一種新型安全點火裝置

何鋒彥，王 蕾，楊正才，劉海旭，王海清，苗艷勤

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一種新型安全點火裝置

何鋒彥1，王 蕾2，楊正才1，劉海旭1，王海清1，苗艷勤1

（1.北方特種能源集團西安慶華公司，陜西 西安，710025；2.陸軍裝備部駐西安地區軍代局駐西安地區第一軍代室，陜西 西安，710061）

為滿足武器系統安全保險及可靠點火的需求，設計了一種新型的安全點火裝置，分析了其結構組成和工作原理，通過試驗驗證該點火裝置在解除保險后能夠可靠導通點傳火通道，在不解除保險時不導通點傳火通道，防止點火裝置意外發火。本研究為點火裝置類產品的安全性和可靠性設計提供一種新的思路。

點火裝置；安全；保險；設計

由于某武器系統要求在武器系統勤務處理和發射初始階段保證安全，既該武器系統的點火裝置不能點火，處于隔離狀態；在武器系統發射過程中，點火裝置應能可靠點火，保證武器系統的正常發射。筆者基于以往的相關研究[1-2]，在設計上將安全保險機構與點火機構有效地結合，研制一種新的安全點火裝置。

1 安全點火裝置的結構及作用原理

1.1 結構

根據某武器系統的具體要求，該安全點火裝置應設有手動保險和電動保險雙保險機構[3]，在其中任何一個保險解脫時，該裝置仍處于安全隔爆狀態，點火裝置意外點火不會引起武器的啟動和發射，保證武器在組裝、運輸、布設等勤務處理過程中的安全性；當兩個保險同時解脫時，點火裝置應能可靠作用點燃武器的發射裝藥，實現武器發射。根據總體對尺寸的要求，將該安全點火裝置設計為細長形。其結構見圖1~2。

該裝置包括外殼、電動保險（鈍感電點火管）、隔爆桿、傳火閉氣機構、手動保險、電點火器、定位機構等7部分組成，該裝置能保證整個武器在組裝、運輸、布設、回收等勤務處理過程中的安全性，保證接受點火指令后點傳火的可靠性。

圖2 安全點火裝置結構示意圖（解除保險狀態）

1.2 作用原理

當武器布設到預定位置時，通過人工操作將手動保險桿轉動90°并拉出，再轉動90°后自動鎖定位置，保險桿離開手動保險上的密封帽，處于手動保險解脫狀態，手工布設完畢。當該武器接到啟動信號時，向電動保險的鈍感電點火管發出點火指令，并通電點火，鈍感電點火管發火后產生高壓氣體推動隔爆桿，并通過隔爆桿推斷手動保險上的密封帽，使隔爆桿產生位移，并最終使隔爆桿的傳火孔和電點火器與傳火管對正，這時定位機構的定位銷在彈簧的作用下自動彈出，鎖定隔爆桿的位置，使安保機構處于待發狀態；需要發射時，再給電點火器點火信號，并通電發火，電點火器火焰通過隔爆桿上的傳火孔點燃傳火管的感應點火端，感應點火端發火并產生高溫高壓火焰氣體，推動閉氣塞上移，導通閉氣座上的點火通道，火焰通過點火通道點燃傳火管的主裝藥，再由主裝藥點燃武器發射器中的點火藥盒，同時產生的高壓氣體會將閉氣塞推回，密封閉氣座，保證氣體壓力不外泄。

2 主要技術特點

該點火裝置具有安全與點火的雙重功能，主要技術特點包含以下幾方面。

2.1 結構設計

2.1.1 雙工位手動保險的設計

該手動保險由手動保險桿和彈簧等組成。其作用是實現安全保險和手動解除保險；具有兩個工位，當處于保險狀態時，即使電動保險意外作用，也能阻止隔爆桿的移動，整個點火裝置仍處于隔爆狀態，這時點火器發火后不能點燃傳火管，不會造成發射器的點火發射；當處于解除保險狀態時，電動保險作用才有效，才能將隔爆桿推到解脫保險位置并被定位機構鎖定。如果需要點火發射，能夠保證傳火通暢。

2.1.2 能量可控的電動保險的設計

該電動保險主要是一個鈍感電點火管，它由外殼、電極塞、電橋、起爆藥、主裝藥和導線等組成，其功能是在手動保險解脫后，在接到發火指令時發火起爆，將隔爆桿推動到預定的位置，將點火通道由隔爆狀態調整到導通狀態。在手動保險未解除時，電動保險作用后不會剪切密封帽，因此電動保險設計應具有適當的能量，一方面保證不破壞整個點火裝置的結構，另一方面保證有足夠的能量推斷手動保險上的密封帽，使隔爆桿能夠移動到對正狀態。

