引信傳爆序列能量匹配性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

崔銀鋒, 周偉江, 康 樂(lè)

引信傳爆序列能量匹配性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

崔銀鋒1, 周偉江2, 康 樂(lè)3

(1. 中國(guó)人民解放軍陸軍特種作戰(zhàn)學(xué)院 機(jī)電工程系, 廣東 廣州，510502; 2. 中國(guó)人民解放軍92493部隊(duì), 遼寧 葫蘆島, 125000; 3. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第705研究所, 陜西 西安, 710077)

文中結(jié)合聚能戰(zhàn)斗部所用引信對(duì)傳爆序列的實(shí)際需求, 設(shè)計(jì)了一種適用于聚能戰(zhàn)斗部直列式引信用的傳爆序列, 其初級(jí)火工元件選用沖擊片雷管, 爆炸網(wǎng)絡(luò)采用一點(diǎn)輸入、六點(diǎn)輸出形式的同步起爆網(wǎng)絡(luò), 六點(diǎn)輸出同步性極限偏差在200 ns以?xún)?nèi)。通過(guò)傳爆序列起爆、傳爆以及隔爆能量匹配性設(shè)計(jì)及試驗(yàn), 驗(yàn)證了傳爆序列各火工元件起爆、傳爆匹配性良好, 在增強(qiáng)對(duì)爆炸網(wǎng)絡(luò)施主藥柱隔爆措施的情況下, 施主藥柱不會(huì)直接起爆戰(zhàn)斗部主裝藥, 由爆炸網(wǎng)絡(luò)起爆聚能戰(zhàn)斗部主裝藥, 爆炸能量能夠按照預(yù)定的路徑有控制地傳遞, 確保了爆炸網(wǎng)絡(luò)正常發(fā)揮作用。

聚能戰(zhàn)斗部; 引信; 傳爆序列; 沖擊片雷管; 爆炸網(wǎng)絡(luò); 能量匹配

0 引言

彈藥傳爆序列一般是由一系列激發(fā)感度由高到低而輸出能量由低到高的火工品組成的有序排列[1]。傳爆序列的作用是把引信接收到目標(biāo)的起始信號(hào)(或能量)轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z波并有效控制地逐級(jí)放大, 進(jìn)而起爆戰(zhàn)斗部主裝藥。根據(jù)戰(zhàn)斗部類(lèi)型的不同和起爆方式的差異, 傳爆序列通常由電雷管、隔板、導(dǎo)爆管(或擴(kuò)爆板)和傳爆筒(或起爆網(wǎng)絡(luò)板)等組成。國(guó)外對(duì)傳爆序列的研究始于20世紀(jì)40年代, 在此之前, 彈藥引信一直采用的是初級(jí)直列式傳爆序列。19世紀(jì)90年代后期, 出現(xiàn)了隔爆式引信[2]。20世紀(jì)中后期, 隨著引信安全系統(tǒng)技術(shù)的不斷進(jìn)步, 以及對(duì)系統(tǒng)安全性、可靠性要求的提高, 傳爆序列逐漸由以往的錯(cuò)位式傳爆序列向直列式傳爆序列發(fā)展, 在直列式傳爆序列中已不需要隔板, 由雷管正對(duì)下級(jí)火工元件, 一個(gè)顯著的特征是電雷管逐漸被沖擊片雷管所取代。能量匹配在傳爆序列設(shè)計(jì)中的基本原則是, 上一級(jí)火工品的輸出能量應(yīng)大于下一級(jí)火工品的臨界起爆能量[3]。起爆、傳爆能量匹配性設(shè)計(jì)是傳爆序列設(shè)計(jì)的核心。

文中在借鑒多型彈藥傳爆序列成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上, 以“安全可靠, 有效提高戰(zhàn)斗部毀傷威力”為指導(dǎo)思想, 根據(jù)某型聚能戰(zhàn)斗部的起爆要求, 設(shè)計(jì)了一種直列式引信傳爆序列, 通過(guò)陸上試驗(yàn), 驗(yàn)證了傳爆序列起爆、傳爆、隔爆的能量匹配性, 并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)傳爆序列進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

1 傳爆序列設(shè)計(jì)

