趙傳寶,施冬梅,藺波濤,魯彥玲

(軍械工程學(xué)院,石家莊050003)

環(huán)境因子對(duì)某新型延時(shí)起爆裝置性能影響研究

趙傳寶,施冬梅,藺波濤,魯彥玲

(軍械工程學(xué)院,石家莊050003)

目的研究環(huán)境因子對(duì)某火工元件延時(shí)性能和輸出能量的影響。方法根據(jù)某型延時(shí)起爆裝置的組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn),依據(jù)火工品試驗(yàn)法、軍械裝備環(huán)境試驗(yàn)法,結(jié)合極限使用環(huán)境條件設(shè)計(jì)了高溫高濕、溫度沖擊試驗(yàn)。結(jié)果高溫高濕的延遲時(shí)間范圍為260～630 ms;溫度沖擊的延遲時(shí)間范圍為283～513 ms,高溫高濕輸出能力范圍為13～17 mm,溫度沖擊輸出能力范圍為13～18 mm。結(jié)論高溫高濕試驗(yàn)對(duì)延遲時(shí)間影響較大,出現(xiàn)超出指標(biāo)的延遲時(shí)間。

環(huán)境因子;延遲時(shí)間;輸出能量;延時(shí)起爆裝置

某新型延時(shí)起爆裝置是采用延期藥起爆控制技 術(shù)研制的用于串聯(lián)戰(zhàn)斗部中二級(jí)戰(zhàn)斗部起爆的新型火工元件,代替了二級(jí)戰(zhàn)斗部的延時(shí)引信,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、延期范圍很廣(毫秒級(jí)～100 s級(jí))、體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)[1]。延時(shí)起爆裝置的延遲時(shí)間長(zhǎng)短、輸出能量幅值大小決定了二級(jí)戰(zhàn)斗部能否有效作用。文中針對(duì)該裝置的組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析了延期藥的特性,有針對(duì)性地設(shè)計(jì)了環(huán)境試驗(yàn)方案,研究了環(huán)境因子對(duì)延時(shí)起爆裝置延遲時(shí)間和輸出能量的影響[2]。

一級(jí)戰(zhàn)斗部引信瞬發(fā)后,銀導(dǎo)爆索同時(shí)被起爆,銀導(dǎo)爆管的爆轟信號(hào)輸入延時(shí)起爆裝置中的消爆塞,衰減后的爆轟信號(hào)點(diǎn)燃裝置內(nèi)的硼/硝酸鉀,并進(jìn)行熱傳導(dǎo)。當(dāng)燃燒能量積蓄到HNS炸藥的發(fā)火點(diǎn)時(shí),即產(chǎn)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟,完成延時(shí)起爆裝置的作用功能,并滿足延期時(shí)間為0.2～0.6 s的指標(biāo)要求[3]。

1 硼硝酸鉀延期藥的特點(diǎn)

硼是一種淡灰色無定形粉末可燃性物質(zhì),與不同氧化劑反應(yīng)可制成快速反應(yīng)延期藥,當(dāng)硼的含量達(dá)到一定量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞10%)時(shí)可作為點(diǎn)火藥使用。

純硝酸鉀為無色透明的斜方或三方晶系顆粒或白色粉末,密度為2.109 g/cm3,在400℃時(shí)分解并放出氧生成亞硝酸鉀,繼續(xù)加熱生成氧化鉀。溶于水、稀乙醇、甘油,不溶于無水乙醇和乙醚,在空氣中不易吸濕潮解[4—5]。

溫度和雜質(zhì)會(huì)影響硝酸鉀的吸濕點(diǎn)。隨著溫度的升高,硝酸鉀的吸濕點(diǎn)降低,也就是說,溫度升高后,硝酸鉀變得容易吸濕。軍用硝酸鉀純度為98. 0%,含有2%的雜質(zhì),有氯化物、鈣鹽、鎂鹽等,雜質(zhì)的吸濕點(diǎn)較低。如氯化鈣20℃時(shí)的吸濕點(diǎn)為32. 3%,而硝酸鈣和硝酸鎂20℃時(shí)的吸濕點(diǎn)為56%,雜質(zhì)的存在使得硝酸鉀容易吸濕。硝酸鉀是潮解性物質(zhì),吸濕后發(fā)生潮解[6]。

山西晉東化工有限公司李建兵研究了硼/硝酸鉀點(diǎn)火藥的吸濕性對(duì)火焰感度的影響,研究表明,當(dāng)吸濕性大于7.8%后,火焰感度出現(xiàn)陡坡下降趨勢(shì)。

