[科普中國]-引信的“大腦”——發(fā)火控制模塊是如何運作的

出品：科普中國

作者：鴻爪雪梨

策劃：武玥彤

監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部

彈藥安全守護神系列專題稿件（二）引信的“大腦”——發(fā)火控制模塊是如何運作的

對于武器彈藥的使用者來說，引信的安全機構何時解除保險是關系到己方安全的頭等大事，而引信的爆炸輸出模塊何時作用，則是關系到單次作戰(zhàn)成敗的核心要素。簡單來說，爆炸序列能否作用，取決于控制模塊的信息獲取和信息處理是否可靠。

引信從生產、裝箱、發(fā)射到碰及目標的過程中，作用在零件上的力多種多樣，這些環(huán)境力對引信結構和零件的影響很大，有些環(huán)境力會使引信零件松動、脫落、變形或破壞，成為阻礙引信工作的干擾，甚至影響了機構的安全性。但有些環(huán)境力則可利用起來，作為引信解除保險或者發(fā)火的動力。在勤務運輸過程中，引信必然會被搬動、運輸，偶然磕碰、跌落等無法完全避免，但許多彈藥最終同樣是以碰撞的方式才能起爆，那么在已經解除保險的情況下，如何區(qū)分意外碰撞和目標碰撞，這就是發(fā)火控制模塊的核心任務之一。

發(fā)火控制模塊的任務，可以簡單分為信息獲取、信息傳輸、信號處理和處理結果輸出四個步驟。引信可通過與目標的直接接觸，利用相互作用或慣性作為目標特征信息；也可以在目標附近時，利用目標的電磁場或其他物理場識別特征；在某些彈藥中，引信可由自身以外的其他設備，以指令的方式直接作用。在獲取到信息之后，控制模塊還需要對初始信息進行處理，去偽存真。處理結果一般體現(xiàn)為輸出能夠引爆火工品元件的能量。至此，引信的發(fā)火過程完畢，大腦做出了它的判斷。

按照發(fā)火機理，發(fā)火機構主要分為針刺、撞擊類的機械發(fā)火和壓電、儲能類的電發(fā)火兩大類，此外還有絕熱壓縮發(fā)火、雙動發(fā)火等較為“小眾”的方式。值得注意的是，在槍榴彈、手雷等簡單彈藥的引信中，并沒有一個顯著的、獨立的發(fā)火控制模塊，但在特定環(huán)境力下可靠作用這一基本功能是共通的。

圖1 某普通手雷剖面圖

如圖1所示為普通手雷的剖面示意圖。圖中彈簧和擊針的組合承擔了發(fā)火控制的功能。在保險環(huán)松脫后，手雷已處于待發(fā)狀態(tài)，此時一旦手雷丟出去后碰到了障礙物，則擊針會在彈簧的推動下針刺火帽，針刺的動能必須100%大于火帽發(fā)火所需的最小能量，方能可靠引爆炸藥。但同時待發(fā)狀態(tài)的手雷并不一定會馬上投出，在解除保險到投出去的過程中，如果受到了意外晃動或撞擊，又要求擊針的行程較小，不會戳擊到火帽。因此必須設計合理的擊針行程和彈簧抗力，并保證二者互相匹配，才能到達上述效果。

手雷的彈簧和擊針組成了一個最簡單的針刺瞬發(fā)發(fā)火機構，這種發(fā)火機構的作用時間較長，約為100~500微秒（1秒為一百萬微秒），在某些對瞬發(fā)度要求較高的場合，則需要更高瞬發(fā)度的發(fā)火機構。

圖2 某單兵破甲彈剖面圖

圖2所示為某單兵破甲彈的剖面圖，這款破甲彈結構簡單，作戰(zhàn)部分僅由引信、戰(zhàn)斗部組成，其中引信通過位于頭部的壓電開關感受彈藥和目標的碰撞信息，是一種高瞬發(fā)度的壓電觸發(fā)方式。

壓電發(fā)火機構可利用壓電效應將引信碰撞的能量轉化為電信號，這種機構的瞬發(fā)度僅50微秒，是破甲彈引信的不二之選。壓電發(fā)火機構的觸發(fā)組件一般為壓電陶瓷（壓電晶體），在彈藥撞擊目標時，壓電陶瓷內部隨著彈頭變形而變形，在上下表面之間產生了電荷的變化，雖然時間極短，但卻能在瞬間產生數(shù)千伏的高電壓，足以起爆電雷管。

壓電發(fā)火機構將觸發(fā)組件和發(fā)火組件分開，實現(xiàn)了彈頭碰撞、彈尾起爆，從而可以方便的調整破甲彈的炸高和起爆方式，顯著提高了破甲彈的威力，同時壓電發(fā)火機構對彈藥初速和后坐力不敏感，又進一步的擴大了破甲彈的適用范圍。

發(fā)火機構設計的基本要求是足夠的安全性和可靠性，對于這樣一個既要合適的鈍感度，又要合適的靈敏度，某些場合還要求極短的瞬發(fā)度，引信發(fā)火機構可以當之無愧的稱之為在“刀刃上跳芭蕾舞”。