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【軍事博評】Thomas:從技術戰術了解灣仔未爆彈(補充篇) 炸彈引信的工作原理


承前於2018年5月19及20日兩篇有關灣仔未爆彈文章(歷史篇技術戰術篇), 筆者收到相當熱烈的回響。然而因篇幅所限,前文對炸彈引信起爆原理所述較少,只提及前引信是否碰擊及尾引信縱軸跟撞擊力的夾角與起爆成功率的關係,因引信種類繁多,各國製造的引信性能及原理雖則大同亦有小異,造成讀者不少查詢,亦對前文分析有所疑惑。因此另成此番外篇解說美國用於艦船轟炸的航空炸彈引信的工作原理以供讀者參考。


AN-M65型1000磅航空炸彈基本結構(網絡圖片)

美國海軍航空炸彈引信的基本分類


美軍航空炸彈可由三種方式分類: 包括引信於炸彈的位置、解鎖方式及擊發方式. 以下表一列出這三種分類:












引信於炸彈的位置
前引信尾引信

 












解鎖方式
保險針保險俥葉

 



















擊發方式
機械觸發水壓觸發電子感應近距觸發拆卸觸發計時觸發
即時觸發 / 延時觸發

表一 航空炸彈引信的基本分類


每一個引信都具有以上每種分類內的其中一種特徵,由此可見美軍的引信家族相當龐大而複雜,美國陸海兩軍於二次大戰末期便開發出多達近百種航空炸彈引信供不同用途。而以灣仔沙中線出土的AN-M65型未爆彈為例,因應常規、特種(主要為反跑道任務,使用計時引信) 、反潛及近炸任務,可供配套的引信便多達50種。


承前文所述,灣仔沙中線出土的AN-M65型未爆彈最有可能就是1945年1月15及16日以艦船為主要目標的美國海軍第3艦隊TF38所派出的戰機。而美國海軍的任務分類當中,艦船轟炸被歸類為常規任務,又於美軍的炸彈手冊中AN-M65型炸彈需要以下的引來配合:


前引信: AN-M103、M103、AN-M103A1、M135、M135A1、M136、M136A1、M139、AN-M139A1、M140、AN-M140A1、M149、M163、M164、M165、Mk239、Mk243或Mk244


尾引信: AN-M102A2、AN-M102A1、M102或M162


以上所列出的前,尾引信皆為保險俥葉機械觸發式引信以配合炸彈撞向目標時引爆的需要,其基本結構及擊發原理大致一樣,因此本文以當中最常用的AN-M103前引信及AN-M102尾引信為例子解釋為何美軍的航空炸彈於低角度落海時的擊發率偏低。


AN-M103系列機械觸發式前引信的操作原理


如前文所述,當飛行員按下投彈按鈕打開掛彈扣,炸彈因自身重量以自由落體姿態離開戰機,同時安全索兩端於拉力作用下跟保險俥葉鬆開完成第一步解鎖,保險俥葉隨後在迎風作用下旋轉。俥葉通過一齒輪組帶動一支保險螺杆(arming screw) 旋轉,保險螺杆在其跟擊發活塞(stricker)之間的螺紋作用下,保險螺杆、俥葉、齒輪組及俥葉杯(vane cup,即是齒輪組的保護蓋)整組組件逐漸向上提升。當整組組件升高至一定高度,於擊發活塞和引信外殼之間的安全碟(safety disc)會被彈飛,引信便完成解鎖進入待命模式。


AN-M103前引信詳細結構圖(United States Bombs and Fuzes Pyrotechnics)

這時候擊發活塞和包裹著擊發活塞及擊發火藥的管狀引信外殼之間只由一枝剪力針(shear pin或shear wire)連結。當炸彈撞擊目標並同時碰擊擊發活塞,目標物在牛頓定律下回饋於擊發活塞的反作用力會令炸彈減速,如果反作用力或反作用力的分支跟剪力針的橫軸(亦即是引信的縱軸)平衡並且將剪力針以剪力剪斷,擊發活塞便脫離引信外殼連同撞針(firing pin)撞擊擊發火藥,從而引爆炸彈。


航空炸彈前引信截面簡化圖。當安全碟(綠色)被彈飛進入待命模式。炸彈撞擊目標並同時碰擊擊發活塞(黃色),並且將剪力針剪斷,擊發活塞便脫離引信外殼連同撞針撞擊擊發火藥,從而引爆炸彈。(網上圖片)

 


AN-M102系列機械觸發式後引信的操作原理


跟前引信相同,當炸彈以自由落體姿態離開戰機完成第一步解鎖,保險俥葉在迎風作用下旋轉。俥葉通過一齒輪組帶動一支保險螺杆(arming stem) 旋轉,保險螺杆在其跟擊發活塞(firing plunger)之間的螺紋作用下,保險螺杆、俥葉及齒輪組整組組件逐漸向上提升,同時保險螺杆由擊發活塞旋出. 當保險螺杆旋轉至完全跟擊發活塞分離後,引信便完成解鎖進入待命模式。之後當俥葉再繼續旋轉,保險螺杆、俥葉及齒輪組整組組件會完全飛脫離開引信,此為未爆彈身上通常都缺少這個部件的原因。


AN-M100系列尾引信詳細結構圖,AN-M102系列為其分支,結構及原理完全一樣。(United States Bombs and Fuzes Pyrotechnics)

這時候,完成解鎖進入待命模式的尾引信,其擊發活塞跟擊發火藥之間由一個彈簧(anti-creep spring)分隔並承托著擊發活塞,而三者在引信的管狀外殼中成一直線並跟炸彈的縱軸平衡。當炸彈撞擊目標一刻,目標物在牛頓定律下回饋於炸彈的反作用力會令炸彈減速,如果反作用力或反作用力的分支跟炸彈縱軸(亦即是引信的縱軸)平衡,擊發活塞因自身的慣性作用而擠壓彈簧。當反作用力或反作用力的分支的力量大於彈簧的承托力,擊發活塞便會把彈簧完全壓縮並連同撞針(firing pin)撞擊擊發火藥,從而引爆炸彈。


航空炸彈尾引信截面簡化圖。當保險螺杆旋轉至完全跟擊發活塞分離後,引信便完成解鎖進入待命模式。而擊發活塞跟擊發火藥之間由一個彈簧分隔並承托。當炸彈撞擊目標一刻, 擊發活塞因自身的慣性作用而擠壓彈簧並連同撞針撞擊擊發火藥,從而引爆炸彈。(網上圖片)

由以上可見,前及尾引信的成功引爆跟炸彈撞擊目標時目標回饋的反作用力或反作用力分支的方向及力度有很大關連. 當炸彈的縱軸和目標物的碰撞面越接近90度(即炸彈以垂直姿態擊中目標),目標回饋的反作用力跟炸彈縱軸便越接近平衡,力量亦相對越大。相反,當炸彈以水平姿態擊中目標,即炸彈的縱軸和目標物的碰撞面越接近0度,目標回饋的反作用力作用於炸彈縱軸方向便很有限,因而成功引爆的機會亦大大降低。


參考


United States Bombs and Fuzes Pyrotechnics, United States Navy Bomb Disposal School


AN-M65 U.S. Bomb, 1000-LB, General Purpose, Free-fall (https://www.skytamer.com/AN-M65.html)


作者: Thomas Chan



https://www.litenews.hk/?p=52289

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