一種微小型錯列式傳爆序列的研究*

趙象潤，郝永平，閆利偉，劉雙杰，高宏艷

(1沈陽理工大學裝備工程學院，沈陽 110159;2遼寧北方華豐特種化工有限公司，遼寧撫順 113003)

0 引言

由于技術的進步和需求的推動，作為引信設計核心內容之一的傳爆序列向小型化、高安全性、高可靠性的方向發展成為必然要求。在此背景下，微小型傳爆序列成為國內外研究熱點。美國專利［1］提出了一種基于平行基板式的微型錯列式傳爆序列設計思路。國內王殿湘等［2］對微小型傳爆序列裝藥進行了研究，認為超細化的JO-9C比較適合微小型傳爆序列裝藥;張少明［3］對小尺寸裝藥的起、傳爆性能進行了研究，得出了JO-9C在小尺寸裝藥條件下的爆轟輸出衰減規律;王少衛［4］等研究了微小型傳爆序列的傳爆可靠性，導出了起爆導爆索的臨界壓強。

微小型傳爆序列的本質是微通道爆轟傳播問題。借鑒上述研究成果，并借用某微小型火工元件作為輸入和輸出，選用超細化的HMX基傳爆藥JO-9C(Ⅲ型)為導爆藥，設計了微小型錯列式傳爆序列(試驗件)。其主要結構是將導爆管代之以條形導爆藥，將軸向垂直于藥條的施主雷管和受主傳爆管置于藥條兩端，通過平移導爆藥實現傳爆和隔爆。在傳爆位置時，爆轟經由兩次垂直起爆在“└┐”型通道傳播;在隔爆位置時，電雷管、導爆藥及傳爆管在空間上各自相互錯位且彼此之間都有金屬板隔離。較之傳統的雷管和傳爆管在導爆藥錯列后仍同軸的隔爆方式，這種錯列結構安全性更高。為驗證傳爆可靠性和隔爆安全性，并考慮到溫度對藥劑性能的影響，壓裝0.8 mm厚的導爆藥，按2 mm隔爆間距(邊緣最近距離)，分別在高、低溫條件下分別進行傳爆和隔爆驗證試驗。

1 試驗方案

1.1 試驗原理

試驗件設計方案采用應用最為廣泛的錯列式傳爆序列，它是將爆炸序列的能量傳遞通道隔斷的一種狀態［5］，其基本要求是傳爆可靠和隔爆安全［6］。傳爆是發射狀態時滑塊釋放，將雷管-導爆管-傳爆管三級火工元件對正，雷管作用輸出的爆轟可將后續火工元件逐級引爆-放大-引爆。而隔爆主要是通過雷管-導爆管界面實現［7］，即將導爆管錯列代之以隔板，這樣彈藥勤務處理過程中的敏感火工元件與下一級火工元件隔離，并保證在安全狀態時敏感火工元件即使意外作用也會由于隔板的衰減作用使爆轟中止，不能引發下一級火工元件作用。在原理驗證試驗階段，為簡化試驗裝置，根據相對性原理，通過移動電雷管的位置來模擬傳爆和隔爆，試驗模型如圖1所示。

圖1 傳爆序列試驗模型圖

1.2 試驗裝置

試驗中裝好導爆藥的藥板安裝在上蓋內;起爆導爆藥的施主雷管使用某φ2.5 mm×4 mm的微小型電雷管，安裝在上蓋內;導爆藥受主裝藥使用某φ2.5 mm×6.5 mm的微小型傳爆管，安裝在底座內，并通過安裝孔底部的限位臺階定位，使導爆藥輸出端面與傳爆管輸入端面留有0.7 mm空氣隙以利于起爆。上蓋和底座由定位臺階對正，通過M3螺釘連接。安裝好的試驗件如圖2所示(電雷管只在試驗前裝入，圖中未裝)。

圖2 傳爆序列試驗件

1.3 試驗條件

導爆藥:JO-9C(Ⅲ型)，中北大學提供，裝藥密度1.65 g·cm－3。

零件材料:上蓋使用超硬鋁7A04;底座使用超硬鋁7A04;藥板使用高強度不銹鋼1Cr11Ni2W2MoV。

發火條件:DC 500 mA。

熱環境條件:高溫(60℃ ±2℃，保溫4 h);低溫(－50℃ ±2℃，保溫4 h);常溫(在室溫下直接測試)。

發火電路:如圖3所示。

圖3 發火電路圖

2 試驗結果

2.1 傳爆試驗結果

考核了導爆藥尺寸為13 mm(L)×1.8 mm(W)×0.8 mm(H)的傳爆序列在高溫、低溫及常溫條件下的傳爆性能。電雷管作用后，其輸出將長度方向與電雷管軸向垂直的導爆藥起爆，且爆轟沿藥條長度方向傳播，在輸出端以同樣的方式將傳爆管引爆。導爆藥作用后，上蓋和底座與藥劑接觸面在高溫高壓沖擊作用下均形成與藥條邊緣形狀相似的凹槽，深度約為0.4～0.5 mm，且凹槽深度均勻。受導爆藥和雷管的雙重作用，上蓋產生自雷管孔沿藥條長度方向的裂紋(產生裂紋平面是材料強度最薄弱面，厚度4 mm)。試驗結果匯總見表1，試驗殘體如圖4所示。

