熱威脅下不敏感引信反應(yīng)等級的界定方法

石彩玲，郭 巖，郭東敏

(西安機電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

為降低傳統(tǒng)彈藥遭遇劇烈外界刺激時造成的附帶損傷，歐美等發(fā)達國家于20世紀70年代開始發(fā)展不敏感彈藥(insensitive munitions，IM)技術(shù)，通過一系列模擬試驗來進行不敏感彈藥反應(yīng)等級評定，形成了較為完善的試驗方法和評估體系。北約彈藥安全性試驗方法和評估體系自1988年頒布至今已被15個國家批準認可。在美國，不敏感彈藥規(guī)范已經(jīng)正式得到法律批準，成為發(fā)展不敏感彈藥的設(shè)計準則[1]。

不敏感彈藥的要求并不是獨立的，而是武器系統(tǒng)總體性能的一部分，作為彈藥的重要組成部分，引信也應(yīng)滿足不敏感彈藥的要求[2]。北約AOP-39要求引信安裝到戰(zhàn)斗部上的整裝彈進行不敏感彈藥試驗時不能降低戰(zhàn)斗部原有的不敏感彈藥特性[2]。引信自身的不敏感引信反應(yīng)等級的界定國外未見相應(yīng)的報道。國內(nèi)不敏感彈藥引信在起爆不敏感主裝藥和排氣技術(shù)方面取得一定進展：發(fā)現(xiàn)環(huán)形和環(huán)錐形傳爆藥柱較常規(guī)圓柱形傳爆藥柱的起爆威力明顯提高[3]，利用多點同步起爆網(wǎng)絡(luò)起爆環(huán)形傳爆藥柱能有效提高傳爆藥柱的輸出威力[4]，通過設(shè)計泄壓孔能有效降低引信在慢速烤燃條件下的反應(yīng)劇烈程度[5]，排氣口設(shè)計在引信與戰(zhàn)斗部相鄰的外露零件上的引信內(nèi)部排氣路徑能夠?qū)崿F(xiàn)烤燃環(huán)境下傳爆藥反應(yīng)產(chǎn)生氣體的向外排放[6]；但國內(nèi)在評價體系方面尚屬空白[2]，不能指導(dǎo)引信對熱威脅的反應(yīng)程度進行評定。本文針對此問題，提出了熱威脅下不敏感引信反應(yīng)等級的界定方法。

1 國外不敏感彈藥反應(yīng)等級的界定方法

彈藥反應(yīng)是指某彈藥由于某種威脅或多種威脅刺激而產(chǎn)生的結(jié)果(如爆炸、超壓、破片飛濺和熱)[7]。目前，世界上形成了6種主要的彈藥安全性試驗評估體系，即北約不敏感彈藥評估試驗標(biāo)準體系、美國MIL-STD-2105D非核彈藥危險性評估試驗標(biāo)準體系、法國DGA/IPE 211893彈藥需求試驗標(biāo)準體系、英國JSP520彈藥安全性試驗考核標(biāo)準體系、德國BM-VG FüSIV3彈藥安全性試驗考核標(biāo)準體系和意大利DG-AT安全性試驗考核標(biāo)準體系。其中英國和德國借鑒并遵從北約不敏感彈藥評估和試驗標(biāo)準，意大利結(jié)合了北約和法國的彈藥安全性試驗考核標(biāo)準[8]。由北約、美國和法國的相關(guān)試驗標(biāo)準體系，彈藥反應(yīng)等級的界定見表1[8-10]。

表1 彈藥反應(yīng)等級的界定Tab.1 Definition ofammunition response level

續(xù)表1

引信與戰(zhàn)斗部相比，尺寸較小、殼體強度較低、裝藥量少。北約AOP-39規(guī)定的不敏感彈藥反應(yīng)等級界定方法適用于全備彈試驗或大型彈藥(如導(dǎo)彈)的部件級試驗(如發(fā)動機和戰(zhàn)斗部)；美MIL-STD-2105D規(guī)定不敏感彈藥試驗依照北約全尺寸試驗規(guī)程的相關(guān)內(nèi)容進行；法DGA/IPE 0260號令規(guī)定的彈藥反應(yīng)等級的界定方法基于AOP-39進行了修改。因此，表1中規(guī)定的方法不適用于引信。

2 熱威脅下不敏感引信反應(yīng)等級的界定方法

引信按照GJB165.4—1986《引信實驗室試驗第4部分：引信爆炸完全性試驗》中的相關(guān)方法進行爆炸完全性試驗時，正常應(yīng)發(fā)生爆轟反應(yīng)：傳爆管應(yīng)爆炸完全，不得留有殘存藥粉。

中大口徑榴彈引信傳爆藥裝藥密度(1.60±0.05)g/cm3，質(zhì)量16 g，金屬外殼有鋁制壓螺、鋼制引信體和鋼制傳爆管殼。其中，傳爆管殼與傳爆藥直接接觸，壁厚4 mm，底厚1 mm，為傳爆管殼的薄弱處。引信結(jié)構(gòu)如圖1所示，爆炸完全性試驗殘骸如圖2所示。

