爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)安全引爆技術(shù)綜述

聞　泉,劉　宣,王雨時(shí),張志彪

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京　210094)

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爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)安全引爆技術(shù)綜述

聞泉,劉宣,王雨時(shí),張志彪

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京210094)

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)安全引爆技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)引信，具有低成本、高可靠性、高安全性等一系列優(yōu)異的性能特性。為了給爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)安全引爆設(shè)計(jì)和深入研究提供參考，回顧了爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)安全引爆技術(shù)發(fā)展歷史，介紹了爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)安全引爆原理及其研究現(xiàn)狀，詳細(xì)討論了爆炸邏輯元件設(shè)計(jì)、藥劑配方選擇、裝藥工藝優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)基板制作等技術(shù)專題，分析了應(yīng)用前景，研究了近年來(lái)爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用，最后提出其工程實(shí)用需要進(jìn)一步研究其可靠性、可生產(chǎn)性、系統(tǒng)安全性等問(wèn)題。

安全引爆技術(shù)；文獻(xiàn)綜述；爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)；可靠性；安全性

0　引言

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)——Explosive Logic Network(簡(jiǎn)稱ELN)，是美國(guó)于20世紀(jì)60年代率先研究并發(fā)展起來(lái)的一種起爆控制技術(shù)，是由爆炸邏輯元件構(gòu)成的傳爆網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代武器技術(shù)的發(fā)展對(duì)起爆控制安全性和可靠性提出了更高的要求，而傳統(tǒng)引信系統(tǒng)已難以滿足武器智能化發(fā)展的迫切需求。爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)的邏輯化功能則很好地順應(yīng)了這一發(fā)展形勢(shì)。它不僅具有布爾邏輯信號(hào)處理功能，而且沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，可以代替常規(guī)的機(jī)械式和機(jī)電式引信保險(xiǎn)和解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，提供簡(jiǎn)單、多功能、低成本、高精度的起爆控制方法。隨著現(xiàn)代引信技術(shù)的發(fā)展，爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有可能成為智能化引信的核心技術(shù)之一，為小型導(dǎo)彈所急需解決的低成本、高可靠性、高安全性等方面的問(wèn)題提供技術(shù)途徑。爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)邏輯化的功能使其有著很好的發(fā)展前景，但網(wǎng)絡(luò)的可靠性應(yīng)用卻急需解決并完善許多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，這也是制約爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主要因素。本文對(duì)爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。

1　爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)發(fā)展概況

1.1國(guó)內(nèi)外爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)最初是由美國(guó)海軍武器中心、哈瑞·戴蒙德實(shí)驗(yàn)室和洛斯·阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展研究的，隨后法國(guó)也宣布了自己的研究成果[1]。

1965年Silvia[2]首次提出了爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)概念，設(shè)計(jì)出了可以實(shí)現(xiàn)邏輯功能的爆炸零門；1967年Silvia[3]等人將原來(lái)的間隙式零門改為接觸式，提高了工藝可靠性和實(shí)效性，消除了零門節(jié)點(diǎn)處原有間斷溝槽和點(diǎn)的臨界性，并據(jù)此設(shè)計(jì)了具有單向?qū)üδ艿谋ǘO管。1970年Silvia[4]等人發(fā)現(xiàn)和利用了拐角效應(yīng)現(xiàn)象。1973年，Menz[5]等人研究出一種二輸入三輸出爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)，該設(shè)計(jì)通過(guò)控制輸入端口的不同輸入形式有效地實(shí)現(xiàn)了多輸出功能。1976年Anderson[6]等人研究了利用爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制的順序啟動(dòng)系統(tǒng)，該裝置的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)械保險(xiǎn)裝置的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制。1988年，美國(guó)在引信年會(huì)上披露了一種40 mm火箭彈定向戰(zhàn)斗部示意圖，利用爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成定向戰(zhàn)斗部的起爆控制，大幅度縮小了體積，降低了成本，提高了可靠性和安全性。1991年，Silvia[7]研究了一種異步爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由爆炸邏輯與門、與/或門連同復(fù)雜邏輯門組成并可靠實(shí)現(xiàn)其安全控制功能。

