趙玉清，梁建軍，靳朝陽，慶朝軍，張海娟

(豫西工業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 南陽 473000)

0 引言

集束彈藥也稱子母彈，能夠遠(yuǎn)距離大面積殺傷人員與摧毀裝甲車輛。集束彈藥在戰(zhàn)后遺留在戰(zhàn)場上的大量未爆子彈藥造成了人道主義傷害問題。美國的子母彈有很高的失效率，2000年的一項美國陸軍研究發(fā)現(xiàn)，平均14%的子彈藥沒有爆炸。留下的未爆炸彈藥散落在戰(zhàn)場上，可能對友軍和無辜平民都有危險，因此，降低子彈藥未爆彈率成為目前國際社會關(guān)注的熱點[1]。子彈藥引信加裝“三自”(自毀、自失能或自失效)裝置成為國際社會的共識。但是，怎樣加裝自毀機構(gòu)，才能保證子彈藥在實戰(zhàn)復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境條件下滿足高發(fā)火率的要求，還沒有引起足夠重視。子彈藥引信自毀裝置可分為依賴目標(biāo)和不依賴目標(biāo)作用兩類。子彈藥引信加裝“三自”(自毀、自失能或自失效)裝置的目的是為了解決一部分子彈藥落入草地、叢林或雪地等軟目標(biāo)上瞎火的問題，子彈藥引信主發(fā)火依賴目標(biāo)發(fā)火，如果自毀也依賴目標(biāo)發(fā)火，子彈藥引信的作用可靠性顯著降低。因此，國外子彈藥引信自毀裝置全是不依賴目標(biāo)作用的。

1 集束彈藥國際公約簡介

由于美國在海灣戰(zhàn)爭中大量使用集束彈藥，造成了人道主義災(zāi)難， 2008年5月在愛爾蘭都柏林通過《集束彈藥公約》。截至 2018年4月1日, 共有120個國家加入《公約》[2]，簽約國禁止使用集束彈藥。

另外，國際社會正在聯(lián)合國《特定常規(guī)武器公約》(CCW)框架下進(jìn)行談判，基本達(dá)成共識：子彈藥未爆彈率滿足1%的要求或子彈藥引信加裝“三自”(自毀、自失能或自失效)裝置[3]。美國原計劃2018年以后，不使用未爆彈率不滿足1%要求的子彈藥，但是現(xiàn)在修改為使用集束彈藥需要戰(zhàn)場指揮官批準(zhǔn)。

2 國外子彈藥自毀技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 美軍加裝自毀裝置的子彈藥引信

2.1.1美軍加裝電子自毀裝置的M234，M235，M236子彈引信

美國陸軍在M223引信基礎(chǔ)上加裝電子自毀裝置，形成了M234，M235，M236子彈藥引信，如圖1所示。

圖1 M234，M235，M236引信圖Fig.1 M234, M235, M236 Fuse

美國陸軍對子彈藥引信的要求：

1) M234子彈藥引信，配用于105 mm榴彈炮子母彈XM80雙用途子彈。主發(fā)火率為97%，綜合發(fā)火率為99.8%。

2) M235子彈引信，配用于遠(yuǎn)程多管火箭彈XM85子彈。危險啞彈率小于1%，未爆彈率小于5%。

子彈藥引信自毀作用原理：母彈拋撒后，阻力裝置展開，釋放電池激活機構(gòu)；同時，短路打開，開始計時，自毀時間到，電容器向M100電雷管放電，M100電雷管起爆引爆主雷管M55。如果滑塊解除保險，子彈自毀；如果滑塊沒有解除保險，子彈自失效[4]。

M234，M235，M236子彈藥引信區(qū)別是擊針螺紋旋向不同，穩(wěn)定帶寬度不同。子彈引信自毀作用可靠性與電池激活機構(gòu)、短路開關(guān)、計時電路和電雷管有關(guān)，與目標(biāo)無關(guān)。

