基于冲击片雷管的多点同步起爆系统研究.pdf

doi10． 3969／ j． issn． 1001- 8352． 2018． 03． 006 基于冲击片雷管的多点同步起爆系统研究 * 梁车平 张玉若 金 丽 何 强 魏增强 韩克华 陕西应用物理化学研究所（陕西西安，７１００６１） ［摘 要］ 针对 ＥＦＰ 战斗部多点同步起爆系统所使用的常规电雷管安全性低和爆炸网络同步性差的问题，基于 爆炸箔起爆技术固有的高安全特性，以 ２ 发或３ 发冲击片雷管串联为多点起爆系统的基本单元，设计了 ３ 点、４ 点、 ６ 点和９ 点同步起爆系统，并进行了多点起爆同步性测试。 试验结果表明３ 点、４ 点同步起爆同步性时间均小于 １００ ｎｓ，最大同步性时间散布较小，满足设计要求；６ 点和 ９ 点同步起爆同步性时间都超过了 １００ ｎｓ，并且最大同步 性时间散布较大。 经分析，每组雷管之间等效电阻和等效电感等参数具有差异，造成不同组别的雷管发火回路性 能有差别，故引起各起爆支路的电流不一致，导致桥箔的爆发电流和爆发电流密度的差异，从而影响起爆的同 步性。 ［关键词］ 爆炸箔起爆器；ＥＦＰ 战斗部；多点同步起爆系统；同步性 ［分类号］ ＴＤ２３５． ２ ＋２；ＴＱ５６５＋． ２ Research on a Multi- point Simultaneous Initiation System Based on EFI ＬＩＡNＧ Ｃｈｅｐｉｎｇ， ＺＨＡNＧ Ｙｕｒｕｏ， ＪＩN Ｌｉ， ＨＥ Ｑｉａｎｇ， ＷＥＩ Ｚｅｎｇｑｉａｎｇ， ＨＡN Ｋｅｈｕａ Ｓｈａａｎｘｉ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ （Ｓｈａａｎｘｉ Ｘｉａｎ， ７１００６１） ［ABSTRACT］ Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｕｌｔｉ- ｐｏｉｎｔ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＥＦＰ ｗａｒｈｅａｄ ａｎｄ ｂａｄ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｎｅｔｗｏｒｋ， ｔｈｒｅｅ- ｐｏｉｎｔ，ｆｏｕｒ- ｐｏｉｎｔ， ｓｉｘ- ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｎｉｎｅ- ｐｏｉｎｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｉｇｈ ｓａｆｅｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｆｏｉｌ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ （ＥＦＩ） ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ａｎｄ ｕ- ｓｉｎｇ ｔｗｏ ｏｒ ｔｈｒｅｅ ＥＦＩ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｕｎｉｔ．Ｍｕｌｔｉ- ｐｏｉｎｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｒｉａｌｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １００ ｎｓ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ- ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｆｏｕｒ- ｐｏｉｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ， ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ， ａｎｄ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ １００ ｎｓ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｄｉｓｔｒｉ- ｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｆｏｒ ｓｉｘ- ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｎｉｎｅ- ｐｏｉｎｔ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅａｃｈ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｏｒｓ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃａｕｓｅｓ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅｉｒ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ｆｉｒｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ， ｔｈｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｂｒａｎｃｈ ｗｉｌｌ ｃｒｅａｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｂｕｒｓｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｂｕｒｓｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｆｏｉｌ ｗｈｉｃｈ ｆｉｎａｌｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ． ［KEYWORDS］ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｆｏｉｌ ｉｎｉｔｉａｔｏｒ （ＥＦＩ）；ＥＦＰ ｗａｒｈｅａｄ；ｍｕｌｔｉ- ｐｏｉｎｔ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｍ 引言 ＥＦＰ（ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙ ｆｏｒｍｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ）战斗部可以 依据目标特点，采用相应的中心单点起爆、平面起 爆、环形起爆和多点同步起爆等不同起爆方式，形成 不同速度的杆式弹丸，产生不同的毁伤效果和毁伤 模式 ［１- ３］ 。 起爆点数和多点起爆同步时间对 ＥＦＰ 有 很大影响，随着起爆点数的增加，不仅可以形成具有 良好气动外形的 ＥＦＰ，并且能增加 ＥＦＰ 的速度，提 高毁伤效果；多点同步起爆时间散布越小，ＥＦＰ飞行 越稳定，破片密集度越好 ［４- ５］ 。 利用不同的多点起爆 组合方式，使高效毁伤战斗部技术向多功能化、多用 途化发展，可实现武器弹药系统的多目标、多模式作 用效果 ［６- ８］ 。 目前，国内 ＥＦＰ 战斗部多点同步起爆 方式采用的都是多发常规电雷管或爆炸同步网络技 术 ［９- １０］ 。 常规电雷管作用时间长，同步性散布较大， 在起爆点数较多的情况下无法满足同步性散布较小 的要求；另外，大量常规电雷管的使用导致武器系统 安全性下降，爆炸同步网络传爆序列在实际使用中 第４７ 卷 第 ３ 期 爆 破 器 材 Ｖｏｌ． ４７ Nｏ． ３ ２０１８ 年６ 月 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｊｕｎ． ２０１８ * 收稿日期２０１７- １２- ０５ 作者简介梁车平（１９８３ - ），男，硕士研究生，工程师，从事直列式起爆 ／ 点火系统设计研究。 Ｅ- ｍａｉｌｌｉａｎｇｃｈｅｐｉｎｇ＠１６３． ｃｏｍ 万方数据 的能量匹配问题、传爆线路可靠性等问题也较难控 制。 基于爆炸箔起爆技术固有的高安全特性，笔者 设计了基于冲击片雷管（又叫爆炸箔起爆器，ｅｘｐｌｏ- ｄｉｎｇ ｆｏｉｌ ｉｎｉｔｉａｔｏｒ，ＥＦＩ）的多点同步起爆系统。 