一種用于民防演練的炸點(diǎn)顯示爆炸裝置設(shè)計(jì)

謝俊磊，張懷智，曹宏安，郭勝強(qiáng)

（武漢軍械士官學(xué)校，湖北 武漢，430075）

民防指的是政府動員和組織群眾，采取防空襲、抗災(zāi)救災(zāi)措施、實(shí)施救援行動，以防范和減輕災(zāi)害危害的活動，是國家整體防御的重要組成部分。近年來很多城市加強(qiáng)了民防工作，定期開展民防演練，模擬戰(zhàn)時(shí)場景，使演練人員進(jìn)入戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)，熟悉各類應(yīng)急處理和整個(gè)應(yīng)急行動的程序，明確自身的職責(zé)，提高協(xié)同作戰(zhàn)的能力[1]。在民防演練過程中，炸點(diǎn)顯示是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。一般情況下，大規(guī)模軍事演習(xí)炸點(diǎn)顯示的爆炸裝置主要使用雷管和猛炸藥，雖然炸點(diǎn)顯示效果較好，但對場地、組織實(shí)施、爆炸裝置運(yùn)輸儲存等都提出了很高的要求，潛在的風(fēng)險(xiǎn)非常大。因此，有必要設(shè)計(jì)出一種既安全可靠，又在聲光色方面接近實(shí)戰(zhàn)的炸點(diǎn)顯示裝置。

1 設(shè)計(jì)思路與總體要求

由于炸點(diǎn)顯示爆炸裝置主要用于民防演練，其安全性必須放在第一位，總體設(shè)計(jì)思路是高安全性、高可靠性、高逼真性，并在此基礎(chǔ)上控制成本，簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[2-3]。設(shè)計(jì)的炸點(diǎn)顯示爆炸裝置主要由裝藥殼體、主裝藥、高能點(diǎn)火藥組成。裝藥殼體通過一定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使爆炸裝置具有可現(xiàn)場裝藥、重復(fù)使用的特點(diǎn)，滿足爆炸裝置點(diǎn)火元件和能量元件在作業(yè)準(zhǔn)備期間處于分離狀態(tài)，在作業(yè)現(xiàn)場可快速組裝，保證在整個(gè)演練過程安全可靠。主裝藥主要采用感度較低、比容大、安全性好的火藥，在整個(gè)反應(yīng)過程中以爆燃的形式產(chǎn)生爆炸效果，既可保證安全又可增強(qiáng)視聽效果。高能點(diǎn)火藥既要有較強(qiáng)的點(diǎn)火能力，能在瞬間點(diǎn)燃主裝藥，又要有較強(qiáng)的火焰感度以保證電點(diǎn)火頭點(diǎn)火的可靠性，另外還要有較低的機(jī)械感度，以保證制作和操作過程的安全性。

主要技術(shù)要求：（1）安全性設(shè)計(jì)應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；（2）勤務(wù)處理安全和使用安全；（3）現(xiàn)場裝藥設(shè)計(jì)，裝藥快捷、方便。（4）爆炸裝置可滿足重復(fù)使用；（5）炸點(diǎn)顯示聲、光、色效果逼真。

2 爆炸裝置設(shè)計(jì)

2.1 爆炸裝置結(jié)構(gòu)

爆炸裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 爆炸裝置結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of explosive device

從圖1中可以看出炸點(diǎn)顯示爆炸裝置主要由裝藥殼體、主裝藥、高能點(diǎn)火藥組成。殼體內(nèi)裝有主裝藥、點(diǎn)火藥，紙板和填充物主要起密封、固定作用。

2.2 殼體設(shè)計(jì)