1.1 傳爆序列組成

文中所述的傳爆序列主要由雷管和爆炸網(wǎng)絡(luò)組成, 其中爆炸網(wǎng)絡(luò)包含施主藥柱、導(dǎo)爆索和受主藥柱等。

1.2 初級(jí)火工元件選型

傳爆序列初級(jí)火工元件一般為電雷管, 基于傳爆序列安全性、可靠性的需要以及引信全電子安全系統(tǒng)技術(shù)的日益成熟, 傳爆序列初級(jí)火工元件一般采用沖擊片雷管。沖擊片雷管是目前最安全可靠的高能鈍感雷管, 不含任何敏感的起爆藥劑, 僅裝有高密度的鈍感炸藥, 且換能元與藥劑不直接接觸, 具有很高的安全性、可靠性和高瞬發(fā)性, 可滿(mǎn)足大型戰(zhàn)斗部高安全性、高可靠性的起爆要求[4]。

1.3 擴(kuò)爆元件設(shè)計(jì)

文中傳爆序列的擴(kuò)爆元件主要指爆炸網(wǎng)絡(luò)中的傳爆藥柱, 負(fù)責(zé)接收沖擊片雷管的起爆能量, 并將其爆炸能量傳遞給下級(jí)藥柱, 進(jìn)而起爆戰(zhàn)斗部主裝藥。擴(kuò)爆元件的設(shè)計(jì)重點(diǎn)為傳爆藥的品種選型和傳爆藥柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。炸藥的爆速和起爆威力隨裝藥密度的增加而增加, 這有利于傳爆藥的起爆, 但同時(shí)隨著密度的增加, 裝藥的感度在下降, 這不利于自身的起爆和爆轟成長(zhǎng)。也就是說(shuō), 密度增加, 起爆能力增加的同時(shí), 爆轟感度會(huì)下降[5]。傳爆藥柱需兼顧起爆能力和起爆感度, 并保證藥柱有足夠的強(qiáng)度, 防止產(chǎn)生裂紋及破碎。高能JH-14傳爆藥具有感度適中、較高爆轟輸出能量、工藝性和安全性好等諸多優(yōu)點(diǎn)[6], 根據(jù)我國(guó)當(dāng)前傳爆藥的技術(shù)成熟度、感度和傳爆藥柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等實(shí)際情況, 擴(kuò)爆元件原材料選用國(guó)內(nèi)的JH-14C作為炸藥品種, 采用壓裝方式。要使一定長(zhǎng)度和直徑的主裝藥達(dá)到穩(wěn)定爆轟, 傳爆藥的爆速必須大于主裝藥的臨界爆速, JH-14C的密度一般在1.2～1.7 g/cm3之間, 根據(jù)戰(zhàn)斗部主裝藥的特點(diǎn), 確定傳爆藥柱裝藥密度為1.6 g/cm3。

1.4 爆炸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

利用爆炸網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 通過(guò)多點(diǎn)起爆方式在主裝藥中形成特定的爆轟波形, 有助于提高聚能戰(zhàn)斗部射流對(duì)目標(biāo)的侵徹效果和穩(wěn)定性, 滿(mǎn)足不同聚能戰(zhàn)斗部的需要。爆炸網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)輸出同步性指標(biāo)對(duì)聚能戰(zhàn)斗部的毀傷威力具有重要影響, 是傳爆序列設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一。

爆炸網(wǎng)絡(luò)按載體不同, 通常分為剛性爆炸網(wǎng)絡(luò)和柔性爆炸網(wǎng)絡(luò)2類(lèi)。剛性爆炸網(wǎng)絡(luò)是以剛性基板為載體的溝槽型爆炸網(wǎng)絡(luò)[7]; 柔性爆炸網(wǎng)絡(luò)則是利用柔性導(dǎo)爆索制成的爆炸網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)聚能戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)的起爆方式以及傳爆序列總體設(shè)計(jì)特點(diǎn), 借鑒文獻(xiàn)[8]~[11]等研究經(jīng)驗(yàn), 文中設(shè)計(jì)的爆炸網(wǎng)絡(luò)采用柔性爆炸網(wǎng)絡(luò), 爆炸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示, 施主藥柱和受主藥柱之間用柔性導(dǎo)爆索連接。

