航天火工裝置點(diǎn)火輸出壓力散差的精細(xì)化控制

成琦 王帥 胡建舉 楊葉

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航天火工裝置點(diǎn)火輸出壓力散差的精細(xì)化控制

成琦1王帥2胡建舉1楊葉1

（1 四川航天川南火工技術(shù)有限公司，瀘州 646005） （2 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京 100071）

航天火工裝置點(diǎn)火輸出及傳遞的可靠性一般按GJB1307A-2004《航天火工裝置通用規(guī)范》進(jìn)行裕度試驗(yàn)，如120%、75%輸出能量等。實(shí)際驗(yàn)證中，常采用120%裝藥量、75%裝藥量進(jìn)行考核，忽視了點(diǎn)火輸出壓力散差造成的影響，可能導(dǎo)致該考核失效。文章從點(diǎn)火輸出及傳遞壓力一致性的角度，對(duì)其關(guān)鍵影響因素進(jìn)行分析：針對(duì)點(diǎn)火輸出環(huán)節(jié)，采用粒度更細(xì)的Al/KClO4煙火藥改善燃燒性能和增加擋藥板約束的方法，成功提高了點(diǎn)火的輸出一致性；針對(duì)燃燒傳遞環(huán)節(jié)，采用更換黑火藥粒為藥餅和更換賽璐璐為鋁箔增加約束的方法，成功提高了燃燒傳遞的輸出一致性。兩種方法成功提高了航天火工裝置點(diǎn)火輸出及傳遞的精細(xì)化控制水平，可有效降低裕度考核失效的可能，保證裕度試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

點(diǎn)火 輸出 傳遞 一致性 壓力散差 航天火工裝置

0 引言

航天火工裝置是指航天器中用炸藥、發(fā)射藥和煙火藥等驅(qū)動(dòng)的各類功能復(fù)雜裝置，具有體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)、能量質(zhì)量比高、作用迅速等優(yōu)點(diǎn)[1]，但這類裝置為一次性使用，飛行前無法直接進(jìn)行功能檢查，為避免失效，需要發(fā)展火工裝置的可靠性預(yù)測(cè)和評(píng)估技術(shù)[2]。美國曾對(duì)火工品可靠性開展了系統(tǒng)的研究工作，并形成了系列的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3]。我國也形成了以國軍標(biāo)GJB376為代表的計(jì)數(shù)法，但這種研究方法的缺點(diǎn)是試驗(yàn)樣品的數(shù)量太大[4]。裕度分析方法因其試驗(yàn)所需產(chǎn)品數(shù)量少的優(yōu)點(diǎn)越來越受到重視。在航天火工裝置的設(shè)計(jì)中進(jìn)行裕度設(shè)計(jì)的思路主要基于兩點(diǎn)[5]：1）對(duì)比產(chǎn)品輸出能量和下一級(jí)工作所需輸入能量，確定產(chǎn)品的功能裕度；2）利用小批量樣品統(tǒng)計(jì)獲得產(chǎn)品功能裕度數(shù)據(jù)，進(jìn)而預(yù)測(cè)產(chǎn)品工作可靠性。文獻(xiàn)[6]中對(duì)航天火工品按類別介紹了其輸出性能試驗(yàn)和作用裕度設(shè)計(jì)方法，并簡(jiǎn)述了各種試驗(yàn)方法的應(yīng)用及其特點(diǎn)。文獻(xiàn)[7]根據(jù)裕度思想提出了加嚴(yán)考核情況下火工機(jī)構(gòu)可靠性評(píng)估方法。國軍標(biāo)GJB1307A-2004《航天火工裝置通用規(guī)范》要求火工品進(jìn)行裕度試驗(yàn)需按照120%、75%輸出能量進(jìn)行裕度試驗(yàn)[8]，實(shí)際驗(yàn)證中，由于輸出能量無法直接設(shè)定，常采用120%裝藥量、75%裝藥量進(jìn)行考核。但由于火工藥劑自身燃燒精度與點(diǎn)火序列結(jié)構(gòu)的影響，產(chǎn)品輸出存在一定散差，即裝藥量與輸出能量并不嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。若產(chǎn)品輸出散差較大，則可能導(dǎo)致裕度試驗(yàn)不能有效評(píng)估產(chǎn)品可靠性，產(chǎn)品雖能通過裕度試驗(yàn)但在使用時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)問題。