國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)70 年代末開始爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)的研究工作。1990年，劉舉鵬[8]等人對(duì)爆轟波傳播的拐角繞射現(xiàn)象進(jìn)行了機(jī)理性研究，提出了爆炸邏輯零門的設(shè)計(jì)原則。1992年, 毛金生[9]等人對(duì)小尺寸裝藥爆轟波傳播的臨界效應(yīng)、爆轟延期、爆速虧損等非理想爆轟現(xiàn)象進(jìn)行了研究。1993年，商繼紅[10]等人研究了用于可瞄式戰(zhàn)斗部引爆系統(tǒng)和低能安全系統(tǒng)的爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)起爆時(shí)序控制技術(shù)，提出了一種解決爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)隔爆問(wèn)題的簡(jiǎn)便可靠方法。1994年，王樹山[11]等人論述了爆炸邏輯零門和與門的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方案，研制成功基板式爆炸邏輯零門和爆炸邏輯與門。1997年，周世罡[12]等人介紹了采用微處理器控制爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)起爆的方法，初步探討了該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。2000年，溫玉全[13]等人對(duì)剛性面同步起爆網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究并給出了剛性面同步起爆網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)，認(rèn)為同步起爆網(wǎng)絡(luò)的輸出端宜采用正方形點(diǎn)陣，由“工”字形網(wǎng)絡(luò)通道相連至輸入端。2005年，羅華平[14]等人設(shè)計(jì)出一種新型爆炸邏輯零門，通過(guò)試驗(yàn)基本確定這種以黑索金為基的爆炸網(wǎng)絡(luò)零門設(shè)計(jì)參數(shù)。2008年，黨瑞榮[15]等人按照有關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則研制了電子安全控制系統(tǒng)，并通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)了其安全控制功能符合爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)要求。2009年，龔柏林[16]等人提出并驗(yàn)證了一種基于精細(xì)黑索今和含能膠合劑的藥劑配方，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索了基于該藥劑的爆炸零門適用間隙范圍，并設(shè)計(jì)了一種小尺寸爆炸邏輯間隙零門。文獻(xiàn)[17]對(duì)柔性多點(diǎn)同步爆炸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了設(shè)計(jì)技術(shù)研究，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了用銀殼柔性導(dǎo)爆索為主要傳爆元件的柔性爆炸網(wǎng)絡(luò)樣機(jī)的可靠性。2011年，孫建[18]等人制作了以新型DNTF基熔鑄炸藥的精密爆炸網(wǎng)絡(luò)，使得戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，并且爆轟波形可以得到精確控制。2015年，王丹[19]等人研究了爆炸網(wǎng)絡(luò)可靠性，用正交試驗(yàn)和均勻試驗(yàn)方法，探究了影響爆炸網(wǎng)絡(luò)可靠性的主要因素。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的研究分析發(fā)現(xiàn)：爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)作用原理已趨于成熟，實(shí)驗(yàn)成功信息也有不少文獻(xiàn)可查，但筆者尚未找到具體型號(hào)產(chǎn)品的應(yīng)用信息。

1.2爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究意義

隨著爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及其表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)越特性，該技術(shù)有著非常廣的應(yīng)用范圍：1)代替常規(guī)的機(jī)電或機(jī)械保險(xiǎn)和解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)安全邏輯控制。如美國(guó)某火箭發(fā)動(dòng)機(jī)起爆點(diǎn)火控制就采用了爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)[6]。2)在定向戰(zhàn)斗部中的應(yīng)用。在不改變戰(zhàn)斗部外型和尺寸、不改變裝藥品種的條件下大幅度提高毀傷概率。3)在自鍛成形彈丸戰(zhàn)斗部多點(diǎn)同步起爆方面具有廣泛的應(yīng)用前景。4)在火炮發(fā)射點(diǎn)火技術(shù)中的應(yīng)用。利用爆炸網(wǎng)絡(luò)同步點(diǎn)火技術(shù)可以改善火炮的內(nèi)彈道性能，減少內(nèi)彈道事故的發(fā)生[20]。

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)具有體積小、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、安全性和可靠性較高的特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代引信技術(shù)的發(fā)展，爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有可能成為智能化引信的核心技術(shù)之一。對(duì)于小型可瞄式戰(zhàn)斗部的起爆控制，由于在成本、空間以及解除保險(xiǎn)環(huán)境選用方面都無(wú)法采用大型戰(zhàn)斗部使用的電子控制技術(shù)而獨(dú)立控制各起爆點(diǎn)，所以爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)其控制要求提供了途徑。另外，小型導(dǎo)彈所急需解決的低成本、高可靠性、高安全性等方面的問(wèn)題也需要該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和完善。

