國外火工品“三化”及標(biāo)準(zhǔn)分析研究

趙成森 任煒 張蕊 紀(jì)向飛 陳京生

（1 中國兵器工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京，100089；2 陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，西安，710061）

文 摘：火工品是武器裝備作戰(zhàn)使用中必備的部分，其作用是以較小能量激發(fā)其內(nèi)裝藥劑產(chǎn)生燃燒或爆炸，以其燃燒火焰、爆炸沖擊波、高壓燃?xì)獾葘崿F(xiàn)點火、起爆、做功等預(yù)定功能。文章以美國航天用和軍用火工品為例，介紹國外火工品“三化”的發(fā)展歷程，分析了MIL-STD-320A、MIL-HDBK-145、MIL-HDBK-777 等火工品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出火工品“優(yōu)化產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)、精干型譜系列”的思路，為火工品的通用化和系列化標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建提供借鑒。

火工品應(yīng)用平臺多、用量大、種類豐富，其發(fā)展整體呈現(xiàn)出“種類繁雜、型號眾多、結(jié)構(gòu)相似、性能相近、從屬配套”的特點。產(chǎn)品種類豐富在某種程度上也會導(dǎo)致產(chǎn)品品種繁雜、數(shù)量龐大、配套效率低等問題，并嚴(yán)重影響了火工品產(chǎn)品可靠性積累和自動化制造。在火工品的“三化”（通用化（標(biāo)準(zhǔn)化）、模塊化、系列化）中，通用化是火工品“三化”的基礎(chǔ)，構(gòu)建通用化火工品的標(biāo)準(zhǔn)，是火工品實現(xiàn)“三化”重要步驟，通用化和模塊化是火工品實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計和智能化制造的前提，火工品的系列化是滿足各類武器裝備使用的要求。

1 國外火工品“三化”的發(fā)展

世界范圍內(nèi)，先后出現(xiàn)了機械、電熱、半導(dǎo)體橋、爆炸箔和激光等火工品類型，且每類火工品技術(shù)的發(fā)展都是在武器裝備需求的牽引和工業(yè)技術(shù)的推動下實現(xiàn)的。國外火工品“三化”工作主要包括兩個方面：①針對老產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)革新；②發(fā)展新技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行升級換代。筆者以美國為例，首先介紹國外火工品技術(shù)“三化”的發(fā)展歷程。

1.1 美國火工品的通用化和系列化

火工品在航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，美國NASA 對于火工品的“三化”特別重視。資料表明，火工品通用化最早源于上世紀(jì)60 年代美國航天領(lǐng)域，主要通過研制和使用標(biāo)準(zhǔn)化的基型產(chǎn)品來實現(xiàn)。

NASA 1 號是一種標(biāo)準(zhǔn)電起爆器，是最典型的通用火工品（基型火工品）。該產(chǎn)品伴隨登月計劃而誕生，是目前美國所有載人及非載人航天器用火工裝置的首選標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，廣泛用于起爆保險/解除保險裝置內(nèi)的火工品序列、密閉導(dǎo)爆管歧管、切割分離組件、傳爆藥藥管、壓力藥筒等。NASA標(biāo)準(zhǔn)雷管是美國航天標(biāo)準(zhǔn)化的另一個產(chǎn)品，被作為政府采購元件供應(yīng)給所有客戶，常用于起爆聚能裝藥組件和多種火工閥門驅(qū)動藥筒。

上世紀(jì)90 年代，NASA 與國防部和能源部通過 《NASA 航空宇航火工驅(qū)動系統(tǒng)規(guī)劃》 專項，開展了系列標(biāo)準(zhǔn)火工品的研制。該計劃中涉及的標(biāo)準(zhǔn)火工品包括：標(biāo)準(zhǔn)氣體發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)線形分離系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)激光二極管保險/解除保險裝置、標(biāo)準(zhǔn)激光雷管和標(biāo)準(zhǔn)激光起爆器等[1]。通過該計劃實施，發(fā)展改進(jìn)了火工品的設(shè)計方法、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，建立了標(biāo)準(zhǔn)火工品系列、標(biāo)準(zhǔn)測試方法、火工品數(shù)據(jù)庫及標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品仿真模型等，使美國的火工品基本實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，有效提升了NASA 火工品在航天領(lǐng)域的安全性可靠性及配套能力，推動了美國航天技術(shù)的發(fā)展。