加裝電子自毀裝置的缺點是增加了電源、短路開關(guān)、計時電路和電雷管，引信成本成幾倍增加，一個電雷管的價格比現(xiàn)有子彈藥的價格還高。

2.1.2美軍增加電子自毀的M230子彈藥引信

M230子彈藥引信配用于70 mm航空火箭子母彈M73子彈藥，發(fā)火率為95%，增加電子自毀后達(dá)到1%未爆彈率要求。電子自毀作用原理：拋撒后，電池激活，電子電路開始計時，自毀時間到，M100電雷管起爆M55雷管；如果引信解除保險，引信自毀，如果沒有解除保險，引信自失效[5]。引信自毀不依賴目標(biāo)，其缺點是引信成本成幾倍增加。

2.1.3美軍XM242火藥自毀子彈藥引信

XM242火藥自毀子彈藥引信是以M85子彈為基型設(shè)計，配用于155 mm M864E2子母彈[6]。

XM242火藥自毀子彈藥引信自毀作用原理：自毀擊針制動塊在離心力作用下飛出，自毀擊針繞軸旋轉(zhuǎn)，刺發(fā)火帽點燃延期藥，自毀自失效裝置啟動。若滑塊正常解除保險，經(jīng)一定延時，延期藥引爆次雷管、起爆主雷管，子彈藥自毀[7]；若滑塊沒有解除保險，則經(jīng)一定延時，延期藥引爆次雷管、起爆主雷管，引信自失效[8]。

子彈藥引信自毀作用可靠性與自毀擊針釋放機構(gòu)、擊發(fā)機構(gòu)、延期傳爆序列有關(guān)，與目標(biāo)無關(guān)。

2.2 美皮卡汀尼兵工廠提出的集束彈藥替代方案

美軍加裝電子自毀裝置的子彈引信，如M235，未爆彈率小于5%。不滿足子彈藥未爆彈率低于1%的要求。因此，美國陸軍研究開發(fā)中心皮卡汀尼兵工廠提出了三種集束彈藥替代方案。

主模式引信的可靠性是引信解除保險、對引信的預(yù)期目標(biāo)刺激、首發(fā)火工品的激發(fā)和傳爆可靠性的函數(shù)。自毀/自失效獨立性要求：基于獨立于主模式動作、不依賴于目標(biāo)感知。過去的加裝自毀裝置的M42/46 子彈藥具有自毀能力但是自毀機構(gòu)與主模式是串聯(lián)關(guān)系，這種架構(gòu)嚴(yán)重限制了實現(xiàn)1% 未爆彈率的能力。

2.2.1狼牙棒MEFP彈藥

狼牙棒MEFP彈藥是對中型裝甲實施精確打擊的一種彈藥，如圖2所示。其毀傷機理為多個爆炸成形彈丸(MEFP)對付中型裝甲目標(biāo)、自然碎片和/或預(yù)制破片對付人員。滿足集束彈藥公約和聯(lián)合國CCW。其缺點是只能用于制導(dǎo)彈藥。

圖2 狼牙棒MEFP彈藥Fig.2 MACE (Unitary) munition

2.2.2PRAXIS子彈藥

該子彈藥配用具有近炸、時間和觸發(fā)功能的三模引信，用來對付面目標(biāo)。設(shè)計目標(biāo)為0.25%未爆彈率。配用于155 mm加榴炮，共裝填一串4枚全口徑子彈藥。調(diào)整后可配用于105 mm榴彈炮和制導(dǎo)遠(yuǎn)程多管火箭彈。特點：低成本(運動件少、常規(guī)材料，配用海軍定型的近炸子彈藥引信)，高可靠性(配用具有近炸、時間和觸發(fā)功能的三模并聯(lián)結(jié)構(gòu)引信)，近炸失效、觸發(fā)、觸發(fā)失效轉(zhuǎn)為計時作用模式[9]，如圖3所示。

