一种具有高可靠性自失能特性的引信发火电路

技术领域

本发明属于引信技术领域，特别涉及一种具有高可靠性自失能特性的引信发火电路。

背景技术

电发火能量是指引信电发火即通过电原理引起引信传爆序列首发爆炸元件作用的能量。电发火引信特别是着速低、落角小或着角大、落向松软地面的机电触发引信，瞎火故障率比较高，此后意外触碰再发火引爆未爆弹药伤亡人员的恶性事故时有发生。即使设计有自毁、自失效和爆炸物处理特性的引信，其自毁、自失效和爆炸物处理特性也很难达到安全性目前所能普遍接受的高可靠性水平，即失效率在一百万分之一以下。无论是国外还是国内，后来逐渐认识、重视和贯彻《引信安全性设计准则》标准中关于电发火能量耗散的规定，对电发火引信增设电发火能量耗散特性，使配用电发火引信的未爆弹药的爆炸物处理安全性得到了较大提高。GJB 373B-2019《引信安全性设计准则》第4.6.3条电发火能量耗散规定：“对于电发火的引信系统，其设计应包含引信预定工作时间结束或失效后耗散掉发火能量的措施。根据作战要求，耗散所需时间应尽可能短。电发火能量耗散措施不易受单点、共因或共模故障的影响，并不应在引信解除保险和解除隔离流程开始前降低整体安全性”。

从GJB 373B-2019《引信安全性设计准则》的规定来看，其出发点是“根据作战要求”。实际设计实施往往都是在电爆炸元件旁并联一个泄放电阻，用于泄放发火电能。电发火能量需耗散到电爆炸元件在所有环境条件下100％不发火能量以下，而不是100％发火能量以下。该电阻阻值的大小，直接影响到发火电能的泄放时间即耗散时间。GJB 373-1987和GJB 373A-1997《引信安全性设计准则》规定的耗散时间均是30min，因而GJB 373B-2019《引信安全性设计准则》中所说的“尽可能短”，显然应该是在30min以下。曾有美军战备协会引信年会文献披露美军在修订MIL-STD-1316D初期曾探讨将此耗散时间要求由“30min以下”修改为“20min以下”。

从工程和可靠性角度概略估计，在正常的质量管理条件下，并联一个泄放电阻意外断路失效的概率在千分之一左右。目前工程设计实践中电发火能量耗散的可靠性指标通常为90％或95％。这就意味着在不考虑自毁和自失效等安全性措施的前提下，电发火能量耗散功能失效的未爆弹药仍存在触碰意外发火的概率大约为千分之一到十分之一。这么高的失效率水平，用于战场保证作战安全已经十分牵强，平时用于训练场以及训练场的爆炸物处理则明显不足，既影响训练效率和训练安全，也影响爆炸物处理效率。应该认为GJB373B-2019《引信安全性设计准则》的规定是最低要求。事实上安全性普遍可接受的失效率水平通常在百万分之一以下，例如民用航空业，引信安全性也不例外。

因此从使用、训练安全性出发，从确保平民安全出发，从提高弹药和引信研制、生产安全性出发，也是从确保战士作战使用安全性出发，应大幅度提高电发火引信实现电发火作用的电发火能量耗散可靠性。

在电力电子技术领域，将电路模块通过并联的方式组合在一起，可以提高系统可靠性。例如开关电源并联系统，就是一种将开关电源模块通过并联的方式组合在一起的供电系统，其单个电源模块故障不会导致整个供电系统故障，设计简约、可靠性高。

