CN113865449A

CN113865449A - 线膛火炮榴弹弹底机械触发引信

Info

Publication number: CN113865449A
Application number: CN202111108400.0A
Authority: CN
Inventors: 王雨时; 黄井钵
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2021-09-22
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2021-12-31
Anticipated expiration: 2041-09-22
Also published as: CN113865449B

Abstract

本发明公开了一种线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，在引信体内包括自上而下同轴布置的传爆管壳、传爆药、加强帽、垫圈、球盖、隔离球、针刺***、开口环、球座、击针、弹道簧、击针套、自毁簧、惯性体和打击球，以及偏心布置的离心球。其中隔离球是隔爆件，与针刺***共同构成球转子。平时球转子被击针和开口环锁定在隔爆位置，实现冗余保险。击针和开口环分别依靠发射时的后坐和旋转环境解除对球转子的保险。球转子还实现20 m以远的延期解除保险距离。引信具有擦地炸、大着角发火和离心自毁功能，应用于35 mm口径高炮榴弹时，对2 mm厚铝合金靶板垂直命中时能可靠触发。符合GJB373B‑2019《引信安全性设计准则》的相关要求。

Description

线膛火炮榴弹弹底机械触发引信

技术领域

本发明属于旋转炮弹机械触发引信技术，具体涉及一种线膛火炮榴弹弹底机械触发引信。

背景技术

小口径炮弹一般是指口径为20 mm到40 mm、利用火炮进行发射并完成杀伤、***、燃烧或其他战术目的的弹药，由于其机动性强、发射速度快，被广泛运用在陆、海、空三军及其他作战部队中。

小口径火炮榴弹多配弹头机械触发引信。与弹头机械触发引信相比，小口径火炮榴弹配用弹底机械触发引信，有利于实现对引信的隔爆、冗余保险、防雨、钝感度、触发延期、擦地炸、大着角发火要求。瑞士35 mm高炮多功能榴弹就配备了弹底机械触发引信，但其结构细节不详。AOP-8《NATO FUZE CHARACTERISTICS DATA》披露了一型德国配用于MK35型35 mm口径高炮DM31型榴弹的弹底机械触发引信，型号为DM821。该引信采用球转子隔爆机构、软带延期解除保险机构和离心板自毁机构。不计底部附带的曳光管，整个引信约有37个组成单元，结构较为复杂，因而成本难以控制，可靠性也难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，提高了该引信的可靠性，并可以大幅度降低成本。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，包括同轴布置的传爆管壳、传爆药、加强帽、隔离球、针刺***、击针、自毁簧、打击球、引信体、惯性体、击针套、离心球、弹道簧、球座、开口环、球盖、垫圈。其中两个相同的针刺***装入隔离球构成球转子。隔离球作为隔爆件使***平时处于隔爆状态，而球转子则在引信保险机构均解除保险后实现延期解除保险功能，保证引信在飞出炮口安全距离以外才使得上述针刺***对正传爆管，确保平时和发射安全。隔离球、两个针刺***、球座、开口环和球盖构成安全和解除保险机构。其中传爆管壳、传爆药、加强帽、垫圈构成传爆管。击针、自毁簧、惯性体、击针套、离心球构成发火机构，发火机构同轴地设置于安全和解除保险机构后端，兼顾实现对球转子的一道保险，即后坐保险。离心保险机构（件）为开口环，卡于隔离球下端的月芽形沟槽外侧，实现对球转子的另一道保险。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）取消了生产工艺性较差的软带，在较小的空间约束条件下用较少的零部件全面满足《引信安全性设计准则》的相关设计要求，具体包括隔爆安全性、冗余保险和延期解除保险等，结构简约，可靠性高，成本低廉。

