毫秒级延时起爆装置研究.pdf

2 0 1 5 年8 月 毫秒级延时起爆装置研究张新华，等4 l d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 5 ．0 4 ．0 1 0 毫秒级延时起爆装置研究睾 张新华 葛瑞荣薛淑波 安徽红星机电科技股份有限公司 安徽合肥，2 3 1 1 3 5 [ 摘要]根据串联战斗部的使用要求，设计了毫秒级延时起爆装置替代引信起爆串联战斗部二级装药。毫秒级 延时起爆装置使用硼／硝酸钾点火药实现毫秒级延期时间。利用钝黑- 5 炸药的燃烧转爆轰特性实现稳定的爆轰输 出；该装置在攻坚弹、反飞机跑道弹药、爆破炸坑器等串联战斗部弹药中使用。可简化弹药结构设计，提高弹药作用 可靠性；具有使用安全、作用可靠、性能稳定等特点。 [ 关键词]毫秒级；延时起爆装置；燃烧转爆轰 『分类号] T D 2 3 5 ．2 引言 B u t c h e r 等⋯指出．为了便于研究炸药的燃烧转 爆轰 D D T 过程，需选择强度适宜的点火器具，并 尽可能使点火具输出的火焰面为平面。L e u r e t 等[ 2 ] 通过改变钢管壁厚和长度，进行了不同约束条件下 压装炸药的燃烧转爆轰试验；试验表明在强约束、 长钢管内才有可能发生燃烧转爆轰现象。梁秀清 等[ 3 ] 建立了对付爆炸反应装甲的串联聚能装药战 斗部的主装药起爆延时计算模型。黄寅生等[ 4 ] 进 行了微秒级延期传扩爆装置研究，通过利用一定爆 速导爆索的长度变化及对导爆索进行扩爆输出实现 了串联战斗部微秒级顺序起爆。赵同虎等[ 5 ] 进行 的D D T 管材料对颗粒状R D X 床燃烧转爆轰影响的 实验研究表明，D D T 管材料使用钢材比使用铝材更 有利于炸药的燃烧转爆轰。余明祥等[ 6 ] 设计了由 硼／硝酸钾为装填材料的串联战斗部用延时起爆装 置，研究了燃烧转爆轰的影响因素，并对延时起爆装 置的起爆威力判定进行试验验证和分析。 针对某些串联战斗部需要毫秒级延时起爆的需 求，本文介绍了一种毫秒级延时起爆装置，该毫秒级 延时起爆装置使用安全许用点火药。将炸药在设定 的条件下点燃，使炸药由燃烧转为爆轰 D D T ，实 现了毫秒级延时起爆功能，延时起爆串联战斗部二 级装药。 l 延时起爆装置设计[ 7 剐 1 ．1 结构设计 毫秒级延时起爆装置主要由导爆索、延期体、点 火药、管壳及炸药等组成，见图1 。 I 一甘 曝糸；2 ，诞驯1 4 、；3 ．“火约；4 。l ’n 1 二；5 一蚪约 图1毫秒级延时起爆装置结构 F i g ．1 S t r u c t u r eo ft h em i l l i s e c o n d d e l a yi n i t i a t i o nd e v i c e 以使用硼／硝酸钾点火药、钝黑．5 炸药为例介 绍毫秒级延时起爆装置。 硼／硝酸钾点火药被美军弹药火箭和导弹发 动机点火系统安全性设计准则中列为可直列的烟 火药剂。具有输出能量高、可靠性高及感度适中等特 性。钝黑- 5 炸药为许用传爆药，符合安全要求。两 种药剂在弹药中直接使用，均不需要隔爆。 1 ．2 作用原理 使用毫秒级延时起爆装置的串联战斗部弹药一 般由引信起爆一级战斗部，形成穿孔，一级战斗部作 用的同时．起爆毫秒级延时起爆装置输入端的导爆 索，导爆索作用，经延期体中的传火孔点燃硼／硝酸 钾延期索。延期索点燃硼／硝酸钾点火药，点火药点 燃钝黑- 5 炸药，钝黑．5 炸药在约束条件下进行端面 燃烧，炸药燃烧生成的气体产物的生成速度大于气 体产物排出速度，燃烧气体产物来不及扩散，造成炸 药燃烧火焰阵面上的压力持续增加．从而加速炸药 燃烧，进一步使压力增加，在主装药中形成压缩波， 这些压缩波汇聚成强冲击波。冲击波起爆未压缩的 睾收稿日期2 0 1 4 ．1 0 - 2 4 作者简介张新华 1 9 7 0 ～ ，男，工程师，主要研究方向发射装药和弹药装置。E - m a i l 9 3 7 4 z h a n g x i n h u a 1 6 3 ．c o r n 通信作者葛瑞荣 1 9 6 3 一 ．男，高级工程师，主要研究方向火工品设计及工艺研究。 万方数据 4 2 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 4 卷第4 期 炸药，转变成爆轰波，最终形成爆轰输出，起爆二级 战斗部。 2 对比试验与结果分析 以外形尺寸直径1 4m m 、长度9 0m m 、炸药装药 直径8m m 的毫秒级延时起爆装置为例，研究了点 火药量、管壳强度、炸药感度等因素对延时起爆装置 输出威力的影响以及延期体传火孔大小对延期时间 的影响。 2 ．1 不同点火药药量对延时起爆装置输出威力的 影响 为了研究不同点火药药量对延时起爆装置输出 威力的影响．分别使用2 0 0 、3 0 0 、4 0 0 、5 0 0 、6 0 0m g 硼／硝酸钾点火药，选用4 5 。钢作为管壳材料，压装 硬脂酸质量分数为1 ．4 ％的钝黑- 5 炸药，压药压力 为3 0M P a ，在低温 一4 0 2 ℃条件下，对延时起爆 装置输出威力进行了试验研究，采用G J B7 3 6 ．