多模式復(fù)合引信安全系統(tǒng)技術(shù)路線(xiàn)研究*

張樹(shù)云，秦棟澤，焦國(guó)太，趙燕濤，劉彩花（中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，太原　030051）

多模式復(fù)合引信安全系統(tǒng)技術(shù)路線(xiàn)研究*

張樹(shù)云，秦棟澤，焦國(guó)太，趙燕濤，劉彩花
（中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，太原030051）

為了降低集束彈藥的未爆彈率，提出了采用冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)引信的多模式復(fù)合化（近炸、觸發(fā)、時(shí)間）的方法。介紹了A、B兩種復(fù)合引信的技術(shù)路線(xiàn)，建立了兩者的可靠性模型并應(yīng)用蒙特卡洛法進(jìn)行綜合作用率仿真。結(jié)果表明：當(dāng)各模塊可靠度相同時(shí)，技術(shù)路線(xiàn)A的綜合作業(yè)率在94%以上，技術(shù)路線(xiàn)B在99.1%以上，可見(jiàn)，技術(shù)路線(xiàn)B顯著優(yōu)于技術(shù)路線(xiàn)A，且滿(mǎn)足未爆彈率小于1%的技術(shù)要求。因此多模式復(fù)合引信技術(shù)路線(xiàn)B將作為集束彈藥引信改造的優(yōu)先選擇路線(xiàn)。

多模式復(fù)合引信；未爆彈率；冗余技術(shù)；可靠性；蒙特卡洛法

0　引言

集束彈藥俗稱(chēng)子母彈，是依靠一定數(shù)量的子彈藥形成一定散布面積與散布密度從而造成目標(biāo)毀傷的武器。由于集束彈藥未爆彈率較高，造成了嚴(yán)重的人道主義危害，從2001年開(kāi)始這一問(wèn)題就被提到《特定常規(guī)武器公約》（CCW）框架議事日程，至2012年6月，已舉行了多次政府專(zhuān)家組會(huì)議，目前對(duì)于采取措施努力將未爆彈率控制到1%以下，減少人道主義危害已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。文中采用冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)引信多模式復(fù)合化（近炸、觸發(fā)、時(shí)間）來(lái)降低未爆彈率。

1　多模式復(fù)合引信安全系統(tǒng)介紹

文中采用冗余設(shè)計(jì)來(lái)保證引信的可靠性。冗余設(shè)計(jì)是為了保證在系統(tǒng)某一部位出現(xiàn)故障，依靠引信系統(tǒng)中額外附加的裝置或手段，仍能使引信系統(tǒng)正常工作。多模式復(fù)合引信作用順序如下：接近目標(biāo)時(shí)近炸模式開(kāi)啟；如果到達(dá)目標(biāo)未起爆，觸發(fā)模式引爆彈藥；如果觸發(fā)模式也未起爆，則由時(shí)間模式來(lái)引爆彈藥。文中主要探討多模式引信的技術(shù)路線(xiàn)，將為國(guó)內(nèi)集束子彈藥引信技術(shù)的改造提供幫助。

2　多模式復(fù)合子彈藥安全系統(tǒng)路線(xiàn)設(shè)計(jì)

2.1兩種技術(shù)路線(xiàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)多模式復(fù)合子彈藥安全系統(tǒng)作用條件——實(shí)現(xiàn)近炸、觸發(fā)、時(shí)間三模式設(shè)計(jì)出A、B兩種技術(shù)路線(xiàn)。該路線(xiàn)都是利用冗余設(shè)計(jì)，有多條作用線(xiàn)路。

A技術(shù)路線(xiàn)框圖見(jiàn)圖1，該系統(tǒng)的主要組成部分有：兩個(gè)電源、4個(gè)解除傳感器、兩套控制電路、兩套計(jì)時(shí)模塊、兩套觸發(fā)機(jī)構(gòu)、一套近炸模塊以及兩套安全與解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)。其作用過(guò)程如下：首先利用子彈藥拋撒過(guò)程中的后坐力以及下降過(guò)程中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)離心環(huán)境力接通電源并解除安全與解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的第一道保險(xiǎn)（機(jī)械結(jié)構(gòu)），其次當(dāng)解除傳感器感知到子彈藥攻擊目標(biāo)的信息后迅速激活控制電路解除安全與解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)上的第二道保險(xiǎn)（電子），進(jìn)而使引信實(shí)現(xiàn)“三模式”作用。

B技術(shù)路線(xiàn)框圖見(jiàn)圖2，該系統(tǒng)的主要組成部分有：兩個(gè)電源、兩套控制電路、兩套計(jì)時(shí)模塊、兩套觸發(fā)機(jī)構(gòu)、一套近炸模塊以及兩套安全與解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)。其作用過(guò)程如下：利用子彈藥拋撒過(guò)程中的后坐或者旋轉(zhuǎn)離心環(huán)境力解除第一道機(jī)械保險(xiǎn)，同時(shí)接通控制電路的電源，控制電路工作解除第二道電子保險(xiǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“三模式”作用。

