王海龍，姚文

(西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，西安 710065)

0 引 言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，具備高速大機(jī)動(dòng)能力的彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈等武器威力越來越大，飛行距離越來越遠(yuǎn)，發(fā)射后的武器，在攻擊目標(biāo)出現(xiàn)異常的情況下或引信發(fā)火模塊未按預(yù)定條件工作時(shí)，可能會(huì)發(fā)生誤傷誤炸等附帶損傷，例如在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，英軍“旋風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)遭到了美軍“愛國者”導(dǎo)彈的攔截，造成機(jī)毀人亡，隨后，美軍F-16戰(zhàn)斗機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)又誤炸自己的“愛國者”導(dǎo)彈營陣地。為了避免在彈藥攻擊出現(xiàn)異常的情況下，例如發(fā)現(xiàn)被攻擊目標(biāo)是錯(cuò)誤目標(biāo)或目標(biāo)已消失而需要撤銷攻擊任務(wù)時(shí)，或是由于引信發(fā)火控制系統(tǒng)未按預(yù)定條件工作而出現(xiàn)啞彈時(shí)，已進(jìn)入待發(fā)狀態(tài)的引信處于“失控”狀態(tài)對(duì)目標(biāo)及其他無關(guān)物體造成的不必要傷害[1]，安全狀態(tài)可恢復(fù)功能[2-3]就成為保障引信或安全系統(tǒng)的必需要求。電磁拔銷器可利用得失電原理實(shí)現(xiàn)引信的安全狀態(tài)可恢復(fù)功能[4]，不通電時(shí)，滑塊隔爆機(jī)構(gòu)被電磁拔銷器鎖住于隔離位置，滑塊不能移動(dòng),引信處于安全和隔離狀態(tài)；發(fā)射后，在預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)，電磁拔銷器通電，保險(xiǎn)銷吸合滑塊，滑塊在滑塊彈簧作用下按照導(dǎo)向移動(dòng)，抵在滑塊固定銷的端部，此時(shí)，爆炸序列處于對(duì)正狀態(tài)，引信處于待發(fā)狀態(tài)；當(dāng)彈藥攻擊異常時(shí)，引信指令接收處理模塊解譯出狀態(tài)恢復(fù)指令，電磁拔銷器斷電，滑塊固定銷縮回，滑塊繼續(xù)在滑塊彈簧的作用下移動(dòng),當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)到位時(shí)，已斷電的保險(xiǎn)銷在彈簧作用下插入滑塊孔內(nèi)將其固定，引信再次處于安全狀態(tài)。要想獲得電磁拔銷器已完成解保程序或已恢復(fù)安全狀態(tài)的信息，只能通過復(fù)雜的引信信號(hào)采集電路，從而增加了電路設(shè)計(jì)難度和成本。目前國內(nèi)對(duì)引信用電磁拔銷器的研究，僅限于對(duì)影響電磁拔銷器電磁力的影響因素和性能特點(diǎn)的分析[5]，另外,國內(nèi)外對(duì)電磁拔銷器結(jié)構(gòu)、功能等電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)的報(bào)道，主要采用仿真、試驗(yàn)等方法對(duì)執(zhí)行力、響應(yīng)時(shí)間[6-9]等方面進(jìn)行研究，研究內(nèi)容都未涉及電磁拔銷器的狀態(tài)識(shí)別。

為了使引信或安保機(jī)構(gòu)能夠簡便地通過外部供電電路和判斷電路進(jìn)行引信電磁保險(xiǎn)的安全狀態(tài)判別，獲得已完成解保程序或已恢復(fù)安全狀態(tài)的信息，本文提出具有狀態(tài)識(shí)別特征的引信用電磁拔銷器，介紹其組成、工作原理，并進(jìn)行響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)。

1 引信用電磁拔銷器

1.1 引信用電磁拔銷器組成

電磁拔銷器主要由保險(xiǎn)銷、墊片、彈簧、激磁線圈、檔鐵、線圈骨架、接線板、外殼等組成。電磁拔銷器外形為圓柱形結(jié)構(gòu),線圈骨架和墊片等采用非導(dǎo)磁的塑料材料, 擋鐵、保險(xiǎn)銷和外殼采用電工純鐵材料,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示[5]。

