碰击式压电发火机构

碰击式压电发火机构的结构形式要根据战术技术指标要求和配用弹种的不同，解决好大着角发火性与钝感度的矛盾。

1）带环形槽的压电机构

带环形槽的碰击式压电机构的典型结构如图4-18所示。

图4-18　带环形槽的压电机构

在引信头部有环形槽，形成厚度为h的薄弱环节，用以调整引信头部变形的难易程度。陶瓷盒上端面与引信头内腔之间有一个间隙e（约1.2mm），使引信头不直接压在陶瓷盒上；当引信的轴向变形大于e时，才能向陶瓷盒施压。在陶瓷盒侧面与引信头内腔之间留有适当的径向间隙（约2mm），以防压电陶瓷侧壁局部受力而提前破碎。通过调整引信头部薄弱部厚度h、间隙e、引信头材料和顶部形状（平头或尖头）等，可以做到同时满足大着角发火和钝感度的要求，并使发射时在后坐力作用下的引信头部薄弱环节变形量小于间隙e。对于压电陶瓷自身惯性力所产生的电荷，应有泄漏措施，以防引起电雷管早炸。

这种结构适用于高速破甲弹引信，也可用于低速破甲弹引信。

2）带半球形压电块和防潮帽的压电机构

带半球形压电块和防潮帽的碰击式压电发火机构的典型结构如图4-19所示。

这种结构头螺侧壁受力，对压电块产生钳挤作用，使目标反力通过压电块变为挤压压电陶瓷的轴向力，并保证头螺在碰击歪斜时通过压电块使整个压电陶瓷表面都受到压力。头螺与头部体螺纹配合处应有0.1～0.25mm的轴向间隙，在碰击目标时，减小了通过螺纹传到头部体上的分力，使压电陶瓷首先受压，以利于提高大着角发火性能。

为防止大着角碰击目标时的滑移，可将头螺设计成带有内锥孔的防滑头螺，如图4-19（a）所示。碰击目标时，头螺刀口啃住钢甲，增大了轴向受力，有利于提高大着角破甲性能。为防止大着角碰击目标时头螺从头部上脱掉，应使头螺与头部体螺纹结合处有足够的长度（大于5扣），且径向和轴向的间隙不能过大。

图4-19　带压电块和防潮帽的压电机构

这种结构的钝感度，主要由防潮帽的结构、强度及与头螺的轴向间隙e来实现。在结构设计中，应按弹丸碰击动能的不同，合理选择防潮帽的材料、状态（软或硬）、厚度、形状及间隙e，使碰击弱障碍物时防潮帽的变形小于e，即压电陶瓷不受力，或虽然受力但小于电雷管安全电压所对应的压力。

这种结构适用于低速破甲弹引信，也可用于高速破甲弹引信。

3）整体塑封的压电机构

整体塑封的碰击式压电发火机构的典型结构如图4-20所示。

图4-20　整体塑封的压电机构

压电陶瓷为圆片形，中间有一孔，用于安装泄漏电阻。在长方形孔两侧的压电陶瓷上下表面上各有一个小槽，用于安装泄漏电阻两根引出线。压电机构结构简单，接电可靠。

压电陶瓷上面（负极）与镀银的铜质上电极板接触，这种形式使其受力较为均匀。在上电极板边缘铆有接线柱，以便与导线相连。压电陶瓷下表面（正极）与镀银的铜质下电极板相连。上下电极板均用导电胶黏结到压电陶瓷的上下镀银层上，并装入铝制外壳内，用绝缘塑料灌封。

4）带碰击开关的压电机构

带碰击开关的碰击式压电发火机构的典型结构如图4-21所示。

图4-21　带碰击开关的压电机构

压电陶瓷下表面通过下电极板与导线接通，上表面用导电胶与上电极板黏结，电路到此中断。发射后，底部引信解除保险，电雷管的两极通过导线和弹体分别与弹头部的下电极板和引信帽接通。碰击目标时，引信帽变形，与上电极板接触并向压电陶瓷施压，同时接通压电陶瓷与电雷管的放电电路。

