陳紅俊，楊正才，葉淑琴，高元科，呂 江

（北方特種能源集團(tuán)有限公司西安慶華公司，陜西 西安，710025）

隨著武器系統(tǒng)的發(fā)展，各類航空武器越來越受到國(guó)際社會(huì)的關(guān)注，大大增強(qiáng)了航空兵殺傷面目標(biāo)的能力[1]。某型號(hào)中敏感探測(cè)器的開啟是由彈載計(jì)算機(jī)控制的，高度測(cè)控機(jī)構(gòu)將子彈的高度信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的高度時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，敏感探測(cè)器開始工作，至此高度測(cè)控機(jī)構(gòu)完成了預(yù)定任務(wù)，必須與子彈分離，否則因其位于子彈戰(zhàn)斗部底部而減弱彈藥的毀傷效果。

在研制初期，沒有設(shè)置高度測(cè)控機(jī)構(gòu)，隨著研制工作的深入，逐漸認(rèn)識(shí)到增設(shè)高度測(cè)控機(jī)構(gòu)的必要性。但此時(shí)子彈的結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本確定，不易進(jìn)行較大的更改，留給火工品的空間較小，沒有足夠空間分別安裝拔銷器和切割器兩個(gè)火工品，因此，拔銷切割雙功能作動(dòng)器的研究應(yīng)運(yùn)而生。拔銷器和切割器是常用的作動(dòng)類火工品，但是同時(shí)具有拔銷和切割兩個(gè)功能的作動(dòng)器目前還是空白，尤其是小尺寸的雙功能作動(dòng)器的技術(shù)難度較大。

1 主要技術(shù)指標(biāo)

本文設(shè)計(jì)的雙功能作動(dòng)器既要解除定位銷桿對(duì)高度測(cè)控機(jī)構(gòu)的約束，又要切斷連接高度測(cè)控機(jī)構(gòu)的電纜，其功能示意見圖1。根據(jù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和火工品使用功能的要求，對(duì)作動(dòng)器提出如下主要技術(shù)要求[2]：

（1）主體最大外形尺寸為φ13mm×47 mm；

圖1 作動(dòng)器功能示意圖Fig.1 The function sketch of actuator

（2）銷桿在承受不小于3kg側(cè)向力的條件下應(yīng)可靠拔出；

（3）作動(dòng)器拔銷行程應(yīng)不小于6mm；

（4）作動(dòng)器應(yīng)可靠切斷導(dǎo)線束（6根導(dǎo)線為一束，導(dǎo)線為鍍銀銅線芯聚四氟乙烯薄膜繞包絕緣電線電纜，型號(hào)為AFR-250，截面為0.15mm2，股數(shù)/直徑為30/0.08mm）；

（5）從點(diǎn)火脈沖前沿至拔銷切割功能完成的時(shí)間應(yīng)不大于20ms。

2 作用原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 作用原理

高度測(cè)控機(jī)構(gòu)任務(wù)完成后，彈載計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，電源向拔銷切割雙功能作動(dòng)器供電，電爆管產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動(dòng)銷桿切刀組合體運(yùn)動(dòng)，在銷桿縮回解除對(duì)高度測(cè)控機(jī)構(gòu)約束的同時(shí)，切斷連接電纜，實(shí)現(xiàn)高度測(cè)控機(jī)構(gòu)與子彈的分離。

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

拔銷切割雙功能作動(dòng)器由外殼、電爆管、銷桿切刀組合體、定位螺釘、導(dǎo)向筒、前密封圈、后密封圈、頂螺和砧板組合件等組成，結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

定位螺釘通過導(dǎo)向筒側(cè)壁上的螺孔和銷桿切刀組合體上盲孔將兩者固定在一起，見圖3。

拔銷切割雙功能作動(dòng)器在結(jié)構(gòu)上有如下特點(diǎn)：

2.2.1 功能多、體積小

在制式作動(dòng)器中，有單一的拔銷器和單一的切割器，但是拔銷切割雙功能作動(dòng)器還沒有，把拔銷器和切割器簡(jiǎn)單地拼湊在一起會(huì)造成體積較大，不能滿足總體設(shè)計(jì)所給定的較小尺寸。

圖2 拔銷切割雙功能作動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 The structure sketch of dual-function actuator

圖3 定位螺釘位置示意圖Fig.3 The structure sketch of screw location

2.2.2 銷桿和切刀的有機(jī)組合

拔銷器是利用火工藥劑產(chǎn)生的氣體壓力向內(nèi)拉動(dòng)銷子運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)拔銷功能的[3]；而切割器則是利用火工藥劑產(chǎn)生的氣體壓力向外推動(dòng)切刀運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)切割功能的。

盡管拔銷器和切割器都是利用火工藥劑作功使作功元件運(yùn)動(dòng)的，但是，運(yùn)動(dòng)方向是相反的。本設(shè)計(jì)將銷桿和切刀組合為一體，兩者在同一條軸線上，一端為銷桿，另一端為切刀，以組合體的中部為產(chǎn)品基體，就會(huì)產(chǎn)生切刀向外運(yùn)動(dòng)的同時(shí)銷桿向內(nèi)運(yùn)動(dòng)的效果，將運(yùn)動(dòng)方向相反的作功元件實(shí)現(xiàn)拔銷切割功能上的統(tǒng)一。

2.2.3 共用一個(gè)動(dòng)力源壓力腔

銷桿和切刀一體化為共用一個(gè)動(dòng)力源壓力腔提供了便利條件，共用動(dòng)力源壓力腔有利于產(chǎn)品小型化。

2.2.4 動(dòng)態(tài)密封設(shè)計(jì)

