某型電點(diǎn)火具安全電流試驗(yàn)發(fā)火研究

李便花，潘會(huì)平，肖友霖，孔俊峰，張忠心，武喜太

(1．山西北方晉東化工有限公司，山西 陽(yáng)泉045000；2．駐陽(yáng)泉地區(qū)軍代室，山西 陽(yáng)泉045000)

某型電點(diǎn)火具安全電流試驗(yàn)發(fā)火研究

李便花1，潘會(huì)平1，肖友霖2，孔俊峰2，張忠心1，武喜太1

(1．山西北方晉東化工有限公司，山西 陽(yáng)泉045000；2．駐陽(yáng)泉地區(qū)軍代室，山西 陽(yáng)泉045000)

電點(diǎn)火具作為一種特殊能源，具有能量質(zhì)量比高和輸入輸出能量可控的特點(diǎn)，在武器彈藥中的首發(fā)性和作用敏感性決定了它應(yīng)具有較高的可靠性及安全性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對(duì)火工品的安全性要求越來(lái)越嚴(yán)格。產(chǎn)品的試驗(yàn)方法與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)具有同樣的重要性，產(chǎn)品是否符合技術(shù)要求應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，試驗(yàn)方法及操作方法的合理性決定著產(chǎn)品的質(zhì)量狀態(tài)，也是檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量的最后一道關(guān)口。本文分別從理論設(shè)計(jì)與實(shí)際試驗(yàn)操作中分析了某型電點(diǎn)火具安全電流內(nèi)發(fā)火的原因，采取了針對(duì)性措施并通過(guò)了試驗(yàn)驗(yàn)證，規(guī)范了試驗(yàn)方法及操作方法，解決了安全電流內(nèi)發(fā)火問(wèn)題，消除了安全隱患。

安全電流；發(fā)火；電點(diǎn)火具

隨著世界新軍事技術(shù)的快速變革發(fā)展，我國(guó)近年來(lái)啟動(dòng)研發(fā)裝備一系列智能化和靈巧化彈藥。火工品是武器、彈藥及其他燃爆裝置的基本元器件，也是其“心臟”，用于點(diǎn)燃、起爆火炸藥或?qū)θ急b置完成啟動(dòng)和做功等程序，在常規(guī)武器彈藥、戰(zhàn)略導(dǎo)彈、核武器及航天航空等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。火工品既是做功的元件，也是燃爆裝置作用過(guò)程的控制器件，其安全性和可靠性將直接關(guān)系到武器和燃爆裝置作用的精確性，安全性及可靠性，如有任何偏離，都可能導(dǎo)致武器和燃爆裝置作用失效或重大事故；因此，隨著大量高新武器的發(fā)展，對(duì)火工品的安全性和可靠性的要求越來(lái)越高[1]。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

某型電點(diǎn)火具由殼體、點(diǎn)火頭和藥劑等零部件組成，如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖

2 電點(diǎn)火具安全電流

安全電流又稱安全流量或允許持續(xù)電流。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線或電纜時(shí)，阻抗的存在會(huì)造成電能的消耗，使導(dǎo)線或電纜發(fā)熱，溫度升高。通過(guò)導(dǎo)線或電纜的電流越大，導(dǎo)線或電纜的溫度越高。當(dāng)溫度上升至一定數(shù)值，可使導(dǎo)線或電纜的絕緣損壞，接外氧化加劇，從而引起漏電和斷線等，嚴(yán)重時(shí)可引起火災(zāi)等事故。

電點(diǎn)火具的安全電流是根據(jù)電點(diǎn)火具的最大不發(fā)火電流和要求的設(shè)計(jì)裕度，對(duì)其規(guī)定的5 min內(nèi)不發(fā)火的恒定直流電流。

安全電流的設(shè)計(jì)是為了保證產(chǎn)品發(fā)火回路在微電流及一些電磁環(huán)境形成雜散電流通過(guò)時(shí)，確保產(chǎn)品安全,不能發(fā)火。如果在安全電流內(nèi)發(fā)火，會(huì)使彈丸意外作用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成安全事故，對(duì)試驗(yàn)人員生命構(gòu)成威協(xié)，并嚴(yán)重?fù)p傷試驗(yàn)設(shè)備。

