樊龍龍

(海軍裝備部 西安 710025)

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柔性爆炸網(wǎng)絡(luò)用無(wú)起爆藥起爆接頭研究*

樊龍龍

(海軍裝備部 西安 710025)

為適應(yīng)現(xiàn)代武器對(duì)起爆裝置高安全性、高能量輸出、小型化的要求,論文探討了炸藥粒度對(duì)其沖擊波感度、輸出能力(爆速)和起爆深度的影響,研究了超細(xì)導(dǎo)爆索對(duì)不同裝藥密度的JO-11C傳爆藥的起爆能力及輸出能力的影響,并根據(jù)試驗(yàn),確定了起爆接頭裝藥及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò); 亞微米級(jí)炸藥; JO-11C傳爆藥; 起爆接頭

Class Number TJ455

1 引言

隨著武器系統(tǒng)和火工技術(shù)的發(fā)展,非電傳爆系統(tǒng)在航天、航空和武器系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,目前國(guó)內(nèi)大量使用的非電傳爆系統(tǒng)輸出元器件一般都含有敏感的起爆藥,例如PbN6、三硝基間苯二酚鉛,不能用于安全性要求更高的武器系統(tǒng)。根據(jù)安全性要求,必須采用無(wú)起爆藥,為提高整個(gè)非電傳爆系統(tǒng)的安全性,需要設(shè)計(jì)一種安全可靠、裝藥符合許用傳爆藥、能量輸出更高的起爆轉(zhuǎn)換接頭。

研究無(wú)起爆藥的非電傳爆系統(tǒng)關(guān)鍵是小直徑限制性導(dǎo)爆索直接起爆猛炸藥的裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其起爆可靠性。國(guó)內(nèi)外研究的初步結(jié)果表明[1]:亞微米粉體炸藥具有感度選擇性和爆轟更完全的明顯特點(diǎn)。而以亞微米級(jí)炸藥為主體炸藥的傳爆藥(簡(jiǎn)稱超細(xì)傳爆藥)具有更好的起爆性能[2]。張楓等[3]研究了一種適用于高溫環(huán)境條件下使用的非電傳爆系統(tǒng)無(wú)起爆藥的傳爆接頭,并對(duì)其性能進(jìn)行了研究,由于以HNS-Ⅱ?yàn)橹餮b藥,起爆能量與以HMX為主裝藥的相比較小,不能適應(yīng)現(xiàn)代武器彈藥低感度的要求。龔翔對(duì)小藥量柔性導(dǎo)爆索的傳爆可靠性進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證[4],確定了藥芯(HNS-Ⅱ)的臨界直徑、銀索的外徑與爆速的關(guān)系,為無(wú)起爆藥限制性導(dǎo)爆索接頭的研究提供了技術(shù)支撐。因此,研究小直徑導(dǎo)爆索直接起爆超細(xì)傳爆藥具有非常好的發(fā)展前景,同時(shí)為進(jìn)一步開展亞微米炸藥應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文探討的重點(diǎn)是無(wú)起爆藥起爆接頭設(shè)計(jì),采用了臺(tái)階裝藥結(jié)構(gòu),通過(guò)試驗(yàn)研究了超細(xì)導(dǎo)爆索直接起爆不同密度超細(xì)傳爆藥裝藥的起爆能力。

