藺美君，賈寧科，劉海旭，楊正才，陳 雨，王 敏

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一種抗高過載高離心旋轉(zhuǎn)的全密封火焰延期點(diǎn)火管

藺美君，賈寧科，劉海旭，楊正才，陳 雨，王 敏

（特種能源集團(tuán)西安慶華公司，陜西 西安，710025）

為了研制一種既能抗徑向高過載的沖擊，又能滿足高離心旋轉(zhuǎn)條件下延期精度的全密封火焰延期點(diǎn)火管，進(jìn)行了閉氣機(jī)構(gòu)設(shè)計及試驗驗證。研究表明：采用組合化單孔傳火墊片設(shè)計，解決了延期點(diǎn)火管徑向抗高過載沖擊的問題；采用閉氣機(jī)構(gòu)設(shè)計，提高了延期點(diǎn)火管在高離心過載條件下的延期精度和輸出性能穩(wěn)定性。在系統(tǒng)試驗中，該延期點(diǎn)火管均可靠作用。

火焰延期點(diǎn)火管；延期精度；高過載；閉氣機(jī)構(gòu)；單孔傳火墊片

在武器系統(tǒng)中，通常使用延期類火工品以保證在一定時間后準(zhǔn)確完成其功能。采用延期藥的延期火工品結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，特別適合用于大量非電激發(fā)類火工品，所以，軍事用途的延期火工品基本上采用微氣體延期藥實現(xiàn)其延期功能。延期點(diǎn)火管的延期時間精度直接影響武器系統(tǒng)的精度，因此對延期點(diǎn)火管的延期精度有較高要求。本文介紹一種密封式閉氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過采用組合化單孔傳火墊片設(shè)計，解決了徑向、軸向抗高過載沖擊的難題，保證了火炮膛內(nèi)發(fā)射的安全性；通過采用單向傳火、反向錯位閉氣機(jī)構(gòu)，增大燃燒氣室內(nèi)壓力，抵抗離心力對藥劑的沖擊，使藥劑燃燒趨于穩(wěn)定，提高產(chǎn)品在離心過載條件下作用可靠性及性能穩(wěn)定性，在50～240rps離心轉(zhuǎn)速條件下延期精度達(dá)到15%以內(nèi)。

1 使用技術(shù)要求

1.1 延期時間

在50~240rps轉(zhuǎn)速條件下，延期點(diǎn)火管的延期時間為0.60~1.00s。

1.2 抗過載能力

（1）發(fā)射過載：大于等于25 000g；（2）拋射過載:大于等于15 000g。

1.3 濕熱

延期點(diǎn)火管在溫度（60±2）℃、相對濕度不小于95%的條件下，放置48h，不允許發(fā)火和結(jié)構(gòu)損壞。

1.4 高溫

延期點(diǎn)火管在（70±2）℃溫度下保溫4h，不允許發(fā)火和結(jié)構(gòu)損壞。

1.5 低溫

延期點(diǎn)火管在（-55±2）℃溫度下保溫4h，不允許發(fā)火和結(jié)構(gòu)損壞。

1.6 可靠性

置信度為0.9時，可靠度大于等于0.995。

1.7 貯存年限

在標(biāo)準(zhǔn)軍用倉庫的環(huán)境條件下，貯存年限為15a。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

延期點(diǎn)火管主要由密封片、墊環(huán)、閉氣機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火藥、引燃藥、延期藥、輸出裝藥和加強(qiáng)帽等組成，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 全密封火焰延期點(diǎn)火管結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 閉氣機(jī)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 閉氣機(jī)構(gòu)設(shè)計思想

延期藥燃燒時一般都要產(chǎn)生氣體，對產(chǎn)生氣體量多的可設(shè)計成通氣式結(jié)構(gòu)，有小孔和外界相通，使產(chǎn)生的氣體及時逸出，或者設(shè)計較大氣室空腔，降低燃燒氣室壓力，保證燃速穩(wěn)定[1-2]。然而這種傳統(tǒng)常用的延期點(diǎn)火管的結(jié)構(gòu)設(shè)計在高離心過載條件下很難滿足其延期精度要求。

