李 博，莊弘煒，張 蕊

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一種撞擊底火輸出性能的試驗(yàn)平臺(tái)

李 博1，莊弘煒1，張 蕊2

（1.武警工程大學(xué)，陜西 西安，710086；2.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，陜西 西安，710061）

針對(duì)撞擊底火輸出火焰長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間的定量測(cè)試問題，以落錘儀作為改造基礎(chǔ)，自行設(shè)計(jì)了試驗(yàn)工裝，利用高速攝影機(jī)和光電傳感器搭建了撞擊底火輸出火焰長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間的綜合測(cè)試平臺(tái)，并對(duì)底-6乙底火進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該測(cè)試平臺(tái)可以有效測(cè)出底火的輸出火焰長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間，為考核底火的長(zhǎng)貯性能提供決策依據(jù)。

撞擊底火；火焰長(zhǎng)度；持續(xù)時(shí)間

撞擊底火主要裝填在槍彈或炮彈底部，靠輸入的機(jī)械能刺激發(fā)火，在彈藥的傳火序列中用于引燃點(diǎn)火藥、傳火藥和發(fā)射藥[1]。在設(shè)計(jì)要求中，撞擊底火除需具有合適的機(jī)械感度外，還應(yīng)該具有較強(qiáng)的點(diǎn)火能力。否則將會(huì)出現(xiàn)瞎火、遲發(fā)火或近彈等現(xiàn)象，不能完成賦予彈藥的作戰(zhàn)任務(wù)[2]。因此對(duì)于撞擊底火輸出性能的測(cè)試就顯得尤為重要。

撞擊底火輸出特性主要有輸出壓力、火焰溫度、火焰長(zhǎng)度和火焰持續(xù)時(shí)間等。對(duì)底火輸出壓力和火焰溫度的測(cè)試主要應(yīng)用密閉爆發(fā)器試驗(yàn)[3-7]，工程應(yīng)用非常廣泛。而對(duì)于底火輸出火焰長(zhǎng)度和火焰持續(xù)時(shí)間的測(cè)定方法目前可分為兩種：一種是利用對(duì)指定距離處的小藥包進(jìn)行引燃（或引爆），定性地比較底火輸出火焰長(zhǎng)度的情況；另一種則是使用HCS-1型火焰長(zhǎng)度持續(xù)時(shí)間測(cè)試儀，利用發(fā)火后噴射出的高溫發(fā)光粒子及光電二極管的光電特性，通過判斷外置電路是否導(dǎo)通來定性或半定量地測(cè)量火焰?zhèn)鞑サ淖钸h(yuǎn)距離[8]。但上述兩種方法都無法準(zhǔn)確地得到火焰長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間的定量數(shù)據(jù)。

隨著光電技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用高速攝影機(jī)和光電傳感器分別進(jìn)行火焰長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間的測(cè)量日益成為一種趨勢(shì)[9]，雖然該種方法在理論上可行，但是在現(xiàn)有測(cè)試平臺(tái)中，底火的擊發(fā)與高速攝影機(jī)的觸發(fā)沒有實(shí)現(xiàn)同步，且忽略了對(duì)底火輸入能量的限制，這將導(dǎo)致火焰長(zhǎng)度的測(cè)試出現(xiàn)誤差。因此，本文以落錘儀作為改造基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)工裝，利用高速攝影機(jī)和光電傳感器搭建了撞擊底火輸出火焰長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間的綜合測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了輸入能量可控、輸出測(cè)量同步、綜合試驗(yàn)一體的總要求，為撞擊底火輸出特性的定量測(cè)試提供了硬件基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

本研究搭建的測(cè)試平臺(tái)主要由帶試驗(yàn)工裝的落錘儀、高速攝像機(jī)、光電傳感器、數(shù)據(jù)采集儀等組成。試驗(yàn)平臺(tái)的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 撞擊底火輸出火焰長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間的試驗(yàn)平臺(tái)

