華 琦，趙 亮，葉淑琴，劉海旭，喬改霞

（北方特種能源集團(tuán)有限公司西安慶華公司，陜西 西安，710025）

武器裝備技術(shù)的不斷發(fā)展對(duì)火工裝置的可靠性和安全性提出了更高要求，可靠性和安全性可通過(guò)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)和保證。本點(diǎn)火裝置用于固體發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑點(diǎn)火，為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件（20MPa、12s、3 000℃）下的安全可靠、不漏氣要求和GJB 2865-97火箭和導(dǎo)彈固體發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中對(duì)使用藥劑的安全性要求，本研究設(shè)計(jì)了帶有安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的無(wú)起爆藥隔板點(diǎn)火裝置。

1 點(diǎn)火裝置設(shè)計(jì)

1.1 點(diǎn)火裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

點(diǎn)火裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用雙路冗余設(shè)計(jì)，主要由安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)點(diǎn)火器和裝藥管等組成，結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 點(diǎn)火裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic of ignition device structure

1.2 安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)點(diǎn)火器設(shè)計(jì)

安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)點(diǎn)火器主要由螺釘、分度盤、蓋帽、點(diǎn)火器組件、隔板裝藥本體、插頭、鉛封絲和鉛塊等組成，結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

1.2.1 隔板裝藥本體設(shè)計(jì)

隔板裝藥本體主要由本體、隔板裝藥和傳火管等組成，結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3。

圖2 安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)點(diǎn)火器簡(jiǎn)圖Fig.2 Schematic of ignitor with safety &arm mechanism

圖3 隔板裝藥本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.3 Schematic of through-bulkhead charge body

在借鑒火工品隔板起爆技術(shù)的基礎(chǔ)上，首先設(shè)計(jì)了隔板本體，材料選用耐熱鋼棒1Cr11Ni2W2MoV，通過(guò)雙路隔板裝藥設(shè)計(jì)，提高了點(diǎn)火裝置作用可靠性；通過(guò)隔板本體強(qiáng)度設(shè)計(jì)滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件（20MPa、12s、3 000℃）下的安全可靠、不漏氣要求。由于采用隔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證高可靠性、高安全性的同時(shí)具有很高的耐壓性和密封性。

隔板裝藥是點(diǎn)火裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，通常采用疊氮化鉛起爆藥傳爆。20世紀(jì)80年代起，國(guó)外研制了無(wú)起爆藥隔板點(diǎn)火器，使用太安和黑索今作為隔板裝藥；我國(guó)于20世紀(jì)90年代中期，使用超細(xì)太安作為隔板裝藥。雖然太安、黑索今和超細(xì)太安在安全性能上高于起爆藥，但仍然不能滿足GJB 2865-97對(duì)使用藥劑的安全性要求。通過(guò)調(diào)研、設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)的隔板裝藥選用超細(xì)A5傳爆藥，經(jīng)傳爆可靠性試驗(yàn)及裕度試驗(yàn)，確定了隔板厚度、受主端裝藥量及壓藥壓力、施主端裝藥量及壓藥壓力。

按此設(shè)計(jì)的隔板裝藥經(jīng)165發(fā)傳爆試驗(yàn)，無(wú)1發(fā)失效，結(jié)果表明選用超細(xì)A5傳爆藥替代起爆藥作為隔板裝藥設(shè)計(jì)是合理可行的，此設(shè)計(jì)不僅滿足了GJB2865-97對(duì)使用藥劑的安全性要求，而且使安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的隔爆效果更好、裕度更大。

1.2.2 點(diǎn)火器組件設(shè)計(jì)

點(diǎn)火器組件主要由隔爆件、點(diǎn)火器座、密封圈、線路板、2個(gè)鈍感電起爆器、2個(gè)傳爆管和2個(gè)濾波器等組成，結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4。點(diǎn)火器組件設(shè)計(jì)了兩路獨(dú)立的鈍感電起爆器和傳爆管，與隔板裝藥本體對(duì)應(yīng)，采用鈍感電起爆器與濾波器連接起爆方式，在具有高可靠性的同時(shí)提升了抗靜電、抗射頻、抗雜散電流、抗雷電等電磁環(huán)境能力。本文對(duì)鈍感電起爆器和傳爆管的設(shè)計(jì)在此不做詳述，主要介紹隔爆件、點(diǎn)火器座的設(shè)計(jì)。

（1）隔爆件設(shè)計(jì)。隔爆件外形為T形，示意圖見(jiàn)圖5。

圖4 點(diǎn)火器組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.4 Schematic of igniting elements

圖5 隔爆件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.5 Schematic of interrupter structure

隔爆件柱體為圓柱形，柱體端為六方形并有內(nèi)螺紋，便于定位安裝分度盤；隔爆端面的設(shè)計(jì)帶有2個(gè)傳火孔，90°凹槽用于解除保險(xiǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，突起的扇形用于隔爆件與點(diǎn)火器座解除保險(xiǎn)前與解除保險(xiǎn)后的定位。隔爆件的作用是當(dāng)電起爆器意外發(fā)火引爆傳爆管后防止隔板裝藥起爆，所以設(shè)計(jì)上選用機(jī)械強(qiáng)度好的熱軋不銹鋼棒1Cr18Ni9Ti材料加工，隔爆端面厚度設(shè)計(jì)為2mm。