圖1 爆炸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

爆炸網(wǎng)絡(luò)能量傳遞設(shè)計(jì)為一點(diǎn)輸入、六點(diǎn)輸出(即“一入六出”)形式, 1發(fā)施主藥柱接收沖擊片雷管的起爆能量, 通過(guò)6根等長(zhǎng)度的柔性導(dǎo)爆索傳遞, 同步起爆6發(fā)受主藥柱, 再由6發(fā)受主藥柱同步起爆戰(zhàn)斗部主裝藥。

1.5 傳爆界面設(shè)計(jì)

傳爆序列的傳爆界面主要有沖擊片雷管-施主藥柱界面、施主藥柱-導(dǎo)爆索界面、導(dǎo)爆索-受主藥柱界面和受主藥柱-主裝藥界面。

1) 沖擊片雷管-施主藥柱界面

沖擊片雷管正對(duì)施主藥柱端面并與其同軸, 由于裝配因素的影響, 雷管輸出端面與施主藥柱端面之間存在空氣隙, 根據(jù)雷管起爆能量空間分布、聚黑類(lèi)炸藥起爆特性以及裝配間隙對(duì)傳爆影響等理論, 在開(kāi)展一定樣本量的驗(yàn)證試驗(yàn)基礎(chǔ)上, 可以評(píng)估沖擊片雷管-施主藥柱傳爆界面的工作可靠性。

2) 施主藥柱-導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆索-受主藥柱界面

爆炸網(wǎng)絡(luò)采用鉛銻合金導(dǎo)爆索, JH-14C炸藥起爆鉛銻合金導(dǎo)爆索的可靠性是經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐驗(yàn)證過(guò)的。鉛銻合金導(dǎo)爆索起爆JH-14C炸藥的可靠性與導(dǎo)爆索的索徑密切相關(guān), 導(dǎo)爆索索徑越大, 單位長(zhǎng)度的裝藥量越大, 其傳爆能力越強(qiáng), 但索徑過(guò)大, 也會(huì)產(chǎn)生其他破壞性效果, 可能造成爆炸網(wǎng)絡(luò)功能失效。所以, 選擇合適的導(dǎo)爆索至關(guān)重要。MDF2-1鉛銻合金導(dǎo)爆索的索徑較大, 且柔韌性較好, 起爆能量較大, 能夠可靠起爆JH-14C炸藥壓裝成型的受主藥柱。為確保起爆可靠性, 可在受主藥柱的圓柱面上鉆一定深度的小孔, 將導(dǎo)爆索插在受主藥柱的小孔內(nèi)。

爆炸網(wǎng)絡(luò)中的施主藥柱和受主藥柱結(jié)構(gòu)分別如圖2和圖3所示。

圖2 施主藥柱結(jié)構(gòu)圖

3) 受主藥柱-主裝藥界面

圖3 受主藥柱結(jié)構(gòu)圖

受主藥柱與主裝藥之間有一定厚度的金屬層, 起爆能量傳遞形式為無(wú)化學(xué)反應(yīng)的沖擊波、爆破作用、破片飛散的綜合效果, 此傳爆界面的工作可靠性與受主藥柱和主裝藥的裝藥品種、裝藥密度、起爆藥柱的外形尺寸(尤其是藥柱直徑)、受主藥柱與主裝藥之間的隔層材料和厚度等密切相關(guān), 用理論計(jì)算的方法難度較大, 必須用試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

1.6 傳爆間隙設(shè)計(jì)

在傳爆序列中, 雷管與導(dǎo)爆管之間、導(dǎo)爆管與傳爆管之間、傳爆管與戰(zhàn)斗部裝藥之間, 通常不是緊密配合, 而是有空氣、紙、金屬等介質(zhì), 其界面間的爆轟傳遞只能通過(guò)沖擊波、爆破作用、破片飛散實(shí)現(xiàn)。沖擊波起爆適合于界面之間空氣間隙較小或有多種金屬或非金屬介質(zhì)的場(chǎng)合, 通過(guò)沖擊波方式進(jìn)行爆轟傳遞時(shí), 界面間的介質(zhì)越少越好, 介質(zhì)厚度越薄越好。

1.7 起爆能量匹配設(shè)計(jì)

