延時起爆裝置可靠點火技術(shù)的研究

［摘 要］ 延時起爆裝置是燃燒轉(zhuǎn)爆轟（DDT）技術(shù)的工程化應(yīng)用。某型子彈藥延時起爆裝置的技術(shù)特點是：導爆索完成傳爆，將爆轟信號傳遞給裝置的點火藥室;點火藥室在外力的作用下打開傳火通道，通過點火藥的燃燒完成延時功能;同時，點火藥的能量通過傳火通道傳遞給炸藥;炸藥在管殼的束縛下實現(xiàn)DDT過程，輸出穩(wěn)定爆轟。在產(chǎn)品研制過程中，出現(xiàn)硼/硝酸鉀點火藥未點燃鈍黑-5炸藥、未可靠輸出爆轟等現(xiàn)象。因此，為實現(xiàn)可靠點火并輸出穩(wěn)定爆轟，根據(jù)DDT技術(shù)的特點，完善硼/硝酸鉀點火藥的裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計，即在點火藥裝藥的輸出端面上設(shè)置中心孔。當點火藥燃燒陣面到達小孔后，燃燒產(chǎn)生的能量就能夠通過打開的傳火通道持續(xù)傳遞給炸藥，減少起始階段的能量逸散，達到提高炸藥起始能量的目的，使得炸藥向不穩(wěn)定燃燒過渡，在金屬管殼的束縛下實現(xiàn)炸藥的弱爆轟，進而成長并輸出穩(wěn)定爆轟。通過對硼/硝酸鉀點火藥裝藥的重新設(shè)計，提高了某型子彈藥延時起爆裝置產(chǎn)品作用的可靠性。

［關(guān)鍵詞］ 燃燒轉(zhuǎn)爆轟；延時起爆裝置；點火藥室；熱對流

［分類號］ TQ560.9

Research on Reliable Ignition Technology of the Delay Detonation Device

MIAO Yingbing①， XIE Rui①， WANG Qian②， XU Jianbing②， YE Yinghua②

① Anhui Hongxing Electromechanical Technology Co.， Ltd. （Anhui Hefei， 230012）

② School of Chemistry and Chemical Engineering， Nanjing University of Science and Technology （Jiangsu Nanjing， 210094）

［ＡＢＳＴＲＡＣＴ］ Delay detonation device is an engineering application of deflagration to detonation transition （DDT）. The technical characteristics of the delay detonation device of a certain type of submunition are： the detonating cord completes the detonation and transmits the detonation signal to the ignition chamber of the device. The ignition chamber opens the fire transmission channel under the action of external force， and completes the delay function through the combustion of the ignition powder. At the same time， the energy of the ignition powder is transmitted to the explosive through the fire transmission channel， and the explosive achieves the process of DDT under the constraint of the tube shell， outputting stable detonation. In the process of product development， phenomena such as boron/potassium nitrate ignition powder not igniting blunt black-5 explosive and unreliable detonation output occurred. In order to achieve reliable ignition and stable detonation output， based on the characteristics of DDT， the ignition charge structure of boron/potassium nitrate was redesigned by setting a central hole on the output end face of the ignition charge. When the combustion front of the ignition charge reaches the small hole， the energy generated by combustion can be continuously transferred to the explosive through the open fire transmission channel， reducing the energy escape at the initial stage to increase the initial energy of the explosive. This enables the explosive to transition to unstable combustion and achieve weak detonation under the bondage of the metal tube shell. And then， the growth and output of stable detonation are achieved. Through the redesign of the boron/potassium nitrate ignition charge， the action reliability of the delay initiation device of a certain type of submunition has been improved.

［KEYWORDS］ deflagration to detonation transition; delay detonation device; ignition chamber; thermal convection

0 引言

燃燒轉(zhuǎn)爆轟（DDT）技術(shù)在應(yīng)用過程中主要完成延時起爆裝置的可靠點火及穩(wěn)定輸出爆轟，并將試驗裝置成功地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。該技術(shù)應(yīng)用的目的是替代二級引信接收并輸出穩(wěn)定爆轟，完成延時起爆功能［1-3］。