2.1.3 帶自鎖功能的定位機構設計

當武器布設到預定位置后，將手動保險桿轉動90°并拉出，再轉動90°鎖定位置，使手動保險處于解脫狀態，這時手動保險桿離開手動保險上的密封帽，為從設計上保證手動保險桿離開距離大于隔爆桿從隔爆狀態到對正狀態需要產生的位移，專門設計了具有鎖定功能的定位機構[4]。該機構是在隔爆桿移動方向開設一導向槽和定位孔，設計帶彈簧的定位銷頂住隔爆桿的導向槽，當隔爆桿運動到位后，在彈簧的作用下，定位銷插入隔爆桿的定位孔實現鎖定。因此，當隔爆桿移動到對正位置時，定位銷將其鎖定在預定位置，防止了隔爆桿的回彈，并且，定位機構的存在還能防止隔爆桿的轉動，保證處于待發狀態時傳火通道的暢通[5]。

2.1.4 可靠的閉氣機構的設計

該點火裝置的主要功能是傳遞火焰，點燃點火藥盒，并對發射器起到密封作用，防止發射器內氣體壓力外泄到隔爆機構內。閉氣機構主要由閉氣座、閉氣塞、傳火管、感應點火藥等組成。當隔爆桿處于解脫保險狀態時，它能感應點火器火焰并被點火器可靠點燃，感應點火端發火并產生高溫高壓火焰氣體，推動閉氣塞上移，導通閉氣座上的點火通道，火焰通過點火通道點燃傳火管的主裝藥，再由主裝藥點燃發射器中的點火藥盒，同時產生的高壓氣體將閉氣塞推回，密封閉氣座，保證發射器內氣體壓力不外泄[2]。

2.2 點傳火設計

該點火裝置的主要功能是在手動保險與電動保險任意一個保險未解除時，不能實現可靠點火。因此，在需要點火時，點火通道應暢通，在需要安全時，點火通道應可靠堵塞。在設計時采用“堵、泄、導”相結合的設計思想，采用密封帽、密封圈及錯位進行有效地堵截火焰的傳遞，在隔爆桿上開設泄壓孔，并鑲嵌薄壁軟金屬殼，減小點火壓力，依靠軟金屬受壓膨脹對火焰氣體進行密封，通過結構設計有效保證點火通道的暢通，實現火焰的導通。

2.3 安全冗余設計的可靠性

2.3.1 設計準則

安全性設計依據GJB3194-98 手工布設武器安全性設計準則進行，具有手動保險和電動保險雙重保險，并從3個方面考慮安全性：第一，手動保險解脫后，如果電動保險不解脫，隔爆桿處于隔爆位置；第二，手動保險解脫前，電動保險的意外作用不能將隔爆桿推到傳火導通位置；第三，當隔爆桿處于隔爆位置時，點火器意外發火火焰不應通過縫隙點燃傳火管，而使傳火管點燃發射器中的點火藥盒使武器啟動發射。

2.3.2 對手動保險解脫、電動保險不解脫的安全性設計

當手動保險解脫而電動保險不解脫時，由于沒有外力作用，隔爆桿由橡膠圈的摩擦力作用不會產生位移，隔爆桿上的傳火孔與點火器和傳火管則不會對正，仍處于隔爆位置，能有效阻止點火器火焰點燃傳火管；另外，為防止其它環境力的作用，使隔爆桿發生位移而產生對正，引起意外發射，設計中還在手動保險上設計了密封帽，只有當電動保險中的電點火管發火，產生足夠的推力，推（切）斷手動保險上的密封帽，才能使隔爆桿上的傳火孔與點火器和傳火管對正，處于待發狀態。

2.3.3 手動保險不解脫、電動保險意外解脫的安全性設計

手動保險是通過手動保險桿所處不同位置實現保險和解脫的，在保險狀態下，保險桿緊緊頂住手動保險器上的密封帽，在電動保險意外解脫時，由于手動保險桿的鎖定作用，電動保險中的電點火管發火產生的推力不能將手動保險上的密封帽推斷，則隔爆桿無法產生位移；只有將手動保險桿轉動90°并拉出，再轉動90°鎖定位置，手動保險桿才能離開手動保險上的密封帽，處于解脫狀態，電動保險中的電點火管發火產生的推力才能推斷密封帽，使隔爆桿產生位移，使點傳火通道對正，處于待發狀態。

2.3.4 隔爆桿處于隔爆位置時的安全性設計

當隔爆桿處于隔爆位置，隔爆桿上的傳火孔和點火器與傳火管是離開的，點火器發火的火焰不能直接點燃傳火管，具有一定的隔爆作用，但隔爆桿和殼體之間還會存在縫隙，點火器火焰還可能通過縫隙傳至傳火管而點燃傳火管。為解決這一問題，設計中通過兩個方面實現隔爆：第一，在隔爆桿上設有閉氣結構和泄壓機構，其方法是在隔爆桿處于隔爆位置時與點火器的對應位置開設泄壓孔，并在泄壓孔內鑲嵌薄壁軟金屬殼，這樣點火器發火時，其點火壓力會因為泄壓孔的存在而減小，另外薄壁軟金屬殼在受到點火壓力的作用時會發生膨脹，將火焰氣體閉死在泄壓孔內；第二，在傳火管感應點火端設計適當的隔爆措施，只有正對時，且有足夠的點火壓力和能量才能被點燃。另外，在隔爆桿正對電動保險的一端加設O形圈，防止電動保險解脫時其火焰通過縫隙點燃傳火管，引起意外發射。