圖3 PRAXIS子彈藥Fig.3 PRAXIS submunition

PRAXIS子彈藥的設(shè)計思路是使用三模引信提高發(fā)火率，增大子彈藥直徑，減少子彈藥數(shù)量，滿足《集束彈藥公約》規(guī)定的母彈中子彈藥數(shù)量小于10枚的規(guī)定。PRAXIS子彈藥符合美國國防部集束彈藥政策，其缺點是引信成本成幾倍增加。

2.2.3DPICM-XL子彈藥

該子彈藥配用于155 mm加榴炮，共裝填60枚子彈藥，利用現(xiàn)有母彈體，對付面目標(biāo)，如圖4所示。采用殺傷破甲雙用途戰(zhàn)斗部，符合美國國防部集束彈藥政策。

圖4 DPICM-XL子彈藥Fig.4 DPICM-XL submunition

該子彈藥配用高可靠性、并行結(jié)構(gòu)的多功能引信，增加有效體積(超過M223)，在引信設(shè)計中吸取加裝自毀裝置子彈藥引信的經(jīng)驗教訓(xùn)。引信改進(jìn)措施見表1。

表1 DPICM-XL子彈藥引信改進(jìn)措施

該子彈藥引信功能：開艙后，引信解除保險，碰目標(biāo)，主觸發(fā)模式將引爆子彈藥，如果觸發(fā)沒有啟動，在經(jīng)過一定時間后，時間模式將引爆子彈藥。兩種引信工作模式并行工作，消除了共因失效，其缺點是引信成本成幾倍增加。

2.3 美海軍HRDR子彈藥

HRDR子彈藥(高可靠性雙用途改進(jìn)型常規(guī)彈藥)，是美海軍為了滿足聯(lián)合國特定常規(guī)武器公約1%未爆彈率的要求研制的換代產(chǎn)品，HRDR子彈藥結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。

圖5 HRDR子彈藥Fig.5 HRDR submunition

該子彈藥的關(guān)鍵技術(shù)：在擁有大量子彈藥的武器系統(tǒng)中實現(xiàn)電信號分配，盡量減少對分配事件的干擾，保持堅固的機械和電氣接口[10]。將子彈藥引信和炸藥傳爆的可靠性提高到了99%。

2016年美國引信年會內(nèi)容：開發(fā)多層灌注化合物以保護(hù)電子/MEMS引信結(jié)構(gòu)；構(gòu)建符合安全要求的分布式引信架構(gòu)和電力系統(tǒng)。[11]

2017年美國引信年會內(nèi)容： 安全與解除保險裝置(S&A) 架構(gòu)·信號分布·目標(biāo)傳感器。[12]

2018年美國引信年會內(nèi)容：分布式引信架構(gòu)(DFA)·網(wǎng)絡(luò)信號分布·電子目標(biāo)探測、啟動和自毀[13]。

國外子彈藥引信自毀方式均為不依賴于目標(biāo)的火藥自毀和電子自毀，詳見表2[14]，其缺點是引信成本成幾倍增加。

表2 國外子彈藥引信自毀方式

3 國內(nèi)子彈藥引信自毀技術(shù)介紹

我國2016年設(shè)計定型的外貿(mào)子彈藥滿足1%未爆彈率的要求，在設(shè)計定型試驗中發(fā)火率100%。其自毀原理是：自毀機構(gòu)具有獨立的保險機構(gòu)，自毀機構(gòu)解除保險后，依靠彈上環(huán)境激發(fā)全密封的延期組合火工品，經(jīng)過一定延時后，起爆子彈藥，若子彈藥未解除保險，則自失效。子彈引信自毀機構(gòu)發(fā)火不依賴于目標(biāo)[15]。

4 國內(nèi)外子彈藥引信自毀技術(shù)分析

子母彈藥主要裝備大中口徑火炮和遠(yuǎn)程火箭彈，用以壓制和摧毀敵縱深內(nèi)的集群目標(biāo)，從子彈毀傷概率角度看，子彈的需求量很大，但從戰(zhàn)場效果看，命中點目標(biāo)的數(shù)量總是少數(shù)。有相當(dāng)一部分落入草地，叢林或雪地等軟目標(biāo)上，而其中又有一部分子彈呈現(xiàn)末爆炸狀態(tài)，構(gòu)成持續(xù)性的危險區(qū)。

