某型延期火工品延期時間超差研究

李便花，趙軍號，潘會平，張志魁，祁極冰

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

火工品是在接收發(fā)火指令后，以較小能量激發(fā)其內(nèi)裝敏感藥劑產(chǎn)生燃燒或爆炸，以其燃燒火焰、爆炸沖擊波、高壓燃?xì)猓瑢?shí)現(xiàn)點(diǎn)火、起爆和做功等預(yù)定功能的一次性使用的元器件、裝置和系統(tǒng)的總稱[1-2]?；鸸て肪哂心芰抠|(zhì)量比高、作用時間短、起爆及輸出能量可控、體積小及長期貯存性好等5大特點(diǎn)[3-4]，是一種特殊能源。基于其特殊的功能，火工品作為武器系統(tǒng)中的敏感元件遍布武器各個部位，并廣泛應(yīng)用于各類武器系統(tǒng)。

延期火工品按延期時間分為毫秒級延期及秒級延期產(chǎn)品，按照能量輸入分為電子延期及藥劑燃燒延期。藥劑燃燒延期是火工品采用特殊的延期藥控制傳爆序列或傳火序列的作用時間，既確保自身燃燒時間的穩(wěn)定性，又確保對下一級的可靠及做功。

1 延期火工品結(jié)構(gòu)及工作原理

該延期火工品由栓、擊錘、發(fā)火件、管殼、延期藥柱和切刀等組成(見圖1)。彈丸飛行時，栓受到外力作用后可靠拉脫，擊錘下落并滑入筒體內(nèi)，撞擊發(fā)火件，發(fā)火件發(fā)火后引燃延期藥柱，延期藥燃燒達(dá)到規(guī)定延期時間后，火藥氣體推動切刀將傘繩切斷，使彈丸在傘的作用下減速飛行，達(dá)到彈丸毀傷布控播撒散布要求。

圖1 某延期火工品結(jié)構(gòu)示意圖

2 故障現(xiàn)象及危害

2.1 故障現(xiàn)象

產(chǎn)品在延期時間試驗(yàn)時，試驗(yàn)32發(fā)(高溫+50 ℃，13發(fā)；低溫-45 ℃，13發(fā)；常溫6發(fā))。其中，有7發(fā)高溫產(chǎn)品延期時間超差，延期時間為(t-2.3)～(t-1.8) s，不符合技術(shù)要求規(guī)定的(t±1.7) s指標(biāo)。

2.2 故障危害

該延期火工品配備于某武器系統(tǒng)的子彈中，與其他子彈的延期時間不同，打開束傘繩的時間也不同，子彈隨著傘打開時間的不同飛行不同的距離，實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)區(qū)內(nèi)均勻分布，做到多點(diǎn)打擊。如果彈丸在飛行過程中延期火工品延期時間超差，該發(fā)子彈飛行會偏離目標(biāo)區(qū)，無法實(shí)現(xiàn)多發(fā)子彈間距式飛行，有可能幾發(fā)子彈扎堆在一起，在目標(biāo)區(qū)只能進(jìn)行單點(diǎn)目標(biāo)打擊，這樣大幅降低了武器系統(tǒng)的利用率和有效殺傷力。

3 原因分析

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及作用原理，形成產(chǎn)品延期時間超差故障樹如圖2所示。

圖2 延期火工品延期時間超差故障樹

3.1 高溫測試環(huán)境

檢查試驗(yàn)當(dāng)天的環(huán)境，溫度為19 ℃，濕度為38%，符合工藝要求(溫度15～30 ℃，濕度35%～70%)；因此，排除了因測試環(huán)境導(dǎo)致產(chǎn)品延期時間超差因素。

3.2 測時裝置故障

對測時裝置進(jìn)行代用產(chǎn)品運(yùn)行，儀器運(yùn)行良好，測試儀在檢定有效期內(nèi)使用。產(chǎn)品試驗(yàn)如下：1)常溫6發(fā)，延期時間為(t-1.3)～(t+0.1) s，符合批標(biāo)要求；2)高溫13發(fā)，其中6發(fā)延期時間為(t-1.6)～(t-0.8) s，7發(fā)延期時間超差，<(t-1.7) s；3)因低溫產(chǎn)品保溫時間已到，對低溫13發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行了試驗(yàn)，延期時間為(t-0.9)～(t+0.2) s，符合指標(biāo)要求，并重新對測試儀進(jìn)行了計(jì)量，結(jié)果為合格。因此，排除了試驗(yàn)測試環(huán)境因素形成的產(chǎn)品延期時間超差。

