網絡切割裝置起爆點的設置研究?

陳 鋒 曹始發 王曉勇 贠 妮 陳繼強 李家家

陜西應用物理化學研究所(陜西西安，710061)

引言

作為線形分離的做功元件，聚能切割索作用時能夠產生連續的金屬射流，對目標靶板進行切割分離。 因其作用快，作用可靠，能夠有效地利用爆轟能量，被廣泛地用于武器系統的級間分離系統和飛機的應急逃生通道清理系統中[1-4]。 隨著武器系統的發展，傳統的單一線形環向切割分離裝置已不能滿足級間分離功能的要求。 為了提高武器系統的戰績指標，適應新的技術要求，在單一的線形聚能切割分離的基礎上衍生出了網絡聚能切割裝置。 網絡切割裝置采用聚能切割索進行縱橫交錯組網，并利用聚能切割索將連接艙段切割分離成若干個小塊拋出，快速完成分離功能[5]。 網絡切割裝置的工作可靠性直接影響到分離工作的可靠性，分離裝置中聚能切割索技術較為成熟，關鍵技術在于交叉節點處的傳爆方式和起爆點設置[6-7]。 現有文獻資料在聚能切割索射流侵徹及仿真計算方面記載較多[8]，對網絡切割裝置起爆點的起爆和傳爆效果未見記載。

為了探究起爆點位置對分離裝置的影響，通過切割索和三通傳爆管4 種不同的起爆方式對比試驗，研究起爆點設置的最佳位置。

1 試驗原理

1.1 起爆點設置

網絡切割裝置一般由橫向切割和縱向切割組成。 橫向切割和縱向切割有多個交叉節點。 典型的網絡切割裝置由2 個橫向切割索和4 個縱向切割索組成，產品結構見圖1。

由產品結構可知，切割裝置的起爆點可以設置在兩個節點之間的切割索上，也可以設置在兩個切割索的T 形交叉節點處。

1.2 傳爆過程

網絡切割裝置兼有聚能切割和傳爆兩項功能。切割裝置中起爆點位置不同，爆轟波傳遞路徑和效果也不同。 起爆點設置在橫向切割索上，起爆后爆轟波沿切割索軸向傳遞，在交叉點處利用側向爆轟能量引爆縱向切割索，使爆轟波沿縱向傳爆；起爆點設置在交叉點上，起爆后爆轟波從起爆點處同時向橫向切割索的兩端和縱向切割索3 個方向軸向傳遞；起爆點設置在縱向切割索上，起爆后爆轟波沿切割索軸向傳遞，在交叉點處利用軸向爆轟能量引爆橫向切割索，使爆轟波沿橫向切割索向兩邊傳爆[9]。 3 個起爆點爆轟波傳遞過程見圖2。

2 驗證試驗及分析

2.1 起爆點位于切割索上起爆

根據切割裝置結構可知，起爆點在橫向和縱向切割索上，爆轟波都是沿著切割索的軸向傳遞，只是在交叉節點處引爆下一級的方式不同；因此，起爆點在切割索上的起爆驗證試驗只對起爆點的爆轟波傳遞和射流情況進行探究。 切割索截面形狀為U 形，寬度4.0 mm，高度3.3 mm，裝藥量為3.8 g/m。 試驗時，將切割索粘貼在試驗靶板(材料為2219-T8 鋁合金，厚5.5 mm)上，用雷管從背部起爆切割索。 試驗后，檢查試驗靶板的射流情況(圖3)。

圖3 起爆點位于切割索上起爆Fig.3 Initiation when the initiation point is on the cutting cord

試驗結果表明:在切割索上設置起爆點，切割索被起爆后，試驗靶板上具有連續的射流印跡，寬度約為2.2 mm，深度約為2.8 mm；在起爆點處無射流間斷現象。 由此判定，起爆點設置在切割索上能夠滿足起爆切割索的要求。