引信中用于泄放发火电能的泄放电阻一般都采用固定电阻。固定电阻主要包括合成电阻、金属膜电阻、碳膜电阻、线绕电阻、功率线绕电阻、功率非线绕电阻等。固定电阻的主要失效模式有开路、阻值漂移和短路等。若泄放电阻在发火电能耗散完成前意外开路，则会导致电路中的发火能量无法通过泄放电阻可靠耗散，而电发火能量耗散功能失效的未爆弹药引信存在触碰意外发火的危险；若泄放电阻在发火电能耗散完成前发生阻值漂移，特别是阻值变大的情况，则会导致发火能量耗散所需时间增长，无法保证在预定发射、布设或发火以后的预定时间内完成发火能量的耗散；若泄放电阻在预定发火作用时刻前意外短路，则会导致发火能量在预定发火作用时刻前提前完成耗散，造成引信瞎火。综合考虑上述三种泄放电阻失效模式在引信中发生时的后果，短路主要影响引信作用可靠性而不影响引信安全性；阻值漂移对引信安全性有影响，但影响相对有限；开路对引信安全性的影响则是灾难性的。造成固定电阻失效的机理是多方面的，主要可以概括为以下三类情况：

a.电阻自身缺陷

例如电阻引线不牢，金属膜电阻的电阻膜不均匀、基体存在缺陷，合成电阻导电合成物颗粒分布不均匀等。

b.电阻老化

例如金属膜电阻的电阻膜氧化、合成电阻有机粘结剂的氧化等。

c.外部机械损伤

例如引线受外部机械损伤后脱落、金属膜电阻基体在冲击力作用下断裂、合成电阻粘结剂的机械破坏。

弹丸发射过载、弹丸飞行过程中的高低温环境和弹丸落地强冲击均对电阻元件的可靠性有影响。高低温环境的影响主要是由于焊料与电阻体间存在热应力，在温度循环载荷条件下，由于温度循环中高、低温环境的交替作用，将使焊点或内连接受到循环应力载荷的作用，使其与电阻体结合强度降低，最终导致焊点或内连接疲劳失效，引起引线脱落而造成开路。而弹丸发射和弹丸落地所带来的强冲击过载则会引起电阻元件引线脱落、膜电阻基体断裂、合成电阻粘结结构发生机械破坏等问题，进而造成开路或阻值漂移。

按GJB/Z 299C-2006《电子设备可靠性预计手册》，合成电阻的失效模式及其频数比例大约为开路占31.0％、阻值漂移占66.0％、短路占3.0％；金属膜电阻的失效模式及其频数比例大约为开路占91.9％、阻值漂移占8.1％；碳膜电阻的失效模式及其频数比例大约为开路占83.4％、阻值漂移占16.6％；线绕电阻的失效模式及其频数比例大约为开路占97.0％、阻值漂移占3.0％；功率线绕电阻的失效模式及其频数比例大约为开路占97.1％、阻值漂移占2.9％。

按GJB/Z 299C-2006《电子设备可靠性预计手册》，一般电阻的工作失效率预计模型为

λ

式中λ

在弹药全寿命周期中，起电发火能量耗散作用的泄放电阻正常工作所经历的环境主要包括勤务环境、内弹道发射环境、外弹道飞行环境、终点弹道落地冲击环境以及落地后地面环境，则泄放电阻的总失效率为

λ＝λ

式中λ

由于GJB/Z 299C-2006《电子设备可靠性预计手册》缺少固定电阻在勤务处理环境的基本失效率和在发射环境、飞行环境、落地冲击环境的环境系数，无法对泄放电阻在勤务环境、发射环境、飞行环境和落地冲击环境下的工作失效率进行预估，而GJB/Z299C-2006《电子设备可靠性预计手册》中固定电阻在落地后地面环境下的工作失效率计算参数较为完善，故下面只能以落地后持续工作30min的泄放电阻为算例，计算其失效率：

泄放电阻采用合成电阻，根据GJB/Z 299C-2006《电子设备可靠性预计手册》，工作功率与额定功率比为0.9的合成电阻分别在0℃、20℃、40℃、60℃、80℃的工作环境温度下基本失效率λ

由上述计算结果可看出该泄放电阻单单在落地后的相对温和环境下持续工作仅30min，可能的失效率已达千万分之一，其还要再经历持续时间最长的勤务处理环境以及热/力冲击耦合的高过载发射环境、高低温循环下的飞行环境以及过载较大的落地冲击环境，再考虑到接入电路结构失效的概率，只并联一个泄放电阻很难实现发火电路的总失效率水平在百万分之一以下。