（2）點(diǎn)火器座設(shè)計(jì)。點(diǎn)火器座設(shè)計(jì)為帶有中心孔、2個(gè)鈍感電起爆器安裝孔和2個(gè)濾波器安裝孔的十字形多孔異形件，結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖6。點(diǎn)火器座的中心孔外部設(shè)計(jì)為方形，用于安裝線路板，內(nèi)部設(shè)計(jì)為圓形孔，用于隔爆件柱體的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向；設(shè)計(jì)的電起爆器孔安裝鈍感電起爆器和傳爆管；濾波器孔與電起爆器孔呈直角設(shè)計(jì)，在小空間下互不干擾形成2路并聯(lián)傳爆序列；底端面與隔爆件的隔爆端面貼合，底端面的定位槽與隔板裝藥本體的定位銷配合，保證傳爆管與隔板裝藥對(duì)正，同時(shí)對(duì)隔爆件解除保險(xiǎn)前與解除保險(xiǎn)后進(jìn)行鎖定。

圖6 點(diǎn)火器座簡(jiǎn)圖Fig.6 Schematic of ignitor holder

1.2.3 安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)一般有回轉(zhuǎn)式隔爆和滑移式隔爆兩種方式，回轉(zhuǎn)式隔爆主要是通過(guò)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)使起爆位置與被起爆位置偏移一定位置達(dá)到可靠隔爆之目的；滑移式隔爆主要是通過(guò)隔板的滑動(dòng)堵塞起爆位置與被起爆位置的傳火通道，達(dá)到可靠隔爆之目的。不管采用那種方式隔爆，都要在回轉(zhuǎn)體或滑塊上設(shè)計(jì)安裝火工品的位置，在空間尺寸允許條件下，可采用上述方式設(shè)計(jì)。

本文所述的點(diǎn)火裝置因受尺寸和質(zhì)量條件限制，在安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，借鑒了回轉(zhuǎn)式隔爆和滑移式隔爆的設(shè)計(jì)原理，并依據(jù)GJB 2034-94要求（對(duì)于回轉(zhuǎn)式隔爆，轉(zhuǎn)子位于安全保險(xiǎn)位置50°或略大于50°處，應(yīng)能安全隔爆；對(duì)于滑移式隔爆，隔板在位于保險(xiǎn)位置和解除保險(xiǎn)位置的中間時(shí)，應(yīng)能安全隔爆；回轉(zhuǎn)式隔離裝置從保險(xiǎn)位置至解除保險(xiǎn)位置機(jī)械旋轉(zhuǎn)至少90°）設(shè)計(jì)了分度盤、隔爆件、點(diǎn)火器座，形成了回轉(zhuǎn)滑移式隔爆方式。分度盤中心六方孔為固定孔，與隔爆件的柱體六方配用，周邊36個(gè)小孔（φ 1.8mm）為刻度孔和連接孔，兩孔間角度為10°，箭頭用于位置指示。分度盤示意圖見(jiàn)圖7。

圖7 分度盤示意圖Fig.7 Schematic of index plate

分度盤在0（SAFE安全檔位）～50°時(shí)，依靠隔爆件自身強(qiáng)度和厚度將電起爆器意外起爆完全隔離，使點(diǎn)火裝置安全；分度盤旋轉(zhuǎn)至90°（ARM點(diǎn)火檔位）時(shí)，隔爆件上的傳火孔與傳爆管、隔板裝藥完全對(duì)正，使點(diǎn)火裝置可靠工作。分度盤帶動(dòng)隔爆件轉(zhuǎn)動(dòng)，在0°隔爆位置或90°起爆位置上，通過(guò)隔板裝藥本體與點(diǎn)火器座連接的定位銷將隔爆件鎖定，實(shí)現(xiàn)了隔爆安全、起爆可靠之目的。

1.3 裝藥管設(shè)計(jì)

裝藥管主要由藥管、定位環(huán)、支撐環(huán)、藥環(huán)、堵頭及固定銷等組成，結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖8。

圖8 裝藥管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.8 Schematic of charge tube

裝藥藥管材料選用環(huán)氧玻璃布管，在管壁上均勻設(shè)計(jì)多個(gè)排氣孔，用于快速均勻地點(diǎn)燃固體發(fā)動(dòng)機(jī)中的推進(jìn)劑，本藥管設(shè)計(jì)了15個(gè)φ6mm孔。

按照GJB 2865-97要求，裝藥管裝藥選用硼/硝酸鉀藥劑。根據(jù)固體發(fā)動(dòng)機(jī)要求，通過(guò)理論計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證，在滿足強(qiáng)度條件下，確定裝藥藥量、裝藥密度和裝藥尺寸；在堵頭與藥管螺紋處設(shè)計(jì)了2排24個(gè)孔鉚入固定銷，用以增強(qiáng)軸向輸出端強(qiáng)度。此外，為了防潮藥管外表面設(shè)計(jì)了密封膜，材料為滌綸薄膜或聚酯繪圖薄膜，用固化膠粘接；堵頭一端用固化膠粘接錫箔密封片，螺紋連接處涂膠密封。

