一种水雷战斗部发动机直列式点火系统及方法与流程

1.本发明涉及一种水雷战斗部发动机直列式点火系统及方法，属于点火装置技术领域。


背景技术：

2.为了确保能够快速、准确的打击目标，水雷的战斗部推进系统一般采用固体火箭发动机技术。为了保证水雷战斗部能够在各种复杂环境下的可靠、安全点火工作，发动机点火装置成为关注的重点。传统的水雷战斗部发动机点火装置，采用的敏感点火管+低压小电流电点火的方式，随着电子技术的发展，点火电路的抗干扰设计水平也在不断提升，但是从原理上，其安全性隐患始终存在。伴随着水雷战斗部的功能越来越多样化，性能越来越好，对应的电系统复杂程度也在不断提升，电磁环境越来越复杂，对发动机点火装置的安全性提出了严峻的考验。
3.随着火工品技术的发展，以冲击片雷管为代表的钝感火工品技术发展迅速，彻底去除了传统火工品选用敏感起爆药的不安全因素，并且在自然界和通常战场环境下不可能产生其起爆条件。设计以驱动冲击片雷管为目的的直列式点火装置，是提升水雷战斗部发动机点火安全性的一种有效手段。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为解决传统发动机点火装置安全性不足的问题，本发明提出了一种水雷战斗部发动机直列式点火系统及方法。
5.实现本发明的技术方案如下：
6.一种水雷战斗部发动机直列式点火系统，包括：传感器模块、引信模块、控制模块、高压点火模块及传爆组件模块；
7.传感器模块，用于采集水雷所处深度信息和加速度信息；
8.引信模块，用于采集目标信息；
9.控制模块，根据加速度信息处理结果判断是否满足坐底冲击，满足则输出一级静态保险解保信号，再根据深度信息处理结果判断是否满足布放工作过程，满足则输出二级静态保险解保信号；完成一级、二级解保后，开始进行目标信息处理，判断是否发现有效目标，是则输出动态保险解保信号，完成三级解保；
10.高压点火模块，完成三级解保后进行升压储能，当接收到点火控制信号时，释放储能输出高压脉冲；
11.传爆组件模块，接收高压脉冲并引爆传爆发火序列。
12.进一步地，所述控制模块，包括：
13.信号处理模块，对采集的加速度信息和深度信息进行信息处理；
14.逻辑处理模块，根据加速度信息的处理结果、深度信息和目标信息的处理结果，判断是否输出动态保险解保信号。
15.进一步地，所述根据加速度信息处理结果判断是否满足坐底冲击，满足则输出一级静态保险解保信号，包括如下步骤：
16.通过加速度信息，获取加速度值与持续时间，比较加速度值、持续时间与预设坐底冲击幅度门限和预设坐底冲击持续时间门限的大小；若加速度值始终小于预设坐底冲击幅度门限，或加速度值不小于预设坐底冲击幅度门限但持续时间小于预设坐底冲击持续时间门限，输出加速度有效状态信号；反之则不输出加速度有效状态信号；根据加速度有效状态信号决定是否输出一级静态保险解保信号。
17.进一步地，所述根据深度信息处理结果判断是否满足布放工作过程，满足则输出二级静态保险解保信号，包括如下步骤：
18.对深度信息进行处理转化为下沉速度值，当下沉速度值小于预设水雷下沉速度门限，不输出深度有效状态信号；当下沉速度值始终不小于预设水雷下沉速度门限，输出深度有效状态信号；根据深度有效状态信号决定是否输出二级静态保险解保信号。
19.进一步地，所述对深度信息进行处理，转化为下沉速度值，具体包括如下内容：
20.根据深度信息，采用中值法进行拟合求解下沉速度值，公式如下：
[0021][0022]
其中v
k+1
表示k+1时刻的下沉速度值，h
k+2
表示k+2时刻的深度值、hk表示k时刻的深度值，t以及深度采样周期。
[0023]
进一步地，计算出v
k+1
后，计算v
k+1
与速度理论值的误差，根据所述误差判断是否需要对所述深度信息进行更新，计算过程如下：
[0024]
根据加速度信息与三个阶段进行匹配：
[0025]
第一阶段：加速过程，该过程的速度理论值计算方式如下：
[0026]
系统为圆柱形，质量m＝mg，体积v＝πr2l，l为系统长度，r为系统的截面半径，水密度ρ，浮力f＝ρgv，系统以速度v在水中竖直下降时受到水的阻力f为:
