12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)設(shè)計研究

黃運鑾，夏冬星，楊安民，程 濤

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12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)設(shè)計研究

黃運鑾，夏冬星，楊安民，程 濤

（陜西應(yīng)用物理化學研究所，陜西西安，710061）

為了提高非電傳爆系統(tǒng)的安全性，設(shè)計了一種全系統(tǒng)無起爆藥結(jié)構(gòu)的12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)，對無起爆藥起爆裝置、無起爆藥傳爆組件、無起爆藥輸出部件進行了結(jié)構(gòu)、裝藥設(shè)計。通過輸入端傳爆性能試驗、輸出端傳爆性能試驗及作用時間試驗，驗證了12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，可大幅提高安全性及抗電磁環(huán)境能力。

無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；裝藥；安全性

非電傳爆系統(tǒng)在航天航空和武器系統(tǒng)中占有重要地位，是完成各種動作和功能的主要執(zhí)行機構(gòu)，它的成敗直接關(guān)系到航天航空和武器系統(tǒng)的任務(wù)完成。目前國內(nèi)非電傳爆系統(tǒng)多采用A類鈍感起爆元件引爆非電傳爆組件，繼而引爆終端火工裝置的設(shè)計方法，這種設(shè)計中鈍感起爆元件、非電傳爆組件和輸出端火工裝置中多含有敏感的起爆藥劑，系統(tǒng)安全性和抗電磁環(huán)境能力較差，不能應(yīng)用在一些對安全性要求特別高的地方，如戰(zhàn)略導彈的自毀裝置、主發(fā)動機點火系統(tǒng)等。隨著航天航空及武器系統(tǒng)技術(shù)的飛速發(fā)展，對非電傳爆系統(tǒng)的安全性、可靠性要求也越來越高[1-2]，本研究設(shè)計了一種12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)，大幅提高了傳爆系統(tǒng)安全性和抗電磁環(huán)境能力。

1 12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)設(shè)計

1.1 傳爆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由無起爆藥起爆裝置、傳爆組件及無起爆藥輸出端部件組成。其作用原理為起爆裝置按規(guī)定發(fā)火電壓供電后，完成起爆功能，引爆固定在傳爆組件起爆盒內(nèi)的輸入端裝藥，輸入端裝藥作用后起爆12路集成導爆索，爆轟波通過導爆索傳遞到輸出部件，引爆輸出端裝藥，從而完成功能。

圖1 12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 無起爆藥起爆裝置技術(shù)研究

無起爆藥起爆裝置采用沖擊片雷管起爆技術(shù)，沖擊片雷管利用在帶狀線導體上的瓶頸狀薄金屬箔，爆炸產(chǎn)生等離子體剪切并推動塑料飛片，通過加速膛撞擊炸藥，而使其爆轟。相對于常規(guī)鈍感起爆器，沖擊片雷管金屬橋箔和炸藥不直接接觸，其間用絕緣薄膜和空氣間隙隔開，提高了安全性，同時可以引爆非常鈍感的炸藥。因此，在無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)中采用沖擊片雷管起爆技術(shù)，可以解決目前使用的鈍感點火器不能抗閃點及高空電磁脈沖的問題[3-4]。

沖擊片雷管結(jié)構(gòu)如圖2所示，在沖擊片雷管的輸出端裝有輸出藥柱[5]，能保證起爆下一級的裝藥，增強了系統(tǒng)的可靠性。

圖2 沖擊片雷管結(jié)構(gòu)圖

1.3 無起爆藥傳爆組件結(jié)構(gòu)設(shè)計

傳爆組件采用非電傳爆技術(shù)，國內(nèi)大量使用的傳爆組件都含有敏感的起爆藥PbN6和LTNR等起爆藥，不能應(yīng)用在某些對安全性要求特別高的地方，如導彈的自毀裝置。本研究對傳爆組件進行了無起爆藥設(shè)計，并進行了輸入輸出接口能量匹配研究，提高了無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)安全性、可靠性。

1.3.1輸入端部件設(shè)計

12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)輸入端部件采用了集束式結(jié)構(gòu)設(shè)計，將12路導爆索集束在錐體內(nèi)，并在12路導爆索芯端面壓裝一定密度的藥柱，通過沖擊片雷管起爆，引爆藥柱，接著引爆12路導爆索。輸入端部件結(jié)構(gòu)由起爆盒、12孔堵塞、錐套、錐形塞及輸入端裝藥等組成，輸入端部件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 輸入端部件結(jié)構(gòu)圖