1 多点同步起爆系统设计 冲击片雷管需要在特定的强电流、窄脉冲（峰 值电压１ ～ ３ ｋＶ，峰值电流 ２ ～ ４ ｋＡ，电流上升速率 ｄi／ ｄt≥１ ０００ Ａ／ ｓ）条件下才能可靠起爆 ［１１- １２］ 。 在多 点同步起爆系统设计时，如果使用多个起爆电路来 起爆多个冲击片雷管，会存在一些问题１）使用多 个起爆电路，会导致系统体积较为庞大；２）多个起 爆电路的导通时间散布较大，会影响多点同步起爆 系统的时间同步性；３）所使用的分立电子器件和起 爆单元较多，会影响系统可靠性。 以２ 发或者３ 发冲击片雷管串联的形式作为多 点起爆系统的基本单元，进行多点同步起爆系统设 计，可以在保证冲击片雷管起爆裕度的基础上，提高 系统同步性及可靠性，并有效地减小系统电路体积。 起爆回路基本单元原理如图１ 所示。 （ａ） ２ 点串联基本单元 （ｂ） ３ 点串联基本单元 图１ 起爆回路基本单元原理图 Ｆｉｇ． １ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｕｎｉｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ 2 多点同步起爆系统试验 2． 1 试验方法及设备 试验中使用到了中国兵器工业第二一三研究所 生产的某型号冲击片雷管、自制高压脉冲功率源、自 制多通道时间记录仪以及瑞典 Ｓｃａｎｄｉｆｌａｓｈ ＡＢ 公司 的３００ ｋＶ 闪光 Ｘ 射线系统。 利用高压脉冲功率源进行多点起爆试验，利用 多通道时间记录仪进行同步性测试，该设备可以记 录每一个起爆点的作用时间，每 ２ 点作用时间差即 为同步性时间，其中同步性时间数据里最大值为最 大同步时间。 2． 2 同步性测试 2． 2． 1 3 点同步性测试 实现基于冲击片雷管的 ３ 点同步起爆时，对 ３ 发冲击片雷管串联起爆同步性进行测试，进行了 ６ 组试验，同步性测试数据如表１ 所示。 表１ ３ 点同步起爆试验 Ｔａｂ． １ Ｔｈｒｅｅ- ｐｏｉｎｔ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ 组别 电阻／ ｍΩ 电感／ ｎＨ 起爆电压／ ｋＶ 最大同步 时间／ ｎｓ １ ＃ １２６镲． １１０１览． ２２|． ６４２览． ７ ２ ＃ １２１镲． ７９３*． ７２|． ６４１览． １ ３ ＃ １１９镲． ８９７*． １２|． ６３８览． ９ ４ ＃ １３０镲． ０１０４览． ２２|． ６４７览． ６ ５ ＃ １１９镲． ２９９*． ４２|． ６３８览． １ ６ ＃ １２７镲． ４１０７览． １２|． ６４４览． ２ 2． 2． 2 4 点同步性测试 实现基于冲击片雷管的 ４ 点同步起爆时，先将 ２ 发冲击片雷管进行串联，再将串联后电阻相近的 两组进行并联，得到 ４ 点同步起爆系统。 对 ４ 发冲 击片雷管起爆同步性进行测试，进行了 ６ 组试验，同 步性测试数据如表２ 所示。 表２ ４ 点同步起爆试验 Ｔａｂ． ２ Ｆｏｕｒ- ｐｏｉｎｔ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ 组 别 电阻／ ｍΩ 电阻离 差／ ｍΩ 电感／ ｎＨ 电感离 差／ ｎＨ 起爆电 压／ ｋＶ 最大同步 时间／ ｎｓ １ ＃ ４１ ． ６６N． ９５７亮． ８１１ ． ５２Ｍ． ６８４ ． ８ ２ ＃ ３９ ． ７５N． ６５９亮． ４７痧． ６２Ｍ． ６４２ ． ０ ３ ＃ ４１ ． ３６N． ０５８亮． １６痧． ８２Ｍ． ６４０ ． ８ ４ ＃ ４２ ． ２５N． ９５９亮． ８７痧． ５２Ｍ． ６４８ ． ０ ５ ＃ ３９ ． ５５N． ５５７亮． ９７痧． ２２Ｍ． ６３９ ． ７ ６ ＃ ４０ ． ４６N． ５５８亮． ６７痧． ４２Ｍ． ６４５ ． ３ 2． 2． 3 6 点同步性测试 实现基于冲击片雷管的 ６ 点同步起爆时，先将 ３ 发冲击片雷管进行串联，再将串联后电阻相近的 两组进行并联，得到 ６ 点同步起爆系统。 对 ６ 发冲 击片雷管起爆同步性进行测试，进行了 ６ 组试验，同 步性测试数据如表３ 所示。 ２３ 爆 破 器 材 第 ４７ 卷第 ３ 期 万方数据 表３ ６ 点同步起爆试验 Ｔａｂ． ３ Ｓｉｘ- ｐｏｉｎｔ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ 组 别 电阻／ ｍΩ 电阻离 差／ ｍΩ 电感／ ｎＨ 电感离 差／ ｎＨ 起爆电 压／ ｋＶ 最大同步 时间／ ｎｓ １ ＃ ５６梃． ２７．． ９９９ ． ５１４珑． ８３-． ２１１３�． ８ ２ ＃ ６３梃． ３６．． ６９５ ． １１１珑． ５３-． ２８９骀． ０ ３ ＃ ５９梃． ２９．． ０１０４父． ３１６珑． ６３-． ２１１７�． ２ ４ ＃ ６０梃． ０８．． ９９８ ． ６１２珑． ４３-． ２１０７�． ０ ５ ＃ ５６梃． ８８．． ５１０１父． ５１１珑． ９３-． ２９７骀． ９ ６ ＃ ６０梃． ５８．． ５１０３父． ０１０珑． ５３-． ２８６骀． ３ 2． 2． 4 9 点同步性测试 实现基于冲击片雷管的 ９ 点同步起爆时，先将 ３ 发冲击片雷管进行串联，再将串联后电阻相近的 ３ 组进行并联，得到 ９ 点同步起爆系统。 对 ９ 发冲击 片雷管起爆同步性进行测试，进行了４ 组试验，同步 性测试数据如表４ 所示。 表４ ９ 点同步起爆试验 Ｔａｂ． ４ Nｉｎｅ- ｐｏｉｎｔ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ 组 别 电阻／ ｍΩ 电阻离 差／ ｍΩ 电感／ ｎＨ 电感离 差／ ｎＨ 起爆电 压／ ｋＶ 最大同步 时间／ ｎｓ １ ＃ ３９梃． ４８．． ４９８ ． ０１３珑． ８３-． ８１３７�． ９ ２ ＃ ３８梃． ９９．． ４９８ ． ７１０珑． ０３-． ８９６骀． ４ ３ ＃ ４０梃． ２１０D． ２９９ ． ２１５珑． ９３-． ８１８８�． ２ ４ ＃ ３８梃． ６８．． ５９８ ． ３１１珑． ４３-． ８１０２�． ５ 根据文献［４］和文献［６］的结论可知，ＥＦＰ 战斗 部的多点同步起爆时间应控制在 １００ ｎｓ 以内。 从 表１ 和表２ 测试数据可以看出，冲击片雷管 ３ 点、４ 点起爆同步性较好，３ 点同步起爆同步性均小于 ５０ ｎｓ；４ 点同步起爆除了 １ 组同步性为 ８４． ８ ｎｓ 之外， 其余５ 组起爆同步性均在 ５０ ｎｓ 以内。 测试结果说 明，基于冲击片雷管的３ 点、４ 点同步起爆系统设计 方案是合理可行的。 通过对金属桥箔制作、雷管装 配工艺、系统结构设计等方面加强质量控制，提高冲 击片雷管的一致性，将冲击片雷管 ４ 点起爆阵列爆 炸同步性控制在５０ ｎｓ 之内是能够实现的。 但是从表 ３ 和表 ４ 测试数据可以看出，基于冲 击片雷管的 ６ 点同步起爆数据中，最大同步性时间 里的峰值为１１７． ２ ｎｓ，最小值为８６． ３ ｎｓ，６ 组里的最 大同步时间平均值为１０１． ８７ ｎｓ；而基于冲击片雷管 的９ 点同步起爆数据中，最大同步性时间里的峰值 为１８８． ２ ｎｓ，最小值为９６． ４ ｎｓ，４ 组里的最大同步时 间平均值为 １３１． ２５ ｎｓ，９ 点同步起爆试验数据较 少，还需进一步进行试验验证。 以上这两种设计同 步性时间都超过了 １００ ｎｓ，并且最大同步性时间散 布较大。 影响单发冲击片雷管作用时间的主要因素是桥 箔电爆时间、飞片速度、药柱作用时间以及壳体的厚 度。 在规定的发火能量条件下，同批次的产品，其作 用时间散布较小，在多点同步起爆时，以上条件对同 步性影响因素较小。 影响多点同步起爆同步性时间 的主要因素是每组雷管之间等效电阻和等效电感等 参数的差别。 由于每发冲击片雷管电阻和电感参数 的不同，导致了每组雷管之间等效电阻和等效电感 等参数的差异，造成不同组别的雷管发火回路性能 有差别，故而影响各起爆支路的电流不一致，导致桥 箔的爆发电流和爆发电流密度的差异，从而影响了 同步性。 通过对其发火回路与等效参数进行优化设 计，以及冲击片雷管的参数设计，可以控制多点同步 起爆同步性时间的散布。 2． 3 爆炸过程拍摄 利用闪光 Ｘ 射线拍摄冲击片雷管多点同步起 爆系统的照片如图２ 所示。 图２（ａ）是３点同步起爆过程，是从起爆回路瞬 （ａ）３ 点，延时７ μ ｓ （ｂ）３ 点，延时５ μ ｓ （ｃ） ４ 点，延时１０ μ ｓ （ｄ） ６ 点，延时１２ μ ｓ （ｅ） ９ 点，延时５ μ ｓ 图 ２ 冲击片雷管多点同步起爆过程 Ｆｉｇ． ２ Ｍｕｌｔｉ- ｐｏｉｎｔ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＦＩ ３３２０１８ 年６ 月 基于冲击片雷管的多点同步起爆系统研究 梁车平，等 万方数据 间导通、窄脉冲形成时刻起，延时 ７ μ ｓ 时刻的起爆 过程。 