[0027][0028]
其中s为迎流面积，s＝πr2，cd为阻力系数；
[0029]
根据牛顿第二定律，推得：
[0030][0031]
解微分方程，并代入初始条件(t＝0,v＝0)得：
[0032][0033]
将上式计算求得的速度理论值v，与v
k+1
进行比对，误差小于5％即输出下沉速度值，误差大于5％则重新获取深度信息进行计算；
[0034]
第二阶段：匀速运动过程，该过程的速度理论值计算方式如下：
[0035]
[0036]
对v1求极大值，即可得匀速运动速度v1，将v1与v
k+1
进行比对，误差小于5％即输出下沉速度值，误差大于5％则重新获取深度信息进行计算；
[0037]
第三阶段：静止过程，该过程的速度理论值计算方式如下：
[0038]
静止过程实际速度值与理论速度值均为0，若v
k+1
速度值为0则输出下沉速度信号，若不为0则重新获取深度信息进行计算。
[0039]
进一步地，所述传感器模块在水雷类型为锚雷时，还设置姿态传感器，采集锚雷的姿态信息，控制模块根据姿态信息判断锚雷是否垂直，若是，根据加速度信息处理结果判断是否满足坐底冲击，满足则输出一级静态保险解保信号。
[0040]
一种水雷战斗部发动机直列式点火方法，包括如下具体过程：
[0041]
(1)采集水雷所处深度信息和加速度信息，采集目标信息；
[0042]
(2)根据加速度信息处理结果判断是否满足坐底冲击，满足则输出一级静态保险解保信号，再根据深度信息处理结果判断是否满足布放工作过程，满足则输出二级静态保险解保信号；完成一级、二级解保后，开始进行目标信息处理，判断是否发现有效目标，是则输出动态保险解保信号，完成三级解保；
[0043]
(3)完成三级解保后进行升压储能，当接收到点火控制信号时，释放储能输出高压脉冲；
[0044]
(4)接收高压脉冲并引爆传爆发火序列。
[0045]
有益效果：
[0046]
第一、水雷战斗部发动机直列式点火系统，基于加速度信息、深度信息及目标信息，实现了水雷战斗部点火的三级解保判断，保证了系统的安全性。
[0047]
第二、系统在计算的过程中将系统的下沉过程分为三个阶段，因为系统在刚刚如水的过程中，处于加速下落的阶段，后来因为系统的深度增加导致水压和水阻的变化，所以系统逐渐处于平衡状态，进入匀速运动阶段，直到完全沉底，速度变成零，即系统当中的坐底冲击，因此将系统的实际运动过程分三段考虑，计算精度高，避免系统因为状态判断不准确发生工作错误，系统稳定性好；
[0048]
第三、对深度信息进行微分处理，转化为下沉速度值，在计算的过程中，要求误差范围在5％之内，且计算出v
k+1
后，计算v
k+1
与速度理论值的误差，根据所述误差判断是否需要对所述深度信息进行更新，提高了系统的准确性；
[0049]
第四、系统计算速度理论值的时候，根据系统组件的直径计算水阻，考虑水阻的影响，与真实情况贴近，系统工作精度更高。
附图说明
[0050]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0051]
图1为水雷战斗部发动机直列式点火装置结构图。
[0052]
图2为水雷战斗部发动机直列式点火系统组成框图。
[0053]
图3为水雷战斗部发动机直列式点火装置工作流程图。
具体实施方式
[0054]
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0055]
一种水雷战斗部发动机直列式点火系统，包括：传感器模块、引信模块、控制模块、高压点火模块、及传爆组件模块；
[0056]
传感器模块，用于采集水雷所处深度信息和、加速度信息；
[0057]
引信模块，用于采集目标信息；
[0058]
控制模块，对采集的加速度信息和深度信息进行信息处理，根据加速度信息处理结果判断是否满足坐底冲击，满足则输出一级静态保险解保信号，再根据深度信息处理结果判断是否满足布放工作过程，满足则输出二级静态保险解保信号；完成一级、二级解保后，开始进行目标信息处理，判断是否发现有效目标，满足是则输出动态保险解保信号，完成三级解保；
