姜新才，黃 猛，周 楊，陳 勇，先明春，2

(1.四川航天川南火工技術(shù)有限公司，瀘州 646000；2.南京理工大學(xué)化工學(xué)院，南京 210000)

0 引言

航天火工分離裝置是一種連接與分離機(jī)構(gòu)，主要應(yīng)用于火箭、衛(wèi)星、導(dǎo)彈的級(jí)間分離、艙段分離與星箭分離等場(chǎng)合。該類裝置通常用于連接特定待分離部件，當(dāng)接到分離指令時(shí)，通過(guò)引爆內(nèi)部裝藥將預(yù)定分離部位打開以實(shí)現(xiàn)可靠分離。現(xiàn)階段常用的航天火工分離裝置主要包括爆炸螺栓、拔銷器、切割器、分離螺母等?；鸸し蛛x裝置具有高可靠性、高同步性和大承載能力等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在各航天型號(hào)中得到了廣泛應(yīng)用。

在實(shí)現(xiàn)分離功能時(shí)，航天火工分離裝置的火工藥劑的化學(xué)能會(huì)轉(zhuǎn)化為各零組件的動(dòng)能，產(chǎn)生火工沖擊?；鸸_擊指安裝在結(jié)構(gòu)上的火工裝置動(dòng)作所導(dǎo)致的裝備局部強(qiáng)作用機(jī)械瞬態(tài)響應(yīng)[1]。一般包括星箭分離、組合體的分離解鎖、太陽(yáng)翼和天線展開產(chǎn)生的沖擊環(huán)境等，具有瞬態(tài)、高頻和高能量級(jí)的特點(diǎn)。通常情況下，火工沖擊載荷對(duì)主結(jié)構(gòu)的影響較小，但是卻能夠?qū)袥_擊敏感的元器件和脆性材料的儀器設(shè)備造成損傷，從而導(dǎo)致任務(wù)失敗或帶來(lái)災(zāi)難性的事故。美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)曾經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析了從1963—1985年間的所有飛行故障，從中分離出88次可能與爆炸沖擊或振動(dòng)有關(guān)的故障，經(jīng)分析，其中超過(guò)63次是由爆炸沖擊直接或間接引起，占71.6%[2]。因此需采取一定的措施降低分離產(chǎn)生的沖擊響應(yīng)。近年來(lái)隨著航天型號(hào)對(duì)火工分離帶來(lái)的沖擊要求逐步提高，對(duì)低沖擊火工分離裝置的應(yīng)用需求逐漸增多。

為了支撐低沖擊火工分離裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)，本文以某低沖擊火工分離裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為典型，對(duì)其分離過(guò)程涉及各個(gè)環(huán)節(jié)的降沖擊優(yōu)化開展深入研究，并開展了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證，最終成功將其分離沖擊降低到1 000g以下。

1 優(yōu)化問(wèn)題的提出

某低沖擊火工分離裝置的原理驗(yàn)證試驗(yàn)反映，其結(jié)構(gòu)方案能夠滿足基本分離解鎖功能，但分離過(guò)程測(cè)得最大沖擊響應(yīng)加速度結(jié)果約為1 800g(沖擊響應(yīng)曲線如圖1所示)，超出不大于1 000g的指標(biāo)要求。因此，有必要在原方案的基礎(chǔ)上，分析產(chǎn)生沖擊的關(guān)鍵影響因素，開展進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低其分離沖擊，減小對(duì)外部結(jié)構(gòu)的干擾。

圖1 某低沖擊分離火工裝置沖擊響應(yīng)曲線

2 降沖擊優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.1 火工分離沖擊的產(chǎn)生及抑制措施

對(duì)火工沖擊產(chǎn)生的來(lái)源、各來(lái)源作用特征，以及國(guó)內(nèi)外分離裝置研究現(xiàn)狀等進(jìn)行了對(duì)比分析，目前廣泛認(rèn)可的火工沖擊載荷的來(lái)源由3個(gè)部分組成[3-4]：

1)含能材料(火藥、炸藥)爆炸引起沖擊波、應(yīng)力波的傳播；

2)承載結(jié)構(gòu)突然斷裂(解鎖)，預(yù)載荷產(chǎn)生的應(yīng)變能釋放，形成應(yīng)力波傳播和結(jié)構(gòu)諧振效應(yīng)；