3 安全電流測(cè)試原理

測(cè)試原理圖如圖2所示，圖中，E是電源，R是可變電阻，D是電點(diǎn)火具，A是安培表，K是開(kāi)關(guān)。測(cè)量電點(diǎn)火具發(fā)火回路電阻，根據(jù)電源輸出的電流對(duì)可變電阻進(jìn)行調(diào)整，使測(cè)試回路電流為設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求的安全電流I0，將產(chǎn)品接入線路，閉合開(kāi)關(guān)，持續(xù)5 min。

圖2 安全電流試驗(yàn)測(cè)試原理

4 計(jì)算分析

4.1 理論計(jì)算分析

某型電點(diǎn)火具中的點(diǎn)火頭為橋絲式結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)定發(fā)火電流為I1，安全電流為I0，可靠度為0.995(置信度為0.9)。

橋絲式電火工品的感度服從logitic分布。I1時(shí)的發(fā)火可靠度為Rf，I0時(shí)的發(fā)火可靠度為Rs。

當(dāng)Rf=Rs時(shí)，50%發(fā)火感度值I50的計(jì)算公式為：

(1)

電點(diǎn)火具最大不發(fā)火電流Imax的計(jì)算公式為：

(2)

式中，k是工藝控制性能的變差參數(shù)，取0.08；p是最大發(fā)火率，在可靠度為0.995(置信度為0.9)的條件下，p為0.998 7(779/780)，則Imax(理)=0.707I50(理)，Imax(理)/I0=3.87(>2)。通過(guò)理論計(jì)算可知，最大不發(fā)火電流Imax(理)是安全電流I0的3.87倍，超出一般設(shè)計(jì)2倍的冗余量；因此，從設(shè)計(jì)理論上分析，給電點(diǎn)火具安全電流I0時(shí)，電點(diǎn)火具不會(huì)發(fā)火。

4.2 實(shí)際計(jì)算分析

橋絲式電火工品的感度服從logitic分布，logitic分布屬對(duì)稱型分布，所以用升降法感度試驗(yàn)直接對(duì)點(diǎn)火頭發(fā)火進(jìn)行測(cè)試，得到50%發(fā)火感度值及標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。通過(guò)3組90發(fā)產(chǎn)品試驗(yàn)，得到I50(實(shí))=0.918I50(理)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為σ(實(shí))，根據(jù)公式K=σ/I50,計(jì)算得知k(實(shí))=0.078 2,

將I50(實(shí))、k(實(shí))代入式2，得出Imax(實(shí)理)=0.632I50(理)，則Imax(實(shí)理)/I0=3.427(>2)。從實(shí)際產(chǎn)品計(jì)算可知，最大不發(fā)火電流Imax(實(shí)理)是安全電流I0的3.427倍，也超出一般設(shè)計(jì)2倍的冗余量；因此，從實(shí)際應(yīng)用分析可知，給電點(diǎn)火具安全電流I0時(shí)，電點(diǎn)火具不會(huì)發(fā)火。

5 安全電流內(nèi)發(fā)火的原因分析

某型電點(diǎn)火具在靶場(chǎng)交驗(yàn)時(shí)，8發(fā)產(chǎn)品串聯(lián)進(jìn)行安全電流試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)人員撤離產(chǎn)品擺放場(chǎng)地，按下電源按鈕瞬間，8發(fā)產(chǎn)品同時(shí)發(fā)火。

電點(diǎn)火具安全電流內(nèi)發(fā)火的直接原因是電點(diǎn)火頭發(fā)火。促使電點(diǎn)火頭發(fā)火的因素有：1)電點(diǎn)火頭本身質(zhì)量問(wèn)題；2)1發(fā)產(chǎn)品發(fā)火后引爆其余7發(fā)產(chǎn)品形成殉爆；3)試驗(yàn)中實(shí)際供給產(chǎn)品的I0(實(shí))已超過(guò)指標(biāo)I0的要求。