3.3 擊針與螺筒間隙小

發(fā)火件由擊針、螺筒及點(diǎn)火藥劑組成。延期藥劑為一種微氣體延期藥，受延期藥燃燒速度和藥室壓力的影響較為顯著。擊針與螺筒間隙對藥室壓力的釋放有較大影響，如果擊針與螺筒間隙小，產(chǎn)品密封性好，產(chǎn)品作用時燃燒室壓力較大，藥劑的燃燒速度較快，產(chǎn)品的延期時間較短；反之亦然。隨機(jī)抽取故障批剩余的擊針、螺筒各20件，對配合尺寸進(jìn)行計(jì)量，結(jié)果表明，擊針外徑為D1～(D1-0.01) mm, 螺筒內(nèi)徑為D2～(D2+0.01) mm，符合產(chǎn)品圖樣的規(guī)定要求((D1±0.02) mm，(D2±0.02) mm)；因此，排除了因擊針與螺筒配合間隙小而導(dǎo)致延期時間超差的因素。

3.4 螺筒與管殼螺紋聯(lián)接處泄氣量小

螺筒與管殼為螺紋聯(lián)接，如果螺筒螺紋尺寸小或管殼螺紋大，螺紋聯(lián)接就會有較大縫隙，延期藥燃燒產(chǎn)生的氣體隨螺紋間隙進(jìn)行大量泄漏，導(dǎo)致燃燒室壓力低，延期時間就長；反之亦然。隨機(jī)抽取故障批剩余的螺筒、管殼各20件，分別用重新檢定合格的專用T、Z量規(guī)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果表明，螺筒、管殼均符合要求；因此，排除了因螺筒與管殼螺紋聯(lián)接處泄氣量小而導(dǎo)致延期時間超差的因素。

3.5 壓藥壓力小

壓硼延期藥壓力小可導(dǎo)致硼延期裝藥密度小，延期藥燃燒速度快而形成延期時間減短。檢查該批產(chǎn)品生產(chǎn)記錄，壓硼延期藥壓力為F，符合壓藥壓力為(F±10) MPa的要求。藥劑壓完后，檢測藥面至管殼口部的距離，從產(chǎn)品記錄中查，該尺寸為(H-0.03)～(H+0.04) mm，滿足工藝規(guī)定的(H±0.05) mm的要求；因此，排除了因壓藥壓力小而導(dǎo)致延期時間超差的因素。

3.6 藥劑粒度小

同等藥量的藥劑，藥劑粒度越小，其參與反應(yīng)的比表面就越大，燃燒速度就快。對故障批所用2個批次剩余的延期藥進(jìn)行了粒度檢測，其篩下物均為0.1%，符合≤3%的要求；因此，排除了因藥劑粒度小而導(dǎo)致延期時間超差的因素。

3.7 燃燒時間波動大

該產(chǎn)品規(guī)定可用1個批次延期藥或2個批次延期藥相匹配，以達(dá)到延期時間要求。如果1個批次藥劑選藥能夠達(dá)到產(chǎn)品要求，則產(chǎn)品燃燒一致性較好，延期時間散差不大；若是采用2個批次藥劑匹配而成，且2個批次藥劑燃燒時間波動(燃燒時間差距)較大，即1個批次藥劑燃燒時間較快，另一個批次藥劑燃燒時間較慢，有可能出現(xiàn)燃燒延期時間散差較大。查記錄，該故障批產(chǎn)品用了2個批次延期藥，批次分別為S1、S4批，且2批藥劑驗(yàn)收的平均燃燒時間差為1.5 s；因此，不排除因2批延期藥燃燒時間波動大而導(dǎo)致延期時間超差的因素。

3.8 選藥燃燒時間短

為了能夠達(dá)到延期時間的技術(shù)要求，在批生產(chǎn)之前應(yīng)進(jìn)行藥量選定。如果選藥時燃燒時間短，延期時間就快，加之不同批次藥劑之間燃燒差異大，則存在超差的隱患。查選藥記錄，常溫10發(fā)延期時間為(t-1.2)～(t+0.3) s,平均值為(t-0.7) s；高溫10發(fā)延期時間為(t-1.7)～(t-0.6) s，平均值為(t-1.1) s；低溫10發(fā)延期時間為(t-0.9)～(t+0.5) s，平均值為(t-0.1) s。從選藥數(shù)據(jù)分析，選藥時燃燒時間已在延期時間的下限，存在批生產(chǎn)后產(chǎn)品延期時間短的風(fēng)險；因此，不排除因選藥時燃燒時間短而導(dǎo)致延期時間超差的因素。

4 機(jī)理分析

延期藥在管殼內(nèi)分層壓裝而成。在燃燒過程中遵循層面燃燒原理，同一個批次藥劑時，其燃燒熱相同，層面燃燒時傳遞及承接所需能量較穩(wěn)定；如果是2個批次藥劑時，其燃燒熱存在較大差異，在藥劑換批界面燃燒時傳遞及承接所需能量不同，易形成燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。

在影響化學(xué)反應(yīng)的外在因素中，反應(yīng)環(huán)境溫度高，化學(xué)反應(yīng)快；反之亦然。從故障批選藥數(shù)據(jù)分析，常溫選藥平均值為(t-0.7) s，高溫選藥平均值為(t-1.1) s，且高溫單發(fā)數(shù)據(jù)已達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求的(t-1.7) s極限值，對批生產(chǎn)質(zhì)量的風(fēng)險沒有進(jìn)行充分評估，批生產(chǎn)過程的微變化就可能形成產(chǎn)品超差。