3)爆炸分離物以一定速度和沖量撞擊結(jié)構(gòu)特定部位(如緩沖塊、捕獲器等)，形成應(yīng)力波和(或)結(jié)構(gòu)諧振。

沖擊載荷產(chǎn)生后，在結(jié)構(gòu)中以波的形式傳播，根據(jù)介質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)型和材料的不同，其傳遞和衰減的特性也隨之變化，并且沖擊響應(yīng)會(huì)隨著傳遞距離的增加，響應(yīng)不斷衰減。

因而，在抑制火工沖擊載荷方面，主要從兩個(gè)方面進(jìn)行：

1)低沖擊分離裝置的研制：從源頭(火工品)上降低沖擊源輸出沖擊載荷的量級(jí)。低沖擊分離裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)的主要途徑是通過(guò)降低裝藥量、增加預(yù)緊力釋放時(shí)間或者是添加一些吸能材料吸收或隔離機(jī)械撞擊的能量，從而降低沖擊載荷。

2)緩沖技術(shù)：在沖擊傳遞路徑上通過(guò)隔離、附加連接環(huán)節(jié)、吸能裝置等手段增加沖擊載荷的衰減量，達(dá)到降低沖擊的效果。

2.2 降沖擊優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

通過(guò)分析低沖擊分離裝置的結(jié)構(gòu)特征，為實(shí)現(xiàn)火工分離裝置的降沖擊優(yōu)化設(shè)計(jì)，在沖擊產(chǎn)生源上通過(guò)選用緩釋主裝藥從源頭降低沖擊的產(chǎn)生；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上通過(guò)設(shè)計(jì)燃?xì)庹鹘Y(jié)構(gòu)、優(yōu)化解鎖結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)本體降低沖擊載荷；在沖擊的阻斷方面通過(guò)轉(zhuǎn)換點(diǎn)火方式將氣流方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換和增加緩沖墊等對(duì)沖擊進(jìn)行阻斷吸收。同時(shí)，針對(duì)優(yōu)化后的火工分離裝置產(chǎn)生的沖擊響應(yīng)進(jìn)行解耦分析，獲得沖擊響應(yīng)組成及其貢獻(xiàn)，為同類裝置的沖擊抑制提供借鑒方法。研究思路框圖如圖2所示。

圖2 降沖擊優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

2.3 降沖擊優(yōu)化分析

2.3.1 沖擊產(chǎn)生源

根據(jù)火工沖擊產(chǎn)生來(lái)源及控制機(jī)理，選擇合適的沖擊來(lái)源對(duì)于降低火工系統(tǒng)的沖擊載荷更為有效。點(diǎn)火器作為低沖擊火工分離裝置的動(dòng)力來(lái)源，其輸出性能決定裝置沖擊響應(yīng)的幅值大小，而點(diǎn)火器輸出性能又主要取決于主裝藥劑性能。通過(guò)對(duì)比不同主裝藥狀態(tài)的爆壓特性及沖擊響應(yīng)測(cè)試，確定無(wú)硫黑火藥(YH19A)最適合作為低沖擊火工分離裝置的主裝藥劑。

2.3.1.1 主裝藥劑燃燒特性研究

火工藥劑的燃燒是一種極為復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，本文結(jié)合火工藥劑的實(shí)際應(yīng)用，采用定容爆壓測(cè)試的方式進(jìn)行藥劑的燃燒特性研究，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比不同主裝藥的燃燒特性[5]。具體為：分別將硼/硝酸鉀煙火藥(YH18)、羧斯鋇(QB08)、鋁--高氯酸鉀煙火藥(YH01)及無(wú)硫黑火藥(YH19A)(依次標(biāo)記為A,B,C,D狀態(tài))等4種藥劑作為點(diǎn)火器的主裝藥(4種藥劑分別根據(jù)各自的火藥力大小選取不同裝藥量，保持爆壓相互接近)，于10 mL測(cè)壓彈中進(jìn)行爆壓測(cè)試。發(fā)火試驗(yàn)照片如圖3所示，典型測(cè)試曲線如圖4所示，測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示，建壓時(shí)間柱狀圖如圖5所示。

表1 不同藥劑定容爆壓測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖3 測(cè)試P-t曲線的發(fā)火試驗(yàn)照片

圖4 藥劑定容爆壓測(cè)試典型曲線

圖5 不同藥劑建壓時(shí)間對(duì)比圖(平均值)

