倉儲某型云爆彈失效分析與實驗研究

阮孟寧，張　力，陳永康，劉海濤

(軍械工程學院　a.學員二旅；b.彈藥工程系；c.軍械技術(shù)研究所，石家莊　050003)

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倉儲某型云爆彈失效分析與實驗研究

阮孟寧a，張力b，陳永康b，劉海濤c

(軍械工程學院a.學員二旅；b.彈藥工程系；c.軍械技術(shù)研究所，石家莊050003)

摘要：云爆彈是新一代輕型系列武器中的面毀傷武器，采用失效樹分析方法，確定了倉儲某型云爆彈的失效模式，研究了主要失效因素，并通過試驗驗證了硝酸異丙酯對推進劑的安定性能和燃燒性能以及對電火工品的影響。發(fā)現(xiàn)硝酸異丙酯滲漏后會降低推進劑的儲存安定性，影響推進劑的燃燒規(guī)律并會溶解溶脹電火工品，導致其失封。

關(guān)鍵詞:云爆彈；失效分析；失效樹分析；硝酸異丙酯

云爆彈[1]作為一種面毀傷武器，爆炸時形成的氣溶膠云霧可打擊地面、海面以及地下工事軍事目標，具有威力大、精度好、體積小、質(zhì)量輕、機動靈活、受地形限制小等特點。

某型云爆彈是新一代輕型系列武器，可用于地面和半地下野戰(zhàn)工事、觀察所和普通建筑；殺傷工事和構(gòu)筑物內(nèi)的有生力量；也可摧毀油庫、彈藥庫、營房、各種車輛、指揮所、炮兵陣地、通訊樞紐等目標。

云爆彈由云爆火箭彈和后筒(也稱發(fā)射后筒)組成，后筒與發(fā)射裝置的前筒對接構(gòu)成火箭發(fā)射筒。后筒由筒體、導電帶、板形插座等組成，與云爆火箭彈固定連接后構(gòu)成云爆彈。

云爆火箭彈由戰(zhàn)斗部、引信和火箭部組成。戰(zhàn)斗部主要由風帽、前裝藥、云爆裝藥彈體組成。云爆裝藥彈體中的主裝藥為云爆劑，也稱燃料空氣炸藥(fuel-air explosive，F(xiàn)AE)。某型云爆彈所用云爆劑為常用液體云爆劑，即硝酸異丙酯和鎂粉?；鸺坑裳b藥燃燒室、點火具和穩(wěn)定裝置構(gòu)成。火箭藥采用某型高能高燃速的推進劑。

火箭彈碰擊目標后，引信作用，引爆起爆裝藥，在起爆裝藥拋灑點燃云爆劑的同時，起爆前裝藥，在前后裝藥的復合作用下，形成超壓殺傷能力并具有攻堅功能。

某型云爆彈在軍中發(fā)揮著重要作用，因此很有必要對其進行失效分析，確定影響因素。

彈藥的失效機理較復雜，特種工藝及關(guān)鍵工序較多，產(chǎn)生的影響因素也很多，但其主要的失效模式比較明確[2]。因此本文采用失效樹分析(failure tree analysis,FTA)方法[3-4]對倉儲某型云爆彈的安全性、儲存性、可靠性和配套性進行分析。

1失效分析

1.1確定倉儲失效模式

通過對某型云爆彈的功能、結(jié)構(gòu)特點以及作用原理的分析，確定其倉儲失效模式如圖1所示。

圖1　某型云爆彈的失效模式

1.2建立失效樹

以儲存失效、300 m立靶密集度不合格為例。各失效樹如圖2、圖3所示。

圖2　儲存失效的失效樹

圖3　300 m立靶密集度不合格的失效樹

其中由于云爆劑中硝酸異丙酯所固有的特性以及加工工藝所限，在貯存過程中硝酸異丙酯會不可避免地滲漏到彈藥內(nèi)部和周圍環(huán)境中。硝酸異丙酯具有易揮發(fā)、易燃、易爆、溶解性強等特點，是一種強氧化劑和強溶劑，會對云爆彈推進劑的安定性能以及燃燒性能造成危害[5-6]，直接影響彈藥的安全貯存和可靠使用。