[0059]
高压点火模块，完成三级解保后进行升压储能，根据当接收到点火控制信号时，释放储能输出高压脉冲；
[0060]
传爆组件模块，接收驱动电流高压脉冲并引爆传爆发火序列。本技术实施例在具体实施时(如附图1)，由工作电源、传感器组件、信息处理模块、逻辑处理模块、高压点火模块4、核能传爆序列2、冲击片雷管3、内部转接电缆5和连接器6等组成；通常，电源模块、传感器模块、信息处理模块、逻辑处理模块构成一个整体电子保险安全逻辑模块1，封装在密闭金属壳体中，高压点火模块4单独作为一个封装整体，安装并延伸到发动机药柱中；
[0061]
如附图2所示，电源模块包括：雷上电气系统、电池组和水压保险器；系统的控制模块即电子保险安全逻辑模块包括：传感器组件，信息处理模块，逻辑处理模块，其中逻辑处理模块采用两个可编程逻辑器件的双核模式，分别处理不同的环境信息。
[0062]
其中，电源模块的输入端连接水雷引信工作电池组的28v直流供电支路，输出端与传感器模块、信息处理模块、逻辑处理模块、高压点火模块的供电输入端连接；
[0063]
传感器模块的信号输出端1(深度信息)与信息处理模块的的ad口连接，信号输出端2(加速度信息)与信息处理模块的的i2c口连接；
[0064]
信息处理模块的上电控制端与外部引信系统的上电使能端连接；信息处理模块的输入io口1与高压点火模块的反馈端连接；信息处理模块的485通信口与外部引信系统的485通信口连接；信息处理模块的输出io口1、2分别与逻辑处理模块的输入io口1、2连接，输出io口3与逻辑处理模块的上电控制端连接；
[0065]
逻辑处理模块的上电控制端与信息处理模块的io口连接；逻辑处理模块的输入io口3与外部引信系统的上电使能端连接，逻辑处理模块的输出io口1、2分别与高压点火模块上电控制端1、2连接，输出io口3与高压点火模块充能控制端连接；
[0066]
高压点火模块的起爆控制端与外部引信系统的起爆使能端口连接，高压点火模块的发火输出端正、负极分别与冲击片雷管的正、负极连接。
[0067]
一种水雷战斗部发动机直列式点火方法，包括如下具体过程：
[0068]
(1)采集水雷所处深度信息和加速度信息，采集目标信息；
[0069]
信息处理模块通过i2c接口接收水雷加速度信息，通过ad接口接收水雷深度信息，以开始进行信息采集为计时起点，信息采集持续时间为t秒；
[0070]
(2)根据加速度信息处理结果判断是否满足坐底冲击，满足则输出一级静态保险
解保信号，再根据深度信息处理结果判断是否满足布放工作过程，满足则输出二级静态保险解保信号；完成一级、二级解保后，开始进行目标信息处理，判断是否发现有效目标，是则输出动态保险解保信号，完成三级解保；
[0071]
加速度环境信息处理：对t秒内的加速度信息进行处理，当t秒内加速度值始终小于坐底冲击幅度门限a1，或大于等于a1但持续时间小于坐底冲击持续时间门限t1，表明水雷没有受到坐底冲击；当t秒内，加速度值大于等于a1且持续时间超过坐底冲击持续时间门限t1，表明水雷已经坐底；信息处理模块通过加速度及持续时间来判断是否输出加速度环境信息有效状态位ev2；记录下首次出现加速度值大于等于a1的时刻为t0；
[0072]
深度环境信息处理：对t0秒内的水雷深度信息进行微分处理，将深度信息转化为水雷下沉速度信息，
[0073]
第一阶段：加速过程，该过程的速度理论值计算方式如下：
[0074]
系统为圆柱形，质量m＝mg，体积v＝πr2l，l为系统长度，r为系统的截面半径，水密度ρ，浮力f＝ρgv，系统以速度v在水中竖直下降时受到水的阻力f为:
[0075][0076]
其中s为迎流面积，s＝πr2，cd为阻力系数；
[0077]
根据牛顿第二定律，推得：
[0078][0079]
解微分方程，并代入初始条件(t＝0,v＝0)得：
[0080][0081]
将上式计算求得的值v，与v
k+1
