CN110285725B - 一种应用于小口径弹的异构集成安全系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于小口径弹的异构集成安全系统及其实现方法。本发明采用在柔性隔爆薄膜设置后坐过载敏感触头，感知后坐过载至解保控制电路；通过解保控制电路控制火工拔销器起爆，解除火工拔销器对隔爆滑块的约束，在方向限位结构的约束下，隔爆滑块沿离心过载方向运动，同时微型弹簧控制隔爆滑块的位移的速率；打击目标时，解保控制电路起爆微型起爆药，引爆传爆药柱，小口径弹爆炸；本发明具有结构尺寸小型化、功耗低、加工样品一致性好等优势；其次，小型化引信对提高战斗部装药有重要意义，通过小型化引信，提高下一级装药，从而提高小口径弹药的毁伤效能。

Description

一种应用于小口径弹的异构集成安全系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及小口径弹安全与解保控制技术，具体涉及一种应用于小口径弹的异构集成安全系统及其实现方法。

背景技术

随着武器装备小型化、智能化需求的日益明显，众多作战平台逐步向满足足够毁伤威力的前提下，弹药灵巧智能方向发展。其中，小口径弹药以其低成本、小型化、低功耗等优势得到大量装配。伴随着弹药结构尺寸的小型化，为了不降低弹药本身对于目标的高效打击及毁伤能力，调整战斗部的装药量是不可行的。因此，引信系统的微型化成为众多研究机构的主要研究方案。

发明内容

为了不影响引信的安全与解保控制系统的作用可靠性，本发明提出了一种应用于小口径弹的异构集成安全系统及其实现方法，结合小口径弹发射及弹道环境进行结构设计，并结合材料属性与结构形式实现引信安全系统多材料异构集成。

本发明的一个目的在于提出一种应用于高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统。

本发明的应用于高过载高旋环境的小口径弹的异构集成安全系统安装在小口径弹的基座与传爆药柱之间，沿着发射方向从下至上依次为传爆药柱、异构集成安全系统和基座，基座内设置有解保控制电路和始发火工品的金属桥，金属桥连接至解保控制电路，金属桥与传爆药柱沿发射方向对正；本发明的异构集成安全系统的外径与小口径弹的直径相匹配，外径范围包括(25mm、30mm、35mm等)，为厘米量级的纯机械结构，其表面垂直于发射方向。小口径弹发射产生后坐过载，后坐过载方向与发射方向相反，且方向相反。

本发明的应用于高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统包括：柔性隔爆薄膜、后坐过载敏感触头、金属边框、隔爆滑块、限位销、限位槽、方向限位结构、微型弹簧、火工拔销器、拔销器装配孔、滑块传爆序列孔、薄膜传爆序列孔和微型起爆药；其中，金属边框采用金属材料，内部中空，外边缘形状与小口径弹的形状相匹配；在金属边框内设置有隔爆滑块，隔爆滑块的上表面和下表面均低于金属边框的上下表面；在隔爆滑块的前端具有关于离心过载方向轴对称的限位销，在金属边框的前端内边缘与限位销相对应的位置具有限位槽，限位销与限位槽为互补图形；在金属边框的侧边内边缘与相对应的隔爆滑块的侧边设置有关于离心过载方向轴对称的方向限位结构；在隔爆滑块上的后端具有关于离心过载方向轴对称的一对或多对微型弹簧，微型弹簧的一端固定在隔爆滑块的后端，另一端固定在金属边框的后端内边缘；隔爆滑块上设置有一个或多个关于离心过载方向轴对称的拔销器装配孔，一个拔销器装配孔对应一个火工拔销器，火工拔销器的底端设置在拔销器装配孔内，火工拔销器的顶端设置在始发火工品的基座的卡槽内，火工拔销器电气连接至解保控制电路；在隔爆滑块上设置有滑块传爆序列孔，在滑块传爆序列孔内安装微型起爆药；柔性隔爆薄膜的上表面紧贴金属边框的下表面，金属边框的下表面设置有凹槽，后坐过载敏感触头的底端设置在柔性隔爆薄膜的上表面，顶端位于金属边框的凹槽内，并与凹槽的表面有距离，后坐过载敏感触头连接至解保控制电路，在柔性隔爆薄膜上沿发射方向与传爆药柱对正设置有薄膜传爆序列孔；异构集成安全系统具有安全状态和攻击状态；在小口径弹未发射前，异构集成安全系统处于安全状态，隔爆滑块固定，滑块传爆序列孔与传爆药柱之间错位；当小口径弹发射后，异构集成安全系统随小口径弹一起沿发射方向运动，柔性隔爆薄膜沿发射方向挤压金属边框，后坐过载敏感触头抵在金属边框的凹槽表面，产生短路信号，解保控制电路感知后坐过载；解保控制电路进入火工拔销器的工作倒计时，计时结束后，解保控制电路发送电压信号至火工拔销器，火工拔销器起爆，解除火工拔销器对隔爆滑块的约束；小口径弹进入外弹道环境后，隔爆滑块在离心过载作用下发生位移，微型弹簧对隔爆滑块施加与离心过载方向相反的拉力控制隔爆滑块的位移的速率，使得隔爆滑块不会猛烈撞向金属边框，并且在方向限位结构的约束下，隔爆滑块沿离心过载方向运动，限位销咬合限位槽，滑块传爆序列孔与传爆药柱对正；打击目标时，解保控制电路施加电流至金属桥，金属桥产生电热效应，起爆微型起爆药，引爆传爆药柱，小口径弹爆炸。