2　爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)起爆控制技術(shù)綜述

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)由爆炸邏輯元件和炸藥等連接組成，并按一定邏輯和預(yù)定傳爆時(shí)間傳爆，以實(shí)現(xiàn)邏輯網(wǎng)絡(luò)的預(yù)定輸出功能，可通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)使其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全與適時(shí)起爆。

2.1拐角效應(yīng)

爆轟波拐角現(xiàn)象是指爆轟波從雷管或小的傳爆藥柱進(jìn)入大的藥柱時(shí)，產(chǎn)生散心爆轟波，其傳播方向偏離起爆方向的現(xiàn)象。爆轟波拐角過(guò)程中出現(xiàn)的波陣面滯后或局部區(qū)域不爆轟現(xiàn)象稱為拐角效應(yīng)[21]。多年來(lái)許多學(xué)者對(duì)多種炸藥中的爆轟波拐角現(xiàn)象進(jìn)行了研究，研究表明爆炸邏輯元件就是基于這一原理工作的。如圖1就是典型的拐角效應(yīng)。當(dāng)爆轟波由A端向B端傳播時(shí)，在D處產(chǎn)生一不爆區(qū)城，但由于藥柱B端的直徑較大,爆轟波還能傳至A端，但當(dāng)爆轟波由B端向A端傳播時(shí), 由于C處暗區(qū)及藥柱A端直徑較小，爆轟波不能傳遞下去，這就是拐角的單向?qū)ㄐ?yīng)。

圖1　炸藥的單向?qū)ㄐ?yīng)示意圖Fig.1　Schematic diagram of dynamite single conduction effect

在具有會(huì)導(dǎo)致爆轟傳播方向改變的拐角邊界炸藥裝藥中，爆轟波的傳播伴隨著所謂的“拐角效應(yīng)”——“死區(qū)”的形成，鄰接拐角邊界的“死區(qū)”區(qū)域中炸藥部分反應(yīng)或完全沒(méi)有反應(yīng)。拐角效應(yīng)最容易出現(xiàn)在爆轟能力不強(qiáng)的低感度炸藥裝藥中，或者在因預(yù)沖壓波加載而脫敏的炸藥中。爆轟波在炸藥中的拐角能力同炸藥的爆轟參數(shù)、臨界直徑一樣作為衡量炸藥爆轟性能的一個(gè)指標(biāo)已經(jīng)得到普遍重視。研究爆轟波拐角現(xiàn)象，對(duì)于了解炸藥性能、合理設(shè)計(jì)彈體以及發(fā)散爆轟波傳播理論的研究等有著十分重要的意義。在繞射爆轟波邏輯元件中以及用于對(duì)航空、航天系統(tǒng)爆炸控制裝置中使用的炸藥進(jìn)行測(cè)試的模擬裝藥中，拐角效應(yīng)已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用[22]。在爆破過(guò)程中，炸藥截面尺寸可能發(fā)生變化，可以想象，當(dāng)藥柱出現(xiàn)曲折時(shí)，爆轟波的傳播就可能偏離正常情況，而出現(xiàn)一些特殊現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)和研究這些現(xiàn)象不論是在理論上還是在應(yīng)用上都具有重要意義。

2.2延時(shí)爆轟現(xiàn)象

伴隨著拐角效應(yīng)，由于非穩(wěn)態(tài)爆轟的存在，可能會(huì)造成爆轟波自彎折點(diǎn)傳播到某點(diǎn)比直線傳播到相同距離(大于非穩(wěn)態(tài)爆轟長(zhǎng)度)的某點(diǎn)要延遲一段時(shí)間，研究這一延遲時(shí)間的規(guī)律不僅對(duì)精密爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，而且對(duì)普通爆炸網(wǎng)絡(luò)諸如網(wǎng)絡(luò)平面波發(fā)生器、網(wǎng)絡(luò)空間起爆技術(shù)都有重要意義。1994年，王樹山[23]等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種爆轟延時(shí)現(xiàn)象的存在，揭示了延遲時(shí)間隨裝藥尺寸和彎折角度的變化規(guī)律。梅群[24]利用如圖2所示實(shí)驗(yàn)裝置，分析得到除裝藥本身性質(zhì)和基板材料外，影響延遲時(shí)間的因素主要是彎折角度和裝藥截面尺寸。

