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第1章引信设计总论

第1章引信设计总论

武器系统的作用就是对预定的目标造成最大程度的毁伤和破坏。

随着现代科学技术的发展,出现了一些新式武器系统,作战威力不断提高,并使武器系统的概念大大扩展了。

例如,激光、次声、甚至人工控制气象等,都可以作为一种武器来对付敌人,但是绝大多数武器仍是利用烈性炸药的爆炸所释放出的能量来摧毁目标的。

炸药爆炸的条件:

1.必须外加足够的起始能量去引爆;

2.必须控制在特定的时机起爆,以保证给目标造成最大的毁伤,而在运输、储存、发射中都不允许爆炸。

对充分发挥弹药的威力来说,如果将运载系统作为第一控制系统,则引信是第二控制系统,而且控制的是对目标作用的最后一个环节。

引信的起源:

早在古代,人们就认识到使用投射物作为战争工具要比徒手搏斗优越。

任何一种投射工具都可以看成是延长使用者双手的手段,如使用弓可以把箭射到比用手直接投击更远的地方。

弩则进一步利用人体的力量或畜力,把投射物射得更远。

中国古代火药的发明则是技术上的一个飞跃,利用火药燃烧释放的能量可显著地增大投射物的射程,于是出现了火炮。

与此同时,人们也想方设法使投射物的破坏作用超过它本身动能所起到的破坏作用,即提高其威力。

例如,在箭头上涂上毒药,在箭杆上绑上燃烧物以引起敌营着火等。

火药出现后,不仅用它作为推进剂以增大投射物的射程,同时还用它制造燃烧和爆炸性的武器来增大其破坏作用。

我国宋代庆历四年(公元1044年)的《武经总要》已载有制造火药的配方和用药以及毒药烟球、蒺藜火球、霹雳火球等兵器的构造及制造和使用方法。

当时引燃这些兵器用的是铁锥,将铁锥烧红,用它把球壳烙热以引燃其内火药。

以后改为火药捻子引燃,明代永乐十年(公元1412年)出版的《火龙经》中称这种火药捻子为“信”或“药信”,引信这一术语就是由此产生的。

在《天工开物》中,已将“信”与“引信”通用。

可见,引信的出现是与中国古代火药的发明和使用直接相关的,它从最初引火的“信”发展到今天的“引信”,经历了深刻而巨大的变革。

“引信”已被现代科学技术赋予了新的内容。

1.1概述

1.1.1引信的功能与定义

引信是战斗部和整个弹药的重要组成部分,是武器系统发挥终端效应的最终执行装置,其作用成败直接决定了武器系统与目标对抗的成败。

简单地说:

引信是一种能感觉目标或其他预定的信息,如时间、气压、指令等,并适时起爆弹丸或战斗部的一种装置。

引信也能作为点火装置使用,例如用来点燃抛射药,打开战斗部,抛出照明炬、燃烧炬、子母弹的子弹等。

引信配用于炮弹、火箭弹、迫击炮弹、航弹、地雷、水雷、枪榴弹、手榴弹、导弹战斗部和原子弹等。

由于弹药种类很多,而且大小、重力、用途的差别很大,所以配用于不同弹药的引信在形状、尺寸和复杂程度上也有很大不同。

引信可能是一个较简单的装置,例如手榴弹引信,也可能是一个由若干子系统组成的高度复杂的系统,例如弹道导弹的引信系统。

随着武器系统和兵器科学与技术的发展,作为武器装备的子系统——引信装备与引信技术也得到了很大发展,特别是进人20世纪以来,引信的功能得到很大的扩展,并且一直处于不断研究和深化之中。

在图1-1所示的现代引信原理框图中,体现了现代引信的主要技术本质。

图1-1现代引信原理框图

现代引信的主要功能:

安全控制——保证引信在预定的起爆时间之前不起作用,保证弹药在储存、运输、处理和发射中安全;

起爆控制——在相对目标最有利位置或时机完全地引爆或引燃战斗部装药;

命中点控制——修正无控弹药的飞行弹道或水下弹道,提高对目标的命中概率和毁伤概率;