解保控制电路包括：执行单元、弹道环境感知单元、起爆单元和主控单元；其中，执行单元、弹道环境感知单元和起爆单元分别连接至主控单元；火工拔销器的两个引脚分别连接至执行单元的两端；后坐过载敏感触头两端分别通过导线连接到弹道环境感知单元的两端，各个金属触头之间不接触；金属桥的两端分别连接至起爆单元的两端；后坐过载敏感触头中只要有一组触头发生短路，就会产生短路信号，弹道环境感知单元接收到短路信号后感知后坐过载，发送至主控单元；主控单元进入火工拔销器的工作倒计时，计时结束后，主控单元发送解保命令至执行单元，执行单元发送电压信号至火工拔销器；打击目标时，主控单元控制起爆单元施加电流至金属桥。

柔性隔爆薄膜的材料采用有机柔性材料，聚二甲基硅氧烷PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、PVC；厚度为150～200μm。

后坐过载敏感触头包括N组触头，N为≥1的自然数，每一组触头有两个金属触头，每一组触头中的两个金属触头分别通过导线连接到弹道环境感知单元的两端，各个金属触头彼此之间不接触，在未发射状态下，彼此之间绝缘。

金属边框采用镍基金属或铜基金属材料。

隔爆滑块采用脆性材料，硅基或镍基。

方向限位结构包括边框悬梁、边框限位接触端、滑块悬梁和滑块限位接触端；其中，在隔爆滑块的侧边设置有沿离心过载方向的滑块悬梁，在滑块悬梁的顶端设置有滑块限位接触端；在对应的金属边框的内侧边设置有沿离心过载方向的边框悬梁，在边框悬梁的顶端设置有边框限位接触端；滑块悬梁和边框悬梁限定边框限位接触端和滑块限位接触端只能在其限定的区间内沿离心过载方向移动，从而限定隔爆滑块只能沿离心过载方向运动。

微型弹簧为一对或多对关于离心过载方向对称的金属弹簧。在隔爆滑块的末端设置有一对或多对弹簧安装槽，微型弹簧位于弹簧安装槽内。在未发射前，金属弹簧处于自由状态；发射后，受到离心过载，金属弹簧被拉伸，给隔爆滑块施加与离心过载方向相反的拉力。微型弹簧的拉力小于离心过载。

火工拔销器包括：外壳、火药、安装头和两个引脚；其中，在外壳内装有火药，在外壳的底端设置有安装头，安装头位于拔销器装配孔内，两个引脚分别连接外壳内的火药和解保控制电路的执行单元，引信起爆控制电路与火工拔销器形成闭合回路。

金属桥为金属丝，通有电流后产生电热效应，引爆微型起爆药。

进一步，在柔性隔爆薄膜和金属边框相应的位置设置有贯穿二者的多个中心对称的安装孔，在安装孔中装配螺钉，使得柔性隔爆薄膜和金属边框表面贴合固定。

本发明的另一个目的在于提供一种高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统的实现方法。

本发明的高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统的实现方法，包括以下步骤：

1)在小口径弹未发射前，异构集成安全系统处于安全状态，隔爆滑块固定，滑块传爆序列孔与传爆药柱之间错位；

2)小口径弹发射；

3)异构集成安全系统随小口径弹一起沿发射方向运动，柔性隔爆薄膜沿发射方向挤压金属边框，后坐过载敏感触头抵在金属边框的凹槽表面，产生短路信号，解保控制电路感知后坐过载；