爆炸裝置殼體設(shè)計(jì)是整個(gè)爆炸裝置設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，爆炸裝置殼體的設(shè)計(jì)主要遵循安全可靠、方便實(shí)用的原則。殼體結(jié)構(gòu)主要由上壓盤、下壓盤、筒體及紙板組成，紙板位于上、下壓盤中間。筒體采用10mm厚無縫鋼管加工而成，殼體抗壓能力可達(dá)480MPa，可以承受主裝藥爆燃瞬間產(chǎn)生的高溫高壓火藥燃?xì)鈮毫?，保證爆炸裝置的安全性，并可重復(fù)利用。筒體內(nèi)徑50mm，深度為80mm，可裝藥量為150g，保證了爆炸裝置爆炸后的炸點(diǎn)顯示效果。筒體口部采用上下疊加壓盤，下壓盤與筒體焊接在一起。炸點(diǎn)顯示作業(yè)時(shí)，上下壓盤用 4個(gè)螺栓螺結(jié)，上下壓盤中間壓裝5mm厚硬紙板，用于密封固定筒體內(nèi)所裝填的主裝藥、點(diǎn)火藥，具有安裝、拆卸方便的特點(diǎn)。當(dāng)主裝藥爆燃時(shí)，產(chǎn)生的高溫高壓氣體從較為薄弱的上下壓盤間紙板處泄壓，產(chǎn)生猛烈的爆炸效果。

2.3 主裝藥的選擇

主裝藥是整個(gè)爆炸裝置的能量來源，是爆炸裝置的重要組成部分，在主裝藥的選擇上既要考慮裝藥的能量要大，保證裝置爆炸時(shí)聲、光、色效果，又要考慮安全因素，保證裝藥環(huán)節(jié)及起爆環(huán)節(jié)的安全性、可靠性。

在主裝藥的選擇上，主要對高氯酸鹽系列藥劑、報(bào)廢3/1單基藥、報(bào)廢雙芳-3 16/1雙基藥、報(bào)廢雙鉛-2推進(jìn)劑進(jìn)行了裝藥實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，報(bào)廢單基藥 3/1與其它實(shí)驗(yàn)藥品相比具有較高的能量性質(zhì)，爆熱、爆溫都高于其它火藥樣品，且單基藥 3/1與雙芳-3、雙鉛-2相比，顆粒較小，裝藥更為密實(shí)，作為爆炸裝置主裝藥將具有更高的能量密度。單基藥 3/1在軍事上主要用作小口徑彈藥的藥筒裝藥，具有較高的能量性質(zhì)、較低的感度，使用安全性好。選用報(bào)廢單基藥 3/1作為爆炸裝置主發(fā)裝藥既可以保證爆炸裝置的能量性、裝藥安全性，又可以重新利用報(bào)廢發(fā)射藥，降低炸點(diǎn)顯示裝置成本，所以報(bào)廢單基藥3/1是爆炸裝置主裝藥較好的選擇。為了進(jìn)一步提高本爆炸裝置主裝藥的裝藥安全性，最終采用報(bào)廢單基藥 3/1與5%水混合作為主裝藥，經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明5%水的加入可以降低藥粒間摩擦，消除靜電，保證裝藥安全，且不影響主裝藥的點(diǎn)火性能及爆炸裝置的炸點(diǎn)顯示效果。

2.4 高能點(diǎn)火藥的研制

高能點(diǎn)火藥的作用是可靠點(diǎn)燃主裝藥，其既要有較高的火焰感度，在電點(diǎn)火頭較小能量作用下能夠可靠點(diǎn)燃，又要有較低的機(jī)械感度，保證制備和運(yùn)輸過程的安全性，還需具備較高的點(diǎn)火能量，保證對爆炸裝置主裝藥的可靠點(diǎn)燃[4]。黑火藥作為一種常規(guī)點(diǎn)火藥，由于其發(fā)火點(diǎn)低、感度適中、燃燒速度快等特點(diǎn)，在軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但由于黑火藥點(diǎn)火能力一般，吸水后作用可靠性降低，點(diǎn)火能力進(jìn)一步下降，且黑火藥機(jī)械感度大，會增加炸點(diǎn)顯示裝置裝藥過程的危險(xiǎn)性，所以黑火藥不適合作為該炸點(diǎn)顯示裝置點(diǎn)火藥。

由于本炸點(diǎn)顯示裝置主裝藥有水的存在，且爆炸裝置主要用于民防演練，安全性要求較高，這就對點(diǎn)火藥的性能提出了更高要求，既要有較高的點(diǎn)火能力又要有較低的感度，兼顧作用可靠性和安全性。