從測(cè)試結(jié)果可以看出，4種藥劑從開始建壓至峰值壓力所需時(shí)間，無(wú)硫黑火藥(YH19A)最為緩慢，換算為輸出峰壓上升速率，硼/硝酸鉀煙火藥(YH18)、羧斯鋇(QB08)、鋁--高氯酸鉀煙火藥(YH01)從開始建壓至峰值壓力的上升速率分別為3.94，8.58，7.60 MPa/ms，分別是無(wú)硫黑火藥(YH19A)的1.3倍、2.8倍、2.5倍。試驗(yàn)結(jié)果顯示，無(wú)硫黑火藥(YH19A)上升速率最為緩慢，說(shuō)明藥劑的燃燒平緩，能量持續(xù)緩慢釋放，分析其瞬間產(chǎn)生的沖擊應(yīng)較小。

2.3.1.2 主裝藥劑沖擊測(cè)試試驗(yàn)研究

針對(duì)上述A～D這4種不同主裝藥的點(diǎn)火器，配備低沖擊分離裝置進(jìn)行常溫沖擊響應(yīng)測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)試X,Y,Z這3個(gè)方向的沖擊。測(cè)試照片如圖6所示，試驗(yàn)時(shí)裝置活塞被約束不分離。測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表2所示，軸向沖擊對(duì)比最大值(平均值)如圖7所示。

圖6 沖擊測(cè)試實(shí)物照片

表2 不同藥劑沖擊測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖7 不同藥劑軸向沖擊對(duì)比圖(平均值)

試驗(yàn)結(jié)果顯示,不同類型點(diǎn)火器其對(duì)分離裝置的沖擊載荷均沿軸向最大，后續(xù)可通過(guò)改變點(diǎn)火方向進(jìn)行沖擊緩沖；采用無(wú)硫黑火藥(YH19A)產(chǎn)生的沖擊最小，其最大沖擊相比硼/硝酸鉀煙火藥(YH18)、羧斯鋇(QB08)、鋁--高氯酸鉀煙火藥(YH01)藥劑分別減少16%、30%和23%，沖擊減緩明顯，這是由于無(wú)硫黑火藥(YH19A)燃燒較為緩慢，這也與理論分析一致，故采用無(wú)硫黑火藥(YH19A)作為低沖擊火工分離裝置的主裝藥劑有利于降低沖擊響應(yīng)。

2.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，成熟的低沖擊分離火工裝置大多采用分瓣螺母的預(yù)解鎖結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過(guò)分瓣螺母與螺栓之間的螺紋旋合實(shí)現(xiàn)連接承載功能，通過(guò)解除對(duì)分瓣螺母的約束使其徑向張開實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓的釋放、解鎖。

在火工裝置解鎖時(shí)，預(yù)緊力迅速釋放，因預(yù)緊力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形能瞬間轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，將引起結(jié)構(gòu)沖擊和振動(dòng)響應(yīng)，擰緊力矩大小與加速的響應(yīng)峰值呈線性關(guān)系[6]。為了使預(yù)緊力緩慢釋放，美國(guó)SN9500系列分離螺母在分瓣螺母解除徑向約束前，利用轉(zhuǎn)子帶動(dòng)分瓣螺母轉(zhuǎn)動(dòng)釋放擠壓應(yīng)力，從而降低了沖擊響應(yīng)[7]。本項(xiàng)目在分離火工裝置分瓣螺母與箍套間設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)活塞，將燃?xì)獾膭?dòng)力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)解鎖力，使螺栓頭先擰松再解鎖，降低預(yù)緊力釋放帶來(lái)的沖擊效應(yīng)。預(yù)緊力緩慢釋放設(shè)計(jì)方案如圖8所示。

圖8 預(yù)緊力緩釋方案示意圖

同時(shí)，在分瓣螺母與箍套的解鎖結(jié)構(gòu)處，將垂直的解鎖角調(diào)整為與解鎖角度和螺紋牙形角匹配的解鎖角，并在過(guò)渡處增加倒角，降低解鎖時(shí)分瓣螺母與箍套的撞擊。

