沖擊片雷管多點陣列能量利用優(yōu)化設計

曹海洋，褚恩義，秦國圣，周 密，曾澤剛，楊龍海

（陜西應用物理化學研究所 應用物理化學國家級重點實驗室，陜西 西安，710061）

火工品是武器系統(tǒng)的首發(fā)元件，因此火工品技術(shù)是爆炸能量釋放控制關(guān)鍵技術(shù)，是先進毀傷技術(shù)的重要支撐?；鸸て返陌踩?、可靠性及其效能直接關(guān)系到武器裝備的安全性、可靠性和效能的發(fā)揮，在武器裝備中的作用無法替代，鑒于其特殊地位，火工品被賦予了更高的要求[1]。

現(xiàn)代武器的主要方向之一為高能毀傷，作為能源供給的部分在整個武器系統(tǒng)中的比重受到壓縮，此種情況下，導彈儲備的能量受到限制，供應給引信中雷管陣列的能量同樣受到限制。為了減少充電能量的浪費和保證雷管陣列的可靠起爆，測試固定橋區(qū)、固定連接方式的雷管陣列的能量利用率十分必要[2]。

為考察橋箔串并聯(lián)等連接方式對橋箔電爆炸性能的影響，前人對兩點串聯(lián)、兩點并聯(lián)、三點串聯(lián)橋箔、三點并聯(lián)橋箔、兩點串聯(lián)后兩兩并聯(lián)四點橋箔進行了橋箔電爆炸性能對比試驗，由對比試驗得出，串并聯(lián)方式的組合兼顧了串聯(lián)起爆的一致性和并聯(lián)起爆充分利用脈沖功率源能量的優(yōu)勢，對于提高多點起爆的同步性及提高橋箔爆炸的能量利用率均有助益[3]。

本文是在沖擊片雷管多點陣列優(yōu)化組合方式的基礎上，進一步研究如何充分利用脈沖功率源儲存的能量，提高沖擊片雷管起爆的能量利用率，保證沖擊片雷管陣列作用可靠性。通過對兩種串并聯(lián)方式的橋箔在不同的起爆電壓下進行電爆炸性能試驗，得出爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流的時間曲線，利用軟件積分處理進行能量利用率的計算，以得到優(yōu)化的起爆電壓。

1 能量利用率的計算

本文主要研究了三點串聯(lián)及兩串、兩兩并聯(lián)四點兩種連接方式的能量利用率，通過測試收集了各個支路的爆發(fā)電流和爆發(fā)電壓隨時間的變化數(shù)據(jù)，利用Origin數(shù)值處理軟件繪出爆發(fā)電壓、爆發(fā)電流的時間曲線，以時間為x軸，爆發(fā)電流、爆發(fā)電壓為y軸，典型圖像如圖1所示。

圖1 爆發(fā)電壓、爆發(fā)電流時間曲線Fig.1 The graph of exploding voltage and exploding current

對整個過程的爆發(fā)電壓、爆發(fā)電流進行整合積分計算，所得出的陰影區(qū)面積為整個過程電容器在各個支路所放出的能量，典型圖像如圖2所示。

圖2 爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流積分曲線Fig.2 The integral graph of exploding voltage and exploding current

將各個支路電容器所放能量相加，所得結(jié)果即為整個爆發(fā)過程中電容器對多點陣列爆炸箔爆炸所釋放的能量。圖1中在爆發(fā)時刻t1時爆發(fā)電壓達到峰值電壓，爆炸箔爆炸，此時所消耗的能量為橋箔起爆所需能量，后續(xù)的電容器能量釋放沒有用于橋箔的起爆中。將峰值爆發(fā)電壓之前的爆發(fā)電壓、爆發(fā)電流曲線進行積分，所得結(jié)果即為橋箔起爆所利用的能量，將各個支路所得結(jié)果相加得出橋箔爆炸所利用的總能量。將橋箔爆炸所利用的總能量除以電容器對多點陣列爆炸釋放的總電能，所得結(jié)果即為多點陣列的能量利用率。

2 試驗及結(jié)果

在三點串聯(lián)的情況下測試了支路的爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流，以此繪畫圖像，并按照圖像進行計算。對爆發(fā)點之前的爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流進行積分得出爆炸所用的能量值，再將整個過程的爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流進行積分求值，以得出整個過程電容器所放出能量。將兩者相除得出能量利用率。所得結(jié)果見表1。

表1 三點串聯(lián)橋箔爆發(fā)能量利用率Tab.1 The use ratio of energy about three bridges in series

通過表1的測試數(shù)據(jù)可以看出爆發(fā)能量利用率為一個曲線變化，隨著充電電壓的增大能量利用率提高，在2 800V時能量利用率達到峰值，然后隨著充電電壓的升高爆發(fā)能量利用率反而降低。說明在三點串聯(lián)的連接方式下存在能量利用率的最大值，在 2 800V的充電電壓下起爆時可靠性最高。

采用同樣的方法測試兩點串聯(lián)、兩兩并聯(lián)的四點陣列的能量利用率最大值，結(jié)果見表2。

表2 兩串兩并四點橋箔爆發(fā)能量利用率Tab.2 The use ratio of energy about four bridges with two in parallel and two in series

通過表2結(jié)果可以看出，兩點串聯(lián)、兩兩并聯(lián)的四點起爆陣列的能量利用率變化不大，絕大部分在20%～40%范圍內(nèi)，只在3 200V時有一個突躍，達到約50%，說明在3 200V時能量利用率最大，可靠性最高。

3 結(jié)論

通過測試多點起爆時的爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流值，以此計算不同連接方式的能量利用率，得出三點串聯(lián)在2 800V、兩串兩并四點在3 200V時起爆的能量利用率最高。確定了多點陣列的合理起爆電壓，對提高多點陣列的可靠性、減少能量浪費具有重要意義。

[1]智小琦,胡雙啟,王東青.鈍感彈藥的發(fā)展與分析[J].中北大學學報,2008,29(3):236-238．

[2]張軍,李濤,陳軍,等．爆炸箔電參數(shù)的測試方法[J]. 高能量密度物理,2007,6(2):51-54．

[3]秦國圣．沖擊片雷管起爆陣列及其控制技術(shù)[D]．西安：陜西應用物理化學研究所，2011．