美國軍用火工品的標(biāo)準(zhǔn)化歷程與航天火工品類似。20 世紀(jì)50～60 年代美軍火工品也出現(xiàn)過型號雜亂、品種繁多的問題。70 年代后，出現(xiàn)了基型產(chǎn)品，并通過對基型產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，逐步將火工品的種類和型號進(jìn)行了系列化，以滿足武器彈藥發(fā)展需要。具有代表性的基型火工品包括M55針刺雷管、M94針刺雷管、M84電雷管、M100 獨腳電雷管、愛國者防空導(dǎo)彈用MK71 電雷管、T20E1 電雷管等[2]。美國每種基型雷管通?？裳b備數(shù)十種彈藥，且越來越多的彈藥引信采用同一種或性能指標(biāo)相近的通用型雷管。不僅提高了火工產(chǎn)品的通用化程度，還有利于產(chǎn)品優(yōu)化、性能改進(jìn)、降低成本、提高戰(zhàn)時供給效率。

1.2 火工藥劑的通用化和系列化

火工藥劑是火工品的核心?；鸸に巹┓N類繁多，僅起爆藥就涉及50 種，火工藥劑的標(biāo)準(zhǔn)化是評價火工藥劑的依據(jù)。國外針對通用型火工品藥劑設(shè)計、研制與評價，已開展大量系統(tǒng)研究工作，發(fā)展了鋯/高氯酸鉀（ZPP）、硼/硝酸鉀（BPN）、鋯粉/氧化鐵/硅藻土（A-1A）、硼/鉻酸鋇、鋁/高氯酸鉀、鎂/聚四氟乙烯，2，4，6—三硝基間苯二酚鉛（LNTR）、疊氮化鉛（LA），高氯酸·四氨·雙（5—硝基四唑）合鈷（III）（BNCP）、六硝基茋—Ⅳ（HNS—Ⅳ）等10 種標(biāo)準(zhǔn)藥劑[4]。

1992 年，美軍標(biāo)MIL-STD-1901 《火箭彈和導(dǎo)彈發(fā)動機點火系統(tǒng)設(shè)計安全準(zhǔn)則》 明確將符合MIL-P-46994B 《硼/硝酸鉀點火藥?！?要求的藥劑列為直列式安全起爆與點火序列的標(biāo)準(zhǔn)許用藥劑。在標(biāo)準(zhǔn)型起爆藥方面，BNCP 是美國能源部研發(fā)的一種性能優(yōu)異的新型安全鈍感起爆藥，具有安全、鈍感、耐熱、抗靜電性能。對火焰、電橋絲均有較好的感度，且燃燒轉(zhuǎn)爆轟（DDT）時間短，輸出威力大，同時，BNCP 的合成、制造和勤務(wù)處理安全性較常規(guī)起爆藥也有所提高。因此，國外已將其作為激光、半導(dǎo)體橋雷管的始發(fā)藥大量使用。在直列式起爆藥方面，國外廣泛采用熱穩(wěn)定性、僅對短脈沖沖擊波敏感的HNS 鈍感高能炸藥作為爆炸箔起爆器裝藥，并形成美軍標(biāo)MIL-E-82903 等HNS 制造工藝標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