5.1 電點(diǎn)火頭本身分析

電點(diǎn)火頭由導(dǎo)線、橋絲和混合點(diǎn)火藥組成，生產(chǎn)完成單獨(dú)進(jìn)行各項(xiàng)性能交驗(yàn)，交驗(yàn)合格后才能正式裝配某型電點(diǎn)火具。

1)橋絲。電點(diǎn)火頭用橋絲為鎳鉻合金絲，入廠后嚴(yán)格按入廠檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，在顯微鏡下對(duì)其外觀、尺寸進(jìn)行了檢驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度符合指標(biāo)要求，在該電點(diǎn)火頭生產(chǎn)、交驗(yàn)過(guò)程沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常情況，且該型鎳鉻合金絲還適用于另一型電點(diǎn)火頭，另一型電點(diǎn)火頭生產(chǎn)過(guò)程、交驗(yàn)過(guò)程及裝配其他點(diǎn)火具性能全部合格。該電點(diǎn)火頭用鎳鉻合金絲沒(méi)有質(zhì)量波動(dòng)。

2)混合藥劑。電點(diǎn)火頭用藥劑約(m1±0.04)mg，經(jīng)查該批混合藥劑約2 kg，全部經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)驗(yàn)收，成份配比、感度、水分和爆熱全部符合要求，且用于了另外2種電點(diǎn)火頭生產(chǎn)，2種電點(diǎn)火頭質(zhì)量完全符合技術(shù)要求，沒(méi)有出現(xiàn)異常情況。該電點(diǎn)火頭用混合藥劑沒(méi)有質(zhì)量波動(dòng)。

3)電點(diǎn)火頭交驗(yàn)試驗(yàn)。電點(diǎn)火頭生產(chǎn)完成后，各項(xiàng)性能指標(biāo)交驗(yàn)驗(yàn)收合格后才能裝配于某型點(diǎn)火具中，查交驗(yàn)驗(yàn)收原始記錄，125發(fā)進(jìn)行了安全電流I0內(nèi)5 min不發(fā)火試驗(yàn)，全部符合要求，沒(méi)有出現(xiàn)發(fā)火現(xiàn)象；125發(fā)進(jìn)行了發(fā)火電流I1的發(fā)火試驗(yàn)，產(chǎn)品全部發(fā)火，未出現(xiàn)瞎火現(xiàn)象；其他性能試驗(yàn)全部符合驗(yàn)收技術(shù)要求，電點(diǎn)火頭交驗(yàn)試驗(yàn)沒(méi)有異常。

5.2 形成殉爆分析

該故障為8發(fā)產(chǎn)品全部發(fā)火。試驗(yàn)時(shí)，8發(fā)產(chǎn)品放置在試驗(yàn)場(chǎng)地的試驗(yàn)工裝內(nèi)，是否因某發(fā)產(chǎn)品本身的缺陷而造成殉爆。隨機(jī)抽取該批產(chǎn)品8發(fā)，使用發(fā)火回路，在發(fā)火回路中只接入1發(fā)產(chǎn)品，其余7發(fā)產(chǎn)品按照安全電流試驗(yàn)時(shí)的擺放方式進(jìn)行放置，線路不進(jìn)行串聯(lián)，給發(fā)火回路通以發(fā)火電流I1，電點(diǎn)火具發(fā)火，檢查其余7發(fā)點(diǎn)火具，其中擺放緊靠發(fā)火電點(diǎn)火具的1發(fā)口部有熏黑現(xiàn)象，7發(fā)產(chǎn)品全部未發(fā)火。

