CN105258579B - 引信斜置后坐保险机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引信斜置后坐保险机构，包括惯性体、被保险件、本体和惯性簧，本体内有交叉且连通的两通道，两通道内分别设置有惯性体和被保险件，惯性簧与惯性体同轴设置在本体的通道内，且两端分别被惯性体和本体的内端面限位，惯性体的两端分别被本体的内壁和惯性簧限位，惯性体在其运动轨迹上具有限制被保险件和不限制被保险件的两个状态；惯性体的运动轨迹相对于引信轴线呈α角度设置，α≤90°‑arctanu，其中，u为惯性体的外壁与本体通道之间的摩擦系数；本发明既能够解决低后坐过载条件下引信后坐保险机构安全和可靠解除保险之间的矛盾，又能能够满足引信后坐保险机构作用的各种复杂环境，且结构简单、生产成本低。

Description

引信斜置后坐保险机构

技术领域

本发明属于引信安全性技术领域，特别是一种引信斜置后坐保险机构。

背景技术

目前，常用的引信经典后坐保险机构的惯性体的运动轨迹相对于引信轴线平行或者重合，其结构比较简单，使用方便，工艺性较好。但引信后坐保险机构安全和可靠解除保险之间的矛盾在低后坐过载条件下仍然很突出，勤务处理弹丸和引信意外跌落时非正常解除保险现象仍然存在。

为解决此问题，诞生了各种阻尼式后坐保险机构，如曲折槽后坐保险机构、双自由度后坐保险机构。阻尼式后坐保险机构的引入虽然在一定程度上可以解决低后坐过载条件下引信后坐保险机构安全和可靠解除保险之间的矛盾，但与引信经典后坐保险机构相比，结构会变得复杂。复杂结构的引入将会影响机构的可靠性、工艺性，并会增加生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能够解决低后坐过载条件下引信后坐保险机构安全和可靠解除保险之间的矛盾，又能能够满足引信后坐保险机构作用的各种复杂环境，且结构简单、生产成本低的引信斜置后坐保险机构。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种引信斜置后坐保险机构，包括惯性体、被保险件、本体和惯性簧，本体内有交叉且连通的两通道，两通道内分别设置有惯性体和被保险件，惯性簧与惯性体同轴设置在本体的通道内，且两端分别被惯性体和本体的内端面限位，惯性体的两端分别被本体的内壁和惯性簧限位，惯性体在其运动轨迹上具有限制被保险件和不限制被保险件的两个状态；惯性体的运动轨迹相对于引信轴线呈α角度设置，α≤90°-arctanu，其中，u为惯性体的外壁与本体通道之间的摩擦系数。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明由于将惯性体的运动轨迹相对于引信轴线呈一定角度设置，作用在惯性体上的后坐力会在沿着惯性体运动方向和与运动垂直的方向有两个分量，其中沿着惯性体运动方向的分力作为驱动惯性体运动的有效作用力，且该力与传统后坐保险机构相比减小；其中沿与惯性体运动垂直方向的分力将使得惯性体与运动斜面产生摩擦力；驱 动力的减小以及摩擦力的引入，使得惯性体解除保险的时间相对增大，有助于提高勤务处理弹丸和引信意外跌落时引信安全性，即有助于提高引信的保险性能，而正常解除保险性能不会受到影响。

(2)本发明惯性体的运动轨迹相对于引信轴线角度的设置灵活多变，可以很好的满足引信各种复杂环境，根据具体的引信作用环境调整惯性体的运动轨迹相对于引信轴线角度的大小，大幅度减少引信生产周期，降低生产成本，使得引信后坐保险机构模块化。

(3)本发明在惯性体表面刻制纹路有效增大摩擦力，有助于提高勤务处理弹丸和引信意外跌落时引信安全性，纹路的刻制灵活多变，可以根据引信安全作用环境来调整，可操作性较好。

(4)本发明结构简单可靠，在有效解决低后坐过载条件下引信后坐保险机构安全和可靠解除保险之间的矛盾的前提下，其加工难度和生产成本都较低。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明引信斜置后坐保险机构的结构示意图。

图2是本发明引信斜置后坐保险机构惯性体的外圆柱表面纹路示意图。

图3是本发明引信斜置后坐保险机构的受力分析示意图。

图4是本发明引信斜置后坐保险机构跌落冲击作用下不同斜置角度对应的惯性体位移与作用时间关系示意图。

具体实施方式

结合图1-图3：

一种引信斜置后坐保险机构，包括惯性体1、被保险件2、本体3和惯性簧4，本体3内有交叉且连通的两通道，两通道内分别设置有惯性体1和被保险件2，惯性簧4与惯性体1同轴设置在本体3的通道内，且两端分别被惯性体1和本体3的内端面限位，惯性体1的两端分别被本体3的内壁和惯性簧4限位，惯性体1在其运动轨迹上具有限制被保险件2和不限制被保险件2的两个状态；惯性体1的运动轨迹相对于引信轴线呈α角度设置，α≤90°-arctanu，其中，u为惯性体1的外壁与本体3通道之间的摩擦系数。

