离机构和和延期解解除保险险机构）及及底螺部部件、整整流罩等等零部件件组成。5.1.1.11 引引信的保保护帽部部件在贮贮存及勤勤务处理理过程中中起密封封、保护护引信头头部及防防止祸轮轮转动的的作用，发发射前需需摘除。5.1.1.22 该该引信具具有瞬发发触发和和惯性触触发功能能，由整整流罩和和延期解解除保险险机构构构成瞬发发触发机机构，实实现瞬发发触发由由隔离机机构的惯惯性前冲冲实现。5.1.一三该引引信以发发射时的的直线惯惯性力和和飞行时时的迎面面气流压压力作为为解除保保险的能能源，满满足冗余余保险的的要求；利用旋旋翼二级减速速轮系机机构来实实现延期期解除保保险，延延期保险险与第二二环境力力保险相相结合，能能可靠满满足保险险距离大大于50m的要要求。5.1.1.44 隔隔爆机构构为滑块块式，适适合非旋旋转弹引引信229。5.1.一五引信信的传爆爆序列为为雷管一一导爆管管传爆管管弹的接接力药柱柱，可实实现弹头头触发、弹弹底起爆爆，满足足弹的最最大杀伤伤要求。5.1.2 作用原原理勤务时，保保险件后后坐筒部部件和击击针锁定定滑块，使使雷管处处于隔离离位置。保险叉把旋翼与惯性体连接，使旋翼固定起来，防止旋翼旋转造成不必要的事故。发射前，去去掉保护护帽。发发射时，由于航弹自身的重量比较重，会在重力的作用下产生拔脱力解除第一道保险；弹道中，在迎面气流的作用下，旋翼带动二级减速轮系旋转，使击针缓慢地从滑块中拔出，在距枪口50m以后处释放滑块，滑块在滑块弹簧的作用下使雷管与击针对正，引信处于待发状态。弹道簧确保引信在弹道中安全。碰目标时时，整流流罩在目目标反力力的作用用下，克克服弹道道簧抗力力，压触触发机构构下行，同同时，隔隔离机构构在惯性性力的作作用下前前冲，使使击针刺刺雷管发发火，通通过传爆爆序列引引爆弹丸丸。5.2 结构构、性能能特点5.2.1 具有自自动定距距功能，适适应范围围广该引信保保险距离离的变化化受弹初初速的影影响较小小，当弹弹初速较较大时，旋翼旋转速度较快，击针拔出时较短，当弹初速较小时，旋翼旋转速度较慢，击针拔出时较长。因此它适应初速变化范围较大。另外，可采用加工参数和装配参数来控制延期解除保险的实际距离，使得对引信实际延期解除保险距离的调整非常简单。5.2.2 安全性性高由于第二二环境力力保险与与延期解解除保险险相结合合，隔爆爆机构具具有“锐锐启动”特特性，确确保了在在安全距距离内维维持有较较高的隔隔爆度水水平227。5.2.3 具有较较高的瞬瞬发度和和大着角角作用可可靠性因引信旋旋翼凸出出于引信信体之外外，构成成了外露露式触发发机构，特特别是采采用了外外加分体体式整流流罩的结结构设计计，可有有效提高高引信的的瞬发度度和大着着角作用用可靠性性。5.2.4 环境适适应性好好由于该引引信设有有防风防防尘装置置，在风风沙环境境下，该该武器系系统能够够正常使使用，扩扩大了武武器系统统的使用用环境范范围。5.2.5 功能集集中，简简化了结结构引信头部部机构具具有延期期解除保保险、触触发、第第二环境境力保险险功能及及良好的的环境适适应性等等。6 主主要机构构的设计计计算6.1 旋翼翼的相关关设计和和验算空气动力力保险机机构活塞塞式空气气动力保保险机构构、旋翼翼式和涡涡轮式空空气动力力保险机机构。旋旋翼式空空气动力力保险机机构是利利用弹丸丸飞行中中迎面气气流的作作用使旋旋翼旋转转而接触触保险的的机构。它只适用于亚音速飞行的引信，通常用于航弹引信或火箭弹引信。