圖1 電磁拔銷器結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 引信用電磁拔銷器工作原理

在初始狀態(tài)下，激勵(lì)線圈沒有電流流過，不產(chǎn)生電磁力，保險(xiǎn)銷在彈簧的作用下伸出外殼，保持在初始位置，保險(xiǎn)銷處于鎖定狀態(tài)。電路通電后，線圈有電流流過，激勵(lì)線圈產(chǎn)生電磁力吸附保險(xiǎn)銷，使其克服彈簧的抗力向上運(yùn)動(dòng)，直至與擋鐵結(jié)合，保險(xiǎn)銷處于解鎖狀態(tài)。電路斷電后，激勵(lì)線圈產(chǎn)生的電磁力消失，保險(xiǎn)銷在彈簧力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，直至與墊片結(jié)合，電磁拔銷器恢復(fù)初始鎖定狀態(tài)。

該引信用電磁拔銷器雖然也能實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)，但是不能通過引信信號(hào)采集電路實(shí)時(shí)獲得電磁拔銷器啟動(dòng)解保程序的過程信息，不利于對(duì)引信安保機(jī)構(gòu)控制流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 具有狀態(tài)識(shí)別特征的引信用電磁拔銷器

2.1 具有狀態(tài)識(shí)別特征的引信用電磁拔銷器組成

具有狀態(tài)識(shí)別特征的引信用電磁拔銷器由信號(hào)輸出部件、銜鐵、激勵(lì)線圈、觸發(fā)部件、動(dòng)鐵芯、電源線等組成。信號(hào)輸出部件由信號(hào)線、接電探針、外殼組成，激勵(lì)線圈由骨架、漆包線組成，觸發(fā)部件由推桿、彈簧、蓋板組成。具有狀態(tài)識(shí)別特征的引信用電磁拔銷器結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 具有狀態(tài)識(shí)別特征的引信用電磁拔銷器結(jié)構(gòu)圖

2.2 具有狀態(tài)識(shí)別特征的引信用電磁拔銷器工作原理

該電磁拔銷器在非工作條件下，動(dòng)鐵芯受觸發(fā)部件中彈簧的預(yù)壓力作用，下端的保險(xiǎn)銷伸出外筒，用于鎖住安保結(jié)構(gòu)的滑塊或轉(zhuǎn)子，電磁拔銷器處于鎖定狀態(tài)；同時(shí)信號(hào)輸出部件中的兩個(gè)接電觸點(diǎn)間斷開，信號(hào)線無輸出電流信號(hào)，如圖3(a)所示。

在電源線兩端加載額定電壓后，該電磁拔銷器進(jìn)入工作狀態(tài)，激勵(lì)線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)，并在銜鐵、外筒、動(dòng)鐵芯間及銜鐵、動(dòng)鐵芯間的氣隙形成封閉磁路，在銜鐵和動(dòng)鐵芯間產(chǎn)生吸力使動(dòng)鐵芯克服彈簧的抗力向銜鐵方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)動(dòng)鐵芯運(yùn)動(dòng)也帶動(dòng)觸發(fā)部件中的推桿向上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)工作狀態(tài)示意圖如圖3(b)所示。

當(dāng)動(dòng)鐵芯繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，其下端全部運(yùn)動(dòng)到骨架內(nèi)部時(shí)，安保結(jié)構(gòu)的滑塊或轉(zhuǎn)子的鎖定解除，接電推桿與信號(hào)輸出部件中的兩個(gè)接電點(diǎn)接觸，信號(hào)線接通，產(chǎn)生輸出電流信號(hào)，吸合狀態(tài)示意圖如圖3(c)所示。

當(dāng)彈藥攻擊異常時(shí)，引信指令接收處理模塊解譯出狀態(tài)恢復(fù)指令，電磁拔銷器斷電，激勵(lì)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)消失，觸發(fā)部件中的推桿和動(dòng)鐵芯在彈簧抗力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，由于此時(shí)滑塊繼續(xù)在滑塊彈簧的作用下移動(dòng),還未運(yùn)動(dòng)到初始位置，所以電流信號(hào)一直持續(xù)，安全狀態(tài)還未完全恢復(fù)；當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)到初始位置時(shí)，引信再次處于安全狀態(tài)，滑塊孔和保險(xiǎn)銷對(duì)正，保險(xiǎn)銷插入滑塊孔內(nèi)將其固定，同時(shí)接電推桿與信號(hào)輸出部件中的兩個(gè)接電探針的脫離接觸，信號(hào)線重新斷開，無輸出電流信號(hào)，如圖3(a)所示。

