胡松濤

（安徽紅星機(jī)電科技股份有限公司，安徽 合肥，231135）

某子母戰(zhàn)斗部火箭彈內(nèi)裝多枚子彈[1-2]，引信內(nèi)的傳火藥盒作用后燃燒，產(chǎn)生的高壓燃?xì)饧白茻岬墓腆w殘?jiān)来吸c(diǎn)燃各子彈內(nèi)的延期點(diǎn)火管和位于戰(zhàn)斗部末端開艙藥盒內(nèi)的黑火藥，將子彈拋出。隨后，子彈內(nèi)部的延期點(diǎn)火管按確定的燃燒速度燃燒，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延期后，點(diǎn)燃子彈拋撒藥盒內(nèi)的拋撒藥，高壓燃?xì)庾龉?，拋撒出裝填于子彈內(nèi)的毀傷單元。

在對(duì)戰(zhàn)斗部進(jìn)行地面靜拋試驗(yàn)時(shí)，子彈火工裝置出現(xiàn)竄火問(wèn)題，表現(xiàn)為延期點(diǎn)火管燃燒過(guò)程中，未到規(guī)定時(shí)間拋撒藥已提前作用，子彈在戰(zhàn)斗部殼體內(nèi)拋撒毀傷元件。本文在對(duì)火工裝置結(jié)構(gòu)和作用原理等方面進(jìn)行綜合分析之后，得到導(dǎo)致子彈拋撒藥盒提前作用的根本原因，通過(guò)火工裝置地面模擬試驗(yàn)，進(jìn)行了故障再現(xiàn)，在采取了相應(yīng)解決措施后，火工裝置未再出現(xiàn)竄火現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品的可靠性[3]。

1 火工裝置結(jié)構(gòu)及主要功能

子彈火工裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1所示結(jié)構(gòu)板的下端帶有沉槽，沉槽內(nèi)有一筋板，沿筋板的長(zhǎng)度方向開一長(zhǎng)槽，延期點(diǎn)火管安裝在長(zhǎng)槽內(nèi)，用硅橡膠粘接固定，裝有拋撒藥的沉槽構(gòu)成火工裝置的拋撒藥盒；中心管與結(jié)構(gòu)板同軸，二者采用過(guò)盈配合，中心管上開有直徑為2.5mm、與軸線呈60°夾角的傳火孔，與延期點(diǎn)火管的輸入端對(duì)正，延期點(diǎn)火管的輸出端與拋撒藥盒連通；蓋板與結(jié)構(gòu)板之間用硅橡膠填實(shí)，位置對(duì)正后采用螺釘緊固。

圖1 火工裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure schematic of pyrotechnics device

傳火藥盒產(chǎn)生的高壓燃?xì)庋刂行墓軆?nèi)孔做軸向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)中心管上的傳火孔引燃延期點(diǎn)火管，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間延期后，點(diǎn)火管輸出火焰引燃拋撒藥，再次產(chǎn)生高壓燃?xì)?。由于結(jié)構(gòu)板與子彈殼體已結(jié)合為一體固定不動(dòng)，火藥氣體的推力使得蓋板拉脫自身螺紋，撕裂與結(jié)構(gòu)板之間填充的硅橡膠，并沿中心管軸向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拋撒。

2 故障原因分析及改進(jìn)措施

2.1 原因分析

引信內(nèi)的傳火藥盒作用后，生成大量氣體，氣體充滿容器的整個(gè)空間。中心管內(nèi)的高壓氣體通過(guò)傳火孔進(jìn)入由結(jié)構(gòu)板、延期點(diǎn)火管、蓋板圍成的腔體（圖1中A部位）內(nèi)，點(diǎn)燃延期點(diǎn)火管，同時(shí)產(chǎn)生徑向推力推動(dòng)延期點(diǎn)火管沿長(zhǎng)槽移動(dòng)，以及軸向推力推動(dòng)蓋板沿軸向移動(dòng)。其表達(dá)式為：