圖2　測(cè)量延遲時(shí)間實(shí)驗(yàn)樣品示意圖Fig.2　Schematic diagram of measuring test samples of delay

通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了爆轟波轉(zhuǎn)彎傳播存在著時(shí)間延遲現(xiàn)象：爆轟波轉(zhuǎn)彎傳播的延遲時(shí)間隨彎折角度α的增大而增加，存在一個(gè)能夠轉(zhuǎn)彎傳播的最大極限角度，超過(guò)此角度，爆轟中斷或熄爆；爆轟波轉(zhuǎn)彎傳播的延遲時(shí)間隨裝藥截面尺寸的增大而減小，當(dāng)裝藥截面尺寸趨于爆轟臨界尺寸時(shí)，爆轟波只能沿直線傳播，不能繞過(guò)任何角度而轉(zhuǎn)彎傳播。

2.3爆炸邏輯元件

爆炸邏輯元件是一類爆炸裝置，其邏輯運(yùn)算是利用爆炸邏輯元件中炸藥裝藥的爆轟實(shí)現(xiàn)的。爆轟邏輯元件可分為繞射型和破壞型，繞射型爆炸邏輯元件的動(dòng)作是基于拐角效應(yīng)，而破壞型爆炸邏輯元件則基于炸藥裝藥爆轟傳遞途徑的破壞。爆炸邏輯元件的結(jié)構(gòu)有各種各樣的方案，且每一種方案可以實(shí)現(xiàn)特定的功能，下面就常用的爆炸邏輯元件進(jìn)行介紹。

2.3.1邏輯零門

爆炸邏輯零門是組成復(fù)雜爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時(shí)也是網(wǎng)絡(luò)智能化最難實(shí)現(xiàn)的邏輯單元。目前被廣泛研究的零門設(shè)計(jì)有如下三種。

1)拐角效應(yīng)零門

此零門的裝藥通道結(jié)構(gòu)一般為T 字形，原理如圖3所示。其功能是：爆轟波可由B端傳至C端，或由C端傳至B端，但不能繞過(guò)直角傳播至A端；A端的爆轟波傳至O點(diǎn)時(shí)不能繞過(guò)裝藥直角傳播至B端和C端，從而關(guān)閉爆轟通道BC。由于同時(shí)要求A端和B端的爆轟波都不能繞過(guò)直角，所以在“T”字形零門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上必須采用等截面通道。圖3(c)是改良后的拐角效應(yīng)零門。一般通道尺寸均采用深度和寬度相等的正方形截面。

2)接觸零門

這種零門的工作原理如圖4所示，當(dāng)A點(diǎn)的爆轟波傳播到A′點(diǎn)時(shí)，由于通道A′O的截面積小于爆轟波傳播的臨界截面積，所以爆轟波在A′O段的A′附近減弱。減弱的爆轟波繼續(xù)以沖擊波的形式向前傳播，在O點(diǎn)將BC通道的裝藥破壞，切斷BC通道爆轟波的傳播，實(shí)現(xiàn)零門功能。

3)間隙零門

爆炸邏輯間隙零門的結(jié)構(gòu)如圖5所示。其工作原理是利用縱向通道(控制通道)AO的爆轟波在間隙d中產(chǎn)生的沖擊波，將橫向通道(信號(hào)通道)BC的裝藥破壞，即切斷通道BC中爆轟波的傳播。