1.7.1 沖擊波起爆臨界能量

美國(guó)康培爾等人以熱起爆理論為基礎(chǔ), 根據(jù)熱平衡方程和約束關(guān)系式, 推導(dǎo)出著名的非均相炸藥的起爆判據(jù)[12], 即

式中:為沖擊波壓力;為脈沖持續(xù)時(shí)間。

根據(jù)式(2)沖擊波起爆判據(jù)及傳爆序列、戰(zhàn)斗部主裝藥選用的炸藥品種特性, 計(jì)算每個(gè)傳爆界面的起爆臨界能量, 再留有一定裕度, 以確保每個(gè)傳爆界面的工作可靠度。

1.7.2 施主藥柱與受主藥柱能量傳遞

非均相炸藥的起爆過(guò)程不僅是一個(gè)熱點(diǎn)形成的過(guò)程, 同時(shí)還包括熱點(diǎn)的發(fā)展過(guò)程, 直至形成穩(wěn)定爆轟。受主藥柱中熱點(diǎn)的形成和施主藥柱-受主藥柱間有效沖擊起爆能量有關(guān)。藥柱間的起爆狀況與兩藥柱接觸面積有關(guān), 爆轟成長(zhǎng)區(qū)域內(nèi), 單位表面積獲得的熱點(diǎn)能量越多, 熱點(diǎn)的傳播越容易實(shí)現(xiàn), 穩(wěn)定爆轟(起爆)越容易實(shí)現(xiàn)。施主藥柱與受主藥柱能量傳遞不僅要考慮炸藥沖擊起爆能量的關(guān)系, 還需注意兩藥柱之間的接觸面積。

1.8 隔爆設(shè)計(jì)

對(duì)文中傳爆序列而言, 沖擊片雷管起爆施主藥柱后, 施主藥柱的爆炸能量不能直接起爆戰(zhàn)斗部主裝藥, 而需要按爆炸網(wǎng)絡(luò)的預(yù)置路徑進(jìn)行傳爆, 確保爆炸網(wǎng)絡(luò)能正常發(fā)揮作用。由于施主藥柱藥量較大, 存在施主藥柱直接起爆戰(zhàn)斗部主裝藥的風(fēng)險(xiǎn), 故在施主藥柱與戰(zhàn)斗部主裝藥之間增加了隔爆設(shè)計(jì)。隔爆設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為隔爆材料選擇以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該傳爆序列隔爆墊材料為聚碳酸酯樹(shù)脂, 隔爆措施由隔爆層和隔爆墊兩部分實(shí)現(xiàn), 外形均為實(shí)心圓柱狀, 隔爆層裝配在爆炸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部施主藥柱下方, 隔爆墊放置在傳爆序列外部, 位于施主藥柱軸向輸出端與戰(zhàn)斗部主裝藥之間。

1.9 安全性設(shè)計(jì)

傳爆序列要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 便于貯存, 平時(shí)安全, 戰(zhàn)時(shí)可靠。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前傳爆序列的技術(shù)進(jìn)展, 采用非電傳爆系統(tǒng)作為傳爆序列是比較理想的選擇。非電傳爆系統(tǒng)一般由鈍感起爆器、傳爆元件與各種功能元件組成, 能夠完成電起爆分系統(tǒng)所能完成的起爆、傳爆等功能[14]。使用非電傳爆系統(tǒng)的目的是減少電火工裝置的數(shù)量, 提高首發(fā)元件電火工品的安全性和發(fā)火能量, 從而提高系統(tǒng)的安全性[15]。該傳爆序列即為一種非電傳爆系統(tǒng), 其首發(fā)電火工品為沖擊片雷管, 安全性較高, 只有滿(mǎn)足特定條件才能引爆輸出。爆炸網(wǎng)絡(luò)的安全性主要表現(xiàn)為JH-14C炸藥的安全性和鉛銻合金導(dǎo)爆索的安全性, 這2類(lèi)火工品都屬于非電火工品, 在沒(méi)有雷管、導(dǎo)爆管等外界爆炸能量刺激的條件下, 一般不會(huì)意外輸出。

1.10 可靠性設(shè)計(jì)

