某高精度延期發(fā)火元件設計研究

雷鈁琴，禹義勇，彭　淵，付志斌

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某高精度延期發(fā)火元件設計研究

雷鈁琴，禹義勇，彭淵，付志斌

（湖南神斧集團向紅機械化工有限責任公司，湖南 岳陽，414100）

為了克服密封式延期發(fā)火元件延時精度差的缺點，對延期藥制備工藝、延期體和連接座的結構及其連接方式進行了設計，并通過試驗進行驗證。結果表明該發(fā)火元件滿足了高精度延期的要求，作用可靠，并且抗高過載。

發(fā)火元件；高精度延期；延期藥；延期體

某發(fā)火元件是一種全密封、高精度延期火工品，其輸入端火帽被撞擊發(fā)火，引燃發(fā)火件內(nèi)的延期體，經(jīng)延期5.8~7.4s后，輸出火焰能量點燃下級裝藥。該發(fā)火元件延期時間長、延期精度要求高，一般現(xiàn)有的延期體結構很難滿足技術要求，是產(chǎn)品研制的技術難點。本文主要對發(fā)火元件結構和延期體設計進行了論述，采用了一種大空腔體組合設計，以滿足產(chǎn)品高精度延期要求。

1　發(fā)火元件設計及試驗分析

1.1發(fā)火元件總體結構設計及技術特點

發(fā)火元件主要由火帽、延期體、連接座3部分組成，結構示意圖見圖1。發(fā)火元件設計采用了密封結構，其環(huán)境適應性好、傳火序列緊湊、作用可靠、產(chǎn)品尺寸相對較小，設計了大空腔結構，其延期精度高（5.8~7.4s）、對溫度的影響相對較小，同時，接口與彈體采用螺紋連接，抗力學環(huán)境影響好，能承受 30 000g過載。

圖1　發(fā)火件結構示意圖Fig.1　Schematic diagram of ignition element structure

1.2延期體結構設計及試驗分析

延期體結構一般有4種類型：延期管、鉛延期體、延期導火索、延期藥直填[1]。軍用長秒量高精度延期類火工品的延期體通常采用鋁制延期管式，是金屬管內(nèi)裝有延期藥，經(jīng)壓制而成的延期體。為了提高延時精度，保證延期藥裝藥密度的均勻性，一般采用多裝多壓工藝。國內(nèi)外傾向于采用厚壁鋁制延期管式結構，所以采用此結構方式設計延期體。

1.2.1延期藥設計

該發(fā)火件作用時間長，因此選用延期時間跨度大、延期精確、貯存性能好的鎢系延期藥裝配延期體?；谠牧项w粒越細、混合越均勻、藥劑顆粒大小一致等措施可提高延期精度的理論，選用原材料顆粒細小的鎢粉、鉻酸鋇、高氯酸鉀原材料生產(chǎn)藥劑。其中鎢粉粒徑為3.2μm，鉻酸鋇為150目篩下物，高氯酸鉀為200目篩下物。同時延長延期藥劑混制時間，以提高藥劑混制均勻性；造粒干燥后，篩選30～60目之間大小均勻的藥粒。

1.2.2延期管殼結構設計及試驗分析

延期體藥芯有單芯、多芯結構的設計，考慮產(chǎn)品延期時間較長，裝填的鎢系延期藥燃速較慢、火焰感度低，若選用多芯結構，則裝藥直徑變小，管殼側(cè)向熱損失多，易引起燃燒斷火。單芯裝藥密度一致性較易控制且裝藥量集中，接受發(fā)火沖能的面積較大，在燃燒過程中散熱條件較為一致，有利于提高延時精度[1]。故采用單芯裝藥直徑φ3.46mm的結構。管殼材料受尺寸和質(zhì)量影響選用鋁材（棒2A12-T4 B級），該材料傳熱系數(shù)較大、比重小、質(zhì)量輕。

（a） 延期管殼外徑的設計及試驗分析

為尋求最佳管殼外徑，選取通用φ6.2mm、φ 6.5mm、φ6.8mm 3種管徑的鋁制延期管殼做對比試驗。裝配條件為：鋁延期管殼長度為34mm，先裝引燃藥后裝鎢系試制藥，最后裝輸出硼系點火藥，5裝4壓，每次裝藥量一致，壓藥壓力為220MPa；將延期體與火帽、普通連接座總裝成發(fā)火件產(chǎn)品，進行高、低、常溫環(huán)境試驗后發(fā)火測時。試驗設備、儀器包括：WG3002型高溫試驗箱、WD6-0.1型低溫試驗箱、CD453型測試儀。具體試驗結果見表1。

由表1可見，延期管殼外徑為φ6.5mm時裝配產(chǎn)品的延期精度較理想。延期管殼壁越薄，其在高溫燃燒的延期藥劑作用下容易發(fā)紅，可能引起竄火短秒；壁越厚吸熱越多，可解決竄火短秒問題，但低溫試驗對下端延期藥預熱不夠，引起延期作用時間偏長，壁過厚甚至會出現(xiàn)斷火。

表1　不同延期管殼壁厚的試驗結果Tab.1　Test results of delay collar with different shell thickness

（b） 延期管殼內(nèi)腔結構設計及試驗分析

環(huán)境溫度對鎢系延期藥燃速的影響非常顯著[2]，低溫條件鎢系延期藥劑燃速下降快，產(chǎn)品作用過程中若能預熱，有利于縮小低溫秒量漂移，可提高延期精度。設計兩種內(nèi)腔結構管殼進行對比試驗，即普通實體延期管殼和帶圓環(huán)延期管殼，其內(nèi)腔結構對比見圖2。針對兩種方案分別裝配產(chǎn)品（延期管殼外徑φ 6.5mm，內(nèi)徑φ3.46mm）并進行對比試驗，試驗結果見表2。