1.4 點(diǎn)火裝置工作原理

使用前去除點(diǎn)火裝置鉛封絲，轉(zhuǎn)動(dòng)分度盤（由點(diǎn)火裝置之外的控制系統(tǒng)操作），將隔爆件旋轉(zhuǎn)至發(fā)火檔位，使傳火孔與傳爆管、隔板裝藥對(duì)正。點(diǎn)火裝置通以發(fā)火電流，鈍感電起爆器起爆傳爆管，傳爆管起爆隔板裝藥本體施主端裝藥，施主端裝藥工作后起爆受主端裝藥，受主端裝藥點(diǎn)燃傳火管，由傳火管點(diǎn)燃裝藥管中藥環(huán)，藥環(huán)燃燒產(chǎn)生高溫氣體點(diǎn)燃固體發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑，完成點(diǎn)火功能。

2 安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)隔爆試驗(yàn)情況

本文設(shè)計(jì)的鈍感電起爆器、傳爆管和隔板裝藥所進(jìn)行的試驗(yàn)在此不做詳述，主要介紹安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)隔爆試驗(yàn)。圖9（a）為安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)在安全位置0°時(shí)示意圖，被起爆位置與傳火孔位置邊緣最小間距為7.2mm；圖9（b）為安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)在發(fā)火狀態(tài)時(shí)示意圖，被起爆位置與傳火孔位置完全重合；圖9（c）為安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)在距離安全位置50°時(shí)示意圖，被起爆位置與傳火孔位置邊緣最小間距為1.5mm。為驗(yàn)證安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)隔爆與起爆的可靠性，分別在上述3個(gè)位置進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖9 不同位置下的安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)Fig.9 Safety &arm mechanism under different situation

表1 安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)隔爆起爆試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test result of the safety &arm mechanism

試驗(yàn)結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)滿足GJB 2034-94對(duì)于回轉(zhuǎn)式隔爆，轉(zhuǎn)子位于安全保險(xiǎn)位置50°或略大于50°處應(yīng)能安全隔爆，和回轉(zhuǎn)式隔離裝置從保險(xiǎn)位置至解除保險(xiǎn)位置機(jī)械旋轉(zhuǎn)至少90°可靠起爆的要求。

3 結(jié)論

（1）點(diǎn)火裝置在尺寸與質(zhì)量受限條件下，通過(guò)回轉(zhuǎn)滑移隔爆方式設(shè)計(jì)的安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，使起爆位置和被起爆位置固定，借助分度盤旋轉(zhuǎn)角度控制隔爆件位置，實(shí)現(xiàn)了可靠隔爆與起爆功能，消除了轉(zhuǎn)子或滑塊因起爆位置的移動(dòng)而造成的可靠性降低的影響。

（2）點(diǎn)火裝置具有安全檔位（SAFE）和點(diǎn)火檔位（ARM）的切換功能，所設(shè)計(jì)的安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)能保證安全檔位（SAFE）和點(diǎn)火檔位（ARM）反復(fù)切換500次以上結(jié)構(gòu)不損壞。

（3）點(diǎn)火裝置采用隔板起爆技術(shù)，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有很高的耐壓性和密封性，可滿足固體發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下（20MPa、12s、3 000℃）的安全可靠、不漏氣要求。

（4）隔板裝藥采用超細(xì)A5傳爆藥替代常用起爆藥設(shè)計(jì)，滿足GJB 2865-97火箭和導(dǎo)彈固體發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中對(duì)使用藥劑的安全性要求。

（5）點(diǎn)火裝置采用獨(dú)立雙路傳爆序列設(shè)計(jì)，提高了點(diǎn)燃固體發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑可靠性；采用鈍感技術(shù)及增加濾波器設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品抗惡劣電磁環(huán)境能力。

[1]GJB 344A-2005 鈍感電起爆器通用規(guī)范[S].國(guó)防科學(xué)技術(shù)委員會(huì),2005.

[2]GJB 373A-1997 引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[S].國(guó)防科學(xué)技術(shù)委員會(huì),1997.

[3]GJB 1244-1991電引信和電子引信安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[S].國(guó)防科學(xué)技術(shù)委員會(huì),1992.

[4]GJB 2034-1994 航天飛行器系統(tǒng)電爆分系統(tǒng)的安全要求和試驗(yàn)方法[S].國(guó)防科學(xué)技術(shù)委員會(huì),1995.

[5]GJB 2865-1997火箭和導(dǎo)彈固體發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[S].國(guó)防科學(xué)技術(shù)委員會(huì),1997.

[6]王凱民,溫玉全,編著.軍用火工品設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006.

[7]劉竹生,王小軍,朱學(xué)昌,等.航天火工裝置[M].北京:中國(guó)宇航出版社,2012.