喬改霞，劉海旭，趙 亮，李偉鋒，吳玉均

（北方特種能源集團(tuán)有限公司西安慶華公司，陜西 西安，710025）

通常切割器類火工品僅能夠?qū)崿F(xiàn)對電纜、傘繩、導(dǎo)線等的單一切割功能，本研究涉及的切線器既具有切斷發(fā)火線路的功能，同時能夠避免被切斷的導(dǎo)線因?yàn)榕c其它金屬導(dǎo)體的搭接而二次導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)火線路的永久性斷開功能。另外，該切線器通過密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小了作用過程的噪音，且作用后無固體殘?jiān)w出、燃?xì)庑孤┑?，不會對飛行發(fā)動機(jī)內(nèi)部其它電子線路、元器件等造成干擾和污染。

本研究根據(jù)傳統(tǒng)切割類火工品的作用原理，通過切線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝創(chuàng)新，使其在結(jié)構(gòu)簡單、成本低的條件下，實(shí)現(xiàn)可靠的切割和絕緣雙功能；同時，通過密封閉氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其具有低噪音、無污染等優(yōu)點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)途徑

該切線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)途徑有：（1）通過采用非金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或通過對金屬材質(zhì)的殼體和切刀進(jìn)行表面絕緣處理，以實(shí)現(xiàn)切線器切線后的絕緣性要求；（2）通過密封閉氣設(shè)計(jì)，使切線器在作用過程中不產(chǎn)生飛出物以及燃?xì)庑孤?，以?shí)現(xiàn)密封性要求。

1.1 非金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

切割器類火工品通常采用金屬的殼體、切刀、砧子，實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)線等切割對象的可靠切斷功能。金屬材料由于其抗拉強(qiáng)度大、硬度高的特點(diǎn)，有利于切割，但因?yàn)槠淞己玫膶?dǎo)電性，不能可靠實(shí)現(xiàn)切線后被切導(dǎo)線間以及被切導(dǎo)線與殼體間的絕緣性能。因此，可將切割過程中與被切導(dǎo)線接觸的殼體、切刀、砧子均改為非金屬絕緣材質(zhì)，但同時非金屬絕緣材質(zhì)必須具有與鋼材相當(dāng)?shù)睦煨阅芎陀捕龋缪趸X陶瓷、氮化硅陶瓷等。然而，該類材料不易切削加工，多采用模壓成型加工工藝，該種加工方法加工周期長、工藝復(fù)雜，造成其成本的大幅度提高；同時，由于環(huán)刀刀刃部分很薄，在火藥氣體的快速作用下，切割過程容易產(chǎn)生碎裂，影響切割功能的可靠實(shí)現(xiàn)，并會出現(xiàn)飛出物、火藥氣體泄漏等現(xiàn)象，對發(fā)動機(jī)內(nèi)部元器件產(chǎn)生不利影響。因此，按照目前現(xiàn)有的加工手段和加工周期，較難快速并可靠實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工程化應(yīng)用。

1.2 殼體、切刀的表面絕緣處理

除采用非金屬的殼體和環(huán)刀來實(shí)現(xiàn)切線器切割后的絕緣性要求外，還可通過對金屬的殼體和環(huán)刀進(jìn)行表面處理以改變其導(dǎo)電性，在其表面附著一層非金屬絕緣材料，使其具有較高的絕緣性能，同時保留金屬材料的拉伸性能和硬度，從而代替非金屬材料的殼體和環(huán)刀。

1.3 密封閉氣設(shè)計(jì)

切線器的密封閉氣設(shè)計(jì)是指切線器做功氣室的密封閉氣設(shè)計(jì)，其涉及切線器的輸入端和輸出端兩部分的密封，可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于切線器作用后的密封閉氣。

2 新型切線器設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型切線器主要由電爆管殼、發(fā)火組件、點(diǎn)火藥、錫箔帽和切線機(jī)構(gòu)等組成。

