第6章 延期解除保险机构

6.1.3有返回力矩钟表机构控制的保险机构
某导弹触发引信的战术技术指标中，要求引信具有延期解除保险功能并有可调的装定时间，时间范围为20s～200s，其精度为20s士2s～200s士10s 。由于延期解除保险时间可调，作用时间长，精度要求高，是无返回力矩钟表机构无法达到的。
该触发引信由装定机构、启动机构和钟表机构完成上述功能要求。钟表机构走完装定时间后，秒针与杠杆上的销子相碰，拨动杠杆转动，使引信解除保险。但在引信最小装定时间完成前，制动装置的制动销凸缘必须解除对杠杆的约束（通过火药保险机构来完成解锁功能），制动装置结构见图6－8 。
6.1.2带飞轮的钟表机构控制的延期解除保险机构
带飞轮的钟表机构是利用飞轮的惯性控制齿轮系和惯性齿条或离心齿弧的运动，实现引信延期解除保险的机械保险机构，又称飞轮积分仪。飞轮积分仪的突出特点是具有自动调节延期解除保险距离的功能，对不同的推力加速度曲线和不同温度下的发射弹药，均可得固定不变的延期解除保险距离。
( 3 ）在图6－3 所示的机构中，制转销被卡板和J 惯性板轴套所制约。惯性板在后坐力作用下旋转时受到一个摩擦力矩（扭力簧通过卡板作用在惯性板轴套上），如设计的扭力簧抗力过大，卡板和惯性板轴套尺寸精度和表面粗糙度过低，就会产生较大的摩擦力矩，不仅造成引信保险距离的散布，有时会造成钟表机构不启动，特别是经震动试验的产品摩擦力矩会增加。
6.1.1无返回力矩钟表机构控制的延期解除保险机构
以没有弹性恢复元件的调速器，控制有传动轮系的钟表主轴作有规律运动，达到延期解除保险的装置，称为钟表延期解除保险机构，或称无返回力矩调速器延期解除保险机构，曾称钟表远解机构。
无返回力矩钟表机构的精度不高，但抗干扰能力强，能够适应较为恶劣的外界环境，在军械和民用产品中得到广泛使用。这种机构的调速器没有弹性恢复元件，调速器中的惯性元件不受弹性恢复力矩的作用，故有无返回力矩钟表机构之称。这种机构的调速器是由卡摆与擒纵轮组成的冲击振动系统，卡摆周期性的往返振动，是通过卡摆对擒纵轮的冲击实现的，卡摆振动频率与周期和调速器的输入力矩有关。由于原动机输出的不是恒定力矩，因此，卡摆的振动频率与周期也不是恒定的，故又称为无固有频率钟表机构或无固定周期钟表机构；这种机构的调速器，同非自由式钟表调速器一样，有两个旋转运动中心，一个是摆轴，一个是擒纵轮轴。一般钟表调速器振动周期是恒定的、调谐的；而无返回力矩钟表机构则是随原动机输出力矩变化而变化的，是非调谐的，所以又称为两中心非调谐钟表机构。
6.2.1.1 结构设计
液体保险机构的典型结构见图6－9 。
该机构包括一个装有液体的圆管中运动的活塞，活塞中间有一个节流孔，活塞四周套有一个密封圈（通常采用聚四氟乙烯或聚乙烯塑料套）。液体在活塞的前方受压，被迫通过节流孔，用此方法来获得延期解除保险时间。已应用于引信液体保险机构中的硅流体（硅油和硅胶）为高勃度流体，具有阻尼运动特性。有时也单独采用硅油作液体。
无返回力矩调速器的类型很多。按卡摆的形状可以分为对称卡摆调速器和不对称卡摆调速器。前者如美M125A1传爆管主件和瑞士达瓦罗式引信传爆管组件，后者如美M412压电引信的延期解除保险机构。按传冲方式可以分为销式调速器和卡式调速器。在进瓦和出瓦啮合传冲时，传冲面都在擒纵轮齿面上，无论结构是否是销钉，均称为销式调速器。卡式调速器的最大特征是擒纵轮对出瓦传冲时，传冲面在卡瓦上，但在进瓦传冲时分为两段，如美陶式导弹用Mll4引信调速器，首先在擒纵轮齿面传冲，然而又在瓦面上传冲；又如美M550引信调速器传冲时，是擒纵轮齿棱在进瓦冲面上进行的。最后，按卡摆与擒纵轮转动惯量比值可以分为重摆调速器、中摆调速器和轻摆调速器三种，分别为：
解除保险距离按下式计算：
式中 ——传动比， （ 为飞轮转角，x为惯性齿条的行程）( rad/m ) ;
——飞轮的转动惯量；
——惯性齿条解除保险行程（m ) ;
——齿条的质量（kg ）。
如果战技指标给定了解除保险距离，就可以利用公式确定飞轮积分仪的参数，考虑到附加力矩和机构加工误差影响，实际上解除保险距离也有一定散布，目前这种机构用的较少。