发动机点火控制——控制带有两级发动机导弹的第二级发动机的点火,或控制火箭、上浮水雷发动机的点火。

引信的上述四个功能,

功能是战争对抗克敌制胜所遵循的最基本的法则,是任何一种现代引信所必备的功能,后两个功能在某些类型弹药的引信中才有。

以前认为引信仅具有对战斗部的起爆控制功能。

现代引信作为一个控制系统,除具有对战斗部的起爆控制功能外,还可具有对弹药运动姿态控制和对发动机点火控制的功能。

向战斗部输出的是:

能量流和物质流;

向舵机或冲压发动机输出的是:

信息流和能量流;

向发动机输出的是:

能量流或信息流。

以前总是认为目标信息仅被发火控制系统利用,发射与飞行环境信息仅被安全系统利用。

现代引信发火控制系统也可以利用发射与飞行环境信息,实现计路程的起爆控制,或利用发射和飞行环境信息实时识别引信所处的特定弹道,对电子时间引信进行自适应修正,以弥补弹道散布引起的炸点散布。

而安全系统也可以利用目标信息,实现目标基解除保险。

由此可以给出引信确切的定义:

引信是利用环境信息和目标信息,在预定条件下引爆或引燃战斗部装药的控制装置或系统。

(中国军事百科全书)

或:

引信是利用环境信息(如发射条件)、目标信息(如散射特性)或按照事先设定的条件(如时间、指令等),在保证弹药平时和发射时安全的前提下,对弹药实施起爆控制、点火控制及姿态控制的装置。

目标信息:

目标物理场信息、弹目交会特征信息、目标区特征信息、目标空间位置信息、目标类型信息。

环境信息:

发射、投放、飞行、发动机分离、抛撒、子弹药飞行环境信息。

1.1.2引信的组成及作用过程

1.1.2.1引信的组成

在图1-1所示的现代引信原理框图中,给出了引信的基本组成及各部分间的联系示意图。

引信的组成:

发火控制系统、安全系统、爆炸序列和能源装置。

发火控制系统:

是引信最重要的功能系统,它的基本功能是保证引信在遇到不同的目标,在不同的弹目交会条件下,在适当的位置起爆弹药。

它不仅可以感受目标及背景信息(触发、近炸、周炸引信),还可以感受火控系统的信息(时间引信),发射及飞行环境信息(计路程引信、自适应调整时间引信),指令信息(指令引信)和制导系统的信息(特别是近炸引信)。

安全系统:

是引信必不可少的另一重要组成部分,它的基本功能是保证引信勤务处理时、发射时以及在弹道上要求的安全距离之内的安全性,而超过此距离必须解除保险,使引信转为待发状态。

它不仅可以感受环境(特别是发射、飞行环境)信息,还可以感受制导系统的信息(目标基安全系统)和指令信息(导致绝火或自毁)。

爆炸序列:

引爆或引燃战斗部装药。

能源装置:

可以利用内储能,靠感受环境信息而激励,也可以利用环境能,依靠环境能的转换而工作,还可以直接利用弹上能源。

1.1.2.2引信的作用过程

引信作用过程是指引信从发射开始到引爆战斗部主装药的全过程。

从引信的功能和定义的分析可知,引信的作用过程主要包括解除保险过程、发火控制过程和引爆过程,如图1-2所示。

图1-2引信作用过程框图

引信在勤务处理时的安全状态,一般来说就是出厂时的装配状态,即保险状态。

战斗部发射或投放后,引信利用一定的环境能源或自带的能源完成引爆前预定的一系列动作而处于这样一种状态:

一旦接受目标直接传给或由感应得来的起爆信息,或从外部得到起爆指令、或达到预先装定的时间就能引爆,这种状态称为待发状态,又称待爆状态。

引信首先由保险状态过渡到待发状态,此过程称为解除保险过程。

已进人待发状态的引信,从获取目标信息开始到输出火焰或爆轰能的过程称为发火控制过程。

将火焰或爆轰能逐级放大,最后输出一个足够强的爆轰能使战斗部主装药完全爆炸,此过程称为引爆过程。

1.1.2.2.1解除保险的过程

为完成引爆战斗部主装药的任务,在引信中必须使用爆炸元件。

由于爆炸元件是一次性使用元件,如果提前发火将造成引信失效,这不仅影响引信作用的可靠性,甚至还会造成危及我方安全的严重后果。

因此,必须采取技术措施,保证在平时使引信完全处于抑制或不工作状态。

这些技术措施统称为保险,为此而设置的机构和(或)电路,统称为保险机构和(或)电路。

所以,引信平时所处的状态通常称为保险状态。

从发射(或投放)开始,引信即进人作用过程,它利用环境信息和(或)电信号控制保险机构和(或)电路依次解除保险,使引信转换为待发状态。

这个过程,即称为解除保险过程。

此后,引信一旦获取目标(或目标环境)信息或预定信号将会发火。

1.1.2.2.2发火控制过程

一般信息系统的作用过程大致分为四个步骤:

信息获取、信息传输、信号处理和处理结果输出。

对于引信来说,信息传输很简单,而处理结果输出的形式是火焰或爆轰能。

所以可将引信的发火控制过程归并为信息获取、信号处理和发火输出三个步骤,如图1-3所示。

图1-3信息作用过程

1.1.2.2.2.1信息获取及目标信息获取方式

所谓信息获取,是指探测(或接收)目标(或其环境)信息或预定信号,并转换为适于引信内部传输的信号如位移信号、电信号等。

因此信息获取主要包括信息(或信号)传递和转换。

(l)信息传递。

引信探测或接收目标信息其实质就是将目标信息传至引信。

目标信息的传递必须伴随着能量的传输,它可以利用各种形式的能量进行传递,如力、机械波(应力波、声波等)、电磁波和其他物理场(电、磁和热等)。

传递目标信息的能量可以来自引信本身,也可以来自目标或其他装置。

(2)信息转换。

引信接收到载有目标信息的信号后,再转换为适合于引信内部传输的信号,这种信号就是引信内部传输的语言。

引信获取目标信息有以下三种方式:

(1)触感方式。

指引信(或弹药)直接与目标接触,利用相互间的作用力、惯性力和应力波传递目标信息的方式;

(2)近感方式。

指引信在目标附近时,利用电磁场或其他物理场将目标信息传送至引信的方式;

(3)接收指令方式。

指由引信以外的专门仪器设备,如观察站的雷达、指挥仪或其他设备,自动完成获取目标信息的任务后对引信直接发出引爆弹药的信号。

由于引信获取的是执行引爆任务的信号,故又称这种信号为执行信号。

获取执行信号的方式又分为预置指令信号和实时指令信号两种。

引信接收到指令后立即引爆战斗部主装药。

使引信获取目标(或环境)信息或执行信号的装置,统称为敏感装置。

1.1.2.2.2.2信号处理

敏感装置获取的信息是初始信息,其中混杂有各种干扰信号和无用的信息,这就需要实时进行处理,即通过去粗取精、去伪存真,提取主要的和有用的信息,并加工成引信引爆所需的发火控制信号。

由于敏感装置所获取的信息是用转换为信号的形式进行处理的,因此这种处理称为信号处理。

通常,引信的信号处理应完成以下任务:

(1)识别真假信号。

实质就是要解决抑制干扰信号的问题。

(2)信号放大。

引信敏感装置获取的含有目标信息的信号是微弱信号,需要放大后进行处理。

(3)提供发火控制信号。

引信起爆通常又称为发火,控制起爆的信号就称为发火控制信号。

在初始信息中取出所需目标信息,经加工后,为引信提供控制起爆所需的信号,即为信号处理最后得到的处理结果。

完成上述作用的机构,一般称为信号处理装置。

该装置的设置与所要完成的具体任务根据引信类型和战术技术要求而异,名称也各不相同。

例如,机械触发引信中的延期机构及近感引信中的放大电路、目标识别电路等。

1.1.2.2.2.3发火输出

在引信中,获取目标信息的基本目的是利用它控制引爆战斗部主装药。

因此,引信处理结果输出的形式与一般系统不同,要求输出能够引起起爆元件发火的能量,因而将引信的处理结果输出定名为“发火输出”。

完成发火输出的相应装置称为执行装置。

1.1.2.2.3起爆过程

当发火输出后,信息作用过程结束而转人起爆过程。

作用:

使发火输出能量引爆起爆元件并将能量逐级放大,最后输出引爆战斗部主装药的爆炸能。

完成起爆过程的装置称为爆炸序列。

当引信输出爆炸能后,战斗部主装药就会立即爆炸,引信的整个作用过程到此结束。

1.1.3引信的爆炸序列

引爆战斗部主装药的任务是由引信中爆炸序列直接完成的。

为保证弹药的安全,战斗部主装药都是钝感炸药,要使它们爆炸,必须使用敏感度高的引爆炸药,但使用的量不能多,否则不安全。

可是少量敏感度高的引爆炸药只有较小的爆炸能量输出,还是不能引爆钝感的炸药,因此在高敏感度引爆炸药和钝感炸药之间,需要设置一些敏感度逐渐降低而能量增大的爆炸元件。

爆炸序列分为两种:

传爆序列和传火序列。

传爆序列:

最后一个爆炸元件输出爆轰能的爆炸序列。

传火序列:

最后一个爆炸元件输出火焰能的爆炸序列。

1.1.4引信的分类

引信按特点分类。

根据所研究问题的需要,有很多种分类方法。

图1-4~图1-6包括了常用的一些主要分类方法。

图1-4引信按安全程度分类

图1-5引信按与目标的关系分类

图1-6引信按与战斗部的关系分类

1.1.5对引信的要求

引信设计应满足引信战术技术指标要求。

1.1.5.1安全性

引信安全性:

是引信在生产、勤务处理、装填、发射直至延期解除保险的各种环境中,在规定条件下不解除保险和爆炸的性能。

引信安全性包括生产安全性、勤务处理安全性和使用安全性。

生产安全性:

在装配、检验、搬运、试验、验收等生产过程中的安全性;

勤务处理安全性:

在装卸、运输、储存、维护等勤务处理过程中的安全性;

使用安全性:

在装弹、挂弹、装定、装填、投掷、布撒、发射等使用过程中的安全性。

为了满足引信安全性要求,在引信中采取各种措施,设置专门的机构或装置,如保险机构、隔爆机构等,这些机构共同组成引信的安全系统。

引信安全系统定义:

指在感受到预定的发射环境并完成延期解除保险之前,即从勤务处理、发射(或投掷、布设)直到延期解除保险时间之前的各种环境条件下,引信系统内部用来防止引信解除保险和爆炸的各种装置的组合。

1.1.5.2可靠性

引信可靠性:

是引信在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。

规定条件:

包括引信在生产、勤务处理和使用过程中所经受的各种环境条件。

规定时间:

包括从成品检验、勤务处理、使用,一直到正常作用所经历的时间。

规定功能:

包括安全性、解除保险可靠性、引爆(燃)的适时性及完全性、抗干扰性等性能。

引信可靠性设计应保证安全可靠性、作用可靠性和长期储存可靠性。

可靠度、失效率和可靠寿命是评定引信可靠性的主要定量指标。

1.1.5.3使用性

引信使用性:

是在勤务处理和使用过程中,安装、检测及装定引信时的可操作性,以及操作的可靠性、快速性、准确性等综合性能。

它与人-机-环境系统工程和维护性密切相关。

引信是一次性使用产品,设计时应考虑引信从勤务处理到使用全过程中,操作人员、使用兵种、使用场合和使用环境条件等因素对引信安装、检测及装定等操作的影响,应尽量使引信的操作程序简单、方法简便,应尽量使其维护保养、检查、更换方便。

对于导弹引信,为实现快速、准确的检测,应采用自动检验设备。

为实现装定的可靠性、快速性和准确性,应采用自动装定和遥控装定方式。

1.1.5.4引战配合性

引战配合性:

是在规定的弹目交会条件下,引信起爆区与战斗部(弹丸)的最佳起爆区协调一致的性能。

引战配合性包括引信引爆(燃)战斗部(弹丸)的适时性、完全性及其结构上的协调性。

引信引爆(燃)战斗部(弹丸)的适时性是在各种可能的弹目交会条件下,引信起爆区与战斗部(弹丸)动态毁伤区协调一致的性能。

它与引信的类型、目标的结构特性和易损性、战斗部(弹丸)的类型以及弹目交会条件等有关,常用引战配合效率来度量。

引信引爆(燃)战斗部(弹丸)的适时性,对于不同的引信类型、不同的目标、不同的战斗部(弹丸)有不同的要求。

引信引爆(燃)战斗部(弹丸)的完全性是引信爆炸序列的输出能量充分引爆(燃)战斗部(弹丸)的主装药,使其完全爆炸(燃烧)的性能。

引信引爆(燃)战斗部(弹丸)结构上的协调性是引信与战斗部(弹丸)及其他部件之间相互结合的协调性,主要包括外形及尺寸的连接要求、质量及质心的要求、机电性能的协调以及材料的相容性等。