圖1 中大口徑榴彈引信結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of medium and large caliber grenade fuze

圖2 爆炸完全性試驗殘骸Fig.2 Detonation completeness test wreckage

以中大口徑榴彈引信為對象，參照其爆炸完全性試驗結(jié)果，比對國外不敏感彈藥反應(yīng)等級的界定，提出引信反應(yīng)等級的界定見表2。

表2 引信反應(yīng)等級的界定Tab.2 Definition of fuze response level

3 應(yīng)用實例

3.1 試驗方法

以中大口徑榴彈引信為參試產(chǎn)品分別進行熱威脅的模擬試驗——快速烤燃試驗和慢速烤燃試驗，試驗過程中均用計算機記錄并采集溫度-時間曲線。慢速烤燃試驗時，參試產(chǎn)品置于慢烤爐中，由慢烤爐提供熱源，溫度調(diào)節(jié)器控制慢烤爐的升溫速率，以一定升溫速率逐漸加熱直至反應(yīng)結(jié)束，用熱電偶測量參試產(chǎn)品發(fā)生響應(yīng)時的表面溫度?？焖倏救荚囼灂r，參試產(chǎn)品置于金屬網(wǎng)上，放置在自制燃料池(1 000 mm×1 200 mm×730 mm)中心位置，下表面與油面距離410～420 mm；采用航空燃油為燃料；用熱電偶測量參試產(chǎn)品周圍火焰溫度。

3.2 參試產(chǎn)品狀態(tài)

快速烤燃試驗和慢速烤燃試驗產(chǎn)品為裸引信，含能材料只有傳爆藥(裝藥密度1.60 g/cm3，質(zhì)量16 g)，有兩種結(jié)構(gòu)：狀態(tài)1為引信原結(jié)構(gòu)，傳爆管殼的薄弱處為其底面，厚1 mm；狀態(tài)2采取了排氣設(shè)計，傳爆管殼的薄弱處為其底面，厚1 mm，引信體的薄弱處為其下端薄壁處，厚0.9 mm。

3.3 試驗結(jié)果及評定

將試后引信的壓螺、引信體、傳爆管殼和傳爆藥的行為分別與表2中相關(guān)內(nèi)容進行對比，評定引信的反應(yīng)類型?？焖倏救荚囼?發(fā)，參試產(chǎn)品試后殘骸見圖3，試驗結(jié)果及評定見表3。

圖3 快速烤燃試驗殘骸Fig.3 Fast cook-off test wreckage

表3 快速烤燃試驗結(jié)果及評定Tab.3 Results and evaluation of the fast cook-off test

慢速烤燃試驗9發(fā)，參試產(chǎn)品試后殘骸見圖4，試驗結(jié)果及評定見表4。

應(yīng)用界定方法對快速烤燃和慢速烤燃試驗結(jié)果進行的評定表明：選取引信金屬外殼和傳爆藥作為引信行為對象，定位準確、易于觀察；關(guān)于試后引信金屬外殼和傳爆藥行為的描述清晰、層次分明，可有效指導(dǎo)引信對熱威脅反應(yīng)程度的評定。

3.4 推廣應(yīng)用

以中大口徑榴彈引信為參試產(chǎn)品進行綜合刺激的模擬試驗——殉爆試驗。試驗2組，每組試驗的參試產(chǎn)品包括主發(fā)引信1發(fā)和被發(fā)引信4發(fā)，按典型包裝方式獨立包裝后放入包裝箱內(nèi)，被發(fā)引信狀態(tài)與熱威脅模擬試驗產(chǎn)品的狀態(tài)相同。將試后被發(fā)引信金屬外殼和傳爆藥的行為分別與表2中相關(guān)內(nèi)容進行對比，評定其反應(yīng)類型。被發(fā)引信試后殘骸見圖5，試驗結(jié)果及評定見表5。

圖4 慢速烤燃試驗殘骸Fig.4 Slow cook-off test wreckage

表4 慢速烤燃試驗結(jié)果及評定Tab.4 Results and evaluation of the slow cook-off test

圖5 殉爆試驗被發(fā)引信殘骸Fig.5 acceptor fuze wreckage of sympathetic deonation test

表5 殉爆試驗結(jié)果及評定Tab.5 Results and evaluation of the sympathetic deonation test

應(yīng)用界定方法對殉爆試驗結(jié)果進行的評定表明：界定方法可以指導(dǎo)引信對綜合刺激反應(yīng)程度的評定。

4 結(jié)論

本文提出了熱威脅下不敏感引信反應(yīng)等級的界定方法。該方法選取引信金屬外殼和傳爆藥作為引信行為對象，依據(jù)其烤燃試驗后的自身行為定性評定引信在熱威脅下的反應(yīng)程度。應(yīng)用實例表明：該方法界定清晰、應(yīng)用方便，可指導(dǎo)引信對熱威脅模擬試驗結(jié)果的評定，有效界定熱威脅下引信的反應(yīng)等級，也可指導(dǎo)引信對綜合刺激模擬試驗結(jié)果的評定。