（2）球座上在偏离中心轴线的圆周上均布有数个轴向通孔，既可以起到观察引信装配时开口环是否有漏装的作用，又可以起到泄放引信内腔压力、提高隔爆安全性的作用。

（3）在引信体底部惯性体锥窝内加入打击球零件，大幅度地提高了引信触发灵敏度。

附图说明

图1为本发明线膛火炮榴弹弹底机械触发引信的结构示意图。

图中：包括同轴布置的传爆管壳1、传爆药2、加强帽3、隔离球4、针刺***5、击针6、自毁簧7、打击球8、引信体9、惯性体10、击针套11、离心球12、弹道簧13、球座14、开口环15、球盖16、垫圈17。其中两个相同的针刺***5装入隔离球构成球转子，隔离球作为隔爆件使***平时处于隔爆状态，而球转子则在引信保险机构均解除保险后实现延期解除保险功能，保证引信在飞出炮口安全距离以外才使得上述针刺***5对正传爆管，确保平时安全和发射安全。其中传爆管包括传爆管壳1、传爆药2、加强帽3、垫圈17。而发火机构包括击针6、自毁簧7、惯性体10、击针套11、离心球12，同轴地设置于隔爆机构后端，兼顾实现对球转子的一道保险，即后坐保险。离心保险机构件为开口环，卡于隔离球下端的月牙形沟槽外侧，实现对球转子的另一道保险。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，在引信体9内腔中从上至下依次包括同轴布置的传爆管、安全和解除保险机构、垫圈17、弹道簧13、发火机构、打击球8。

其中传爆管包括开口向下的传爆管壳1、压装于传爆管壳1内的传爆药2、用于对传爆管壳1和传爆药2封口的加强帽3、用于调整加强帽3相对于传爆管壳1空位深度的垫圈17。传爆药选用聚黑-14传爆药。传爆管上端面即为传爆管壳1上端面，与引信体9上端面环面基本齐平。作为引信的输出端，传爆管上方是弹丸主装药和弹丸中的药面调整纸垫。传爆管靠传爆管壳1外壁的外螺纹与引信体9内腔连接。

其中发火机构属于针刺发火机构，包括击针6、自毁簧7、惯性体10、击针套11、6个离心球12，发火机构同轴地设置于引信体9内腔孔底，且位于安全和解除保险机构的下方。其中6个离心球12偏离轴线偏心设置。与发火机构匹配的首发***元件是隔离球4中的针刺***5。该发火机构可实现惯性触发发火和离心自毁发火功能。惯性体10与击针套11铆合在一起，包容击针6、自毁簧7和6个离心球12，构成了发火模块部件，便于装配和装配质量监控，击针6的击针尖自击针套11向上伸出后卡在隔离球4的第二盲孔内，兼顾实现对隔离球4的后坐保险，自毁簧7设置于击针6底面和惯性体10内腔底面之间，弹道簧13套在击针6和击针套11外壁，且两端分别抵住球座14和惯性体10。惯性体10外径与引信体9内腔孔径匹配。

其中，安全和解除保险机构位于传爆管下方，包括隔离球4（为主要隔爆件）、两个针刺***5、球座14、开口环15和球盖16，其中两个针刺***5装入隔离球4构成球转子。球座14与球盖16压合在一起构成球转子的容置和运动腔室，也形成了安全和解除保险机构模块部件，便于装配和装配质量监控。所述隔离球4为不完整轮廓的圆球，其下端绕引信轴线设置有第二盲孔和月牙形沟槽。所述开口环15为一端开口的椭圆环，是离心保险机构，卡入隔离球4下端的月牙形缺口沟槽，实现对球转子的离心保险。上述发火机构的击针6平时***隔离球4下端的第二盲孔内，兼顾实现对球转子的后坐保险，上述针对隔离球4的开口环15的离心保险和击针6的后坐保险，构成了引信的冗余保险。平时开口环15和击针6将隔离球4锁定在隔爆状态，即隔离球4上的***5的轴线与传爆管轴线和击针6轴线偏转过90°角。球盖16外圆上设有与传爆管壳1上相同的外螺纹，与引信体9内螺纹连接，以保证隔爆状态和弹丸穿靶时的引信结构连接强度要求。球座14下端面抵靠在引信内腔环台处实现轴向定位。所述球座14在偏离中心的圆周上沿轴向均匀设有多个通孔，既是装配过程中用来观察开口环15是否漏装和隔离球4位置是否正确的窥视孔，也是隔爆状态下引信***5意外发火***所形成的高温高压气体产物的内部压力泄放通道，将高温高压气体产物向下引入到发火机构腔室，有助于提高引信的隔爆安全性。上述球座14与球盖16的过盈配合，使得隔离球4装入后能够通过上述球座14和球盖16上的中心孔检查隔离球4的装配正确性，即装配成隔爆状态，然后才进行下一步的装配，从而保证整发引信一定会装配成保险状态即非解除保险状态。