从图 ２（ａ）可以看出，雷管爆炸后底部金属壳 体形成的破片高度较为一致。 图 ２（ｂ）是 ３ 点同步 起爆的横向拍摄照片，是从起爆回路瞬间导通、窄脉 冲形成时刻起，延时 ５ μ ｓ 时刻的爆炸过程。 由图 ２ （ｂ）可以看出，雷管爆炸后周围有一圈小破片，形成 一个圆坏状，这３ 个圆环直径几乎一样，说明３ 点作 用过程一致，爆炸同步性较好。 图２（ｃ）是 ４ 点同步 起爆、延时 １０ μ ｓ 时刻的爆炸过程。 图 ２（ｄ）是 ６ 点 同步起爆、延时１２ μ ｓ 时刻的爆炸过程。 图 ２（ｅ）是 ９ 点同步起爆、延时５ μ ｓ 时刻的爆炸过程。 从图 ２ 可以看出，在延时 ５ μ ｓ 时刻时，雷管完 全爆炸，雷管金属壳体形成的破片已经飞出一定的 高度，证明了冲击片雷管的作用时间短、瞬发度高； 其次在延迟一定的时间后，雷管爆炸后底部破片飞 出高度较为一致，说明冲击片雷管多点同步起爆同 步性较好，符合同步性测试数据，基于冲击片雷管的 多点同步起爆系统满足 ＥＦＰ 战斗部的多点同步起 爆设计要求。 由于闪光 Ｘ 射线拍摄速度快，时间短（１０ - ８ ｓ）， 图２ 图片上雷管底部破片高度不太一致，这是由于 在实物放置时，高度不是水平原因造成的，属于拍摄 角度引起的拍摄误差，可以忽略。 3 分析 3． 1 起爆回路特性 将冲击片雷管作为负载接入高压脉冲功率源输 出端，整个起爆回路从原理上可以等效成为一个 ＲＬＣ 串联电路，如图３ 所示。 图 ３ 起爆回路等效电路图 Ｆｉｇ． ３ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ 根据基尔霍夫电压定律（ＫＶＬ）可列出回路方 程 LC ｄ ２i（t） ｄt ２ ＋ RC ｄi（t） ｄt ＋ i（t） ＝ ０。（１） 解方程（１），可得放电电流公式 i（t） ＝ UC ω Lｅ -δtｓｉｎω t。 （２） 其中 δ＝ R ２L ；ω＝ １ LC -R ２ ４L２。 根据爆发电流效应定义 Gb＝∫ tb ０i ２（t）ｄt。 （３） 由式（２）和式（３）可得 Gb＝∫ tb ０ U ２ C L ２ω２ｅ - ２δtｓｉｎ２ω t ｄt ＝ U ２ C L ２ω３ ω tb ２ -１ ４ ｓｉｎ２ω tb。 因 gb＝ Gb A ２，则 gb＝ U ２ C （LA） ２ω３ ω tb ２ -１ ４ ｓｉｎ２ω tb碖 U ２ C （LA） ２ω３ ω ３t３ b ３ ＝ U ２ Ct ３ b ３（LA） ２。 爆发电流密度为 Jb＝I b A ＝U C Lω Aｅ -δtbｓｉｎω t b。（４） 对式（４）两边立方后得 J ３ b＝ U ３ C L ３ω３A３ｅ - ３δtbｓｉｎ３ω t b碖 U ３ C L ３A３ｅ - ３δtbt３ b＝３U C t ３ bU ２ C ３LA （LA） ２ （ｅ -δtb）３； 可得出 Jb＝ ｅ -δtb ３ ３UCgb LA 。（５） 式（１） ～ 式（５）中C 为储能电容容量；L 为发火回路 系统总等效电感，包括高压脉冲功率源回路等效电 感 L０和负载等效电感 l，即 L ＝ L０＋ l；R 为发火回路 系统总等效电阻，包括高压脉冲功率源回路等效电 阻 R０和负载等效电阻 r，即 R ＝ R０＋ R；A 为桥箔截 面积。 冲击片雷管起爆机理在高压脉冲功率源产生 的窄脉冲大电流下，冲击片雷管内部的金属桥箔迅 速发生电爆炸，爆炸形成的等离子体推动其上覆盖 的聚酰亚胺薄膜，在加速膛剪切和约束下形成高速 飞片，撞击钝感炸药将其引爆。 在此过程中，金属桥 箔需要在短时间内得到足以使其产生汽化的能量， 这就要求高压脉冲功率源输出的窄脉冲能量在电流 峰值 I 和时间 T 上都能满足要求。 在起爆回路状态 不变的情况下，整个放电回路电流波形以及电流峰 值是固定的，但是起爆回路中电压分布是随着电阻 ４３ 爆 破 器 材 第 ４７ 卷第 ３ 期 万方数据 和电感的分布不同而发生变化；由式（２）可以得出， 影响回路脉冲电流 i 和时间 t 的关键因素是起爆回 路中的等效电阻 R、等效电感 L 以及电容容量 C。 故当储能电容确定后，冲击片雷管作为起爆回路负 载时，其电阻参数与电感参数的大小对其响应时间 有较大影响。 3． 