針對本爆炸裝置主裝藥特點(diǎn)，對高能點(diǎn)火藥進(jìn)行了研制，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，制備的點(diǎn)火藥具有較強(qiáng)的點(diǎn)火能力，可以可靠點(diǎn)燃主裝藥，且機(jī)械感度低，使用安全性好。點(diǎn)火藥配方及性能如表2～3所示。

表2 點(diǎn)火藥配方Tab.2 Ignition powder formula

表3 點(diǎn)火藥性能Tab.3 Ignition powder performance

表2中配方1為傳統(tǒng)黑火藥配方，配方2、配方3為研制配方。配方2在配方1的基礎(chǔ)上加入Mg-Al合金粉，其爆熱有很大程度的提高，比容較小，固體殘?jiān)蕿?3.2%，其點(diǎn)火能力比配方1有很大提高。這主要是因?yàn)镸g-Al合金粉為高能燃燒劑，它們的存在對點(diǎn)火藥燃燒溫度影響較大。由于鎂、鋁的耗氧量小，反應(yīng)中單位質(zhì)量所產(chǎn)生的熱效應(yīng)高，再加上鋁氧化產(chǎn)物可與氧化氮等氣體發(fā)生二次放熱反應(yīng)，使反應(yīng)體系中放出的熱量大大增加，從而提高點(diǎn)火藥的燃燒溫度。另外，反應(yīng)過程中生成了一定量的高溫凝聚相產(chǎn)物，這也是影響其點(diǎn)火距離和點(diǎn)火效率的重要因素。在點(diǎn)火過程中，該點(diǎn)火藥生成大量的MgO、Al2O3以及熔融態(tài)K2O等灼熱熔渣，通過燃燒過程中產(chǎn)生的N2、CO2、SO2等氣體產(chǎn)物，拋撒在需要被點(diǎn)燃的物體表面，起到熱傳導(dǎo)和熱輻射作用，從而大大增強(qiáng)了點(diǎn)火能力[5]。

配方 3是在配方 2的基礎(chǔ)上加入硝化棉（C4H8N8O8）制得的，硝化棉除起到粘結(jié)劑作用外，還是重要的能量成分。從結(jié)果可以看出，配方3火藥的爆熱和比容與配方2相比有了進(jìn)一步的提升。配方3中的硝化棉成分在燃燒過程中放出大量熱量，還生成大量的氣體產(chǎn)物。雖然殘?jiān)视形⒘康臏p少，但并不影響其點(diǎn)火能力的增強(qiáng)，主要是因?yàn)槠浔瑹岷捅热菰龃?，可以進(jìn)一步提升殘?jiān)臏囟群瓦M(jìn)一步推動高能燃燒產(chǎn)物向前運(yùn)動，所以配方3的點(diǎn)火能力與配方2相比有了進(jìn)一步增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)證明，配方3可以可靠點(diǎn)燃主裝藥，因而最終選擇配方3為炸點(diǎn)顯示裝置高能點(diǎn)火藥。

2.5 工作原理及使用方法

本爆炸裝置的工作原理為：電點(diǎn)火頭在起爆器點(diǎn)火能量作用下作用，點(diǎn)燃高能點(diǎn)火藥，高能點(diǎn)火藥燃燒產(chǎn)生大量高溫氣體及高溫殘?jiān)?，高溫殘?jiān)诟邷貧怏w推動下，瞬間均勻分散在主裝藥藥粒周圍；主裝藥在高溫殘?jiān)饔孟卤稽c(diǎn)燃，并瞬間釋放出大量高溫高壓氣體；氣體在爆炸裝置筒體內(nèi)急劇膨脹，壓強(qiáng)可達(dá)176MPa，由于筒體為10mm厚鋼管制成，承壓能力較強(qiáng)，而上層紙板承壓能力弱，高溫高壓氣體瞬間壓破紙板，從爆炸裝置口部急劇釋放，發(fā)出巨大的爆炸聲和火光，并產(chǎn)生煙塵彌漫的效果，從而模擬 TNT炸藥爆炸的炸點(diǎn)顯示功能。由于主裝藥通過爆燃來模擬炸藥爆炸效果，產(chǎn)生高溫高壓氣體從爆炸裝置口部釋放，無硬質(zhì)破片產(chǎn)生，所以爆炸裝置可以重復(fù)利用，且安全可靠。