5.3 試驗(yàn)分析

5.3.1 試驗(yàn)方法

根據(jù)串聯(lián)電路和安全電流測(cè)試原理，在串聯(lián)電路中，通過(guò)各個(gè)產(chǎn)品的電流是相同的，因此試驗(yàn)部門(mén)為提高試驗(yàn)效率，將需要做安全電流試驗(yàn)項(xiàng)目的8發(fā)產(chǎn)品全部串聯(lián)在線路中，雖然國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有明確回路中的產(chǎn)品數(shù)量，但多發(fā)產(chǎn)品的串聯(lián)如果一旦出現(xiàn)意外，尤其是藥量較大，能量高的產(chǎn)品就會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)估的后果，有時(shí)甚至出現(xiàn)安全事故。

5.3.2 試驗(yàn)人員

產(chǎn)品故障發(fā)生后，對(duì)試驗(yàn)人員進(jìn)行培訓(xùn)檢查，發(fā)現(xiàn)該次組織試驗(yàn)的技術(shù)員是一位到崗不久的學(xué)生，在之前都在另一位技術(shù)人員的帶領(lǐng)下組織試驗(yàn)，沒(méi)有單獨(dú)組織過(guò)試驗(yàn)，對(duì)新電源及舊電源沒(méi)有完全了解到位。

5.3.3 試驗(yàn)儀器

故障發(fā)生后，對(duì)所有試驗(yàn)儀器全部進(jìn)行了斷電，不允許對(duì)任何儀器儀表進(jìn)行恢復(fù)，保留了試驗(yàn)的狀態(tài)。對(duì)所有試驗(yàn)儀器儀表進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓電源是新購(gòu)置的，剛檢定合格，第1次使用，其余儀器均在合格檢定期內(nèi)。

5.3.4 操作檢查

產(chǎn)品安全電流試驗(yàn)發(fā)火后，對(duì)新的穩(wěn)壓電源進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出的按鈕調(diào)在恒流狀態(tài)，輸出的電壓按鈕調(diào)至電壓的最高檔位U1，與試驗(yàn)工藝要求的恒壓狀態(tài)和電壓擋位不同。

針對(duì)上述問(wèn)題，將圖2中的產(chǎn)品換為模擬品，沒(méi)有藥劑，電阻與產(chǎn)品電阻相同，用示波器測(cè)試2種不同輸出加載于產(chǎn)品上的電壓情況，試驗(yàn)原理圖如圖3所示，圖3中，E是電源，R是可變電阻，D1是模擬產(chǎn)品，A是安培表，K是開(kāi)關(guān)，U是示波器。將電源輸出電壓按鈕調(diào)至電壓的最高擋位U1，計(jì)算并調(diào)節(jié)R使回路電流為I0，將輸出的按鈕分別調(diào)至恒流與恒壓狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，示波器監(jiān)測(cè)通過(guò)模擬產(chǎn)品的電壓波形如圖4和圖5所示。

圖3 檢測(cè)模擬產(chǎn)品安全電流I0時(shí)的電壓情況

圖4 U1時(shí)恒流狀態(tài)下電源起動(dòng)加載于模擬產(chǎn)品的電壓形式

圖5 U1時(shí)恒壓狀態(tài)下電源起動(dòng)加載于模擬產(chǎn)品的電壓形式

恒壓輸出時(shí)，開(kāi)關(guān)K閉合，加載于模擬產(chǎn)品上的電壓沒(méi)有波動(dòng)，電流為安全電流I0不發(fā)生變化。而恒流輸出時(shí)，開(kāi)關(guān)K閉合，起初有1個(gè)毫秒級(jí)的陡峭脈沖電壓峰值，在一定時(shí)間后加載于模擬產(chǎn)品上的電壓才能恒定，通過(guò)模擬產(chǎn)品的電流為I0。

通過(guò)與產(chǎn)品試驗(yàn)狀態(tài)一致的檢測(cè)試驗(yàn)分析，電源輸出恒流狀態(tài)下示波器在電源啟動(dòng)顯示陡峭峰的電壓值為U2，根據(jù)歐姆定律可得，此時(shí)加載于產(chǎn)品上的I0(實(shí))為2.4倍的I1。而Imin(實(shí)理)實(shí)際理論計(jì)算如下：