2 多点同步起爆性能 冲击片雷管作用时，在桥箔发生电爆炸过程中， 对应电压最大时刻的电流叫爆发电流，通过爆发电 压可以准确地确定爆发电流，而爆发电流密度是影 响桥箔电爆性能的主要因素。 从式（３）、式（４）和式 （５）可以得出，起爆回路中的等效电阻、等效电感对 爆发电流以及爆发电流密度有影响，特别是等效电 感，对爆发电流密度有较大影响。 在多点同步起爆 系统设计时，如果采用一个起爆点对应一个脉冲功 率源的方式，即使同批次的冲击片雷管作用时间散 布很小，但是起爆电路的响应时间很难满足同步性 要求，并且体积也很难满足使用要求。 根据冲击片 雷管的起爆机理以及同批产品作用时间散布较小、 可达纳秒级的特点，可以采用同一个高压脉冲功率 源，为一定组合方式的多个冲击片雷管提供强电流、 窄脉冲起爆能量。 当高压脉冲功率源输出强电流、 窄脉冲时，所有的冲击片雷管回路同时导通，桥箔爆 炸，雷管起爆。 从串、并联电路特点可知，串联电路回路中电流 一致，只要起爆回路中的窄脉冲能量的电流峰值 I 与时间 T 的关系满足一个冲击片雷管的起爆要求 时，就可以满足多个冲击片雷管串联的起爆要求，故 可将多个冲击片雷管进行串联接入起爆回路。 根据 起爆回路特性分析结果，起爆回路等效电阻和等效 电感影响着脉冲功率源输出的回路电流；特别是等 效电感，对爆炸桥箔电爆时的爆发电流密度和爆发 电流有较大影响。 并且，冲击片雷管的电阻参数与 电感参数的大小对发火感度也有较大影响。 随着冲 击片雷管串联起爆点数的增加，起爆时回路等效电 阻与等效电感也随之增加，回路电流、桥箔爆炸时的 爆发电流和爆发电流密度明显降低。 所以，在多点 同步起爆系统设计时，要严格考虑到系统的等效电 阻和等效电感。 从冲击片雷管的结构特性可知，其电阻和电感 参数都比较小，都在毫欧和纳亨级范围之内；并且同 批次的产品，其电阻参数和电感参数的精度都可以 控制在 １０ ｍΩ以及 １０ ｎＨ 范围之内。 在保证冲击 片雷管起爆裕度前提下，同一发火回路中通过串联 方式实现冲击片雷管多点同步起爆的桥箔数量不超 过３ 个，采用２ 发或３ 发冲击片雷管先串联、再多组 并联的设计模式，在系统等效电阻与等效电感参数 设计上，尽可能地保持与单点的参数接近，这样其串 联等效参数不会影响窄脉冲能量的电流峰值 I 与时 间 T 的关系。 4 结论 本文中，对冲击片雷管起爆回路的特性、桥箔爆 发电流和爆发电流密度进行了分析，以 ２ 点或者 ３ 点冲击片雷管串联为多点起爆系统的基本单元，设 计了基于冲击片雷管的 ４ 点、６ 点和 ９ 点同步起爆 系统，并进行了多点起爆同步性测试。 试验结果表明３ 点、４ 点同步起爆同步性时间 均小于１００ ｎｓ，最大同步性时间散布较小，满足设计 要求；６ 点和９ 点同步起爆同步性时间都超过了 １００ ｎｓ，并且最大同步性时间散布较大。 经分析，由于每 组雷管之间等效电阻和等效电感等参数的差异，造 成不同组别的雷管发火回路性能有差别，故而影响 各起爆支路的电流不一致，导致桥箔的爆发电流和 爆发电流密度的差异，从而影响了同步性。 基于冲 击片雷管的多点同步起爆系统的起爆能量降低、小 型化设计、工程化设计以及起爆系统的电磁兼容性 等大量的技术细节还需要从理论和实践上认真地加 以研究和试验验证。 参 考 文 献 ［１］ 李成兵，裴明敬，沈兆武，等． 起爆方式对杆式弹丸成 型和穿甲的影响［Ｊ］． 火炸药学报，２００６，２９（３）４７- ５２． ＬＩ Ｃ Ｂ， ＰＥＩ Ｍ Ｊ， ＳＨＥN Ｚ Ｗ， ｅｔ ａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｉｔｉａ- ｔｉｏｎ ｗａｙ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｒｍｏｒ- ｐｉｅｒｃｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ＆ Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ， ２００６，２９（３）４７- ５２． ［２］ 亓秀泉，龙源，万文乾，等． 爆轰波形对 ＥＦＰ 性能影响 的数值模拟［Ｊ］． 