網(wǎng)絡(luò)切割裝置起爆點(diǎn)的設(shè)置研究?

陳 鋒 曹始發(fā) 王曉勇 贠 妮 陳繼強(qiáng) 李家家

陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所(陜西西安，710061)

引言

作為線形分離的做功元件，聚能切割索作用時(shí)能夠產(chǎn)生連續(xù)的金屬射流，對(duì)目標(biāo)靶板進(jìn)行切割分離。 因其作用快，作用可靠，能夠有效地利用爆轟能量，被廣泛地用于武器系統(tǒng)的級(jí)間分離系統(tǒng)和飛機(jī)的應(yīng)急逃生通道清理系統(tǒng)中[1-4]。 隨著武器系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的單一線形環(huán)向切割分離裝置已不能滿足級(jí)間分離功能的要求。 為了提高武器系統(tǒng)的戰(zhàn)績(jī)指標(biāo)，適應(yīng)新的技術(shù)要求，在單一的線形聚能切割分離的基礎(chǔ)上衍生出了網(wǎng)絡(luò)聚能切割裝置。 網(wǎng)絡(luò)切割裝置采用聚能切割索進(jìn)行縱橫交錯(cuò)組網(wǎng)，并利用聚能切割索將連接艙段切割分離成若干個(gè)小塊拋出，快速完成分離功能[5]。 網(wǎng)絡(luò)切割裝置的工作可靠性直接影響到分離工作的可靠性，分離裝置中聚能切割索技術(shù)較為成熟，關(guān)鍵技術(shù)在于交叉節(jié)點(diǎn)處的傳爆方式和起爆點(diǎn)設(shè)置[6-7]。 現(xiàn)有文獻(xiàn)資料在聚能切割索射流侵徹及仿真計(jì)算方面記載較多[8]，對(duì)網(wǎng)絡(luò)切割裝置起爆點(diǎn)的起爆和傳爆效果未見記載。

為了探究起爆點(diǎn)位置對(duì)分離裝置的影響，通過(guò)切割索和三通傳爆管4 種不同的起爆方式對(duì)比試驗(yàn)，研究起爆點(diǎn)設(shè)置的最佳位置。

1 試驗(yàn)原理

1.1 起爆點(diǎn)設(shè)置

網(wǎng)絡(luò)切割裝置一般由橫向切割和縱向切割組成。 橫向切割和縱向切割有多個(gè)交叉節(jié)點(diǎn)。 典型的網(wǎng)絡(luò)切割裝置由2 個(gè)橫向切割索和4 個(gè)縱向切割索組成，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見圖1。

由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可知，切割裝置的起爆點(diǎn)可以設(shè)置在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的切割索上，也可以設(shè)置在兩個(gè)切割索的T 形交叉節(jié)點(diǎn)處。

1.2 傳爆過(guò)程

網(wǎng)絡(luò)切割裝置兼有聚能切割和傳爆兩項(xiàng)功能。切割裝置中起爆點(diǎn)位置不同，爆轟波傳遞路徑和效果也不同。 起爆點(diǎn)設(shè)置在橫向切割索上，起爆后爆轟波沿切割索軸向傳遞，在交叉點(diǎn)處利用側(cè)向爆轟能量引爆縱向切割索，使爆轟波沿縱向傳爆；起爆點(diǎn)設(shè)置在交叉點(diǎn)上，起爆后爆轟波從起爆點(diǎn)處同時(shí)向橫向切割索的兩端和縱向切割索3 個(gè)方向軸向傳遞；起爆點(diǎn)設(shè)置在縱向切割索上，起爆后爆轟波沿切割索軸向傳遞，在交叉點(diǎn)處利用軸向爆轟能量引爆橫向切割索，使爆轟波沿橫向切割索向兩邊傳爆[9]。 3 個(gè)起爆點(diǎn)爆轟波傳遞過(guò)程見圖2。

2 驗(yàn)證試驗(yàn)及分析

2.1 起爆點(diǎn)位于切割索上起爆

根據(jù)切割裝置結(jié)構(gòu)可知，起爆點(diǎn)在橫向和縱向切割索上，爆轟波都是沿著切割索的軸向傳遞，只是在交叉節(jié)點(diǎn)處引爆下一級(jí)的方式不同；因此，起爆點(diǎn)在切割索上的起爆驗(yàn)證試驗(yàn)只對(duì)起爆點(diǎn)的爆轟波傳遞和射流情況進(jìn)行探究。 切割索截面形狀為U 形，寬度4.0 mm，高度3.3 mm，裝藥量為3.8 g/m。 試驗(yàn)時(shí)，將切割索粘貼在試驗(yàn)靶板(材料為2219-T8 鋁合金，厚5.5 mm)上，用雷管從背部起爆切割索。 試驗(yàn)后，檢查試驗(yàn)靶板的射流情況(圖3)。

圖3 起爆點(diǎn)位于切割索上起爆F(xiàn)ig.3 Initiation when the initiation point is on the cutting cord

試驗(yàn)結(jié)果表明:在切割索上設(shè)置起爆點(diǎn)，切割索被起爆后，試驗(yàn)靶板上具有連續(xù)的射流印跡，寬度約為2.2 mm，深度約為2.8 mm；在起爆點(diǎn)處無(wú)射流間斷現(xiàn)象。 由此判定，起爆點(diǎn)設(shè)置在切割索上能夠滿足起爆切割索的要求。

