高轉(zhuǎn)速時(shí)延期組合點(diǎn)火管的燃燒規(guī)律

袁玉紅，李華俊，趙彩蓮，胡松濤，譚玉明

（國(guó)營(yíng)九三七四廠，安徽 合肥，231135）

延期組合點(diǎn)火管具有柔性好、延時(shí)精度高、延時(shí)可調(diào)及作用可靠等特點(diǎn)，在軍民品延時(shí)裝置中被廣泛使用，是裝置中實(shí)現(xiàn)延期功能的核心部件。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于延期組合點(diǎn)火管的研究及應(yīng)用已取得了一些成果。但是關(guān)于高轉(zhuǎn)速時(shí)延期組合點(diǎn)火管燃燒規(guī)律的研究未見(jiàn)報(bào)道。

為了研究在30 000r/min轉(zhuǎn)速時(shí)延期組合點(diǎn)火管能否可靠燃燒，以及其燃速及延期時(shí)間的變化規(guī)律，筆者開(kāi)展了相關(guān)研究。

1 試驗(yàn)方案

本研究通過(guò)兩種試驗(yàn)方案，分析研究30 000 r/min轉(zhuǎn)速時(shí)延期組合點(diǎn)火管的燃燒規(guī)律。

方案1：固化延期組合點(diǎn)火管的結(jié)構(gòu)尺寸，在30 000r/min轉(zhuǎn)速條件下，通過(guò)調(diào)整延期組合點(diǎn)火管的燃速，測(cè)量延期組合點(diǎn)火管斷燒的臨界燃速；

方案2：比較延期組合點(diǎn)火管靜態(tài)及30 000r/min轉(zhuǎn)速時(shí)動(dòng)態(tài)燃速的變化情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 30 000r/min轉(zhuǎn)速時(shí)的臨界燃速試驗(yàn)

延期組合點(diǎn)火管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由輸入管、延期索及輸出管等組成。燃速主要由延期索內(nèi)的延期藥決定，延期藥的燃速則由延期藥配方中還原劑/氧化劑比例決定，在零氧平衡附近，燃速隨還原劑含量的增高而提高。對(duì)于固化結(jié)構(gòu)尺寸的延期組合點(diǎn)火管，在正常輸入能量的條件下，其燃燒變化規(guī)律可通過(guò)燃速及延期時(shí)間來(lái)表征。本方案通過(guò)研究靜態(tài)及30 000r/min轉(zhuǎn)速時(shí)延期組合點(diǎn)火管的燃燒速度及延期時(shí)間變化，來(lái)尋找延期組合點(diǎn)火管在此條件下的燃燒規(guī)律。

圖1 延期組合點(diǎn)火管結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Schematic of delay combination ignition tube

將按表1的還原劑比例配制的延期藥填裝延期索，再裝配成延期組合點(diǎn)火管，在L=130mm、D=Ф 3.4mm、室溫25℃、相對(duì)濕度55%、轉(zhuǎn)速為30 000r/min的模擬引信體中進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同含量還原劑的延期藥對(duì)30 000r/min轉(zhuǎn)速時(shí)延期組合點(diǎn)火管燃速的影響Tab.1 Influence of delay composition with different content of reductant on burning rate of delay combination ignition tube under 30 000r/min

從表1可以看出，隨著還原劑含量的降低，延期索的燃速明顯下降，而當(dāng)還原劑含量降至30%時(shí)，出現(xiàn)斷燒現(xiàn)象。因此，可以確定還原劑含量32%、延期索的燃速3.10mm/s為30 000r/min轉(zhuǎn)速時(shí)延期組合點(diǎn)火管斷燒的臨界值。用同樣方法，在相同試驗(yàn)條件下對(duì)將延期藥中惰性填料由硅藻土改為氟化鈣裝配的延期組合點(diǎn)火管進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為：在30 000 r/min轉(zhuǎn)速時(shí)，延期組合點(diǎn)火管的斷燒臨界值為還原劑含量34%、燃速3.3mm/s；試驗(yàn)中觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)還原劑含量40%及以上時(shí)，在30 000r/min轉(zhuǎn)速下，延期索燃燒劇烈，當(dāng)還原劑含量46%時(shí)，燃速為5.71mm/s，遠(yuǎn)高于延期組合點(diǎn)火管在此旋轉(zhuǎn)條件下斷燒的臨界速度3.10mm/s。因此，對(duì)于30 000r/min轉(zhuǎn)速下的延期組合點(diǎn)火管來(lái)說(shuō)，在一定范圍內(nèi)，提高延期索中延期藥的還原劑含量、提高燃速是提高延期組合點(diǎn)火管燃燒可靠性、避免出現(xiàn)斷燒現(xiàn)象的有效途徑之一。

2.2 靜態(tài)及30 000r/min轉(zhuǎn)速下的燃速測(cè)試

在其他條件相同時(shí)，測(cè)量延期組合點(diǎn)火管在30 000r/min轉(zhuǎn)速及靜態(tài)時(shí)的延期時(shí)間，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 靜態(tài)及30 000r/min轉(zhuǎn)速時(shí)延期組合點(diǎn)火管的延期時(shí)間Tab.2 The delay time of delay combination ignition tube under static and 30 000r/min state