圖 1 新型切線器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of the pyrotechnic actuated cutter structure

2.2 作用原理

當(dāng)飛行發(fā)動機(jī)點(diǎn)火時序給出切線器點(diǎn)火脈沖后，對切線器橋路施加2～3A的直流電流脈沖，發(fā)火組件橋絲瞬間產(chǎn)生高溫，發(fā)火組件發(fā)火，引燃點(diǎn)火藥，點(diǎn)火藥燃燒產(chǎn)生的火藥氣體壓力沖破錫箔帽，推動環(huán)刀運(yùn)動，可靠切斷飛行發(fā)動機(jī)點(diǎn)火線路，以防止意外事故發(fā)生。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

武器系統(tǒng)要求切線器能夠可靠切斷發(fā)動機(jī)點(diǎn)火線路，并保證被切斷的發(fā)火線路永久性斷開，而且，作用后不能有飛出物及燃?xì)庑孤?。同時，該切線器為電火工品，為保證其安裝、使用、運(yùn)輸?shù)冗^程中的安全性要求，其必須有一定的防靜電性能。本文主要介紹其多重絕緣夾層、密封閉氣和防靜電設(shè)計(jì)。

2.3.1 多重絕緣夾層設(shè)計(jì)

由于產(chǎn)品研制周期短、可靠度要求高，采用非金屬材料不能夠滿足產(chǎn)品短期內(nèi)工程化的要求，而通過對金屬材料進(jìn)行表面處理使其絕緣的表面處理工藝相對不夠成熟，因此，在切線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，充分借鑒現(xiàn)有切割器類火工品的切割原理，并通過多重絕緣夾層設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)切線器可靠切線以及切線后的絕緣性要求。此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，將金屬切刀外表面通過熱注塑工藝附著一層絕緣性好的增強(qiáng)尼龍材料，在金屬砧子的上端面增加一個絕緣材料的墊片，在金屬本體內(nèi)部安裝一個絕緣材料的襯管，在穿線孔內(nèi)套入尼龍絕緣套管。如此以來，切線器作用后，環(huán)刀、本體、堵頭、導(dǎo)線間均通過絕緣材料絕緣，即將被切導(dǎo)線夾于絕緣材料中間不能夠掉出，從而保證了切線器作用后被切導(dǎo)線間以及被切導(dǎo)線與殼體間的絕緣性能。

2.3.2 密封閉氣設(shè)計(jì)

切線器氣室的密封性主要取決于輸入端電點(diǎn)火管自身的承壓能力、電點(diǎn)火管與本體連接螺紋的密封性和輸出端環(huán)刀上端部分的密封性。該切線器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于輸出端環(huán)刀上端部分的密封性。在該切線器設(shè)計(jì)過程中，為可靠保證點(diǎn)火后的密封性，環(huán)刀上端部分采用臺階式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并利用易變形的銅合金帶沖壓成用于閉氣的閉氣帽，同時在閉氣帽和絕緣環(huán)刀之間放置一個與本體內(nèi)徑過盈配合的聚四氟乙烯密封墊。該設(shè)計(jì)使切線器在作用過程中，火藥氣體瞬間充滿起始空腔，使閉氣帽變形并貼緊外殼體，形成高密封氣室；同時，密封墊起到加強(qiáng)作用，使閉氣帽的底端面不會產(chǎn)生大的變形而造成密封氣室泄漏。該設(shè)計(jì)提高了火藥利用率，保證了其作用可靠性，同時滿足了切線器作用后無燃?xì)庑孤┑囊蟆?/p>

2.4 防靜電設(shè)計(jì)