圖1　技術(shù)路線(xiàn)A框圖

圖2　技術(shù)路線(xiàn)B框圖

2.2兩種技術(shù)路線(xiàn)可靠性模型

根據(jù)技術(shù)路線(xiàn)A、B的系統(tǒng)框圖，構(gòu)建出A、B的系統(tǒng)可靠性框圖（見(jiàn)圖3、圖4），依據(jù)系統(tǒng)可靠性分析理論表示出系統(tǒng)總的可靠性表達(dá)式。

圖3　技術(shù)路線(xiàn)A可靠性模型

圖4　技術(shù)路線(xiàn)B可靠性模型

技術(shù)路線(xiàn)A的系統(tǒng)可靠性計(jì)算公式為：

P1是指電池1、解除傳感器1和2、控制電路1以及安全與解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)1（機(jī)械部分）所組成部分的可靠性；P2是指電池2、解除傳感器1和2、控制電路2以及安全與解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)2（機(jī)械部分）所組成部分的可靠性。

技術(shù)路線(xiàn)B的系統(tǒng)可靠性計(jì)算公式為：

3　相關(guān)的兩種技術(shù)路線(xiàn)仿真試驗(yàn)

為了分析技術(shù)路線(xiàn)A、B的綜合作用率，應(yīng)用蒙特卡洛法對(duì)技術(shù)路線(xiàn)A、B的可靠度進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，模擬實(shí)驗(yàn)次數(shù)為1 000次，假設(shè)各個(gè)模塊的可靠性范圍如表1所示。

表1　技術(shù)路線(xiàn)變量設(shè)置

圖5為技術(shù)路線(xiàn)A的綜合作用率，圖6為技術(shù)路線(xiàn)B的綜合作用率，橫坐標(biāo)表示的是蒙特卡洛仿真打靶的次數(shù)。

4　試驗(yàn)結(jié)果分析

仿真結(jié)果表明在各簡(jiǎn)化模塊的可靠度相同時(shí)，技術(shù)路線(xiàn)A的綜合作業(yè)率在94%以上，則最大未爆彈率為6%；技術(shù)路線(xiàn)B綜合作業(yè)率在99.1%以上，最大未爆彈率為0.9%，A技術(shù)路線(xiàn)很難滿(mǎn)足未爆彈率小于1%，而B(niǎo)路線(xiàn)滿(mǎn)足未爆彈率小于1%。

圖5　技術(shù)路線(xiàn)A的綜合作用率

圖6　技術(shù)路線(xiàn)B的綜合作用率

5　結(jié)論

文中采用冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種模式復(fù)合引信（近炸、觸發(fā)、時(shí)間）的方式來(lái)降低未爆彈率。其最大特點(diǎn)是發(fā)火控制系統(tǒng)中同時(shí)具有多種功能和作用，并設(shè)有

可選的裝定裝置。文中研究了符合多模式復(fù)合子彈藥引信作用的兩種技術(shù)路線(xiàn)，通過(guò)仿真可知A技術(shù)路線(xiàn)的綜合作用率下限低，則未爆彈率高；B路線(xiàn)的綜合作用率下限高，則未爆彈率低，因此對(duì)于多模式復(fù)合引信應(yīng)采用B技術(shù)路線(xiàn)。

［1］ 汪德武，曹延偉，董靖.國(guó)際軍控背景下集束彈藥技術(shù)發(fā)展綜述［J］.探測(cè)與控制學(xué)報(bào)，2010，32（4）：1-6.

［2］ 秦棟澤，范寧軍.集束子彈藥引信自失效、自失能技術(shù)路線(xiàn)及典型設(shè)計(jì)可靠度分析［J］.兵工學(xué)報(bào)，2013，34（6）：684-689.

［3］秦棟澤，吳炎煌，范寧軍，等.降低集束子彈藥未爆彈率的技術(shù)路線(xiàn)［J］.探測(cè)與控制學(xué)報(bào)，2011，33（5）：24 -28.

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［5］RYAN Gorman.Cluster munitions replacement gun&missile symposium［R］.ARDEC Project Officer（APO）.

［6］JOHN Kunstmann.Shipboard submunition fuze safety and reliability improvement［R］.NSWC IH Code E314F.Kunstmannjf@ih.navy.mil（301）.

Research of Technical Route on Multi-mode Composite Fuze Safety Systems

ZHANG Shuyun，QIN Dongze，JIAO Guotai，ZHAO Yantao，LIU Caihua
（School of Mechatronics Engineering，North University of China，Taiyuan 030051，China）

In order to decrease the rate of unexploded cluster munitions，a method using redundancy technology to achieve multi-mode composite fuze（proximity，triggering，time）was presented.In this paper，two kinds of composite fuze technical routes A and B were studied，the reliability model was established and the comprehensive firing rate was simulated using Monte Carlo.The results indicate when the reliability of each module is alike，the fuze’s comprehensive function rate of technical route A is above 94%，whereas that of technical route B is more than 99.1%.Obviously，technical route B is significantly better than technical route A and satisfy the requirement of unexploded probability lower than 1%.Therefore multi-mode composite fuze technology route B will prior serve cluster monitions fuze.

multi-mode composite fuze；unexploded rate；redundancy technology；reliability；Monte Carlo

TJ430

A

10.15892/j.cnki.djzdxb.2016.01.016

2014-11-04

張樹(shù)云（1989-），男，山西嵐縣人，碩士研究生，研究方向：探測(cè)制導(dǎo)與控制。