柔性爆炸網絡用無起爆藥起爆接頭研究*

樊龍龍

(海軍裝備部 西安 710025)

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柔性爆炸網絡用無起爆藥起爆接頭研究*

樊龍龍

(海軍裝備部 西安 710025)

為適應現代武器對起爆裝置高安全性、高能量輸出、小型化的要求,論文探討了炸藥粒度對其沖擊波感度、輸出能力(爆速)和起爆深度的影響,研究了超細導爆索對不同裝藥密度的JO-11C傳爆藥的起爆能力及輸出能力的影響,并根據試驗,確定了起爆接頭裝藥及其結構設計。

爆炸邏輯網絡; 亞微米級炸藥; JO-11C傳爆藥; 起爆接頭

Class Number TJ455

1 引言

隨著武器系統和火工技術的發展,非電傳爆系統在航天、航空和武器系統的應用越來越廣泛,目前國內大量使用的非電傳爆系統輸出元器件一般都含有敏感的起爆藥,例如PbN6、三硝基間苯二酚鉛,不能用于安全性要求更高的武器系統。根據安全性要求,必須采用無起爆藥,為提高整個非電傳爆系統的安全性,需要設計一種安全可靠、裝藥符合許用傳爆藥、能量輸出更高的起爆轉換接頭。

研究無起爆藥的非電傳爆系統關鍵是小直徑限制性導爆索直接起爆猛炸藥的裝藥結構設計及其起爆可靠性。國內外研究的初步結果表明[1]:亞微米粉體炸藥具有感度選擇性和爆轟更完全的明顯特點。而以亞微米級炸藥為主體炸藥的傳爆藥(簡稱超細傳爆藥)具有更好的起爆性能[2]。張楓等[3]研究了一種適用于高溫環境條件下使用的非電傳爆系統無起爆藥的傳爆接頭,并對其性能進行了研究,由于以HNS-Ⅱ為主裝藥,起爆能量與以HMX為主裝藥的相比較小,不能適應現代武器彈藥低感度的要求。龔翔對小藥量柔性導爆索的傳爆可靠性進行了理論分析和試驗驗證[4],確定了藥芯(HNS-Ⅱ)的臨界直徑、銀索的外徑與爆速的關系,為無起爆藥限制性導爆索接頭的研究提供了技術支撐。因此,研究小直徑導爆索直接起爆超細傳爆藥具有非常好的發展前景,同時為進一步開展亞微米炸藥應用奠定基礎。本文探討的重點是無起爆藥起爆接頭設計,采用了臺階裝藥結構,通過試驗研究了超細導爆索直接起爆不同密度超細傳爆藥裝藥的起爆能力。

2 起爆接頭裝藥的選擇

炸藥的沖擊波感度越高越容易被導爆索引爆,在猛炸藥中,較為敏感的是太安,尤其是細結晶太安的沖擊波感度最高,但其不符合國家許用傳爆藥相關規定及要求,根據非均相炸藥沖擊波起爆的理論研究可知,炸藥的微觀結構特征(孔隙率、粘度、粒度、屈服強度等)對炸藥的熱點點火和爆轟過程均有強烈影響,從而對炸藥的沖擊波感度產生強烈影響。由導爆索直接起爆的第一級裝藥一方面作為被發裝藥由導爆索起爆,另一方面又作為主發裝藥來起爆下一級擴爆藥,所以要求第一級裝藥既要有很好的沖擊波感度,又要有足夠的輸出威力。張景林等[5]研究發現,亞微米的HMX、HNS、PETN、RDX炸藥較普通粉體炸藥更容易起爆,能量輸出更大,且在相同的條件下機械感度降低,提高了操作、貯存和使用過程中的安全性。HMX經超細化處理之后既有良好的沖擊波感度和安全性,又有足夠的輸出威力,因此起爆接頭裝藥選用以亞微米級奧克托今為主體炸藥的JO-11C傳爆藥。表1是幾種常見傳爆藥的性能。

表1 幾種傳爆藥的主要性能[2,6]

3 起爆接頭的結構設計

3.1 起爆接頭的結構選擇

柔性爆炸網絡所用導爆索是一種以撓性金屬為外殼,猛炸藥為藥芯的小直徑導爆索,主要用于爆轟傳遞,由于導爆索能量較低無法直接引爆沖擊波感度相對較低的傳爆藥和主裝藥,因此,必須設計一個過渡裝置將起爆能量放大,起爆接頭就是解決導爆索輸出端爆轟波的界面傳遞與爆轟成長的問題。