1 故障案例概述

航天火工裝置的點(diǎn)火輸出與傳遞環(huán)節(jié)可簡(jiǎn)化為圖1的模型。該模型主要包括點(diǎn)火輸出單元和燃燒傳遞單元，點(diǎn)火輸出單元通常由點(diǎn)火器連接下級(jí)裝藥構(gòu)成，點(diǎn)火器依靠煙火藥的燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)恻c(diǎn)燃下級(jí)裝藥實(shí)現(xiàn)輸出；燃燒傳遞單元主要利用次級(jí)裝藥（如點(diǎn)火藥盒）把點(diǎn)火器的輸出能量進(jìn)行放大后，將燃燒傳遞至下級(jí)序列完成點(diǎn)火功能。該模型的可靠性至關(guān)重要，任一單元輸出異常都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品功能問題，航天火工裝置使用過程中曾有許多故障出現(xiàn)在該環(huán)節(jié)。下面對(duì)兩起分別由于該模型的兩個(gè)單元輸出壓力不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的故障案例進(jìn)行分析。

圖1 典型點(diǎn)火輸出及傳遞環(huán)節(jié)模型示意

某批微型火箭的點(diǎn)火器未成功點(diǎn)燃藥盒，但該型點(diǎn)火器在設(shè)計(jì)研制過程中按標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)要求采用75%的小藥量進(jìn)行了裕度試驗(yàn)，均成功點(diǎn)燃藥盒，滿足國軍標(biāo)裕度試驗(yàn)要求。在故障分析試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，該點(diǎn)火器輸出壓力散差較大：該點(diǎn)火器輸出壓力指標(biāo)為6~14MPa，實(shí)測(cè)輸出的最大峰壓和最小峰壓分別為8~13MPa，其散差可達(dá)平均輸出峰壓的40%。若75%藥量裕度試驗(yàn)狀態(tài)下產(chǎn)品輸出壓力為正偏差，而設(shè)計(jì)藥量狀態(tài)的產(chǎn)品輸出壓力為負(fù)偏差，則可能出現(xiàn)設(shè)計(jì)藥量的輸出壓力反而小于75%藥量裕度試驗(yàn)輸出壓力的情況，導(dǎo)致通過試驗(yàn)但點(diǎn)火失敗。

某多功能展開裝置工作時(shí)，推桿被意外打出導(dǎo)致產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)被破壞，未完成預(yù)定動(dòng)作。在設(shè)計(jì)研制過程中按標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)要求采用120%的大藥量進(jìn)行了裕度試驗(yàn)，產(chǎn)品均正常工作，滿足國軍標(biāo)裕度試驗(yàn)要求。再次采用120%大藥量進(jìn)行裕度驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)，實(shí)測(cè)輸出壓力峰值最大可達(dá)200%設(shè)計(jì)壓力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過120%輸出能量的設(shè)計(jì)裕度，說明其輸出一致性較差，存在某發(fā)產(chǎn)品的輸出壓力異常升高導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)被破壞的可能。

可以看出，在點(diǎn)火輸出及傳遞環(huán)節(jié)的點(diǎn)火輸出單元和燃燒傳遞單元任一環(huán)節(jié)輸出壓力散差過大，都可能導(dǎo)致裕度試驗(yàn)不能有效評(píng)估產(chǎn)品工作可靠性的問題。分別針對(duì)兩個(gè)單元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施，減小輸出壓力散差，提高裝藥量與輸出能量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輸出的精細(xì)化控制，最終保證裕度試驗(yàn)的有效性。