其他包括金属膜电阻、碳膜电阻、线绕电阻、功率线绕电阻、功率非线绕电阻等在内的固定电阻工作失效率预计模型和相关计算参数在GJB/Z 299C-2006《电子设备可靠性预计手册》中均有介绍，对比手册中各类固定电阻的基本失效率，可以发现合成电阻、金属膜电阻和碳膜电阻的基本失效率较低，而线绕电阻、功率线绕电阻和功率非线绕电阻的基本失效率偏高。GJB/Z 135-2002《引信工程设计手册》提出引信中的电阻一般宜选用炭质体积电阻(又称合成电阻)或实心金属膜电阻。因此从引信安全性角度考虑，发火电路中的泄放电阻应优先采用合成电阻和金属膜电阻，碳膜电阻次之，并尽可能避免采用线绕电阻、功率线绕电阻和功率非线绕电阻。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有高可靠性自失能特性的引信发火电路，以解决电发火引信电发火能量耗散功能失效率高的问题，进而提高未爆弹药爆炸物处理安全性，减轻未爆弹药爆炸物处理负担。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有高可靠性自失能特性的引信发火电路，包括电源开关、限流电阻、点火电容器、一号泄放电阻、二号泄放电阻、发火控制开关和电爆炸元件，限流电阻、点火电容器、电源开关依次串联后连接电源的正极和负极，其中限流电阻与电源正极连接，电源开关与电源负极连接。限流电阻起限制充电电路电流的作用，以避免电源开关闭合瞬间的冲击电流过大而对点火电容器可靠性造成不利影响。一号泄放电阻、二号泄放电阻均与点火电容器并联，电爆炸元件与发火控制开关串联后再与点火电容器并联。此电爆炸元件应是引信爆炸序列中的首发敏感电爆炸元件。

进一步地，所述一号泄放电阻与二号泄放电阻标称阻值相同。

进一步地，点火电容器容值与一号泄放电阻、二号泄放电阻阻值能保证两路泄放电阻均正常工作时，且在预定工作时间结束或失效以后，即在预定发射、布设或发火以后尽可能短、最长在10min的时间内完成点火电容器中电发火能量的耗散。

进一步地，一号泄放电阻与二号泄放电阻中任意一路泄放电阻意外断路、另一路泄放电阻正常工作时，都能快速完成充电后点火电容器中电发火能量的耗散，此时电发火能量的耗散时间最长不超过20min。

进一步地，所述一号泄放电阻和二号泄放电阻的类型和生产厂家是不同的。

此外，为提高可靠性，泄放电阻不得以开关形式接入，只能在生产时以确定形式接入，以提高电发火引信电发火能量耗散的可靠性。而机电引信中用于解除保险的电作动器，如电推销器、电拔销器以及类似用途的电点火管(电爆管)、电点火头，其电发火能量也应参照上述引信爆炸序列中首发敏感电爆炸元件的电发火能量耗散方案进行可靠耗散，以确保在意外未解除保险的情况下，不会在爆炸物处理时再意外解除保险，从而确保爆炸物处理安全。而用于引信预定作用失效后恢复保险控制的电作动器等，则一般情况下不宜有此电发火能量耗散特性。

根据背景技术中泄放电阻工作失效率的相关算例，所述发火电路中单个泄放电阻在电发火能量耗散过程中的失效率不超过10

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的一种具有高可靠性自失能特性的引信发火电路，解决了电发火能量耗散功能失效率高的问题，提高了电发火引信电发火能量耗散的可靠性，进而提高未爆弹药爆炸物处理安全性，减轻未爆弹药爆炸物处理负担，提高未爆弹药爆炸物处理效率。

附图说明

图1为本发明具有高可靠性自失能特性的引信发火电路的实施电路图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明的实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果改特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1，本发明所述的一种具有高可靠性自失能特性的引信发火电路，包括电源开关1、限流电阻2、点火电容器3、一号泄放电阻4、二号泄放电阻5、发火控制开关6和电雷管7，限流电阻2、点火电容器3、电源开关1依次串联后连接电源的正极和负极，其中限流电阻2与电源正极连接，电源开关1与电源负极连接。限流电阻2起限制充电电路电流的作用，以避免电源开关1闭合瞬间的冲击电流过大而对点火电容器3可靠性造成不利影响。一号泄放电阻4、二号泄放电阻5均与点火电容器3并联，电雷管7与发火控制开关6串联后再与点火电容器3并联。电雷管7是引信爆炸序列中的首发敏感电爆炸元件。