2 起爆接頭裝藥的選擇

炸藥的沖擊波感度越高越容易被導(dǎo)爆索引爆,在猛炸藥中,較為敏感的是太安,尤其是細(xì)結(jié)晶太安的沖擊波感度最高,但其不符合國(guó)家許用傳爆藥相關(guān)規(guī)定及要求,根據(jù)非均相炸藥沖擊波起爆的理論研究可知,炸藥的微觀結(jié)構(gòu)特征(孔隙率、粘度、粒度、屈服強(qiáng)度等)對(duì)炸藥的熱點(diǎn)點(diǎn)火和爆轟過(guò)程均有強(qiáng)烈影響,從而對(duì)炸藥的沖擊波感度產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。由導(dǎo)爆索直接起爆的第一級(jí)裝藥一方面作為被發(fā)裝藥由導(dǎo)爆索起爆,另一方面又作為主發(fā)裝藥來(lái)起爆下一級(jí)擴(kuò)爆藥,所以要求第一級(jí)裝藥既要有很好的沖擊波感度,又要有足夠的輸出威力。張景林等[5]研究發(fā)現(xiàn),亞微米的HMX、HNS、PETN、RDX炸藥較普通粉體炸藥更容易起爆,能量輸出更大,且在相同的條件下機(jī)械感度降低,提高了操作、貯存和使用過(guò)程中的安全性。HMX經(jīng)超細(xì)化處理之后既有良好的沖擊波感度和安全性,又有足夠的輸出威力,因此起爆接頭裝藥選用以亞微米級(jí)奧克托今為主體炸藥的JO-11C傳爆藥。表1是幾種常見傳爆藥的性能。

表1 幾種傳爆藥的主要性能[2,6]

3 起爆接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 起爆接頭的結(jié)構(gòu)選擇

柔性爆炸網(wǎng)絡(luò)所用導(dǎo)爆索是一種以撓性金屬為外殼,猛炸藥為藥芯的小直徑導(dǎo)爆索,主要用于爆轟傳遞,由于導(dǎo)爆索能量較低無(wú)法直接引爆沖擊波感度相對(duì)較低的傳爆藥和主裝藥,因此,必須設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)渡裝置將起爆能量放大,起爆接頭就是解決導(dǎo)爆索輸出端爆轟波的界面?zhèn)鬟f與爆轟成長(zhǎng)的問(wèn)題。

爆轟波從一種介質(zhì)通過(guò)界面?zhèn)鞯搅硪环N介質(zhì)時(shí),將會(huì)存在能量損失,因此,起爆接頭首先需要保證導(dǎo)爆索接頭與擴(kuò)爆裝藥之間無(wú)間隙;另外徑向強(qiáng)約束也有利于爆轟成長(zhǎng)。為此,將起爆接頭的設(shè)計(jì)為圖1所示的臺(tái)階式結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)介于常用的直插式結(jié)構(gòu)和內(nèi)錐套結(jié)構(gòu)之間,加工方便,也便于壓藥和密度控制。

圖1 無(wú)起爆藥起爆接頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 無(wú)起爆藥起爆接頭結(jié)構(gòu)圖

圖3 無(wú)起爆藥起爆接頭裝配實(shí)物圖

3.2 臺(tái)階級(jí)數(shù)及尺寸的確定

在滿足可靠傳爆和起爆的條件下,臺(tái)階級(jí)數(shù)越小越好,因?yàn)殡A數(shù)少,不僅加工方便,而且裝藥工藝也簡(jiǎn)單,根據(jù)起爆接頭的尺寸情況,確定起爆接頭的臺(tái)階級(jí)數(shù)為2級(jí),第一級(jí)臺(tái)階孔直徑定為φ2.2mm,第二級(jí)臺(tái)階孔直徑定為φ4mm。

由于第一臺(tái)階孔直徑比較小,僅為φ2.2mm,且工藝性要求需要起爆接頭壓完藥后才與導(dǎo)爆索進(jìn)行對(duì)接,因此不再將導(dǎo)爆索伸進(jìn)起爆接頭主裝藥中,僅通過(guò)起爆接頭的螺紋保證起爆接頭與限制性導(dǎo)爆索的藥面接觸緊密。

4 導(dǎo)爆索對(duì)不同裝藥密度的JO-11C傳爆藥起爆研究

導(dǎo)爆索起爆輸出接頭中第一級(jí)裝藥的影響因素主要分為三個(gè)方面:一是導(dǎo)爆索的因素;二是裝藥的因素,包括裝藥本身的性能、裝藥的粒度、密度等等因素;三是導(dǎo)爆索與裝藥的連接狀況。一般來(lái)說(shuō),用細(xì)索起爆相對(duì)大端面的裝藥時(shí),徑向稀疏波的影響是首要考慮的不利因素。這一點(diǎn)可以通過(guò)在輸出接頭設(shè)計(jì)中選用沖擊波阻抗較大的材料,比如不銹鋼、鋁合金或者黃銅材料的裝藥管殼來(lái)加強(qiáng)徑向約束,以減少?gòu)较蛳∈璨ǖ牟焕绊?。其次需要考慮的是索的端面平整程度以及索與待起爆裝藥的接觸緊密程度。超細(xì)導(dǎo)爆索為外徑φ1mm的銀芯導(dǎo)爆索,索芯裝藥為HNS-Ⅱ。試驗(yàn)照片如圖4所示。