2 國外火工品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

美國國防部標(biāo)準(zhǔn)化文件有76 大類、602 小類，火工品及其相關(guān)專業(yè)的美國軍用標(biāo)準(zhǔn)和國防部標(biāo)準(zhǔn)基本都在13 大類（彈藥和炸藥類）的22個小類中[5]。火工品美軍標(biāo)有比較完整的層次劃分和比較合理的標(biāo)準(zhǔn)體系：①第一層為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，包括名詞術(shù)語、尺寸系列，如MIL-STD-320A 《引信爆炸元件的術(shù)語、尺寸和材料》；②第二層為設(shè)計、設(shè)計鑒定、通用要求等規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，如MIL-I-23659 《電起爆器通用設(shè)計規(guī)范》、MIL-STD-1901 《火箭彈和導(dǎo)彈發(fā)動機點火系統(tǒng)設(shè)計安全準(zhǔn)則》、DOD-E-83578 《航天飛行器爆炸系統(tǒng)和裝置要求》 等；③第三層為試驗及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)，如MIL-STD-322 《電起爆爆炸元件的基本鑒定試驗》、MIL-STD-1576 《航天系統(tǒng)用電爆分系統(tǒng)的安全性要求和試驗方法》、MILSTD-331C 《引信、引信零部件的環(huán)境與性能試驗》 等；④第四層為型號產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，如各類雷管、點火器、導(dǎo)爆管等火工品及各類火工品用藥劑等，這類標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量最多，約占總標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的90%；⑤第五層為原材料標(biāo)準(zhǔn)，主要是制造火工品藥劑用的原材料和火工品裝配用的有關(guān)材料。

美軍標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)制定伊始就比較注重通用化和系列化要求，把“三化”的理念融入到標(biāo)準(zhǔn)中，并且標(biāo)準(zhǔn)之間相互補充、相互配合，協(xié)調(diào)性、一致性較好，共同構(gòu)成了軍用火工品“三化”標(biāo)準(zhǔn)體系。

目前，火工品相關(guān)的美國軍用標(biāo)準(zhǔn)有220 余項（不含火工藥劑），重要的型號產(chǎn)品均以軍標(biāo)的形式發(fā)布。標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)指標(biāo)和試驗驗收相對較全，設(shè)計要求如裝藥參數(shù)、輸入可靠性計算、材料要求等在部分產(chǎn)品軍標(biāo)中有所反映。以下對幾個重點標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

2.1 MIL-STD-320A 《引信爆炸元件的術(shù)語、尺寸和材料》

該標(biāo)準(zhǔn)于1958 年首次發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)代號為MILSTD-638，1962年修訂為MIL-STD-320，1975年兩次修訂MIL-STD-320A，1987 年發(fā)布了更改通知。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，針刺、火焰和電，這3 類爆炸元件的管殼直徑相同，有利于模具通用，便于生產(chǎn)管理，有利于戰(zhàn)時動員，便于批量生產(chǎn)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定發(fā)展產(chǎn)品，可減少品種，提高產(chǎn)品通用化程 度。MIL-STD-320A 與MIL-STD-320 的 主 要差異是增加了爆炸元件尺寸系列，如電起爆爆炸元件的直徑系列由8 個增加至11 個，長度系列由13 個增加至19 個。從該標(biāo)準(zhǔn)的修訂情況可以看出，隨著武器裝備的發(fā)展，為滿足新的要求，必然要研制新的產(chǎn)品，這就需要不斷擴大系列。從這個意義上講，產(chǎn)品系列化并不是簡單的減少品種，而是應(yīng)該按照規(guī)定的合理的尺寸系列發(fā)展品種。由于有合理的尺寸系列要求，在火工品設(shè)計研發(fā)時自然可減少品種，在武器彈藥裝配時自然可以提高產(chǎn)品的通用化程度。

2.2 MIL-HDBK-145 《引信目錄 采購制式和在研的引信》

從美軍引信目錄MIL-HDBK-145 可以看出，合理的尺寸系列保證了火工品各類引信對火工品的應(yīng)用要求。MIL-HDBK-145 中規(guī)定電雷管直徑系列有11 個，但在70 多種引信中只使用了3 個系列；針刺雷管直徑系列7 個，但在23 種引信中只使用了2 個系列。有的雷管在引信中具有很強的通用性，如M100電雷管（尺寸Φ2.5mm×6.5mm，規(guī)范號MIL-D-48120A），通用于12 種引信；MK71 電雷管（尺寸Φ4.9mm×9.8mm，規(guī)范號MIL-D-85294）通用于24 種引信；M55 針刺雷管（尺寸Φ3.7mm×3.6mm，規(guī)范號MIL-D-14978A）基本上是炮彈引信的通用雷管。正是由于火工品的通用化，使火工品的自動化成為可能，例如M55 針刺雷管于70 年代初完成了自動化生產(chǎn)，每分鐘可生產(chǎn)M55 針刺雷管800 發(fā)～1200 發(fā)。