圖3　拐角效應(yīng)零門原理圖Fig.3　Schematic of corner effect zero gate

圖4　接觸零門原理圖Fig.4　Schematic of touching zero gate

圖5　間隙零門原理圖Fig.5　Schematic of gap zero gate

2.3.2爆炸二極管

具有單向傳播特性的爆炸元件稱為爆炸二極管，可由片狀炸藥和可擠壓炸藥制成。將爆炸零門的兩壁相接，則會(huì)制成二極管，圖6就是一種典型的爆炸二極管。

2.3.3爆炸邏輯異步與門

在通常的作用過(guò)程中，兩股爆轟常常需按一定時(shí)序輸入，且只在這種情況下才有確定的爆轟輸出，按另一種時(shí)序或任何單一的爆轟輸入都不可能存在爆轟輸出，實(shí)現(xiàn)這種邏輯功能的爆炸元件稱為爆炸邏輯異步與門。采用雙零門的方法，可設(shè)計(jì)有此作用原理的爆炸邏輯異步與門，如圖7所示。該爆炸邏輯異步與門用同一起爆源引爆，起爆點(diǎn)為A。AC裝藥通道長(zhǎng)于AB裝藥通道，相當(dāng)于兩股爆轟以先AB、后AC的時(shí)序輸入，預(yù)定輸出點(diǎn)為O。其作用過(guò)程如下：A點(diǎn)被引爆后，沿AB裝藥傳播的爆轟波先于沿AC裝藥傳播的爆轟波到達(dá)爆炸零門“1” ，零門“1”起作用，CE裝藥被切斷，零門“2”不起作用，爆轟波由A→C→D→O傳播，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的爆轟輸出；如果按另一種時(shí)序來(lái)輸入爆轟，爆轟波由A→C→B→E傳播，則零門“1”不起作用，零門“2”起作用，OD裝藥通道被切斷，O點(diǎn)不再有爆轟輸出；如果只有AB或AC單一的爆轟輸入，則零門“1”起作用或者零門“2”起作用，導(dǎo)致裝藥CE被切斷或者裝藥OD被切斷，O點(diǎn)都不會(huì)有爆轟輸出。

圖6　爆炸二極管Fig.6　Explosion diode

圖7　爆炸邏輯異步與門Fig.7　Explosion asynchronous logic and gate

2.4爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)安全起爆控制功能原理

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)用于安全系統(tǒng)時(shí)，安全控制方法與傳統(tǒng)的方法不同，主要表現(xiàn)在：起爆功能的實(shí)現(xiàn)取決于控制系統(tǒng)對(duì)起爆源的精確時(shí)序控制和爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)的邏輯功能，二者的有機(jī)結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)正常起爆功能；由于爆炸邏輯中各起爆源的時(shí)序和邏輯功能是唯一且固定不變的，所以控制系統(tǒng)對(duì)爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)中各起爆源的控制時(shí)序也是唯一的，在意外情況下不會(huì)使其起爆，符合引信設(shè)計(jì)的失效安全(故障保險(xiǎn))原則。

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)的功能之一是可實(shí)現(xiàn)由較少的輸入得到較多的輸出：即使爆轟由一點(diǎn)向多點(diǎn)傳輸，并且傳輸方向可按布爾邏輯選擇，具有一般譯碼器功能。爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)的另一功能是可由較多的輸入得到較少的輸出甚至是唯一的輸出：即當(dāng)爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)的輸入點(diǎn)數(shù)多于輸出點(diǎn)時(shí)，可通過(guò)選擇各輸入點(diǎn)之間爆轟的邏輯組合使之產(chǎn)生組合鎖定功能。此時(shí)，只有滿足邏輯關(guān)系的輸入才能產(chǎn)生輸出，因而具有保險(xiǎn)和隔爆作用。

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的邏輯功能以及一些不太復(fù)雜的過(guò)程控制即經(jīng)濟(jì)又安全可靠。然而，爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能和組合功能(要求其既安全又能實(shí)現(xiàn)多向傳輸)則需要解決復(fù)雜的時(shí)序匹配等多項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題，過(guò)程控制也比較復(fù)雜。因此，解決并可靠實(shí)現(xiàn)時(shí)序匹配等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛應(yīng)用的前提。

2.5爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)例

近年來(lái)，不少學(xué)者對(duì)爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并將其用于定向戰(zhàn)斗部和聚能裝藥戰(zhàn)斗部中以提高武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。

2.5.1定向戰(zhàn)斗部定向起爆系統(tǒng)

韓克華等研究了爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)用于定向戰(zhàn)斗部定向起爆系統(tǒng)[25-26]，其具體實(shí)施方式如圖8所示。導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部頂端的圓周上設(shè)置8個(gè)沖擊片雷管(輸入端分別與8個(gè)高壓起爆電路的輸出端相接)，導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部側(cè)向的母線上則均布8個(gè)一入二出導(dǎo)爆索組成的爆炸同步網(wǎng)絡(luò)(輸入端與上述的8個(gè)沖擊片雷管底部對(duì)應(yīng)相接)，輸出端則埋入導(dǎo)彈定向戰(zhàn)斗部的主裝藥中。

