汪儀林,張龍山,馬秋華

(1.西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065；2.機(jī)電動態(tài)控制重點實驗室，陜西 西安 710065)

0 引言

引信安全系統(tǒng)有三類：機(jī)械安全系統(tǒng)、機(jī)電安全系統(tǒng)和電子安全系統(tǒng)，前二者均為錯位式，后者為直列式。我國機(jī)械安全系統(tǒng)主要用于炮彈引信、子彈引信；機(jī)電安全系統(tǒng)主要用于迫彈、導(dǎo)彈、火箭彈和子彈等弱發(fā)射環(huán)境的引信；電子安全系統(tǒng)近年開始用于火箭軍、空軍彈藥引信。

各類安全系統(tǒng)的技術(shù)特點為：

機(jī)械安全系統(tǒng)的正常解除或安全失效僅受制于力學(xué)環(huán)境?？梢暂^好地保證勤務(wù)、發(fā)射和發(fā)射陣地安全、成本較低、耐高過載，但實現(xiàn)更遠(yuǎn)的安全距離、瞎火彈安全控制難度較大。

機(jī)電安全系統(tǒng)正常解除或安全失效不僅受制于力學(xué)環(huán)境同時受制于電磁、熱環(huán)境，可以較好地保證勤務(wù)、發(fā)射和發(fā)射陣地安全，可實現(xiàn)更遠(yuǎn)的安全距離，但成本較高，體積較大。

電子安全系統(tǒng)比上述系統(tǒng)具有更高的安全性和可靠性，可以較好地保證勤務(wù)、發(fā)射和發(fā)射陣地安全，易于實現(xiàn)更遠(yuǎn)的安全距離、瞎火彈安全、安全/待發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換可逆操控，但目前體積、成本、耐高過載不及前者。

美軍標(biāo)MIL-STD-1316和MIL-STD-331均在2017年進(jìn)行修訂，修訂后的MIL-STD-1316F《FUZE DESIGN, SAFETY CRITERIA FOR》[1]及MIL-STD-331D《FUZES, IGNITION SAFETY DEVICES AND OTHER RELATED COMPONENTS, ENVIRONMENTAL AND PERFORMANCE TESTS FOR》[2]提高了對機(jī)械安全系統(tǒng)、機(jī)電安全系統(tǒng)的設(shè)計和試驗要求，增加了電子安全系統(tǒng)的設(shè)計和試驗要求。這兩項標(biāo)準(zhǔn)可以說是引信專業(yè)最重要、最常用的，其時隔20年的更新，值得重視與借鑒。針對我國引信安全性技術(shù)和管理方面存在的問題，本文分析了我國與美國的差距，提出了建議和措施。

1 我國引信安全性現(xiàn)狀

自從引信設(shè)計、試驗規(guī)范等效采用美軍標(biāo)MIL-STD-1316和MIL-STD-331，頒布實施GJB 373-1987《引信安全性設(shè)計準(zhǔn)則》[3]和GJB 573-1988《引信環(huán)境與性能試驗方法》[4]后，在大部分炮彈引信機(jī)械安全系統(tǒng)設(shè)計中，較好地執(zhí)行了標(biāo)準(zhǔn)，基本杜絕了引信搬運炸、膛炸等惡性事故，引信安全性、可靠性得到大幅度提高。近年在生產(chǎn)演習(xí)和使用中暴露部分炮彈引信過早炸的問題，其主要原因一是使用貫徹標(biāo)準(zhǔn)前的老引信，二是實際使用環(huán)境超出設(shè)計使用條件。

在陸軍導(dǎo)彈、火箭彈、迫彈機(jī)電安全系統(tǒng)設(shè)計中較好地執(zhí)行了國軍標(biāo)，安全性有較好的保證，但受體積、電源限制，子彈引信電爆自毀尚未廣泛采用。在空軍、火箭軍和海軍的部分導(dǎo)彈、炸彈引信中，GJB 373未得到有效慣徹，存在隱患。目前生產(chǎn)中的安全事故與未執(zhí)行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。

子彈引信通過“三自”(自毀、自失能、自失效)的預(yù)先研究，大幅降低了危險啞彈率，達(dá)到了危險啞彈率低于1%的要求，形成了設(shè)計指南，但現(xiàn)裝備引信中只有少部分產(chǎn)品符合要求。

采用錯位式安全系統(tǒng)的引信瞎火后均為危險啞彈，危險啞彈的排除費時費力對作戰(zhàn)部隊和無辜平民的安全構(gòu)成威脅。

嚴(yán)格執(zhí)行MIl-STD-1316F的電子安全系統(tǒng)具有高安全高可靠的特點，可以避免危險啞彈。目前電子安全系統(tǒng)裝備量很少。

