引信

3.3 弹道发火机构
定义：利用外弹道环境力（能）或内储能而工作的发火机构。

分类：根据发火能源性质分，储能簧针刺发火机构,离心力弹道发火机构
适用范围：主要用于钟表时间引信和小口径触发引信的自毁机构。

该发火机构勤务处理中的安全性，膛内、炮口以及弹道飞行中的安全性，通常均
配有专门保险机构来保证。

在本节中，只须讨论机构在弹道上发火可靠性。

3.3.1 储能簧针刺发火机构
定义：在外弹道上利用弹簧预先储存的机械能使击针戳击爆炸元件而工
作的发火机构。

适用范围：储能簧针刺发火机构不需直接利用引信的环境能，其适用范
围：
K值较小的炮弹引信中，用于点燃时间药盘或火药保险机构；
(1)在膛压较低、1
(2)在弹道低伸的炮弹引信和航空炸弹引信中，用于要求小落角发火可靠性较高的引
信；
(3)在空炸机械引信中用于无法利用环境能发火的引信；
(4)在小口径高炮和航空机关炮榴弹引信中，用于自毁装置。

分类：
（1）按在引信中的配置位置分：平行弹轴配置的储能簧针刺发火机构,垂直弹轴配置的储能簧针刺发火机构
（2）按运动方式分：击针运动式和雷管运动式
组成：通常由压缩弹簧、起爆元件、惯性筒、保险钢球、惯性筒簧等组成。

3.3.1.1 受力分析与运动方程
击发体的运动方程为
2210102d ()d F t P x m k x fm r F t
λω=--- (3-30) 式中 P F —击发体系统所受的爬行力（N ）；
0r —击发体质心距转轴的偏心距（m ）；
F f
t ω—弹丸在弹道某点的角速度（rad/s ）。

3.3.1.2 设计计算 主要是发火可靠性计算。

发火可靠性判别式：2112
H H H E m v E =≥⎡⎤⎣⎦ （1）用击发体的运动方程求出击发体的速度和动能
初始条件：00t t ==，0x =，d /d 0x t =，22d /d 0x t =，可对击发体的运动方程式（3-30）求解，得到x-t 、v-t 的关系式。

设击针尖到起爆元件发火的距离为H l ，将H x l =代入x-t 关系式，可求出击发体到起爆元件的运动时间（H t ）,再由v-t 关系式求出戳击速度（H v ）。

（2）用能量方程求击发体的戳击能量
储能簧推动击发体运动，其势能除克服摩擦力而消耗一部分之外，其余全部变为击发体的动能，可按下式计算：
011()2
H R R H f H E F F l F l =+- 3.3.2 离心式发火机构
定义：在外弹道上利用离心力的作用使击针戳击爆炸元件而工作的发火机构。

受力分析：离心力、哥氏力、哥氏力产生的摩擦阻力、离心力
由哥氏力产生的摩擦阻力
击发体的运动方程
2202d d ()2d d t t x x m m r x fm t t ωω=+-
3.4 瞬发发火机构
定义：靠引信发火机构中的击发体直接碰击目标而工作的发火机构。

