侯曉靜，黃少波，唐順厚

（1.中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng)，471009；2.兵裝204廠，四川 成都，610106）

點(diǎn)火器屬于典型的火工品，是長(zhǎng)期貯存、一次性使用的產(chǎn)品，自然貯存條件下短期內(nèi)很難暴露出缺陷，也很難得到有效的貯存壽命信息，一般采用加速壽命的試驗(yàn)方法來(lái)評(píng)估其貯存壽命[1-3]。張福光等人[1]對(duì)某導(dǎo)彈2類(lèi)火工品定壽的影響因素進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明，溫度濕度是影響彈上火工品貯存壽命的重要因素。但火工品在貯存狀態(tài)下多采取了密封措施，因此溫度是火工品貯存壽命最主要的影響因素[1]。涂小珍等對(duì)某火工品貯存老化效應(yīng)進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明，火工品的單發(fā)作用時(shí)間、質(zhì)量和藥劑撞擊感度在老化試驗(yàn)中受溫度、濕度的影響較大[3]。

本研究的點(diǎn)火器采用了防潮密封設(shè)計(jì)，又在溫度40℃、相對(duì)濕度90%條件下進(jìn)行了20個(gè)周期的溫度-濕度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明點(diǎn)火器防潮密封設(shè)計(jì)可靠，因此將貯存失效問(wèn)題簡(jiǎn)化為受溫度影響的單因素問(wèn)題。

現(xiàn)行的火工品加速壽命試驗(yàn)方法有GJB 736.8-1990 火工品試驗(yàn)方法71℃試驗(yàn)法和GJB 736.13-1990 火工品試驗(yàn)方法加速壽命試驗(yàn)恒定溫度應(yīng)力試驗(yàn)法。兩個(gè)方法相比較，71℃試驗(yàn)法由于已知加速系數(shù)，能以較少的試驗(yàn)數(shù)量獲得產(chǎn)品的貯存壽命。因此，采用71℃試驗(yàn)法對(duì)點(diǎn)火器貯存壽命進(jìn)行試驗(yàn)。

1 點(diǎn)火器組成及功能

點(diǎn)火器主要由本體合件、組合螺套、座體合件、裝藥合件、電連接器等組成，如圖1所示。

圖1 點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of igniter structure

點(diǎn)火器具有機(jī)械式點(diǎn)火保險(xiǎn)裝置，旋轉(zhuǎn)隔板合件在驅(qū)動(dòng)力的作用下，可以在保險(xiǎn)狀態(tài)和解除保險(xiǎn)狀態(tài)間進(jìn)行功能切換。當(dāng)旋轉(zhuǎn)隔板處于保險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，電點(diǎn)火管與后續(xù)的電傳火序列之間的傳火通道被關(guān)閉，這時(shí)，即使電點(diǎn)火管意外發(fā)火，也不會(huì)點(diǎn)燃后續(xù)的裝藥合件；當(dāng)旋轉(zhuǎn)隔板處于解除保險(xiǎn)位置時(shí)，傳火通道被打開(kāi)，電點(diǎn)火管與電傳火序列之間可順利實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火和傳火，這時(shí)的點(diǎn)火器能正常作用。

2 影響因素分析

點(diǎn)火器的主要結(jié)構(gòu)件多采用金屬材料，不存在貯存失效的情況，但還有一些功能性或輔助性零部件存在自然老化的失效模式，如本體合件中的電點(diǎn)火管、O形圈Ⅰ、O形圈Ⅱ、O形圈Ⅲ、環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑、各型電線電纜套管，以及裝藥合件中的點(diǎn)火藥柱管體、支架、墊片、襯墊、聚硫密封膠粘劑等。這些零部件對(duì)點(diǎn)火器的貯存壽命均存在不同程度的影響。影響點(diǎn)火器貯存壽命的因素分析見(jiàn)表1。

由表1可以看出：電點(diǎn)火管、O形圈Ⅰ、O形圈Ⅱ、藥柱、管體是點(diǎn)火器的主要功能和結(jié)構(gòu)部件，是影響點(diǎn)火器貯存壽命的主要因素，是加速壽命試驗(yàn)的驗(yàn)證重點(diǎn)；而O形圈Ⅲ、環(huán)氧樹(shù)脂膠、支架、橡膠墊片、聚硫密封膠、襯墊等是點(diǎn)火器中的輔助性零部件，對(duì)點(diǎn)火器的貯存性能影響有限。

表1 影響因素分析表Tab.1 Analysis of influence factors

3 貯存壽命試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)件按GJB 736.8-1990 火工品試驗(yàn)方法 71℃試驗(yàn)法分為28d和42d兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)。