3 1 9 8 9 火工品试验方法轴向输出测定钢块凹痕法 对输出威力进行测试，每组试验发数为2 0 ，其测试 结果如表1 所示。 表l不同点火药药量对延时起爆装置 输出威力的影响 T a b ．1E f f e c to fi g n i t i o nc h a r g e so no u t p u t p o w e ro ft h ed e l a yi n i t i a t i o nd e v i c e 点火药药量／m g 低温输出威力 钢凹值 ／r a m 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 0 ．4 1 ～1 ．1 0 7 发为0 0 ．4 0 1 ．1 0 4 发为0 0 ．7 0 ～1 ．1 0 2 发为0 1 ．1 0 ～1 ．5 0 1 ．1 0 ～1 ．6 0 试验结果表明．增加点火药药量有利于炸药燃 烧转爆轰。在点火药药量较少的情况下，炸药的燃 烧转爆轰不可靠，输出威力不稳定，有的无爆轰能量 输出；随着点火药药量的增加，炸药燃烧转爆轰趋于 可靠，输出威力趋于稳定。 2 ．2 不同管壳材料对延时起爆装置输出威力的影 响 为了研究管壳材料对延时起爆装置输出威力的 影响，选用4 0 0m g 的点火药、硬脂酸质量分数为 1 ．4 ％的钝黑．5 炸药，分别对4 5 。钢、4 5 4 钢 调质 、 2 0 C r M n T i 进行了试验研究，对输出威力进行了测 试，测试结果见表2 。每组试验发数为2 0 。 试验结果表明，管壳材料强度越高，对于炸药的 约束效果越好，越有利于炸药的燃烧转爆轰，所以延 时起爆装置宜选用强度较高的管壳材料。 表2 不同管壳材料对延时起爆装置 输出威力的影响 T a b ．2E f f e c to ft u b em a t e r i a l so no u t p u tp o w e r o ft h ed e l a yi n i t i a t i o nd e v i c e 管壳材料低温输出威力 钢凹值 4 5 ”钢 4 5 4 钢 调质 2 0 C r M n T i 0 ，7 ～1 ．1 2 发为0 0 ．9 ～1 ．2 1 发为0 1 ．O ～1 ．3 2 ．3炸药感度对延时起爆装置输出威力的影响 根据G J B5 4 5 5 - - 2 0 0 5 钝黑．5 炸药规范规 定，钝黑- 5 炸药中硬脂酸的质量分数为1 ．0 ％～ 1 ．5 ％。钝黑．5 炸药中的硬脂酸作为惰性介质，其 含量的多少直接影响炸药的感度，硬脂酸含量越多， 炸药感度越低；硬脂酸含量越少，炸药感度越高。 为了研究不同硬脂酸含量对延时起爆装置输出 威力的影响，选用高强度4 5 。钢作为管壳材料，点火 药药量为3 0 0m g ，分别对质量分数为1 ．1 ％、1 ．4 ％ 的钝黑．5 炸药硬脂酸进行了试验研究，采用钢块凹 痕法对输出威力进行考核，试验发数为2 0 ，其结果 见表3 。 表3 炸药感度对延时起爆装置输出威力的影响 T a b ．3E f f e c to fe x p l o s i v es e n s i t i v i t yo no u t p u t p o w e ro ft h ed e l a yi n i t i a t i o nd e v i c e 岳彗熙孽，。 低温输出威力 钢凹值 ／m m 质量分数／％ 吣皿邗”山风／J n “阻∥⋯⋯ 1 ．1 1 ．4 1 ．0 1 ～1 ．5 0 0 ．4 0 1 ．1 0 4 发为0 表3 中试验结果表明．当炸药中硬脂酸的质量 分数较小时．可提高延时起爆装置的作用可靠性和 输出威力。 2 ．4 延期体传火孔孔径的大小对延时起爆装置延 期时间的影响 为了研究不同孔径的传火孔对延期时间的影 响。使用f 2 j 4m mx 4m m 铅延期索 索芯装药为硼／ 硝酸钾，药芯直径约2 ．5m m ，分别使用0 0 ．6m m 、 ⑦0 ．9m m 、囝1 ．1m m 传火孔进行延期时间测试，每 组试验发数为2 0 ，其结果见表4 。 试验结果表明，随着传火孔孔径增大，延期时间 有延长的趋势，且延期时间标准偏差较小，延期时间 精度有升高趋势；随着传火孔孑L 径减小，且延期时间 标准偏差增大，延期时间精度有降低趋势。 3 综合性能测试 根据延时起爆装置输出威力影响因素分析，优 万方数据 2 0 1 5 年8 月毫秒级延时起爆装置研究张新华．等 表4不同孔径的传火孔对延时起爆装置延期 时间的影响 T a b ．4E f f e c to ff i r eh o l ed i a m e t e r so nd e l a y t i m eo ft h ed e l a yi n i t i a t i o nd e v i c e 选强度较高的2 0 C r M n T i 作为管壳材料、点火药装药 量为5 0 0m g 、硬脂酸质量分数为1 ．1 ％的钝黑- 5 炸 药，使用传火孔孔径为0 ．6m m 的延期体，试制了8 0 发毫秒级延时起爆装置，进行了综合性能试验。