本爆炸裝置使用方法為：進(jìn)行演練前將制備好的點(diǎn)火藥和電點(diǎn)火頭制作成點(diǎn)火藥柱；將報(bào)廢3/1單基藥與 5%水混合制備主裝藥，并裝于木箱攜帶；到達(dá)炸點(diǎn)位置時(shí)，將主裝藥裝入爆炸裝置筒體內(nèi)，點(diǎn)火藥柱置于主裝藥中間，電點(diǎn)火頭導(dǎo)線伸向筒體外；將紙板置于爆炸裝置口部，安裝上壓盤，旋緊緊固螺釘，壓緊紙板；在平整地面挖直徑為12mm、深20cm柱形洞體，將制作好的爆炸裝置置于其中。將電點(diǎn)火頭腳線與起爆器線路連接，在合適時(shí)機(jī)進(jìn)行炸點(diǎn)顯示作業(yè)。

在爆炸裝置作業(yè)過程中需注意：點(diǎn)火藥柱制備及攜帶過程中電點(diǎn)火頭兩腳線要短接；攜帶過程中主裝藥最好裝于木箱中，禁止裝于塑料容器內(nèi)，以防止靜電引起火藥燃燒；炸點(diǎn)位置要選擇平整無石塊區(qū)域，作業(yè)時(shí)，爆炸裝置上面嚴(yán)禁撒落石塊。

3 應(yīng)用效果

本炸點(diǎn)顯示爆炸裝置在學(xué)校演練中得到多次應(yīng)用，模擬戰(zhàn)場爆炸環(huán)境，聲、光、色效果理想，達(dá)到了演練要求。

演練時(shí)可采用3種模式模擬戰(zhàn)場爆炸效果：（1）多個(gè)爆炸裝置隨機(jī)布點(diǎn)，間隔3～5s逐次起爆，可模擬小口徑炮彈落入陣地爆炸效果；（2）5發(fā)爆炸裝置環(huán)形布點(diǎn)，同步起爆，可模擬大口徑炮彈落入陣地爆炸效果；（3）多個(gè)爆炸裝置線形布點(diǎn)，間隔0.5～1.0s按順序逐次起爆，可模擬敵機(jī)空中投彈效果。演練時(shí)可以采用時(shí)間可控點(diǎn)火器配合爆炸裝置使用。

演練效果表明，本文所設(shè)計(jì)的炸點(diǎn)顯示裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全性高，單個(gè)炸點(diǎn)顯示裝置及多組配合使用可模擬不同戰(zhàn)場爆炸環(huán)境，效果逼真，可有效增強(qiáng)演練場實(shí)戰(zhàn)氛圍。

4 結(jié)束語

本文所設(shè)計(jì)的爆炸裝置適用于民防及軍事院校進(jìn)行的軍事演練炸點(diǎn)顯示作業(yè)，可以模擬爆炸效果，增強(qiáng)戰(zhàn)場氛圍。本爆炸裝置可以進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)分組作業(yè)，在時(shí)間和空間分布上使模擬戰(zhàn)場氛圍更加逼真，在使用時(shí)還可以根據(jù)需要在主裝藥中加入爆鳴劑以增加爆炸裝置的聲音效果，還可在爆炸裝置紙板上方設(shè)置煙塵包，以增加爆炸裝置爆炸時(shí)的揚(yáng)塵效果。

[1]劉翼,溫建平.民防演練中炸點(diǎn)顯示的爆破優(yōu)化[J].火工品,2008(5):54-56.

[2]GJB 373A-97 引信安全性設(shè)計(jì)原則[S].國防科學(xué)工業(yè)技術(shù)委員會,1997.

[3]GJB 3794-98 手工布設(shè)武器安全性設(shè)計(jì)原則[S].國防科學(xué)工業(yè)技術(shù)委員會,1998.

[4]田春雷,高俊國,杜仕國，韓其文.一種新型高能點(diǎn)火藥的配方設(shè)計(jì)及性能[J].火炸藥學(xué)報(bào), 2006, 29(1)：41-43.

[5]王寅,史春紅,王麗霞，于國強(qiáng),雷鈺.TiHO/KClO4高能點(diǎn)火藥研究[J].火工品, 2011(6)：34-36.