应用最多的是针刺式瞬发发火机构，是触发发火机构中的一种。

3.4.1 结构设计
3.4.1.1 结构形式 (l ）裸露式针刺发火机构
适用于低速弹，如迫击炮弹、无后坐力炮弹引信上。

特点：瞬发度和灵敏度高，但引信不易密封。

(2）埋人式针刺发火机构
引信头部用防潮帽密封，可用于高速弹丸引信上。

特点：引信密封性好，弹道安全，但瞬发度较低。

Fc
(3）中间式针刺发火机构
击针头部突出引信体之外，但有防潮帽密封保护。

广泛用于触发引信。

特点：瞬发度高，引信密封性好，弹道安全。

但防潮帽易磕碰损坏，平时须加保护。

3.4.1.2 击针设计
结构形式：整体式和组装式材料：击针尖多用银亮钢，也有用铝合金；
击针杆与击针帽往往设计为一体，多用铝合金和塑料制成。

击针尖的几何形状：圆锥形、三棱锥形、四棱锥形、平头形、斜尖形、薄片形等。

通常多采用圆锥形，这主要是由于其工艺性较好，易于大量生产。

三棱形和四棱形击针尖(b)比圆锥形的灵敏度和瞬发度要高。

3.4.1.3 中间保险零件设计
中间保险零件有两类：1）弹性零件——弹簧；2）刚性零件——支筒、支耳等。

设计原则：在设计瞬发针刺发火机构时，应在保证炮口及弹道安全的前提下，尽量减小中间保险零件的抗力。

若引信本身的结构设计可以保证在后效期以外进人待发状态，可不设中间保险零件。

3.4.1.4 瞬发针刺发火机构结构设计要点
结构设计要点：
(l ）击针后坐不应压死中间保险弹簧；
(2）中间保险弹簧的抗力不应传递到防潮帽上；
(3）击针帽与防潮帽之间应留间隙。

3.4.2 设计计算
3.4.2.1 灵敏度估算
瞬发针刺发火机构的灵敏度在方案设计阶段只能采用近似方法估算。

为了计算方便，可将引信看作是静止的。

假定靶片以弹丸碰靶板时的速度c v 向击针运动，并且当碰到击针之后，能与击针一起运动，而整个运动系统相对于起爆元件的平
均速度为Pj v 根据动量守恒定律 2313()3
c pj m m v m m v =++ 碰撞后运动系统的动能E 为
H
2
2131()23
pj m E m m v =++ 弹簧吸收的能量
10Re 1()()2
R H W F F l e =++ 克服空气阻力所损耗的能量
2()R H W F l e ρ=+
当击针刺入起爆元件深度e 时，整个运动系统的剩余动能E '为
212311()23
e E m m m v '=++ 12E E W W '=--
击针与靶片的动能
2131()2
K e E m m v =+ e v ——戳击速度
击针与靶片的动能可按下式计算：
Re 0/()F H k F l e λ=++
若k E 大于起爆元件100％发火所需的能量[]H E ，可认为此瞬发针刺发火机构的灵敏度能满足要求。

如果考虑到引信头部有防潮帽，还应计算破坏防潮帽所需要的功。

3.4.2.2 瞬发度估算
瞬发度即作用时间，包括击针运动时间、起爆元件爆炸时间，即
式中 t ——瞬发针刺发火机构的作用时间（s)；
1t ——击针运动时间（s); 2t ——起爆元件爆炸时间（s ）。

在对薄靶板射击的情况下，击针相对于起爆元件运动的平均速度
pj v 和击针运动
时间1t 可按下式计算：
此估算很粗略，引信的瞬发度主要是用试验的方法测定。

如何提高灵敏度和瞬发度：
(l）减轻击针重量；
(2）增大击针头部直径；
(3）减小击针尖到火帽或雷管间的距离；
(4）在保证弹道安全的条件下，尽可能减小中间保险零件的抗力，或不用中间保险零件；
(5）选用灵敏度高的火帽或雷管；
(6）采用大着角发火辅助机构，如侧击机构。

3.5 惯性发火机构
定义：靠引信或载体与目标直接接触时产生的前冲力而工作的发火机构，又称前冲发火机构。

比瞬发发火机构作用时间长得多。

典型针刺瞬发发火机构的作用时间一般小于μs，而惯性针刺发火机构约为500μs。

100
适用范围：
（1）中大口径榴弹引信的双动机构，以对付土木工程一类厚而弱的目标；（2）小口径高炮榴弹或航炮榴弹，以对付飞机蒙皮一类的薄目标；
（3）各种口径穿甲弹或破甲弹机械弹底引信，以对付坦克装甲一类厚而硬的目标，
（4）某些擦地炸的侧击机构中。