長秒量延期產(chǎn)品選藥時，一般規(guī)則是常溫狀態(tài)下延期時間在指標(biāo)要求中限偏快。雖然藥劑燃燒遵循層面燃燒原理，但燃燒的藥柱直徑很小(≤φ4 mm)，藥劑在燃燒過程中產(chǎn)生的熱量不僅向下傳遞，還被管殼吸收，能量呈逐漸衰減趨勢。根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)外在因素的影響原理，為使產(chǎn)品低溫燃燒不形成斷火故障，選藥時常溫時間可在指標(biāo)中限稍偏快一些。

5 采取措施

根據(jù)上述分析采取如下措施：1)常溫選藥10發(fā)延期時平均值控制在(t-0.4)～(t+0.1) s；2)溫溫、高溫、低溫選藥時單發(fā)延期時間為(t-1.0)～(t+0.4) s；3)產(chǎn)品生產(chǎn)中原則上只用1個批次的延期藥劑；4)產(chǎn)品生產(chǎn)中用2個批次藥劑進(jìn)行匹配時，平均燃燒時間差≤0.8 s。

6 試驗(yàn)驗(yàn)證

用同一批原材料調(diào)整配方進(jìn)行了不同批次(共7批)延期藥制備。通過延期藥各項(xiàng)性能的檢測試驗(yàn)及產(chǎn)品選藥摸底試驗(yàn)。

方案1：產(chǎn)品只用1～4批藥劑進(jìn)行選藥生產(chǎn)。

選藥結(jié)果：常溫10發(fā)延期時間為(t-0.6)～(t+0.2) s,平均值為(t-0.2) s；高溫10發(fā)延期時間為(t-1.0)～(t-0.1) s，平均值為(t-0.6) s；低溫10發(fā)延期時間為(t-0.7)～(t+0.3) s，平均值為(t-0.1) s。

生產(chǎn)700余發(fā)產(chǎn)品，隨機(jī)抽取60發(fā)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如下：常溫20發(fā)延期時間為(t-0.9)～ts,；高溫20發(fā)延期時間為(t-1.4)～(t-0.1) s；低溫20發(fā)延期時間為(t-0.7)～(t+0.4) s，符合產(chǎn)品制造與驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定的延期時間(t±1.7) s指標(biāo)要求。

方案2：產(chǎn)品用1～3批延期藥及1～7批藥劑匹配進(jìn)行選藥生產(chǎn)(2批藥劑平均燃燒時間相差值為0.6 s)

選藥結(jié)果：常溫10發(fā)延期時間為(t-0.8)～(t+0.3) s,平均值為(t-0.1) s；高溫10發(fā)延期時間為(t-1.0)～(t+0.2) s，平均值為(t-0.6) s；低溫10發(fā)延期時間為(t-0.8)～(t+0.4) s，平均值為(t+0.1) s。

生產(chǎn)654發(fā)產(chǎn)品，隨機(jī)抽取60發(fā)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如下：常溫20發(fā)延期時間為(t-1.1)～(t+0.2) s；高溫20發(fā)延期時間為(t-1.5)～(t-0.1) s；低溫20發(fā)延期時間為(t-0.9)～(t+0.6) s，符合產(chǎn)品制造與驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定的延期時間(t±1.7) s指標(biāo)要求。

7 結(jié)語

通過上述研究，得出如下結(jié)論。

1)形成產(chǎn)品故障的原因是產(chǎn)品選藥時，產(chǎn)品延期時間偏下限，余量不足，且選用了燃燒時間差異較大的2個批次延期藥進(jìn)行延期時間的匹配，藥劑在管殼內(nèi)燃燒一致性不佳，散差大，造成了產(chǎn)品延期時間超差。

2)質(zhì)量是產(chǎn)品的生命，沒有質(zhì)量的產(chǎn)品就是廢品，毫無用武之地，生產(chǎn)的進(jìn)度應(yīng)以質(zhì)量為前提，不能以犧牲質(zhì)量為代價搶進(jìn)度，會形成進(jìn)度、質(zhì)量兩耽誤的尷尬局面。

3)加大產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險的識別，尤其是技術(shù)的邊界要求，是否有足夠的冗余承載產(chǎn)品零部件質(zhì)量微變化形成的產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)波動。

4)生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析，不僅要分析總的趨勢，更重要的是對離散數(shù)據(jù)及極限數(shù)據(jù)的分析，有時大的質(zhì)量隱患就隱藏在個別不被人注意的細(xì)節(jié)中。

[1] 王凱民. 軍用火工品設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[2] 王凱民. 火工品工程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.

[3] 李便花，潘會平，張仙芬，等.某型延期火工品作用時間超差研究[J].新技術(shù)新工藝，2017(2)：72-74.

[4]萇軍紅，李便花，潘會平，等.某型火工品作用失效研究[J].新技術(shù)新工藝，2017(3)：78-79.