在安全和解除保险机构与发火机构之间设有弹道簧13，用于防止外弹道上发火机构在爬行力作用下前移，使其击针刺发安全和解除保险机构中的针刺***5而引发弹道炸。

在所述引信体9的内腔底面中心设有盲孔，惯性体10底面中心向上拱起形成锥窝，所述引信体9的盲孔与惯性体10锥窝之间装有打击球8，以打击球8的滚动取代原打击块滑动方式的轴向运动，摩擦力小，且不存在导向短易锁死的问题，使引信惯性触发机构触发作用时其惯性前冲的能量损耗大幅度降低，有助于提高引信惯性触发灵敏度。将打击球8由不锈钢球换为高精度（直径误差在±0.01毫米范围内）的钨合金球，密度和质量会增大约1倍，提高了惯性前冲能量，从而有助于提高引信惯性触发灵敏度。将打击球8选用用作轴承滚动体的高密度（密度在5.8g/cm³以上）陶瓷球，则可以减小滚动和滑动的摩擦力，从而提高引信惯性触发灵敏度。

所述引信体9内腔呈阶梯孔状，外大内小，其中最里端台阶与惯性体10匹配，用以加厚引信体9退刀槽部位，从而有利于提高其发射、碰靶和穿靶时的强度。

在勤务处理阶段，GJB573B《引信及引信零部件环境与性能试验方法》规定的可信的冲击、振动，包括跌落和运输振动等，都不会使引信改变出厂状态。引信结构强度足以经受非直接碰撞产生的跌落冲击，不会对可靠性和安全性产生危害。1.5 m高度的裸态跌落产生的直接碰撞，也不会降低引信安全性，仍能确保使用安全，包括发射安全性。引信发火机构中击针6下面的自毁簧7，同时也是后坐保险机构的保险簧。即使最不利的1.5 m落高引信底向下跌落姿态，自毁簧7也能保证击针6的前端始终插在隔离球4的盲孔中，保证隔离球处于隔爆状态。而开口环15也始终处于保险位置，意外跌落和滚动不会使其张开，仍能卡住隔离球4，也使其不能转动，处于隔爆状态。此时即使引信中针刺***5（任意一个或两个同时）意外发火***，安全和解除保险机构（隔爆机构）可保证引信不会对外产生危险破片，也不会引爆传爆管，即引信不会意外发火，能保证勤务处理阶段、装填阶段、膛内运动阶段和炮口安全距离内的安全。

弹丸在膛内发射时，引信体9底部强度足够，无破坏和变形。

弹丸在膛内运动初期，在后坐力作用下，击针6压缩自毁簧7向下运动，击针6不再限制隔离球4即球转子运动，解除对球转子的后坐保险。而开口环15也在后坐力的作用下，其下端面挤压在球座14上端面上。此时弹丸转速较低，开口环的半环离心力矩不足以克服其端面因后坐力而产生的摩擦力矩，故不能使开口环5张开。