圖2 典型點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)示意

2 精細(xì)化控制措施分析

2.1 點(diǎn)火輸出單元

點(diǎn)火輸出單元常用點(diǎn)火器典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。典型點(diǎn)火器裝藥一般為起爆藥+煙火藥（常用Al/KClO4），輸出端采用鋁箔膜片進(jìn)行密封。點(diǎn)火器點(diǎn)火后產(chǎn)生的壓力是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)收中的一項(xiàng)最重要技術(shù)指標(biāo)，通常以壓力–時(shí)間曲線的測(cè)試結(jié)果來考核其輸出特性[8]。對(duì)于點(diǎn)火器，影響其輸出壓力一致性的因素主要包括藥劑狀態(tài)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面。

1）藥劑狀態(tài)。點(diǎn)火器用煙火藥Al/KClO4屬于混合藥劑，在配方確定的條件下，原材料鋁粉和高氯酸鉀的狀態(tài)是影響其燃燒性能的重要因素，其中粒度的大小會(huì)影響燃燒時(shí)原材料間的接觸狀態(tài)、熱傳遞情況、燃速等，是影響輸出性能重要因素[9-12]。目前該煙火藥使用的原材料鋁粉粒徑一般為50~100μm，KClO4粒徑一般為60~100μm，兩種原材料粒度較大，且指標(biāo)范圍很寬，不同批次的藥劑差異較大。這種差異導(dǎo)致藥劑燃速不穩(wěn)定，造成不同產(chǎn)品的放熱和產(chǎn)氣規(guī)律有較大差異，輸出壓力一致性較差。有研究表明，采用更小粒度的鋁粉和KClO4可有效提高Al/KClO4燃燒穩(wěn)定性，但是當(dāng)鋁粉原材料粒徑降至納米級(jí)時(shí)，由于活性顯著降低，其燃燒狀態(tài)出現(xiàn)了明顯變化，輸出一致性會(huì)受到影響[13-16]。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前使用的點(diǎn)火器采用鋁箔在輸出末端進(jìn)行約束，鋁箔厚度為0.1~0.5mm，約束力較弱。點(diǎn)火器工作時(shí)需要起爆藥點(diǎn)燃煙火藥，在起爆藥工作后產(chǎn)生的壓力必然會(huì)推動(dòng)煙火藥往外運(yùn)動(dòng)，部分煙火藥未充分燃燒即被沖出，進(jìn)而導(dǎo)致部分藥劑在點(diǎn)火器輸出口外燃燒。這種現(xiàn)象改變了煙火藥燃燒的環(huán)境狀態(tài)，造成點(diǎn)火輸出壓力產(chǎn)生較大波動(dòng)。增加點(diǎn)火器末端約束，防止煙火藥在充分燃燒前被沖出，可保證煙火藥燃燒狀態(tài)更穩(wěn)定，進(jìn)而提高輸出一致性。

2.2 燃燒傳遞單元

燃燒傳遞單元是利用點(diǎn)火輸出單元的燃燒輸出，點(diǎn)燃次級(jí)裝藥（如點(diǎn)火藥盒），完成能量放大和輸出，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燃下級(jí)裝藥的功能。點(diǎn)火藥盒的典型結(jié)構(gòu)見圖3[17]。

這類點(diǎn)火藥盒由易燃的賽璐璐內(nèi)裝煙火藥后安裝在一定尺寸的支架上組成，其工作后無殘余物、消極質(zhì)量小、無需考慮堵塞等問題，且制造方便、成本較低，在點(diǎn)火設(shè)計(jì)中被廣泛采用[18]。此單元的關(guān)鍵為點(diǎn)火藥盒在能量放大過程中燃燒輸出的穩(wěn)定性，其影響因素也主要在于裝藥狀態(tài)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面。