无返回力矩钟表机构同一般钟表机构一样，也是由调速器、传动轮系、原动机与计时器组成，如图6－l 所示。
调速器是由卡摆和擒纵轮组成。通过擒纵轮对卡摆的碰撞和传冲，迫使卡摆作周期性的摆动；而卡摆惯性运动对擒纵轮转动的制动作用，又可以限制轮系主轴的运动速度，以达到对主动轮调速的目的。传动轮系与一般钟表轮系一样，是一套传递运动与能量的中间过渡机构，采用升速比，且速比都很大。原动机为卡摆适时启动、维持其连续冲击振动提供能源。无返回力矩钟表机构作为延期解除保险装置，其配用弹种不同，采用的原动机亦不相同。一般地说，旋转弹丸通常采用离心原动机；主动段长的火箭弹和导弹采用后坐齿条原动机比较合适；迫击炮弹和航空炸弹采用扭力簧和发条原动机比较广泛。计时器是保证引信传爆序列适时对正的一种时间控制装置。
产品战技指标是安全距离10Om，并要求在350m内可靠解除保险。根据战技指标既要保证引信在火箭弹飞行10Om 内不解除保险，又要在主动段结束前可靠解除保险（高温主动段飞行距离为250m）。产品设计的保险距离在10om～250m之间，说明无返回力矩钟表机构设计是合理的。
3 ）解除保险计算公式及结果分析
6.1.1.1 结构设计
无返回力矩钟表保险机构的典型结构见图6－2 。
无返回力矩钟表机构控制的保险机构多与其他保险机构合用，有下述两种典型结构形式：
1 ）垂直布置的无返回力矩钟表机构控制的保险机构
该机构的典型结构形式见图6－3 。
图6－3为某航空火箭弹引信的无返回力矩钟表机构控制的保险机构。惯性板部件上铆有驱动轮（扇形齿弧），被保险件是靠扭力簧驱动的水平转子，具有偏心质量的惯性板部件在后坐力作用下绕轴转动，驱动钟表机构工作，钟表机构控制的保险机构再与惯性机构（惯性块及惯性簧）合用，保证引信平时安全性。
——外界施加与惯性板的力矩（包括摩擦力矩和附加主动力矩）( N· m）。由于有 存在，保险距离将随航空火箭弹不同工作温度下过载值不同而发
生变化。为了减小保险距离散布，设计中要使从尽量小或使 与a成正比关系。为减少s的散布采取了两项措施：一是尽量减小从，为此转子力矩不宜过大，以减小给惯性板的附加力矩。另外使惯性板转动过程中的附加力矩系统改变方向，用来抵消它对走时产生的影响；二是设计钟表机构微调机构，改变扇形轮齿弧与过渡齿啮合角度来调整走时，以减小加工误差造成的走时散布。
6.2 流体延期解除保险机构
流体保险机构是利用流体定时器实现引信延期解除保险的机构。有液体、气体、准流体和射流等几种类型的保险机构。通常用于地雷、迫击炮弹和中、大口径旋转弹引信，准流体保险机构也可用于非旋转弹和小口径弹引信。
6.2.1液体保险机构
液体保险机构是利用液体定时器来实现引信延期解除保险。液体常用私度较高、内聚力较小的硅油和硅胶。该保险机构的延期解除保险时间散布较大，适用于延期解除保险时间精度要求不高的引信。
由式（6－5）看出，用惯性质量作钟表机构驱动力矩，可获得稳定的保险距
离，而不受火箭弹工作温度不同（即加速度不同）的影响。在计算实例中未考虑加工误差和传动附加力矩等因素所引起的保险距离散布。若考虑上述因素后与无返回力矩钟表机构工作时间相对应的航空火箭弹实际飞行距离可按下式计算：
式中 ——轮系传动效率；
6.2.1.2 设计计算
图6－9中液体流动的速率可由所需要的延期时间和所容许的液体体积来确定，其延期时间还与作用在活塞上的力有关。
假定作用在活塞上的力是离心力。离心力使活塞向着离开弹丸旋转轴线的方向运动，随着活塞质量中心到旋转轴的距离的增加而增加，其离心力按下式计算：
其延期时间按下式计算：
式中 t——延期时间（s) ;
——运动终止位置上活塞质心到旋转轴的距离（m ) ;
——起始位置上活塞质心到旋转轴的距离（m ) ;
——液体流量系数（取决于节流孔形状或出口的常数）;
——节流孔面积（ ) ;
——弹丸的角速度（rad/s) ;
m——活塞的质量（kg ) ;
——液体的密度（ ）;
——活塞的面积（ ）。
