某隔板點火裝置點火延遲時間超差分析與改進*

程 翔，黃少波，邢國強，沈 欣

(1 中國空空導彈研究院第四研究所，河南洛陽 471009；2 駐中國空空導彈研究院軍事代表室，河南洛陽 471009)

0 引言

隔板點火裝置作為延時起爆機構(gòu)和安全脫離機構(gòu)，在武器彈藥以及火箭、飛行器等方面有著廣泛的應(yīng)用，其能否可靠作用直接影響著武器彈藥的起爆可靠性和飛行器等的分離可靠性。

某隔板點火裝置在模擬試驗器內(nèi)發(fā)火并測試P-t曲線，1發(fā)產(chǎn)品在低溫下出現(xiàn)單路點火延遲時間超差問題。文中針對該現(xiàn)象，經(jīng)過故障樹分析得出了故障原因并完整的復現(xiàn)了該故障，通過采取改進措施，消除了該故障并提升了點火一致性。

1 工作機理與故障現(xiàn)象

1.1 工作機理

隔板點火裝置工作原理見圖1，其工作流程為：輸入點火信號(同步觸發(fā)采集信號)→電爆管發(fā)火→引爆起爆器→起爆器輸出爆轟→起爆施主藥→施主藥輸出爆轟→通過隔板起爆受主藥→受主藥爆轟轉(zhuǎn)燃燒→引燃擴燃藥片放大火焰→點燃點火藥柱→輸出高溫高壓火焰沖破噴口膜片。

圖1 工作原理示意

傳火藥盒(組成見圖2)用于將隔板受主藥的火焰進一步放大以點燃點火藥柱，圓周方向均布八粒擴燃藥片，中心為傳火口并粘接一個0.1 mm厚的堵片用于建壓。

圖2 傳火藥盒組成示意

1.2 故障現(xiàn)象

點火裝置在模擬試驗器內(nèi)進行發(fā)火試驗并同步測試輸出的P-t曲線，試驗要求高溫雙路發(fā)火，低溫單路發(fā)火，故障產(chǎn)品在低溫下出現(xiàn)點火延遲時間超差，試驗曲線見圖3。

圖3 P-t曲線

如圖3所示，相比低溫單路發(fā)火的正常件P-t曲線，故障件曲線整體后移：在39 ms時試驗器產(chǎn)生壓強，點火延遲時間(定義為0～30%Pmax)為43.6 ms，超出了30 ms的指標范圍。

2 故障分析、復現(xiàn)

2.1 故障樹

經(jīng)初步分析和復查[1-3]，列出故障樹如圖4所示。

2.2 故障樹分析

2.2.1 電爆管延遲發(fā)火

電爆管質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)300余發(fā)發(fā)火試驗統(tǒng)計，平均點火延遲時間為1.53 ms，不可能出現(xiàn)30 ms延遲；對試驗后的故障件點火導線進行500 V絕緣檢查，也排除了線束分流的影響，因此電爆管延遲發(fā)火的因素可排除。

2.2.2 傳爆過程延遲點火

仿真結(jié)果表明正常工作時傳爆過程約2 μs，且傳爆序列的失效模式只有不傳爆，可排除傳爆序列延遲的因素[4]。

圖4 故障樹

2.2.3 點火藥柱延遲點火

點火藥柱如受潮可能導致點火延遲現(xiàn)象[5-6]。為驗證該故障模式，按WJ1865—1989《火工品藥劑吸濕性測定法》[7]將點火藥柱進行吸濕試驗，藥柱水分含量0.99%，裝成點火裝置后保低溫單路發(fā)火，點火延遲時間分別為9.60 ms、7.60 ms，且壓強峰、工作時間均與正常數(shù)據(jù)一致，可排除點火藥柱延遲點火的因素。

2.2.4 傳火藥盒延遲點火

為進一步故障定位，采用一個傳火藥盒與模擬點火藥柱裝成點火裝置，保低溫后單路發(fā)火曲線見圖5，可見藥盒點燃的壓強(峰值86 kPa，延遲時間8.4 ms)即可擊破點火裝置的噴口膜片。