1.1.5.5环境适应性

引信环境是引信所经受的各种外界环境条件。

通常包括生产、勤务处理和使用过程中所经受的各种环境条件。

在进行环境适应性设计中,应充分考虑各种环境条件的特性及对引信所采用材料和元器件的影响,尤其应对引信在服役期间所经受的各种环境条件的综合影响给予足够的重视。

在引信设计中,应采用各种模拟引信环境条件的实验室试验、外场试验、仿真试验、遥测试验和作战使用试验等,来考核引信对所经受环境的适应能力。

1.1.5.6杭干扰性

引信抗干扰性是引信在有干扰的条件下,能保持正常作用的能力。

通常用有干扰与无干扰条件下毁伤概率之比或能破坏引信正常作用的干扰功率来表征。

根据引信类型的不同和引信战术技术指标及干扰条件的差异,选择相应的引信抗干扰性评定准则。

1.1.5.7标准化

在引信设计过程中,应依照统一、简化、协调和选优的标准化原理进行标准化设计。

引信标准化的主要形式有:

通用化、系列化和组合化(模块化)。

引信通用化是在互换性的基础上,尽可能扩大同一引信(包括零件、部件、组件等)的使用范围。

引信系列化是同一品种或同一型式的引信产品的规格按最佳数列科学排列,以最少的品种满足最广泛的需要。

引信系列化的基本原理是确定范围、合理分档、同类归并、统一设计。

引信系列化包括制定引信结构尺寸系列、性能参数系列等标准、编制引信系列型谱和进行引信系列设计。

应从引信系列中选出最先进、最合理和最有代表性的引信为基型引信,在此基础上派生出各种衍生引信,逐步形成引信系列。

引信组合化(模块化)是将一系列通用化较强的零件、部件、组件,按需要组合成不同用途和不同功能的引信。

它是引信标准化的高级形式,也是通用化发展的必然结果。

1.1.5.8经济性

引信经济性是在引信研制过程中应用价值分析方法,以最少耗费提供引信必要的功能,从而获得最优价值系数的性能。

引信价值分析中的核心是功能分析。

引信经济性的基本指标是引信的成本。

引信的成本是一个综合因素,包括研制费用、制造费用、维护费用和使用费用等,而这些费用之间又有密切的关系,在引信设计过程中应统筹考虑。

例如,提高引信的可靠性就会增加研制费用,但因可靠性提高可降低全寿命周期费用并可少用弹药,故能降低总的费用;用较多的时间对引信进行优化设计,会增加成本,但选定了最佳设计方案,又能降低成本。

在引信设计中,应使引信结构具有良好的工艺性能。

通常采用优化设计方案,采用标准的零部件、元器件、材料、简易电路,以及先进工艺手段等来降低引信的总成本,以提高其经济性。

1.1.5.9长期储存稳定性

弹药在战时消耗量极大,因此在平时必须要有足够的储备。

一般要求引信储存10年~15年后各项性能仍应合乎要求。

在长期储存中,气象条件影响很大,特别是潮湿的影响尤为严重,一般要求能经受住-50℃~+71℃的温度和100%的相对湿度。

设计师应充分考虑到引信储存中可能遇到的不利条件。

引信各个零件都要防腐处理,要采取严格的密封措施,不仅对引信本身要求有严格的密封性,而且对引信包装筒,甚至包装箱都应严格密封。

1.1.6引信的命名

新定型引信的命名按GJBz20496-98《引信命名细则》进行。

对在GJBzZO496-98标准实施以前已定型和命名的引信一般继续使用原名。

GJBz20496规定引信命名采用大写汉语拼音字母(单音)、阿拉伯数字和汉字表示。

1.1.6.1汉字命名的组成

引信命名一般由引信型号和引信名称组成,如DRX10型压发引信。

其标记示例如下:

如果需要,可以在引信型号和引信名称之间加引信配用的武器类型。

示例如下:

1.1.6.1.1引信型号

1)引信型号构成形式

陆军弹药引信型号有三位大写汉语拼音字母和两位阿拉伯数字组成。

海军、空军弹药引信型号由三位大写汉语拼音字母和两位阿拉伯数字及在首位大写汉语拼音字母前加“H/”、“K/”组成。

2)引信型号格式

陆军弹药引信型号格式见表1-1、海军弹药引信型号格式见表1-2、空军弹药引信型号格式见表1-3。

表1-1陆军弹药引信代号格式表

第一位字母表示弹药类

第二位字母表示引信

第三位字母表示引信类别

二位数字表示序号

末位字母表示改进型

D

R

A

00~99

A、B、C…

B

C

……

表l-2海军弹药引信代号格式表

专用字母表示海军专用装备类

第一位字母表示弹药类

第二位字母表示引信

第三位字母表示引信类别

二位数字表示序号

末位字母表示改进型

H/

D

R

D

00~99

A、B、C…

F

J

L

……

表1-3空军弹药引信代号格式表

专用字母表示空军专用装备类

第一位字母表示弹航空药类

第二位字母表示引信

第三位字母表示引信类别

二位数字表示序号

末位字母表示改进型

K/

Y

R

H

00~99

A、B、C…

P

Z

3)引信型号格式中第三位字母含义

陆军弹药引信型号格式中第三位字母含义见表1-4,海军弹药引信型号格式中第三位字母含义见表1-5,空军弹药引信型号格式中第三位字母含义见表1-6。

表1-4陆军弹药引信代号格式中第三位字母含义表

第三位字母(类别)

含义

A(箭)

火箭杀伤弹、火箭杀爆弹、火箭爆破弹机械触发引信

B(破)

破甲弹机械触发引信

C(碎)

碎甲弹机械触发引信

D(电)

压电、机电触发引信

F(复合)

复合引信

G(光)

光引信

H(滑榴)

滑膛炮榴弹机械触发引信

J(甲)

穿甲、侵彻爆破弹机械触发引信

K(轻武器)

轻武器弹药引信

IJ(榴)

高炮、坦克炮各种榴弹机械触发引信

M(子)

加榴炮、火箭炮、迫击炮子母弹的子弹、子雷引信

N(声)

声引信

P(迫)

迫击炮各种榴弹机械触发引信

Q(压力)

水压、气压引信

R(电容)

电容引信

S(时)

时间引信

T(多选择)

多选择(多用途)引信

U(无榴)

无坐力炮各种榴弹机械触发引信

V(磁)

磁引信

W(无)

无线电引信

X(工程兵)

工程兵弹药引信

Y(特)

特种弹机械触发引信

Z(指令)

指令引信

表1-5海军弹药引信代号格式中第三位字母含义表

第三位字母(类别)

含义

D(电)

压电、机电触发引信

F(复合)

复合引信

J(甲)

半穿甲弹机械触发引信

L(榴)

舰、岸炮和火箭炮榴弹机械触发引信

M(子)

舰、岸炮和火箭炮子母弹的子弹、子雷引信

R(电容)

电容引信

S(时)

时间引信

T(多选择)

多选择(多用途)引信

W(无)

无线电引信

Y(特)

特种弹机械触发引信

Z(制导)

末制导炮弹引信

表1-6空军弹药引信代号格式

第三位字母(类别)

含义

H(火)

航空火箭弹引信

P(炮)

航空炮弹引信

Z(炸)

航空炸弹引信

4)引信型号格式中两位阿拉伯数字的含义

弹药引信型号格式中两位阿拉伯数字是按命名先后顺序表示引信命名的序号,海军弹药引信型号格式中两位阿拉伯数字的含义见表1-7,工程兵弹药引信型号格式中两位阿拉伯数字的含义见表1-8,轻武器弹药引信型号格式中两位阿拉伯数字的含义见表1-9,特种弹药引信型号格式中两位阿拉伯数字的含义见表1-10。

表1-7海军弹药引信代号格式中两位阿拉伯数字的含义表

两位阿拉伯数字表示序号

含义

01~05

23mm口径火炮配用的引信

06~10

25mm口径火炮配用的引信

11~15

30mm口径火炮配用的引信

16~25

37mm口径火炮配用的引信

26~30

76mm口径火炮配用的引信

31~40

100mm口径火炮配用的引信

41~50

130mm口径火炮配用的引信

61~70

100mm口径以下火箭弹配

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