2 從美軍標(biāo)看我國引信安全性技術(shù)差距

為了說明技術(shù)差距，將MIL-STD-1316不同版本在主要內(nèi)容上的條款數(shù)量列于表1。將MIL-STD-331不同版本的試驗項目列于表2。

機(jī)械安全系統(tǒng)較為成熟。在美軍標(biāo)反映出的設(shè)計要求和試驗項目上在近二、三十年變化不大，我國和先進(jìn)國家差距不大。

機(jī)電安全系統(tǒng)存在兩方面的問題：一方面，相當(dāng)一部分不符合GJB 373A-1997；另一方面，根據(jù)最新MIL-STD-1316F、MIL-STD-331D分析，目前符合GJB 373A-1997的安全系統(tǒng)在解保環(huán)境正確識別、設(shè)計裕度、系統(tǒng)布局、邏輯設(shè)計要求、設(shè)計分析手段等方面的要求明顯低于MIL-STD-1316F；在驗證試驗方面，目前研制產(chǎn)品進(jìn)行F-組電磁感應(yīng)試驗時通常按GJB 573A-1998只進(jìn)行1項試驗，未按MIL-STD-331D要求進(jìn)行驗證考核性，據(jù)此推測技術(shù)差距約有10年。

表1 MIL-STD-1316不同版本在主要內(nèi)容上的條款數(shù)量

表2 MIL-STD-331不同版本的試驗項目

電子安全系統(tǒng)是支持引信高安全、高可靠的重要途徑，我國經(jīng)過“十一五”、“十二五”核心器件攻關(guān)，突破了高壓器件國產(chǎn)化和小型化，開始在型號上使用。

美國要求1998年后新定型和改進(jìn)的導(dǎo)彈引信必須采用電子安全系統(tǒng)，過渡時間為5年。這意味著2003年以后定型的導(dǎo)彈引信全部為電子安全系統(tǒng)。美國電子安全系統(tǒng)不僅用于導(dǎo)彈還用廣泛用于魚雷、火箭彈、航空炸彈，并力圖推廣用于迫彈和榴彈。

美軍標(biāo)MIL-STD-1316F增加了多項與電子安全系統(tǒng)相關(guān)條款，電子安全系統(tǒng)需要全面滿足安全控制邏輯裝置22條要求，通過MIL-STD-331D的F-組電磁感應(yīng)試驗5項試驗，我國現(xiàn)設(shè)計的電子安全系統(tǒng)尚未達(dá)到相關(guān)設(shè)計要求，未通過所有試驗，據(jù)此推測技術(shù)差距可達(dá)15年以上。

從MIL-STD-1316、MIL-HDBK-504和MIL-STD-331不同版本分析，美國對引信全壽命周期的可信環(huán)境等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相當(dāng)完整，且重視數(shù)據(jù)的積累，各版本間設(shè)計要求、驗證要求、試驗方法和試驗參數(shù)均有變化，到MIL-STD-1316F和 MIL-STD-331D在設(shè)計要求、驗證要求、試驗方法和試驗參數(shù)方面發(fā)生了較大變化，增設(shè)了試驗項目，調(diào)整了試驗參數(shù)，尤其是明確了試驗時產(chǎn)品的狀態(tài)、試驗的置信水平、合格的裕度范圍，確保了使用環(huán)境在設(shè)計邊界以內(nèi)，從而具有良好的安全性和任務(wù)可靠性。這種變化是美國的技術(shù)基礎(chǔ)研究工作進(jìn)展的體現(xiàn)，也反映出其基礎(chǔ)工作的持續(xù)性和完整性。

我國引信設(shè)計起步于反求工程，引信設(shè)計的基礎(chǔ)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)先天不足，后續(xù)又缺乏合適的研究渠道加以彌補(bǔ)，差距巨大。這種技術(shù)基礎(chǔ)方面的差距直接影響設(shè)計、驗證、試驗考核的充分性和完備性，是我國引信任務(wù)可靠性不足的重要原因。

例如，對于機(jī)械安全系統(tǒng)，膛內(nèi)發(fā)射環(huán)境、出膛后環(huán)境、飛行中的阻力特性，既是從安全到戰(zhàn)斗狀態(tài)轉(zhuǎn)換的動力，又是影響其可靠工作的背景環(huán)境。發(fā)射時膛壓曲線、旋轉(zhuǎn)運動特性、時間-位置關(guān)系、橫向力學(xué)特性、飛行中的章動和進(jìn)動、阻力特性和極限情況，及其到安全系統(tǒng)關(guān)鍵部位的傳遞規(guī)律是安全距離、安全-戰(zhàn)斗狀態(tài)轉(zhuǎn)換全過程中各階段安全失效率和轉(zhuǎn)換可靠性等關(guān)鍵特性評估驗證的基礎(chǔ)，同時也是強(qiáng)度校核的依據(jù)。美國設(shè)計手冊和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均反映出其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整，設(shè)計合理。而我國經(jīng)常憑借過載轉(zhuǎn)速等少數(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，對可否用于新平臺心中無數(shù)，于是經(jīng)常遇到新平臺設(shè)計新引信，但是對新引信的適用范圍又是一筆新糊涂帳。52倍口徑155 mm纏度漸變加榴炮增程彈上引信故障頻現(xiàn)，就是一個典型事例。