此外，在燃?xì)庾饔糜诨鸸ぱb置動(dòng)作零件前增加燃?xì)庹餮b置，燃?xì)庹餮b置位于燃?xì)馔ǖ滥┒?，可阻擋燃?xì)廨S向沖擊直接作用在運(yùn)動(dòng)零部件上，并在周向上均布有數(shù)個(gè)徑向的通氣孔，從而使軸向流動(dòng)的高溫高壓燃?xì)庋貜较蚓鶆蛄鲃?dòng)，減緩到達(dá)運(yùn)動(dòng)零部件的燃?xì)馑俣炔⑹谷細(xì)饽芰扛泳鶆颉?/p>

2.3.3 沖擊阻斷、吸收

低沖擊分離火工裝置工作時(shí)，火工藥劑燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈺?huì)驅(qū)動(dòng)活塞等運(yùn)動(dòng)零件高速運(yùn)動(dòng)，而運(yùn)動(dòng)零件在運(yùn)動(dòng)到位后與殼體或其他結(jié)構(gòu)件之間的撞擊會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊；同時(shí)，低沖擊分離火工裝置安裝在箭體/艙體上時(shí)，相互之間的剛性接觸也使得低沖擊分離火工裝置工作產(chǎn)生的沖擊順利地傳遞到箭體/艙體結(jié)構(gòu)上。

為了對(duì)該部分沖擊進(jìn)行阻斷吸收，可采用柔性吸能法，通過(guò)在運(yùn)動(dòng)零件到位行程內(nèi)設(shè)置柔性緩沖材料做成的緩沖裝置，形成一個(gè)低通濾波器，低頻柔性材料的大變形能夠吸收運(yùn)動(dòng)零件對(duì)殼體或其他結(jié)構(gòu)件的撞擊能量，降低沖擊響應(yīng)[8]；同時(shí)，可通過(guò)改變點(diǎn)火方式阻斷軸向上的沖擊，使得各個(gè)方向上的沖擊響應(yīng)均衡分布。

2.3.3.1 緩沖材質(zhì)選擇及力學(xué)特性測(cè)試

(1)緩沖材質(zhì)能量能量耗散系數(shù)

能夠起到緩沖與減振效果的常用材料有發(fā)泡硅膠、硅橡膠及金屬橡膠等，其中金屬橡膠具有耐高溫、抗輻射、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，可用于長(zhǎng)壽命空間飛行器上[9]。實(shí)物圖如圖9所示。

圖9 不同材質(zhì)緩沖墊實(shí)物照片

項(xiàng)目針對(duì)上述材質(zhì)制作的緩沖墊采取靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方式進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，其載荷--位移曲線測(cè)試結(jié)果如圖10～12所示。

圖10 發(fā)泡硅膠載荷--位移曲線

從3種材料的載荷--位移曲線圖可以看出：3種材料的載荷--位移曲線均呈現(xiàn)非線性變化，且加載曲線與卸載曲線不重合，這說(shuō)明材料在加載過(guò)程中耗散了能量，將其作為緩沖材料理論上是可行的；且不同材質(zhì)曲線有所差異，說(shuō)明其減緩能量的能力有區(qū)別，即能量耗散系數(shù)不同。

圖11 硅橡膠載荷--位移曲線

圖12 金屬橡膠載荷--位移曲線

能量耗散系數(shù)是衡量材料阻尼減振特性的重要參數(shù)，能量耗散系數(shù)越大，材料的阻尼性能越好，反之就越差。由下列公式計(jì)算3種材料的能量耗散系數(shù),表示一個(gè)循環(huán)損耗的能量，為遲滯回線(圖中卸載曲線與橫軸)所圍成的面積；W是最大變形勢(shì)能，為加載曲線與橫軸所圍成的面積

根據(jù)曲線計(jì)算3種材料的能量耗散參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表3所示，能量耗散系數(shù)對(duì)比圖如圖13所示。

圖13 不同材質(zhì)的耗散系數(shù)對(duì)比圖

表3 緩沖材質(zhì)能量耗散參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

從試驗(yàn)結(jié)果可知，發(fā)泡硅膠的能量耗散系數(shù)最大，分別約為硅橡膠、金屬橡膠的2.5倍、1.4倍，說(shuō)明發(fā)泡硅膠的阻尼性能最好，金屬橡膠次之，硅橡膠最小，理論上將發(fā)泡硅膠作為緩沖材質(zhì)用于降低沖擊載荷效果最佳，這也由后續(xù)試驗(yàn)所驗(yàn)證。