傳爆序列界面?zhèn)鞅煽啃栽O(shè)計(jì)時(shí), 從火工品可靠發(fā)火的極限輸入能量計(jì)算可知, 當(dāng)把傳爆序列受主藥柱當(dāng)作一個(gè)火工品元件對(duì)待時(shí), 只要來(lái)自傳爆序列受主的輸入能是其臨界起爆能量的2倍時(shí), 就可以認(rèn)為傳爆可靠。工作可靠度一般應(yīng)不低于0.999(置信度0.8)。

2 起爆、傳爆及隔爆匹配性試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 傳爆序列起爆、傳爆匹配性試驗(yàn)

起爆、傳爆匹配性試驗(yàn)主要驗(yàn)證沖擊片雷管起爆爆炸網(wǎng)絡(luò)的施主藥柱、施主藥柱起爆導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆索起爆受主藥柱、受主藥柱起爆模擬主裝藥等環(huán)節(jié)的起爆、傳爆功能是否正常, 火工元件設(shè)計(jì)是否合理, 并檢測(cè)爆炸網(wǎng)絡(luò)6發(fā)受主藥柱的爆炸同步性, 測(cè)試6個(gè)輸出點(diǎn)的起爆同步性極限偏差。

爆炸網(wǎng)絡(luò)組裝完畢后, 將其裝配至網(wǎng)絡(luò)基板上(如圖4所示), 再蓋上蓋板, 形成起爆網(wǎng)絡(luò)板。起爆網(wǎng)絡(luò)板施主藥柱下方設(shè)計(jì)有隔爆層, 起爆網(wǎng)絡(luò)板中心的雷管座用于接插沖擊片雷管。

圖4 裝配爆炸網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)基板

利用電探針?lè)ㄟM(jìn)行起爆網(wǎng)絡(luò)板爆炸同步性能測(cè)試, 分別在每個(gè)輸出起爆點(diǎn)下方布置1只測(cè)試探針(如圖5所示), 當(dāng)爆轟波傳到同步爆炸網(wǎng)絡(luò)輸出起爆點(diǎn)端面時(shí), 測(cè)試探針將爆轟波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入到示波器, 由示波器記錄同步起爆網(wǎng)絡(luò)起爆點(diǎn)作用的同步性信號(hào), 即測(cè)試每只探針的閉合時(shí)間并以此作為起爆點(diǎn)作用的同步性信息。將起爆網(wǎng)絡(luò)板放置于一塊鋼質(zhì)見(jiàn)證板上進(jìn)行起爆、傳爆匹配性試驗(yàn)(如圖6所示), 試驗(yàn)數(shù)量3發(fā)。

圖5 布置探針的起爆網(wǎng)絡(luò)板

圖6 待試的起爆網(wǎng)絡(luò)板

雷管起爆后, 見(jiàn)證板被炸出6個(gè)明顯的凹痕, 且凹痕規(guī)則地排列呈圓周形(如圖7所示), 表明起爆網(wǎng)絡(luò)板施主藥柱被沖擊片雷管成功起爆, 6發(fā)受主藥柱均被導(dǎo)爆索引爆。

圖7 被起爆網(wǎng)絡(luò)板炸后的見(jiàn)證板

經(jīng)測(cè)試, 3次試驗(yàn)6個(gè)起爆輸出點(diǎn)的起爆同步性極限偏差測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1, 輸出同步性良好, 最大同步性極限偏差為195 ns。此外, 見(jiàn)證板中心部位出現(xiàn)一定深度的被爆炸沖擊過(guò)的痕跡, 表明起爆網(wǎng)絡(luò)板施主藥柱爆炸后, 雖然因隔爆層的作用對(duì)施主藥柱的軸向爆炸能量產(chǎn)生了一定衰減, 但還存在著施主藥柱可能直接起爆戰(zhàn)斗部主裝藥的風(fēng)險(xiǎn), 必須采取一定隔爆措施, 消除風(fēng)險(xiǎn)。

表1 輸出同步性測(cè)試數(shù)據(jù)

3次試驗(yàn)結(jié)果表明, 沖擊片雷管起爆施主藥柱、施主藥柱起爆導(dǎo)爆索及導(dǎo)爆索起爆受主藥柱等環(huán)節(jié)能量匹配性良好。