为保证引信具有一定的钝感度，引信帽应有一定的强度，引信帽与上电极板之间应有适当的轴向间隙（约3.8mm）。橡皮套上部设计为锥形，其弹性较好，又加上弹速较高，虽然间隙较大，但是仍能保证大着角可靠发火。

5）带介质开关的压电机构

带介质开关的碰击式压电发火机构的典型结构如图4-22所示。

图4-22　带介质开关的压电机构

压电陶瓷上表面通过引信帽与弹体相连，并传至底部引信。压电陶瓷下表面与支承板接触，支承板与接电板之间有一介质薄膜（厚约0.25mm），使二者绝缘。接电板通过导线与底部引信导通，但因介质开关的绝缘作用，即使底部已解除保险，也不能构成压电陶瓷与电雷管的放电电路。碰击目标后，压电陶瓷受压并产生足够的电压，使介质开关击穿，构成放电回路，使电雷管起爆。

介质开关可用绝缘材料，也可用空气隙。图4-22中的介质材料换成中间冲孔的绝缘垫，即可形成空气隙，采用空气隙的一种典型结构如图4-23所示。该机构保证空气隙厚度e尺寸的环节较采用绝缘垫复杂，并且散布大。

图4-23　带空气隙的压电机构

调整介质薄膜或空气隙的厚度，可改变击穿电压的大小，以调整机构的钝感度。当引信电路采用并联泄漏电阻时，应与压电陶瓷直接旁路。为防止压电陶瓷在发射时产生的电压将介质击穿，应尽量减小压电陶瓷上面的活动施压零件。

6）带球壳形压电陶瓷的压电机构

带球壳形压电陶瓷的碰击式压电发火机构的典型结构如图4-24所示。

图4-24　带球壳形压电陶瓷的压电机构

压电陶瓷做成球壳形，能充分利用大着角时的侧向碰击力，其大着角发火性能较好，钝感度由防潮帽结构强度及其与压电陶瓷的间隙来实现。但此种压电陶瓷的强度和工艺性较差，很少采用。

7）带锥形引信头的压电机构

带锥形引信头的碰击式压电发火机构的典型结构如图4-25所示。引信头为90°尖锥形，压电陶瓷用导电胶黏接在上极板与下极板之间，并装入橡胶套内形成一个独立的部件。上极板与引信头孔底面形成一个间隙（最小为3.3nm），相当于一个等效电容。这种结构常用于100mm通用破甲弹引信，当弹丸出炮口后，尾翼张开瞬间产生的减加速度和其他偶然因素致使压电陶瓷产生电压，由于电容的分压作用，使加到电雷管上的电压减小；橡胶套的缓冲作用，使加到压电陶瓷上的压力也相应减小，从而大大提高引信的弹道安全性。这种结构能满足75°大着角可靠发火和钝感度要求，并具有良好的对地小落角发火性能。

图4-25　带锥形引信头的压电机构

8）用火帽冲击力压电的压电机构

对于着速很小的弹丸，例如航空炸弹，因其着速很小，直接利用目标的撞击力压电往往不易保证大着角可靠发火，这时可利用机械触发机构使火帽发火，再以其冲力向压电陶瓷施压。图4-26所示为美国MK118反坦克小炸弹引信的头部机构。

图4-26　用火帽冲力压电的压电机构

平时，击发体由支板支撑，不能戳击火帽。火帽座位于压电陶瓷的上方，它本身又是压电块。陶瓷下面有并联泄漏电阻片，电阻片的上表面通过接电插销与压电陶瓷下表面导通，并通过弹内导线与引信底部相连；电阻片的下表面通过导电簧片、支座、火帽座等金属零件与压电陶瓷上表面导通，再通过弹体传至引信底部。为了提高大着角发火性能，击发体头部外露在引信体之外，以使击针便于直接感受目标的反作用力。