2.2 起爆點位于交叉點處起爆

切割裝置交叉點起爆設計方案有切割索對接起爆、切割索端頭起爆和三通傳爆管起爆3 種。 切割索對接起爆為在交叉點的橫向切割索上設置起爆點，縱向切割索端頭緊貼橫向切割索側面；切割索被起爆后，爆轟波沿3 個方向同時傳爆。 切割索端頭起爆為在交叉點處設置擴爆管，橫向和縱向切割索端頭緊貼擴爆管側面；切割索被起爆后，爆轟波沿3個方向同時傳爆。 三通傳爆管起爆為在三通傳爆管的背部設置起爆點，在三通傳爆管的3 個端頭各對接一節切割索；三通傳爆管被起爆后，爆轟波沿3 個方向同時傳爆并引爆下一級的切割索[5]。 試驗時，將試驗件按照圖4 裝配在試驗靶板上。 試驗后，檢查試驗靶板的射流情況。 試驗前、后狀態見圖5。

圖4 起爆點位于交叉點上示意圖Fig.4 Schematic diagram of the initiation point at intersection

圖5 起爆點位于交叉點上起爆Fig.5 Initiation when the initiation point is at the intersection

試驗結果表明:切割索對接起爆后，試驗靶板有射流印跡，交差點處縱向與橫向射流不連續，射流不連續距離約為2.0 mm；切割索端頭起爆后，試驗靶板有射流印跡，擴爆管處有炸坑、無射流，橫向射流不連續距離約為8.0 mm，縱向射流不連續距離約為4.0 mm；三通傳爆管背部起爆后，試驗靶板有射流印跡，交差點處射流為連續狀態。 據此分析，交叉點處起爆方案，均能夠正常引爆切割索，采用三通傳爆管背部起爆方式優于切割索對接起爆和切割索端頭起爆方式。

2.3 間隙傳爆

間隙傳爆試驗主要考核在有空氣間隙的情況下三通傳爆管與切割索之間的起爆性能。 三通傳爆管與切割索之間預留2.0 mm(圖6 中d1、d2和d3)的空氣間隙，試驗件裝配形式見圖6。 試驗結果表明，在2.0 mm 空氣間隙下，三通傳爆管能夠可靠引爆切割索。 試驗結果見圖7。

圖6 間隙傳爆示意圖Fig.6 Schematic diagram of gap propagation test

圖7 三通傳爆管間隙傳爆試驗效果Fig.7 Outcome of gap propagation test of tee booster tube

2.4 起爆點分離功能

將起爆接頭、切割索按照圖8 要求裝配在5.5 mm 厚的2219-T8 鋁合金試驗靶板上，用起爆器引爆起爆接頭。 試驗后，檢查試驗靶板的分離情況。 試驗結果表明，起爆點能夠完成正常起爆和節點分離功能。 試驗結果見圖9。

圖8 起爆點分離試驗裝配Fig.8 Assembly of ignition point separation test

圖9 起爆點分離試驗效果Fig.9 Outcome of ignition point separation test

2.5 平板網絡分離

平板網絡分離試驗主要驗證起爆點和傳爆點的傳爆可靠性。 將切割索、起爆接頭、傳爆接頭裝配在5.0 mm 厚的2A14-T6 鋁板上，用電起爆器起爆。 試驗后，檢驗平板的網絡分離情況(圖10)。 試驗結果表明，起爆點和傳爆點能夠正常傳爆，網絡切割裝置能夠完成網絡分離。

圖10 平板網絡切割試驗效果Fig.10 Outcome of plate network cutting test

3 結論

網絡切割裝置的起爆點設置在切割索上和交叉節點處，切割索均能夠被正常引爆并完成爆轟波傳遞；起爆點設置在切割索的交叉點處會出現射流不連續現象。 采用擴爆管從切割索端頭起爆，擴爆管處有炸坑、無射流，射流不連續距離較大，不利于節點的分離。 起爆點設置在三通傳爆管處，從三通傳爆管背部起爆，起爆點射流連續，能夠可靠完成節點分離。

綜合分析認為:網絡切割裝置將起爆點設置在節點交叉處較為合理；采用三通傳爆管起爆優于切割索對接起爆。