与本体2通道内壁接触的惯性体1外圆柱表面刻有增加摩擦系数的纹路。

惯性体1外圆柱表面刻有的纹路为交错网格状。

引信勤务处理阶段弹丸和引信意外跌落时，惯性体受到跌落冲击力的作用。跌落初始时刻，较小的冲击力不足以使惯性体运动，惯性体在弹簧抗力、斜面摩擦力和引信体对惯性体的反作用力作用下保持平衡。当冲击力增大到一定程度时，惯性体相对于引信体开始向下运动。本发明的引信斜置后坐保险机构将传统的轴线与引信轴线平行或重合的后坐保险机构相对于引信轴线斜置一定角度α设置，并在与本体接触的惯性体1外圆柱表面刻有纹路的措施，增加了引信勤务处理阶段弹丸和引信意外跌落时惯性体1运动时间，有助于提高勤务处理弹丸和引信意外跌落时引信安全性，即有助于提高引信防止意外解除保险的性能。引信发射时惯性体1受后坐力作用，由于后坐力作用时间比较长，本发明的引信斜置后坐保险机构可以满足正常解除保险性能要求。

本发明的引信斜置后坐保险机构受力特性：

根据后坐保险机构运动特性，得到质量块受力特性，如图3所示，其中F₁是引信体对惯性筒的反作用力、F是惯性簧对惯性筒的弹性抗力、F_N是惯性筒驻室侧壁对惯性筒的挤压作用力、F_f是惯性筒受到驻室侧壁的摩擦力、F_S是引信后坐惯性力。

惯性筒与引信体间的摩擦系数为μ，则全约束力与法线间的夹角的最大值(即摩擦角)为：

如果作用于惯性筒的全部主动力的合力的作用线在摩擦角的之内，则无论这个力多大，惯性筒处于自锁状态而静止。由于后坐过载(或跌落冲击过载)产生的引信后坐惯性力F_S远大于惯性簧对惯性筒的弹性抗力F，则主动力合力的方向近似沿引信后坐惯性力F_S的方向。则根据惯性筒的运动特性，惯性筒不发生自锁的条件是： (即α＜90°-arctanμ)。

实施例：

为进一步说明本发明的引信斜置后坐保险机构低过载条件下的安全性，选用一组机构设计参数对本发明的引信斜置后坐保险机构特性进行举例说明。机构设计参数如表1所列。摩擦系数μ取为0.15。

表1机构设计参数

取最大冲击过载系数kmax＝10000，作用时间t＝100μs对后坐保险机构进行跌落分析，得到不同斜置角度α下对应的惯性体位移与作用时间关系，如图4所示。

具体分析过程如下：

为便于对引信斜置后坐保险机构进行运动学以及动力特性分析，对机构进行以下简化假设：a把单自由度斜置后坐保险机构看作是一个无阻尼振动系统；b只考虑系统主方向的运动，忽略系统摆动的影响；c在机构运动过程中弹簧的刚度系数为固定常数。为简化分析计算过程，选择后坐过载作用时间为0≤t≤T/2的正弦简谐激励作为后坐过载激励，取后坐过载系数为k，后坐过载加速度为a，则任意t时刻的后坐过载加速度满足 该加速度公式同样适用于弹丸跌落过程中冲击过载，不同之处在于k_max和T的取值。

将质量块的运动过程分为两个阶段：把发射或跌落开始的时间到质量块开始运动的时间(记为临界值点t₀)作为第一阶段；把临界值点t₀到后坐过载(或跌落冲击过载)作用结束的时间作为第二阶段。分析惯性筒运动特性可知：

a.第一阶段(0≤t≤t₀)

$\left\{\begin{array}{c}{F}_S=\mathrm{ma}=k_{\max }\·m\·g\·\sin (\frac{2\mathrm{\π}}{T}\·t)\\ F_N=F_S\·\sin \mathrm{\α}\\ F=k^{\′}\·(x+\mathrm{\λ})\\ F_1+F_S\·\cos \mathrm{\α}=F+F_f\end{array}\right\}---\left(1\right)$

b.第二阶段(t₀≤t≤T/2)

$\left\{\begin{array}{c}{F}_S=\mathrm{ma}=k_{\max }\·m\·g\·\sin (\frac{2\mathrm{\π}}{T}\·t)\\ F_N=F_S\·\sin \mathrm{\α}\\ F_f=u\·F_N\\ F=k^{\′}\·(x+\mathrm{\λ})\\ F_S\·\cos \mathrm{\α}-F-F_f=m\frac{d^{2}x}{d^{2}t}\end{array}\right\}---\left(2\right)$