確定子彈藥的確切故障率是非常困難的, 但有相當(dāng)多的證據(jù)表明,制造商確定的故障率通常比在使用過程中觀察到的故障率要低得多。其主要原因是, 靶場試驗很少復(fù)制真實的戰(zhàn)場條件。

子彈藥引信綜合發(fā)火率可以用下式表示:

PP=1-(1-P1)(1-P2)

(1)

式(1) 中，PP為子彈引信綜合發(fā)火率，P1為子彈引信主發(fā)火率，P2為子彈引信自毀作用率。

從式(1)可以看出，為減少未爆子彈藥，子彈藥引信改進(jìn)措施主要有兩個:一是提高引信主發(fā)火可靠性，另一個就是增加一套獨立的自毀裝置或提高引信的自毀作用率。在原有子彈引信基礎(chǔ)上增加或改進(jìn)自毀機構(gòu)以提高自毀作用率這一技術(shù)路線風(fēng)險低、研制周期短,各國也都主要采用這一措施來解決戰(zhàn)場遺留未爆子彈藥問題,子彈藥自毀技術(shù)已成為世界各國子母彈子彈藥引信技術(shù)發(fā)展的主要問題。如美國各子彈藥廠商為滿足國防部提出的危險啞彈率小于1%的指標(biāo),都在積極采用各種自毀技術(shù)對子彈藥引信進(jìn)行改進(jìn),以提高其綜合發(fā)火率,減少啞彈[16]。

子彈藥可能因多種因素而失效,包括設(shè)計(設(shè)計或組裝錯誤)、儲存時間和狀況(工作部件隨時間變壞)。以色列 M85 采用了自毀裝置, 但事實證明遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有聲稱的可靠。戰(zhàn)斗人員作戰(zhàn)使用(如未能正確設(shè)置引信)，開艙高度、角度、姿態(tài)和速度(太高、太低、太慢、太快)，植被(重、密或軟)，撞擊區(qū)域的地面條件(如軟、丘陵、潮濕)和相互作用和損害(其他子彈藥碰撞、爆炸和碎裂的影響)。

總之，有許多單獨的因素和組合，可能會影響子彈藥是否會按照設(shè)計作用。在許多設(shè)計中，引信主發(fā)火機構(gòu)、備份或自毀機構(gòu)依賴于相同的動作(如關(guān)鍵部件的移動)。這意味著，如果此操作失效，由于上述原因之一，主引信或自毀機構(gòu)也將失敗。主發(fā)火機構(gòu)和自毀機構(gòu)都在軟目標(biāo)下失效率高的話，就不能滿足1%的未爆彈率要求。

發(fā)火機構(gòu)要有足夠的安全性和適當(dāng)?shù)撵`敏度。從發(fā)火機構(gòu)的作用可靠性來講要求其越高越好。但由于子彈引信尺寸小、質(zhì)量輕而且功能又要求全面等特點，子彈引信的靈敏度受到更多因素的限制，子彈引信發(fā)火可靠性不可能無限提高，也不可能完全滿足對所有目標(biāo)(如鋼甲、植土雪地、樹枝等)的發(fā)火可靠性。通過實踐和理論分析：只能做到在滿足子彈引信使用全過程安全條件下的適當(dāng)靈敏度[17]。

根據(jù)子彈結(jié)構(gòu)的特點，子彈引信放在彈尾部，因發(fā)火機構(gòu)是靠子彈碰擊目標(biāo)的慣性力作用的，故靈敏度既與結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與目標(biāo)的抗力特性有關(guān)。對子彈引信來講所遇到的目標(biāo)有兩種類型：一種是硬目標(biāo)(裝甲目標(biāo))，另一類是軟目標(biāo)(雪地、叢林、腐植土)。由于兩類目標(biāo)受力過程不同，即使采用同樣提高靈敏度指施，對兩類目標(biāo)所獲效果也不一定相同。

