姚 俊，羅運(yùn)強(qiáng)，牛振宇，劉 亮

（航天科技集團(tuán)公司四院四十二所，湖北 襄陽 441003）

隨著國內(nèi)道路交通安全法規(guī)的不斷完善和人民生活水平的不斷提高，汽車安全氣囊的普及率越來越高，已成為乘車關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)配件之一[1-3]。汽車安全氣囊系統(tǒng)主要由傳感器、ECU(Electronic Control Unit)、氣體發(fā)生器、氣袋和支架等組成。氣體發(fā)生器是安全氣囊系統(tǒng)的核心部件[4,5]。根據(jù) USCAR要求，氣體發(fā)生器必須在-35~+85 ℃的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠點(diǎn)火，且要求低溫點(diǎn)火時(shí)間不超過7 ms。然而，氣體發(fā)生器在低溫條件下常出現(xiàn)不點(diǎn)火、點(diǎn)火時(shí)間長或二次點(diǎn)火問題。其中不點(diǎn)火問題工作機(jī)理已經(jīng)很清楚?；诖?，本文主要研究氣體發(fā)生器低溫點(diǎn)火時(shí)間長、二次起爆問題，研究電爆管輸出壓力和點(diǎn)火藥性能對高壓力氣體發(fā)生器低溫點(diǎn)火性能的影響，擬給出有效的控制措施。

1 試驗(yàn)裝置

高壓力氣體發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要由上、下殼體、電爆管、固定管、點(diǎn)火藥、氣體發(fā)生劑、過濾網(wǎng)和鋁箔等零部件組成。

2 實(shí)驗(yàn)部分

采用圖1所示氣體發(fā)生器在60 L壓力容器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，低溫(-35±2)℃。

圖1 高壓力氣體發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of high pressure gas generator

3 結(jié)果與討論

3.1 電爆管對低溫點(diǎn)火性能的影響

不同型號(hào)電爆管性能數(shù)據(jù)見表1。從表1可知，五種電爆管的輸出壓力 PFGI-260=PAQ-3＞PFGI-180＞PAQ-3丁＞PFGI-110。電爆管匹配DHY-7點(diǎn)火藥試驗(yàn)，DHY-7是自制點(diǎn)火藥，配方體系為 Al粉/氧化劑，依靠產(chǎn)生高溫氣體和金屬粒子點(diǎn)燃?xì)怏w發(fā)生劑。DHY-7點(diǎn)火藥真空爆熱5 200 kJ/kg，藥型為直徑φ3 mm，厚度1.0~1.2 mm，密度1.9~2.1 g/cm3。

3.1.1 1.7 g點(diǎn)火藥試驗(yàn)

從表2和圖2看出，F(xiàn)GI-260電爆管能點(diǎn)燃，但延遲14.5~15.8 ms，不能滿足USCAR要求；AQ-3點(diǎn)火延遲 56~75.8 ms，F(xiàn)GI-180幾乎點(diǎn)不著。FGI-260和AQ-3輸出壓力相同，點(diǎn)火性能相差大，歸因于電爆管中起爆藥配方的不同。FGI-180輸出能量低，點(diǎn)火性能差。

圖2 不同電爆管匹配1.7 g點(diǎn)火藥的P-t曲線Fig.2 P-t curves of electric detonator with 1.7 g amorce

3.1.2 2.7 g點(diǎn)火藥試驗(yàn)

從表3和圖3看出，F(xiàn)GI-260電爆管點(diǎn)火延遲4.3~4.9 ms，AQ-3點(diǎn)火延遲 2.3~3.4 ms，F(xiàn)GI-180點(diǎn)火延遲5~5.5 ms，滿足USCAR要求。

圖3 不同電爆管匹配2.7 g點(diǎn)火藥的P-t曲線Fig.3 P-t curves of electric detonator with 2.7 g amorce

3.1.3 3.2 g點(diǎn)火藥試驗(yàn)

從表4和圖4看出：FGI-260電爆管點(diǎn)火延遲1.7~2.2 ms，F(xiàn)GI-180點(diǎn)火延遲 1.9~2.2 ms，AQ-3點(diǎn)火延遲1.7~2.1 ms，3種點(diǎn)火能力相當(dāng)。

可見，F(xiàn)GI-260、AQ-3和FGI-180電爆管匹配DHY-7點(diǎn)火藥時(shí)，點(diǎn)火藥量達(dá)到2.7以上氣體發(fā)生器才能正常穩(wěn)定點(diǎn)火，點(diǎn)火時(shí)間滿足USCAR要求。能量更低的AQ-3丁電爆管和FGI-110電爆管需要更多的點(diǎn)火藥才能達(dá)到較好的點(diǎn)火效果。