我國目前的認(rèn)識水平和驗證水平還處于和MIL-STD-1316E和MIL-STD-331B相當(dāng)?shù)乃?，未達(dá)到MIL-STD-1316F和 MIL-STD-331D的水平，也就是說，落后約20年。

不難得出結(jié)論：越是先進(jìn)的技術(shù)，我國和美國的差距越大，支持引信技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)的差距可達(dá)20年，因此我們的技術(shù)差距有拉大的趨勢。

3 引信安全技術(shù)差距原因分析

3.1 核心元器件水平低是制約引信高安全性發(fā)展的瓶頸

引信是功能密集、技術(shù)密集的產(chǎn)品，且要求在惡劣的力、電、熱環(huán)境下正常工作，具有小體積、低功耗、耐過載、大動態(tài)范圍、低成本的特點，高性能引信核心器件/組件在市場上難以獲取，利用市場上通用的元器件開發(fā)的引信已越來越不能滿足要求。

例如，未爆彈安全在錯位式安全系統(tǒng)上難以解決。電子安全系統(tǒng)由于火工品需要人類生活環(huán)境中不存在的幾千伏、幾千安的高能，具有極高的本質(zhì)安全性；由于沒有運動部件，具有極好的工作可靠性，可以較好地解決未爆彈安全。但是在我國的推行困難重重，一方面對于驗證考核充分性的疑慮，另一方面是核心元器件突破困難。引信專業(yè)組為了突破直列式安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件，在“十一五”、“十二五”預(yù)研項目有限的經(jīng)費中連續(xù)安排其核心器件攻關(guān)，目前實現(xiàn)了高壓器件工作可靠性達(dá)到工程設(shè)計要求，價格可承受，但小型化仍是進(jìn)一步推廣的障礙。

引信核心元器件的開發(fā)速度和性能水平，嚴(yán)重制約著引信的創(chuàng)新發(fā)展。

3.2 技術(shù)基礎(chǔ)薄弱是制約引信形成先進(jìn)研發(fā)模式的根本原因

由于引信設(shè)計起步于反求工程，引信設(shè)計的基礎(chǔ)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)先天不足。作為引信設(shè)計基礎(chǔ)的引信全壽命周期可能承受的導(dǎo)致性能下降的正?；虿徽５牧Α㈦?、熱環(huán)境的典型和極限數(shù)據(jù)缺乏，引信用于實現(xiàn)安全狀態(tài)轉(zhuǎn)換的環(huán)境條件及影響這些條件正確判斷的數(shù)據(jù)不充分，引信承受環(huán)境到引信環(huán)境敏感單元/核心器件的力、熱、電傳遞規(guī)律缺乏理論研究，致使引信全壽命可信環(huán)境的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)極為匱乏，基礎(chǔ)薄弱。

由于引信基礎(chǔ)薄弱，無法保證設(shè)計預(yù)期覆蓋了全壽命可信環(huán)境，導(dǎo)致在設(shè)計、估計、驗證等方面都不足以反映實際情況，“畫、加、打”的局面多年來未得到有效改善。其直接后果是引信工作可靠性長期無法提高，研制周期長耗費大，新技術(shù)推廣難度極大。

例如，美國M739A1引信，安全可靠性高，被世界各國廣泛采購、裝備。我國用美國引進(jìn)的生產(chǎn)線生產(chǎn)的該引信在其他火炮彈藥上使用表現(xiàn)良好，唯獨在52倍口徑155 mm纏度漸變加榴炮增程彈上，因出炮口橫向沖擊遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計預(yù)期，屢次出現(xiàn)炮口炸。再如，機(jī)電引信由于對彈上電磁環(huán)境、電應(yīng)力環(huán)境、飛行中的靜電環(huán)境數(shù)據(jù)不能完整掌握，科研中往往在實彈飛行中才暴露出引信解?？煽啃圆蛔愕膯栴}，成為全系統(tǒng)研制進(jìn)度上的巨大風(fēng)險。直列式安全系統(tǒng)對于驗證充分性的疑慮成為影響其在我國武器系統(tǒng)上推廣的重要障礙。