式（1）～（2）中：p為腔體內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，S徑向?yàn)榍惑w的徑向截面積，S軸向?yàn)榍惑w的軸向截面積。在延期點(diǎn)火管燃燒過(guò)程中，當(dāng)F軸向超過(guò)某一極限值時(shí)，氣體產(chǎn)生的壓力使得蓋板發(fā)生位移，造成結(jié)構(gòu)板與蓋板的結(jié)合面出現(xiàn)縫隙，火藥氣體沿縫隙進(jìn)入拋撒藥盒引燃拋撒藥，發(fā)生竄火；當(dāng)F徑向大于延期點(diǎn)火管與長(zhǎng)槽之間粘接力時(shí)，延期點(diǎn)火管及膠體發(fā)生位移，腔體體積增大，S軸向增大，F(xiàn)軸向隨之增大，最終導(dǎo)致竄火發(fā)生；再者，中心管與結(jié)構(gòu)板的結(jié)合部采用過(guò)盈配合，各自的配合面不可避免地存在圓柱度誤差[4]，合裝后，配合面可能出現(xiàn)縫隙，高壓氣體將沿縫隙進(jìn)入結(jié)構(gòu)板與蓋板的結(jié)合面，如果密封不嚴(yán)，勢(shì)必發(fā)生竄火。

通過(guò)以上分析得知：當(dāng)中心管內(nèi)點(diǎn)火壓力高于結(jié)構(gòu)承受能力時(shí)，易引發(fā)火工裝置竄火。

2.2 改進(jìn)措施

本子母戰(zhàn)斗部火箭彈利用中心管傳火，減小中心管內(nèi)氣體壓力雖有利于解決火工裝置竄火問(wèn)題，但降低了延期點(diǎn)火管及開艙藥盒的點(diǎn)火可靠性，故主要通過(guò)對(duì)火工裝置的密封設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化以解決其竄火問(wèn)題。

2.2.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

傳火孔的大小和開孔方向直接影響火藥氣體從傳火孔向火工裝置內(nèi)部的流動(dòng)速度[5]。原設(shè)計(jì)傳火孔直徑為 2.5mm，與軸線呈 60°夾角，該設(shè)計(jì)有利于火藥氣體引燃延期點(diǎn)火管；改進(jìn)后的設(shè)計(jì)適當(dāng)減小了傳火孔的尺寸，開孔方向與軸線垂直，增加結(jié)構(gòu)板上的長(zhǎng)槽深度，將延期點(diǎn)火管位置前移，貼近中心管外壁，并在中心管與結(jié)構(gòu)板接縫處連續(xù)涂抹硅橡膠。

引信內(nèi)的傳火藥盒作用后形成弱爆轟[6]，沿中心管內(nèi)孔軸向前行，當(dāng)爆轟波進(jìn)入尺寸較小且存在拐角的傳火孔內(nèi)時(shí)，將產(chǎn)生拐角效應(yīng)與延遲爆轟，出現(xiàn)爆速虧損[5]。將傳火孔尺寸減小，且開孔方向與軸線垂直，則火藥氣體不易進(jìn)入火工裝置內(nèi)部，氣體流量減小，膛壓建立慢，避開了中心管內(nèi)氣體的壓力峰值，火藥氣體對(duì)腔體A內(nèi)壁的作用力顯著減小。

適當(dāng)增加長(zhǎng)槽深度，可以填充更多的硅橡膠，有利于阻隔火藥氣體進(jìn)入拋撒藥盒，增強(qiáng)密封性能；但同時(shí)增大了腔體的徑向截面積S徑向，造成火藥氣體的徑向推力F徑向增大，可能引起延期點(diǎn)火管及膠體產(chǎn)生位移，故長(zhǎng)槽深度有一最佳值。