弹箭与制导学报， ２００８，２８（３）１１５- １１７． ＱＩ Ｘ Ｑ， ＬＯNＧ Ｙ， ＷＡN Ｗ Ｑ， ｅｔ ａｌ． Nｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａ- ｔｉｏｎ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｗａｖｅ ｏｎ ＥＦＰ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｓ， Ｒｏｃｋｅｔｓ， Ｍｉｓｓｉｌｅｓ ａｎｄ Ｇｕｉｄａｎｃｅ， ２００８，２８（３）１１５- １１７． ［３］ 龙源，毛振兴，刘健峰，等． 曲率半径对双层药型罩 ＥＦＰ 战斗部成形及侵彻的影响［Ｊ］．爆破器材，２０１６，４５ （３）５- １０． ＬＯNＧ Ｙ，ＭＡＯ Ｚ Ｘ，ＬＩＵ Ｊ Ｆ， ｅｔ ａｌ． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｒａｄｉｕｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙ ５３２０１８ 年６ 月 基于冲击片雷管的多点同步起爆系统研究 梁车平，等 万方数据 ｆｏｒｍｅｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｏｒ ｗａｒｈｅａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｌｉｎｅｒ［Ｊ］． Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１６，４５（３）５- １０． ［４］ 罗健，蒋建伟，朱宝祥． 多点起爆对 ＥＦＰ 形成的影响研 究［Ｊ］． 弹箭与制导学报，２００４， ２４（２）２７- ２９． ＬＵＯ Ｊ， ＪＩＡNＧ Ｊ Ｗ， ＺＨＵ Ｂ Ｘ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍｕｌｔｉｌｅ- ｐｏｉｎｔ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙ ｆｏｒｍｅｄ ｐｅｎｅｔａｔｏｒ ｆｏｒｍａ- ｔｉｏｎ ［ Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｓ， Ｒｏｃｋｅｔｓ， Ｍｉｓｓｉｌｅｓ ａｎｄ Ｇｕｉｄａｎｃｅ，２００４， ２４（２）２７- ２９． ［５］ 吴义锋，王晓鸣，李文彬．环形起爆对球缺型药型罩形 成 ＥＦＰ 速度的影响研究［Ｊ］． 弹箭与制导学报，２００６， ２６（１）６７- ７０． ＷＵ Ｙ Ｆ， ＷＡNＧ Ｘ Ｍ， ＬＩ Ｗ Ｂ． Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｅｘ- ｐｌｏｄｅ ｆｏｒｍｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ｗｉｔｈ ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｌｉｎｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅｉｎｇ ｉｎｉｔｉａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｓ， Ｒｏｃｋｅｔｓ， Ｍｉｓｓｉｌｅｓ ａｎｄ Ｇｕｉｄａｎｃｅ， ２００６，２６ （１）６７- ７０． ［６］ ＷＡＬＬＡＣＥ Ｈ Ｂ． Ｆｕｚｉｎｇ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ ［Ｃ］ ／ ／ ４８ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｆｕｚｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ． Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ， NＣ，ＵＳＡ， ２００４． ［７］ ＨＥＲＴＬＥＩN Ｒ．