进行比对，误差小于5％即输出下沉速度值，误差大于5％则重新获取深度信息进行计算；
[0082]
第二阶段：匀速运动过程，该过程的速度理论值计算方式如下：
[0083][0084]
对v1求极大值，即可得匀速运动速度v1，将v1与v
k+1
进行比对，误差小于5％即输出下沉速度值，误差大于5％则重新获取深度信息进行计算；
[0085]
第三阶段：静止过程，该过程的速度理论值计算方式如下：
[0086]
静止过程实际速度值与理论速度值均为0，若v
k+1
速度值为0则输出下沉速度信号，若不为0则重新获取深度信息进行计算。
[0087]
当t0秒内速度值小于水雷下沉速度门限v1，表明水雷未处于布放下沉状态；当t0秒内速度值始终大于等于水雷下沉设定值v1，表明水雷处于正常的布放后下沉过程；信息处理模块通过下沉速度来判断是否输出深度环境信息有效状态位ev3；
[0088]
逻辑处理模块根据上电信息ev1和ev2的“与”处理(即坐底冲击判断)来决定是否输出一级静态保险解保信号sw1；根据ev2和ev3的“与”处理(即下沉速度判断)来决定是否输出二级静态保险解保信号sw2；
[0089]
完成一级、二级解保后，高压点火模块自动上电；引信系统进行目标探测与识别，并将探测结果通过报文形式周期性的发给点火装置信息处理模块，当未能识别到有效目标时，报文中的目标状态标识位为0，当识别到有效的目标后，报文中的目标状态标识位为1；信息处理模块通过收到的报文信息中的目标状态标识位来判断是否输出目标信息有效状态位ev4；逻辑处理模块则根据ev3和ev4的“与”处理(即目标有效判断)来决定是否输出动态保险解保信号swd；
[0090]
(3)完成三级解保后进行升压储能，当接收到点火控制信号时，释放储能输出高压脉冲；
[0091]
当检测到动态解保信号swd后，高压点火模块内部的升压储能电路开始工作，完成点火所需要的储能同时，给出储能反馈；水雷直列式点火装置在完成储能后，即刻进入战斗预备状态，需等待水雷引信系统下达最后的点火指令，当点火装置接收到点火指令后，高压点火模块内部的触发电路工作，接通点火回路开关，将储存的能量以高压脉冲形式释放给传爆组件模块。
[0092]
(4)接收高压脉冲并引爆传爆发火序列。
[0093]
传爆组件模块将高压脉冲释放到到冲击片雷管上，形成飞片，引爆传爆发火序列，继而完成水雷战斗部发动机点火。
[0094]
到冲击片雷管上，形成飞片，引爆传爆发火序列，继而完成水雷战斗部发动机点火。
[0095]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种水雷战斗部发动机直列式点火系统，其特征在于，包括：传感器模块、引信模块、控制模块、高压点火模块及传爆组件模块；传感器模块，用于采集水雷所处深度信息和加速度信息；引信模块，用于采集目标信息；控制模块，根据加速度信息处理结果判断是否满足坐底冲击，满足则输出一级静态保险解保信号，再根据深度信息处理结果判断是否满足布放工作过程，满足则输出二级静态保险解保信号；完成一级、二级解保后，开始进行目标信息处理，判断是否发现有效目标，是则输出动态保险解保信号，完成三级解保；高压点火模块，完成三级解保后进行升压储能，当接收到点火控制信号时，释放储能输出高压脉冲；传爆组件模块，接收高压脉冲并引爆传爆发火序列。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块，包括：信号处理模块，对采集的加速度信息和深度信息进行信息处理；逻辑处理模块，根据加速度信息的处理结果、深度信息和目标信息的处理结果，判断是否输出解保控制信号。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述根据加速度信息处理结果判断是否满足坐底冲击，满足则输出一级静态保险解保信号，包括如下步骤：通过加速度信息，获取加速度值与持续时间，比较加速度值、持续时间与预设坐底冲击幅度门限和预设坐底冲击持续时间门限的大小；若加速度值始终小于预设坐底冲击幅度门限，或加速度值不小于预设坐底冲击幅度门限但持续时间小于预设坐底冲击持续时间门限，输出加速度有效状态信号；反之则不输出加速度有效状态信号；根据加速度有效状态信号决定是否输出一级静态保险解保信号。