6.1 钟表延期解除保险机构
钟表延期解除保险机构通常分为：无返回力矩钟表机构控制的保险机构、带飞轮的钟表机构控制的保险机构、有返回力矩钟表机构控制的保险机构。
无返回力矩钟表机构由于调速器中没有弹性元件，故没有固定的周期，其振动周期随擒纵轮力矩而变，振动频率变化较大，只用于对时间精度要求不高的引信，并多与其他保险机构合用来实现引信的延期解除保险。有返回力矩钟表机构的作用精度较高，主要用于钟表时间引信，但也用于解除保险时间精度高、作用时间长（例如解除保险时间20s～200s）的导弹引信。带飞轮的钟表机构，又称飞轮积分仪。可使不同环境温度下发射的火箭弹得到大致相同的解除保险距离，故常用于火箭弹引信。
式中 ——传动比；
——扇形轮工作啮合角（rad );
——擒纵轮每Baidu Nhomakorabea齿所占圆心角（rad );
——摆由平衡位置转动最大振幅时的角度（rad ) ;
——相当转动惯量（ ) ;
——擒纵轮与摆冲击恢复系数。
上式中
则s可按下式计算：
2 ）计算实例
某航空火箭弹引信设计计算书提供如下数据：
将上述数据代人式（6－5）求得，s＝181.4 m。
2 ）水平布置的无返回力矩钟表机构控制的保险机构
该机构的典型结构形式见图6－4 。
图6－4为某炮弹引信无返回力矩钟表机构控制的保险机构，驱动轮（即中心轮）与回转体固定在一起，回转体在离心力产生的回转力矩作用下旋转并带动钟表机构作用，弹丸飞离炮口50m－200m，隔爆机构解除保险。
6.1.1.2 设计要点
（1）重摆调速器 ，多见于民用调速器。
（2）中摆调速器 ，通常取 ，如航引－10引信延期解除保险机构中的调速器。
（3）轻摆调速器 ，如美M114引信的比值为1.42，美M412
引信的比值为1.6。
在上述比值中，I 为卡摆转动惯量， 为擒纵轮换算转动惯量。在引信延期解除保险机构中，调速器转动惯量比值大于8 的重摆和小于1.4的特轻摆很少见。
6.1.1.3 设计计算
无返回力矩钟表机构控制的保险机构设计计算包括下述内容：
1 ）解除保险距离的计算
假定火箭弹在一定工作温度下飞行，主动段的加速度保持不变（按平均加速度计算），则飞行距离按下式计算：
式中 ——火箭弹的飞行距离（m ) ;
——火箭弹的平均加速度（ ) ;
——火箭弹的飞行时间（s）。
当t为无返回力矩钟表机构走时时间，，即为火箭弹引信解除保险距离。t 可按下式计算：
第6章 延期解除保险机构
在安全距离外才使引信解除保险的机构，称为延期解除保险机构。曾称远距离解除保险机构。
延期解除保险机构也具有保险和解除保险的两个功能，故延期解除保险机构也是保险机构。平时和发射后它应保证引信中被保险零件处于被控制的保险状态，当弹丸飞到安全距离秒时，立即释放被保险零件，使其由保险状态迅速变为待发状态。
式中 ——无返回力矩钟表机构走时时间（s ) ;
——与钟表机构参数有关的系数（当机构确定是一个常数）;
——钟表机构的驱动力矩（N·m）。
在图6－3 中 是惯性板部件受直线加速度而产生的偏心力矩，可按下式计算：
式中 ——传动系数；
——与惯性板部件结构尺寸有关的偏心力矩（当机构确定后是个常数）; 式（6－2）中J 按下式计算：
6.1.2.1 结构设计
带飞轮的钟表机构控制的保险机构有下述两种结构形式：
l）直线惯性力驱动的飞轮积分仪
该积分仪的典型结构见图6-5。
还有一种加速度积分器，其典型结构见图6-6。
2）离心力驱动的飞轮积分仪
该积分仪的典型结构见图6-7。
6.1.2.2 设计计算
在摩擦力较小的情况下，直线惯性力驱动的飞轮积分仪解除保险距离只与机构本身的结构参数有关，而与加速度曲线的形状关系不大。
该机构设计要点包括以下内容：
( 1 ）对于水平布置的机构，发射时的强度通常易于保证，主要配用于中、大口径炮弹引信；
( 2 ）对于垂直布置的机构，主要要校核发射时轴颈强度。由于齿轮轴轴颈较细，实践中发现在震动试验中易出现轴颈断裂，目前这种机构主要配用于火箭弹、迫弹、破甲弹及导弹引信，过载值不高，在发射时的轴颈强度一般均能保证；