1）藥劑狀態(tài)。點(diǎn)火藥盒的內(nèi)裝藥劑一般為軍用黑火藥，呈顆粒狀松裝于藥盒內(nèi)，藥劑被點(diǎn)燃后迅速燃燒，穩(wěn)定性較難控制，雖然點(diǎn)燃下級(jí)裝藥的裕度能滿足要求，但壓力一致性還具有提升空間。將松裝的藥粒替換為壓裝的藥餅，通過對(duì)裝藥狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，改變?nèi)紵隣顟B(tài)，避免其受輸入能量后迅速燃燒，可以提升其輸出穩(wěn)定性。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。次級(jí)裝藥（點(diǎn)火藥盒）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如材料特性、結(jié)構(gòu)參數(shù)等會(huì)對(duì)其輸出壓力一致性產(chǎn)生較大影響。目前點(diǎn)火藥盒蓋、殼多使用賽璐璐材料，藥盒的工作過程為賽璐璐先被擊破，內(nèi)裝黑火藥再被點(diǎn)燃。由于賽璐璐為非金屬材料，強(qiáng)度一致性相對(duì)較差，約束強(qiáng)度較低，點(diǎn)火后部分藥劑沖破外部約束后再實(shí)現(xiàn)燃燒輸出，燃燒狀態(tài)具有不可控性，即使?jié)M足點(diǎn)火裕度要求，仍需通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)一步提升一致性。采用約束較強(qiáng)的多孔擋藥板結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束，避免藥劑燃燒時(shí)被隨機(jī)性沖出，可保證藥盒的輸出一致性。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)及分析

3.1 點(diǎn)火輸出單元

分別對(duì)原狀態(tài)、更改藥劑狀態(tài)和更改裝藥結(jié)構(gòu)狀態(tài)的點(diǎn)火器進(jìn)行發(fā)火試驗(yàn)，通過對(duì)比三種狀態(tài)下點(diǎn)火器的壓力–時(shí)間關(guān)系，驗(yàn)證藥劑更改措施和裝藥結(jié)構(gòu)更改措施的效果。

圖3 點(diǎn)火藥盒典型結(jié)構(gòu)示意

（1）原狀態(tài)點(diǎn)火器

取5發(fā)典型點(diǎn)火器，在10mL測(cè)壓彈上進(jìn)行定容點(diǎn)火壓力–時(shí)間輸出性能測(cè)試，點(diǎn)火輸出壓力數(shù)據(jù)見表1，輸出壓力曲線見圖4。

由表1可看出原狀態(tài)下點(diǎn)火器輸出壓力變化范圍較大，散差波動(dòng)幅度接近平均值的±36.5%，峰壓雖處于8~14MPa的指標(biāo)范圍內(nèi)，但已接近指標(biāo)上下限，說明藥劑在點(diǎn)火器內(nèi)的燃燒一致性較差。

表1 典型點(diǎn)火器原狀態(tài)下輸出壓力

Tab.1 Small particle size raw material pharmaceutical output pressure

圖4 點(diǎn)火器典型輸出壓力曲線

圖4中出現(xiàn)兩個(gè)產(chǎn)品輸出壓力增加的區(qū)域，分別劃分為A區(qū)和B區(qū)。從A區(qū)可看出點(diǎn)火器點(diǎn)火后輸出的峰壓差異很大，理論上點(diǎn)火器的輸出壓力達(dá)到峰壓后呈逐漸減緩的下降趨勢(shì)[19]，但圖中B區(qū)有3發(fā)產(chǎn)品壓力出現(xiàn)了再次上升的現(xiàn)象，且A區(qū)峰壓越小則B區(qū)壓力上升情況越嚴(yán)重，推測(cè)此情況是點(diǎn)火器內(nèi)煙火藥在燃燒前就被噴出裝藥室，在測(cè)壓容器內(nèi)緩慢燃燒造成的。實(shí)際使用中，該情況直接影響下級(jí)裝藥的能量輸入狀態(tài)，降低了點(diǎn)火穩(wěn)定性。