在該試驗(yàn)平臺(tái)中，通過固定或調(diào)整落錘的高度來實(shí)現(xiàn)輸入能量的控制；將落錘儀中電磁閥的啟用信號(hào)同時(shí)作為高速攝像機(jī)和連接光電傳感器數(shù)據(jù)采集儀的觸發(fā)信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)同步測(cè)試。

1.2 改造后的落錘儀

由于傳統(tǒng)落錘儀的結(jié)構(gòu)不適合于撞擊底火輸出火焰長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間的測(cè)量，所以對(duì)落錘儀的底座進(jìn)行了改造，如圖2所示。試驗(yàn)工裝如圖3所示，主要包括底火擊發(fā)裝置和火焰輸出套筒。

圖2 改造后的落錘儀

圖3 試驗(yàn)工裝的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為底火擊發(fā)裝置的示意圖，由擊柱、擊柱套和底火底座3部分組成，擊柱用于底火的擊發(fā)，擊柱套對(duì)擊柱起導(dǎo)向作用，底火座中間開有用于安裝底火的安裝孔，且底座高度和底火的高度相等，底火底座的下沿與擊柱套的下沿平齊，定為火焰長(zhǎng)度起始端。

圖4 擊發(fā)裝置示意圖

圖5 火焰輸出套筒示意圖

火焰輸出套筒主要用于測(cè)試和觀察底火的輸出性能，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。輸出套筒的上端開有支撐槽，起到固定擊發(fā)裝置的作用；沿軸向開有與支撐槽相通的底火輸出通槽，便于底火輸出性能的測(cè)試和觀察，特別是對(duì)于輸出火焰長(zhǎng)度的測(cè)量有很好的效果；下端有凸臺(tái)，可將整個(gè)工裝放入落錘儀的底座凹槽中，對(duì)整個(gè)工裝起到固定的作用。擊發(fā)裝置與輸出套筒的裝配示意圖如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)工裝的裝配示意圖

1.3 試驗(yàn)原理

（1）輸出火焰長(zhǎng)度：利用高速攝影機(jī)捕捉底火輸出火焰的瞬態(tài)影像，同時(shí)在高速攝影機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)放置一標(biāo)尺，通過計(jì)算噴口至火焰邊界所占像元個(gè)數(shù)與標(biāo)尺所占相元個(gè)數(shù)之比，應(yīng)用像元法得出輸出火焰的長(zhǎng)度。（2）火焰持續(xù)時(shí)間：利用光電探測(cè)元件，將底火輸出火焰的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，利用數(shù)據(jù)采集儀測(cè)量電信號(hào)變化時(shí)間，結(jié)合高速攝影獲得的火焰持續(xù)幀數(shù)，綜合給出底火輸出火焰持續(xù)時(shí)間。

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

落錘儀：CGY-1型機(jī)械沖擊感度儀；光電探測(cè)元件：2CR80型硅光伏探測(cè)器；高速攝影機(jī)：K5型NAC數(shù)碼高速攝影機(jī)，攝影頻率為5 000幀/s；數(shù)據(jù)采集儀：Tektronix DPO7104型數(shù)據(jù)采集儀。

2 試驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用

以底6-乙底火為研究對(duì)象，利用搭建的測(cè)試平臺(tái)，對(duì)其輸出火焰長(zhǎng)度和火焰持續(xù)時(shí)間進(jìn)行了測(cè)量。

2.1 輸出火焰長(zhǎng)度測(cè)量

利用高速攝影機(jī)拍下的輸出火焰圖像如圖7所示。由圖7（a）和（b）可以看出，擊柱撞擊底火的瞬間（高速攝影僅有1幀），火焰長(zhǎng)度達(dá)到50.68mm。隨后的圖像表明，底火的火焰輸出并不是一個(gè)持續(xù)燃燒的過程，從圖7（d）開始由于藥劑反應(yīng)完畢，底火輸出端出現(xiàn)了暗區(qū)，火焰發(fā)生了分段現(xiàn)象，所以本試驗(yàn)在測(cè)試火焰長(zhǎng)度的過程中只選擇類似圖7（c）所示的連續(xù)火焰長(zhǎng)度進(jìn)行分析測(cè)量，連續(xù)測(cè)量5發(fā)，火焰長(zhǎng)度的測(cè)量結(jié)果見表1。