下面討論可以提高發(fā)火機構(gòu)靈敏度的措施和對兩類目標(biāo)的效果[17]：

1) 擊針質(zhì)量對發(fā)火機構(gòu)靈敏度的影響：一般講增加質(zhì)量可提高其靈敏度，但受引信體積限制。故采取提高質(zhì)量的辦法提高引信靈敏度是有限制的[17]。

2) 擊針尖到雷管的距離對引信發(fā)火機構(gòu)靈敏度的影響：距離加大其對硬目標(biāo)靈敏度下降；對軟目標(biāo)隨距離的增加其靈敏度提高[17]。

3) 子彈著角對引信靈敏度的影響：大著角碰目標(biāo)情況下，引信發(fā)火率低。

在實際戰(zhàn)場環(huán)境下，目標(biāo)是千差萬別的，很難做到對各種目標(biāo)高發(fā)火率。從我國多年解決子彈瞎火技術(shù)問題和走過的彎路(提高對目標(biāo)發(fā)火可靠性與解決子彈落到軟介質(zhì)上的啞子彈技術(shù)問題)和國外解決該技術(shù)問題的技術(shù)途徑看：用發(fā)火機構(gòu)主要解決對目標(biāo)的毀傷功能，增設(shè)自毀機構(gòu)解決落入軟介質(zhì)啞彈的問題[17]，特別是增設(shè)不依賴于目標(biāo)的引信自毀功能，才能提高子彈引信的作用可靠性。

4.1 不依賴目標(biāo)的引信自毀技術(shù)

不依賴目標(biāo)的引信自毀技術(shù)的定義是指引信自毀與目標(biāo)無關(guān)。

子彈自毀技術(shù)可以分為不依賴目標(biāo)的引信自毀技術(shù)(如延時自毀)和依賴目標(biāo)的引信自毀技術(shù)(如即時自毀)兩大類。延時自毀是在子彈引信中設(shè)置延時自毀機構(gòu),當(dāng)子彈主發(fā)火機構(gòu)失效時,自毀機構(gòu)在達(dá)到延時時間時引爆子彈戰(zhàn)斗部,達(dá)到自毀目的，引信自毀不依賴目標(biāo)。例如美M234，M235子彈引信：母彈拋撒后，阻力裝置展開，釋放電池激活機構(gòu)，自毀時間到，子彈引信自毀[18]，引信自毀與目標(biāo)無關(guān)。

我國2016年設(shè)計定型的外貿(mào)子彈藥采用不依賴目標(biāo)的引信自毀技術(shù)(火藥定時自毀機構(gòu))，延期元件為全密封的組合點火管。自毀機構(gòu)的保險機構(gòu)是獨立的。引信隔爆機構(gòu)的保險機構(gòu)不解除保險，或隔爆件不能運動到位，不影響自毀自失效機構(gòu)作用，引信具有兩套獨立的發(fā)火機構(gòu)，并且自毀自失效機構(gòu)的發(fā)火能量來自彈上環(huán)境能，自毀機構(gòu)使用了冗余的發(fā)火能量，并且自毀機構(gòu)的啟動和激發(fā)不依賴目標(biāo)，其優(yōu)點是引信作用可靠性高。引信的保險機構(gòu)和發(fā)火機構(gòu)均利用環(huán)境能，沒有用內(nèi)儲能，自然滿足了“自失能”的要求。引信全壽命周期的安全性好，有效避免了子彈引信研制、裝配、試驗過程中的傷人事故，提高了產(chǎn)品裝配、試驗和部隊使用的安全性[19]。

通過機械的方法實現(xiàn)了子彈藥的“自毀”、“自失效”和“自失能”的三自功能。其結(jié)構(gòu)工藝性好，適合大批量生產(chǎn)，成本只有同類電引信的1/2～1/3。