试 验项目有 震动试验产品在符合W J2 3 l 1 9 7 7 震动试 验机规定的震动试验机上水平放置，以 1 5 0 - I - 2 m m 落高，频率 1 1 ／6 0 H z ，连续震动2h ； 锤击试验产品在符合w J2 3 3 1 9 7 7 锤击试 验机规定的锤击试验机上，以2 3 齿 相当于2 9 蚝 输出端向下锤击一次； 高温试验产品在 7 0 - 1 - 2 ℃的高温箱内保温 4 8h 后转入 5 0 2 ℃的高温箱内保温4h ； 低温试验产品先在 一5 5 2 ℃的低温箱内 保温2 4h ，然后再转入 一4 0 2 ℃的低温箱内保 温4h 温度冲击试验产品在 一5 5 2 ℃的低温箱 中保温4h 后，取出后转人 7 0 2 ℃的高温箱中保 温4h ，如此重复3 次； 吸湿试验产品在常温、相对湿度大于9 5 ％的 环境中．保持2 4h 。 综合性能每组试验发数为2 0 ，试验结果如表5 所示。 表5延时起爆装置综合性能试验 T a b ．5 C o m b i n a t i o np r o p e r t yt e s to ft h ed e l a y i n i t i a t i o nd e v i c e 综合性能试验结果表明．延时起爆装置经各种 环境试验后延期时间和输出威力性能稳定。统计数 据表明，延时起爆装置作用可靠度大于0 ．9 9 当置 信水平为0 ．9 0 时 。 4 毫秒级延时起爆装置的应用 延时起爆装置在攻坚弹、反飞机跑道弹药、爆破 炸坑器等串联战斗部弹药中得到了广泛应用。 延时起爆装置在某串联战斗部弹药中的应用效 果如图2 所示。 a 一级战斗部作用瞬间 点燃延时起爆装置 b 二级战斗部飞行中 延时起爆装置延时过程中 C 二级战斗部作用瞬间 延时起爆装置起爆二级战斗部 图2 延时起爆装置在弹药中的作用过程 F i g ．2 I n t e r a c t i o np r o c e s so ft h ed e l a yi n i t i a t i o n d e v i c ei na m m u n i t i o n 应用情况表明。延时起爆装置代替引信起爆二 级装药，具有简化弹药设计结构、提高系统作用可靠 性等优点。 5 结论 1 毫秒 m s 级延时起爆装置使用符合安全性 要求的药剂。在弹药中可直接使用，不需要隔爆，使 用安全。 2 对比试验结果表明，毫秒级延时起爆装置输 出威力影响因素主要有炸药感度、点火药量、管壳强 度等。传火孑L 直径是影响毫秒级延时起爆装置延期 时间大小及精度的重要因素。 3 综合性能试验结果表明，延时起爆装置具有 良好的环境适应性，作用可靠，性能稳定。 4 应用结果表明，延时起爆装置在串联战斗部 弹药中使用，替代引信起爆二级装药，具有简化弹药 结构设计。提高弹药作用可靠性等特点。 万方数据 4 4 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第4 4 卷第4 期 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 参考文献 B u t c h e rAG ，K e e f eRL ，R o b i n s o nNJ ，e ta 1 ．E f f e c t so f i g n i t e ra n dc o m p a c t i o nO nD D T1 3 i n u pi np l a s t i cp i p e s [ C ] ／／P r o c e e d i n g so f7 t hS y m p o s i u m I n t e r n a t i o n a l o n D e t o n a t i o n ．1 9 8 2 1 4 3 1 5 0 ． L e u r e tF ，C h a i s s eF ，P r e s l e sHN ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a l s t u d yo ft h el o wv e l o c i t yd e t o n a t i o nr e g i m ed u r i n gt h ed e f - l a g r a t i o nt od e t o n a t i o nt r a n s i t i o ni nah i g hd e n s i t ye x p l o s i v e [ C ] ／／P r o c e e d i n g so f1 1t hS y m p o s i u m I n t e r n a t i o n a 1 o nD e t o n a t i o n ．1 9 9 8 6 9 3 7 0 0 ． 梁秀清，曾凡君，李景云，等．串联装药战斗部的主装 药起爆延时计算模型[ J ] ．兵工学报，1 9 9 4 3 9 0 9 3 ． L i a n gX i u q i n g ，Z e n gF a n j u n ，L iJ i n g y u n ，e ta 1 ．Ac o m p u t a t i o n a lm o d e lf o rt h et i m ed e l a yo fm a i nc h a r g ei g n i t i o ni n at a n d e mw a r h e a d [ J ] ．