試驗(yàn)中通過(guò)改變JO-11C傳爆藥的壓藥密度確定可以被導(dǎo)爆索起爆的合適的壓藥密度值。由于炸藥的沖擊波感度隨著壓藥密度的增加會(huì)呈現(xiàn)減小的趨勢(shì),因此試驗(yàn)從1.20g/cm3～1.70g/cm3的密度范圍內(nèi)確定理想的裝藥密度,試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖4 無(wú)起爆藥起爆接頭試驗(yàn)照片

序號(hào)裝藥密度/g·cm-3試驗(yàn)數(shù)量/發(fā)試驗(yàn)結(jié)果鉛板炸孔/mm11．2054發(fā)有效起爆，1發(fā)失效7．9、8．2、8．0、7．621．305導(dǎo)爆索有效起爆炸藥裝藥8．2、7．9、8．4、7．7、8．531．405導(dǎo)爆索有效起爆炸藥裝藥8．4、8．0、8．6、7．8、8．441．505導(dǎo)爆索有效起爆炸藥裝藥8．2、8．5、8．3、8．8、7．951．605導(dǎo)爆索有效起爆炸藥裝藥8．5、8．4、8．6、8．2、8．861．655導(dǎo)爆索有效起爆炸藥裝藥8．1、8．6、8．4、8．7、8．571．705導(dǎo)爆索有效起爆炸藥裝藥8．9、8．7、9．0、8．5、8．681．645導(dǎo)爆索有效起爆炸藥裝藥8．6、8．4、8．2、8．5、8．191．685導(dǎo)爆索有效起爆炸藥裝藥8．7、8．5、8．2、8．6、8．4101．725導(dǎo)爆索有效起爆炸藥裝藥8．8、8．5、9．0、8．9、8．4

由表2的試驗(yàn)結(jié)果可以看出,在導(dǎo)爆索輸出端第一級(jí)裝藥JO-11C傳爆藥的壓藥密度為1.30g·cm-3～1.70g·cm-3時(shí),導(dǎo)爆索都能夠可靠起爆第一級(jí)裝藥,且鉛板炸孔均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于裝藥外徑,說(shuō)明了JO-11C傳爆藥的沖擊波感度不僅非常好,而且還具備適當(dāng)?shù)耐推鸨阅躘2],可以引爆下一級(jí)裝藥的要求。但考慮到如果炸藥密度過(guò)低,導(dǎo)爆索輸出爆轟產(chǎn)物在膨脹過(guò)程中,波陣面表面積增大,通過(guò)單位面積的沖擊波陣面的能量減少,波陣面上的壓力下降過(guò)快,而且由于起爆接頭密度過(guò)小,有可能造成炸藥孔隙的存在,部分能量消耗在孔隙氣體的加熱,這樣不利于爆轟波的傳遞;另外如果裝藥密度過(guò)大,所需的起爆能量越大。為此將起爆接頭第一級(jí)裝藥的密度控制在1.50g·cm-3～1.65g·cm-3,可保證起爆的可靠性。

5 輸出接頭威力測(cè)試

輸出接頭中JO-11C傳爆藥的裝藥量和壓藥密度直接影響著起爆下一級(jí)輸入接頭的可靠性,在技術(shù)狀態(tài)確定后,進(jìn)行了不同JO-11C傳爆藥裝藥量的威力試驗(yàn)和起爆可靠性匹配試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。試驗(yàn)圖片如圖5、圖6所示。

