胡松濤

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某火工裝置延時失效原因分析與改進研究

胡松濤

（安徽紅星機電科技股份有限公司，安徽 合肥，231135）

為查找某火工裝置延時失效的原因，進行了故障排查及失效機理分析。結(jié)果表明延時失效的根本原因為該火工裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致在爆炸沖擊波作用下裝藥密封受損，引起瞬發(fā)。對原裝置進行了改進設(shè)計，并對改進后的火工裝置進行了試驗驗證和可靠性評估，結(jié)果表明新裝置延時正常，其綜合可靠性達到了技術(shù)指標(biāo)要求。

火工裝置；延時失效；改進設(shè)計；可靠性評估

在武器系統(tǒng)中，通常使用延期類火工品以保證在一定時間后準(zhǔn)確完成分離、爆炸等作用，若延期類火工品延時失效將嚴(yán)重影響后續(xù)序列作用時序及最終作用效果。本文涉及的火工裝置配用于某型子母彈子彈，在研制過程中經(jīng)常會出現(xiàn)瞬發(fā)現(xiàn)象，喪失延期功能。因此，本文對其延時失效的原因進行了排查、分析，并提出了改進方案。

1 火工裝置結(jié)構(gòu)及作用原理

該裝置主要由本體、推力板、螺釘、針刺雷管、導(dǎo)爆管、中心管、導(dǎo)爆索、延期管、黑火藥等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 火工裝置結(jié)構(gòu)示意圖

火工裝置作用原理：擊針刺激針刺雷管，針刺雷管作用，起爆導(dǎo)爆管，導(dǎo)爆管的爆轟輸出在起爆導(dǎo)爆索的同時，通過彎曲通道引燃本體上兩個對稱長方槽內(nèi)的延期管，延期管持續(xù)燃燒0.60～1.20s，點燃本體上兩個扇形藥室內(nèi)的黑火藥。在黑火藥燃燒產(chǎn)生的氣體壓力作用下，推力板沿中心管軸向平移，拉斷螺釘，將毀傷元件推出子彈彈體。

2 原因分析

2.1 失效原因排查

延期管是火工裝置實現(xiàn)延期功能的主要元件，其裝藥序列為“針刺藥-點火藥-延期藥-點火藥”，通過延期藥的穩(wěn)定燃燒保證延期時間。為了準(zhǔn)確定位火工裝置延時失效的原因，對非正常作用的火工裝置進行了解剖觀察，如圖2所示。通過圖2可以看出，針刺雷管、導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索、延期管、黑火藥均已作用，單從該現(xiàn)象無法獲知火工裝置的實際作用過程，因此需要通過分步試驗的方法對其作用過程進行逐一排查，以期找出問題出現(xiàn)的根本原因。

圖2 失效的火工裝置

通過對火工裝置作用原理以及作用時序進行分析，可知針刺雷管、導(dǎo)爆管爆轟輸出的沖擊波可能會破壞延期藥裝藥結(jié)構(gòu)，穿透延期藥層，引起瞬發(fā)?；谝陨峡紤]，按照火工裝置的作用時序重新進行產(chǎn)品裝配，通過測時試驗進行分步排查。第1次測時試驗時，火工裝置內(nèi)不裝黑火藥，用示波器跟蹤火工裝置的作用過程，試驗結(jié)果如圖3所示。從波形上可以判斷延期管作用正常，延期時間達到了指標(biāo)要求，表明在該過程中延期藥裝藥結(jié)構(gòu)并未遭到破壞。

圖3 火工裝置作用時的波形

在隨后進行的第2次測時試驗時，將延期管制成惰性件，裝入本體的長方槽中，惰性件與長方槽的空隙處填充硅橡膠。試驗分兩組進行：一組藥室內(nèi)裝黑火藥，另一組不裝黑火藥。試驗結(jié)果如下：裝黑火藥的一組，本體、推力板分離，螺釘被拉斷，藥室內(nèi)的黑火藥已燃燒，而長方槽中的硅橡膠密封完好。試驗結(jié)果表明爆轟產(chǎn)物已直接引燃黑火藥。不裝黑火藥的一組，本體、推力板分離，螺釘松動，長方槽中的硅橡膠密封完好，藥室周圍有明顯的氣體熏蝕痕跡。試驗結(jié)果表明，針刺雷管、導(dǎo)爆管爆炸，造成本體與推力板的連接面分離，爆轟產(chǎn)物由此進入藥室。

2.2 失效機理分析

針刺雷管、導(dǎo)爆管爆炸后，輸出沖擊波、熱爆炸氣體和金屬飛片。導(dǎo)爆管-導(dǎo)爆索界面間的爆轟傳遞主要通過導(dǎo)爆管的透射沖擊波實現(xiàn)，針刺雷管、導(dǎo)爆管的爆炸輸出經(jīng)過近似直角的彎曲通道后，金屬飛片被阻止到直通道內(nèi)，因此，點燃延期藥的能量主要是爆炸產(chǎn)物膨脹產(chǎn)生的沖擊波及產(chǎn)物的熱作用。當(dāng)沖擊波到達彎曲通道的末端時，對本體和推力板的連接面形成強烈沖擊，涂覆在連接面上用于藥室密封的硅橡膠因此受到強烈壓縮。當(dāng)壓力達到臨界值時，局部位置膠體從本體或推力板上剝離，膠體與本體或推力板之間出現(xiàn)縫隙，沖擊波、熱爆炸氣體沿縫隙進入藥室，引燃黑火藥，黑火藥先于延期管作用，使延時失效。