(3)

將I50(實(shí))、k(實(shí))代入式3中，得出Imin(實(shí)理)=1.211I50(理)，由此可知，加載于產(chǎn)品上的電流I0(實(shí))遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)品最小全發(fā)火電流Imin(實(shí)理)，也超出了指標(biāo)規(guī)定的發(fā)火電流I1；因此，產(chǎn)品在電源按鈕按下瞬間產(chǎn)品全部發(fā)火。

6 改進(jìn)措施

針對(duì)電點(diǎn)火具安全電流內(nèi)發(fā)火，采取如下改進(jìn)措施。

1)對(duì)試驗(yàn)技術(shù)員進(jìn)行培訓(xùn)，嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行操作，試驗(yàn)過(guò)程要嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致，對(duì)新舊儀器的差別要掌握。

2)試驗(yàn)時(shí)對(duì)每1發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，不能為了節(jié)約時(shí)間，將產(chǎn)品全部串聯(lián)。

3)試驗(yàn)時(shí)將電源電壓擋位調(diào)至工藝規(guī)定的U3位置，輸出調(diào)至恒壓狀態(tài)，對(duì)全部線路進(jìn)行檢測(cè)無(wú)異議后，再進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)。

通過(guò)上述措施，經(jīng)240余發(fā)產(chǎn)品安全電流I0測(cè)試，無(wú)1發(fā)產(chǎn)品發(fā)火。

7 結(jié)語(yǔ)

1)產(chǎn)品試驗(yàn)是產(chǎn)品出廠前的最后一個(gè)程序，它決定著產(chǎn)品的品質(zhì)。試驗(yàn)方法不得當(dāng)，會(huì)將質(zhì)量?jī)?yōu)良的產(chǎn)品判為不合格品。穩(wěn)壓電源中恒壓與恒流輸出的直流電方式不同，給產(chǎn)品加載的能量也不同，產(chǎn)品的性能試驗(yàn)會(huì)受到嚴(yán)重影響。

2)使用新儀器應(yīng)提前做驗(yàn)證試驗(yàn)，了解各種儀器的使用特點(diǎn)后才能進(jìn)行正式試驗(yàn)，不能盲目使用。

3)工藝是法律，在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的各個(gè)過(guò)程都應(yīng)遵守工藝要求，違反工藝操作會(huì)對(duì)產(chǎn)品帶來(lái)質(zhì)量隱患。是否嚴(yán)格遵守工藝要求，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量判定結(jié)果起決定性作用。

[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.

責(zé)任編輯馬彤

ExperimentalResearchonFiringofNo-firingCurrentsforSomeElectricIgniter

LI Bianhua1, PAN Huiping1, XIAO Youlin2, KONG Junfeng2, ZHANG Zhongxin1, WU Xitai1

(1.Shanxi North Jindong Chemical Industry Co., Ltd., Yangquan 045000, China; 2.Military Representative Office in Yangquan Locality, Yangquan 045000, China)

As a special energy, electric igniter has high energy & mass ratio, input & output energy controllable, first firing and action sensitivity in weapons and ammunition has decided it must be higher reliable and safe. With the continuous innovation of science and technology and upgrading of products, the requirements to safety of initiators & pyrotechnics have become stricter and stricter. The test method and design & production of products possess the same important position, it must be through the test to check whether products meet the technical requirements. The rationality of test method & operation method decides quality condition of products, which is also the last line of a gate to check quality of product. The paper analyzed the reasons about firing of no-firing currents for some electric igniter in theoretical design and practical test operation, and adopted corresponding measures. Through verification tests, test method and operation method have been standardized, the firing question of no-firing currents have been solved, potential safety hazard that accidental firing of no-firing currents has been eliminated.

no-firing currents, firing, electric igniter

TQ 565

：B

李便花(1971-)，女，高級(jí)工程師，主要從事工藝技術(shù)研究與生產(chǎn)工藝技術(shù)管理工作。

2014-10-15