本实施例中，点火电容器3容值C为(47±4.7)μF，充电后点火电容器3电压U

为尽可能避免两个泄放电阻同时发生断路失效，所述一号泄放电阻4和二号泄放电阻5的类型和生产厂家都是不同的。本实施例中，一号泄放电阻4与二号泄放电阻5的生产厂家不同，一号泄放电阻4为合成电阻，二号泄放电阻5为金属膜电阻。

发射时，电源开关1闭合，发射器电源通过限流电阻向点火电容器3充电，发射完成后电源开关1断开，充电过程中一号泄放电阻4和二号泄放电阻5上也有电能泄放，但充电时间较短，泄放电阻3和泄放电阻4上泄放的电能较少；到达预定发火作用时刻时，发火控制开关6因触发或定时或近感控制而闭合，接通发火电路，点火电容器3中储存的电发火能量作用于电雷管7使其起爆；当电发火引信意外瞎火即电雷管7意外未发火时，与电雷管7并联的一号泄放电阻4、二号泄放电阻5会共同作用，在战术使用所要求的时间内，例如10min以内，将点火电容器3中的发火电能泄放到电雷管7有可能发火的电能阈值以下，对于本实施例中的WD1015电雷管为45mA以下。这里所说使用所要求的时间是指在预定发射、布设或发火以后的一段时间内，最长在10min以内，应尽可能短。若其中任意一路泄放电阻意外断路、另一路泄放电阻正常工作，发火电路仍能快速完成充电后点火电容器3中电发火能量的耗散，但此时电发火能量的耗散时间要求相对两路共同耗散作用时的略有延长，最长在20min以内。下面基于本实施例，对泄放电阻状态的3种不同情况，计算点火电容器3中电发火能量的最大耗散时间：

a.一号泄放电阻4、二号泄放电阻5共同作用

若电雷管7发火失效后短路或保持其正常阻值，由于电雷管7的阻值R

式中t

若电雷管7发火失效后断路，点火电容器3中的发火电能在一号泄放电阻4和二号泄放电阻5共同作用下耗散，点火电容器3中电发火能量的最大耗散时间约为8.9min，不超过10min，即

式中t

b.一号泄放电阻4意外断路、二号泄放电阻5正常工作

若电雷管7发火失效后短路或保持其正常阻值，由于电雷管7的阻值R

若电雷管7发火失效后断路，点火电容器3中的发火电能通过二号泄放电阻5耗散，点火电容器3中电发火能量的最大耗散时间约为17.8min，不超过20min，即

对比式(2)与式(3)，当一号泄放电阻4阻值最大值R

c.一号泄放电阻4正常工作、二号泄放电阻5意外断路

由于一号泄放电阻4与二号泄放电阻5标称阻值相同，一号泄放电阻4正常工作、二号泄放电阻5意外断路时的电发火能量最大耗散时间与一号泄放电阻4意外断路、二号泄放电阻5正常工作时的电发火能量最大耗散时间一致，即17.8min，不超过20min。

此外，为提高可靠性，泄放电阻不得以开关形式接入，只能在生产时以确定形式接入，以提高电发火引信电发火能量耗散的可靠性。而机电引信中用于解除保险的电作动器，如电推销器、电拔销器以及类似用途的电点火管(电爆管)、电点火头，其电发火能量也应参照上述引信爆炸序列中首发敏感电爆炸元件的电发火能量耗散方案进行可靠耗散，以确保在意外未解除保险的情况下，不会在爆炸物处理时再意外解除保险，从而确保爆炸物处理安全。而用于引信预定作用失效后恢复保险控制的电作动器等，则一般情况下不宜有此电发火能量耗散特性。

根据背景技术中泄放电阻工作失效率的相关算例，本实施例中单个泄放电阻在电发火能量耗散过程中的失效率不超过10

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。