引信的“大脑”——发火控制模块是如何运作的

2019-07-23 13:57来源:科普中国-军事科技前沿

  出品:科普中国

  作者:鸿爪雪梨

  策划:武玥彤

  监制:光明网科普事业部

弹药安全守护神系列专题稿件(二)引信的“大脑”——发火控制模块是如何运作的

  对于武器弹药的使用者来说,引信的安全机构何时解除保险是关系到己方安全的头等大事,而引信的爆炸输出模块何时作用,则是关系到单次作战成败的核心要素。简单来说,爆炸序列能否作用,取决于控制模块的信息获取和信息处理是否可靠。

  引信从生产、装箱、发射到碰及目标的过程中,作用在零件上的力多种多样,这些环境力对引信结构和零件的影响很大,有些环境力会使引信零件松动、脱落、变形或破坏,成为阻碍引信工作的干扰,甚至影响了机构的安全性。但有些环境力则可利用起来,作为引信解除保险或者发火的动力。在勤务运输过程中,引信必然会被搬动、运输,偶然磕碰、跌落等无法完全避免,但许多弹药最终同样是以碰撞的方式才能起爆,那么在已经解除保险的情况下,如何区分意外碰撞和目标碰撞,这就是发火控制模块的核心任务之一。

  发火控制模块的任务,可以简单分为信息获取、信息传输、信号处理和处理结果输出四个步骤。引信可通过与目标的直接接触,利用相互作用或惯性作为目标特征信息;也可以在目标附近时,利用目标的电磁场或其他物理场识别特征;在某些弹药中,引信可由自身以外的其他设备,以指令的方式直接作用。在获取到信息之后,控制模块还需要对初始信息进行处理,去伪存真。处理结果一般体现为输出能够引爆火工品元件的能量。至此,引信的发火过程完毕,大脑做出了它的判断。

  按照发火机理,发火机构主要分为针刺、撞击类的机械发火和压电、储能类的电发火两大类,此外还有绝热压缩发火、双动发火等较为“小众”的方式。值得注意的是,在枪榴弹、手雷等简单弹药的引信中,并没有一个显著的、独立的发火控制模块,但在特定环境力下可靠作用这一基本功能是共通的。

引信的“大脑”——发火控制模块是如何运作的

图1 某普通手雷剖面图

  如图1所示为普通手雷的剖面示意图。图中弹簧和击针的组合承担了发火控制的功能。在保险环松脱后,手雷已处于待发状态,此时一旦手雷丢出去后碰到了障碍物,则击针会在弹簧的推动下针刺火帽,针刺的动能必须100%大于火帽发火所需的最小能量,方能可靠引爆炸药。但同时待发状态的手雷并不一定会马上投出,在解除保险到投出去的过程中,如果受到了意外晃动或撞击,又要求击针的行程较小,不会戳击到火帽。因此必须设计合理的击针行程和弹簧抗力,并保证二者互相匹配,才能到达上述效果。

  手雷的弹簧和击针组成了一个最简单的针刺瞬发发火机构,这种发火机构的作用时间较长,约为100~500微秒(1秒为一百万微秒),在某些对瞬发度要求较高的场合,则需要更高瞬发度的发火机构。

引信的“大脑”——发火控制模块是如何运作的

图2 某单兵破甲弹剖面图

  图2所示为某单兵破甲弹的剖面图,这款破甲弹结构简单,作战部分仅由引信、战斗部组成,其中引信通过位于头部的压电开关感受弹药和目标的碰撞信息,是一种高瞬发度的压电触发方式。

  压电发火机构可利用压电效应将引信碰撞的能量转化为电信号,这种机构的瞬发度仅50微秒,是破甲弹引信的不二之选。压电发火机构的触发组件一般为压电陶瓷(压电晶体),在弹药撞击目标时,压电陶瓷内部随着弹头变形而变形,在上下表面之间产生了电荷的变化,虽然时间极短,但却能在瞬间产生数千伏的高电压,足以起爆电雷管。

  压电发火机构将触发组件和发火组件分开,实现了弹头碰撞、弹尾起爆,从而可以方便的调整破甲弹的炸高和起爆方式,显著提高了破甲弹的威力,同时压电发火机构对弹药初速和后坐力不敏感,又进一步的扩大了破甲弹的适用范围。

  发火机构设计的基本要求是足够的安全性和可靠性,对于这样一个既要合适的钝感度,又要合适的灵敏度,某些场合还要求极短的瞬发度,引信发火机构可以当之无愧的称之为在“刀刃上跳芭蕾舞”。

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划重点

发火机构是利用环境能或内储能使爆炸元件作用的模块,一般由激励组件(击针)、中间保险(弹簧)和起爆元件(针刺雷管或电雷管)组成。由于引信配用的弹种、所要对付的目标和战术环境的不同,对发火机构的要求也各异。

[责编:张蕃]

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