(2)緩沖材質(zhì)降沖擊對(duì)比測(cè)試

根據(jù)以上測(cè)試，硅橡膠阻尼性相對(duì)最差，故僅就金屬橡膠、發(fā)泡硅膠兩種材質(zhì)進(jìn)行降沖擊對(duì)比測(cè)試。測(cè)試時(shí)，將兩種材質(zhì)的緩沖墊裝入相同狀態(tài)的低沖擊火工分離裝置，在相同條件下測(cè)試其沖擊響應(yīng)。測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表4所示，軸向沖擊對(duì)比圖(平均值)如圖14所示。

圖14 不同緩沖材料沖擊測(cè)試結(jié)果柱狀圖(平均值)

從測(cè)試結(jié)果可以看出，3個(gè)方向中均為縱向沖擊最大，而徑向、切向沖擊相當(dāng)；兩種緩沖材質(zhì)降沖擊效果有明顯差異，發(fā)泡硅膠降緩沖程度較金屬橡膠高約34%，這也與理論分析相符合。選擇發(fā)泡硅膠作為產(chǎn)品降沖擊材質(zhì)更合理有效。后續(xù)相關(guān)研究均采用此方案。

2.3.3.2 改變點(diǎn)火方式

根據(jù)文獻(xiàn)資料及廠內(nèi)分離裝置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)改變點(diǎn)火方式能夠?qū)禌_擊起到有利作用，研究過(guò)程中對(duì)比了徑向及軸向兩種點(diǎn)火方式，并針對(duì)兩種不同點(diǎn)火方式進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明徑向點(diǎn)火方式能夠有效降低產(chǎn)品沖擊。

兩種點(diǎn)火方式?jīng)_擊測(cè)試照片如圖15所示，兩種點(diǎn)火方式的沖擊測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示，不同點(diǎn)火方式?jīng)_擊對(duì)比圖(平均值)如圖16所示。

(a)軸向點(diǎn)火

表5 不同點(diǎn)火方式?jīng)_擊測(cè)試結(jié)果

圖16 不同點(diǎn)火方式?jīng)_擊測(cè)試對(duì)比圖(平均值)

試驗(yàn)結(jié)果顯示，同狀態(tài)下，改變點(diǎn)火方式會(huì)對(duì)沖擊產(chǎn)生明顯差別，徑向點(diǎn)火方式相較于軸向點(diǎn)火方式對(duì)于縱向沖擊的減緩較為明顯，約高46%，選用徑向點(diǎn)火方式對(duì)于實(shí)現(xiàn)低沖擊目標(biāo)更為有效，同時(shí)點(diǎn)火方式的改變對(duì)徑向、切向的沖擊響應(yīng)影響不大。后續(xù)選用徑向點(diǎn)火方式。

2.4 低沖擊火工分離裝置優(yōu)化方案

結(jié)合前文所述各環(huán)節(jié)的降沖擊設(shè)計(jì)，確定某低沖擊火工分離裝置分離主裝藥設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、到位緩沖設(shè)計(jì)以及點(diǎn)火方式的優(yōu)化措施(各參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果如表6所示)，形成優(yōu)化后的低沖擊火工分離裝置樣機(jī)，示意圖如圖17所示。

表6 各參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖17 低沖擊火工分離裝置示意圖

3 低沖擊火工分離裝置優(yōu)化驗(yàn)證及沖擊解耦

對(duì)優(yōu)化后的低沖擊火工分離裝置進(jìn)行發(fā)火試驗(yàn)，測(cè)試其沖擊響應(yīng)，同時(shí)測(cè)試裝置分離過(guò)程中的內(nèi)部壓力變化。測(cè)試試驗(yàn)照片如圖18所示，測(cè)試的多參量時(shí)域曲線如圖19所示。

圖18 多參量測(cè)試照片

圖19 低沖擊火工分離裝置分離過(guò)程中多參量時(shí)域曲線

根據(jù)上文論述，火工裝置動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的沖擊響應(yīng)由以下3種類型的沖擊源構(gòu)成：

1)火工藥劑作用引起沖擊波和應(yīng)力波在鋼體結(jié)構(gòu)中的傳播；

2)火工裝置內(nèi)運(yùn)動(dòng)部件以一定速度撞擊剛性結(jié)構(gòu)表面，形成應(yīng)力波和結(jié)構(gòu)諧振響應(yīng)；