1.3.2起爆盒及12孔堵塞設(shè)計

起爆盒用于安裝固定沖擊片雷管，同時要連接下一級將12路導爆索集束到一起的12孔堵塞，采用鋁合金材料制造，該結(jié)構(gòu)體積較小、重量輕。沖擊片雷管通過螺紋連接擰入起爆盒，其輸出端與12路導爆索輸入端藥柱對接，起爆盒內(nèi)部容腔約為12mL，有利于作用后爆轟衰減，保證起爆盒不破裂，確保12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)輸入端結(jié)構(gòu)的完整性。12路限制性導爆索通過12孔堵塞集束在一起，12個固定導爆索接頭的圓孔均布于圓周上，12孔堵塞通過螺紋與起爆盒連接。限制性導爆索端頭通過扣壓卡口方式與傳爆接頭緊固，然后通過過渡配合方式將導爆索接頭壓入12孔堵塞中，保證輸入端部件結(jié)構(gòu)強度。

1.3.3錐型套及錐形塞設(shè)計

為使傳爆組件的12路導爆索被可靠引爆，在輸入端設(shè)計了一個錐型套和錐形塞的結(jié)構(gòu)，如圖4～5所示，用于增加系統(tǒng)在此部位傳爆的可靠性。

圖4 錐型套示意圖

圖5 錐型塞示意圖

錐形塞上均勻分布著12道矩形槽，用于集束12路導爆索的索芯MDF，通過錐形塞與錐型套的配合壓緊，可以將12路導爆索分隔開，起到隔爆作用，使每路MDF導爆索獨立作用。設(shè)計錐型套將12根導爆索的索芯MDF導爆索集束在一起，錐套頂部設(shè)計有M12的螺紋連接輸入端裝藥殼體，錐型套底部設(shè)計有臺階用于與12孔堵塞的連接及定位。

1.3.4輸入端裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計

研究結(jié)果顯示，沖擊片雷管輸出端與導爆索索芯在緊密結(jié)合的情況下傳爆可靠性高，沖擊片雷管在與傳爆組件對接后無法保證與導爆索MDF的緊密對接，因此在沖擊片雷管與輸入端導爆索MDF之間設(shè)計了輸入端裝藥結(jié)構(gòu)。由于壓裝的猛炸藥可使藥柱與MDF導爆索輸入端斷面緊密結(jié)合，因此輸入端藥柱采用直接壓裝炸藥的方式固定在輸入端裝藥殼體內(nèi)，保證與切平的12路導爆索索芯緊密結(jié)合，有效地提高系統(tǒng)的可靠性。輸入端裝藥結(jié)構(gòu)見圖6，裝藥殼體通過螺紋與錐體連接。為保證輸入端裝藥結(jié)構(gòu)為無起爆藥設(shè)計，輸入端裝藥設(shè)計為HNS-Ⅱ，裝藥密度為1.5～1.7mg/mm3，壓裝壓力為80MPa。

圖6 輸入端裝藥結(jié)構(gòu)圖

1.4 無起爆藥輸出端部件結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

通過對無起爆藥非電系統(tǒng)起爆、傳爆性能研究分析，輸出端結(jié)構(gòu)無起爆藥設(shè)計實際就是解決輸出接頭爆轟波的界面?zhèn)鬟f與爆轟成長的問題，也就是導爆索MDF如何可靠引爆輸出接頭猛炸藥的問題。為了減小爆轟界面?zhèn)鬟f時的能量損失，一方面接頭采用壓藥設(shè)計，這樣盡可能地使導爆索MDF端面與接頭裝藥緊密結(jié)合；另一方面將導爆索MDF埋入藥柱一定深度，這樣將導爆索的爆轟輸出能量深入到藥柱內(nèi)部，進一步減少了界面能量的損失。該結(jié)構(gòu)可以充分利用導爆索的爆轟能量。無起爆藥輸出端部件結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要包括輸出接頭、裝藥殼體、內(nèi)錐體及輸出裝藥。

圖7 輸出端部件結(jié)構(gòu)圖

為減小爆轟波的側(cè)向損失，在輸出裝藥殼體內(nèi)設(shè)置一個內(nèi)錐體，將內(nèi)錐體小孔朝著MDF裝入裝藥殼體。內(nèi)錐體材料為密度較高的金屬材料黃銅H62 Y2，內(nèi)錐體特殊的結(jié)構(gòu)對爆轟的側(cè)向限制較好，可以減小爆轟波的側(cè)向損失，配合壓藥工藝，可確保導爆索可靠引爆裝藥殼體內(nèi)的裝藥。