4)解保控制电路进入火工拔销器的工作倒计时，计时结束后，解保控制电路发送电压信号至火工拔销器，火工拔销器起爆，解除火工拔销器对隔爆滑块的约束；

5)小口径弹进入外弹道环境后，隔爆滑块在离心过载作用下发生位移，微型弹簧对隔爆滑块施加与离心过载方向相反的拉力控制隔爆滑块的位移的速率，使得隔爆滑块不会猛烈撞向金属边框，并且在方向限位结构的约束下，隔爆滑块沿离心过载方向运动，限位销咬合限位槽，滑块传爆序列孔与传爆药柱对正；

6)打击目标时，解保控制电路施加电流至金属桥，金属桥产生电热效应，起爆微型起爆药，引爆传爆药柱，小口径弹爆炸。

其中，小口径弹发射后，弹道环境感知单元接收到后坐过载敏感触头产生的短路信号后感知后坐过载，发送至解保控制电路的主控单元；主控单元进入火工拔销器的工作倒计时，计时结束后，主控单元发送解保命令至执行单元，执行单元发送电压信号至火工拔销器；打击目标时，主控单元控制起爆单元施加电流至金属桥。

本发明的优点：

本发明采用在柔性隔爆薄膜设置后坐过载敏感触头，感知后坐过载至解保控制电路；通过解保控制电路控制火工拔销器起爆，解除火工拔销器对隔爆滑块的约束，在方向限位结构的约束下，隔爆滑块沿离心过载方向运动，同时微型弹簧控制隔爆滑块的位移的速率；打击目标时，解保控制电路起爆微型起爆药，引爆传爆药柱，小口径弹爆炸；本发明具有结构尺寸小型化、功耗低、加工样品一致性好等优势；其次，小型化引信对提高战斗部装药有重要意义，通过小型化引信，提高下一级装药，从而提高小口径弹药的毁伤效能。

附图说明

图1为本发明的高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统的一个实施例的立体图；

图2为本发明的高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统的一个实施例的俯视图；

图3为本发明的高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统的一个实施例的弹簧的示意图；

图4为本发明的高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统的一个实施例的柔性隔爆薄膜的示意图；

图5为本发明的高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统的一个实施例的解保控制电路的示意图；

图6为本发明的高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统的一个实施例的火工拔销器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1和2所示，本实施例的高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统包括：柔性隔爆薄膜1、后坐过载敏感触头2、金属边框3、隔爆滑块4、限位销5、限位槽6、方向限位结构7、微型弹簧8、火工拔销器9、拔销器装配孔10、滑块传爆序列孔11、薄膜传爆序列孔12、微型起爆药13和安装孔14；其中，金属边框3采用金属材料，内部中空，外边缘形状与小口径弹的形状相匹配；在金属边框3内设置有隔爆滑块4，隔爆滑块4的上表面和下表面均低于金属边框3的上下表面；在隔爆滑块4的前端具有关于离心过载方向轴对称的限位销5，在金属边框3的前端内边缘与限位销5相对应的位置具有限位槽6，限位销5与限位槽6为互补图形；在金属边框3的侧边内边缘与相对应的隔爆滑块4的侧边设置有关于离心过载方向轴对称的方向限位结构7；在隔爆滑块4上的后端具有关于离心过载方向轴对称的一对或多对微型弹簧8，微型弹簧8的一端固定在隔爆滑块4的后端，另一端固定在金属边框3的后端内边缘；隔爆滑块4上设置有两个关于离心过载方向轴对称的拔销器装配孔10，一个拔销器装配孔10对应一个火工拔销器9，火工拔销器9的底端设置在拔销器装配孔10内，火工拔销器9的顶端设置在始发火工品的基座的卡槽内，火工拔销器9电气连接至解保控制电路；在隔爆滑块4上设置有滑块传爆序列孔11，在滑块传爆序列孔11内安装微型起爆药13，微型起爆药13的上表面低于金属边框3的上表面；柔性隔爆薄膜1的上表面紧贴金属边框3的下表面，金属边框3的下表面设置有凹槽，后坐过载敏感触头2的底端设置在柔性隔爆薄膜1的上表面，顶端位于金属边框3的凹槽内，并与凹槽的表面有距离，后坐过载敏感触头2连接至解保控制电路。在柔性隔爆薄膜和金属边框相应的位置设置有贯穿二者的多个中心对称的安装孔14。图2中的箭头方向表示离心过载方向。

微型弹簧为一对金属弹簧，如图3所示。

在柔性隔爆薄膜的上表面设置后坐过载敏感触头2，包括三组触头，每一组触头有两个触头，每一组触头中的两个触头分别通过导线连接到解保控制电路的弹道环境感知单元的两个端口。如图4所示，在柔性隔爆薄膜和金属边框相应的位置设置有贯穿二者的多个中心对称的安装孔14，在安装孔中装配螺钉，使得柔性隔爆薄膜和金属边框表面贴合固定。在柔性隔爆薄膜上沿发射方向与传爆药柱对正设置有薄膜传爆序列孔12。