设计要求：惯性灵敏度足够，保证引信能可靠地发火。

3.6 电发火机构
定义：利用电冲量起爆电火工品的发火机构。

特点：结构简单，作用迅速、准确、可靠。

分类：按其直接用于发火的电源分：压电、磁电、电容器、电池
按发火的模式分：
自发电式——利用碰击目标时的物理效应发电，起爆电火工品。

包括压电发火机构、磁电发火机构
碰合开关式——利用目标反力、惯性力使开关闭合。

电子开关式——通过控制电压使晶闸管、开关三极管等电子元件的开关
效应使放电回路导通，起爆电雷管。

广泛应用于近炸、
电子时间/计转数引信。

压电发火机构
利用压电陶瓷的压电效应将引信工作的环境能转变为电起爆信号的装
置，称为压电发火机构。

类型有：碰击式、储能式
特点：（1）有极高的瞬发度，作用时间不大于50μs；
（2）有一定的钝感度；
（3）触发与执行元件可分离，实现弹头压电，弹底起爆。

应用：主要用于聚能装药破甲弹。

4.2 离心保险机构
离心保险机构：靠离心力解除保险的机械保险机构，主要用于旋转弹。

分类：通常分为离心销、离心板、环状簧、软带保险机构
应用特点：
(1)离心销保险机构适宜保险中心线与弹轴重合或接近的零件。

该机构有复位功能，可以无损检测。

用圆柱弹簧时，径向尺寸较大，适用于中、大口径弹引信；用锥形、鼓形弹簧和片状弹簧，尺寸可稍减，用卷簧时尺寸最小，可用于小口径弹引信；
(2）离心板保险机构可以保险远离弹轴的零件。

也有复位功能，可无损检测；
(3）环状簧离心保险机构适用于离心力很大的弹种。

如用于小口径弹的球转子保险机构。

4.2.1 离心销保险机构
利用弹性零件保险，并靠离心力使离心销作径向移动而解除保险的装置，称为离心销保险机构。

4.2.1.1 结构设计
4.2.1.1.1 结构分析
结构特点：
(1) 离心销应尽可能成对称配置或成组配置（三个，呈“人”形均布；甚至四个，呈“十”形布置），可以防止反跳造成意外解除保险。

成组配置保险可靠度更高，但结构稍复杂，且理论上解除保险可靠度有所下降，一般只用来保险质量较大的惯性体。

(2)受空间限制难于成对、成组配置时，单个离心销保险机构也是允许的。

但前提是依靠其他环境解除保险的另一独立保险件在冲击、振动中不运动。

(3)离心销可以倾斜布置，以便利用后坐力分量延长解除保险时间，适用于后坐力较大
的炮弹引信。

倾斜角一般取
0 15。

(4)离心销轴线应尽可能与弹轴相交，或离心销轴线与过质心的弹轴垂线之间的夹角不
应大于
0 15。

(5)离心保险机构的不解除保险最大转速，可以按安全转速确定。

不必因弹丸转速高、有潜力而提高，这样不利于引信通用性。

小口径弹除外。

(6)离心保险机构的100％解除保险最低转速不得高于炮口（主动段末）转速的3/4，同
d分档如下：
样出于通用化的考虑，也不可定得太高。

按弹径D
d＞70mm，30r/m（1800r/min）；
D
d=35mm~70mm，50r/s（3000r/min）；
D
d＜35mm，80r/s（4800r/min）。