圖8　多點(diǎn)起爆系統(tǒng)示意圖Fig.8　Sketchmap of multipoint initiation systems

使用多點(diǎn)沖擊片雷管作為起爆源的設(shè)計(jì)方法使得武器系統(tǒng)安全性、可靠性得到提高，解決了爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)傳爆序列的能量匹配問(wèn)題以及傳爆線路可靠性等較難控制的問(wèn)題。

2.5.2聚能裝藥戰(zhàn)斗部

文獻(xiàn)[27-28]研究了爆炸網(wǎng)絡(luò)在聚能裝藥戰(zhàn)斗部上的應(yīng)用，將爆炸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于聚能破甲戰(zhàn)斗部作為其起爆方式并且取代原有的隔板和副藥柱，如圖9所示。爆炸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在聚能破甲戰(zhàn)斗部上的應(yīng)用，減小了破甲彈體積，可以精確控制并獲得理想的爆轟波形，提高了破甲威力和破甲穩(wěn)定性。

圖9　聚能破甲戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9　Sketchmap of shaped charge warhead

3　爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)研究工作綜述

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究工作是多方面的。目前影響爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可靠性實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題仍然是其技術(shù)基礎(chǔ)研究工作：主體炸藥細(xì)化、配方選擇、混藥和裝藥工藝、藥劑安全性等。這些技術(shù)關(guān)鍵解決與否，直接影響系統(tǒng)整體的可靠性同時(shí)也決定爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景。隨著對(duì)爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)研究工作的逐漸深入，該技術(shù)也取得了較大的進(jìn)步與發(fā)展。下面介紹爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)研究工作進(jìn)展。

3.1炸藥粒度對(duì)傳爆性能的影響

炸藥粒度是指炸藥顆粒的大小或尺寸。文獻(xiàn)[29]通過(guò)傳爆試驗(yàn)研究了炸藥粒度和炸藥粒度分布對(duì)油墨炸藥傳爆性能的影響并得到如下結(jié)論：1)粒度越小，油墨炸藥穩(wěn)定傳爆尺寸也越小，爆轟感度也越高。2)在保證炸藥粒度相同的前提下，如果炸藥粒度分布為單峰，分布范圍窄，則爆轟感度高，臨界傳爆尺寸小，炸藥線傳爆穩(wěn)定。文獻(xiàn)[30]對(duì)奧克托今炸藥在不同密度下的傳爆能力進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)研究，并從理論上探討了炸藥晶體尺寸對(duì)爆轟性能的影響，研究表明炸藥顆粒愈細(xì)，其顆粒的比表面積就愈大，爆轟波更容易傳遞，爆速增大。

3.2爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)配方研究

文獻(xiàn)[31]指出從20世紀(jì)60年代開始，隨著核武器和常規(guī)武器彈藥的發(fā)展，為了滿足不同結(jié)構(gòu)傳爆裝置的需求，美國(guó)原子能委員會(huì)和各軍種所屬研究機(jī)構(gòu)都開始研究各種炸藥，尤其是塑料粘結(jié)炸藥(PBX)和撓性炸藥，并研制出多種混合炸藥配方。對(duì)于直徑在1 mm左右的小通道裝藥，也都開展了相應(yīng)研究。表1列出了國(guó)外研制的有關(guān)炸藥的配方和性能。

吉利國(guó)[31]實(shí)驗(yàn)研究了以黑索今為基的硅橡膠撓性炸藥配方和以太安為基的硅橡膠混合炸藥配方，這兩種配方可在室溫下發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)。在以有機(jī)玻璃作基板，以15%硅橡膠、85%黑索今作裝藥的試驗(yàn)中，多次試驗(yàn)未能實(shí)現(xiàn)小于1.5 mm ×1.5 mm通道的爆轟傳遞，且起爆感度較低，甚至發(fā)生不能起爆的現(xiàn)象。表2給出幾種網(wǎng)絡(luò)裝藥的爆轟性能參數(shù)。

表1　國(guó)外研制的混合炸藥及其性能

表2　幾種網(wǎng)絡(luò)裝藥的爆轟性能參數(shù)

3.3裝藥工藝

20世紀(jì)70年代，美國(guó)對(duì)溝槽通道的裝藥方法——擠壓成型/填充法就作了較為詳細(xì)的報(bào)道[32]。擠壓成型/填充法壓制的藥條密度大，可達(dá)到1.40 g/cm3以上，而且密度均勻。但是這種方法的工藝過(guò)程比較復(fù)雜。