延期點(diǎn)火管位置前移后，腔體A的容積縮小，軸向截面積S軸向減小，由式（2）得出，火藥氣體產(chǎn)生的軸向推力F軸向減小。

在中心管與結(jié)構(gòu)板接縫處連續(xù)涂抹硅橡膠，能夠有效防止高壓氣體從過(guò)盈配合部位進(jìn)入火工裝置內(nèi)部?；鸸ぱb置結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，結(jié)構(gòu)板與蓋板不易分離，中心管內(nèi)的火藥氣體無(wú)法直接進(jìn)入拋撒藥盒內(nèi)部，杜絕了竄火現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.2.2 工藝改進(jìn)

延期點(diǎn)火管在結(jié)構(gòu)板長(zhǎng)槽內(nèi)的固定以及蓋板與結(jié)構(gòu)板的粘接密封主要通過(guò)填充硅橡膠，硅橡膠固化后形成一定強(qiáng)度的粘接力，顯然，選用綜合性能好的硅橡膠有助于延期點(diǎn)火管的固定以及蓋板與結(jié)構(gòu)板的粘接密封。原設(shè)計(jì)中采用的密封膠為703硅橡膠，其與GD-414硅橡膠的性能對(duì)比如表1所示[7-8]。

表1 703硅橡膠與GD-414硅橡膠性能對(duì)比Tab.1 Comparison of properties of different type of silicon rubber

通過(guò)表1可以看出，GD-414硅橡膠的綜合性能優(yōu)于703硅橡膠，因此改用GD-414單組分室溫硫化硅橡膠作為密封膠。

在采用GD-414硅橡膠的同時(shí)，嚴(yán)格規(guī)定該硅橡膠的涂敷工藝及固化時(shí)間。在涂膠前，用無(wú)水乙醇將粘接部位的灰塵、油污擦拭干凈，待溶劑揮發(fā)后涂抹硅橡膠；涂抹完畢后，放置在20～35℃、濕度≥50%的環(huán)境下固化24h后方可移動(dòng)；在火工裝置裝配時(shí)，先將延期點(diǎn)火管裝入結(jié)構(gòu)板涂膠固化后，再安裝中心管和蓋板，較好地減小了延期點(diǎn)火管與中心管之間的空隙。根據(jù)GD-414硅橡膠硫化的性能，嚴(yán)格規(guī)定了每一次涂膠后硫化的時(shí)間，確保硅橡膠能夠達(dá)到最佳粘接與密封狀態(tài)，從工藝上杜絕竄火現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3 地面模擬試驗(yàn)研究

3.1 試件制備

在中心管小端壓裝堵頭，裝入一定量的黑火藥，中心管大端塞入電點(diǎn)火藥頭并用環(huán)氧樹脂粘接固定，制備后的試件如圖2所示。

3.2 試驗(yàn)器材

試驗(yàn)器材包括高能脈沖起爆器（型號(hào)GM-100s）、光敏二級(jí)管、直流穩(wěn)壓電源（型號(hào)TPR3002-3C）、數(shù)字示波器（型號(hào)TDS2012B）、電阻（1k?）。

圖2 地面模擬試驗(yàn)試件Fig.2 Sample of simulated ground test

3.3 試驗(yàn)原理及方法

為了驗(yàn)證改進(jìn)措施的有效性，根據(jù)火工裝置的使用狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行地面模擬試驗(yàn)，試件測(cè)時(shí)系統(tǒng)如圖3 所示[9-10]。

圖3 試件測(cè)時(shí)系統(tǒng)Fig.3 Time measurement system for sample

將試件及光敏二極管置于暗室，起爆電點(diǎn)火藥頭，中心管內(nèi)的黑火藥、火工裝置內(nèi)的拋撒藥作用后產(chǎn)生強(qiáng)光，使光敏二極管電阻值下降，示波器的波形出現(xiàn)急劇變化。

火工裝置正常作用時(shí)，黑火藥、拋撒藥有序作用，兩次發(fā)光有一定的時(shí)間間隔，示波器的波形出現(xiàn)兩次明顯變化，兩次波動(dòng)的間隔時(shí)間即為火工裝置的延期時(shí)間，圖4為火工裝置正常作用時(shí)的示波器波形。