表3 JO-11C傳爆藥裝藥量的鉛板(GJB5309.18-2004)威力試驗(yàn)結(jié)果

表4 輸出接頭鋼凹試驗(yàn)結(jié)果

由表3試驗(yàn)結(jié)果可以看出,隨著JO-11C傳爆藥裝藥量的增加,其輸出威力呈上升趨勢(shì),考慮到起爆下一級(jí)輸入接頭的可靠性將裝藥量確定為180mg±5mg。

圖5 輸出接頭起爆威力鉛板試驗(yàn)照片

圖6 輸出接頭起爆威力鋼凹試驗(yàn)照片

但由于鉛板法是一種間接的、定量的靜態(tài)試驗(yàn)方法,主要用于產(chǎn)品生產(chǎn)階段質(zhì)量一致性的檢驗(yàn),其缺點(diǎn)是不能直接反映輸出是否形成了爆轟,用物理量來(lái)說(shuō)明意義,較困難。而鋼凹法是一種間接的、定量的靜態(tài)試驗(yàn)方法,其優(yōu)點(diǎn)是能根據(jù)有無(wú)鋼凹炸痕可以直接判斷雷管等起爆類火工品是否發(fā)生了爆轟,其目的是測(cè)量雷管或?qū)П茌S向輸出的大小,以確定其起爆能力。

為此,在JO-11C裝藥量確定后,裝配26發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行了輸出接頭的鋼板凹痕試驗(yàn)(GJB5309.16-2004),試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

由表4中數(shù)據(jù)可知,輸出接頭鋼凹深度最小為0.42mm,符合一般雷管鋼凹炸深0.22mm～0.50mm的范圍,表明JO-11C傳爆藥已經(jīng)完全形成爆轟。

6 結(jié)語(yǔ)

在柔性同步起爆網(wǎng)絡(luò)用無(wú)起爆藥起爆接頭的研制中,結(jié)合炸藥粒度對(duì)沖擊波感度、輸出能力和起爆深度的影響分析,選用了JO-11C傳爆藥作為導(dǎo)爆索的下一級(jí)裝藥,在此基礎(chǔ)上對(duì)超細(xì)導(dǎo)爆索對(duì)不同裝藥密度的JO-11C傳爆藥的輸出起爆能力進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得出了索芯裝藥為六硝基芪,外殼為φ1mm的銀皮導(dǎo)爆索起爆JO-11C傳爆藥時(shí)被起爆第一級(jí)裝藥的密度范圍為1.3g·cm-3～1.7g·cm-3之間,在此基礎(chǔ)上確定了起爆接頭的結(jié)構(gòu)和裝藥密度,保證了起爆、傳爆的可靠性。

[1] 雷波,史春紅,馬友林,等.超細(xì)HNS的制備和性能研究[J].含能材料,2008,2:138-141.

[2] 王保國(guó),陳亞芳,張景林.亞微米HMX/FPM2602超細(xì)混合炸藥的制備工藝研究[J].含能材料,2008,4:142-145,148.

[3] 張楓,楊樹彬,楊安民,等.非電傳爆系統(tǒng)無(wú)起爆藥傳爆接頭的性能研究[J].火工品,2006,6:1-4.

[4] 龔翔.小藥量柔性導(dǎo)爆索的傳爆可靠性[J].火工品,1998,1:1-5.

[5] 張景林,呂春玲,王晶禹,等.亞微米炸藥的感度選擇性[J].爆炸與沖擊,2004,1:59-62.

[6] 葉迎華.火工品技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2007:8-12.

the Priming Adapter without Primary Explosive Used in Flexible Explosive Network

FAN Longlong

(Navy Equipment Department, Xi’an 710025)

In order to meet the needs of modern weapons for initiation devices with such performances as higher security, higher energy output capacity and miniaturized sizes, the effect of particle size on the shock wave sensitivity, detonation velocity, and igition depth in detonation is mainly discussed. The effect of the sub-micro blasting fuse on priming and output capacity of JO-11C booster explosive with different powder charge is also tested and relevant charge density for priming adapter and its design are generated based on the test results.

detonation logical network, sub-micro explosive, JO-11C booster explosive, priming adapter

2015年3月11日,

2015年4月23日

樊龍龍,男,碩士,工程師,研究方向:火工品質(zhì)量監(jiān)督。

TJ455

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.09.045