圖4 不同電爆管匹配3.2 g點(diǎn)火藥的P-t曲線Fig.4 P-t curves of electric detonator with 3.2 g amorce

3.2 點(diǎn)火藥對低溫點(diǎn)火性能的影響

3.2.1 點(diǎn)火藥種類的影響

圖5可以看出，點(diǎn)火壓力B03>DHY-7>PBKN，B03和PBKN點(diǎn)火穩(wěn)定性好。

表5、圖5和圖6對比可看出，B03點(diǎn)火藥雖點(diǎn)火壓力高，但低溫時(shí)沒有將氣體發(fā)生劑點(diǎn)燃，DHY-7和PBKN均能將氣體發(fā)生劑點(diǎn)燃，但PBKN點(diǎn)火藥低溫點(diǎn)燃?xì)怏w發(fā)生劑的能力更好。說明點(diǎn)火藥燃燒產(chǎn)生熱粒子點(diǎn)火效果更好。B03點(diǎn)火藥沒有將氣體發(fā)生劑點(diǎn)燃，可能由于其燃燒速度快，低溫時(shí)在氣體發(fā)生劑藥片表面作用時(shí)間短。

圖5 不同點(diǎn)火藥的點(diǎn)火壓力Fig.5 Igniter pressure of different amorce

圖6 不同點(diǎn)火藥發(fā)生器的低溫內(nèi)壓曲線Fig.6 Low temperature internal pressure curve of different amorce generator

3.2.2 點(diǎn)火藥量的影響

PBKN點(diǎn)火藥不同藥量低溫點(diǎn)火性能數(shù)據(jù)見表6，低溫內(nèi)壓曲線見圖7。

圖7 不同PBKN量低溫內(nèi)壓曲線Fig.7 Low temperature internal pressure curve of different content of PBKN

從表6和圖7中可看出，PBKN點(diǎn)火藥減少至2.5 g時(shí)，低溫仍有良好的點(diǎn)火能力。

3.2.3 點(diǎn)火藥厚度的影響

PBKN點(diǎn)火藥片（不同厚度）見表7、圖8。

從表7、圖8可以看出，1.1 mm點(diǎn)火藥片低溫點(diǎn)火時(shí)間1.7~2.1 ms，1.5 mm點(diǎn)火藥片低溫點(diǎn)火時(shí)間5.1~6.4 ms，厚藥片點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間長。點(diǎn)火藥片厚度是調(diào)節(jié)點(diǎn)火研制時(shí)間的有效手段。

圖8 不同厚度點(diǎn)火藥P-t曲線Fig.8 P-t curves of amorces with various thickness

表1 不同型號(hào)電爆管測試數(shù)據(jù)(10 cm3壓力容器)Table 1 Test data of different kind electric detonators(10 cm3 pressure vessel)

表2 不同電爆管匹配1.7 g點(diǎn)火藥試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Test data of electric detonator with 1.7 g amorce

表3 不同電爆管匹配2.7 g點(diǎn)火藥試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 Test data of electric detonator with 2.7 g amorce

表4 不同電爆管匹配3.2 g點(diǎn)火藥試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Test data of electric detonator with 3.2 g amorce

表5 不同點(diǎn)火藥低溫點(diǎn)火性能數(shù)據(jù)Table 5 Data of low temperature ignition performance

表6 不同PBKN量低溫點(diǎn)火性能數(shù)據(jù)Table 6 Data of low temperature ignition performance with different content of PBKN

表7 點(diǎn)火藥厚度對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 7 Test data of amorces with various thickness

4 結(jié) 論

電爆管需匹配一定量點(diǎn)火藥才能保證低溫穩(wěn)定點(diǎn)火，電報(bào)管輸出能量越低，需要的點(diǎn)火藥量越多；能量高、產(chǎn)氣量低、靠火焰和固體粒子點(diǎn)燃?xì)怏w發(fā)生劑的PBKN點(diǎn)火藥低溫點(diǎn)火能力好。PBKN點(diǎn)火藥藥量較少時(shí)仍有較好的點(diǎn)火性能；電爆管和點(diǎn)火藥是影響高壓力氣體發(fā)生器的主要因素，選用能量適中的電爆管和帶有熱粒子的點(diǎn)火藥可以有效控制高壓力氣體發(fā)生器低溫點(diǎn)火的穩(wěn)定性。

［1］劉浩學(xué). 汽車使用安全技術(shù)[M]. 北京：人民交通出版社, 2002-11.

［2］鐘志華, 楊濟(jì)匡. 汽車安全氣囊技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 中國機(jī)械工程,2000, 11(1-2):234-237.

［3］高翠翠. 汽車安全氣囊的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 科協(xié)論壇, 2008 (6): 50-51.

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