（2）藥劑狀態(tài)驗(yàn)證

對(duì)點(diǎn)火輸出單元常用的Al/KClO4藥劑進(jìn)行研究，重點(diǎn)對(duì)原材料鋁粉和KClO4藥劑的粒度進(jìn)行控制，采用典型點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。原狀態(tài)的點(diǎn)火器所用鋁粉粒徑在50~100μm，KClO4粒徑在60~100μm，粒度分布指標(biāo)較寬，且粒徑較大。將兩種原材料粒徑控制到5~20μm制備Al/ KClO4藥劑，并裝配15發(fā)產(chǎn)品，在10mL測(cè)壓彈上進(jìn)行點(diǎn)火輸出壓力測(cè)試，點(diǎn)火輸出壓力數(shù)據(jù)見表2，輸出壓力曲線見圖5。

表2數(shù)據(jù)表明，對(duì)原材料粒度進(jìn)行控制后，點(diǎn)火器輸出壓力變化范圍較小，散差波動(dòng)幅度僅為平均值的±14.3%，輸出壓力一致性有所提升。從圖5可以看出，所有點(diǎn)火器壓力–時(shí)間曲線一致性明顯提高，在點(diǎn)火初期迅速達(dá)到峰壓，峰壓大小和時(shí)間都很接近，之后壓力呈逐步減緩的衰減趨勢(shì)，未出現(xiàn)二次升壓情況。

但并非原材料粒度越小，藥劑輸出壓力一致性越高。當(dāng)鋁粉原材料粒徑降至納米級(jí)時(shí)，由于活性顯著降低，其燃燒狀態(tài)出現(xiàn)了明顯變化，輸出一致性會(huì)受到影響[11]。

表2 小粒徑原材料藥劑輸出壓力

Tab.2 Small particle size raw material pharmaceutical output pressure

圖5 小粒徑原材料藥劑輸出壓力曲線

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，優(yōu)化密封方式，采用約束較強(qiáng)的多孔擋藥板結(jié)構(gòu)對(duì)藥劑燃燒施加約束，避免藥劑在燃燒過程中被隨機(jī)性沖出，提高點(diǎn)火輸出一致性。結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 多孔擋藥板約束結(jié)構(gòu)示意

圖7對(duì)比了采用多孔擋藥板前后的點(diǎn)火器高速攝影火焰狀態(tài)。改進(jìn)前狀態(tài)下，火焰中夾雜有分布不均的火星，增加約束結(jié)構(gòu)后火焰無分散火星，說明藥劑被有效約束，輸出的燃燒火焰穩(wěn)定性得到提高。

圖7 采用多孔擋藥板約束結(jié)構(gòu)前后輸出火焰狀態(tài)

取10發(fā)增加了擋藥板的點(diǎn)火器在10mL測(cè)壓彈上測(cè)量輸出壓力，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示，輸出壓力曲線見圖8。

由表3及圖8可以看出，采用多孔擋藥板對(duì)點(diǎn)火器輸出端進(jìn)行約束后，輸出壓力變化范圍較小，散差波動(dòng)幅度僅為平均值的±6.5%，輸出壓力一致性有所提升。圖8中點(diǎn)火器輸出壓力曲線一致性保持的很好，沒有出現(xiàn)二次升壓情況。

表3 多孔擋藥板約束結(jié)構(gòu)輸出壓力數(shù)據(jù)

Tab.3 The pressure data of the structure restrained by porous baffle plate

圖8 多孔擋藥板約束結(jié)構(gòu)輸出壓力曲線

3.2 燃燒傳遞單元

分別對(duì)原狀態(tài)、更改藥劑狀態(tài)和更改裝藥結(jié)構(gòu)狀態(tài)的點(diǎn)火藥盒進(jìn)行發(fā)火試驗(yàn)，通過對(duì)比3種狀態(tài)下點(diǎn)火藥盒的壓力—時(shí)間關(guān)系，驗(yàn)證藥劑更改措施和裝藥結(jié)構(gòu)更改措施的效果。