弹丸在膛内运动至接近炮口时，后坐力逐渐减小、弹丸转速逐渐增大。某一临界点之后，离心球12在离心力作用下从击针6的径向横孔中甩出，卡在击针套11口部的斜面（圆台轮廓面，即自毁斜面）和惯性体10内孔的圆柱面上。击针套11口部斜面对离心球12的支反力作用于击针6上的径向横孔孔壁，其后可以弥补逐渐减弱的后坐力，抵抗自毁簧7的抗力。在此过程中，击针6始终处于脱离隔离球4的状态，即彻底释放了隔离球4。而在同期的另一临界点后，开口环15在其半环离心力矩的作用下克服后坐摩擦力矩和其预制薄弱部位抗弯力矩打开，向外甩入球盖16内腔预留的环槽，进而解除对球转子的另一道保险（离心保险）。

不论开口环15是在膛内还是在膛外甩开从而解除对球转子的保险，由于膛内后坐过载产生的摩擦力矩都比较大，所以通常只有在弹丸飞出炮口接近后效期末后坐过载明显减小后，球转子的离心力矩大于摩擦力矩，才能开始转动，并在弹丸飞出炮口安全距离以外（对于35 mm口径高炮榴弹，按20 m）转动至对正位置，即隔离球4一端的针刺***5正对所述击针6，另一端的针刺***5正对传爆管，针刺***5轴线与弹轴重合或接近重合，引信处于解除保险后的待发状态。

弹丸飞出后效期，就会受到爬行过载的作用。爬行过载有可能使发火模块向前爬行，使击针6刺戳已经对正的隔离球4中的***5，引起弹道炸。尽管弹丸转速很高，发火模块受到的离心力及其摩擦力一般都会很大，其摩擦力会远大于爬行力，但引起离心力的离心半径却是随机量，难免接近于0或就是0；另外，章动力方向与爬行力方向相反，在某种程度上可以抵消爬行力从而有助于避免弹道炸，但章动力是周期性质的力，在某一周期点上也是0，因此弹道簧13预防弹道炸是有必要的，其抗力按极限爬行过载考虑选取即可。

当弹丸命中目标或着地后（包括大着角和小落角情形），弹丸运动受阻，转速也开始衰减，击针在前冲力和自毁簧抗力的共同作用下，克服离心球离心力沿自毁斜面产生的约束反力的轴向分力，向前移动，刺戳针刺***5。同时发火模块和打击球也在前冲力的作用下，克服惯性体10与引信体9内壁之间的离心摩擦力和弹道簧13的抗力，携带击针6一起向前移动，刺戳针刺***5。针刺***5发火***后，引爆同在隔离球4内但在另一端的针刺***5，继而引爆传爆药2和其后的弹丸主装药。由于发火模块和打击球8的质量远大于击针6加离心球8的质量，并且离心球8沿自毁斜面产生的轴向抗力比较大，所以惯性触发发火时的作用，是以发火模块和打击球8前冲运动为主。打击球8的重要作用，是其前冲力克服惯性体10外圆柱面与引信体9内腔孔壁之间的静摩擦力，使其前冲运动快速起动起来。本发明应用于35 mm口径高炮榴弹时，对2 mm厚铝合金靶板垂直命中时能可靠触发。

在大着角和小落角情形下，理论上讲，如果保守地忽略打击球8的作用，则只要弹丸着角的余角或落角大于惯性体10外圆柱面与引信体9内腔孔壁之间的静摩擦角，引信就能实现惯性触发发火。假设惯性体10外圆柱面与引信体9内腔孔壁之间的静摩擦系数是0.2，则引信的最小发火落角和最大发火着角理论上分别是11.3°和78.7°，应该能够满足大多数的应用场合需要。

在弹丸对空射击的情况下，如果未能命中目标，则在弹丸降弧段内，随着弹丸转速的逐渐衰减，离心球8的离心力也逐渐减小，直至某一临界点其沿自毁斜面产生的支反力不足以支撑自毁簧7的抗力，则此后自毁簧7就会推动击针6向前运动，刺戳针刺***5，实现空中离心自毁。

如果球转子因故未能转动（此情形是球转子机构的可信失效模式之一），则在弹丸碰击目标或空中自毁临界点之后，击针6会在发火模块和打击球8的前冲力或击针及其离心球的前冲力和/或自毁簧7抗力的作用下重新***隔离球4盲孔内，引信进入恢复后坐保险的状态。这样的未爆弹药，***物处理安全是能够得到根本保证的。

