某型電點火具安全電流試驗發火研究

李便花，潘會平，肖友霖，孔俊峰，張忠心，武喜太

(1．山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000；2．駐陽泉地區軍代室，山西 陽泉045000)

某型電點火具安全電流試驗發火研究

李便花1，潘會平1，肖友霖2，孔俊峰2，張忠心1，武喜太1

(1．山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000；2．駐陽泉地區軍代室，山西 陽泉045000)

電點火具作為一種特殊能源，具有能量質量比高和輸入輸出能量可控的特點，在武器彈藥中的首發性和作用敏感性決定了它應具有較高的可靠性及安全性。隨著科學技術的不斷創新及產品的更新換代，對火工品的安全性要求越來越嚴格。產品的試驗方法與產品的設計生產具有同樣的重要性，產品是否符合技術要求應通過試驗進行檢驗，試驗方法及操作方法的合理性決定著產品的質量狀態，也是檢驗產品質量的最后一道關口。本文分別從理論設計與實際試驗操作中分析了某型電點火具安全電流內發火的原因，采取了針對性措施并通過了試驗驗證，規范了試驗方法及操作方法，解決了安全電流內發火問題，消除了安全隱患。

安全電流；發火；電點火具

隨著世界新軍事技術的快速變革發展，我國近年來啟動研發裝備一系列智能化和靈巧化彈藥。火工品是武器、彈藥及其他燃爆裝置的基本元器件，也是其“心臟”，用于點燃、起爆火炸藥或對燃爆裝置完成啟動和做功等程序，在常規武器彈藥、戰略導彈、核武器及航天航空等領域應用廣泛。火工品既是做功的元件，也是燃爆裝置作用過程的控制器件，其安全性和可靠性將直接關系到武器和燃爆裝置作用的精確性，安全性及可靠性，如有任何偏離，都可能導致武器和燃爆裝置作用失效或重大事故；因此，隨著大量高新武器的發展，對火工品的安全性和可靠性的要求越來越高[1]。

1 產品結構

某型電點火具由殼體、點火頭和藥劑等零部件組成，如圖1所示。

圖1 產品結構示意圖

2 電點火具安全電流

安全電流又稱安全流量或允許持續電流。當電流通過導線或電纜時，阻抗的存在會造成電能的消耗，使導線或電纜發熱，溫度升高。通過導線或電纜的電流越大，導線或電纜的溫度越高。當溫度上升至一定數值，可使導線或電纜的絕緣損壞，接外氧化加劇，從而引起漏電和斷線等，嚴重時可引起火災等事故。

電點火具的安全電流是根據電點火具的最大不發火電流和要求的設計裕度，對其規定的5 min內不發火的恒定直流電流。

安全電流的設計是為了保證產品發火回路在微電流及一些電磁環境形成雜散電流通過時，確保產品安全,不能發火。如果在安全電流內發火，會使彈丸意外作用，嚴重時會形成安全事故，對試驗人員生命構成威協，并嚴重損傷試驗設備。

3 安全電流測試原理

測試原理圖如圖2所示，圖中，E是電源，R是可變電阻，D是電點火具，A是安培表，K是開關。測量電點火具發火回路電阻，根據電源輸出的電流對可變電阻進行調整，使測試回路電流為設計技術指標要求的安全電流I0，將產品接入線路，閉合開關，持續5 min。

圖2 安全電流試驗測試原理

4 計算分析

4.1 理論計算分析

某型電點火具中的點火頭為橋絲式結構，產品設計規定發火電流為I1，安全電流為I0，可靠度為0.995(置信度為0.9)。

橋絲式電火工品的感度服從logitic分布。I1時的發火可靠度為Rf，I0時的發火可靠度為Rs。

當Rf=Rs時，50%發火感度值I50的計算公式為：

(1)

電點火具最大不發火電流Imax的計算公式為：

(2)

式中，k是工藝控制性能的變差參數，取0.08；p是最大發火率，在可靠度為0.995(置信度為0.9)的條件下，p為0.998 7(779/780)，則Imax(理)=0.707I50(理)，Imax(理)/I0=3.87(>2)。通過理論計算可知，最大不發火電流Imax(理)是安全電流I0的3.87倍，超出一般設計2倍的冗余量；因此，從設計理論上分析，給電點火具安全電流I0時，電點火具不會發火。