硝酸鉀的特性及相關(guān)研究結(jié)果表明,環(huán)境溫度、濕度對(duì)含硝酸鉀類延期藥的吸濕性會(huì)產(chǎn)生影響,以至于影響到燃燒速度、燃燒時(shí)間(也就是延遲時(shí)間),因此,非常有必要針對(duì)新型延期起爆裝置開展溫、濕度環(huán)境試驗(yàn),研究環(huán)境因子對(duì)其性能的影響[7—8]。

硼硝酸鉀配方比例參考GJB 6217—2008《硼硝酸鉀點(diǎn)火藥規(guī)范》。

2 加速環(huán)境實(shí)驗(yàn)

延時(shí)起爆裝置的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。依據(jù)火工品試驗(yàn)法、軍械裝備環(huán)境試驗(yàn)法,結(jié)合極限使用環(huán)境條件設(shè)計(jì)了高溫高濕、溫度沖擊試驗(yàn)。

圖1 某新型延時(shí)起爆裝置結(jié)構(gòu)原理Fig.1 Schematic diagram of structure principle of a new delay detonation device

1)高溫高濕試驗(yàn)。取樣品30發(fā)放入溫度為(71±2)℃、相對(duì)濕度為90%的高溫高濕箱中,保持6天,取出10發(fā)樣品;保持15天,再取出10發(fā)樣品;保持28天,取出最后10發(fā)樣品。

2)熱沖擊試驗(yàn)。在溫度為(-54±2)℃的低溫箱中保持4 h;從低溫箱中取出樣品在1 min內(nèi)放入溫度為(71±2)℃、相對(duì)濕度低于20%的高溫箱中,保持4 h;重復(fù)上述步驟,直到樣品經(jīng)受低溫和高溫試驗(yàn)各3次為止。

延時(shí)測(cè)試采用NLG202G-3型兩路電子測(cè)時(shí)儀(南京理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院研制)。延時(shí)起爆裝置輸出能量測(cè)試采用專用裝置。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 高溫高濕試驗(yàn)

參照GJB 736.8—1990《火工品試驗(yàn)法71℃試驗(yàn)法》[9]和GJB 150.9A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 濕熱試驗(yàn)》[10],綜合確定了高溫高濕的試驗(yàn)條件:溫度為(71±2)℃,相對(duì)濕度為90%。高溫高濕試驗(yàn)對(duì)延時(shí)起爆裝置性能影響如圖2、圖3所示。

圖2 高溫高濕試驗(yàn)對(duì)延時(shí)起爆裝置延遲時(shí)間的影響Fig.2 Influence of high temperature and high humidity on the delay time of the detonation device

由圖2可以看出,樣品在高溫高濕條件下儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng),同一組樣品延遲時(shí)間曲線波動(dòng)幅度越大,經(jīng)過28天高溫高濕試驗(yàn),延遲時(shí)間最短為260 ms,最長(zhǎng)達(dá)到630 ms,延遲時(shí)間相差了370 ms。

圖3 高溫高濕試驗(yàn)對(duì)延時(shí)起爆裝置鉛板炸孔直徑的影響Fig.3 Influence of high temperature and high humidity on the lead board bomb hole diameter of the delay detonation device

延時(shí)起爆裝置輸出能量是參照GJB 736.5—1989《火工品試驗(yàn)法軸向輸出測(cè)定鉛板法》[11]進(jìn)行測(cè)量的,將延時(shí)起爆裝置直接垂直安放在適當(dāng)厚度的鉛板平面上起爆,以鉛板炸孔直徑大小表示其軸向輸出能力的大小。炸孔直徑越大,輸出能力越大,鉛板上炸孔直徑大于裝置外徑為合格。由圖3可以看出,隨著樣品在高溫高濕條件下儲(chǔ)存時(shí)間的增長(zhǎng),同組樣品的鉛板炸孔直徑曲線波動(dòng)幅度增大,鉛板炸孔直徑最大為17 mm,鉛板炸孔直徑最小為13 mm。

3.2 溫度沖擊試驗(yàn)

參照GJB 150.5A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法溫度沖擊試驗(yàn)》[12],選取了火工品考核的極端溫度條件,設(shè)計(jì)了延時(shí)起爆裝置的溫度沖擊試驗(yàn)方案:在溫度為(-54±2)℃的低溫箱中保持4 h;從低溫箱中取出樣品在1 min內(nèi)放入溫度為(71± 2)℃、相對(duì)濕度低于20%的高溫箱中,保持4 h;重復(fù)上述步驟,直到樣品經(jīng)受低溫和高溫試驗(yàn)各3次為止。溫度沖擊試驗(yàn)選擇的是極端的低溫、高溫條件,目的是研究揭示延時(shí)起爆裝置暴露在極端溫度變化速度條件下,可能出現(xiàn)的安全性問題和潛在的缺陷。樣品在溫度沖擊試驗(yàn)過程中無燃燒、爆炸等異常現(xiàn)象,故試驗(yàn)后可進(jìn)行性能檢測(cè)試驗(yàn),溫度沖擊試驗(yàn)對(duì)延時(shí)起爆裝置性能影響如圖4、圖5所示。

