机电一体化安全机构设计

摘要：目前国内比较流行的安全系统均为全机械错位式惯性隔离机构，国内大部分型号中使用的安全系统均属于这一类。本文介绍了机电一体化引信安全系统设计的工作原理，分析了隔离机构受力及运动情况，论述了安全系统谐振设计的原理，给出了安全系统性能的主要参数。采用这种设计在导弹的实际使用中，取得了预期的效果。

关键词：机电一体化;引信安全;设计

前  言

导弹引信安全系统的主要作用是为导弹（战斗部）的保险、解除保险和向战斗部输出引爆能量，它是导弹安全系统和引爆系统中的重要环节。虽然这类产品工艺比较成熟，但在满足新型号导弹使用要求时，其适应性受到很大的限制，如：钟表延时机构和火药延时无法满足新型号导弹灵活多样的特性，在体积、质量和精度上更是无法满足要求。所以，采用机电一体化安全系统的设计，以满足新型导弹武器系统的要求。

一、机电一体化安全系统设计

1.机电一体化安全系统的工作原理

1. 利用导弹发射时的过载，使电路工作，同时也使系统处于工作状态。

1.2 当导弹二级发动机工作时，第一级机械保险解除，并在电路作用下解除第二道保险（远距离解除保险），系统隔离机构开始转换。

1.3 当光电检测单元检测到正常信号，则第三道保险解除并使系统处于待爆状态。

1.4 若光电检测单元检测到不正常信号，则电路产生信号使机构反向转换，传爆序列处于隔离状态，系统仍处于保险状态。在新型导弹安全系统设计时，设计师们继承了传统设计理论[1]，并采用一些新技术。该机构采用机、电、光一体化设计，使保险零件、保险器、被保险零件均在隔离机构上实现。由于该隔离机构件集环境能源检测、非环境能源检测、保险机构、隔离、光电检测单元、传爆序列等功能于一身，因此该组件在结构和功能上十分复杂，结构精度要求也相当高。但随着加工技术和能力的不断提高，对批量生产这样一个复杂结构体，已不存在任何困难。

2.保险机构

在安全执行机构设计中，要求不得少于两道相互独立的保险。为了既满足设计要求，又不增加体积和质量，所以设计了三道完全不同功能的保险，且不降低产品的可靠性

2.1 惯性机械保险。按实际弹上能源发射后保持的过载，设计了一种机械保险，解除保险过载定在不超过导弹过载的一半，其组成部分主要为惯性件和弹簧。从式（1）可以看出：在材料选定后，其他参数仅受到结构尺寸的限制。由于惯性件受力小于5g，选用的钢丝直径不大于0.15mm，而刚度与钢丝直径成4次方比例关系，故对尺寸精度的要求很高。为了防止弹簧在后处理（如表面处理等）中发生变化，现采用不锈钢丝。经几批产品使用比较，情况远比碳素钢丝好。

2.2 电作动器保险惯性。机械保险在一定程度上受到使用条件的限制，特别是其容易在导弹勤务处理过程中造成误解保。电作动器保险则不存在这种问题，其原理主要是依靠电路作用完成火药燃烧，产生的气体压迫活塞销运动完成结构动作，从而达到保险和解除保险的功能。电作动器的体积为6.5mm×14mm，并采用密封结构，故用相当少的药量燃烧即能完成要求，且不影响系统其他组成部分的工作和性能。由于电作动器完全由电路驱动，且不受任何弹上环境力影响，故不会因勤务处理中受到的各种环境力而解除保险，从而保证导弹武器的安全。而当导弹发射后，在电路的作用下就能解除电作动器的保险。

2.3 光电检测单元。在设计了上述两个功能完全独立的保险后，另外还使用了光电检测，作为安全系统的最后一道屏障。当安全执行机构的隔离机构开始转动时，即前二道保险解除后，转换机构依靠发动过载工作。若过载正常，则光电检测正常，可使第三道保险解除，传爆序列处于待爆状态;若过载反常，则通过光电组件检测控制，可使隔离机构无法继续进行，系统处于安全（瞎火）状态。所以，光电检测单元有两个作用：一是完成最终解除保险动作;二是在导弹系统产生故障时，将安全执行机构强制锁在保险状态。

3.传爆序列及隔爆

在本系统中，传爆序列主要是指电雷管起爆，并引爆传爆管，经传爆管能量放大后，再向战斗部输出能量。在结构形式上，仍采用端面-端面的引爆方式。当处于安全状态时，依靠安全系统中的隔离机构将电雷管能量输出端面，与传爆管能量输入端面隔开，同时传爆管的能量输出端面也同战斗部输入端面隔离，形成安全隔爆;当解除保险时，各部分传爆面完全处于端面对端面状态，一旦电雷管起爆，即能在很短时间内引爆战斗部。另外，结构设计时，电雷管与传爆管之间采用2.5mm厚的铜板加以隔离，在传爆管与战斗部之间用6mm铜板进行隔离。经雷管与传爆管可靠启爆、安全隔爆试验，和引信产品的各种地面试验，证明该设计完全能满足导弹使用要求。

4.总体结构布局

该系统是面向便携式导弹设计的，所以基本采用隔离机构在中央，其他辅助机构、部件、电路在其周围的布局。这种方式能充分利用71mm×37mm体积，并将各种非关键配套部件与不规则圆弧面按配合方式设计，使有效空间发挥最大作用。

二、隔离机构受力及运动情况分析

研制安全系统，均离不开对结构件的受力分析。在新安全系统的设计过程中，对隔离机构力的分析尤其重要。在受力分析的基础上，更好地为设计工作提供依据。

由于安全系统在综合环境能源方面，仍采用导弹发射和二级发动机飞行过载及弹组件等，虽然组件的受力情况比较复杂，但力基本上可归纳到恒定力和线性力，所以分析理论依据时仍保持原设计框架，只是综合性和计算复杂程度提高了许多，故不会给设计工作带来太大的困难

三、安全系统谐振设计

在新安全系统进行环境考核时，可发现许多情况与原实验和理论计算相关悬殊，而且绝大部分情况发生在随机振动以后。这主要是由于对随机振动危害性的估计不足而造成的，经过对系统的分析，可发现在对新安全系统小型化设

四、结束语

按照上述设计思想和方法，设计的新型安全系统在导弹中运用，现出良好的应用前景。在参加某型号的靶试中，全部几十发引信取得发发成功的好成绩，引信安全系统工作非常可靠有效，未出现任何问题，这主要得益于设计研究工作的系统和完善。

参考文献：

[1]梁棠文.防空导弹引信设计及仿真技术M].北京： 宇航出版社，995.

[2]戴诗亮.随机振动实验技术M].北京：清华大学出版社，984.

[3]鲁守来，卢世济，邱成悌M].电子设备结构设计原理. 南京：江苏科学技术出版社，986.