2.3 MIL-HDBK-777 《引信目錄 采購制式和在研引信的爆炸元件》

1985 年，由美國國防部按照規(guī)定程序編寫了MIL-HDBK-777 《引信目錄 采購制式和在研引信的爆炸元件》，將其列入軍用標(biāo)準(zhǔn)化手冊系列，作為軍用火工品規(guī)范編制、設(shè)計和采購的參考資料，為其火工品“三化”工作開展提供了重要數(shù)據(jù)。該手冊組成部分的引用文件是MIL-STD-322《電起爆爆炸元件的基本鑒定試驗》 和MIL-STD-1316D 《引信安全性設(shè)計準(zhǔn)則》，全面反映了80年代及90 年代初期常規(guī)武器引信用的700 余種火工品的性能狀態(tài)和技術(shù)水平，包括電點火管、點火元件、火帽共124 種；雷管共215 種，其中電雷管75 種、針刺雷管78 種、火焰雷管52 種、電撞兩用雷管5 種、撞擊雷管5 種；延期元件、接力管共44 種；導(dǎo)爆管85 種；擴爆管（藥柱）82種；開關(guān)、作動器、驅(qū)動器共63 種；裝藥、曳光管、指示器共14 種。這些火工品多數(shù)用于炮彈引信、航空炸彈引信、子彈（雷）引信、地雷引信、火箭彈引信、導(dǎo)彈引信、榴彈引信、手榴彈引信及其他引信。其中，應(yīng)用最多的起爆類通用火工品僅有針刺雷管M55（Φ3.7mm）、M94（Φ4.2mm）、M61（Φ4.9mm）、M99（Φ6.1mm）4 種；破甲彈引信用高瞬發(fā)度電雷管M69（Φ4.9mm）、M48（Φ7.0mm）2 種；電子引信用微型雷管M100（Φ2.5mm）；火箭彈引信用雷管M84（Φ4.9mm）；愛國者導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈引信用電雷管MK71（Φ4.9mm）、T20E1（Φ4.9mm）2 種。該手冊不包括核彈藥用火工品、NASA 用火工品、民用商業(yè)火工品和復(fù)雜導(dǎo)彈發(fā)火系統(tǒng)用的火工品。

1） 防滲層：防滲層的作用是阻止床內(nèi)滲瀝液流到床外，或床外水滲入床內(nèi)。防滲層結(jié)構(gòu)與填埋場的防滲層類似，由下往上依次為20 mm左右的黏土層、400g/m2的土工布、1～2mm厚的HDPE膜。

2.4 其他標(biāo)準(zhǔn)

在1991 年前后制定了MIL-STD-1316D 《引信安全性設(shè)計準(zhǔn)則》（目前已更新至E 版）、MIL-STD-1901 《彈藥火箭和導(dǎo)彈發(fā)動機點火系統(tǒng)安全性設(shè)計準(zhǔn)則》（1992 年1 月22 日）、MIL-I-23659 《電起爆器通用設(shè)計規(guī)范》 系列標(biāo)準(zhǔn)（目前已更新至F 版）、MIL-STD-322 《電起爆爆炸元件的基本鑒定試驗》（目前已更新至B 版）、MILSTD-1576 《航天系統(tǒng)用電爆分系統(tǒng)的安全性要求和試驗方法》、MIL-STD-331C 《引信、引信零部件的環(huán)境與性能試驗》、DOD-E-83578A 《航天飛行器爆炸系統(tǒng)和裝置要求》 等，其中的很多規(guī)定也是建立基型火工品的基礎(chǔ)上的，有力地支撐了美國火工品“三化”工作的開展。