在傳統(tǒng)泄氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管設(shè)計中，其內(nèi)部藥劑燃燒后產(chǎn)生的氣壓通過泄氣孔泄壓。該延期點(diǎn)火管在作用過程中始終受到徑向離心過載，延期藥會出現(xiàn)藥劑松動現(xiàn)象，延期藥密度發(fā)生變化。離心過載越大，藥劑松動現(xiàn)象越嚴(yán)重，密度變化越大，延期藥燃燒越快，導(dǎo)致延期點(diǎn)火管在受到不同徑向離心過載沖擊下，延期時間散差大。為抵抗延期點(diǎn)火管在離心條件下的徑向過載，通常采取增大壓藥密度的方式。由于延期點(diǎn)火管的尺寸小，裝藥采用直壓式裝藥結(jié)構(gòu)，增大壓藥密度可以提高延期點(diǎn)火管在不同離心過載下延期藥劑燃燒的穩(wěn)定性，但嚴(yán)重時會造成延期藥斷火或燃燒不完全，存在較高的失效幾率。因此，采用錯位閉氣機(jī)構(gòu)設(shè)計，其內(nèi)部藥劑燃燒后在藥室內(nèi)形成氣壓，在保證穩(wěn)定燃燒的壓藥密度上增加內(nèi)壓來抵抗外壓，增強(qiáng)了抗力措施。由于藥劑燃速與壓力呈指數(shù)關(guān)系，減小了離心過載對延期藥燃燒的影響，提高了延期點(diǎn)火管的延期精度及可靠性。并且該錯位閉氣機(jī)構(gòu)使延期點(diǎn)火管內(nèi)部藥劑只能沿著輸出端方向燃燒，提高了產(chǎn)品作用可靠性。兩種機(jī)構(gòu)的內(nèi)外受力如圖2所示。

圖2 延期點(diǎn)火管泄氣機(jī)構(gòu)與錯位閉氣機(jī)構(gòu)內(nèi)外受力圖

2.2.2 錯位閉氣結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文介紹的延期點(diǎn)火管采用錯位閉氣機(jī)構(gòu)，利用燃燒氣室的壓力抵抗高離心過載對延期藥燃燒的沖擊，把對燃燒穩(wěn)定性不利的壓力轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定燃燒的助力。錯位閉氣機(jī)構(gòu)由殼體、支撐環(huán)、點(diǎn)火藥、組合化單孔傳火墊片組件等組成，結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。支撐環(huán)端面有3個傳火孔，見圖4。

圖3 錯位閉氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)產(chǎn)品使用條件，在發(fā)射過載、拋射過載的作用下產(chǎn)品內(nèi)部單孔金屬傳火墊片會發(fā)生移動（見圖5），與其接觸的藥劑相互摩擦，易導(dǎo)致藥劑發(fā)火。為提高延期火工品能承受徑向正向25 000g（發(fā)射過載）、反向15 000g過載（拋射過載）能力，在單孔傳火墊片前、后各增加1個聚四氟乙烯單孔緩沖墊片，且緩沖墊片外徑與殼體內(nèi)徑緊配合。組合化單孔傳火墊片組件如圖6所示。

圖4 支撐環(huán)示意圖

圖5 單孔傳火墊片受力示意圖

采用的緩沖墊片能避免藥劑與傳火墊片直接接觸，同時非金屬材料的摩擦系數(shù)大，在徑向高過載作用下能減緩傳火墊片移動速度，有效降低傳火墊片與藥劑的摩擦發(fā)火，提高延期火工品抗高過載能力。

圖6 組合化單孔傳火墊片組件示意圖

2.2.3 錯位閉氣機(jī)構(gòu)工作原理

在子彈飛行過程中，在錯位離心轉(zhuǎn)速為50～240rps條件下，上級點(diǎn)火源輸出能量沖破點(diǎn)火管的密封片，通過支撐環(huán)的3個小孔點(diǎn)燃點(diǎn)火管輸入端的點(diǎn)火藥，點(diǎn)火藥燃燒生成的點(diǎn)火能量穿過組合化單孔傳火墊片組件點(diǎn)燃下一級點(diǎn)火藥；點(diǎn)火藥燃燒后產(chǎn)生的燃?xì)饧皦毫σ环矫嫱苿咏M合化單孔傳火墊片組件與3孔支撐環(huán)端面貼緊，形成密閉氣室，另一方面點(diǎn)燃引燃藥、延期藥；點(diǎn)火藥及引燃藥產(chǎn)生的燃?xì)馐箽馐覂?nèi)壓力增大，抵抗外界高離心過載對延期藥燃燒的沖擊，使延期藥在密閉氣室內(nèi)以穩(wěn)定的燃速平行層燃燒，經(jīng)一定的時間后點(diǎn)燃輸出藥，輸出藥產(chǎn)生的高溫高壓火焰點(diǎn)燃下一級火工品。工作原理圖見圖7。

圖7 閉氣機(jī)構(gòu)工作原理圖

2.3 全密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于延期火工品的性能是延期點(diǎn)燃下一級，密封性對其性能影響較大。延期火工品密封性主要從輸出端密封和輸入端密封兩方面進(jìn)行設(shè)計。在輸入端放入密封蓋片進(jìn)行多次收口，再在密封蓋片與殼體接合縫涂丙烯酸清漆，保證輸入端的密封。輸出端放入加強(qiáng)帽后，進(jìn)行多次收口，然后在加強(qiáng)帽和殼體接合縫涂密封漆，保證輸出端密封。

3 性能試驗及結(jié)果

3.1 延期時間試驗

對采用錯位閉氣機(jī)構(gòu)的延期點(diǎn)火管與傳統(tǒng)泄氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管在離心轉(zhuǎn)速分別為50rps和240rps條件下進(jìn)行延期時間測試，試驗結(jié)果見表1~2。