2.2 傳爆序列與模擬主裝藥起爆匹配性試驗(yàn)

傳爆序列與模擬主裝藥起爆匹配性試驗(yàn)按圖8所示的方法進(jìn)行布置, 試驗(yàn)數(shù)量3發(fā)。試驗(yàn)時(shí)采用同步爆炸網(wǎng)絡(luò)的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行, 模擬主裝藥置于見(jiàn)證板上, 在模擬主裝藥端面上放置爆炸網(wǎng)絡(luò)局部結(jié)構(gòu)的受主藥柱, 并根據(jù)起爆網(wǎng)絡(luò)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況, 在受主藥柱與模擬主裝藥之間放置金屬隔層, 受主藥柱上端面放置雷管座, 用來(lái)安裝起爆受主藥柱的雷管。

圖8 起爆匹配性試驗(yàn)產(chǎn)品布置示意圖

3次試驗(yàn)受主藥柱均可靠起爆了模擬主裝藥, 被炸后的見(jiàn)證板如圖9所示, 傳爆序列受主藥柱與模擬主裝藥之間能量匹配性良好。

2.3 傳爆序列隔爆匹配性試驗(yàn)

隔爆匹配性試驗(yàn)采用起爆網(wǎng)絡(luò)板中的施主藥柱和局部基板結(jié)構(gòu)進(jìn)行。隔爆匹配性試驗(yàn)按圖10所示的方法布置, 試驗(yàn)數(shù)量6次。施主藥柱被起爆后, 若模擬主裝藥殉爆, 判定隔爆措施無(wú)效; 否則, 判隔爆措施有效。隔爆墊材料為聚碳酸酯樹(shù)脂, 作為隔爆層隔爆效果的補(bǔ)充。

圖9 被模擬主裝藥炸后的見(jiàn)證板

圖10 隔爆匹配性試驗(yàn)產(chǎn)品布置示意圖

第1發(fā)試驗(yàn)隔爆墊厚度為5 mm, 施主藥柱被沖擊片雷管起爆并震碎了模擬主裝藥, 見(jiàn)證板上灑落著模擬主裝藥的顆粒和粉末, 沒(méi)有發(fā)生殉爆現(xiàn)象, 初步表明增加5 mm的隔爆墊后隔爆措施有效。

鑒于第1發(fā)試驗(yàn)?zāi)M主裝藥未發(fā)生殉爆, 第2發(fā)試驗(yàn)時(shí)去掉隔爆墊, 施主藥柱與模擬主裝藥正對(duì), 兩者之間僅有一層局部基板結(jié)構(gòu)底部的金屬材料。起爆后, 模擬主裝藥發(fā)生了殉爆, 見(jiàn)證板被炸出較大的凹坑, 并產(chǎn)生破裂。

第3～第6發(fā)試驗(yàn)時(shí), 均用厚度為5 mm的隔爆墊, 施主藥柱均被沖擊片雷管可靠起爆, 模擬主裝藥被震碎, 未發(fā)生殉爆。表明在有隔爆層的基礎(chǔ)上, 在施主藥柱與主裝藥之間再增加5 mm厚的聚碳酸酯樹(shù)脂材料的隔爆墊, 能夠起到有效隔爆作用。6發(fā)試驗(yàn)的見(jiàn)證板如圖11所示。

6發(fā)起爆、傳爆匹配性試驗(yàn)和6發(fā)隔爆匹配性試驗(yàn)表明, 文中設(shè)計(jì)的傳爆序列各火工元件起爆、傳爆匹配性良好, 沖擊片雷管能夠可靠起爆爆炸網(wǎng)絡(luò)的施主藥柱, 鉛銻合金導(dǎo)爆索MDF2-1能夠良好接收和傳遞施主藥柱的爆炸能量, 并可靠引爆受主藥柱, 6發(fā)受主藥柱同步輸出爆炸能量, 產(chǎn)生特定起爆方式, 起爆戰(zhàn)斗部主裝藥。爆炸網(wǎng)絡(luò)隔爆功能設(shè)計(jì)還有待加強(qiáng), 在原有隔爆措施(隔爆層)基礎(chǔ)上, 在施主藥柱與主裝藥之間再增加不小于5 mm厚的聚碳酸酯樹(shù)脂材料的隔爆墊, 能夠有效起到隔爆作用, 確保爆炸網(wǎng)絡(luò)能夠有效發(fā)揮作用。