硝酸異丙酯等組分滲漏，也會影響火工品和橡膠密封件等部件的性能。對火工品的危害主要體現(xiàn)在對密封漆的溶解方面，可能會造成火工品性能參數(shù)改變，最終影響彈藥的性能。對橡膠密封件的危害主要體現(xiàn)在由于硝酸異丙酯具有很強的滲透性和溶解性，可能會溶解或溶脹彈藥中的橡膠件，造成危害。

2試驗部分

為確定硝酸異丙酯滲漏對某型云爆彈的失效影響，本文通過試驗來進行驗證。

2.1硝酸異丙酯對電火工品的影響試驗

2.1.1樣品準備

分別取電點火頭和電雷管試件置于配制好的不同濃度的硝酸異丙酯氣體中，每隔24 h觀察試件的變化，做好記錄。

2.1.2試驗結(jié)果

試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一段時間的反應(yīng)，試件外觀發(fā)生明顯變化：電點火頭點火藥表面鮮紅的顏色逐漸退至粉紅，最后變?yōu)榘咨?；引線膠皮表面被溶解，電點火頭點火藥表面出現(xiàn)明顯的裂縫；電雷管用密封膠逐漸溶脹直至溶融，最后完全被溶解，呈液態(tài)流出。試驗現(xiàn)象如圖4和圖5。

結(jié)果表明，硝酸異丙酯對電點火頭密封漆和電雷管的密封膠腐蝕作用明顯，且隨著濃度增大，腐蝕作用明顯增強，腐蝕速度明顯加快。試驗發(fā)現(xiàn)，硝酸異丙酯氣體對電雷管密封膠的溶解過程是可逆的，也就是說，將已溶解的密封膠從硝酸異丙酯氣體環(huán)境移至空氣環(huán)境中，密封膠會逐漸硬化恢復至原狀，但其密封性能不再符合元件使用要求。

由于硝酸異丙酯對電火工品的影響，可能會導致云爆彈的儲存失效。

圖4　電點火頭試驗現(xiàn)象

圖5　電雷管試驗現(xiàn)象

2.2硝酸異丙酯對推進劑安定性能的影響試驗

云爆劑中的硝酸異丙酯進入到推進劑內(nèi)部后，會影響其分解，對貯存安全造成危害。為了研究硝酸異丙酯對推進劑安定性能的危害，本文利用熱分析實驗[7-11]對推進劑在不同條件下的升溫分解過程進行了測試。

2.2.1試驗條件

實驗采用加速量熱儀(ARC)研究發(fā)射藥的熱分解過程，共準備6份推進劑樣品，1#為原樣，2#至6#樣品小球中注入不同量的硝酸異丙酯液體。詳細的樣品量與測試條件如表1所示。

表1　樣品量及測試條件

注：M為推進劑樣品質(zhì)量；V為混合的硝酸異丙酯體積；Tstart為起始溫度；Tstep為升溫步階；Twait為等待時間；S為溫升速率檢測靈敏度。

2.2.2試驗結(jié)果

6組樣品的絕熱分解曲線如圖6。利用速率常數(shù)法求得的各樣品的動力學參數(shù)如表2所示。

從圖6和表2可以發(fā)現(xiàn)，混合硝酸異丙酯后，推進劑的熱分解發(fā)生了明顯變化。樣品的起始熱分解溫度大大降低。起始分解溫度由原樣的130℃降低至100℃左右。利用速率常數(shù)法計算得到的動力學參數(shù)，發(fā)現(xiàn)混合硝酸異丙酯后的樣品表觀活化能降低，其中2#、3#和6#樣品的表觀活化能減少了20 kJ·mol-1左右，與1#原樣相比變化明顯。