A c t aA r m a m e n t a r i i ，1 9 9 4 3 9 0 ’9 3 ． 黄寅生，张春祥，沈瑞琪，等．微秒级延期传扩爆装置 研究[ J ] ．南京理工大学学报自然科学版，2 0 0 2 ，2 6 3 3 0 8 ．3 1 1 ． H u a n gY i n s h e n g ，Z h a n gC h u n x i a n g ，S h e nR u i q i ，e ta 1 ． E x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h e “sd e l a yt r a n s m i s s i o na n da m p l i f y i n go fd e t o n a t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fN a n j i n gU n i v e r s i t y [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] o fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N a t u r a lS c i e n c e ，2 0 0 2 ，2 6 3 3 0 8 3 1 1 ． 赵同虎，张寿齐，张新彦，等．D D T 管材料对颗粒状 R D X 床燃烧转爆轰 D D T 影响的实验研究[ J ] ．高压 物理学报．2 0 0 0 ，1 4 2 9 9 ．1 0 4 ． Z h a oT o n g h u ，Z h a n gS h o u q i ，Z h a n gX i n y a n ，e ta 1 ．A ne x p e r i m e n t a ls t u d yo ft h ee f f e c t s o fD D Tt u b em a t e r i a l so n t h ed e f l a g r a t i o nt od e t o n a t i o nt r a n s i t i o ni ng r a n u l a rR D X b e d [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fH i g hP r e s s u r eP h y s i c s ，2 0 0 0 ， 1 4 2 9 9 1 0 4 ． 余明祥，徐乃成，王本河，等．硼／硝酸钾点火药燃烧转 爆轰的应用[ J ] ．火工品，2 0 0 8 6 1 5 ．1 7 ． Y uM i n g x i a n g ，X uN a i c h e n g ，W a n gB e n h e ，e ta 1 ．T h ea p p l i c a t i o no fD D To fB ／K N 0 3i g n i t i o np o w d e r [ J ] ．I n i t i a - 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5e x p l o s i v ew a su s e dt or e a l i z es t a b l ed e t o n a t i o nt r a n s f e rc a p a b i l i t y ．T h ed e v i c ei s u s e df o rt a n d e mw a r h e a ds u c ha sh a r ds t r u c t u r ea m m u n i t i o n ，a n t ia i r s t r i pa m m u n i t i o n ，b l a s t i n gp i td e v i c ea n dS Oo n ．I tn o t o n l yc a ns i m p l i f yt h es t r u c t u r ed e s i g no fa m m u n i t i o n ，b u ta l s oi n c r e a s et h er e l i a b i l i t y ．A n di th a ss u b s e q u e n tc h a r a c t e r i s ． t i c s t h euseo fs a f e ，r e l i a b l ec a p a b i l i t ya n ds t a b l ep e r f o r m a n c e ． [ K E YW O R D S ] m i l l i s e c o n dl e v e l ；d e l a yi n i t i a t i o nd e v i c e t r a n s i t i o no fd e f l a g r a t i o nt od e t o n a t i o n 万方数据