為驗(yàn)證點(diǎn)火器的功能和性能在加速壽命后是否能夠滿(mǎn)足要求，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)換次數(shù)試驗(yàn)、安全位置裕度試驗(yàn)、本體合件承壓密封性試驗(yàn)和點(diǎn)火器疊加環(huán)境載荷及點(diǎn)火試驗(yàn)，最后根據(jù)點(diǎn)火試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)靈敏參數(shù)進(jìn)行t檢驗(yàn)，如果靈敏度參數(shù)經(jīng)過(guò)t檢驗(yàn)后性能無(wú)顯著性變化，則可以進(jìn)行常溫貯存期限的推算。

t檢驗(yàn)方法：假設(shè)μ=μ0

式（1）中：t為統(tǒng)計(jì)量為樣本靈敏參量值的算術(shù)均值標(biāo)準(zhǔn)差；μ0為試驗(yàn)前火工品靈敏參量值的算術(shù)均值，n為樣本量。

μ0由大樣本量求得，當(dāng)時(shí)，否定μ=μ0的假設(shè)，說(shuō)明發(fā)生了顯著性變化，由GJB 736.8-1990附表B表1查出來(lái)f為t分布自由度，f=n-1，a為顯著性水平。

3.2 轉(zhuǎn)換次數(shù)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)隔板合件在貯存壽命后的轉(zhuǎn)換能力是否符合要求，進(jìn)行了轉(zhuǎn)換次數(shù)試驗(yàn)。每個(gè)保溫時(shí)間用本體合件3發(fā)，安裝在空管體（不加裝點(diǎn)火藥柱等）上進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，達(dá)到時(shí)間后先檢測(cè)試驗(yàn)件的電阻、靜摩擦力矩，再進(jìn)行500次的轉(zhuǎn)換次數(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出經(jīng)過(guò)加速壽命試驗(yàn)的試驗(yàn)件的電阻變化在2mΩ之內(nèi)，變化量很?。唤?jīng)過(guò)加速壽命試驗(yàn)后的靜摩擦力矩變化在0.016N·m內(nèi)；經(jīng)過(guò)500次轉(zhuǎn)換次數(shù)試驗(yàn)后的靜摩擦力矩均有所減小，最大減小量為0.039 N·m，說(shuō)明轉(zhuǎn)換次數(shù)后旋轉(zhuǎn)隔板合件由于磨損，靜摩擦力矩變小，但測(cè)量值均在合格范圍內(nèi)，說(shuō)明加速壽命試驗(yàn)后，點(diǎn)火器仍可以安全可靠地在保險(xiǎn)狀態(tài)和解除保險(xiǎn)狀態(tài)間進(jìn)行功能切換。

表2 轉(zhuǎn)換次數(shù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Tab.2 Switch times test result

3.3 安全位置裕度試驗(yàn)

為了驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)隔板合件在貯存壽命試驗(yàn)后是否能夠有效防止意外發(fā)火，進(jìn)行了安全位置裕度試驗(yàn)。每個(gè)保溫時(shí)間用本體合件3發(fā)，安裝在空管體（不加裝點(diǎn)火藥柱等）上進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，達(dá)到時(shí)間后先檢測(cè)試驗(yàn)件的電阻、靜摩擦力矩，再進(jìn)行70℃高溫、-55℃低溫、23℃常溫各1發(fā)安全位置裕度試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)加速壽命試驗(yàn)的本體合件的電阻變化在3mΩ之內(nèi)，變化量較小；經(jīng)過(guò)加速壽命試驗(yàn)后的靜摩擦力矩變化在0.01N·m之內(nèi)，變化量較??；在隨后進(jìn)行的安全位置裕度試驗(yàn)中電點(diǎn)火管均可靠點(diǎn)火，但電點(diǎn)火管的發(fā)火未導(dǎo)致后續(xù)系列點(diǎn)火。說(shuō)明加速壽命試驗(yàn)后，安全位置仍可以保證點(diǎn)火器的安全狀態(tài)。

表3 安全位置裕度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Tab.3 Results of safety position abundance test

3.4 本體合件承壓密封性試驗(yàn)

為了驗(yàn)證O形圈Ⅰ、O形圈Ⅱ等有零部件在加速壽命試驗(yàn)后的密封效果，設(shè)計(jì)了本體合件承壓密封性試驗(yàn)。每個(gè)保溫時(shí)間用本體合件2發(fā)，進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，達(dá)到時(shí)間后先檢測(cè)試驗(yàn)件的電阻、靜摩擦力矩，再進(jìn)行承壓密封性試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 本體合件承壓密封性試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Tab.4 Results of noumenon endure test