表2　延期管殼內(nèi)腔結構設計方案及試驗結果Tab.2　Test results of different inner structure of delay collar shell

由表2試驗結果可見，帶圓環(huán)的延期管殼減少了管殼實體部分，管殼吸熱量減少，降低了產(chǎn)品低溫秒量漂移程度，同時其與連接座連接后形成更大的燃燒氣室，延期藥在燃燒過程中周圍形成一個預熱空腔環(huán)境和穩(wěn)定的燃燒壓力，利于延期藥劑燃燒穩(wěn)定，提高精度。

圖2　延期管殼內(nèi)腔結構對比Fig.2　Comparison of two inner structure of delay collar shell

1.3連接座結構設計及試驗分析

對于密閉燃燒的產(chǎn)品，其延期精度受氣室影響非常大。對于微氣體延期藥而言，密閉燃燒室壓力越大，延期藥燃燒穩(wěn)定性越差，精度也越差。為了保證穩(wěn)定燃燒，提高延期精度，設計兩種連接座結構，即小空腔體積和大空腔體積的連接座。普通結構的連接座與彈接口時其外圍還有專用的對接裝置，本研究將連接座與彈的對接裝置設計成一體，這樣既增大了連接座外徑，也增大了延期體燃燒氣室，有利于提高延期精度；同時減少了零部件，產(chǎn)品裝配更簡單。連接座均采用鋁材（棒2A12-T4 B級）加工，其結構對比見圖3。對兩種結構的連接座進行試驗對比，試驗結果見表3。由表3可見，新型大空腔連接座與帶圓環(huán)的延期體組合后形成了大體積燃燒氣室（約30mL），保證延期藥燃燒壓力趨于一致，達到穩(wěn)定燃燒，從而提高了延期精度。

圖3　連接座結構對比圖Fig.3　Comparison schematic of connecting base structure

表3　連接座結構設計方案及試驗結果Tab.3　Test results of different structure of connecting base

1.4連接座與延期體連接方式設計

槍榴彈戰(zhàn)術指標要求發(fā)火元件在適配性動態(tài)過載試驗過程中能承受30 000g的剪切力，要求發(fā)火件結構必須牢固、不能損壞。通過調(diào)查相關火工品資料及其它多種火工品結構設計經(jīng)驗，獲知螺紋連接強度大于鉚接方式。為使連接座與延期體連接牢固、密封性好，設計延期管殼以外螺紋與連接座內(nèi)螺紋連接，先在延期管殼螺紋涂一層密封膠，再與連接座擰緊密封連接，確保密封、抗過載。

2　發(fā)火元件產(chǎn)品試驗情況

發(fā)火件結構設計完成后，裝配產(chǎn)品100發(fā)，按照相關標準與技術要求對產(chǎn)品延期精度和抗過載能力進行了試驗考核，試驗結果見表4。由表4可見，設計的發(fā)火件作用可靠，延期時間為5.90~7.29s，秒量極差為 1.28s，達到了高精度延期技術要求；經(jīng)錘擊試驗后產(chǎn)品結構完好無損，滿足了該發(fā)火件設計技術指標要求。

表4　發(fā)火元件試驗結果Tab.4　Test results of ignition element

3　結論

（1）采用鎢系延期藥，通過選用細顆粒原材料、提高混制均勻性、嚴控藥劑顆粒大小等措施，提高了鎢系延期藥延期精度，并且作用可靠。

（2）在尺寸和質(zhì)量受限的條件下，將延期管殼設計成鋁制單芯、大空腔帶圓環(huán)狀，以減少實體吸熱，降低產(chǎn)品低溫狀態(tài)下的延時漂移影響；通過與連接座連接增大了空腔氣室，保證了延期藥在較穩(wěn)定燃燒壓力下作用，確保延期精度。

（3）連接座在尺寸和質(zhì)量受限條件下，設計成大小不同兩個端，同時增大其內(nèi)孔尺寸，在連接座與延期體當中形成一個約36mL大空間，增大了氣室，保證了燃燒壓力趨于穩(wěn)定，提高了延期精度。

（4）采用螺紋連接形式將延期體與連接座連接，并在延期體外螺紋上涂密封膠再與連接座連接，產(chǎn)品結構牢固、密封性好，可抗30 000g過載。

[1] 劉自湯,蔣榮光.工業(yè)火工品[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2003.

[2] 成一,王衛(wèi)國,李慧琴.火工藥劑學[M].北京:北京理工大學,2003.

[3] 勞允亮,盛滌倫.火工藥劑學[M]. 北京:北京理工大學出版設,2011.

Study on the Design of Ignition Element with High Delay Accuracy

LEI Fang-qin, YU Yi-yong，PENG Yuan，F(xiàn)U Zhi-bin
(Xianghong Mechanical Chemistry Co.Ltd., Hunan Shenfu Group, Yueyang，414100)

Aimed at the defect of low accuracy of sealed delay igniter, the design on preparation process of delay composition, structure and connect manner of delay collar and connecting base, was carried out. And the corresponding tests were completed. The test results showed that the ignition element meet the high accuracy requirement, and has the property of reliable function and anti high overload.

Ignition element；High delay accuracy；Delay composition；Delay collar

TJ45+3

A

1003-1480（2015）06-0021-03

2015-06-10

雷鈁琴（1977-），女，工程師，主要從事火工品產(chǎn)品研究。