4.2 實際計算分析

橋絲式電火工品的感度服從logitic分布，logitic分布屬對稱型分布，所以用升降法感度試驗直接對點火頭發火進行測試，得到50%發火感度值及標準標準偏差σ。通過3組90發產品試驗，得到I50(實)=0.918I50(理)，標準偏差為σ(實)，根據公式K=σ/I50,計算得知k(實)=0.078 2,

將I50(實)、k(實)代入式2，得出Imax(實理)=0.632I50(理)，則Imax(實理)/I0=3.427(>2)。從實際產品計算可知，最大不發火電流Imax(實理)是安全電流I0的3.427倍，也超出一般設計2倍的冗余量；因此，從實際應用分析可知，給電點火具安全電流I0時，電點火具不會發火。

5 安全電流內發火的原因分析

某型電點火具在靶場交驗時，8發產品串聯進行安全電流試驗，當試驗人員撤離產品擺放場地，按下電源按鈕瞬間，8發產品同時發火。

電點火具安全電流內發火的直接原因是電點火頭發火。促使電點火頭發火的因素有：1)電點火頭本身質量問題；2)1發產品發火后引爆其余7發產品形成殉爆；3)試驗中實際供給產品的I0(實)已超過指標I0的要求。

5.1 電點火頭本身分析

電點火頭由導線、橋絲和混合點火藥組成，生產完成單獨進行各項性能交驗，交驗合格后才能正式裝配某型電點火具。

1)橋絲。電點火頭用橋絲為鎳鉻合金絲，入廠后嚴格按入廠檢驗驗收標準，在顯微鏡下對其外觀、尺寸進行了檢驗，抗拉強度符合指標要求，在該電點火頭生產、交驗過程沒有發現異常情況，且該型鎳鉻合金絲還適用于另一型電點火頭，另一型電點火頭生產過程、交驗過程及裝配其他點火具性能全部合格。該電點火頭用鎳鉻合金絲沒有質量波動。

2)混合藥劑。電點火頭用藥劑約(m1±0.04)mg，經查該批混合藥劑約2 kg，全部經過檢驗驗收，成份配比、感度、水分和爆熱全部符合要求，且用于了另外2種電點火頭生產，2種電點火頭質量完全符合技術要求，沒有出現異常情況。該電點火頭用混合藥劑沒有質量波動。

3)電點火頭交驗試驗。電點火頭生產完成后，各項性能指標交驗驗收合格后才能裝配于某型點火具中，查交驗驗收原始記錄，125發進行了安全電流I0內5 min不發火試驗，全部符合要求，沒有出現發火現象；125發進行了發火電流I1的發火試驗，產品全部發火，未出現瞎火現象；其他性能試驗全部符合驗收技術要求，電點火頭交驗試驗沒有異常。

5.2 形成殉爆分析

該故障為8發產品全部發火。試驗時，8發產品放置在試驗場地的試驗工裝內，是否因某發產品本身的缺陷而造成殉爆。隨機抽取該批產品8發，使用發火回路，在發火回路中只接入1發產品，其余7發產品按照安全電流試驗時的擺放方式進行放置，線路不進行串聯，給發火回路通以發火電流I1，電點火具發火，檢查其余7發點火具，其中擺放緊靠發火電點火具的1發口部有熏黑現象，7發產品全部未發火。

5.3 試驗分析

5.3.1 試驗方法

根據串聯電路和安全電流測試原理，在串聯電路中，通過各個產品的電流是相同的，因此試驗部門為提高試驗效率，將需要做安全電流試驗項目的8發產品全部串聯在線路中，雖然國家軍用標準中沒有明確回路中的產品數量，但多發產品的串聯如果一旦出現意外，尤其是藥量較大，能量高的產品就會產生不可預估的后果，有時甚至出現安全事故。

5.3.2 試驗人員

產品故障發生后，對試驗人員進行培訓檢查，發現該次組織試驗的技術員是一位到崗不久的學生，在之前都在另一位技術人員的帶領下組織試驗，沒有單獨組織過試驗，對新電源及舊電源沒有完全了解到位。

5.3.3 試驗儀器

故障發生后，對所有試驗儀器全部進行了斷電，不允許對任何儀器儀表進行恢復，保留了試驗的狀態。對所有試驗儀器儀表進行檢查時，發現穩壓電源是新購置的，剛檢定合格，第1次使用，其余儀器均在合格檢定期內。