3　試驗驗證

對手動保險、電動保險的安全性以及點火的可靠性進行試驗。

3.1 電動保險的能量裕度試驗

若電動保險的能量過大，會對點火機構造成機構破壞，能量過小，則不能成功剪切密封帽，使隔爆桿不能向前移動，導致點火通道不能對正，因此，電動保險的能量必須可控。對電動保險裝藥進行了裕度驗證試驗。電動保險裝藥量為圖定藥量的120%，進行高溫試驗（+50℃，4h），具體試驗如表1所示。電動保險裝藥為圖定藥量的80%，進行低溫試驗（-40℃，4h），具體試驗如表2所示。

表1 電動保險大藥量試驗

Tab.1 Large dosage test of electric insurance

表2 電動保險小藥量試驗

Tab.2 Small dosage test of electric insurance

由表1~2可見，當手動保險不解除時，大藥量的電動保險在高溫作用后不會造成點火裝置結構損壞，同時密封帽不被剪切。當手動保險解除時，小藥量的電動保險在低溫下作用后密封帽被剪切，隔爆桿運動到位。

3.2 手動保險的安全性試驗

將產品固定在試驗臺上，檢驗手動保險處于安全狀態（未解除保險），向電動保險通5A直流電流，電動保險應可靠發火，檢驗傳火管不應被點燃；再向電點火器通5A直流電流，電點火器應可靠發火，檢驗傳火管是否被點燃。具體試驗情況見表3所示。

表3 手動保險的安全性試驗

Tab.3 Safety test of manual insurance

表3試驗表明，在手動保險處于安全狀態時，電動保險意外發火，傳火管不會被點燃，在電動保險意外發火后，電點火器正常點火后，傳火管不會被點燃。

3.3 電動保險的安全性試驗

將產品固定在試驗臺上，先將手動保險手動解脫，再向電點火器通以5A直流電，電點火器應可靠發火，檢驗傳火管是否會被點燃。具體試驗情況如表4所示。由表4可見，當電動保險為安全狀態（未被解脫），在手動保險解脫后，電點火器意外發火后，傳火管不會被點燃。

表4 電動保險的安全性試驗

Tab.4 Safety test of electric insurance

3.4 點火可靠性試驗

將產品固定在試驗臺上，先將手動保險手工解除，給電動保險通5A直流電，確保電動保險可靠發火并解脫，檢驗傳火管不應被點燃，再向電點火器通5A直流電，電點火器可靠發火，檢驗傳火管應被可靠點燃。具體試驗如表5所示。

表5 點火可靠性試驗

Tab.5 Ignition reliability test

試驗表明，在手動保險和電動保險都解除的情況下，電點火器正常發火后能可靠點燃傳火管。

4 結論

（1）該產品的設計將引信中的滑塊保險原理引入到點傳火機構中，使產品具有安全保險和點傳火的雙重功能。（2）設計了可恢復的手工開鎖和電動解保雙重保險機構，使產品的使用和勤務處理更加安全，符合國軍標有關要求。（3）具有獨立的耐高壓結構，采用薄壁軟金屬管受壓膨脹實現點火通道的密封，保證了整個系統的安全可靠。（4）通過結構設計，解決了點火裝置安全保險和可靠點火兩個狀態的對立矛盾。（5）該點火裝置是一種新型點火裝置，為點火裝置類產品的安全性及點火可靠性設計提供一種新的思路。

[1] 范寧軍,馬寶華.引信安全系統基本理論及其數學描述[C]// 中國兵工學會第六屆引信年會論文, 1989.

[2] 華琦.一種帶有安全保險機構的點火裝置[J].火工品,2013 (6): 1-4.

[3] 李志超.微機電安全與解除保險機構驅動器設計[D].南京:南京理工大學,2011.

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A New Type of Safe Ignition Device

HE Feng-yan1，WANG Lei2，YANG Zheng-cai1，LIU Hai-xu1，WANG Hai-Qing1，MIAO Yan-qin1

(1.Xi’an Qinghua Company, CNGC North Special Energy Group, Xi’an, 710025；2.The First Military Representative Office of the Military Equipment Bureau of the Army Equipment Department in Xi’an, Xi’an, 710061)

In order to meet the requirements of safe insurance and reliable ignition of arm, a kind of new type of safe ignition device was designed, the structure of the device was introduced, as well as the function mechanism was analyzed. The verification test showed that the ignition device can make the fire transfer channel clear and ensure ignition after arming, and the fire transfer channel not conducted, as well as prevent from accidental firing as not arming. The study provides a new idea for safety and reliability design for some ignition device.

Ignition device；Safety；Insurance；Design

1003-1480（2019）01-0005-04

TJ45+4

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.01.002

2018-12-17

何鋒彥（1978 -），男，高級工程師，主要從事火工品設計研究。