如图5所示，解保控制电路安装在始发火工品的基座内；解保控制电路包括执行单元、弹道环境感知单元、起爆单元和主控单元；其中，执行单元、弹道环境感知单元和起爆单元分别连接至主控单元。小孔径弹为解保控制电路提供电源。火工拔销器的两个引脚分别连接至执行单元的两端；后坐过载敏感触头的每一组触头中的两个触头分别通过导线连接到弹道环境感知单元的两端；金属桥的两端分别连接至起爆单元的两端。

如图6所示，火工拔销器包括外壳91、火药92、安装头93和两个引脚94；其中，在外壳91内装有火药92，在外壳的底端设置有安装头93，安装头位于拔销器装配孔内，两个引脚94分别连接外壳内的火药和解保控制电路的执行单元，引信起爆控制电路与火工拔销器形成闭合回路。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种应用于高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统，所述异构集成安全系统安装在小口径弹的基座与传爆药柱之间，沿着发射方向从下至上依次为传爆药柱、异构集成安全系统和基座，基座内设置有解保控制电路和始发火工品的金属桥，金属桥连接至解保控制电路，金属桥与传爆药柱沿发射方向对正；所述异构集成安全系统的外径与小口径弹的直径相匹配，为厘米量级的纯机械结构，其表面垂直于发射方向，其特征在于，所述异构集成安全系统包括：柔性隔爆薄膜、后坐过载敏感触头、金属边框、隔爆滑块、限位销、限位槽、方向限位结构、微型弹簧、火工拔销器、拔销器装配孔、滑块传爆序列孔、薄膜传爆序列孔和微型起爆药；其中，金属边框采用金属材料，内部中空，外边缘形状与小口径弹的形状相匹配；在金属边框内设置有隔爆滑块，隔爆滑块的上表面和下表面分别低于金属边框的上表面和下表面；在隔爆滑块的前端具有关于离心过载方向轴对称的限位销，在金属边框的前端内边缘与限位销相对应的位置具有限位槽，限位销与限位槽的形状互补；在金属边框的侧边内边缘与相对应的隔爆滑块的侧边设置有关于离心过载方向轴对称的方向限位结构；在隔爆滑块上的后端具有关于离心过载方向轴对称的一对或多对微型弹簧，微型弹簧的一端固定在隔爆滑块的后端，另一端固定在金属边框的后端内边缘；隔爆滑块上设置有一个或多个关于离心过载方向轴对称的拔销器装配孔，一个拔销器装配孔对应一个火工拔销器，火工拔销器的底端设置在拔销器装配孔内，火工拔销器的顶端设置在始发火工品的基座的卡槽内，火工拔销器电气连接至解保控制电路；在隔爆滑块上设置有滑块传爆序列孔，在滑块传爆序列孔内安装微型起爆药；柔性隔爆薄膜的上表面紧贴金属边框的下表面，金属边框的下表面设置有凹槽，后坐过载敏感触头的底端设置在柔性隔爆薄膜的上表面，顶端位于金属边框的凹槽内，并与凹槽的表面有距离，后坐过载敏感触头连接至解保控制电路，在柔性隔爆薄膜上沿发射方向与传爆药柱对正设置有薄膜传爆序列孔；异构集成安全系统具有安全状态和攻击状态；在小口径弹未发射前，异构集成安全系统处于安全状态，隔爆滑块固定，滑块传爆序列孔与传爆药柱之间错位；当小口径弹发射后，异构集成安全系统随小口径弹一起沿发射方向运动，柔性隔爆薄膜沿发射方向挤压金属边框，后坐过载敏感触头抵在金属边框的凹槽表面，产生短路信号，解保控制电路感知后坐过载；解保控制电路进入火工拔销器的工作倒计时，计时结束后，解保控制电路发送电压信号至火工拔销器，火工拔销器起爆，解除火工拔销器对隔爆滑块的约束；小口径弹进入外弹道环境后，隔爆滑块在离心过载作用下发生位移，微型弹簧对隔爆滑块施加与离心过载方向相反的拉力控制隔爆滑块的位移的速率，使得隔爆滑块不会猛烈撞向金属边框，并且在方向限位结构的约束下，隔爆滑块沿离心过载方向运动，限位销咬合限位槽，滑块传爆序列孔与传爆药柱对正；打击目标时，解保控制电路施加电流至金属桥，金属桥产生电热效应，起爆微型起爆药，引爆传爆药柱，小口径弹爆炸。