圖4 電纜側(cè)裝設(shè)計(jì)示意圖Fig.4 The structure sketch of assembly cable

作動(dòng)器工作時(shí)，組合體的切刀部分和銷桿部分都要產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果密封失效，腔體內(nèi)高溫燃?xì)鈱?huì)泄漏，造成拔銷切割任務(wù)失敗。本設(shè)計(jì)將橡膠密封圈擠壓變形置于容腔密封，銷桿切刀組合體運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡膠圈一直處于變形狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密封效果[4]。

2.2.5 電纜側(cè)裝設(shè)計(jì)

如圖3所示，導(dǎo)向筒的右端有一個(gè)U形槽，電纜可以從右側(cè)并入，依次放入聚四氟乙烯墊片、金屬砧和底螺，見圖4。

3 主要參數(shù)設(shè)計(jì)

拔銷行程、電纜直徑、最大外形尺寸是總體設(shè)計(jì)確定的，根據(jù)這些給定的條件，通過性能影響因素綜合分析和相關(guān)參數(shù)計(jì)算，對(duì)作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，再經(jīng)過驗(yàn)證試驗(yàn)，對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，確定主要設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.1 電爆管輸出裝藥量的設(shè)計(jì)

電爆管是作動(dòng)器的動(dòng)力源，銷桿切刀組合體靠電爆管作用產(chǎn)生的能量實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和作功[5]。電爆管產(chǎn)生的能量首先剪斷定位螺釘，銷桿切刀組合體才能開始運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中要克服兩方面的阻力：一方面是高度測(cè)控機(jī)構(gòu)對(duì)銷桿摩擦力，另一方面是切刀切斷電纜時(shí)電纜的形變彈力。電爆管的能量由輸出裝藥點(diǎn)火藥的藥量決定，藥量太小，不能剪斷定位銷釘或者不能切斷電纜，藥量太大，會(huì)將砧板組合件打飛，傷及相鄰單元。在藥量的驗(yàn)證試驗(yàn)中，銷桿施加3kg側(cè)向力，電纜為6線束電纜，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可見，設(shè)計(jì)藥量應(yīng)為50mg左右。

表1 輸出裝藥量試驗(yàn)Tab.1 Test result of ignition powder amount

3.2 定位螺釘直徑的設(shè)計(jì)

定位螺釘?shù)淖饔糜袃蓚€(gè)方面：一是定位作用，作動(dòng)器作用前在遇到環(huán)境力時(shí)不應(yīng)竄動(dòng)；二是建壓作用，作動(dòng)器作用時(shí)，銷桿切刀組合體應(yīng)達(dá)到一定速度，使電纜徹底切斷。定位螺釘直徑太細(xì)，在作動(dòng)器使用前可能斷裂，失去固定作用；定位螺釘直徑太粗，作動(dòng)器作用時(shí)，為了讓銷桿切刀組合體運(yùn)動(dòng)，需要的能量將會(huì)較大，當(dāng)能量達(dá)到一定程度時(shí)，砧板組合件將會(huì)被打飛。定位螺釘直徑選擇驗(yàn)證試驗(yàn)見表2。

表2 螺釘直徑選擇驗(yàn)證試驗(yàn)Tab.2 Test result of the screw selection

由表 2可見，定位螺釘直徑應(yīng)確定在φ1.40mm左右。

4 性能試驗(yàn)

4.1 定位螺釘強(qiáng)度試驗(yàn)

在作動(dòng)器進(jìn)行定位螺釘強(qiáng)度試驗(yàn)中，定位螺釘材料采用1Cr18Ni9不銹鋼，前端直徑為φ1.40 mm。作動(dòng)器按照GJB 5309中相關(guān)要求分別進(jìn)行了震動(dòng)試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)量為13發(fā)。試驗(yàn)后檢查作動(dòng)器，定位螺釘完好無斷裂，進(jìn)行拔銷切割功能試驗(yàn)，作用正常。

4.2 拔銷切割功能試驗(yàn)

拔銷切割功能試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 拔銷切割功能試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test result of pin puller and cutting

在拔銷切割功能試驗(yàn)中，銷桿施加3.0kg的側(cè)向力，過線孔中的電纜由總體單位提供（6根導(dǎo)線為一束，導(dǎo)線為鍍銀銅線芯聚四氟乙烯薄膜繞包絕緣電線電纜，型號(hào)為AFR-250，截面為0.15mm2，股數(shù)/直徑為30/0.08mm）。

以上6發(fā)產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果表明，作動(dòng)器在高溫、低溫和常溫下均能在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)完成拔銷切割功能，并且作用后的殘骸完整。

5 結(jié)論

為滿足武器型號(hào)的需求，在較小的尺寸要求下，完成了拔銷切割雙功能作動(dòng)器的設(shè)計(jì)。通過銷桿切刀一體化結(jié)構(gòu)和共用壓力腔設(shè)計(jì)，合理解決了尺寸小和功能多、環(huán)境要求與功能要求以及拔銷切割運(yùn)動(dòng)方向相反的矛盾，實(shí)現(xiàn)了拔銷切割雙功能的總體要求。

[1]彭和平.美伊戰(zhàn)爭(zhēng)中的新武器[J].火工品,2003(2):52.

[2]崔衛(wèi)東,等.拔銷器的小型化設(shè)計(jì)[J].火工品,2006(2):17-19.

[3]席蘭霞,柳繼昌.密封性檢測(cè)方法綜述[J].火工品,2002(3):44-48.

[4]蔡瑞嬌,等.火工品設(shè)計(jì)[M].北京:北京理工大學(xué),1983.