实现空炸的小口径灵巧引信作用机制

一般来说，灵巧引信的炸点控制主要通过近炸和定距两种方式来实现。近炸方式依靠目标物理场的特性感知到目标的存在并探测相对目标的速度、距离和（或）方向，在靠近目标最有利的距离上控制弹药爆炸的作用方式。按其激励信号物理场的不同，近炸引信可分为无线电引信、光引信、静电引信、磁引信、电容引信、声引信等。不同近炸引信的起爆距离、控制精度和抗干扰性能大不相同，精度较高、抗干扰性能好的引信，如毫米波引信、激光近炸引信等，一般结构复杂，体积大，成本高，只能用于中大口径弹药。定距方式是通过某种方式感知弹丸飞行的距离，在弹丸与发射平台之间的距离达到预定值时引爆弹丸的作用方式。这种方式由火控系统测出目标的方位和距离，然后解算出引信的最佳起爆距离并传输给引信，最后由引信控制弹丸在预定炸点起爆。定距方式不依靠目标的物理场工作，炸点控制更灵活，在拦截空中目标的防空反导弹药和杀伤地面有生力量的轻武器弹药上都能很好地发挥战斗部的威力，而且抗干扰能力强，控制电路的小型化相对容易，因此是小口径灵巧引信的理想作用方式。

（1）速度修正计时体制

时间引信是最基本的引信之一，也是至今应用最广泛的引信之一，特别是可编程电子时间引信，具有作用时间长、精度高、装定快速、便于标准化等优点，在防空反导的高射炮弹药中得到了广泛的应用。但由于火炮发射时弹丸的初速存在误差，弹丸定时起爆的炸点在斜射距上会产生较大的散布，降低了弹药的毁伤效率。速度修正定时体制是一种根据弹丸的实际初速设定引信作用时间的高精度电子时间引信作用体制，采用该体制的时间引信可以显著减小弹丸的炸点散布，从而提高弹药对目标的毁伤效果。

发射平台的雷达系统探测到目标后，根据弹丸的平均初速计算出火炮的射击诸元和引信的作用时间，并把它们分别赋予火控系统和引信的装定装置。当弹丸出炮口时，首先通过测速装置精确地测量弹丸的速度，并根据速度对引信的作用时间进行修正，然后将此作用时间装定给引信，引信在弹丸飞行过程中精确计时，当达到装定的作用时间时引爆弹丸。由于每发弹丸的作用时间都根据弹丸的实际初速进行了修正，因此可以很好地弥补弹丸初速差异引起的炸点散布，使每发弹丸都能在最佳炸点上起爆，充分发挥每一发弹丸的威力，从而可以用较少的弹药消耗获得较高的毁伤概率。

（2）计转数体制

根据外弹道理论，对于线膛炮发射的旋转弹丸，若不考虑阻尼，弹丸在发射出炮口后每自转一周，就沿速度方向前进一个缠距。弹丸转过n转则沿速度方向飞行的距离为n倍缠距，而与弹丸的实际初速几乎无关。因此，可以将弹丸的飞行距离与旋转圈数的关系编辑成射表，在射击前或射击时根据目标的距离按射表对引信进行转数装定，引信在弹丸转到装定的圈数时起爆弹丸就可以实现定距控制，而不需要再对每发弹丸的初速进行测量。

实现弹丸计转数的关键是根据弹丸飞行过程所经受的物理环境或弹道特征来获取弹丸的转动信息，目前可用的方法主要有光电法、离心法、章动法和地磁法。

光电法使用光电传感器，测量弹丸转数的基本原理是利用光敏器件感应弹丸旋转时自然光强弱的变化。由于自然光强存在随机性，并且有杂散光存在，因此，应该利用旋转时的相对光强的变化，而不能利用绝对光强的变化。又由于自然光有一定的方向性，因此自然光强弱变化一次，表明弹丸旋转一周。光电计转数法的特点为：安装方便，但需要在弹截面上对称位置开感光孔；转速变化部分测量较粗略；对不同天气的适应能力差，易受很强的杂散光干扰。

离心法采用加速度传感器，测量弹丸转速的基本原理是感应弹丸旋转时离心加速度的变化，将此离心加速度积分，得到转速的信息。但是在实际测量中，弹上加速度传感器所感应到的是离心加速度和重力加速度的合加速度，它们均为矢量，如何消除重力加速度对离心加速度的影响是转速能否精确测量的关键。离心法的特点为：安装需校准，转速变化部分测量比较精细，但该方法需要精确测量离心加速度的值，再经过积分计算得到转数，并且在外弹道易受弹丸的进动和章动的影响，引起较大的测量误差，难以满足精度要求。

