储能式压电发火机构

根据储能式压电发火机构对压电陶瓷施加压力的不同，可将其分为利用后坐力压电的发火机构和利用火药气体压力压电的发火机构。

利用后坐力压电的典型储能式压电发火机构如图4-31所示。

图4-31　利用后坐力压电的发火机构

压电陶瓷装在压电座上，压电陶瓷下面通过压电座和接电杆与内电路的导线相连，并通过导线与底部机构的接线片相连。压电陶瓷周围有下绝缘环保证两极间的绝缘，上表面与短路簧片座接触，并与短路簧片、钢球、开关簧片导通。短路簧片与压电陶瓷上表面导通，压电座与压电陶瓷下表面导通，即构成压电陶瓷的短路开关。发射时，在后坐力的上升段（加载阶段），压电陶瓷受其上面零件的压力而产生电荷。此时，短路簧片受其自身的后坐力按悬臂梁变形方式向下弯曲；当后坐加速度达到一定值（通常为接近峰值）时，短路簧片上的长方形斜槽与压电座相接触，使压电陶瓷两极短路，电荷被中和。在峰值的卸载阶段，压电陶瓷做弹性恢复；在后坐加速度减小到一定值时，短路簧片又重新抬起，使压电陶瓷两极产生与加载时极性相反的电荷，并储存在压电陶瓷的两极上。

碰击开关由钢球、开关簧片和接电片组成。开关的一端是钢球，与压电陶瓷上表面相连；另一端是接电片，与引信头相连。引信头又通过弹体外电路与底部机构引信体相连，两者用上绝缘环和绝缘套保证绝缘。碰击目标时，引信头部变形，接电片向下变形与钢球接触，钢球在前冲力作用下克服开关簧片的抗力，实现碰击开关闭合，接通压电陶瓷向电雷管放电的电路。这种结构既能保证大着角碰击钢甲而擦地时可靠发火，又能保证一定的钝感度。

为保证发射时压电陶瓷能产生足够的电荷，在后坐过载系数已定的情况下，应尽量增加压电陶瓷上表面施压零件的质量。在此压电敏感装置中，短路开关和碰击开关均设置在压电陶瓷上表面，因此它既是开关零件，又起施压作用。

利用火药气体压电的典型储能式压电发火机构如图4-32所示。

图4-32　利用火药气体压电的发火机构

这种结构可利用发射时的火药气体或专门的气体发生器的压力，并通过压力闭锁装置将压力密封起来，使压电陶瓷始终处于恒定压力作用下，并产生一定的电荷。发射时，具有很大压力的火药气体（或其他气体）将由弹簧和钢球构成的闭气阀推开并进入容气室；待压力增大到一定程度时，闭气阀关闭，使容气室内保持一定的火药气体压力。设计时应避免火药气体与压电陶瓷的直接接触。

储能式压电发火机构还可将弹簧抗力、弹道离心力等作为压电陶瓷的施压力，由于很少在引信中使用，此处不再介绍。

在储能式压电发火机构电路设计中，通常应考虑下列影响因素：

（1）配用不同弹种时，应采取不同的储能方法。当配用弹的后坐过载系数较大时，应利用发射时的后坐力压电，并利用压电陶瓷两端的并联开关泄放掉所产生的电荷，而把压电陶瓷做弹性恢复时产生的反向电荷储存在压电陶瓷的两极上或与压电陶瓷并联的电容上；当配用弹的后坐过载系数较小时，应利用火药气体产生的压力压电，用闭气装置将一定压力的火药气体密封起来，使压电陶瓷始终处于受压状态。

（2）勤务处理和发射过程中的安全性，应由短路开关和碰击开关来保证。无论是后坐力压电还是闭气装置压电，压电陶瓷储存的电荷通常都比碰目标时冲击力所产生的电荷少。为使储能式压电引信在发射时储存的电荷绝大部分用于起爆电雷管，不能在压电陶瓷两端并联泄漏电阻，其勤务处理和发射过程中的安全性应由短路开关和碰击开关来保证。碰击开关的结构和强度应严格控制，以防提前闭合所造成的过早炸和早炸。

（3）通常应采用中间式或桥丝式电雷管，而不用火花式电雷管。

（4）电路设计应考虑结构的合理安排。压电陶瓷可放在头部，也可放在弹底。为提高瞬发度，碰击开关通常放在弹头，直接靠碰目标的力闭合；还可设置惯性开关，以实现擦地炸性能。在结构设计中，应使压电陶瓷两极接线之间和碰击开关两极之间有足够的绝缘强度和绝缘电阻，以防电荷泄漏或电路击穿所造成的瞎火或早炸。

1）常开式发火电路

常开式发火电路如图4-33所示。储能开关K2是常开开关，K1是短路开关，K3是碰击开关。

图4-33　常开式发火电路
（a）平时及起始受压状态；（b）后坐力接近峰值时的状态；（c）待发状态

平时和膛内起始受压时，K1使电雷管L短路，同时又使压电陶瓷与电雷管断路；K2处于开路状态。发射时，施压元件的后坐力使压电陶瓷两电极板上产生电荷；在后坐力上升段接近最大值时，K2闭合，使压电陶瓷两极短路，泄掉电荷。在后坐力下降段，当其从最大值减小到与K2闭合时相对应的值时，K2重新打开，这时后坐力尚在峰值附近，压电陶瓷开始卸载。此后，后坐力明显下降，压电陶瓷由受压状态做弹性恢复，在其两端重新产生电荷，但极性与加载时相反；由于开关K2已经打开，压电陶瓷两极形成开路，卸载时产生的反向电荷就储存在压电陶瓷的两极上。开关K1在延期解除保险机构动作后，便已经变换触点位置，电路处于发火状态。碰击目标时，碰击开关K3因受目标的反作用力或前冲力而闭合，压电陶瓷上储存的电荷将电雷管引爆。

2）常闭式发火电路

常闭式发火电路如图4-34所示。储能开关K2是常闭开关，它是由后坐机构构成的。发射时，压电陶瓷受后坐力产生正向电荷，由于K2尚未打开，其极板上电荷通过K2泄掉，无法建立正向电压；当后坐力上升到接近峰值时，K2成永久断开，而后坐力继续增大，所产生的新电荷无法继续泄掉，于是在陶瓷极板上开始建立正向电压；过最大后坐力的峰值后，压电陶瓷开始卸载，其极面上正向电荷减小，继续卸载便出现反向电荷，并储存在陶瓷极面上。后效期末，陶瓷两极板上的反向电压达到最大。碰击目标时，开关K3闭合，电雷管L为反向电压引爆。

图4-34　常闭式发火电路
（a）平时及起始受压状态；（b）后坐力接近峰值时的状态；（c）待发状态

3）二极管式发火电路

二极管式发火电路如图4-35所示。

图4-35　二极管式发火电路
（a）压电状态；（b）待发状态

该电路以二极管作为储能开关。发射时，二极管D使后坐力上升段产生的电荷自行短路泄掉；后坐力下降段，电压反向，二极管D截止。这种发火电路储电过程仅与二极管D有关，其储存电压峰值不受储能开关影响，可以获得最大储电电压，其缺点是对二极管D反向电阻要求很高。

图4-36所示为上述三种典型发火电路中，压电陶瓷两端电压U的变化曲线。

图4-36　压电陶瓷两端的电压变化曲线
（a）常开式发火电路；（b）常闭式发火电路；（c）二极管式发火电路