圖11 隔爆試驗(yàn)后的見(jiàn)證板

3 傳爆序列設(shè)計(jì)改進(jìn)

經(jīng)過(guò)傳爆序列設(shè)計(jì)和起爆、傳爆、隔爆匹配性驗(yàn)證試驗(yàn), 結(jié)合傳爆序列對(duì)高安全性、高可靠性的需求, 可對(duì)傳爆序列進(jìn)行一系列優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì), 滿(mǎn)足系統(tǒng)更高的使用需求。

3.1 雷管

采用冗余設(shè)計(jì)原則, 傳爆序列的初始火工元件由1發(fā)沖擊片雷管改進(jìn)為2發(fā)沖擊片雷管的組合, 并將2發(fā)沖擊片雷管固定于一個(gè)金屬結(jié)構(gòu)中, 形成雷管組合件。

3.2 施主藥柱

參考文獻(xiàn)[3], 考慮到雷管與導(dǎo)爆索直徑匹配與傳爆的關(guān)系, 兼顧輸入感度和威力兩方面, 并結(jié)合雷管組合件采用冗余設(shè)計(jì)的優(yōu)化改進(jìn), 將爆炸網(wǎng)絡(luò)施主藥柱改進(jìn)為由2個(gè)小藥柱和一個(gè)帶2個(gè)小孔的大藥柱組合而成, 2個(gè)小藥柱分別對(duì)準(zhǔn)雷管組合件的2個(gè)沖擊片雷管。為提高施主藥柱的起爆感度, 2個(gè)小藥柱的密度較帶孔大藥柱的密度低約0.5 g/cm3。

3.3 受主藥柱

為提高受主藥柱起爆戰(zhàn)斗部主裝藥的可靠性, 其外形尺寸較之前有所增大, 相應(yīng)提高了裝藥量。

3.4 導(dǎo)爆索

爆炸網(wǎng)絡(luò)之前采用的鉛銻合金導(dǎo)爆索, 外殼為鉛銻合金, 具有良好的柔性。考慮到以后起爆網(wǎng)絡(luò)有可能也采用冗余設(shè)計(jì), 如果爆炸網(wǎng)絡(luò)由于輸出起爆點(diǎn)過(guò)多產(chǎn)生導(dǎo)爆索之間搭接的情況, 則鉛銻合金導(dǎo)爆索會(huì)在2根導(dǎo)爆索搭接的地方產(chǎn)生傳爆干擾, 可改用限制性導(dǎo)爆索代替。傳遞爆轟時(shí), 限制性導(dǎo)爆索的包覆層能將爆轟產(chǎn)物及碎片封閉在金屬殼內(nèi)而不損壞相鄰零部件, 無(wú)污染性。限制性導(dǎo)爆索索芯較細(xì)、單位長(zhǎng)度藥量較小、輸出能量較小, 在被施主藥柱起爆后, 再起爆受主藥柱可靠性較低, 借鑒文獻(xiàn)[16]~[17]的研究經(jīng)驗(yàn), 將限制性導(dǎo)爆索設(shè)計(jì)為導(dǎo)爆索組件。在導(dǎo)爆索輸出端頭加裝傳爆接頭, 傳爆接頭內(nèi)部裝填炸藥HNS-Ⅳ。工作時(shí), 施主藥柱引爆限制性導(dǎo)爆索, 限制性導(dǎo)爆索傳遞爆轟起爆傳爆接頭中的HNS-Ⅳ, 再由HNS-Ⅳ起爆受主藥柱。相關(guān)研究表明[18-20], HNS-Ⅳ炸藥的起爆判據(jù)已經(jīng)得到了充分掌握, 起爆能量匹配設(shè)計(jì)能夠得到保證。此舉雖然增加了傳爆環(huán)節(jié), 但傳爆接頭的加入降低了導(dǎo)爆索不能直接起爆受主藥柱的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn), 提高了導(dǎo)爆索組件傳爆的可靠性。

3.5 爆炸網(wǎng)絡(luò)