D
(7)对于解除保险后不动作，碰目标才运动的被保险零件，离心保险机构应考虑加闭锁机构。

(8)在离心销可能受被保险零件横向作用时，应采取措施防止离心销变形、卡死。

不形成悬臂梁，或给离心销加一个台阶，即使变形也不影响运动。

(9)离心销解除保险行程（即离心销插人被保险件的深度）一般宜为2mm～2.5 mm，小引信可以小些，但不得小于1 mm，否则保险不可靠。

(10)离心销的初始偏心距对离心力的大小影响较大，一般先确定结构方案后计算。

偏心距大体在3mm～18 mm之间。

转速高、质量大偏心距可以小些；转速低、质量小偏心距应大些。

(11)从对驻室尺寸要求、稳定性等方面看，塔型弹簧、尤其是等螺角抛物线簧优于圆柱螺旋弹簧，但后者易于设计与加工，常用。

4.2.1.2 设计计算
主要介绍螺旋簧离心销保险机构的设计计算。

4.2.1.2.1 勤务处理安全性验算
螺旋簧离心销保险机构在勤务处理中，可出现两种解除保险情况： ①弹丸侧向着地。

采用对称或成组配置的离心销，一般可避免此类危险； ②弹丸沿斜坡滚落。

产生离心力，使离心销解除保险。

勤务处理中滚落安全判别式：
b ——解除保险角速度（离心销解除保险时所需要的弹丸角速度）；
H ω——在斜坡上滚动到达终点时的弹丸角速度。

为了保证离心销保险机构的安全性，必须满足 b H ωω≥
（1）解除保险角速度
b ω
离心销要解除保险，其离心力cb F 必须大于或等于离心销解除保险时的弹簧抗力
Rl F ，即
cb Rl F F ≥
2
10()cb b F m r l ω=+
0()Rl F F k l λ=+
代入整理得
2010F b
l k m r l
λω+≥
+
即解除保险角速度b ω公式为
2010F b
l k m r l
λω+=
+
（2）滚落终点角速度
H ω
假设：弹丸为均质实心圆柱体，且在斜坡上做纯滚动。

滚动到达终点时的弹丸直线速度为
DH v ，根据能量守恒定理，则有
2
21122
D D DH H m gH m v I ω=+
2
D
DH
H d v ω=
221128
D D D D I m r m d ==
2222
11816
D D D H D D H m gH m d m d ωω=+
由此式表明，弹丸在斜坡面上纯滚落时的位能，有2/3 转化为平移运动的动能，有1/3 转化为旋转运动的动能。

整理上式，得 2
2163H
D
H
g d ω= 从上式可知，弹丸从斜坡面上滚落所获得的角速度，与斜坡高成正比，与弹径平方成反比。

因此，对同一个离心保险机构，用于小口径弹丸的安全性不如用于大口径弹丸的安全性好。

（3）安全滚高公式
根据勤务处理中滚落的安全判别式
b H ωω≥,其临界安全关系式为
b H ωω=
将式
b ω、H ω代入上式，整理后得安全滚高H 公式
2010316D F l d k H m g r l λ+=
+
4.2.1.2.2 离心销可靠解除保险验算
考虑火炮磨损和低温条件下发射等因素的影响，必须有20％的安全裕量系数。

离心销可靠解除保险条件为
24
5
cb Rl F F ≥ 2
01054F b l k m r l λω+≥
+
即离心销可靠解除保险所需弹丸角速度为
01054F b l k m r l
λω+=
+
为了保证离心销在弹丸碰目标以前始终处于解除保险状态，则要求弹丸最大射程角速度满足
r b ωω>
由于离心销通常在炮口附近解除保险， 可得离心销炮口解除保险的弹丸角速度为
2201054F g
b
l
k m r l
λωω+≥=
+
则离心销可靠解除保险的最大离心过载系数为
021054F l k K m g r l
λ+≥
+
4.2.1.2.3 离心销启动时间的计算
离心销适时解除保险，既反映机构在膛内和炮口的安全性，也反映了机构解除保险的可靠性。

（1）离心销膛内运动微分方程的建立
受力分析： ①离心力Fc ②离心销簧抗力F Rx
③因后坐力、切线力和哥氏力，离心销与驻室壁之间产生摩擦阻力F f2
④瞬发击针在后坐力作用下，也压向离心销，离心销与击针之间产生摩擦阻力F f1。