3 改進研究

3.1 火工裝置結(jié)構(gòu)改進

根據(jù)以上分析，造成火工裝置延時失效的根本原因是火工裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，爆炸沖擊波直接作用在藥室周圍的硅橡膠上，導(dǎo)致裝藥密封受損，在延期管尚未輸出火焰時，針刺雷管、導(dǎo)爆管爆炸后輸出的沖擊波、熱爆炸氣體已引燃黑火藥。另外，本體、推力板合裝時，硅橡膠處于流動狀態(tài)，由于涂膠量難以控制，多余的硅橡膠極易堵實傳火通道，造成延期管瞎火。在此基礎(chǔ)上，對火工裝置進行了改進設(shè)計，改進后的火工裝置主要由本體、推力板、螺釘、針刺雷管、導(dǎo)爆管、中心管、導(dǎo)爆索、組合點火管、黑火藥等組成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。改進后的火工裝置與之前相比有以下特點：（1）新裝置將延期管改為組合點火管。組合點火管由點火管、延期索密封連接而成，具有點火、延期等功能和一定的柔韌性，并且能彎曲盤繞。（2）將兩個對稱的長方形槽設(shè)在藥室背面的推力板上，槽的一端與中心孔貫通，另一端開有與藥室貫通的軸向圓孔。組合點火管安裝在長方槽及圓孔內(nèi)，輸入端接彎曲通道，輸出端與推力板端面平齊，組合點火管與推力板槽、孔之間的間隙用環(huán)氧樹脂膠密實填充，既能有效阻止其火焰能量外泄，又可通過環(huán)氧樹脂膠的粘固作用，增強組合點火管的抗沖擊能力。（3）中心管的結(jié)構(gòu)不變，只是將彎曲通道末端位置軸向平移，與組合點火管的輸入端平齊。

圖4 改進后的火工裝置結(jié)構(gòu)示意圖

新裝置解決了爆炸沖擊波對本體、推力板連接面的直接沖擊問題，沖擊波過后本體、推力板連接部位的硅橡膠密封完好，避免了瞬發(fā)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.2 改進后的試驗結(jié)果

對改進后的火工裝置進行震動、振動、濕熱、溫度沖擊、錘擊、常溫、高溫、低溫等試驗后再進行測時試驗，火工裝置作用正常，延期時間達到指標(biāo)要求。

3.3 可靠性評估

研制階段，影響火工裝置可靠性的子項有安全、發(fā)火、延時和輸出4項，其數(shù)學(xué)模型屬串聯(lián)可靠性模型：=安全·發(fā)火·延時·輸出（1）

3.3.1 計算安全

改進后的火工裝置經(jīng)震動、振動、濕熱、溫度沖擊、錘擊和長貯等試驗，共計消耗680套，試驗過程中未出現(xiàn)發(fā)火或結(jié)構(gòu)損毀，置信度=0.90，則：

3.3.2 計算發(fā)火

改進后的火工裝置按發(fā)火指標(biāo)共計試驗1 240套，無一套失效，置信度=0.90，則：

3.3.3 計算延時

根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，火工裝置延期時間容許上限L=1.20s，容許下限L=0.60s。改進后的火工裝置經(jīng)震動、振動、濕熱、溫度沖擊、錘擊、高溫、低溫和長貯等試驗后進行測時，試驗數(shù)據(jù)為：=50、max=1.03s、min=0.74s、=0.88s、=0.08s。

根據(jù)GJB376-87《火工品可靠性評估方法》中用計量數(shù)據(jù)估計可靠度的方法：

查表得，R=0.999 7， R=0.999 7。

火工裝置延期時間需同時滿足容許上限L和容許下限L，于是：延時=R+R-1=0.998 （6）

3.3.4 計算輸出

改進后的火工裝置按輸出指標(biāo)進行了1 240套試驗，無一套失效，置信度=0.90，則：

綜合上述4項可得，置信度=0.90時，改進后的火工裝置性能可靠度：

=0.997×0.998×0.998×0.998=0.991 （8）

4 結(jié)論

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：（1）延時失效的根本原因是火工裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致在爆炸沖擊波作用下裝藥密封受損，引起瞬發(fā)。（2）通過結(jié)構(gòu)改進，火工裝置的延期時間可以達到技術(shù)指標(biāo)要求。（3）當(dāng)置信度=0.90時，改進后的火工裝置的性能可靠度下限為0.991。

[1] 王凱民.火工品工程[M].北京:國防工業(yè)出版社,2014．

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

[3] 惠君明,陳天云.炸藥爆炸理論[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,1995．

[4] GJB 376-87.火工品可靠性評估方法[S].國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會,1987.

The Improvement and Analysis on Delay Failure of A Pyrotechnic Device

HU Song-tao

(Anhui Hongxing Mechanical and Electrical Technology Co., Ltd.,Hefei, 231135)

To find out the delay failure reason of a pyrotechnic device, the test and analysis of the failure mechanism was proceeded. The results show that the basic failure reason is the unreasonable structure design, which leads to the damage of charge seal under the action of the explosion wave shock, and causes instant burst. The original pyrotechnic device was improved, and the reliability of the improved device was assessed, the results show that the delay time of new device is normal and its comprehensive reliability meets to the technical requirements.

Pyrotechnic device；Delay failure；Improvement design；Reliability evaluation

1003-1480（2016）02-0006-03

TJ45+5

A

2015-12-29

胡松濤（1967 -），男，高級工程師，主要從事火工品技術(shù)研究和開發(fā)。