圖 7 輸出火焰長(zhǎng)度圖像

表1 火焰長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果

Tab.1 Flame length measurements

2.2 火焰持續(xù)時(shí)間測(cè)量

利用光電傳感器與數(shù)據(jù)采集儀相連接，從數(shù)據(jù)采集儀上截取底火火焰持續(xù)時(shí)間的波形圖，如圖8所示，并結(jié)合高速攝影的火焰持續(xù)的幀數(shù)換算得到5發(fā)產(chǎn)品的火焰持續(xù)時(shí)間，測(cè)量結(jié)果見表2。

圖8 火焰持續(xù)時(shí)間圖像

表2 火焰持續(xù)時(shí)間測(cè)量結(jié)果

Tab.2 Duration of flame measurements

3 結(jié)論

（1）為實(shí)現(xiàn)輸入能量可控、輸出測(cè)量同步、綜合試驗(yàn)一體的總要求，對(duì)撞擊底火輸出性能試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，將傳統(tǒng)的落錘儀的底座進(jìn)行了改造，并結(jié)合光電測(cè)試和高速攝影技術(shù)搭建了試驗(yàn)平臺(tái)。（2）利用搭建的試驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了撞擊底火輸出火焰長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間的定量測(cè)量。（3）利用該試驗(yàn)平臺(tái)測(cè)得底6-乙底火的輸出火焰長(zhǎng)度約為65.916mm，火焰持續(xù)時(shí)間約為8.9ms。

[1] 蔡瑞嬌.火工品設(shè)計(jì)原理[M].北京:北京理工大學(xué)出版社, 1999.

[2] 總裝備部通用裝備保障部.引信與火工品試驗(yàn)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2000.

[3] 黃紅凱,蔡瑞嬌,等.底火輸出能量的幾種測(cè)量方法[J].火工品,2004(3):47-49.

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[5] 徐建國(guó),等.底火輸出能量測(cè)試儀的設(shè)計(jì)[J].火工品,2010(3): 54-56.

[6] 柳維旗,等.一種底火性能用密閉爆發(fā)器:CN,102192689A [P].2011-09-21.

[7] 柳維旗,等.底火輸出能量定量化測(cè)試系統(tǒng):CN,102192691A [P].2011-09-21.

[8] GJB 5309.25-2004火工品試驗(yàn)方法第25部分:火帽火焰長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間測(cè)定[S].國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì), 2004.

[9] 白冰,劉春建,席蘭霞,等.影像技術(shù)在點(diǎn)火器火焰長(zhǎng)度測(cè)量中的應(yīng)用[J].火工品,2011(4):44-46.

A Test Platform for the Output Performance of Percussion Primer

LI Bo1，ZHUANG Hong-wei1，ZHANG Rui2

（1. Engineering University of CAPF, Xi’an, 710086；2.Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an, 710061）

Aimed at quantitative testing problem about the output flame length and duration of percussion primer, a comprehensive test platform for the output flame length and duration of percussion primer was build, using the self-designed test fixture, drop weight tester, silicon photovoltaic cells and high-speed photography. Meanwhile, the output flame length and duration of DJ-6B primer was tested. The results show that the test platform can effectively measure the length and duration of output fire, and provide basis for examining the long period storage performance of the primer.

Percussion primer；Flame length；Duration time

TJ45+1

A

1003-1480（2014）06-0044-03

2014-09-25

李博（1989-），男，在讀碩士研究生，主要從事非致命彈藥性能研究。