圖5 P-t曲線

由于圖3故障件曲線在39 ms之前明顯無壓強信號，因此該時刻前傳火藥盒未輸出壓強，故障定位在傳火藥盒上。

2.2.4.1 受主藥、擴燃藥片藥量不足

按照受主藥、擴燃藥片藥量不足的故障模式，參照2.2.4節(jié)進行極限情況下的發(fā)火試驗，試驗統(tǒng)計見表1。

表1 減藥量模式試驗條件與結(jié)果

在兩種藥劑藥量同時減半的極限情況下[8]，試驗壓強峰相對正常范圍(70～100 kPa)顯著降低，但均未出現(xiàn)明顯的點火延遲；復查故障產(chǎn)品裝配記錄，藥劑稱量合格；對故障產(chǎn)品進行解剖，未點火序列的受主藥藥量合格，與裝配記錄吻合。綜合以上因素可排除藥量不足的可能性。

2.2.4.2 受主藥、擴燃藥片受潮

傳火藥盒內(nèi)擴燃藥片用于放大受主藥火焰，如兩種藥劑受潮均可能導致延遲點火現(xiàn)象。

為驗證兩種藥劑同時受潮的故障模式，參照2.2.3、2.2.4節(jié)進行吸濕和發(fā)火試驗，受主點火藥水分含量1.12%，擴燃藥片水分含量0.96%。

經(jīng)測試壓強峰分別為53 kPa、60 kPa，對應(yīng)點火延遲時間分別為10.10 ms、9.50 ms，均未出現(xiàn)明顯的點火延遲，可排除藥盒內(nèi)受主藥、藥片受潮的因素。

2.2.5 受主加強帽點鉚差

在點火過程中，點鉚作用可以增加加強帽中受主點火藥被點燃的持續(xù)時間，有利于提高擴燃藥片的點火效果，另一方面有利于受主藥承受動力環(huán)境。經(jīng)不同批次產(chǎn)品解剖復查，點鉚工裝由于長期使用發(fā)生變形，局部已損壞，致使點鉚強度降低，故障批點鉚痕跡明顯輕于較早批次。

對此參照2.2.4節(jié)進行了點火試驗，試驗狀態(tài)的數(shù)據(jù)見表2。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可見，未點鉚情況下傳火藥盒的點火壓強波動大，壓強峰明顯較低，極易于發(fā)生延期時間超差；損壞工裝點鉚情況下傳火藥盒的點火效果不穩(wěn)定，點火一致性不好；正常點鉚情況下傳火藥盒的點火效果與一致性較好。

分析認為：當點鉚失效或效果較差時，受主點火藥的工作壓強極低，不利于擴燃藥片的快速燃燒，且低溫下擴燃藥片較難點燃，引起點火裝置的延遲點火。由于高溫試驗為雙路冗余點火，兩個加強帽同時發(fā)生點鉚質(zhì)量差的機率較小，且高溫狀態(tài)下擴燃藥片易于點燃，未暴露該問題。因此故障最終定位在：受主加強帽點鉚質(zhì)量差。

表2 點鉚模式試驗條件與結(jié)果

3 改進措施

改進措施分為質(zhì)量改進和設(shè)計改進，質(zhì)量改進如下：

1)點鉚工裝材料由45鋼更換為2Cr13，重新加工工裝并定期檢修；

2)在檢驗環(huán)節(jié)上增加了傳火藥盒的測壓抽檢項目。

設(shè)計改進如下：

1)擴燃藥片被點燃的快慢與其所處位置有關(guān)，如果位于傳火通道出口的藥片多，則有利于提高加強帽受主點火藥燃燒的能量利用率，保證傳火通道的擴燃藥片快速點燃。為此將兩粒擴燃藥片居中放置，使其位于傳火藥盒的噴火口處。

2)藥盒堵片的作用類似加強帽，火焰壓強需要沖破傳火口處的堵片方可輸出至點火藥柱，增厚堵片有利于提高傳火藥盒中的火焰壓強，利于擴燃藥片的快速點燃，為此將藥盒堵片增厚到0.2 mm。

根據(jù)上述措施參照2.2.4節(jié)進行了點火試驗，所進行的6發(fā)試驗與表2部分數(shù)據(jù)對比見圖6。

改進后點火壓強峰增加至80～120 kPa，相比改進前點火延遲時間進一步縮短，點火一致性更好。

圖6 試驗對比

4 結(jié)論

a) 受主加強帽點鉚效果差影響了傳火藥盒的點火效果，導致了點火裝置的點火延遲時間超差；

b) 通過改進點鉚工裝及增加傳火藥盒的抽檢試驗，可有效提高點火裝置的質(zhì)量與可靠性；

c) 優(yōu)化擴燃藥片安裝位置、加厚藥盒堵片厚度，可進一步縮短點火延遲時間，提升點火一致性。