由于硝酸異丙酯對推進劑安定性能的影響，可能會導致云爆彈的儲存失效。

圖6　樣品的溫度-時間曲線

動力學參數(shù)1#2#3#4#5#6#E/(kJ·mol-1)145.6128.3127.7138.0138.7120.4A/s-1×10138.63.44.28.19.62.3

2.3硝酸異丙酯對推進劑燃燒性能的影響試驗

云爆劑中的硝酸異丙酯滲漏到推進劑內(nèi)部后，會影響到推進劑的燃燒規(guī)律，采用密閉爆發(fā)器實驗確定硝酸異丙酯對推進劑燃燒性能的影響情況。

2.3.1試驗條件

試驗準備6組樣品，其中高密度和低密度裝藥各3發(fā)，分別用0.2～0.8 mL的硝酸異丙酯依次與2#至5#樣品混合。

2.3.2試驗結(jié)果

試驗測得推進劑的壓力-時間曲線及其微分曲線如圖7、圖8。

圖7　P-T曲線

根據(jù)試驗的曲線，分析得到混合硝酸異丙酯后，推進劑的最大壓力上升，燃燒時間縮短；樣品的余容不斷減小，火藥力不斷增大。這是由于硝酸異丙酯分解參加燃燒，產(chǎn)生一定量氣體導致樣品的余容減小，同時產(chǎn)生一定的能量導致樣品的火藥力變大，導致壓力變大，推進劑的燃速系數(shù)增大，壓力指數(shù)減少。

由于硝酸異丙酯對推進劑燃燒性能的影響，有可能會導致云爆彈動不平衡超差、300 m立靶密集度不合格等問題。

圖8　dP/dT-T曲線

3結(jié)論

本文采用失效樹分析方法，確定了某型云爆彈的失效模式，研究了主要失效因素。在今后的工作中，可以根據(jù)本文研究的失效因素提出相應(yīng)的控制措施，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

通過試驗驗證了硝酸異丙酯對推進劑的安定性能和燃燒性能以及對電火工品的影響。針對這一問題，一是改進工藝，防止或減少硝酸異丙酯的滲漏；二是選配推進劑、電火工品時，防止其與硝酸異丙酯接觸發(fā)生作用。

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(責任編輯唐定國)

本文引用格式：阮孟寧，張力，陳永康，等.倉儲某型云爆彈失效分析與實驗研究[J].兵器裝備工程學報，2016(5):85-88.

Citation format:RUAN Meng-ning,ZHANG Li,CHEN Yong-kang,et al.[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(5):85-88.

Storage Failure Analysis and Experimental Study on a Fuel Air Explosive

RUAN Meng-ninga,ZHANG Lib,CHEN Yong-kangb,LIU Hai-taoc

(a.The 2ndBrigade; b.Ammunition Egineering; c.Ordnance Technology Research Institute, Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003,China)

Abstract:Fuel air explosive is one of surface damage weapons in light weapon serie of a new generation.This paper used failure tree analysis method to determine the failure mode and studied the main failure factors.The influence of isopropyl nitrate on the stability and combustion performance of propellant,and the performance of electro-explosive device were studied with experiments.It is found that the leakage of isopropyl nitrate can cause the damage to the storage performance and affect the combustion rules of propellant.Meanwhile isopropyl nitrate can dissolve the rubber parts of electro-explosive devices which can lead to the loss of seal of electro-explosive devices.

Key words:fuel air explosive; failure analysis; failure tree analysis; isopropyl nitrate

doi:【后勤保障與裝備管理】10.11809/scbgxb2016.05.021

收稿日期：2015-12-15；修回日期：2016-01-20

作者簡介：阮孟寧(1994—)，男，主要從事彈藥儲供保障研究。

中圖分類號：TJ55

文獻標識碼：A

文章編號：2096-2304(2016)05-0085-04