这种机构的灵敏度取决于针刺式触发机构的灵敏度，压电陶瓷的受力与目标强弱及撞击情况无关。不论在什么情况下，只要火帽发火，压电陶瓷就均匀地受到一个火帽发火的冲力。这样可将陶瓷片的尺寸做得小些。

因为从碰击目标到火帽发火并产生冲力需要一定时间，所以利用火帽冲力施压，必然要降低引信的瞬发度。为了保证在这种情况下的最有利炸高，要求弹体特别是其头部的强度和刚度要高。由于此种机构多用于航空炸弹引信，弹速不高，对瞬发度的要求不像高速弹那样突出。

由于这种原理的机构敏感部分是针刺式触发机构而不是压电机构，而针刺式触发机构的灵敏度可调节范围很大，所以它可适应软硬程度截然不同的各类目标。因此，这种机构的应用不限于破甲弹。当引信的触发机构与雷管相距很远（例如800mm）甚至无法直接相通，因而使直接传火遇到困难甚至无法直接传火时，采用这种机构可很方便地解决这一问题。触发机构产生的火焰冲能通过压电陶瓷转换成电能，它可通过导线传至任何需要的地方去引爆雷管。

9）压电陶瓷配置在弹体圆柱部的压电机构

对于大口径的破甲弹，大着角碰击钢甲时，弹体圆柱部与钢甲直接相碰的机会多。为了提高大着角发火性能，同时也解决擦地发火问题，可将压电陶瓷配置在弹体圆柱部，典型结构如图4-27所示。16片梯形压电陶瓷在风帽与弹体的连接部沿弹体圆柱部均匀配置，而在电路上并联在一起。压电陶瓷上表面通过导电片、金属环、药形罩所组成的内电路与引信底部电雷管外壳相连，下表面通过涂在玻璃纤维增强塑料弹体内表面的导电层（外电路）与引信底部相通。在大着角碰击钢甲或擦地时，无论是弹头还是弹体受压，总有部分压电陶瓷受压而产生电压，因而具有较好的大着角发火和擦地炸性能。这种结构适用于反坦克导弹引信和大口径破甲弹引信。

图4-27　压电陶瓷配置在弹体圆柱部的压电机构

压电发火机构的起爆元件是电雷管。碰击式压电发火机构通常选用火花式电雷管、屏蔽式导电药电雷管和薄膜式电雷管，但火花式和薄膜式电雷管的安全性较差，现已被安全性较好的屏蔽式导电药电雷管所代替。碰击式压电发火机构的电路一般不能直接采用桥丝式电雷管，只有对其采取适当措施后方可采用。例如，在电雷管的起爆电路中串联一个开关（介质薄膜、空气隙、开关二极管、充气放电管），碰击目标时，当压电陶瓷产生的电压大于桥丝式电雷管的起爆电压时，空气隙、介质薄膜或充气放电管击穿导通，或开关二极管导通，这时压电陶瓷相当于一个充好电的电容器向桥丝式电雷管瞬时放电，使其起爆；或采用LC振荡电路，使压电陶瓷受压产生的正向电荷导致LC振荡回路产生的反向电流与压电陶瓷弹性恢复产生的反向电流相加，通过变压器使桥丝式电雷管起爆。

在碰击式压电发火机构电路设计中，为了使所设计的电路安全可靠，通常应考虑下列影响因素：

（1）压电陶瓷两极间应有电荷泄放措施。通常在压电陶瓷两极并联短路开关或泄漏电阻，以泄放压电陶瓷两极在碰击目标前所产生的电荷。对采用火花式电雷管的电路，由于其内阻很大，只能采用短路开关；对采用薄膜式电雷管和桥丝式电雷管的电路，通常采用泄漏电阻；对采用屏蔽式导电药电雷管的电路，由于其内阻较大，多采用短路开关。