3)火工裝置上預(yù)緊力突然卸載產(chǎn)生的應(yīng)變能突然釋放，形成應(yīng)力波傳播和結(jié)構(gòu)諧振響應(yīng)。

火工沖擊響應(yīng)實(shí)際是多種沖擊源耦合在一起的產(chǎn)物。為量化本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)各沖擊源所占比例，根據(jù)作用過(guò)程中的多參量時(shí)域曲線，采用時(shí)序區(qū)分法來(lái)辨識(shí)各沖擊源所激起的沖擊響應(yīng)。

通過(guò)圖19的多參量時(shí)域曲線進(jìn)行不同沖擊源在時(shí)序上的區(qū)分。點(diǎn)火器開始作用時(shí)刻便有沖擊產(chǎn)生，在藥劑燃燒完成并作用后壓力便迅速上升，在12.1 ms時(shí)壓力達(dá)到最大值0.46 MPa，此時(shí)大活塞開始作用，燃燒室內(nèi)的容積相應(yīng)增大，壓力隨之下降，并伴隨著擋圈解鎖過(guò)程，并在t=12.9 ms 時(shí)刻完成擋圈解鎖過(guò)程，隨后預(yù)緊力卸載完成后推動(dòng)活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，壓力持續(xù)下降，此時(shí)活塞撞擊緩沖墊并經(jīng)歷回彈后壓力趨緩(容腔變化較小)，加速度穩(wěn)定而緩慢衰減。綜合上述分析，圖19中區(qū)域Ⅰ為火工藥劑爆燃作用激起的沖擊響應(yīng)，區(qū)域Ⅱ?yàn)轭A(yù)緊力釋放激起的響應(yīng)，區(qū)域Ⅲ為活塞撞擊激起的沖擊響應(yīng)。

為綜合評(píng)價(jià)各沖擊源的影響，并量化得到各沖擊源所占比例，利用以下公式對(duì)沖擊曲線進(jìn)行數(shù)值分析計(jì)算，得到各沖擊源在整個(gè)時(shí)序中的平均值[10]

式中，Esm為每一個(gè)沖擊源在整個(gè)頻率/時(shí)間范圍內(nèi)沖擊響應(yīng)的相對(duì)平均值，單位為g；Es(f)為在不同頻率/時(shí)間上特定的沖擊源的沖擊響應(yīng)絕對(duì)值，單位為g；fl為最低分析頻率/時(shí)間；fh為最高分析頻率/時(shí)間；N為樣本數(shù)。

根據(jù)上式及圖19圖譜，對(duì)沖擊曲線數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，得出分離裝置沖擊源解耦分析結(jié)果，見表7，沖擊源占比如圖20所示。

表7 低沖擊分離裝置(含緩沖)沖擊源解耦分析結(jié)果

圖20 沖擊響應(yīng)源占比餅圖

低沖擊分離裝置(含緩沖)沖擊解耦分析的結(jié)果表明，該分離裝置作用過(guò)程中火藥爆燃引起的沖擊響應(yīng)貢獻(xiàn)最大，達(dá)到55.8%；預(yù)緊力釋放對(duì)總的沖擊響應(yīng)的貢獻(xiàn)次之，達(dá)到41.4%；而活塞撞擊激起的沖擊響應(yīng)貢獻(xiàn)率最小，為2.8%，此部分沖擊所占比例較小是增加緩沖裝置后沖擊被大幅度吸收所致。

4 結(jié)論

結(jié)合火工分離沖擊的產(chǎn)生及抑制機(jī)理，從主裝藥類型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、緩沖部件及點(diǎn)火方式等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)某低沖擊火工分離裝置進(jìn)行了降沖擊優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)措施能夠顯著降低火工分離裝置發(fā)火后的沖擊響應(yīng)，最終滿足分離沖擊不大于1 000g的指標(biāo)要求，并得出結(jié)論如下：

1)在沖擊產(chǎn)生源上，采用無(wú)硫黑火藥作為低沖擊火工分離裝置的主裝藥劑能夠有效降低沖擊響應(yīng)；

2)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化及采用燃?xì)庹餮b置有利于降低沖擊響應(yīng)；

3)在沖擊的阻斷吸收上，采用發(fā)泡硅膠緩沖墊吸收活塞撞擊能量，將點(diǎn)火方式由軸向點(diǎn)火改為徑向點(diǎn)火，能夠有效降低沖擊響應(yīng)。