10.5.2 等效云雾浓度—引信交会浓度探测试验
二次起爆型云爆战斗部的大面积最优体爆轰，与云爆剂引信与云团交会起爆时燃料云团浓度分布、识别最优燃料云团浓度下的多点引信协同起爆有关。基于超声波脉冲在云团中的能量衰减特性，研制云爆引信原型样机，搭建100m/s下引信与等比云爆剂抛撒的云团交会浓度探测的火箭橇试验平台，生成高速环境下引信动态识别云团浓度的变化曲线，得到不同浓度下引信超声波脉冲衰减的梯度规律。
10.5.2.1 试验系统设计
二次起爆型云爆战斗部引信与抛撒云团的动态交会的工作时间短，云团扩散速度与引信飞行速度快，实现最优爆轰效能的云团浓度识别，需要在具体的动态环境下测定。火箭橇试验能够模拟接近于真实的弹目高速交会状态，获得可靠的引信探测目标的动态特性。借助火箭橇平台，针对云爆引信与抛撒云团交会的浓度探测，从引信样机研制、测试系统、试验方法及结果分析进行研究。
基于超声波脉冲衰减原理，进行云爆引信浓度检测原型样机，实现模拟云爆战斗部高速引信抛撒与燃料云团动态交会的火箭橇搭载试验，最终实现云团的动态浓度检测。为确保引信与云团动态交会过程中云团顺利进入超声检测区域，进行引信本体设计，如图10-32所示。
图10-32 引信浓度探测装置结构图
浓度检测系统的整体结构如图10-33所示，主要包括弹体、超声波脉冲浓度检测传感单元、超声信号处理模块、超声信号采集及存储模块、电源及信号触发装置。超声波脉冲传感器呈对射状安装在弹体的头部。设计云团流动通道，当弹体进入云爆抛撒云团时，超声波脉冲传感器能实时感知通道中的云团浓度，并实时进行采集、存储，实现对云团浓度的动态识别。
图10-33 浓度检测引信系统结构示意图
二次起爆型云爆战斗部引信与抛撒云团的动态交会的工作时间短，云团扩散速度与引信飞行速度快。实现最优爆轰效能的云团浓度识别，需要在具体的动态环境下测定。火箭橇通过设定不同引信—云团交会速度试验，获得动态云团浓度信息，可以模拟真实的引信—云团高速交会状态，获得可靠的引信探测云团浓度的动态特性。借助火箭橇平台，针对云爆引信与抛撒云团交会的浓度进行探测，试验组成如图10-34～图10-36所示。
图10-34 引信—云团交会下云雾浓度检测系统组成
图10-35 引信—云团交会下云雾浓度检测系统现场图
图10-36 试验系统云团发生箱体布置图
云雾装置主要包括箱体、云团产生装置和浓度检测装置。箱体为1.5m×1.5m×1.5m密封透明玻璃箱；同时，为检测云团在密封箱体内的分布均匀性，进行了不同位置的浓度检测，检测结果表明装置的云团分布均匀性良好，可以认定密闭容器内的浓度与标称浓度相当。云雾装置构造及具体布置如图10-37、图10-38所示。
图10-37 云雾装置结构及具体布置
图10-38 试验系统箱体内静态浓度采集系统
浓度检测引信通过工装与火箭橇本体连接，如图10-39所示。在火箭橇开始高速运动时，保险绳被拉断作为浓度检测样机开始工作信号。其中，信号存储时间为30s，超声波脉冲频率为200kHz，脉冲周期为500ns，采样频率为2MHz，确保了在整个云团交会过程中的动态浓度信号采集。
云雾装置主要产生标称浓度（在已知体积下一定质量的微/纳颗粒分布比）的云团。云爆剂抛撒形成铝粉/空气悬浮云团，可以认为铝粉颗粒云团与烟雾粒子云团具备可比性。通过对其粒子特征（粒径与密度）分析，可以进行超声衰减计算。
图10-39 火箭橇弹载浓度检测原理样机布置图
10.5.2.2 试验数据分析
采集各箱体内超声波脉冲信号变化，可以得出在火箭橇与云团交会前后，箱体内浓度特征变化曲线，如图10-40、图10-41所示。
图10-40 静态浓度特征变化曲线
图10-41 静态浓度与超声衰减系数关系
可以看出，在火箭橇与云团交会前，烟雾粒子具有良好的悬浮特性。初步设定标称浓度下的云团在云雾装置中为分布的最优浓度状态。布置在密封的云雾装置中的四对不同位置的浓度检测装置实时检测烟雾粒子浓度的分布状态，最终可以判定云雾装置中的烟雾粒子浓度与标称浓度的关系，如表10-7所示。
表10-7 标称浓度下的超声衰减系数
在1号、2号、3号云雾箱内的云雾浓度与对应的超声衰减成正比。火箭橇搭载超声检测装置穿过箱体时，根据其动态超声的衰减值与静态标定的衰减—浓度关系，解算高速运动过程中的动态浓度；同时，根据交会时间，确定浓度采集信号的浓度特征区域，判定超声信号的能量衰减信息，如图10-42所示。
图10-42 弹载浓度检测系统与云团交会时的原始信号
（a）检测系统；（b）交会时的原始信号
由设计参数可知，一个脉冲发射周期为550μs，云团交会时间为15ms。因此，在动态交会过程中，可以根据每一个周期内超声波脉冲的变化特征，实现实时浓度解算。对交会过程中的浓度特征信号进行对比，通过超声能量的衰减信息，进行云团浓度的解算，如图10-43所示。
图10-43 云团交会的特征信号与原始信号对比（彩图见附录）
（a）云团交会的特征信号；（b）原始信号
超声信号的能量计算是通过对每一超声分量的积分的叠加，因此，对动态交会前后的超声信号进行分量提取（图10-44），进而计算每一周期的能量值，得到如图10-45所示的能量变化特征曲线，最终通过超声信号的能量衰减特征，解算云团浓度。同时，进行动态浓度检测环境下的浓度特征曲线与箱体内静态测定的云团浓度特征对比，如图10-46所示。可以看出，在静动态环境下，对浓度测定的误差不大于20%，满足设计要求。
图10-44 云团交会前后超声信号提取（彩图见附录）
图10-45 云团交会前后超声能量衰减
10.5.2.3 试验小结
根据测试结果，可得如下结论：
云爆剂标称浓度75g/m3时，动态浓度检测实际值87.3g/m3，合格检测浓度范围为59～89g/m3。
图10-46 静动态环境下超声衰减与浓度测定对比
云爆剂标称浓度150g/m3时，动态浓度检测实际值158.1g/m3，合格检测浓度范围为118～178g/m3。
云爆剂标称浓度225g/m3时，动态浓度检测实际值231.5g/m3，合格检测浓度范围为177～267g/m3。