表1 泄氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管動態(tài)測試結(jié)果

Tab.1 Dynamic test result of the delay igniter with venting mechanism

表2 閉氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管動態(tài)測試結(jié)果

Tab.2 Dynamic test result of the delay igniter with dislocation obturation mechanism

由表1~2試驗結(jié)果可以看出，閉氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管在離心條件下的延期時間散差小，且離心轉(zhuǎn)速對延期時間基本無影響；采用泄氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管在離心條件下的延期時間散差較大，延期時間受離心轉(zhuǎn)速影響較大。

對采用錯位閉氣機(jī)構(gòu)的延期點(diǎn)火管與傳統(tǒng)泄氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管在靜態(tài)條件下進(jìn)行高溫、低溫、常溫延期時間測試，試驗結(jié)果見表3~4。

表3 泄氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管靜態(tài)測試結(jié)果

Tab.3 Static test result of the delay igniter with venting mechanism

表4 閉氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管靜態(tài)測試結(jié)果

Tab.4 Static test result of the delay igniter with obturation mechanism

由表3~4試驗結(jié)果可以得出，在靜態(tài)條件下傳統(tǒng)泄氣機(jī)構(gòu)延期點(diǎn)火管比閉氣機(jī)構(gòu)的延期點(diǎn)火管延期時間散差小，延期時間精度高。

3.2 抗過載強(qiáng)度試驗

延期點(diǎn)火管在發(fā)射過載（29 000g）、拋射過載（15 000g）條件下，進(jìn)行30發(fā)抗過載強(qiáng)度試驗考核，試驗結(jié)果見表5。

表5 抗過載強(qiáng)度試驗結(jié)果

Tab.5 Test result of the delay igniter withstanding high overload

3.3 密封性試驗

延期點(diǎn)火管在溫度為60℃、相對濕度為95%條件下放置48h，進(jìn)行濕熱試驗考核[3]。試驗結(jié)果見表6。

表6 密封性試驗結(jié)果

Tab.6 Test result of sealing property of the delay igniter

由表6試驗結(jié)果可以看出，經(jīng)濕熱環(huán)境考核后， 延期點(diǎn)火管均可靠作用，且延期時間滿足指標(biāo)要求。說明延期點(diǎn)火管密封結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，密封性能好。

3.4 貯存壽命試驗

延期點(diǎn)火管按GJB736.8-1990火工品試驗方法71℃試驗法[4]進(jìn)行加速壽命試驗考核，試驗時間42d，相當(dāng)于15a。試驗結(jié)果見表7。

表7 貯存壽命試驗結(jié)果

Tab.7 Test result of the storage life of delay igniter

3.5 系統(tǒng)試驗

在系統(tǒng)地面、飛行等各種聯(lián)合試驗中，延期點(diǎn)火管均可靠作用，滿足總體使用要求。

4 結(jié)論

單向傳火、反向閉氣結(jié)構(gòu)設(shè)計是一種新的設(shè)計思路，能夠提高離心條件下點(diǎn)傳火可靠性和延期精度；緩沖單孔傳火墊片組件的設(shè)計，解決了徑向、軸向抗高過載沖擊的難題；采用全密封結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了耐濕熱的環(huán)境要求。該小型延期點(diǎn)火管設(shè)計結(jié)構(gòu)為火工品抗離心高過載提出新的設(shè)計思路。

[1] 蔡瑞嬌.火工品設(shè)計原理[M].北京:北京理工大學(xué)出版社, 1999.

[2] 王凱民.軍用火工品設(shè)計技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社, 2006.

[3] 王凱民.火工品工程[M].北京:國防工業(yè)出版社,2014.

[4] GJB736.8-1990 火工品試驗方法71℃試驗法[S].國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會,1990.

A Full-sealed Flash Delay Igniter with Anti-high Overload and Anti-high Centrifugal Rotation Preperties

LIN Mei-jun, JIA Ning-ke, LIU Hai-xu, YANG Zheng-cai, CHEN Yu, WANG Min

(Xi’an Qinghua Company of North Special Energy Group, Xi’an, 710025)

In order to study a full-sealed delay igniter, which can withstand high overload shock and meet delay precision under the high centrifuge rotaion environment, the obturation mechanism was designed and tested. The test results show that using combinatorial single-hole transmission design can solve the problem of radial withstanding high overload, and using obturation mechanism design, the delay precision and output performance stability under high centrifugal overload of delay igniter were improved. The delay igniters can all reliable function in system test.

Flash delay igniter；Delay precision；High overload；Obturation mechanism；Single-hole transmission gasket

1003-1480（2018）05-0001-04

TJ45+4

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.05.001

2018-06-17

藺美君（1983 -），男，高級工程師，主要從事火工品產(chǎn)品技術(shù)研究。