2.如权利要求1所述的异构集成安全系统，其特征在于，所述解保控制电路包括：执行单元、弹道环境感知单元、起爆单元和主控单元；其中，执行单元、弹道环境感知单元和起爆单元分别连接至主控单元；火工拔销器的两个引脚分别连接至执行单元的两端；后坐过载敏感触头的两端分别通过导线连接到弹道环境感知单元的两端；金属桥的两端分别连接至起爆单元的两端；后坐过载敏感触头中只要有一组触头发生短路，就会产生短路信号，弹道环境感知单元接收到短路信号后感知后坐过载，发送至主控单元；主控单元进入火工拔销器的工作倒计时，计时结束后，主控单元发送解保命令至执行单元，执行单元发送电压信号至火工拔销器；打击目标时，主控单元控制起爆单元施加电流至金属桥。

3.如权利要求1所述的异构集成安全系统，其特征在于，所述柔性隔爆薄膜的材料采用有机柔性材料；厚度为150～200μm。

4.如权利要求1所述的异构集成安全系统，其特征在于，所述后坐过载敏感触头包括N组触头，N为≥1的自然数，每一组触头有两个金属触头，每一组触头中的两个金属触头分别通过导线连接到弹道环境感知单元的两端，各个金属触头彼此之间不接触，在未发射状态下，彼此之间绝缘。

5.如权利要求1所述的异构集成安全系统，其特征在于，所述隔爆滑块采用脆性材料。

6.如权利要求1所述的异构集成安全系统，其特征在于，所述火工拔销器包括：外壳、火药、安装头和两个引脚；其中，在外壳内装有火药，在外壳的底端设置有安装头，安装头位于拔销器装配孔内，两个引脚分别连接外壳内的火药和解保控制电路的执行单元，引信起爆控制电路与火工拔销器形成闭合回路。

7.如权利要求1所述的异构集成安全系统，其特征在于，还包括安装孔，在柔性隔爆薄膜和金属边框相应的位置设置有贯穿二者的多个中心对称的安装孔，在安装孔中装配螺钉，使得柔性隔爆薄膜和金属边框表面贴合固定。

8.如权利要求1所述的异构集成安全系统，其特征在于，所述方向限位结构包括边框悬梁、边框限位接触端、滑块悬梁和滑块限位接触端；其中，在隔爆滑块的侧边设置有沿离心过载方向的滑块悬梁，在滑块悬梁的顶端设置有滑块限位接触端；在对应的金属边框的内侧边设置有沿离心过载方向的边框悬梁，在边框悬梁的顶端设置有边框限位接触端；滑块悬梁和边框悬梁限定边框限位接触端和滑块限位接触端只能在其限定的区间内沿离心过载方向移动，从而限定隔爆滑块只能沿离心过载方向运动。

9.一种如权利要求1所述的高过载高旋环境下小口径弹的异构集成安全系统的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

1)在小口径弹未发射前，异构集成安全系统处于安全状态，隔爆滑块固定，滑块传爆序列孔与传爆药柱之间错位；

2)小口径弹发射；

3)异构集成安全系统随小口径弹一起沿发射方向运动，柔性隔爆薄膜沿发射方向挤压金属边框，后坐过载敏感触头抵在金属边框的凹槽表面，产生短路信号，解保控制电路感知后坐过载；

4)解保控制电路进入火工拔销器的工作倒计时，计时结束后，解保控制电路发送电压信号至火工拔销器，火工拔销器起爆，解除火工拔销器对隔爆滑块的约束；

5)小口径弹进入外弹道环境后，隔爆滑块在离心过载作用下发生位移，微型弹簧对隔爆滑块施加与离心过载方向相反的拉力控制隔爆滑块的位移的速率，使得隔爆滑块不会猛烈撞向金属边框，并且在方向限位结构的约束下，隔爆滑块沿离心过载方向运动，限位销咬合限位槽，滑块传爆序列孔与传爆药柱对正；

6)打击目标时，解保控制电路施加电流至金属桥，金属桥产生电热效应，起爆微型起爆药，引爆传爆药柱，小口径弹爆炸。

10.如权利要求9所述的实现方法，其特征在于，小口径弹发射后，弹道环境感知单元接收到后坐过载敏感触头产生的短路信号后感知后坐过载，发送至解保控制电路的主控单元；主控单元进入火工拔销器的工作倒计时，计时结束后，主控单元发送解保命令至执行单元，执行单元发送电压信号至火工拔销器；打击目标时，主控单元控制起爆单元施加电流至金属桥。

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