在施主藥柱和受主藥柱結(jié)構(gòu)改變、導(dǎo)爆索由鉛銻合金導(dǎo)爆索更改為限制性導(dǎo)爆索的情況下, 傳爆序列的爆炸網(wǎng)絡(luò)也需做相應(yīng)結(jié)構(gòu)調(diào)整，但傳爆線路保持不變。

3.6 隔爆塊

將隔爆層與隔爆墊合并設(shè)計(jì)為隔爆塊, 隔爆塊作為傳爆序列的一部分, 厚度不小于隔爆層與隔爆墊厚度之和, 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可結(jié)合起爆網(wǎng)絡(luò)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)籌考慮。

4 結(jié)論

文中設(shè)計(jì)的引信傳爆序列采用具有高安全性、高可靠性、高瞬發(fā)性特點(diǎn)的沖擊片雷管作為首發(fā)元件, 雙發(fā)雷管冗余合并為雷管組合件, 提高了傳爆序列的可靠性; 爆炸網(wǎng)絡(luò)采用“一入六出”形式的同步網(wǎng)絡(luò), 能夠產(chǎn)生特定起爆波形, 滿(mǎn)足聚能戰(zhàn)斗部使用需求; 施主藥柱、受主藥柱選用傳爆藥JH-14C, 施主藥柱由具有密度差的3發(fā)藥柱組合而成, 最大化滿(mǎn)足冗余設(shè)計(jì)準(zhǔn)則且易于起爆; 傳爆通道由限制性導(dǎo)爆索與傳爆接頭有機(jī)結(jié)合, 不但能提高導(dǎo)爆索傳爆可靠性, 并且為爆炸網(wǎng)絡(luò)傳爆線路冗余設(shè)計(jì)預(yù)留了空間; 采用一定厚度的聚碳酸酯樹(shù)脂材料設(shè)計(jì)成隔爆塊, 能夠有效衰減施主藥柱的爆炸能量, 避免施主藥柱直接起爆戰(zhàn)斗部主裝藥, 確保爆炸網(wǎng)絡(luò)能夠正常發(fā)揮作用。上述設(shè)計(jì)大幅提高了傳爆序列的安全性和可靠性。傳爆序列起爆、傳爆及隔爆匹配性試驗(yàn)驗(yàn)證了傳爆序列各火工元件起爆、傳爆匹配性良好, 在增強(qiáng)對(duì)爆炸網(wǎng)絡(luò)施主藥柱隔爆措施的情況下, 施主藥柱不會(huì)直接起爆戰(zhàn)斗部主裝藥, 爆炸能量將按照預(yù)定的路徑有控制地傳遞。

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Design and Test of Energy Matching for Detonation Train of Fuze

CUI Yin-feng1, ZHOU Wei-jiang1, KANG Le2

(1. Department of Mechanical and Electronic Engineering, Army Special Operations Academy of PLA, Guangzhou 510502, China; 2. 92493thUnit, the People’s Liberation Army of China, Beijing 101400, China; 3. The 705 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Xi’an 710077, China)

A detonation train suitable for shaped-charge warhead direct-line fuze is designed according to its actual demand. Impact detonator is used for the primary pyrotechnic components. The explosion network adopts synchronous initiation network in the form of ‘one point input and six-point output’, and the synchronization limit deviation of the six-point output is within 200 ns. Through design and test of the energy matching in detonation train initiation, explosion spreading and explosion suppression, it is proved that all components in detonation train have good energy matching in the initiation and explosion spreading phases. In the case of enhancing explosion suppression for explosion network donor grainl, the donor grainl does not directly initiate the main charge in warhead, and the explosive energy will transfer along the predetermined path in a controlled manner to ensure that the explosion network works properly and the main charge in the shaped-charge warhead is initiated by the explosion network.

shaped-charge warhead; fuze; detonation train; impact detonator; explosion network; energy matching

TJ630.1; TJ410.1

A

2096-3920(2020)03-0337-08

10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.015

2019-06-17;

2019-08-14.

崔銀峰(1982-), 女, 講師, 主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù).

崔銀鋒, 周偉江, 康樂(lè). 引信傳爆序列能量匹配性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2020, 28(3): 337-344.

(責(zé)任編輯: 楊力軍)