（1）原狀態(tài)藥盒

取8發(fā)目前結(jié)構(gòu)的點(diǎn)火藥盒，在10mL測(cè)壓彈上進(jìn)行輸出壓力測(cè)試，輸出壓力壓力數(shù)據(jù)見表4，曲線見圖9。

表4 壓裝藥餅藥盒輸出壓力數(shù)據(jù)

Tab.4 Pressure data output from pressure cartridge

圖9 點(diǎn)火藥盒典型輸出壓力曲線

雖然表4中藥盒輸出峰壓散差約為平均值的±25%，但從圖9可以看出，不同藥盒燃燒曲線差異非常大，峰壓對(duì)應(yīng)的時(shí)間各不相同，即藥盒在最大壓力時(shí)燃燒狀態(tài)各不相同。圖9同樣分為兩次升壓階段，在此分別劃分為A區(qū)和B區(qū)。A區(qū)的壓力曲線表明點(diǎn)火藥盒在燃燒初期20ms內(nèi)壓力瞬間迅猛上升再下降，且不同藥盒上升情況差異很大，峰壓分部范圍約0.6~1.3MPa，之后進(jìn)入圖中B區(qū)輸出壓力再次緩慢上升，且A區(qū)峰壓越小則B區(qū)峰壓上升越明顯，在大約300ms時(shí)，藥盒輸出壓力均分布在1.0~1.2MPa區(qū)間，之后壓力逐步下降。整個(gè)藥盒完成升壓的時(shí)間約為400ms，但是在點(diǎn)火初期藥盒會(huì)突然輸出瞬時(shí)壓力沖擊，且不同產(chǎn)品的瞬時(shí)峰壓差異明顯，最大峰壓可達(dá)最小峰壓2倍以上，由于此時(shí)藥盒還未完全燃燒，輸出熱量較少，強(qiáng)烈的沖擊很可能對(duì)下級(jí)序列造成影響[20]，甚至破壞下級(jí)序列的結(jié)構(gòu)，降低點(diǎn)火可靠性和安全性。

（2）裝藥狀態(tài)驗(yàn)證

將松裝的藥粒替換為壓裝的藥餅，通過對(duì)裝藥狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而改變?nèi)紵隣顟B(tài)，10mL測(cè)壓彈上驗(yàn)證裝藥狀態(tài)對(duì)輸出壓力一致性的影響。壓裝藥餅的某點(diǎn)火藥盒輸出壓力數(shù)據(jù)見表5，壓力曲線見圖10。

表5 壓裝藥餅藥盒輸出壓力數(shù)據(jù)

Tab.5 Pressure data output from pressure cartridge

圖10 壓裝藥餅藥盒輸出壓力曲線

從研究結(jié)果可知，壓裝黑火藥的點(diǎn)火藥盒輸出壓力變化范圍較小，散差波動(dòng)幅度僅為平均值的±6.9%，輸出壓力一致性有所提升。從圖10中的輸出壓力曲線還可看出，改進(jìn)裝藥后的藥盒燃燒初始峰壓較低，呈現(xiàn)一個(gè)緩慢增壓的過程，穩(wěn)定性較好。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證

將次級(jí)裝藥的點(diǎn)火藥盒和蓋材料由賽璐璐改為鋁箔片，并采用多孔的支撐結(jié)構(gòu)對(duì)燃燒藥粒進(jìn)行有效約束，避免藥劑被沖出藥盒后隨機(jī)燃燒，保證輸出壓力的一致性。改進(jìn)后結(jié)構(gòu)如圖11所示，實(shí)物見圖12。

圖11 點(diǎn)火藥盒改進(jìn)后結(jié)構(gòu)示意

圖12 改進(jìn)后點(diǎn)火藥盒實(shí)物圖

采用內(nèi)裝相同的松裝藥粒的方式，分別取5發(fā)改進(jìn)前、后的次級(jí)裝藥（點(diǎn)火藥盒）進(jìn)行輸出壓力測(cè)試，并對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)，結(jié)果見表6。