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述根据深度信息处理结果判断是否满足布放工作过程，满足则输出二级静态保险解保信号，包括如下步骤：对深度信息进行处理转化为下沉速度值，当下沉速度值小于预设水雷下沉速度门限，不输出深度有效状态信号；当下沉速度值始终不小于预设水雷下沉速度门限，输出深度有效状态信号；根据深度有效状态信号决定是否输出二级静态保险解保信号。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述对深度信息进行处理转化为下沉速度值，具体包括如下内容：根据深度信息，采用中值法进行拟合求解下沉速度值，公式如下：其中v
k+1
表示k+1时刻的下沉速度值，h
k+2
表示k+2时刻的深度值、h
k
表示k时刻的深度值，t以及深度采样周期。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，计算出v
k+1
后，计算v
k+1
与速度理论值的误差，根据所述误差判断是否需要对所述深度信息进行更新，计算过程如下：根据加速度信息与三个阶段进行匹配：第一阶段：加速过程，该过程的速度理论值计算方式如下：系统为圆柱形，质量m＝mg，体积v＝πr2l，l为系统长度，r为系统的截面半径，水密度ρ，
浮力f＝ρgv，系统以速度v在水中竖直下降时受到水的阻力f为:其中s为迎流面积，s＝πr2，c
d
为阻力系数；根据牛顿第二定律，推得：解微分方程，并代入初始条件(t＝0,v＝0)得：将上式计算求得的速度理论值v，与v
k+1
进行比对，误差小于5％即输出下沉速度值，误差大于5％则重新获取深度信息进行计算；第二阶段：匀速运动过程，该过程的速度理论值计算方式如下：对v1求极大值，即可得匀速运动速度v1，将v1与v
k+1
进行比对，误差小于5％即输出下沉速度值，误差大于5％则重新获取深度信息进行计算；第三阶段：静止过程，该过程的速度理论值计算方式如下：静止过程实际速度值与理论速度值均为0，若v
k+1
速度值为0则输出下沉速度信号，若不为0则重新获取深度信息进行计算。7.如权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述传感器模块在水雷类型为锚雷时，还设置姿态传感器，采集锚雷的姿态信息，控制模块根据姿态信息判断锚雷是否垂直，是的话根据加速度信息处理结果判断是否满足坐底冲击，满足则输出一级静态保险解保信号。8.一种基于权利要求1-7任一系统的一种水雷战斗部发动机直列式点火方法，包括如下具体过程：(1)采集水雷所处深度信息和加速度信息，采集目标信息；(2)根据加速度信息处理结果判断是否满足坐底冲击，满足则输出一级静态保险解保信号，再根据深度信息处理结果判断是否满足布放工作过程，满足则输出二级静态保险解保信号；完成一级、二级解保后，开始进行目标信息处理，判断是否发现有效目标，是则输出动态保险解保信号，完成三级解保；(3)完成三级解保后进行升压储能，当接收到点火控制信号时，释放储能输出高压脉冲；(4)接收高压脉冲并引爆传爆发火序列。

技术总结
本发明提出一种水雷战斗部发动机直列式点火系统及方法，属于点火装置技术领域。一种水雷战斗部发动机直列式点火系统，包括：传感器模块、引信模块、控制模块、高压点火模块、传爆组件模块；系统在完成状态检测之后，传感器模块采集环境信息并发送至信息处理模块进行信息处理并输出状态有效信号，逻辑处理模块对状态有效信号进行逻辑运算并输出解保信号，最终根据解保信号和点火控制信号完成高压充能和点火。和点火。和点火。


技术研发人员：蒋平 熊斯年 李加强
受保护的技术使用者：宜昌测试技术研究所
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/5/26