圖4 溫度沖擊試驗(yàn)對(duì)延時(shí)起爆裝置延遲時(shí)間的影響Fig.4 Influence of temperature impact teston the delay time of the delay detonation device

圖5 溫度沖擊試驗(yàn)對(duì)延時(shí)起爆裝置鉛板炸孔直徑的影響Fig.5 Influence of temperature impact test on the lead board bomb hole diameter of the delay detonation device

由圖4可以看出,常溫樣品延遲時(shí)間的數(shù)值比較接近,曲線趨近平直,樣品經(jīng)過溫度沖擊試驗(yàn)后,延遲時(shí)間或長(zhǎng)或短發(fā)生了較大變化,表現(xiàn)為溫度沖擊試驗(yàn)樣品的延遲時(shí)間曲線圍繞常溫曲線上下波動(dòng),最短延遲時(shí)間為283 ms,最長(zhǎng)延遲時(shí)間為513 ms,延遲時(shí)間相差了230 ms。由圖5可以看出,與常溫樣品相比較,溫度沖擊試驗(yàn)樣品的鉛板炸孔直徑曲線波動(dòng)幅度較大,鉛板炸孔直徑最大為18 mm,鉛板炸孔直徑最小為13 mm。

4 結(jié)論

試驗(yàn)研究結(jié)果表明:高溫高濕、溫度沖擊對(duì)延時(shí)起爆裝置的延遲時(shí)間影響比較大,幅值分別達(dá)到了370 ms和23 ms,高溫高濕的延遲時(shí)間范圍為:260～630 ms;溫度沖擊的延遲時(shí)間范圍為283～513 ms。該延時(shí)起爆裝置的延時(shí)技術(shù)指標(biāo)要求是0.2～0.6 s,溫度沖擊的延遲時(shí)間范圍還在合格范圍內(nèi),高溫高濕試驗(yàn)出現(xiàn)超出指標(biāo)的延遲時(shí)間。

高溫高濕、溫度沖擊對(duì)輸出能力有一定的影響,高溫高濕輸出能力范圍為13～17 mm;溫度沖擊輸出能力范圍為13～18 mm。高溫高濕試驗(yàn)、溫度沖擊試驗(yàn)的鉛板炸孔直徑最小值為13 mm,大于該裝置的10 mm直徑,輸出能力保持在合格范圍內(nèi)。

綜上所述,在該延時(shí)起爆裝置的生產(chǎn)、儲(chǔ)存管理過程中,應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控溫濕度的變化,特別要控制高溫高濕環(huán)境條件,以避免濕熱環(huán)境對(duì)延時(shí)起爆裝置的延時(shí)性能產(chǎn)生影響。

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Research on Effects of Environmental Factors on the Performance of a New Delay Detonation Device

ZHAO Chuan-bao,SHI Dong-mei,LIN Bo-tao,LU Yan-ling
(Ordance Engineering College,Shijiazhuang 050003,China)

ObjectiveTo study the effects of environmental factors on the delay performance and output energy of the detonation devic.Methods According to the comprising structure feature of the new delay detonation device,based on explosive device test method and laboratory environmental test method for military materials,high-temperature high-humidity and temperature impact tests were designed in terms of extreme operation environmental conditions.Results The delay time range of the detonation device in the high-temperature and high-humidity condition was from 260 ms to 630 ms;The delay time range of the detonation device in temperature impact condition was from 283 ms to 513 ms;The output capacity of the detonation device in the high-temperature and high-humidity condition was from 13 mm to 17 mm.The output capacity of the detonation device in temperature impact condition was 13 mm to 18 mm.Conclusion High-temperature and high-humidity condition had greater effect on the delay time of the detonation device,with occurrence of delay exceeding the index.

environmental factors;delay time;output energy;delay detonation device

10.7643/issn.1672-9242.2014.04.020

TJ45+6

:A

1672-9242(2014)04-0102-04

2014-03-13;

2014-04-13

Received:2014-03-13;Revised:2014-04-13

趙傳寶(1969—),男,碩士,主要研究方向?yàn)閺椝巸?chǔ)存質(zhì)量監(jiān)控。

Biography:ZHAO Chuan-bao(1969—),Male,Master,Research focus:monitoring of ammunition storage quality.