利用一個機構(gòu)多種用途的設(shè)計，在引信體積不變的情況下可以較好地實現(xiàn)上述功能。如極阻尼保險機構(gòu)又是慣性發(fā)火機構(gòu)，自毀機構(gòu)又是自失效機構(gòu)并共用一個保險機構(gòu)，自毀自失效機構(gòu)的發(fā)火機構(gòu)與保險機構(gòu)采用嵌套式設(shè)計，從而減小了體積[17]。

引信自毀機構(gòu)的解除保險及啟動激勵獨立于發(fā)火機構(gòu)和隔離機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、作用可靠性高、安全性高、體積小、效費比高等優(yōu)點[20]。

不依賴于目標(biāo)的自毀技術(shù)，其特征是引信自毀與目標(biāo)無關(guān)，其優(yōu)點是引信發(fā)火率高，避免了共因失效。觸發(fā)引信的綜合發(fā)火率與引信可靠解除保險、觸發(fā)機構(gòu)的作用可靠性和自毀機構(gòu)的作用可靠性有關(guān)。觸發(fā)機構(gòu)的作用可靠性與目標(biāo)關(guān)系很大，對于中硬目標(biāo)觸發(fā)機構(gòu)的作用可靠性很高，對于軟目標(biāo)如灌木叢，觸發(fā)機構(gòu)的作用可靠性低。如果自毀機構(gòu)的作用也與目標(biāo)相關(guān)，那么自毀機構(gòu)對軟目標(biāo)的作用可靠性也低[21]。因此，應(yīng)使用不依賴于目標(biāo)的自毀技術(shù)。

4.2 依賴目標(biāo)的引信自毀技術(shù)

依賴目標(biāo)的引信自毀技術(shù)(即時自毀)是當(dāng)子彈碰目標(biāo)或落地后主發(fā)火機構(gòu)失效時,即時自毀機構(gòu)立即啟動,引爆子彈戰(zhàn)斗部達(dá)到自毀目的[16]。引信自毀依賴目標(biāo)。

即時自毀的啟動環(huán)境不能采用與主發(fā)火機構(gòu)相同的啟動環(huán)境 ,因為這樣容易出現(xiàn)“共因失效”，一般采用離心力衰減的環(huán)境貯能式自毀機構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的自毀發(fā)火率受子彈彈道轉(zhuǎn)速變化規(guī)律和碰目標(biāo)時子彈旋轉(zhuǎn)角減速度衰減規(guī)律影響較大 ,當(dāng)子彈落到比較松軟的地面時自毀率將會受到影響。我國“炮兵子母彈通用多用途子彈系列” 采用此種自毀方式[16]，如圖6所示。

圖6 依賴目標(biāo)的引信自毀機構(gòu)原理圖[16]Fig.6 A map of the fuse self-destruction mechanism that depends on the target

子彈落在比較松軟的地面時，主發(fā)火率較低，即時自毀機構(gòu)在子彈落在比較松軟的地面時，自毀率也低，不能有效解決子彈落在比較松軟的地面時發(fā)火率低的問題。因此在復(fù)雜的戰(zhàn)場條件下很難滿足1%的未爆彈率要求。

從世界各國裝備的子彈藥和我國外貿(mào)子彈藥來看，都是通過增設(shè)不依賴于目標(biāo)的自毀機構(gòu)來解決引信瞎火的，若子彈藥不采用不依賴于目標(biāo)的自毀機構(gòu)，不能滿足聯(lián)合國特定常規(guī)武器公約要求的1%的未爆率要求[22]。

5 結(jié)論

子彈引信加裝“三自”(自毀、自失效、自失能)裝置，特別是發(fā)展不依賴于目標(biāo)的引信自毀技術(shù)，才能解決引信瞎火問題，滿足聯(lián)合國《特定常規(guī)武器公約》要求。為避免人道主義災(zāi)難，應(yīng)該對我國子彈藥進(jìn)行更新?lián)Q代，發(fā)展?jié)M足1%未爆彈率，滿足聯(lián)合國《特定常規(guī)武器公約》要求的子彈藥。