“七五”期間，北京理工大學(xué)使用的溝槽通道裝藥工藝是擠抹法。該方法簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，但采用擠抹法裝藥的爆炸效果重復(fù)性不夠好，爆炸邏輯元件和網(wǎng)絡(luò)樣機(jī)可靠作用的成功率不夠高。為了克服擠抹法裝藥工藝的不足，提高爆炸邏輯元件和網(wǎng)絡(luò)的可靠度，在原有擠抹法裝藥工藝的基礎(chǔ)上，研究出了溝槽通道的擠注裝藥法，并將擠注裝藥法用于單輸出爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)模塊。擠注法是塑性炸藥常用的裝藥方法，它使用專門的擠注工具，在一定的壓力下將炸藥注入容器內(nèi)，可將擠注法應(yīng)用于小尺寸溝槽通道的裝藥技術(shù)中。

針對(duì)目前手工裝填存在安全隱患、裝藥質(zhì)量一致性較差等問(wèn)題，文獻(xiàn)[33]研制一種精密爆炸網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)裝填裝置，并以1入2出爆炸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步性測(cè)試。結(jié)果表明以該裝置裝填的精密爆炸網(wǎng)絡(luò)具有良好的輸出同步性，能夠提高裝藥過(guò)程安全性，改善裝藥質(zhì)量，提升定向戰(zhàn)斗部毀傷威力。

3.4基板材料選擇及炸藥通道尺寸

美國(guó)洛斯·阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室曾對(duì)聚碳酸酯和金屬鋁作基板材料進(jìn)行性能研究[1]，發(fā)現(xiàn)填有XTX-8003的面積為0.5×0.5 mm2的通道爆炸后，聚碳酸酯材料的通道尺寸擴(kuò)大l mm，鋁基板尺寸擴(kuò)大1.5 mm。在用聚碳酸酯作基板材料時(shí)，兩藥道之間的最小距離為7.62 mm，否則將發(fā)生殉爆。在有互相作用波的情況下(爆轟波在相鄰兩藥道中同時(shí)傳播)，通道允許距離是11.6 mm，板的最小允許厚度為10.6 mm。美國(guó)海軍武器中心的實(shí)驗(yàn)證明：密度小、強(qiáng)度高的材料更適合作為基板材料。

炸藥通道尺寸是由裝藥種類、性質(zhì)決定的，其中炸藥臨界直徑起到了關(guān)鍵作用。不同性質(zhì)的裝藥，臨界直徑相差很大，使炸藥通道尺寸也相差很大。當(dāng)裝藥直徑小于臨界直徑時(shí)，裝藥不能傳播爆轟；當(dāng)裝藥直徑大于臨界直徑而又小于極限直徑時(shí)，炸藥的爆速將隨著裝藥直徑增大而增大。當(dāng)裝藥直徑大于極限直徑時(shí)裝藥中能夠形成穩(wěn)定爆轟，且其爆速為一定值，此時(shí)炸藥的爆轟被稱為“理想爆轟”。因此，獲得較理想的炸藥通道尺寸關(guān)鍵是選擇合適且作用可靠的炸藥配方。

早期爆炸網(wǎng)絡(luò)的通道尺寸是3.175 mm，填入的是E506C炸藥。洛斯·阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室所利用的炸藥通道是0.5×0.5 mm2。其大小是根據(jù)XTX-8003的極限尺寸而定的，這種炸藥的臨界直徑是0.38 mm，但為了增加傳爆的可靠性采用上述尺寸。所研究炸藥零門的中間距離是0.12～0.76 mm。炸藥通道在聚碳酸酯材料中所能拐過(guò)的最大拐角介于135°和150°之間。法國(guó)炸藥中心曾對(duì)B-2171炸藥作過(guò)全面研究，發(fā)現(xiàn)這種炸藥在利用管材作裝藥材料時(shí)臨界直徑為0.3 mm，且爆速與直徑密切相關(guān)。而無(wú)約束時(shí)，使用的通道是0.6×0.6 mm2，測(cè)得的爆速為7 300 m/s，估計(jì)無(wú)約束時(shí)的臨界直徑是0.5 mm。