5.3.4 操作檢查

產品安全電流試驗發火后，對新的穩壓電源進行檢查時，發現輸出的按鈕調在恒流狀態，輸出的電壓按鈕調至電壓的最高檔位U1，與試驗工藝要求的恒壓狀態和電壓擋位不同。

針對上述問題，將圖2中的產品換為模擬品，沒有藥劑，電阻與產品電阻相同，用示波器測試2種不同輸出加載于產品上的電壓情況，試驗原理圖如圖3所示，圖3中，E是電源，R是可變電阻，D1是模擬產品，A是安培表，K是開關，U是示波器。將電源輸出電壓按鈕調至電壓的最高擋位U1，計算并調節R使回路電流為I0，將輸出的按鈕分別調至恒流與恒壓狀態下進行試驗，示波器監測通過模擬產品的電壓波形如圖4和圖5所示。

圖3 檢測模擬產品安全電流I0時的電壓情況

圖4 U1時恒流狀態下電源起動加載于模擬產品的電壓形式

圖5 U1時恒壓狀態下電源起動加載于模擬產品的電壓形式

恒壓輸出時，開關K閉合，加載于模擬產品上的電壓沒有波動，電流為安全電流I0不發生變化。而恒流輸出時，開關K閉合，起初有1個毫秒級的陡峭脈沖電壓峰值，在一定時間后加載于模擬產品上的電壓才能恒定，通過模擬產品的電流為I0。

通過與產品試驗狀態一致的檢測試驗分析，電源輸出恒流狀態下示波器在電源啟動顯示陡峭峰的電壓值為U2，根據歐姆定律可得，此時加載于產品上的I0(實)為2.4倍的I1。而Imin(實理)實際理論計算如下：

(3)

將I50(實)、k(實)代入式3中，得出Imin(實理)=1.211I50(理)，由此可知，加載于產品上的電流I0(實)遠遠大于產品最小全發火電流Imin(實理)，也超出了指標規定的發火電流I1；因此，產品在電源按鈕按下瞬間產品全部發火。

6 改進措施

針對電點火具安全電流內發火，采取如下改進措施。

1)對試驗技術員進行培訓，嚴格按照工藝要求進行操作，試驗過程要嚴謹、細致，對新舊儀器的差別要掌握。

2)試驗時對每1發產品進行試驗，不能為了節約時間，將產品全部串聯。

3)試驗時將電源電壓擋位調至工藝規定的U3位置，輸出調至恒壓狀態，對全部線路進行檢測無異議后，再進行產品試驗。

通過上述措施，經240余發產品安全電流I0測試，無1發產品發火。

7 結語

1)產品試驗是產品出廠前的最后一個程序，它決定著產品的品質。試驗方法不得當，會將質量優良的產品判為不合格品。穩壓電源中恒壓與恒流輸出的直流電方式不同，給產品加載的能量也不同，產品的性能試驗會受到嚴重影響。

2)使用新儀器應提前做驗證試驗，了解各種儀器的使用特點后才能進行正式試驗，不能盲目使用。

3)工藝是法律，在產品實現的各個過程都應遵守工藝要求，違反工藝操作會對產品帶來質量隱患。是否嚴格遵守工藝要求，對產品質量判定結果起決定性作用。

[1] 王凱民，張學舜.火工品工程設計與試驗[M]. 北京：國防工業出版社，2010.

責任編輯馬彤

ExperimentalResearchonFiringofNo-firingCurrentsforSomeElectricIgniter

LI Bianhua1, PAN Huiping1, XIAO Youlin2, KONG Junfeng2, ZHANG Zhongxin1, WU Xitai1

(1.Shanxi North Jindong Chemical Industry Co., Ltd., Yangquan 045000, China; 2.Military Representative Office in Yangquan Locality, Yangquan 045000, China)

As a special energy, electric igniter has high energy & mass ratio, input & output energy controllable, first firing and action sensitivity in weapons and ammunition has decided it must be higher reliable and safe. With the continuous innovation of science and technology and upgrading of products, the requirements to safety of initiators & pyrotechnics have become stricter and stricter. The test method and design & production of products possess the same important position, it must be through the test to check whether products meet the technical requirements. The rationality of test method & operation method decides quality condition of products, which is also the last line of a gate to check quality of product. The paper analyzed the reasons about firing of no-firing currents for some electric igniter in theoretical design and practical test operation, and adopted corresponding measures. Through verification tests, test method and operation method have been standardized, the firing question of no-firing currents have been solved, potential safety hazard that accidental firing of no-firing currents has been eliminated.

no-firing currents, firing, electric igniter

TQ 565

：B

李便花(1971-)，女，高級工程師，主要從事工藝技術研究與生產工藝技術管理工作。

2014-10-15