從表2可以看出：

（1）延期組合點(diǎn)火管在30 000 r/min轉(zhuǎn)速時(shí)的燃速是靜態(tài)燃速的1.25～1.35倍，其延期時(shí)間衰減，衰減度約25%；

（2）通過(guò)觀察30 000r/min轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后的延期組合點(diǎn)火管殘骸，可以看出動(dòng)態(tài)作用后的殘骸外觀無(wú)損傷但卻嚴(yán)重變形，延期組合點(diǎn)火管中延期索由原先的圓柱形變成不規(guī)則的扁狀體。通過(guò)推理分析可知，在模擬引信體內(nèi)，當(dāng)延期組合點(diǎn)火管在30 000r/min條件下燃燒時(shí)，由于離心力的作用，延期索內(nèi)的延期藥出現(xiàn)輕微松動(dòng)現(xiàn)象，并朝著離心力的方向朝管壁外側(cè)發(fā)生移動(dòng)，從而延期索外形結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，而在延期藥發(fā)生移動(dòng)的同時(shí)（此時(shí)索內(nèi)延期藥局部區(qū)域密度變小），延期索的燃燒也在進(jìn)行，此時(shí)延期索的燃速必然較快，從而出現(xiàn)燃速加快、延期時(shí)間衰減的現(xiàn)象；

（3）延期組合點(diǎn)火管在30 000r/min轉(zhuǎn)速條件下燃燒時(shí)，由于離心力的作用，延期索外形發(fā)生變形，由原先的圓柱形變成不規(guī)則的扁狀體，索內(nèi)延期藥密度提高，不利于燃燒的進(jìn)行，故隨著燃燒的進(jìn)行，燃燒越是艱難，當(dāng)延期藥中還原劑降低到一定含量時(shí)，索內(nèi)延期藥燃燒產(chǎn)生的能量不足以維持藥劑的正常燃燒，因此出現(xiàn)斷燒現(xiàn)象。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

選用表1中序號(hào)1的延期組合點(diǎn)火管所用延期藥，固定延期組合點(diǎn)火管長(zhǎng)度、輸入及輸出條件，改變索內(nèi)延期藥壓藥壓力及延期索直徑進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，驗(yàn)證上述對(duì)30 000r/min轉(zhuǎn)速時(shí)延期組合點(diǎn)火管斷燒原因分析的正確性，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 裝藥壓力及直徑對(duì)延期組合點(diǎn)火管燃速的影響Tab.3 Influence of charge pressure and diameter of tube on the burning rate of delay combination ignition tube

從表3可以看出：延期組合點(diǎn)火管平均燃速隨著索內(nèi)延期藥壓藥壓力的增大及直徑的減小而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；當(dāng)索內(nèi)壓藥壓力足夠大及直徑足夠小時(shí)延期組合點(diǎn)火管出現(xiàn)斷燒現(xiàn)象。

試驗(yàn)結(jié)果較好地驗(yàn)證了延期組合點(diǎn)火管在30 000r/min轉(zhuǎn)速條件下出現(xiàn)斷燒現(xiàn)象的原因分析：即由于離心力的作用，延期索及索內(nèi)延期藥發(fā)生變形，延期藥密度大幅度提高且藥芯直徑減小不利于燃燒的進(jìn)行，而出現(xiàn)斷燒現(xiàn)象。

4 結(jié)論

（1）獲得了30 000r/min高轉(zhuǎn)速條件下延期組合點(diǎn)火管斷燒的臨界速度，提出了通過(guò)提高延期索燃速的方式來(lái)避免斷燒現(xiàn)象發(fā)生的有效措施，從而提高延期組合點(diǎn)火管燃燒的可靠性。

（2）延期組合點(diǎn)火管在30 000r/min高轉(zhuǎn)速條件下較靜態(tài)條件下燃燒時(shí)容易出現(xiàn)斷燒現(xiàn)象，且伴隨著延期時(shí)間的衰減現(xiàn)象，衰減度約25%。

（3）高轉(zhuǎn)速條件下延期組合點(diǎn)火管出現(xiàn)斷燒的原因?yàn)椋河捎陔x心力的作用，延期索及索內(nèi)延期藥發(fā)生變形，延期藥密度大幅度提高且藥芯直徑減小，不利于燃燒的進(jìn)行，故出現(xiàn)斷燒現(xiàn)象。

[1]王凱民,張學(xué)舜.火工品工程設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2010.

[2]張靜偉,汪佩蘭.藥劑對(duì)金屬膜式鈍感電點(diǎn)火管發(fā)火時(shí)間的影響[J].火工品,2002(4):1-4.

[3]楊福東,陳傳明.組合點(diǎn)火管中2號(hào)管作用可靠性的提高[J].火工品,2002(3):39-40.