3 啟示與建議

3.1 啟示

發(fā)達(dá)國家已經(jīng)基本建立了一套較為完善的通用火工品系列，對火工品的設(shè)計、研發(fā)、改進(jìn)等起到的積極的推動作用，也為實現(xiàn)火工品的自動化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，其所涉及的分類方法與實現(xiàn)方式，在武器裝備和實戰(zhàn)中得到了檢驗，顯示了良好效果，也帶給我們一些啟示。

a）重視頂層規(guī)劃。美國航天局通過啟動火工品專項計劃，對火工品技術(shù)發(fā)展進(jìn)行頂層規(guī)劃，在思想上統(tǒng)一認(rèn)識，在技術(shù)上引導(dǎo)火工品研發(fā)向通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化過渡，并廣泛向陸、海、空、宇航及能源部門推廣，為火工品“三化”推廣和普及奠定了基礎(chǔ)。

b）重視基礎(chǔ)積累。美國非常重視火工品研發(fā)、改型和生產(chǎn)中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集和積累，對火工品產(chǎn)品及火工藥劑的實際應(yīng)用進(jìn)行長期跟蹤和數(shù)據(jù)采集，從問題導(dǎo)向和需求導(dǎo)向出發(fā)，通過大量數(shù)據(jù)研究分析及試驗驗證，提出并研制了標(biāo)準(zhǔn)雷管、標(biāo)準(zhǔn)起爆器、標(biāo)準(zhǔn)許用藥劑等標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化火工產(chǎn)品及型譜系列。不僅減少了種類，提高了性能，而且滿足了需求，提高了自動化制造水平。

c）重視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。美國非常重視火工品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的制定和應(yīng)用。一方面，對于取得的研究成果，通過制定各種軍用標(biāo)準(zhǔn)、軍用手冊、航天標(biāo)準(zhǔn)等來進(jìn)行規(guī)范、固化和貫徹實施；另一方面，對研究過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行提前規(guī)范以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和通用性，有利于后續(xù)的數(shù)據(jù)整合與共享。

3.2 建議

與美國火工品“三化”發(fā)展相比，我國火工品“三化”水平還處在初級階段。除了歷史原因之外，技術(shù)積累和融合不足和標(biāo)準(zhǔn)體系支撐不夠也是制約火工品行業(yè)“三化”水平提升的重要原因。特別是標(biāo)準(zhǔn)體系支撐不足，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

a）缺少從頂層角度對火工品型譜編制、選用、管理指南或要求，提出“自上而下”的統(tǒng)型指導(dǎo)性規(guī)范。

b）尚無基型火工品和標(biāo)準(zhǔn)火工藥劑的標(biāo)準(zhǔn)及其相關(guān)的設(shè)計要求及產(chǎn)品規(guī)范，從火工品產(chǎn)品角度“自下而上”梳理的型譜體系尚未形成。

c）基型火工品和標(biāo)準(zhǔn)火工藥劑通用規(guī)范類標(biāo)準(zhǔn)，主要規(guī)定了火工品通用技術(shù)要求及其試驗驗收方法，對產(chǎn)品選型、尺寸參數(shù)系列、接口關(guān)系等內(nèi)容均未涉及。

d）火工品現(xiàn)行的試驗與評估類標(biāo)準(zhǔn)，主要是火工品某項性能的試驗或驗收方法，盡管能夠完成大多數(shù)火工品的試驗考核與評估，但未具體明確適用于通用火工品的標(biāo)準(zhǔn)測試方法或要求。

e）缺乏與火工品“三化”密切相關(guān)的原材料標(biāo)準(zhǔn)，主要是制造火工品藥劑用的原材料和火工品裝配用有關(guān)材料及特殊火工品材料的設(shè)計、工藝、檢測等標(biāo)準(zhǔn)。這些原材料或組部件標(biāo)準(zhǔn)的缺失，使得火工品從源頭上就未形成通用化、系列化的基礎(chǔ)。

綜上，迫切需要開展火工品的“三化”研究，建立火工品產(chǎn)品型譜技術(shù)體系，形成通用的、系列的可滿足貨架式供應(yīng)的火工品。同步開展火工品標(biāo)準(zhǔn)體系研究，以基型火工品為基礎(chǔ)，構(gòu)建火工品設(shè)計、試驗、材料、工藝標(biāo)準(zhǔn)為支撐的多維度、多層級、體系化的標(biāo)準(zhǔn)群，為推進(jìn)火工品新技術(shù)應(yīng)用、加快新型號研制效率、提高設(shè)計和自動化制造水平、提升服務(wù)裝備保障能力，實現(xiàn)火工品行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供標(biāo)準(zhǔn)支撐和保障。