曹海洋，褚恩義，秦國圣，周 密，曾澤剛，楊龍海

（陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所 應(yīng)用物理化學(xué)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安，710061）

火工品是武器系統(tǒng)的首發(fā)元件，因此火工品技術(shù)是爆炸能量釋放控制關(guān)鍵技術(shù)，是先進(jìn)毀傷技術(shù)的重要支撐?；鸸て返陌踩浴⒖煽啃约捌湫苤苯雨P(guān)系到武器裝備的安全性、可靠性和效能的發(fā)揮，在武器裝備中的作用無法替代，鑒于其特殊地位，火工品被賦予了更高的要求[1]。

現(xiàn)代武器的主要方向之一為高能毀傷，作為能源供給的部分在整個(gè)武器系統(tǒng)中的比重受到壓縮，此種情況下，導(dǎo)彈儲(chǔ)備的能量受到限制，供應(yīng)給引信中雷管陣列的能量同樣受到限制。為了減少充電能量的浪費(fèi)和保證雷管陣列的可靠起爆，測試固定橋區(qū)、固定連接方式的雷管陣列的能量利用率十分必要[2]。

為考察橋箔串并聯(lián)等連接方式對(duì)橋箔電爆炸性能的影響，前人對(duì)兩點(diǎn)串聯(lián)、兩點(diǎn)并聯(lián)、三點(diǎn)串聯(lián)橋箔、三點(diǎn)并聯(lián)橋箔、兩點(diǎn)串聯(lián)后兩兩并聯(lián)四點(diǎn)橋箔進(jìn)行了橋箔電爆炸性能對(duì)比試驗(yàn)，由對(duì)比試驗(yàn)得出，串并聯(lián)方式的組合兼顧了串聯(lián)起爆的一致性和并聯(lián)起爆充分利用脈沖功率源能量的優(yōu)勢，對(duì)于提高多點(diǎn)起爆的同步性及提高橋箔爆炸的能量利用率均有助益[3]。

本文是在沖擊片雷管多點(diǎn)陣列優(yōu)化組合方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究如何充分利用脈沖功率源儲(chǔ)存的能量，提高沖擊片雷管起爆的能量利用率，保證沖擊片雷管陣列作用可靠性。通過對(duì)兩種串并聯(lián)方式的橋箔在不同的起爆電壓下進(jìn)行電爆炸性能試驗(yàn)，得出爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流的時(shí)間曲線，利用軟件積分處理進(jìn)行能量利用率的計(jì)算，以得到優(yōu)化的起爆電壓。

1 能量利用率的計(jì)算

本文主要研究了三點(diǎn)串聯(lián)及兩串、兩兩并聯(lián)四點(diǎn)兩種連接方式的能量利用率，通過測試收集了各個(gè)支路的爆發(fā)電流和爆發(fā)電壓隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，利用Origin數(shù)值處理軟件繪出爆發(fā)電壓、爆發(fā)電流的時(shí)間曲線，以時(shí)間為x軸，爆發(fā)電流、爆發(fā)電壓為y軸，典型圖像如圖1所示。

圖1 爆發(fā)電壓、爆發(fā)電流時(shí)間曲線Fig.1 The graph of exploding voltage and exploding current

對(duì)整個(gè)過程的爆發(fā)電壓、爆發(fā)電流進(jìn)行整合積分計(jì)算，所得出的陰影區(qū)面積為整個(gè)過程電容器在各個(gè)支路所放出的能量，典型圖像如圖2所示。

圖2 爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流積分曲線Fig.2 The integral graph of exploding voltage and exploding current

將各個(gè)支路電容器所放能量相加，所得結(jié)果即為整個(gè)爆發(fā)過程中電容器對(duì)多點(diǎn)陣列爆炸箔爆炸所釋放的能量。圖1中在爆發(fā)時(shí)刻t1時(shí)爆發(fā)電壓達(dá)到峰值電壓，爆炸箔爆炸，此時(shí)所消耗的能量為橋箔起爆所需能量，后續(xù)的電容器能量釋放沒有用于橋箔的起爆中。將峰值爆發(fā)電壓之前的爆發(fā)電壓、爆發(fā)電流曲線進(jìn)行積分，所得結(jié)果即為橋箔起爆所利用的能量，將各個(gè)支路所得結(jié)果相加得出橋箔爆炸所利用的總能量。將橋箔爆炸所利用的總能量除以電容器對(duì)多點(diǎn)陣列爆炸釋放的總電能，所得結(jié)果即為多點(diǎn)陣列的能量利用率。

2 試驗(yàn)及結(jié)果

在三點(diǎn)串聯(lián)的情況下測試了支路的爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流，以此繪畫圖像，并按照圖像進(jìn)行計(jì)算。對(duì)爆發(fā)點(diǎn)之前的爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流進(jìn)行積分得出爆炸所用的能量值，再將整個(gè)過程的爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流進(jìn)行積分求值，以得出整個(gè)過程電容器所放出能量。將兩者相除得出能量利用率。所得結(jié)果見表1。

表1 三點(diǎn)串聯(lián)橋箔爆發(fā)能量利用率Tab.1 The use ratio of energy about three bridges in series

通過表1的測試數(shù)據(jù)可以看出爆發(fā)能量利用率為一個(gè)曲線變化，隨著充電電壓的增大能量利用率提高，在2 800V時(shí)能量利用率達(dá)到峰值，然后隨著充電電壓的升高爆發(fā)能量利用率反而降低。說明在三點(diǎn)串聯(lián)的連接方式下存在能量利用率的最大值，在 2 800V的充電電壓下起爆時(shí)可靠性最高。

采用同樣的方法測試兩點(diǎn)串聯(lián)、兩兩并聯(lián)的四點(diǎn)陣列的能量利用率最大值，結(jié)果見表2。

表2 兩串兩并四點(diǎn)橋箔爆發(fā)能量利用率Tab.2 The use ratio of energy about four bridges with two in parallel and two in series

通過表2結(jié)果可以看出，兩點(diǎn)串聯(lián)、兩兩并聯(lián)的四點(diǎn)起爆陣列的能量利用率變化不大，絕大部分在20%～40%范圍內(nèi)，只在3 200V時(shí)有一個(gè)突躍，達(dá)到約50%，說明在3 200V時(shí)能量利用率最大，可靠性最高。

3 結(jié)論

通過測試多點(diǎn)起爆時(shí)的爆發(fā)電壓和爆發(fā)電流值，以此計(jì)算不同連接方式的能量利用率，得出三點(diǎn)串聯(lián)在2 800V、兩串兩并四點(diǎn)在3 200V時(shí)起爆的能量利用率最高。確定了多點(diǎn)陣列的合理起爆電壓，對(duì)提高多點(diǎn)陣列的可靠性、減少能量浪費(fèi)具有重要意義。

[1]智小琦,胡雙啟,王東青.鈍感彈藥的發(fā)展與分析[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào),2008,29(3):236-238．

[2]張軍,李濤,陳軍,等．爆炸箔電參數(shù)的測試方法[J]. 高能量密度物理,2007,6(2):51-54．

[3]秦國圣．沖擊片雷管起爆陣列及其控制技術(shù)[D]．西安：陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，2011．