2.2 起爆點(diǎn)位于交叉點(diǎn)處起爆

切割裝置交叉點(diǎn)起爆設(shè)計(jì)方案有切割索對(duì)接起爆、切割索端頭起爆和三通傳爆管起爆3 種。 切割索對(duì)接起爆為在交叉點(diǎn)的橫向切割索上設(shè)置起爆點(diǎn)，縱向切割索端頭緊貼橫向切割索側(cè)面；切割索被起爆后，爆轟波沿3 個(gè)方向同時(shí)傳爆。 切割索端頭起爆為在交叉點(diǎn)處設(shè)置擴(kuò)爆管，橫向和縱向切割索端頭緊貼擴(kuò)爆管側(cè)面；切割索被起爆后，爆轟波沿3個(gè)方向同時(shí)傳爆。 三通傳爆管起爆為在三通傳爆管的背部設(shè)置起爆點(diǎn)，在三通傳爆管的3 個(gè)端頭各對(duì)接一節(jié)切割索；三通傳爆管被起爆后，爆轟波沿3 個(gè)方向同時(shí)傳爆并引爆下一級(jí)的切割索[5]。 試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)件按照?qǐng)D4 裝配在試驗(yàn)靶板上。 試驗(yàn)后，檢查試驗(yàn)靶板的射流情況。 試驗(yàn)前、后狀態(tài)見圖5。

圖4 起爆點(diǎn)位于交叉點(diǎn)上示意圖Fig.4 Schematic diagram of the initiation point at intersection

圖5 起爆點(diǎn)位于交叉點(diǎn)上起爆F(xiàn)ig.5 Initiation when the initiation point is at the intersection

試驗(yàn)結(jié)果表明:切割索對(duì)接起爆后，試驗(yàn)靶板有射流印跡，交差點(diǎn)處縱向與橫向射流不連續(xù)，射流不連續(xù)距離約為2.0 mm；切割索端頭起爆后，試驗(yàn)靶板有射流印跡，擴(kuò)爆管處有炸坑、無(wú)射流，橫向射流不連續(xù)距離約為8.0 mm，縱向射流不連續(xù)距離約為4.0 mm；三通傳爆管背部起爆后，試驗(yàn)靶板有射流印跡，交差點(diǎn)處射流為連續(xù)狀態(tài)。 據(jù)此分析，交叉點(diǎn)處起爆方案，均能夠正常引爆切割索，采用三通傳爆管背部起爆方式優(yōu)于切割索對(duì)接起爆和切割索端頭起爆方式。

2.3 間隙傳爆

間隙傳爆試驗(yàn)主要考核在有空氣間隙的情況下三通傳爆管與切割索之間的起爆性能。 三通傳爆管與切割索之間預(yù)留2.0 mm(圖6 中d1、d2和d3)的空氣間隙，試驗(yàn)件裝配形式見圖6。 試驗(yàn)結(jié)果表明，在2.0 mm 空氣間隙下，三通傳爆管能夠可靠引爆切割索。 試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖6 間隙傳爆示意圖Fig.6 Schematic diagram of gap propagation test

圖7 三通傳爆管間隙傳爆試驗(yàn)效果Fig.7 Outcome of gap propagation test of tee booster tube

2.4 起爆點(diǎn)分離功能

將起爆接頭、切割索按照?qǐng)D8 要求裝配在5.5 mm 厚的2219-T8 鋁合金試驗(yàn)靶板上，用起爆器引爆起爆接頭。 試驗(yàn)后，檢查試驗(yàn)靶板的分離情況。 試驗(yàn)結(jié)果表明，起爆點(diǎn)能夠完成正常起爆和節(jié)點(diǎn)分離功能。 試驗(yàn)結(jié)果見圖9。

圖8 起爆點(diǎn)分離試驗(yàn)裝配Fig.8 Assembly of ignition point separation test

圖9 起爆點(diǎn)分離試驗(yàn)效果Fig.9 Outcome of ignition point separation test

2.5 平板網(wǎng)絡(luò)分離

平板網(wǎng)絡(luò)分離試驗(yàn)主要驗(yàn)證起爆點(diǎn)和傳爆點(diǎn)的傳爆可靠性。 將切割索、起爆接頭、傳爆接頭裝配在5.0 mm 厚的2A14-T6 鋁板上，用電起爆器起爆。 試驗(yàn)后，檢驗(yàn)平板的網(wǎng)絡(luò)分離情況(圖10)。 試驗(yàn)結(jié)果表明，起爆點(diǎn)和傳爆點(diǎn)能夠正常傳爆，網(wǎng)絡(luò)切割裝置能夠完成網(wǎng)絡(luò)分離。

圖10 平板網(wǎng)絡(luò)切割試驗(yàn)效果Fig.10 Outcome of plate network cutting test

3 結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)切割裝置的起爆點(diǎn)設(shè)置在切割索上和交叉節(jié)點(diǎn)處，切割索均能夠被正常引爆并完成爆轟波傳遞；起爆點(diǎn)設(shè)置在切割索的交叉點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)射流不連續(xù)現(xiàn)象。 采用擴(kuò)爆管從切割索端頭起爆，擴(kuò)爆管處有炸坑、無(wú)射流，射流不連續(xù)距離較大，不利于節(jié)點(diǎn)的分離。 起爆點(diǎn)設(shè)置在三通傳爆管處，從三通傳爆管背部起爆，起爆點(diǎn)射流連續(xù)，能夠可靠完成節(jié)點(diǎn)分離。

綜合分析認(rèn)為:網(wǎng)絡(luò)切割裝置將起爆點(diǎn)設(shè)置在節(jié)點(diǎn)交叉處較為合理；采用三通傳爆管起爆優(yōu)于切割索對(duì)接起爆。