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侵彻引信可有效提高战斗部对目标的毁伤效应,在现代战争中正发挥着越来越重要的作用。与侵彻战斗部相配合,要求引信必须具备对目标识别与进出靶判断能力。因此,未来的侵彻引信向着既能精确定时、定距,又能识别目标结构的灵巧化方向发展。由于侵彻战斗部用引信需要经受高冲击环境的考验,且空间尺寸小,价值高,炸点控制技术复杂,因此,开展硬目标侵彻灵巧引信关键技术的研究对提高我国的国防能力具有重要意义。本文以硬目标侵彻战斗部用引信为应用背景,在当前国内外侵彻理论与技术研究的基础上,针对硬目标侵彻引信经受高过载、高起爆可靠性要求、引信环境信息可测试等要求,开展了硬目标侵彻引信炸点控制相关理论与技术研究。本文所做的主要工作和研究成果如下:
针对侵彻过程中弹体受到的侵彻阻力以及侵彻介质对弹体运动状态影响的问题,以球形空腔膨胀理论为基础,建立了硬目标侵彻过程中弹体与引信系统的加速度、速度和侵彻深度模型,将理论曲线与实测数据进行了对比分析,为硬目标侵彻引信缓冲措施的研究、高g值惯性开关的设计、弹载存储测试技术的研究、基于加速度幅值比较的炸点控制算法提供理论基础。
建立了弹体侵彻过程缓冲模型。引信随弹体在侵彻过程中不仅会受到侵彻过载冲击,而且也将受到弹体本身的结构振动响应冲击,因此,对于引信系统的缓冲保护是保证侵彻引信正常工作的基础。在引信与弹体之间的安装结构上采用非金属垫片作为缓冲材料,研究了缓冲垫片的吸能特性,进行了有限元仿真,并通过动态冲击实验对缓冲效果进行了测试,表明缓冲垫片对应力波具有一定的过滤和吸收能力;对应力波在不同材料交界处的反射或折射现象,缓冲作用比较明显。缓冲垫片使引信的加速度曲线平滑,适合用于引信体的缓冲保护功能。
针对高价值侵彻战斗部对硬目标侵彻引信高可靠性的要求,提出了采用惯性开关信号作为炸点起爆的冗余控制。建立了高冲击下惯性开关运动模型,进行了动力学仿真,总结出半正弦脉冲加速度信号下质量块的运动轨迹与加速度脉冲的关系,设计出了一种能够感知侵彻过程弹体入靶与出靶判断的高g值惯性开关,进行了弹载信号的采集试验,验证了其用于引信起爆冗余控制的可行性。
针对硬目标侵彻引信信号获取与性能监测问题,提出了引信控制电路与存储测试电路一体化设计原则。根据侵彻信号不可重复性特点,弹载存储测试系统采用了正负延迟触发的存储测试方法。该方法通道1以采样信号值的变化为触发信号,通过比较采样值的大小是否达到所设阈值来控制采样过程,采用负延迟触发方式;通路2以发射击发机构运动为触发信号,采用正延迟触发方式。对于测试信号变化范围大及硬件调理电路缺乏灵活性特点,提出了加速度传感器输出信号可变增益控制方法。在加速度传感器信号调理电路中采用两级放大的方法,从而不需要改变任何硬件电路元器件,只需要通过微处理器软件指令即可实现对整个信号处理电路的可变增益实时控制。此方法在传感器标定、信号归一化处理和变量程信号采集中具有很大的实用性。
针对目标结构的复杂性和起爆位置的不确定性,提出了硬目标侵彻引信炸点自适应控制算法。采用发射前装定方式来实现碰炸、计时起爆、空穴识别起爆、计层起爆、计行程起爆、定深起爆等多种作用模式,来保证侵彻战斗部炸点的最优位置。推导了基于双轴加速度传感器的弹体轨迹实时计算模型,并通过有限元分析软件进行了仿真分析与验证。针对硬目标侵彻引信炸点控制系统样机进行了靶场射击试验,验证了引信缓冲措施的有效性和控制系统工作的可靠性。
本文的研究成果为硬目标侵彻引信的理论研究和技术应用提供了参考,为进一步的应用研究奠定了基础。