3.5爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)制作印刷

1991年文獻(xiàn)[8]公布了炸藥油墨-絲網(wǎng)漏印技術(shù)制作爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它是由平均粒徑小于1 μm的細(xì)顆粒主體炸藥和一定比例的有機(jī)油墨制成炸藥油墨。將惰性襯底設(shè)計(jì)模型置于線路基層，用惰性襯底油膜和絲網(wǎng)印出預(yù)定厚度的惰性襯底膜層。用炸藥油墨和絲網(wǎng)在惰性襯底印膜的凹道線路內(nèi)逐條印制相同厚度的炸藥線路，然后固化檢驗(yàn)，直到印出所設(shè)計(jì)的爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)。絲網(wǎng)漏印工藝克服了刻槽裝填工藝的許多不足，具有工藝精密可靠、裝藥均勻一致、容易檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，而且裝藥量少，爆炸強(qiáng)度低，網(wǎng)絡(luò)尺寸可以大大縮小，可滿足復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的通道設(shè)計(jì)。俄羅斯使用炸藥濺射鍍膜技術(shù)制造爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)，還使用陰模澆注法制造以?shī)W克托今為主體炸藥的邏輯網(wǎng)絡(luò)，并得到應(yīng)用[32]。

4　結(jié)論

與采用機(jī)械環(huán)境敏感裝置或環(huán)境傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)和解除保險(xiǎn)功能的傳統(tǒng)引信相比，爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)安全引爆技術(shù)具有明顯的安全優(yōu)勢(shì)：由于沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)零部件，防止了傳統(tǒng)引信機(jī)構(gòu)勤務(wù)處理和裝填過(guò)程中因震動(dòng)、碰撞和跌落而意外解除保險(xiǎn)現(xiàn)象的發(fā)生，避免了因發(fā)射熱傳導(dǎo)影響而出現(xiàn)的紊亂失效，而隨著爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)工藝技術(shù)的發(fā)展，還有可能大幅度提高引爆可靠性；由于電子元器件的大幅度減少，所以有助于解決抗靜電和射頻干擾問(wèn)題。

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)安全起爆控制技術(shù)基本原理已經(jīng)成熟，但其工程應(yīng)用的可靠性、可生產(chǎn)性、系統(tǒng)安全性等問(wèn)題仍需深入研究：

1)高性能、高可靠性、裝藥工藝性好的藥劑配方選擇；

2)平面高效精準(zhǔn)裝藥及其質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)；

3)微型電雷管技術(shù)；

4)復(fù)雜時(shí)序特性和性能裕度監(jiān)控技術(shù)；

5)裝藥質(zhì)量容差設(shè)計(jì)技術(shù)；

6)系統(tǒng)安全性和系統(tǒng)可靠性深入分析與量化計(jì)算；

7)《引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》的適用性。

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了起爆網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)邏輯化，明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的引信機(jī)械式和機(jī)電式保險(xiǎn)和解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，可滿足引信適用解除保險(xiǎn)環(huán)境較少的某些高價(jià)值彈藥(如小型導(dǎo)彈)引爆系統(tǒng)高安全性、高可靠性、多點(diǎn)起爆、小體積、低成本的需求。因此，爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)安全引爆技術(shù)擁有較好的發(fā)展前景。

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Summary on Explosive Logic Network Safe Initiating Technique

WEN Quan, LIU Xuan , WANG Yushi, ZHANG Zhibiao

(School of Mechanical Engineering，Nanjing University of Science & Technology，Nanjing 210094，China)

The explosive logic network for safe initiating has great difference from traditional fuze, which has specific property such as low cost, high reliability, high safety etc. In order to provide reference to the design and thorough study of the explosive logic network, the development history of the explosive logic network technique for safe initiating was reviewed. The principle and research status of explosive logic network for safe initiating was introduced. Design of explosive logic components and parts, selection of explosive formulation, optimization of charging technology, manufacturing of network substrate were discussed. Its application prospect was analyzed. The matters of reliability, productivity and system safety need be further studied for engineering application.

safety initiating technique; literature summary; explosive logic network; reliability; safety

2016-02-03

武器裝備預(yù)先研究項(xiàng)目資助(51305060301)

聞泉(1979—)，男，河南南陽(yáng)人，博士，副研究員，研究方向：引信系統(tǒng)分析和機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)。E-mail:wq980211@163.com

TJ430.1

A

1008-1194(2016)04-0001-08