爆轟波從一種介質通過界面傳到另一種介質時,將會存在能量損失,因此,起爆接頭首先需要保證導爆索接頭與擴爆裝藥之間無間隙;另外徑向強約束也有利于爆轟成長。為此,將起爆接頭的設計為圖1所示的臺階式結構,這種結構介于常用的直插式結構和內錐套結構之間,加工方便,也便于壓藥和密度控制。

圖1 無起爆藥起爆接頭結構示意圖

圖2 無起爆藥起爆接頭結構圖

圖3 無起爆藥起爆接頭裝配實物圖

3.2 臺階級數及尺寸的確定

在滿足可靠傳爆和起爆的條件下,臺階級數越小越好,因為階數少,不僅加工方便,而且裝藥工藝也簡單,根據起爆接頭的尺寸情況,確定起爆接頭的臺階級數為2級,第一級臺階孔直徑定為φ2.2mm,第二級臺階孔直徑定為φ4mm。

由于第一臺階孔直徑比較小,僅為φ2.2mm,且工藝性要求需要起爆接頭壓完藥后才與導爆索進行對接,因此不再將導爆索伸進起爆接頭主裝藥中,僅通過起爆接頭的螺紋保證起爆接頭與限制性導爆索的藥面接觸緊密。

4 導爆索對不同裝藥密度的JO-11C傳爆藥起爆研究

導爆索起爆輸出接頭中第一級裝藥的影響因素主要分為三個方面:一是導爆索的因素;二是裝藥的因素,包括裝藥本身的性能、裝藥的粒度、密度等等因素;三是導爆索與裝藥的連接狀況。一般來說,用細索起爆相對大端面的裝藥時,徑向稀疏波的影響是首要考慮的不利因素。這一點可以通過在輸出接頭設計中選用沖擊波阻抗較大的材料,比如不銹鋼、鋁合金或者黃銅材料的裝藥管殼來加強徑向約束,以減少徑向稀疏波的不利影響。其次需要考慮的是索的端面平整程度以及索與待起爆裝藥的接觸緊密程度。超細導爆索為外徑φ1mm的銀芯導爆索,索芯裝藥為HNS-Ⅱ。試驗照片如圖4所示。

試驗中通過改變JO-11C傳爆藥的壓藥密度確定可以被導爆索起爆的合適的壓藥密度值。由于炸藥的沖擊波感度隨著壓藥密度的增加會呈現減小的趨勢,因此試驗從1.20g/cm3～1.70g/cm3的密度范圍內確定理想的裝藥密度,試驗結果如表2所示。

圖4 無起爆藥起爆接頭試驗照片

序號裝藥密度/g·cm-3試驗數量/發試驗結果鉛板炸孔/mm11．2054發有效起爆，1發失效7．9、8．2、8．0、7．621．305導爆索有效起爆炸藥裝藥8．2、7．9、8．4、7．7、8．531．405導爆索有效起爆炸藥裝藥8．4、8．0、8．6、7．8、8．441．505導爆索有效起爆炸藥裝藥8．2、8．5、8．3、8．8、7．951．605導爆索有效起爆炸藥裝藥8．5、8．4、8．6、8．2、8．861．655導爆索有效起爆炸藥裝藥8．1、8．6、8．4、8．7、8．571．705導爆索有效起爆炸藥裝藥8．9、8．7、9．0、8．5、8．681．645導爆索有效起爆炸藥裝藥8．6、8．4、8．2、8．5、8．191．685導爆索有效起爆炸藥裝藥8．7、8．5、8．2、8．6、8．4101．725導爆索有效起爆炸藥裝藥8．8、8．5、9．0、8．9、8．4

由表2的試驗結果可以看出,在導爆索輸出端第一級裝藥JO-11C傳爆藥的壓藥密度為1.30g·cm-3～1.70g·cm-3時,導爆索都能夠可靠起爆第一級裝藥,且鉛板炸孔均遠遠大于裝藥外徑,說明了JO-11C傳爆藥的沖擊波感度不僅非常好,而且還具備適當的威力和起爆性能[2],可以引爆下一級裝藥的要求。但考慮到如果炸藥密度過低,導爆索輸出爆轟產物在膨脹過程中,波陣面表面積增大,通過單位面積的沖擊波陣面的能量減少,波陣面上的壓力下降過快,而且由于起爆接頭密度過小,有可能造成炸藥孔隙的存在,部分能量消耗在孔隙氣體的加熱,這樣不利于爆轟波的傳遞;另外如果裝藥密度過大,所需的起爆能量越大。為此將起爆接頭第一級裝藥的密度控制在1.50g·cm-3～1.65g·cm-3,可保證起爆的可靠性。