(a) 初始狀態(tài)

(b) 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

(c) 吸合狀態(tài)

3 電磁拔銷器響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)

依據(jù)上述對(duì)具有狀態(tài)識(shí)別特征的引信用電磁拔銷器的設(shè)計(jì)，對(duì)原理樣機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。

測(cè)試時(shí)，在信號(hào)線兩端加載5 V恒定電壓，電源線兩端加載18～32 V可調(diào)電壓。為了方便測(cè)量，采用示波器分別對(duì)激勵(lì)線圈加載電壓和信號(hào)線兩端電壓進(jìn)行捕捉，并根據(jù)兩個(gè)電壓信號(hào)之間的間隔計(jì)算出電磁拔銷器的響應(yīng)時(shí)間。由于信號(hào)線接通后信號(hào)測(cè)試端電阻只有0.1 Ω，所以在電路中增加電阻預(yù)防電流過大造成的儀器損壞，具體的輸出信號(hào)測(cè)試方法如圖4所示。

圖4 輸出信號(hào)測(cè)試方法

用示波器捕捉的電磁拔銷器輸出信號(hào)如圖5所示，可以看出：當(dāng)信號(hào)線斷開無信號(hào)輸出時(shí)，信號(hào)線兩端電壓最大，約為5 V；當(dāng)電源線兩端加載電壓時(shí)，信號(hào)線接通有信號(hào)輸出時(shí)，信號(hào)線兩端電壓最小，幾乎為0；在一分鐘內(nèi)進(jìn)行20余次反復(fù)電壓加載試驗(yàn)，電磁拔銷器工作狀態(tài)穩(wěn)定，信號(hào)輸出可靠。

圖5 輸出信號(hào)

電磁拔銷器響應(yīng)時(shí)間是指從加載電壓起到輸出信號(hào)止的時(shí)間間隔，可以通過用示波器捕捉通道1電壓突變信號(hào)(電源線兩端加載電壓)與通道2電壓突變信號(hào)(信號(hào)線兩端電壓)之間的時(shí)間間隔來獲取，如圖6所示，可以看出：當(dāng)電源線兩端加載電壓為30 V時(shí)，電磁拔銷器響應(yīng)時(shí)間為3.26 ms。電磁拔銷器響應(yīng)時(shí)間隨加載電壓變化曲線如圖7所示，可以看出：當(dāng)加載電壓小于24 V時(shí)，電磁拔銷器的響應(yīng)時(shí)間隨加載電壓增加呈線性減??；當(dāng)加載電壓大于28 V時(shí)，電磁拔銷器的響應(yīng)時(shí)間隨著加載電壓增加呈曲線減小，最小響應(yīng)時(shí)間為3 ms。這是因?yàn)椋杭虞d電壓越大，激勵(lì)線圈中的電流越大，產(chǎn)生的電磁力也越大，動(dòng)鐵芯運(yùn)動(dòng)越快，電磁拔銷器輸出電流信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間也就越短；當(dāng)加載電壓增加到一定值后，此時(shí)由于磁路中磁感應(yīng)強(qiáng)度已趨于飽和，電磁力已接近最大值，所以電壓增加對(duì)電磁拔銷器響應(yīng)時(shí)間的影響就不再明顯。

圖6 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試圖

圖7 響應(yīng)時(shí)間隨電壓變化曲線

3 結(jié) 論

(1) 對(duì)電磁拔銷器在一分鐘內(nèi)進(jìn)行20余次反復(fù)電壓加載，試驗(yàn)表明：電磁拔銷器工作狀態(tài)穩(wěn)定，信號(hào)輸出可靠。

(2) 當(dāng)加載電壓小于24 V時(shí)，電磁拔銷器的響應(yīng)時(shí)間隨加載電壓增加呈線性減小；當(dāng)加載電壓大于28 V時(shí)，電磁拔銷器的響應(yīng)時(shí)間隨加載電壓增加呈曲線減小，最小響應(yīng)時(shí)間為3 ms。

(3) 下一步將進(jìn)一步提高電磁拔銷器的執(zhí)行力、減小體積，爭(zhēng)取作為高價(jià)值彈藥火工品拔銷器的替代品，滿足高價(jià)值彈藥可檢測(cè)、可恢復(fù)的安全性和可靠性要求。