引信计转数定距起爆技术

计转数技术是小口径榴弹引信实现空炸的一项关键技术。目前，国内外计转数技术研究主要以实现“精确定距起爆”为目标，例如美军研究实验室（ARL）开展了计转数定距算法的研究，通过对弹丸转数、飞行时间及加速度等信息进行融合，显著提高了计转数空炸引信的定距精度；美国阿连特系统技术公司（ATK）已将计转数技术用于中小口径高爆空炸榴弹的研制，其中XM25单兵空爆弹武器已在阿富汗和伊拉克战场进行实战测试。

引信计转数定距技术的基本原理是：对于飞行过程中由旋转稳定且弹道平直的弹丸，由于发射时膛线导程的持续作用，弹丸在弹道上每转过一圈，就会沿速度方向前进一段距离，此距离值为一确定值；飞行经过一定距离时，对应弹丸旋转一定的转数，而与炮口速度无关，所以可以通过计弹丸的转数来控制弹丸定距起爆，从而避免一般定时起爆由于炮口初速变化、计时误差等产生的不利影响。工作时，首先由雷达或其他方式测出目标的距离，并把这一信息送入火控计算机，计算机根据发射火炮的参数解算出弹丸到达目标所需的转数，然后将这一转数进行编码，并在发射时装定给引信，引信在飞行中采用电路处理对弹丸转过的转数进行计量，当达到预置的转数值时，引爆弹丸。

目前，小口径弹引信中计转数的常用方法有三种：离心法、绕心运动法和地磁法。其中，地磁法由于具有无源测量、信号较强、易于处理的优点，特别适合在小口径弹上应用。

地磁场在一定范围内可以看作是一个稳定的矢量场，当弹丸在地磁场中转动时，安装于弹体上的地磁传感器将测量到按正弦规律变化的地磁场分量，其输出信号如图14-20所示。从图中看到，弹丸转动一周正好对应于传感器输出信号一个周期的波形。这表明，通过对传感器输出信号的波形进行周期计数，就可以确定弹丸转过的转数。

图14-20　弹丸转动时地磁传感器的输出

（1）弹体磁性对地磁场的影响。转数传感器安装于弹体内，而弹体是由铁磁性材料制成的，它在飞行过程中受地磁场的作用也将显示出磁性，从而对所处空间的地磁场产生影响。根据有关理论，弹体外壳的存在只影响地磁场的强度和方向，但不影响弹丸转动过程中的角度变化量；同时，由于传感器的铁芯采用软磁性材料，在弹体内部空间，磁力线仍将主要穿过铁芯。外部磁场在壳体周围的磁场分布如图14-21所示。

图14-21　外部磁场在壳体周围的磁场分布

为了掌握弹体材料对磁传感器工作性能的实际影响，在地磁场环境下进行了传感器的屏蔽试验，屏蔽壳体选择高强度钢，厚度为3mm，磁导率约为50。试验中，为了对输出信号的变化有直观的反映，传感器被安置在南北方向水平放置的转轴上，传感器敏感轴线与转轴垂直，转轴以一定转速旋转，得到无屏蔽和有屏蔽两种情况下的输出信号，如图14-22所示。图中上方曲线是对整个测试过程的反映，下方曲线则是测试数据的部分展开图，能够更清楚地了解输出信号的变化情况。

图14-22　屏蔽试验的输出信号
（a）无屏蔽；（b）屏蔽后

此处主要关心输出信号的衰减程度。从试验结果可以知道，在给定的试验条件下，无屏蔽时输出信号的幅值（峰-峰值）为7.6V，而屏蔽后的信号幅值（峰-峰值）为2.92V，衰减了约61.6％，因此弹体铁磁材料对感应线圈输出特性的影响是比较显著的。但同时也应该注意到，尽管幅值发生了衰减，但屏蔽前后的信号波形没有发生大的变化，这说明内部磁场没有发生畸变，仍然是均匀场。

为了最大限度避免磁化现象的影响，在条件允许的情况下，弹体及引信体材料应尽可能采用非铁磁性材料，如铝材、玻璃钢材料等。

（2）转数传感器的小型化问题。对于小口径弹丸，由于内部可利用的空间较小，因此传感器的小型化或微型化是必需的。但磁传感器的灵敏度与其体积是密切相关的，当体积减小到一定程度后，传感器的输出信号幅值将不再满足要求。为了解决这一问题，可以选用灵敏度较高的磁敏感元件，如磁通门、霍尔元件等。磁通门和霍尔元件均是弱磁场测量器件，能感受低于10-4Am-1数量级的磁场，而且它们的共同特点是结构简单、体积可以做得很小，很适合在小口径弹丸上应用。

（3）根据地磁转数传感器的工作原理，如果弹丸的飞行轨迹恰好与地磁场磁力线重合，则不论弹丸旋转与否，都不会产生感应电势，即存在所谓“盲区”。图14-23所示为弹轴与磁力线重合、传感器在不同倾角下的测试曲线。可以看出，当传感器敏感轴与弹轴之间的倾角改变时，传感器输出信号的幅值并没有发生变化，只是信号的均值产生了一定偏移。也就是说，通过改变传感器轴的倾角无法达到消除盲区的目的。

图14-23　盲区测试曲线
（a）30°倾角；（b）45°倾角；（c）90°倾角

尽管出现盲区是不可避免的，但由于弹丸在飞行时的“进动”现象，其弹道实际上并不是光滑曲线，而是一条螺旋状轨迹，因此，弹道与磁力线重合的概率几乎为零。综合考虑，盲区对转数传感器工作的影响是很小的。

————————————————————

(1) 1磅＝0.4536kg。

(2) 1海里＝1.852km。