圖4 正常作用時(shí)示波器波形Fig.4 Oscilloscope wave of normal pyrotechnics device

發(fā)生竄火時(shí)，在黑火藥作用的瞬間，拋撒藥開始作用，其時(shí)間間隔極短，兩次強(qiáng)光近乎重疊，示波器只顯示一次較長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)，如圖5所示。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

首先，對(duì)5套原設(shè)計(jì)狀態(tài)的火工裝置進(jìn)行了地面模擬試驗(yàn)，其中，2套火工裝置正常作用，延期時(shí)間分別為0.76s、0.78s，其他3套均出現(xiàn)了竄火現(xiàn)象。

對(duì)改進(jìn)后的火工裝置進(jìn)行了90余次地面模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示火工裝置均正常作用。通過(guò)對(duì)回收的結(jié)構(gòu)板、蓋板及中心管等零部件進(jìn)行觀察，延期點(diǎn)火管周圍的硅橡膠密封完好，結(jié)構(gòu)板與中心管結(jié)合部位無(wú)火藥熏黑痕跡，說(shuō)明改進(jìn)措施有效地防止了竄火的發(fā)生。

圖5 竄火時(shí)示波器波形Fig.5 Oscilloscope wave of fault pyrotechnics device

4 戰(zhàn)斗部地面靜拋試驗(yàn)及射擊試驗(yàn)

圖6（a）為原火工裝置進(jìn)行戰(zhàn)斗部地面靜拋試驗(yàn)出現(xiàn)竄火時(shí)的圖片，試驗(yàn)時(shí)子彈提前拋撒出內(nèi)部裝填的結(jié)構(gòu)件；圖6（b）為改進(jìn)后的火工裝置進(jìn)行戰(zhàn)斗部地面靜拋試驗(yàn)時(shí)的圖片，試驗(yàn)時(shí)子彈拋撒正常，被拋出的子彈按照一定的序列成串飛行。

圖6 戰(zhàn)斗部地面靜拋試驗(yàn)Fig.6 Photo of ground static ejection test

對(duì)改進(jìn)后的火工裝置進(jìn)行全彈地面射擊試驗(yàn)，同樣未出現(xiàn)火工裝置竄火現(xiàn)象。

綜合戰(zhàn)斗部地面靜拋試驗(yàn)及全彈地面射擊試驗(yàn)結(jié)果可以得出，改進(jìn)后的火工裝置在實(shí)際應(yīng)用時(shí)能夠有效防止竄火現(xiàn)象的發(fā)生，保證戰(zhàn)斗部?jī)?nèi)的子彈能夠按照初始設(shè)定的狀態(tài)正常拋撒。

5 結(jié)論

通過(guò)分析子彈火工裝置結(jié)構(gòu)及作用原理，確定延期點(diǎn)火管在穩(wěn)定燃燒的同時(shí)，腔體內(nèi)的氣體壓力使得蓋板發(fā)生位移，造成結(jié)構(gòu)板與蓋板的結(jié)合面出現(xiàn)縫隙，高壓燃?xì)馔ㄟ^(guò)縫隙進(jìn)入拋撒藥盒，提前引燃拋撒藥。針對(duì)此種現(xiàn)象，對(duì)火工裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了延期點(diǎn)火管的固定和密封，并合理安排工藝，對(duì)火工裝置進(jìn)行了性能改進(jìn)。通過(guò)火工裝置地面模擬試驗(yàn)、戰(zhàn)斗部地面靜拋試驗(yàn)及實(shí)彈射擊試驗(yàn)，結(jié)果顯示改進(jìn)后的火工裝置能夠有效地防止竄火現(xiàn)象發(fā)生。相關(guān)內(nèi)容為該子母戰(zhàn)斗部火箭彈的性能優(yōu)化提供了技術(shù)支撐。

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[2]周長(zhǎng)省,鞠玉濤,朱福亞,等.火箭彈設(shè)計(jì)理論[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2005.

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[7]http://www.yuancailiao.net/trade/offerdetail-65722.aspx

[8]http://www.yuancailiao.net/trade/offerdetail-171456.

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