裝配間隙對(duì)雷管作用時(shí)間的影響及控制*

李 光，劉 剛

(中國工程物理研究院化工材料研究所，四川 綿陽 621999)

雷管屬于起爆類火工元件。作為起爆傳爆序列的重要組成部分，雷管的作用時(shí)間是表征其輸出特性的主要指標(biāo)之一。常用雷管作用時(shí)間的測試方法主要包括：探針法、靶線法、聲電法和光電法等[1]。為了研究作用時(shí)間測試方法和影響因素，國內(nèi)學(xué)者開展了大量工作。姚則武等[2]研究了某型橋絲電底火作用時(shí)間的影響因素分析，獲得了外部激勵(lì)、產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性與作用時(shí)間的相互關(guān)系。樊龍龍[3]通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)字模擬研究，認(rèn)為電雷管作用時(shí)間超長主要原因?yàn)槠鸨幜６冗^大和管殼設(shè)計(jì)不合理。南長江[4]根據(jù)魚雷爆發(fā)器用電雷管的使用特點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的魚雷爆發(fā)器電雷管作用時(shí)間測試方法，克服了原測試方法的缺陷。華光等[5]研究了在動(dòng)態(tài)模擬裝置上采用光控和聲控兩種測時(shí)方法的可能性,并設(shè)計(jì)了光控和聲控電路。

探針法測量雷管作用時(shí)間方法已比較成熟[6]，主要采用火花隙探針法進(jìn)行測試，將火花隙探針與雷管通過手工裝配的方式對(duì)正組裝。但是，手工裝配一致性很難保證，火花隙探針與雷管底部不可避免的存在微小間隙，影響了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文通過預(yù)制裝配間隙的方式，首先研究了裝配間隙對(duì)雷管作用時(shí)間的影響規(guī)律；其次，設(shè)計(jì)專用工裝改進(jìn)測量方法，保證雷管與火花隙之間無間隙裝配；最后，通過試驗(yàn)，驗(yàn)證了改進(jìn)測試方法對(duì)測試可靠性和一致性的提升作用。

1 裝配間隙對(duì)作用時(shí)間的影響規(guī)律

1.1 試驗(yàn)原理

雷管發(fā)火前，在火花隙兩級(jí)加載一定幅值的電壓。起爆裝置輸出電流的同時(shí)給出一路信號(hào)作為作用時(shí)間起點(diǎn)信號(hào)。雷管起爆后產(chǎn)生爆轟輸出，產(chǎn)物導(dǎo)通火花隙電極，從而使斷路變?yōu)橥罚A(yù)加載的電壓表現(xiàn)為突變信號(hào)，以此作為作用時(shí)間的終點(diǎn)信號(hào)。比較作用時(shí)間的起點(diǎn)信號(hào)和終點(diǎn)信號(hào)，獲得雷管作用時(shí)間。火花隙結(jié)構(gòu)如圖1所示。火花隙兩電極的間距與導(dǎo)通時(shí)間成反比，與絕緣性能成正比。試驗(yàn)中采用的火花隙電極中心間距為 0.5 mm；為保證雷管底部金屬殼體不直接導(dǎo)通火花隙探針，需要在雷管底部和火花隙探針之間放置一層絕緣聚酯薄膜。

圖1 火花隙探針結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于火花隙探針測量作用時(shí)間來講，裝配間隙是敏感參量。本試驗(yàn)開展了不同預(yù)制裝配間隙下的雷管作用時(shí)間測試。裝配間隙分別為 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mm，每個(gè)間隙下的試驗(yàn)數(shù)量為5發(fā)，結(jié)果見表1和圖2所示。