表6.11 几几种常用用旋翼几几何参数数旋翼参数数产品名称称航引-44航引-88航引-一一三航引-117叶片形状状片状片状片状圆球状旋翼最大大外形尺尺寸mmm7010010080叶片数8444叶片工作作面积mmm220722503.5225一五7叶片到转转轴平均均半径mmm3536.77552.5530叶片对弹弹轴的倾倾角50。45。30。0。叶片对弹弹轴的倾倾角越大大，旋翼翼旋转的的速度也也就越大大，暂且且我们就就研究航航引-44的旋翼翼机构是是否满足足解除保保险的要要求。翼翼片结构构如下图图所示：图6.11根据空气气动力学学原理推推导出投投弹瞬间间风翼启启动力矩矩公式:Mt=nnrsv2CL/2风翼启动动时静摩摩擦力矩矩公式:Mf=(nsv2CD/2+1.22SOv2/2)rf式中n旋翼叶片片数;r翼面面几何中中心到转转轴的距距离;s翼片片面积;空气气密度;SO风风翼中央央部份面面积; v投投弹瞬间间速度;CL实实验确定定的升力力系数;CD实实验确定定的阻力力系数;r摩摩擦半径径;f摩擦擦系数。设计航弹弹引信的的相关参参数，确确定旋翼翼是否能能解除保保险：设航弹的的投弹速速度为1100mm/s,为计算算简化，可可认为风风翼由四四片翼片片组成，但但其风翼翼中央面面积S。不变变。查:航引-4甲、乙乙引信风风翼资料料后计算算得:r=2 .7ccm ，r=0 .888cm，v=1000m/s，So l=5.666cmm2，附加限限制圈面面积Soo2 =22.566cm22So=SSo+So2=8.222cm2,翼片面面积:S=22. 559cmm2因风翼保保险筒螺螺纹规格格是 MM一八 xx 0.75，故故f=taan(+)=tan(11。+30。)=00 .225当攻角0=500。时查表:CCL=0.8 ,CD=0.8取p=00. 1123 * 110-88kg .s2/cmm4由 MMt=nrrsv2CL/2 式得得Mt=44*2.7*22.599*0.1233* 100-8*110022*1004*0.8/22 =11.388kg.cmMf计算算方法如如下:Mf=MMf1+MMf2式中Mff1一风风翼保险险筒螺纹纹间的摩摩擦力矩矩；Mf2一一保险钢钢珠压向向风翼保保险筒的的摩擦力力矩。由Mf=(nssv2CD/2+1.22SOv2/2)rf式得 MMf1=（4*22.599*0.8+11.2*8.222）*0.88*0.225*00.1223*110-88*10002*1004/2 =0.24kkg.ccmMf2=Ffr式中r摩擦半半径，rr =00.888cm; f保险险钢珠与与风翼保险筒筒间的摩摩擦系数数，f=0.一一五F计算如如下，图图示如图图6.22：图6.22第二保险险杆簧抗抗力0 .222-0 .17kkg取上限00.222kg FF= AAB*ttan乙乙ABOO =0.22 *taan300。 =0.一三kgg Mf22=0,一三*1 .05* O.88=0.002kgg. cmm因为Mff=Mf11+ MMf2 =0.668+ 0.002=00.7kkg.ccm所以MttMf，因此此风翼能能够可靠靠解除保保险。故故此旋翼翼的设计计符合要要求，设设计合理理。6.2 发火火可靠性性计算弹簧针刺刺发火机机构的击击针重；弹簧重重；弹簧簧预压抗抗力为，弹弹簧预压压量；击击针到雷雷管间的的距离，忽忽略摩擦擦时击针针戳击雷雷管的动动能弹簧推动动击针戳戳击雷管管时，其其势能除除克服摩摩擦力而而消耗一一部分之之外，其其余全部部变为击击针系统统的动能能，即该机构有有转/分的旋旋转速度度时，应应用上述述弹簧计计算发火火机构，可可得以下下结果：求得后，即即可和相相比较，判判断发火火可靠性性。