由表4可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)加速壽命試驗(yàn)的試驗(yàn)件的電阻變化在2mΩ之內(nèi)，變化量較??；經(jīng)過(guò)加速壽命試驗(yàn)后的靜摩擦力矩變化范圍在0.014N·m之間，變化量較小；在隨后進(jìn)行的承壓密封性試驗(yàn)中，對(duì)試驗(yàn)件通以20MPa的壓縮空氣并持續(xù)1min，氣體無(wú)泄漏。說(shuō)明加速壽命試驗(yàn)后本體合件的密封性能仍滿(mǎn)足使用要求。

3.5 點(diǎn)火器疊加環(huán)境載荷及點(diǎn)火試驗(yàn)

為綜合驗(yàn)證點(diǎn)火器在加速壽命后的結(jié)構(gòu)及點(diǎn)火性能，進(jìn)行了點(diǎn)火器疊加環(huán)境載荷及點(diǎn)火試驗(yàn)。每個(gè)保溫時(shí)間用全狀態(tài)的點(diǎn)火器10發(fā)，進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，達(dá)到時(shí)間后先檢測(cè)點(diǎn)火器的電阻、靜摩擦力矩，然后依次進(jìn)行沖擊、振動(dòng)、X射線照相，最后進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)并測(cè)試p——t參數(shù)，42d貯存壽命試驗(yàn)后的電阻及靜摩擦力矩檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5，全狀態(tài)點(diǎn)火器疊加環(huán)境載荷后的靈敏參量記錄見(jiàn)表6。從表5可見(jiàn)，經(jīng)受42d加速壽命試驗(yàn)后的全狀態(tài)點(diǎn)火器的電阻變化很小，在73mΩ以?xún)?nèi)；經(jīng)過(guò)加速壽命試驗(yàn)后靜摩擦力矩的變化在0.010N·m之內(nèi)。加速壽命試驗(yàn)后對(duì)點(diǎn)火器進(jìn)行了沖擊、振動(dòng)試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)后檢測(cè)的結(jié)果看，電阻和靜摩擦力矩均在合格范圍內(nèi)，隨后進(jìn)行了高溫、低溫、常溫的點(diǎn)火試驗(yàn)并測(cè)量了靈敏參數(shù)，點(diǎn)火器均可靠發(fā)火，最大點(diǎn)火壓強(qiáng)和工作時(shí)間均滿(mǎn)足使用要求（最大點(diǎn)火壓強(qiáng)要求在0.3～0.7MPa，工作時(shí)間要求在80～120 ms）。

表5 點(diǎn)火器42d貯存壽命試驗(yàn)后檢測(cè)結(jié)果Tab.5 Result of igniter after 42d accelerated life test

表6 點(diǎn)火器疊加環(huán)境載荷后的靈敏參量值Tab.6 The sensitivity parameters of igniter after environmental loading

3.6 靈敏參量t檢驗(yàn)

按GJB 736.8-1990的規(guī)定對(duì)靈敏參量最大點(diǎn)火壓強(qiáng)和工作時(shí)間進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

μ0由大樣本量61發(fā)求得，根據(jù)表6中28d和42d試驗(yàn)結(jié)果和式（1），得出靈敏參量最大點(diǎn)火壓強(qiáng)和工作時(shí)間的平均值、標(biāo)準(zhǔn)值及統(tǒng)計(jì)量，根據(jù)GJB 736.8-1990附表B表1中查出a為0.05時(shí)，分布自由度t?為2.262，計(jì)算值與查表值見(jiàn)表7。從表7中可以看出，28d和42d的加速老化試驗(yàn)后值更大，說(shuō)明42d試驗(yàn)后靈敏參量的性能變化較大。兩組數(shù)據(jù)均成立，因而μ=μ0假設(shè)成立，說(shuō)明經(jīng)過(guò)加速壽命試驗(yàn)后點(diǎn)火器的性能無(wú)顯著性變化，進(jìn)行常溫貯存期限的推算，得到對(duì)應(yīng)的常溫下21℃的貯存時(shí)間為10a和16a。

表7 靈敏參量數(shù)據(jù)對(duì)照表Tab.7 Contrast of the sensitivity parameters

4 結(jié)論

點(diǎn)火器進(jìn)行了28d和42d的71℃加速壽命試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)t檢驗(yàn)靈敏度參數(shù)沒(méi)有顯著性變化，推算到常溫21℃的貯存時(shí)間為10a和16a。通過(guò)對(duì)貯存后的點(diǎn)火器進(jìn)行轉(zhuǎn)換次數(shù)、安全位置、承壓性能試驗(yàn)并疊加環(huán)境載荷后的點(diǎn)火試驗(yàn)，進(jìn)一步考核了點(diǎn)火器工作的可靠性。本文提出的點(diǎn)火器壽命評(píng)估和試驗(yàn)方法，可為科學(xué)地評(píng)估同類(lèi)產(chǎn)品的貯存壽命提供參考。

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