某型子彈藥延時起爆裝置是在另一延時起爆裝置的基礎(chǔ)上，采用在點火藥與炸藥之間設(shè)置傳火通道的方式，同時在傳火通道上設(shè)置隔板，將硼/硝酸鉀點火藥與鈍黑-5炸藥進行物理隔離，提高產(chǎn)品的安全性［4］。另一型延時起爆裝置的硼/硝酸鉀點火藥與鈍黑-5炸藥直接接觸，硼/硝酸鉀點火藥燃燒時通過熱傳導的方式將能量輸送給鈍黑-5炸藥，并在金屬殼體的束縛下完成DDT過程。由于延時起爆裝置的硼/硝酸鉀點火藥的裝藥與鈍黑-5炸藥非直接接觸，硼/硝酸鉀點火藥燃燒時熱值高，但是產(chǎn)氣量小；當硼/硝酸鉀點火藥被壓成圓柱形時，存在分層燃燒的現(xiàn)象［5-6］；在沒有打開傳火通道前，燃燒的能量通過前面的小孔逸散掉，沒有將能量傳遞給炸藥；且傳火通道內(nèi)存在空氣，降低了通過傳火通道向炸藥輸送的能量，導致炸藥的初始能量低。為了保證DDT過程的順利完成，輸出穩(wěn)定爆轟，可在延時起爆裝置的軸向上通過提高炸藥裝藥量的方法，增加參與DDT過程的炸藥量，達到輸出穩(wěn)定爆轟的目的，但會導致延時起爆裝置的長度過長。延時起爆裝置，由于需要通過前級戰(zhàn)斗部所開的孔道隨進到目標內(nèi)部，隨進戰(zhàn)斗部尺寸要求盡可能地小巧，因此，限制了延時起爆裝置的應(yīng)用空間。

本文中，著力解決某型子彈藥延時起爆裝置實際使用中出現(xiàn)的點火不可靠，導致延時起爆裝置無法輸出穩(wěn)定爆轟的問題。在硼/硝酸鉀點火藥的裝藥設(shè)計時，調(diào)整點火藥室的裝藥結(jié)構(gòu)，達到提高產(chǎn)品作用可靠性及安全性的目的。采用硼/硝酸鉀點火藥輸出端的空心裝藥結(jié)構(gòu)，將熱傳遞的方式由熱傳導調(diào)整為熱對流，提高炸藥起始能量，從而讓炸藥盡快進入爆燃狀態(tài)，并迅速向爆轟轉(zhuǎn)化。使得某型子彈藥延時起爆裝置能夠輸出穩(wěn)定爆轟，并提高了產(chǎn)品的可靠性、安全性和抗過載性能。

1 延時起爆裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1．1延時起爆裝置的設(shè)計原理

DDT過程是一種中間、過渡、不穩(wěn)定的過程，速度在幾百米每秒到上千米每秒范圍內(nèi)［7］。從反應(yīng)性質(zhì)上看，這一過程包括不穩(wěn)定燃燒（脈沖燃燒）、低速爆轟（LVD）、高速爆轟等幾個不同的發(fā)展階段［8］。因此，如何提高起始輸入能量，引導炸藥以熱對流的方式不穩(wěn)定燃燒，積聚熱量，快速過渡到LVD階段，并提高炸藥的徑向約束，是實現(xiàn)延時起爆裝置可靠作用的關(guān)鍵［8-9］。

延時起爆裝置的作用過程見圖1。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計思路上，主要考慮減少熱量逸散，提高炸藥的輸入能量，提高起始階段炸藥參與燃燒的質(zhì)量，采用高強度結(jié)構(gòu)鋼束縛藥柱以保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且保持足夠長的時間積聚能量，直至爆轟波的穩(wěn)定傳播。

1．2 某型子彈藥延時起爆裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

某型子彈藥延時起爆裝置是在某型單兵火箭攻堅彈隨進戰(zhàn)斗部延時起爆裝置的基礎(chǔ)上，采用增加傳火通道和泄壓空間等措施，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗過載性能。同時，調(diào)整熱的傳導方式，提高炸藥的輸入能量，實現(xiàn)產(chǎn)品工作可靠性。

該延時起爆裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2.1 點火藥室組件的設(shè)計

硼/硝酸鉀點火藥是可直列的不需要隔爆的煙火藥劑，具有輸出能量高、感度適中等特點，是許用的安全型點火藥劑。采用硼/硝酸鉀點火藥，配方比例參考GJB 6217—2008《硼/硝酸鉀點火藥規(guī)范》。

導爆索被起爆并點燃延時起爆裝置內(nèi)的硼/硝酸鉀點火藥，燃燒，完成延時功能。為了可靠點燃炸藥并提高炸藥起始能量，提高點火藥裝藥結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對裝藥結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計。

點火藥室組件裝藥分為延期部分和點火部分。為提高點火藥裝藥結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時提高點火裕度，在點火藥裝、壓藥形成的藥劑體輸出端設(shè)置中心孔，提高裝藥的成型壓力，使得硼/硝酸鉀點火藥在分層燃燒并到達中心孔時即可通過傳火通道進行傳火，增加作用在炸藥面上的作用時間。火焰與傳火通道內(nèi)的空氣混合，產(chǎn)生對流，并持續(xù)不斷地沖擊炸藥表面及侵入炸藥的顆粒間隙，使得起始階段更多的炸藥參與燃燒。在殼體的束縛和閉氣結(jié)構(gòu)的作用下，炸藥從穩(wěn)定燃燒快速過渡到不穩(wěn)定燃燒，提前實現(xiàn)LVD現(xiàn)象。因此，增加點火藥點燃鈍黑-5炸藥的作用時間，增加炸藥燃燒初始階段的輸入能量，有利于DDT的盡快形成。