式中k_max——最大后坐(或跌落冲击)过载系数；

T——后坐力(或跌落冲击力)作用周期；

t——后坐力(或跌落冲击力)作用时间；

x——惯性筒位移；

g——重力加速度；

α——斜置角度；

λ——惯性簧预压量；

μ——惯性筒与驻室侧壁之间的摩擦系数；

λ——惯性簧预压量；

k’——惯性簧刚度系数；

m——等效质量，满足其中m₁为惯性筒质量，m₂为惯性簧质量。

由式(2)可得惯性筒运动微分方程：

$m\frac{d^{2}x}{d^{2}t}+k^{\′}\·x+k^{\′}\·\mathrm{\λ}+(u\·k_{\max }\·m\·g\·\sin \mathrm{\α}-k_{\max }\·m\·g\·\cos \mathrm{\α})\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T}t\right)=0---\left(3\right)$

对式(3)求解得到：

$\begin{array}{c}x=\frac{4{\mathrm{\π}}^2\mathrm{\λm}-k^{\′}{\mathrm{\λT}}^2+k_{\max }\mathrm{mg}{T}^2(\cos \mathrm{\α}-\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\α})\sin (2\mathrm{\πt}/T)}{k^{\′}{T}^2-4m{\mathrm{\π}}^2}+\\ C_1\cos \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}t\right)+C_2\sin \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}t\right)\end{array}---\left(4\right)$

将t＝t₀时，x＝0，x’＝0的初始条件代入公式(4)求出C₁和C₂：

$C_1=\sin \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}{t}_0\right)[\mathrm{\λ}-Q\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T}{t}_0\right)]-\cos \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}{t}_0\right)\left[\sqrt{\frac{m}{k^{\′}}}Q\frac{2\mathrm{\π}}{T}\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T}{t}_0\right)\right]$

$C_2=\cos \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}{t}_0\right)[\mathrm{\λ}-Q\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T}{t}_0\right)]+\sin \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}{t}_0\right)\left[\sqrt{\frac{m}{k^{\′}}}Q\frac{2\mathrm{\π}}{T}\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T}{t}_0\right)\right]$

其中 $Q=\frac{k_{\max }\mathrm{mg}{T}^2(\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\α}-\cos \mathrm{\α})}{4m{\mathrm{\π}}^2-k^{\′}{T}^2}.$

将C₁和C₂代入(4)式进一步化简，得

$\begin{array}{c}x=\frac{{4\mathrm{\π}}^2\mathrm{\λm}-k^{\′}{\mathrm{\λT}}^2+k_{\max }\mathrm{mg}{T}^2(\cos \mathrm{\α}-\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\α})\sin (2\mathrm{\πt}/T)}{k^{\′}{T}^2-4m{\mathrm{\π}}^2}+[\sin \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}{t}_0\right)+\cos \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}{t}_0\right)]g\\ [\mathrm{\λ}-\frac{k_{\max }\mathrm{mg}{T}^2(\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\α}-\cos \mathrm{\α})}{4m{\mathrm{\π}}^2-k^{\′}{T}^2}\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T}{t}_0\right)]\cos (\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}t)+[\sin \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}{t}_0\right)-\cos \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}{t}_0\right)]g\\ \left[\sqrt{\frac{m}{k^{\′}}}\frac{k_{\max }\mathrm{mg}{T}^2(\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\α}-\cos \mathrm{\α})}{4m{\mathrm{\π}}^2-k^{\′}{T}^2}\frac{2\mathrm{\π}}{T}\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T}{t}_0\right)\right]\sin \left(\sqrt{\frac{k^{\′}}{m}}t\right)\end{array}$

不同斜置角度α对应的冲击过载作用时间t＝100μs时惯性筒的位移，如表2所列。

表2跌落冲击作用下不同斜置角度α对应的t＝100μs时惯性简位移

由图4和表2可看出，斜置角度α对引信后坐保险机构运动特性有显著影响；随着α的增加，勤务处理弹丸和引信意外跌落时引信安全性相对增加。

Claims (3)

1.一种引信斜置后坐保险机构，包括惯性体(1)、被保险件(2)、本体(3)和惯性簧(4)，本体(3)内有交叉且连通的两通道，两通道内分别设置有惯性体(1)和被保险件(2)，惯性簧(4)与惯性体(1)同轴设置在本体(3)的通道内，且两端分别被惯性体(1)和本体(3)的内端面限位，惯性体(1)的两端分别被本体(3)的内壁和惯性簧(4)限位，惯性体(1)在其运动轨迹上具有限制被保险件(2)和不限制被保险件(2)的两个状态；其特征在于：惯性体(1)的运动轨迹相对于引信轴线呈α角度设置，α≤90°-arctanu，其中，u为惯性体(1)的外壁与本体(3)通道之间的摩擦系数。

2.根据权利要求1所述的引信斜置后坐保险机构，其特征在于：所述与本体(3)通道内壁接触的惯性体(1)外圆柱表面刻有增加摩擦系数的纹路。

3.根据权利要求2所述的引信斜置后坐保险机构，其特征在于：所述惯性体(1)外圆柱表面刻有的纹路为交错网格状。