上述述机构所所用雷管管的静态态敢度为为：由于，则则雷管发发火所需需要的得得最小能能量为：可见，发发火可靠靠。6.3切切断销的的受力相相关计算算切断销作作为一个个抗力元元件，具具有行程程短，抗抗力大，体体积小，制制作简单单等特点点。它的的抗力散散布精度度可控制制在200%左右右，与螺螺旋簧相相比，它它的主要要缺点是是不能百百分之百百的进行行抗力检检验，只只能使用用一次，这这就限制制了它的的应用范范围。在引信中中，切断断销主要要作为瞬瞬发击发发体或惯惯性激发发体的保保险零件件，保证证平时、发发射时及及弹道上上击发体体的安全全。碰目目标时切切断销被被目标或或惯性力力切断，击击发体戳戳击火帽帽或雷管管，引信信发。，切切断销保保险的着着发机构构，保险险行程很很短，因因此，引引信可以以得到较较高的瞬瞬发度。在在某些引引信中，切切断销只只作平时时保鲜器器或只作作弹道保保险器用用。所谓谓弹道保保险，就就是包括括抗章动动保险及及防雨保保险。切断销的的切断力力除利用用环境能能源外，尚尚可利用用引信自自带的能能源。利利用切断断销作用用的单向向性，并并且由于于切断销销的保险险行程短短，作用用迅速，当当火帽在在膛内自自燃时，能能在隔离离机构解解除保险险前，保保险栓切切断切断断销，将将隔离机机构锁住住，防止止引信炮炮口早炸炸。为了使切切断销又又尽可能能高的灵灵敏度，一一般可按按安全条条件切断断销的直直径，然然后验算算在碰目目标时，或或某一特特定情况况下能否否可靠切切断。设设计图形形如下:图6.11 切断断销固定定拔销与与滑块中中航弹在空空中飞行行时，受受到空气气动力的的影响，且且后坐系系数很小小，设计计相关尺尺寸：取取配用弹弹丸的最最大后坐坐系数kk1=200,固定定销的重重量为PP=6.4克，用用紫铜线线作切断断销bb=377公斤/毫米2，航弹弹坠落时时产生的的惯性力力一般取取20000倍的的惯性零零件重量量，故取取k1=20000，惯惯性力FF=20000*P= 20000*66.4=12.8公斤斤，紫铜铜线的直直径D=1.005*(F/b)=11.055*（122.8/37）=0.6617mmm,取取D=00.622-0.0033（标准准值）。由试验得得D=00.622的铜线线b=377公斤/毫米2，则剪剪切强度度=bb/3=337/3=221.44公斤/毫米2，制成切断断销的平平均抗力力R=2*D2*/4=2*33.144*0.61772*211.4/4=112.779公斤斤去抗力公公差为220%，得得切断销销的检验验抗力为为：Rjmiin=RR-200%R=12.79-0.22*122.799=100.233公斤 Rjmmax=R+220%RR=122.799+0.2*112.779=一一五.3348公公斤而设计中中给出的的条件是是拔脱力力F=2200NN，而平平均抗力力R=112.779公斤斤，所受受的力大大约为FFn=1127.9N2000N,可可以看出出，给出出的第一一环境力力可以解解除保险险。一般切断断销的抗抗力检验验一般在在专用夹夹具上进进行，夹夹具的有有关结构构尺寸应应与切断断销的实实际工作作状态一一致，要要求切断断销在最最小检验验荷重下下不被破破坏，在在最大检检验荷重重的作用用下一定定被