离心销膛内运动的微分方程为
21122c Rx f f d x
m F F F F dt
=---
其中，离心销系统的换算质量为
13
m m m μ=+
其它诸力的表达式分别为
210()c F m r x ω=+
0()Rx F F k x λ=+ 111f s F f F =
22
1(f s F f F F =+1s m dv F n dt '= 21s dv F m dt
=
10()
t d F m r x dt ω
=+ 12g dx
F m dt
ω=
将上式依次代入，则离心销膛内运动的微分方程为
22
11001
2()()F d x m dv m m r x k x f dt n dt
ωλ'=+-+-
f -
（4-66）
2）离心销在膛内开始启动的判别及启动时间计算
若离心销在膛内开始启动，开始运动的条件为：
当0t t =时， 22d d 0, 0, 0d d x x
x t t
===， 且
2
d d 4D
D
d v p t m πφ=， 2v πωη=， d 2d d d v t t ωπη=
将以上条件式代入式(4－66) ，化简得
2
2
01222
101000224F D
D k d v m f f p nm m r p m r λπππφηη⎡'⎛⎫⎢=++ ⎪⎢⎛⎫⎛⎫⎝⎭⎣ ⎪ ⎪
⎝⎭⎝⎭
（4-67）
采用逐渐逼近法求2
0(/)v p ：
（1）
先不考虑离心销簧预压抗力的影响，求得
201(/)v p ，由2(/)v p t -、p t -曲线确定01p ；
（2）
将01p 代入式（4-67）计算第二次
202(/)v p ，依次类推，然后从
2(/)v p t -曲线上查得离心销启动时间0t 。

若0g t t <，则表明离心销在膛内开始运动。

若0
g t t >，则是在炮口外才开始启动。

应当指出：为保证射击过程中的安全性，要求0
g t t >,否则就要修改机构参数，
使其满足要求。

特别是固定瞬发击针的离心销，在膛内是不允许运动的。

3）离心销在后效期内启动时间判别与计算
后效期内，可近似认为g ωω=，并视为常数；弹丸角加速度0ε
=（0t F =）
和虚拟系数1φ
=。

建立后效期的运动方程：
22
11001
2
()()g F d x m dv
m m r x k x f dt n
dt ωλ'=+-+-
f -
若离心销在后效期内开始启动，则其运动开始的初始条件亦为：0t
t =时，
0,0x x ==。

将此初始条件代入上式，整理后得
()2
0010
212214()F D g h D k m r m p m d f f f nm λωπ⎛⎫- ⎪
⎝⎭=
⎡⎤'++⎢⎥
⎣⎦
（4-68） 由上式算出0(
)h p 值后，可根据后效期内的p －t 曲线查出其对应的0t 值，即离
心销在后效期内启动的时间。

4.2.1.2.4 离心销解除保险时间的计算
离心销解除保险时间，是衡量离心保险机构发射安全性的一个重要指标。

1）离心销在后效期解除保险时间的计算
弹丸飞出炮口后，由于g ω
ω=，/0d dt ω=，再根据初始条件：0t t =时，
0,/0x dx dt ==，求解式（4-66），得到x-t 的关系。

由 x
l =求得2t 。

若离心销在后效期内解除保险，则0
2K t t t +<，于是离心销解除保险的时间为
02b g t t t t =++
2）离心销在外弹道解除保险时间的计算
若0
2K t t t +>时，表明离心销在后效期内尚未释放击发体，需在外弹道上继
续求解，建立外弹道离心销运动方程。

首先，应根据后效期公式求出当0k t t t =-时的运动特性k x 和k v ——离心销外
弹道运动方程的初始条件。

然后根据外弹道上离心销的运动方程和初始条件
k x 、k v ，确定x-t 的关系，以
k x l x =-可求得时间3t 。

于是离心销总的解除保险时间为
3b g k t t t t =++
3）炮口保险距离
()
g b g S v t t ≈-
41。