章动法利用了绕心加速度的周期与自转相关而与初速基本无关的特性，从中提取出弹丸飞行中的旋转信息。由于切向加速度信号对传感器的安装位置不敏感，且不含直流分量，是作为计转数引信计数信号的最佳选择。章动法的特点为：绕心运动不仅提供了自转周期的脉冲信号，而且其交流分量的峰值也可作为最大章动角的检测依据。但是，当章动角δ较大，δ2及以上项不可忽略，考虑非线性关系时，章动角不再与起始章动角速度成正比，而呈非线性关系。

地磁法利用与引信固联的磁场传感器感应地磁场方向变化，传感器输出正弦波信号的一个周期对应弹丸旋转一周。地磁传感器的特点为：转速波形相位关系明确，安装方便，但是易受弹壳、发射器等铁磁物质的磁屏蔽及外界磁场变化的影响。

在以上几种计转数方法中，地磁法最适合用于小口径灵巧引信。原因是地磁法测量精度高，使用方便，特别是地磁法具有测量方便、信号较强、易于处理等特点。虽然铁磁性弹壳对信号的幅值有一定的影响，但只要经过适当处理，完全能够满足计转数的要求。有关地磁法计转数的原理及其实现方法将在下一小节中详细介绍。

（3）计转数-计时复合体制(www.xing528.com)

计时体制的定距误差在弹道前段较大，后段较小，而计转数体制恰好相反，定距误差在弹道前段很小，后段较大。显然，如果计转数-计时复合体制，在弹道前段首先使用计转数体制而在后段再切换为计时体制工作，就可以保持在全弹道上都有较小的定距误差，从而达到单独使用计转数体制或计时体制都无法达到的定距精度，这就是提出复合体制的理论依据。

要采用计转数-计时复合体制，需要解决两个问题：

1）两种体制切换时机的确定。复合体制中两种体制的切换时机应以保证全弹道的定距误差最小为原则，因此，选择两种体制的定距误差增长曲线的交点作为切换点。在切换点以前，引信以计转数体制工作，定距误差小于计时体制；在切换点之后，引信改用计时体制工作，该段的定距误差也是两种体制中最小的，从而保证了全弹道上的定距误差最小。

每发弹丸的最佳切换点实际上是与发射平台的射击诸元、气象条件、弹丸参数等因素有关的，但是差别不大，因此用弹道计算机解算出每发弹丸的最佳切换点是没有必要的。在实际应用中，可以用弹丸的典型射击参数计算出一个统一的切换点，并将该点表示为切换作用体制前弹丸飞行中转过的圈数，作为该弹的一个系统参数固化在引信中。这样，当引信以复合体制工作时，总是首先按计转数体制工作固定的圈数，然后再按装定的延时时间计时工作，从而既减轻了弹道计算机解算切换点的工作负担，又缩短了装定信息的长度，是一种简单可行的解决办法。

2）引信的装定问题。引信的装定问题涉及引信的装定内容、数据格式以及计时体制的工作时间问题。由于弹丸的射击距离有可能小于切换点的距离，因此引信的装定数据中必须有工作模式一项，当攻击近处目标时，引信装定为计转数模式，装定数据的另一部分是到达目标前弹丸的旋转圈数；当攻击远程目标时，引信应装定为复合模式，装定数据的另一部分则是切换到计时体制后定时电路工作的时间。

确定计时电路工作时间的一种方法是在炮口测出弹丸的实际初速，由弹道计算机解算出弹丸到达切换点的时间t1和到达目标点的时间t2，t2-t1即计时电路需要的工作时间。这种方法是可行的，但需要炮口测速和实时解算作用时间，对弹道计算机和装定系统的要求较高。

另一种方法如图4.17所示，图中虚线为标准初速v0的理想弹道，M1和M2分别是切换点和目标点，t01和t02分别表示弹丸到达切换点和目标点的标准时间；实线表示的是实际速度v的弹道，t1和t2分别表示弹丸到达切换点和目标点的实际时间。根据弹道相似原理可知，t01和t02、t1和t2之间存在如下关系：

图4.17　切换点后定时时间示意

因此，定时时间为：

其中，弹丸飞到切换点所用的实际时间t1可以由引信电路直接测出，而系数kt可以根据目标距离和弹丸的标准初速解算得到。因此，这种方式不需要知道弹丸出炮口的实际速度，而装定信息也简化为一个系数kt，不但省去了测速环节，降低了对弹道计算机的要求，而且简化了装定信息，大大降低了系统成本。