從表6數(shù)據(jù)可看出，結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的次級(jí)裝藥（點(diǎn)火藥盒）其輸出壓力一致性得到提升，輸出壓力的波動(dòng)范圍變小，散差波動(dòng)幅度由改進(jìn)前平均值的±42%縮窄為改進(jìn)后平均值的±17%。壓力成長(zhǎng)時(shí)間也呈現(xiàn)類似規(guī)律，一致性得到提高。

表6 藥盒結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后發(fā)火數(shù)據(jù)對(duì)比

Tab.6 Comparison of ignition data before and after the structure improvement of the cartridge

4 結(jié)束語

本文基于航天火工裝置的典型問題進(jìn)行分析，找到影響輸出壓力一致性的因素。針對(duì)點(diǎn)火輸出環(huán)節(jié)，對(duì)點(diǎn)火器常用的Al/KClO4藥劑原材粒度進(jìn)行控制、對(duì)點(diǎn)火器輸出端約束結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高點(diǎn)火輸出壓力一致性，提升精細(xì)化控制水平。具體措施包括：1）減小原材料平均粒徑，縮窄粒度范圍。原材料鋁粉的粒度由50~100μm控制為5~20μm，KClO4的粒度由60~100μm控制為5~20μm，提升藥劑燃燒穩(wěn)定性，提高輸出壓力一致性；2）優(yōu)化點(diǎn)火器輸出端約束結(jié)構(gòu)。點(diǎn)火器輸出端約束結(jié)構(gòu)由鋁箔薄片弱約束優(yōu)化為多孔結(jié)構(gòu)擋藥板強(qiáng)約束，提升藥劑燃燒充分性，提高輸出壓力一致性。針對(duì)燃燒傳遞環(huán)節(jié)，對(duì)次級(jí)裝藥（點(diǎn)火藥盒）的裝藥狀態(tài)進(jìn)行控制、對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高燃燒傳遞環(huán)節(jié)輸出壓力一致性，提升精細(xì)化控制水平，具體包括：1）將裝藥狀態(tài)由散裝藥粒調(diào)整為壓裝藥餅，提升藥劑燃燒穩(wěn)定性，提高輸出壓力一致性；2）將賽璐璐結(jié)構(gòu)調(diào)整為多孔金屬支架結(jié)構(gòu)，提升藥劑燃燒充分性，進(jìn)而使輸出壓力一致性得到提高。通過對(duì)上述環(huán)節(jié)的驗(yàn)證，獲得了提高輸出壓力一致性的控制措施，達(dá)到了提高航天火工裝置點(diǎn)火輸出及傳遞可靠性的目的，為現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了借鑒。

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High Precision Control of Ignition Output and Transmission of Space Pyrotechnic Device

CHENG Qi1WANG Shuai2HU Jianju1YANG Ye1

（1 Sichuan Aerospace Chuannan Pyrotechnic Technology Co. LTD, Luzhou 646005, China） （2 China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing 100071, China）

The reliability of output and transmission of space pyrotechnics is generally tested in accordance with GJB1307A-2004 General Specification For Space Pyrotechnics, such as 120%, 75% output energy, etc. In actual verification, 120% charge and 75% charge are often used for assessment, ignoring the influence of ignition output pressure dispersion, which may cause the assessment to fail. In this paper, the key influencing factors of ignition output and transfer pressure consistency are analyzed from the point of view of ignition output and transmission pressure consistency. Two methods above improve the fine control level of ignition output and transmission of aerospace pyrotechnics. It can effectively reduce the possibility of the failure of the margin assessment and ensure the reliability of the margin test results.

ignition; output; transmission; consistency; pressure deviation; space pyrotechnics

V464

A

1009-8518(2019)03-0005-09

10.3969/j.issn.1009-8518.2019.03.002

成琦，男，1971年生，2004年獲南京理工大學(xué)兵器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)工程碩士學(xué)位。正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹教旎鸸ぜ夹g(shù)。E-mail：13882788700@139.com。

2019-01-12

國家重大科技專項(xiàng)工程

（編輯：夏淑密）