圖2 不同裝配間隙下作用時(shí)間分布

表1 不同裝配間隙雷管的作用時(shí)間測試結(jié)果

結(jié)果表明，雷管的作用時(shí)間與裝配間隙呈線性關(guān)系，即：隨著裝配間隙增大，作用時(shí)間也線性增大。對(duì)于沖擊波，預(yù)制間隙屬于較小尺寸，在此范圍內(nèi)，沖擊波速度衰減較小，可認(rèn)為近似不變。因此，雷管作用時(shí)間隨著預(yù)制裝配間隙增加而線性增加。這也表明，手工裝配和膠布固定的火花隙作用時(shí)間測量方法有可能造成雷管作用時(shí)間失真，增加了測試的不確定度。為提高火花隙探針法作用時(shí)間測試準(zhǔn)確度，減少人為裝配因素造成的偏差影響，真實(shí)反應(yīng)雷管作用時(shí)間，本文改進(jìn)了測試方法，重新設(shè)計(jì)了火花隙探針，并評(píng)估了新探針的測試效果，為雷管作用時(shí)間測試提供支撐。

2 工裝設(shè)計(jì)

2.1 總體要求

本文設(shè)計(jì)的作用時(shí)間測試探針主要針對(duì)爆炸絲雷管。為了保證測試可靠性和準(zhǔn)確性，測試工裝應(yīng)滿足以下要求：①爆炸絲雷管輸出端面應(yīng)與火花隙探針接受端面對(duì)正且緊密貼合；②在裝配過程簡潔，不會(huì)因操作人員不同產(chǎn)生裝配差異。

2.2 設(shè)計(jì)思路與結(jié)果

根據(jù)總體要求，確定了火花隙探針設(shè)計(jì)思路。設(shè)計(jì)組合筒用于固定火花隙探針、聚酯薄膜和爆炸絲雷管，組合筒內(nèi)部空腔保證探針和雷管中心對(duì)正，組合筒和蓋帽之間通過螺紋連接，由螺紋長度、火花隙和雷管總長之間的余量，以及雷管底部彈簧壓縮量之間的配合保證緊貼。

裝配時(shí)，先將火花隙探針放于組合筒內(nèi)腔底部，再放入聚酯薄膜。將彈簧套入爆炸絲雷管腳線并退至底部，再將其裝入蓋帽內(nèi)。將裝好試驗(yàn)件的組合筒和蓋帽擰緊。設(shè)計(jì)的火花隙作用時(shí)間測試工裝設(shè)計(jì)示意圖如圖3所示。

圖3 作用時(shí)間測試工裝設(shè)計(jì)示意圖

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，針對(duì)某型爆炸絲雷管，確定了測試工裝的圖紙，如圖4所示。為了便于加工、裝配觀察和絕緣用，測試工裝采用有機(jī)玻璃材料。

圖4 工裝設(shè)計(jì)圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)件裝配

根據(jù)以下裝配順序進(jìn)行裝配：

1)先將火花隙探針放入組合筒內(nèi)，并將腳線拉至底部貼緊；

2)將聚酯薄膜放入組合筒內(nèi)，搖動(dòng)組合筒使聚酯薄膜片沉到組合筒底部，平鋪于火花隙電極塞端面；

3)將雷管腳線穿過彈簧，并蓋帽；

4)將裝好雷管、彈簧的蓋帽對(duì)準(zhǔn)組合筒，旋緊。

裝配好的試驗(yàn)件示意圖如圖5所示。

圖5 裝配試驗(yàn)件示意圖

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

采用以上設(shè)計(jì)的作用時(shí)間測試工裝，開展了某型爆炸絲雷管的作用時(shí)間測試。測試了5發(fā)爆炸絲雷管作用時(shí)間，如表2所示。可以看出，采用設(shè)計(jì)的作用時(shí)間測試工裝測試到的某型爆炸絲雷管作用時(shí)間均值 1.216 μs，極差僅 40 ns。相比于原測試方法，在穩(wěn)定性、可靠性方面有非常明顯的進(jìn)步。

表2 雷管作用時(shí)間測試表

4 結(jié)論

本文針對(duì)某型雷管作用時(shí)間測試過程中存在的中心對(duì)正、間隙等裝配誤差顯著影響測試結(jié)果的問題，設(shè)計(jì)了針對(duì)某型雷管作用時(shí)間測試用的火花隙探針測試工裝，工裝裝配簡潔，能有效保證火花隙探針、聚酯薄膜和爆炸絲雷管之間的緊密貼合。通過實(shí)際裝配和作用時(shí)間測試，極差僅 40 ns，實(shí)現(xiàn)了提高測試準(zhǔn)確度、減少人為因素偏差的目標(biāo)。