引信模擬手段、設(shè)計手段的建立有賴于理論、機(jī)理、數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)技術(shù)的突破和進(jìn)展，而引信成敗型工作特點使獲取引信實際工作數(shù)據(jù)和極限條件數(shù)據(jù)的難度很大。此外，引信涉及多個專業(yè)學(xué)科、多種環(huán)境因素，獲取系統(tǒng)性、完整性、統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需要多學(xué)科協(xié)作，因而具有較大的復(fù)雜性。

3.3 對引信安全性缺乏有效的評估和審查

美軍引信安全性設(shè)計準(zhǔn)則從原始版本MIL-STD-1316就有明確安全性審查機(jī)構(gòu)。MIL-STD-1316F延續(xù)了E版，MIL-STD-1316F中安全性評估/符合標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證審查機(jī)構(gòu)的權(quán)力更為集中、職責(zé)更為具體，在標(biāo)準(zhǔn)中13次提及，涉及批準(zhǔn)、審查和咨詢等多個職責(zé)，詳見表3。

我國引信安全設(shè)計對標(biāo)準(zhǔn)的符合性未實施獨立的審查，通常在研制過程中隨引信，甚至隨武器系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計審查、工程樣機(jī)設(shè)計審查、工程樣機(jī)鑒定審查、設(shè)計定型試驗和設(shè)計定型審查。

在設(shè)計審查方面：分屬不同軍種的不同武器系統(tǒng)對引信設(shè)計安全性審查要求不同，有些系統(tǒng)甚至沒有對安全系統(tǒng)符合標(biāo)準(zhǔn)的審查要求，致使部分彈藥系統(tǒng)配用引信不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的情況時有發(fā)生。由于審查者對標(biāo)準(zhǔn)理解的差異，導(dǎo)致部分彈藥系統(tǒng)配用引信雖然通過了審查，但仍不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。由于沒有充分的審查時間、審查組成員中安全性專家不足，通過審查的設(shè)計也可能存在隱患。

對于不得不采取不符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計的合理性和可行性沒有有效的決策者，導(dǎo)致不必要時間成本的代價。采用新技術(shù)新材料時，由于設(shè)計概念、方法不同其可用性沒有有效的決策者，導(dǎo)致技術(shù)進(jìn)步緩慢。

美三軍安全性評估認(rèn)證機(jī)構(gòu)保證了對引信設(shè)計安全性審查統(tǒng)一要求，對標(biāo)準(zhǔn)的理解到位，對于不得不采取不符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計的合理性和可行性、對采用新技術(shù)而形成的新的設(shè)計概念和方法的可用性等進(jìn)行有效的決策，既有較好的覆蓋性，又具有直抵關(guān)鍵部件設(shè)計安全裕度的管控深度，還保證了對引信驗證試驗的有效性和充分性。

表3 MIL-STD-1316中涉及軍方管理機(jī)構(gòu)的職責(zé)

4 結(jié)論

本文以美軍標(biāo)修訂為線索分析我國與美國在技術(shù)和管理方面的差距，得出結(jié)論：在引信安全性方面，越是先進(jìn)的技術(shù)，我國和美國的差距越大，支持引信技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)的差距可達(dá)20年，因此我們的技術(shù)差距有拉大的趨勢。分析表明，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、引信核心元器件水平低、缺乏有效的安全評估和審查是產(chǎn)生差距的主要原因。盡管參照美軍標(biāo)MIL-STD-1316F修訂我國GJB 373A的起草工作已完成，參照MIL-STD-331D修訂GJB 573A的起草正在進(jìn)行，但是管理上仍難達(dá)到美軍標(biāo)的水平。為此提出改進(jìn)措施和建議：第一，建立持續(xù)穩(wěn)定地研究投入機(jī)制，系統(tǒng)解決理論、核心技術(shù)、產(chǎn)品、驗證評估等問題，彌補(bǔ)引信設(shè)計的先天不足。構(gòu)建以先進(jìn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范為指導(dǎo)，以系統(tǒng)完整的數(shù)據(jù)庫為支撐的虛擬樣機(jī)設(shè)計、虛擬試驗、半實物仿真、綜合模擬試驗、綜合性能外場試驗的先進(jìn)研發(fā)模式，體系化推進(jìn)基礎(chǔ)、技術(shù)、產(chǎn)品的發(fā)展。第二，建立我國引信安全性評估機(jī)制，一方面實現(xiàn)作戰(zhàn)和武器系統(tǒng)需求到引信安全性技術(shù)要求和設(shè)計原則的轉(zhuǎn)化，另一方面對設(shè)計驗證全過程實施有效監(jiān)控，確保引信高安全性的實現(xiàn)。