（2）保证勤务处理及发射时的安全性。对火花式、桥丝式和带引出线的中间式电雷管，均应设置短路开关；屏蔽式导电药电雷管本身结构已具有抗干扰性能，不必设置短路开关。

（3）具有一定的钝感度。通常在压电陶瓷与电雷管的回路中串联开关（空气隙、介质、薄膜或电子元件等），引信在弹道飞行中碰击弱目标时，压电陶瓷所产生的电压不能使开关导通，保证压电陶瓷与电雷管的回路处于断路状态；当引信碰击目标时，压电陶瓷所产生的电压足以使开关导通，并可靠起爆电雷管。

根据碰击式压电发火机构所采用的起爆元件的不同，通常可将其分为火花式发火电路、薄膜式发火电路、屏蔽式电路等几种基本电路形式。

1）火花式发火电路

火花式发火电路如图4-28所示。短路开关K2同压电元件Y并接于发火电路，用于在解除保险前使压电元件短路，解除保险后使压电元件两极断开。触发开关K1在碰击目标时接通发火电路，使电雷管发火。电路中，L是火花式电雷管，其作用是利用压电元件在碰击瞬间产生的高压，使电雷管两极间火花放电而发火。火花电雷管的起爆电压很高，为3～4kV，其安全电压为800V，内阻大于2kΩ，起爆电容为150～195pF，起爆时间很短，小于3μs。由于需要高电压起爆，故常采用圆柱形压电陶瓷与其匹配。这种发火电路对起爆电容量和能量的大小不敏感，但对静电感应却十分敏感，因此安全性差。

图4-28　火花式发火电路
Y—压电元件；K1—触发开关；K2—短路开关；L—电雷管（a）保险状态；（b）待发状态

2）薄膜式发火电路

薄膜式发火电路如图4-29所示。

图4-29　薄膜式发火电路
Y—压电元件；K1—短路开关；R—泄漏电阻；L—电雷管（a）保险状态；（b）待发状态

在压电元件上并联泄漏电阻R，短路开关在解除保险前使电雷管短路；解除保险后打开并使电雷管和压电元件接通，电路处于待发状态。电路中，L是薄膜式电雷管，其作用主要是依靠压电元件输出电能，再由桥膜将电能转化为热能，使电雷管发火；但压电元件输出的电压较大时，也会通过电火花放电起爆。薄膜式电雷管的起爆电压低，约350V，其安全电压为50V，内阻为2～10Ω，但起爆电容很大，为2500pF，因此起爆时间要长些，仍小于5μs。薄膜式电雷管主要依靠电能转换成热能，要求压电元件必须输出足够大的电能，故通常采用圆片状的压电陶瓷与其匹配。

在这种电路中，电雷管的最小发火能量约为1.5×10-4J，为火花式的17％；最大安全能量约为3.1×10-6J，为火花式的14％。它虽然对静电不甚敏感，但在装配过程中，静电干扰仍不容忽视。

3）屏蔽式发火电路

屏蔽式发火电路如图4-30所示。开关K2是压电元件的短路开关，其作用是在解除保险前使压电元件短路，解除保险后打开短路并使压电元件Y与电雷管L接通，电路呈待发状态。

图4-30　屏蔽式发火电路
Y—压电元件；K2—开关；L—电雷管
（a）保险状态；（b）待发状态

电路中的L是屏蔽式电雷管，采用它是为了防止静电干扰。屏蔽式电雷管起爆机理与火花式的类似，但压电元件电压较低时，也可能通过电热转换而发火。屏蔽式电雷管的起爆电压比较高，约为500V，安全电压为70V，起爆电容为1500pF，内阻稍大，为100Ω。由于基本上属于火花式起爆，其作用时间也小于3μs。屏蔽式发火电路的结构较简单，为电流发火，且又有对静电的屏蔽功能，使压电发火机构的安全性大大地提高了。