如果球转子已经启动转动过程但因故未能转到位（此情形也是球转子机构的可信失效模式之一），则空中自毁临界点之后特别是在弹丸碰击目标之后，击针尖会因为碰击隔离球4表面而在不同程度上损坏，引信进入自失效状态，能在一定程度上保证***物处理安全。

本发明所述的线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，满足GJB373B-2019《引信安全性设计准则》标准的相关要求，具体包括隔爆、冗余保险、延期解除保险、应用许用传爆药、非解除保险状态保证、安全***失效率、手工不解除保险以及自毁、自失效等。

Claims

1.一种线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，其特征在于：包括在引信体（9）的内腔中自上而下同轴布置的传爆管、安全和解除保险机构、弹道簧（13）、发火机构和打击球（8）；传爆管包括传爆管壳（1）、传爆药（2）、加强帽（3），传爆药（2）设置在传爆管壳（1）内，传爆管壳（1）开口向下，开口端通过加强帽（3）实现密封；安全和解除保险机构包括隔离球（4）、球座（14）、开口环（15）、球盖（16）和两个针刺***（5），球座（14）与球盖（16）共同构成了球转子的容置和运动腔室；隔离球（4）为主要隔爆件，其左右两侧各设置有一个第一盲孔，两个第一盲孔同轴且轴线通过球心，每个第一盲孔内各设置有一个针刺***（5），隔离球（4）上还设有一个朝向球心的第二盲孔，第二盲孔与第一盲孔垂直；隔离球（4）和针刺***（5）构成球转子，所述开口环（15）为球转子的离心保险件，卡于隔离球（4）下端月牙形沟槽外侧，实现对隔离球（9）的离心保险；所述传爆管壳（1）和球盖（16）通过螺纹与引信体（9）内腔连接；发火机构包括同轴设置的击针（6）、自毁簧（7）、惯性体（10）、击针套（11），以及若干偏心设置的离心球（12），用以实现惯性触发发火或离心自毁发火，惯性体（10）与击针套（11）铆合，击针（6）的击针尖自击针套（11）向上伸出后卡在隔离球（4）的第二盲孔内实现对隔离球（4）的后坐保险，自毁簧（7）设置于击针（6）底面和惯性体（10）内腔底面之间，弹道簧（13）套在击针（6）和击针套（11）外壁，且两端分别抵住球座（14）和惯性体（10）。

2.根据权利要求1所述的线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，其特征在于：所述球座（14）沿轴向设有若干个通孔，既是装配过程中用来观察开口环是否漏装和隔离球（4）位置是否正确的窥视孔，也是隔爆状态下引信***意外发火***所形成的高温高压气体产物的内部压力泄放通道，有助于提高引信的隔爆安全性。

3.根据权利要求1所述的线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，其特征在于：所述引信体（9）内腔呈阶梯孔状，外大内小，其中最里端台阶与惯性体（10）匹配，用以加厚引信体（9）退刀槽部位从而提高其发射、碰靶和穿靶时的强度。

4.根据权利要求1所述的线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，其特征在于：打击球（8）设置在引信体（9）底部与惯性体（10）之间，以打击球（8）的滚动取代原打击块滑动方式的轴向运动，摩擦力小，且不存在导向短易锁死的问题，使引信惯性触发机构触发作用时其惯性前冲的能量损耗大幅度降低，有助于提高引信惯性触发灵敏度。

5.根据权利要求4所述的线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，其特征在于：所述打击球（8）选用标准的、高精度的钨合金球，以提高惯性前冲质量，从而提高引信惯性触发灵敏度。

6.根据权利要求4所述的线膛火炮榴弹弹底机械触发引信，其特征在于：所述打击球（8）选用用作轴承滚动体的高密度陶瓷球，以进一步减小滚动和滑动的摩擦力，从而提高引信惯性触发灵敏度。