在小體積火工品的設(shè)計(jì)過程中，通常采用泄放片設(shè)置靜電泄放通道來解決防靜電要求。采用泄放片能夠準(zhǔn)確控制泄放距離，但對工房環(huán)境、零部件的潔凈度以及焊接工藝參數(shù)控制要求均較高，尤其是當(dāng)導(dǎo)線所在孔直徑較小時，操作難度較大。該切線器導(dǎo)線所在孔僅為 3mm，為改善焊接的可操作性，提高良品率，在該切線器的設(shè)計(jì)過程中，采用了新的設(shè)計(jì)方法。首先，嚴(yán)格控制電極塞極針與殼體間的距離在 0.2～0.3mm，并在電極塞上端面與裝藥管殼之間增加0.2mm厚的聚四氟乙烯墊圈，在電極塞底端面兩極針上穿入 0.2mm厚的聚四氟乙烯墊片，通過點(diǎn)火管收口工序?qū)|圈和墊片壓緊。這樣，通過墊圈將裝藥管殼與電極塞端面間的空氣間隙堵死，增加了點(diǎn)火管輸出端的絕緣強(qiáng)度；通過墊片很好地保護(hù)了電極塞極針與殼體間0.2～0.3mm的空氣間隙，以此起到泄放片的作用。該設(shè)計(jì)很大程度上簡化了零部件的加工工藝，同時降低了工藝操作難度，即采用簡單的零部件及操作工藝，實(shí)現(xiàn)了小體積電火工品的防靜電要求。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 靜電感度試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)方法：根據(jù)GJB344 鈍感電起爆器通用設(shè)計(jì)規(guī)范中的試驗(yàn)方法，充電至（25 000±500）V的（500±25）pF的電容器，通過（5 000±500）Ω的串聯(lián)電阻，進(jìn)行放電試驗(yàn)，對切線器腳-腳、腳-殼間進(jìn)行靜電感度試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)量233發(fā)。

試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)過程中，無一發(fā)產(chǎn)品發(fā)火。靜電感度試驗(yàn)后，進(jìn)行功能試驗(yàn)，均可靠發(fā)火，功能滿足要求。

3.2 功能試驗(yàn)驗(yàn)證

技術(shù)要求：對電作動器通以 2～3A的電流，電作動器在 50ms內(nèi)應(yīng)可靠發(fā)火，切斷一根型號為AFR250-0.35的導(dǎo)線，且從通電到切斷導(dǎo)線的時間應(yīng)小于等于 50ms。同時應(yīng)滿足：（a）切斷后的兩段導(dǎo)線間在100V直流電壓條件下絕緣電阻應(yīng)不小于2M Ω；（b）切斷后的兩段導(dǎo)線與殼體間在100V直流電壓條件下絕緣電阻應(yīng)不小于 2MΩ；（c）電作動器作用后應(yīng)無飛出物，燃?xì)鈶?yīng)無泄漏。

試驗(yàn)數(shù)量：300發(fā)。

試驗(yàn)結(jié)果：全部可靠發(fā)火，可靠切斷一根型號為AFR250-0.35的導(dǎo)線，且從通電到切斷導(dǎo)線的時間小于等于2ms；同時，切斷后的兩段導(dǎo)線間以及導(dǎo)線與殼體間在100V直流電壓條件下絕緣電阻均大于100 MΩ；且作用后均無飛出物，無表面熏黑等現(xiàn)象。

4 結(jié)論

本文介紹了一種新型切線器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過切線機(jī)構(gòu)的多重絕緣夾層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了其可靠切線后的被切導(dǎo)線間及被切導(dǎo)線與殼體間的絕緣功能，實(shí)現(xiàn)了飛行發(fā)動機(jī)供電后發(fā)火線路的永久性斷開功能；通過對切線機(jī)構(gòu)的密封閉氣設(shè)計(jì)和防靜電設(shè)計(jì)，使其具有作用過程中噪音低、作用后無污染等優(yōu)點(diǎn)，并具有防靜電、抗雜散電流的安全性。

[1]王凱民,溫玉全.軍用火工品設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

[2]潘功配.煙火藥材料手冊[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2003.

[3]成一,王衛(wèi)國,李慧琴.火工藥劑學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2003.

[4]蔡瑞嬌.火工品設(shè)計(jì)原理[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1999.