Ｅｘｃａｌｉｂｕｒ ａ ｍｕｌｔｉ- ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｆｕｚｅ ｆｏｒ ａ ｍｕｌｔｉ- ｐｕｒｐｏｓｅ ｗａｒｈｅａｄ ［Ｃ］ ／ ／ ４６ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｆｕｚｅ Ｃｏｎｆｅｒ- ｅｎｃｅ “Ｔｈｅ Ｗｏｒｌｄ ｏｆ Ｆｕｚｉｎｇ”， ２００２． ［８］ ＭＩＬＴＯN Ｅ，Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ Ｇ．Ｕ． Ｓ．Ａｒｍｙ ａｖｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｓ- ｓｉｌｅｒｅｓｅａｒｃｈ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｅｎｔｅｒ （ＡＭＲＤＥＣ） ｏｖｅｒｖｉｅｗ ［Ｃ］ ／ ／ ５２ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｆｕｚｅ Ｃｏｎｆｅｒ- ｅｎｃｅ． Ｓｐａｒｋｓ， NＶ，ＵＳＡ，２００８． ［９］ 梁争锋，胡焕性． 爆炸成形弹丸技术现状与发展［Ｊ］． 火炸药学报，２００４，２７（４）２１- ２５． ＬＩＡNＧ Ｚ Ｆ， ＨＵ Ｈ Ｘ．Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙ ｆｏｒｍｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ＆ Ｐｒｏｐｅｌ- ｌａｎｔｓ， ２００４，２７（４）２１- ２５． ［１０］ 刘振华，苟瑞君．爆炸成型弹丸技术概述［Ｊ］． 机械管 理开发， ２００８，２３（４）１９- ２０． ＬＩＵ Ｚ Ｈ， ＧＯＵ Ｒ Ｊ．Ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｎ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｆｏｒｍｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，２００８，２３（４）１９- ２０． ［１１］ 褚恩义，任西，钱勇，等． 爆炸箔冲击片起爆设计参数 研究［Ｊ］． 火工品，２００８（３）２６- ２７． ＣＨＵ Ｅ Ｙ， ＲＥN Ｘ， ＱＩＡN Ｙ，ｅｔ ａｌ． Ｓｔｕｄｙ 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压可燃药筒性能的改进［Ｊ］． 爆破器材，２０１７，４６（６） ２６- ３０． ＬＩ Ｚ Ｓ， ＨＵ Ｙ Ｗ， ＭＥNＧ Ｙ， ｅｔ ａｌ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｏｌｄｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ ｃａｓｅｓ ｂｙ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｉｏｎｉｃ ｓｏｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ ｓｔａｒｃｈ ［Ｊ］． Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２０１７，４６（６）２６- ３０． ［１７］ 郑启龙，邹伟伟，赵振宇，等． 小口径模压可燃药筒能 量性能及燃烧性能研究［Ｊ］． 兵器材料科学与工程， ２０１４，３７（２）３８- ４１． ＺＨＥNＧ Ｑ Ｌ， ＺＯＵ Ｗ Ｗ， ＺＨＡＯ Ｚ Ｙ， ｅｔ ａｌ． Ｅｎｅｒｇｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓｍａｌｌ- ｂｏｒｅ ｍｏｌｄｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ ｃａｓｅ［Ｊ］．Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｍａｔｅ- ｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１４，３７（２）３８- ４１． ６３ 爆 破 器 材 第 ４７ 卷第 ３ 期 万方数据