表1 傳爆試驗結果

2.2 隔爆試驗結果

考核了電雷管與導爆藥邊緣最近距離為2 mm時在高溫和低溫條件下的隔爆安全性。雷管作用后，在藥板與雷管接觸部位產生形狀規則的炸坑，坑深約0.27 ～0.32 mm(雷管主裝藥為10 mgCL-20)，導爆藥未作用，但部分導爆藥被震散，傳爆管完好。試驗結果匯總見表2，作用后藥板狀態如圖5所示。

圖4 傳爆試驗殘體

表2 隔爆試驗結果

圖5 隔爆試驗后藥板狀態

3 分析與討論

該試驗方案中將導爆藥JO-9C(Ⅲ型)壓裝入藥板條形空腔是需解決的首要問題。設計初期按照傳統雷管裝藥的“底模(管殼托底)—中模(管殼約束)—上模(倒藥)—壓藥沖(壓藥)”模式設計了壓藥模具。加工的模具在試壓時壓藥沖無法準確伸入藥腔，經過多次臨時維修后仍存在藥面不平整和掉塊的缺陷，無法滿足要求。這是由于常規裝藥是柱形裝藥，模具的設計、加工均容易實現且壓藥密度均勻，操作簡單;而條形裝藥空腔非圓柱體，整套模具的形狀和位置公差要求都非常嚴格，加工難度大，普通機床較難保證，而高精度的加工方法成本過高。鑒于此對產品加工和模具的設計進行了改進。首先將藥板裝藥空腔由立銑改為線切割加工，這樣類似于“磨砂”的加工面相當于增加了接觸面的表面積，從而增加了對藥劑的附著力。其次，重新設計了壓藥模具，分解后如圖6所示。模具改進措施包括:1)在上模增加定位板，二者分體加工后定位焊接，在降低加工難度的同時保證定位精度;2)將原結構的中模改為與上模相配合的定位套，如此使上模的倒藥孔位與藥板藥腔容易對中，且結構簡單;3)將起裝藥件托底作用的底模改為嵌入式的墊塊，不但加工容易，且采用不同高度的墊塊還可以實現對應厚度藥板的裝藥，方便于藥劑裕度試驗時不同藥量的裝藥;4)增加底座，方便裝壓和遷移。最后，為避免藥條長度方向密度不均，采取往復倒藥，多次振動后一次裝壓成型。改進后壓出的導爆藥藥面平整密實，成型效果良好，裝好導爆藥的藥板如圖7所示。可見改進后模具容易加工，且壓裝工藝性良好，適合于長度較小的條形壓藥。需要說明，JO-9C(Ⅲ型)的流散性和粘性均非常適合條形裝藥也是解決壓藥問題的關鍵之一。

圖6 壓藥模具

傳爆試驗結果(見表1、圖4)表明垂直起爆方式是可行的，且藥高為0.8 mm時爆轟能夠在長度方向穩定傳播，藥條輸出端尺寸為φ3 mm×0.8 mm時輸出威力能夠起爆微小型傳爆管。上蓋出現裂紋，且裂紋長度具有隨溫度上升而單調增加的趨勢，說明導爆藥溫度升高時釋能增大。根據傳爆可靠的前提下藥量最低的原則，綜合該試驗結果，說明藥量仍然偏大。為保證傳爆可靠以及藥條有足夠的起爆能力，產品設計時應適當減小藥條寬度。

隔爆試驗結果(見表2、圖5)表明在錯列狀態下，0.8 mm厚度的金屬隔板將雷管的輸出爆轟吸收而未能引爆導爆藥，即雷管和導爆藥的最近距離為2 mm時，傳爆序列能夠安全隔爆。由于出現了導爆藥被振散的現象，說明導爆藥1.65 g·cm－3的壓藥密度偏低，在產品設計時應適當增大。由藥板的隔爆試驗結果可以看出，條形裝藥的藥劑致密性薄弱部位在長條的中間部分。

4 結論

1)使用改進后的條形裝藥壓藥方式工藝性良好。

2)導爆藥 JO-9C(Ⅲ型)為0.8 mm(H)×1.8 mm(W)時，爆轟可沿長度方向穩定傳播，輸出威力足夠垂直起爆微小型傳爆管，傳爆是可靠的。

3)微小型電雷管和導爆藥邊緣最接近距離為2 mm時，藥板金屬材料可以吸收電雷管的爆轟輸出，中止爆轟，隔爆是安全的。

［1］Walter H Maurer，Gabriel H Soto，David R Hollingsworth.Mems safe arm device for microdetonation:US，7040234B1［P］.2006-05-09.

［2］王殿湘，胡亞平.微小型傳爆序列裝藥研究［J］.火工品，2008(6):22-24.

［3］張少明.直徑裝藥起爆與傳爆特性研究［D］.太原:中北大學，2009.

［4］王少衛，聶偉榮.一種微小型傳爆序列的設計［J］.彈箭與制導學報，2011，31(1):107-109.

［5］張合，李豪杰.引信機構學［M］.北京:北京理工大學出版社，2007:51-54.

［6］王凱民，溫玉全.軍用火工品設計技術［M］.北京:國防工業出版社，2007:253-254.

［7］王凱民，張學舜.火工品工程設計與試驗［M］.北京:國防工業出版社，2010:134-139.