通過對輸出傳爆性能研究發(fā)現(xiàn)，輸出接頭采用HNS-Ⅳ，裝藥密度在1.5～1.7g/cm3范圍內(nèi)，MDF埋入長度范圍在3～4mm時具有理想的爆轟輸出。因此在設(shè)計上輸出傳爆接頭裝藥采用HNS-Ⅳ，導爆索的MDF埋入3mm，輸出裝藥壓力為80MPa。

2 試驗

2.1 無起爆藥傳爆組件輸入端傳爆性能試驗

本文通過對輸入端不同裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)對比試驗研究，確定了輸入端無起爆藥結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時驗證了沖擊片雷管與輸入端結(jié)構(gòu)的匹配性能。試驗結(jié)果如表1所示。

表1 輸入端傳爆性能試驗

Tab.1 Performance test of input terminal component

試驗結(jié)果表明：由于引爆導爆索輸入端需要的爆壓較低，因此輸入端藥柱裝藥密度可選擇范圍較大，既1.5～1.7g/cm3。

2.2 無起爆藥輸出端部件傳爆性能試驗

本文通過對無起爆藥輸出端不同裝藥量、裝藥密度及裝藥結(jié)構(gòu)對比試驗研究，確定了無起爆藥輸出端部件結(jié)構(gòu)設(shè)計。試驗結(jié)果如表2所示。

表2 輸出端部件傳爆性能試驗

Tab.2 Performance test of output terminal component

試驗結(jié)果表明：無起爆藥輸出端部件輸出裝藥密度對輸出傳爆有很大影響，輸出端裝藥密度較小時易產(chǎn)生爆燃，產(chǎn)生爆轟輸出則需要輸出端藥柱密度較大。輸出裝藥密度在1.5～1.7g/cm3時具有理想的爆轟輸出。

2.3 作用時間測試試驗

本文對12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)進行了作用時間及不同步試驗研究，試驗結(jié)果見表3。

表3 作用時間測試

Tab.3 Test result of function time

試驗結(jié)果表明：12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)發(fā)火電壓為2 200V，且全系統(tǒng)為無起爆藥設(shè)計，具有較高的安全性。

3 結(jié)論

（1）通過對無起爆藥非電系統(tǒng)的研究設(shè)計，得到了全系統(tǒng)無起爆藥結(jié)構(gòu)的12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)，該系統(tǒng)大幅提高了安全性及抗電磁環(huán)境能力。

（2）12路無起爆藥非電傳爆系統(tǒng)裝藥采用HNS炸藥替代常用起爆藥設(shè)計，滿足GJB 2178-1994傳爆藥安全性試驗方法中對使用藥劑的安全性要求。

參考文獻：

[1] 杜曉東.多路非電傳爆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].導彈火工技術(shù), 1994 (1):1-2.

[2] 韓松,郭鳳梅.一種新型級間分離技術(shù)研究[J].宇航學報，2002, 23 (4):47-50.

[3] 王凱民,溫玉全,編著.軍用火工品設(shè)計技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

[4] 楊振英.沖擊片點火技術(shù)探討[J].火工品,2000(1):5-9.

[5] 楊振英,等.沖擊片雷管參數(shù)的設(shè)計[J].火工品,1996(1):31-35.

Research on the Twelve-road Non-electric Pyrotechnic System with Non-primary Explosives

HUANG Yun-luan，XIA Dong-xing，YANG An-min，CHENG Tao

(Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an, 710061)

For improving the safety, a twelve-road non-electric pyrotechnic system with non-primary explosives was designed, and the design process was illustrated in detail. Through input terminal component performance test, output terminal component performance test and acting time test, the structure design reasonability of the twelve-road non-electric pyrotechnic system with non-primary explosive was validated, and the study shows it can greatly improve the safety and the capability of resistance to electromagnetic environment.

Non-electric pyrotechnic system with non-primary explosives；Structure design；Charge；Safety

1003-1480（2016）04-0009-04

TJ450.2

A

2016-06-20

黃運鑾（1985-），男，工程師，主要從事火工品設(shè)計及開發(fā)。

總裝“十二五”預(yù)研項目（51305090101）