5 輸出接頭威力測試

輸出接頭中JO-11C傳爆藥的裝藥量和壓藥密度直接影響著起爆下一級輸入接頭的可靠性,在技術狀態確定后,進行了不同JO-11C傳爆藥裝藥量的威力試驗和起爆可靠性匹配試驗。試驗結果如表3、表4所示。試驗圖片如圖5、圖6所示。

表3 JO-11C傳爆藥裝藥量的鉛板(GJB5309.18-2004)威力試驗結果

表4 輸出接頭鋼凹試驗結果

由表3試驗結果可以看出,隨著JO-11C傳爆藥裝藥量的增加,其輸出威力呈上升趨勢,考慮到起爆下一級輸入接頭的可靠性將裝藥量確定為180mg±5mg。

圖5 輸出接頭起爆威力鉛板試驗照片

圖6 輸出接頭起爆威力鋼凹試驗照片

但由于鉛板法是一種間接的、定量的靜態試驗方法,主要用于產品生產階段質量一致性的檢驗,其缺點是不能直接反映輸出是否形成了爆轟,用物理量來說明意義,較困難。而鋼凹法是一種間接的、定量的靜態試驗方法,其優點是能根據有無鋼凹炸痕可以直接判斷雷管等起爆類火工品是否發生了爆轟,其目的是測量雷管或導爆管軸向輸出的大小,以確定其起爆能力。

為此,在JO-11C裝藥量確定后,裝配26發產品進行了輸出接頭的鋼板凹痕試驗(GJB5309.16-2004),試驗結果如表4所示。

由表4中數據可知,輸出接頭鋼凹深度最小為0.42mm,符合一般雷管鋼凹炸深0.22mm～0.50mm的范圍,表明JO-11C傳爆藥已經完全形成爆轟。

6 結語

在柔性同步起爆網絡用無起爆藥起爆接頭的研制中,結合炸藥粒度對沖擊波感度、輸出能力和起爆深度的影響分析,選用了JO-11C傳爆藥作為導爆索的下一級裝藥,在此基礎上對超細導爆索對不同裝藥密度的JO-11C傳爆藥的輸出起爆能力進行了試驗研究,得出了索芯裝藥為六硝基芪,外殼為φ1mm的銀皮導爆索起爆JO-11C傳爆藥時被起爆第一級裝藥的密度范圍為1.3g·cm-3～1.7g·cm-3之間,在此基礎上確定了起爆接頭的結構和裝藥密度,保證了起爆、傳爆的可靠性。

[1] 雷波,史春紅,馬友林,等.超細HNS的制備和性能研究[J].含能材料,2008,2:138-141.

[2] 王保國,陳亞芳,張景林.亞微米HMX/FPM2602超細混合炸藥的制備工藝研究[J].含能材料,2008,4:142-145,148.

[3] 張楓,楊樹彬,楊安民,等.非電傳爆系統無起爆藥傳爆接頭的性能研究[J].火工品,2006,6:1-4.

[4] 龔翔.小藥量柔性導爆索的傳爆可靠性[J].火工品,1998,1:1-5.

[5] 張景林,呂春玲,王晶禹,等.亞微米炸藥的感度選擇性[J].爆炸與沖擊,2004,1:59-62.

[6] 葉迎華.火工品技術[M].北京:北京理工大學出版社,2007:8-12.

the Priming Adapter without Primary Explosive Used in Flexible Explosive Network

FAN Longlong

(Navy Equipment Department, Xi’an 710025)

In order to meet the needs of modern weapons for initiation devices with such performances as higher security, higher energy output capacity and miniaturized sizes, the effect of particle size on the shock wave sensitivity, detonation velocity, and igition depth in detonation is mainly discussed. The effect of the sub-micro blasting fuse on priming and output capacity of JO-11C booster explosive with different powder charge is also tested and relevant charge density for priming adapter and its design are generated based on the test results.

detonation logical network, sub-micro explosive, JO-11C booster explosive, priming adapter

2015年3月11日,

2015年4月23日

樊龍龍,男,碩士,工程師,研究方向:火工品質量監督。

TJ455

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.09.045