經(jīng)摸底試驗驗證，在點火藥室藥劑體輸出端設(shè)置中心孔的裝藥方式，有利于提高點火可靠性和爆轟輸出的穩(wěn)定性。

某型子彈藥延時起爆裝置點火藥室結(jié)構(gòu)見圖3；點火藥室通過傳火通道傳火示意圖見圖4。

為了保證延時傳爆裝置安全性和作用可靠性的轉(zhuǎn)換，點火藥室組件上設(shè)置剪切頭。通過剪切頭能夠完成對隔板的剪切功能，從而打開傳火通道，將點火藥燃燒的能量通過傳火通道傳遞至鈍黑-5裝藥。

1.2.2 DDT管組件的設(shè)計

為了保證延時傳爆裝置安全性和作用可靠性，將隔板設(shè)置在傳火通道中，將點火藥與炸藥物理隔離，隔板下方墊圈保證了點火藥室組件刺穿隔板后打開傳火通道的通暢。DDT管殼內(nèi)裝藥為鈍黑-5炸藥，裝藥量約5.2 g。DDT管殼材料為20CrMnTi合金結(jié)構(gòu)鋼，鈍黑-5炸藥在管殼的束縛下完成DDT過程，高強度的合金結(jié)構(gòu)鋼有利于DDT的完成并保證輸出穩(wěn)定爆轟。

DDT管組件結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

某型子彈藥延時起爆裝置的實物外形如圖6所示。

2 驗證試驗

2.1 點火藥裝藥結(jié)構(gòu)的點火試驗

點火藥裝藥設(shè)計是某型子彈藥延時起爆裝置可靠作用的關(guān)鍵。依據(jù)火工品試驗方法、軍械裝備環(huán)境試驗法，結(jié)合使用環(huán)境，將點火藥部分單獨進行驗證試驗。

根據(jù)某型子彈藥延時起爆裝置方案設(shè)計制備了2種點火藥室各50發(fā)，各抽取5發(fā)進行火焰輸出試驗。內(nèi)容包括針對點火藥室的外觀、尺寸、火焰輸出的對比試驗。通過高速攝影捕捉，有中心孔時火焰的輸出如圖7所示；無中心孔時火焰的輸出如圖8所示。點火藥室火焰輸出試驗結(jié)果見圖9、圖10?？梢钥闯?，設(shè)置中心孔后，火焰輸出時間增加了5 ms左右，火焰長度增加了約8 mm。

點火藥裝藥結(jié)構(gòu)試驗結(jié)果表明：硼/硝酸鉀點火藥作為點火藥裝藥存在分層燃燒現(xiàn)象；硼/硝酸鉀點火藥的裝藥輸出端設(shè)置中心孔，點燃后火焰輸出時間和火焰長度均高于沒有中心孔的裝藥結(jié)構(gòu)，能夠提高點火藥將能量傳遞給炸藥的作用可靠性。

2.2 延時起爆裝置的輸入與輸出試驗

根據(jù)某型子彈藥延時起爆裝置方案設(shè)計制備了延時起爆裝置45發(fā)，進行性能試驗的數(shù)量35發(fā)。試驗結(jié)果如表1所示。

試驗內(nèi)容包括針對延時起爆裝置的外觀、尺寸、錘擊、輸出威力等。打開傳火通道的情況下，采用雷管起爆導爆索，點燃裝置內(nèi)的硼/硝酸鉀點火藥，硼/硝酸鉀點火藥燃燒并點燃DDT管殼內(nèi)的鈍黑-5炸藥，完成DDT過程，按照GJB 736.3—1989《火工品試驗方法 第3部分：軸向輸出測定鋼塊凹痕法》的規(guī)定，輸出威力測定鋼塊凹痕深度的方法，通過光靶捕捉延時時間。

3 結(jié) 論

試驗結(jié)果表明：設(shè)計的延時起爆裝置的點火藥的裝藥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)提高輸入能量的目的。采用點火藥輸出端設(shè)置中心孔的結(jié)構(gòu)能夠提高產(chǎn)品作用的可靠性。延時起爆裝置點火藥裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計合理可行。輸出威力符合標準要求，延時時間穩(wěn)定。工藝性良好，擴展了應(yīng)用范圍。

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