气体发生器低温点火稳定性研究

姚 俊，罗运强，牛振宇，刘 亮

（航天科技集团公司四院四十二所，湖北 襄阳 441003）

随着国内道路交通安全法规的不断完善和人民生活水平的不断提高，汽车安全气囊的普及率越来越高，已成为乘车关键标准配件之一[1-3]。汽车安全气囊系统主要由传感器、ECU(Electronic Control Unit)、气体发生器、气袋和支架等组成。气体发生器是安全气囊系统的核心部件[4,5]。根据 USCAR要求，气体发生器必须在-35~+85 ℃的温度范围内稳定可靠点火，且要求低温点火时间不超过7 ms。然而，气体发生器在低温条件下常出现不点火、点火时间长或二次点火问题。其中不点火问题工作机理已经很清楚。基于此，本文主要研究气体发生器低温点火时间长、二次起爆问题，研究电爆管输出压力和点火药性能对高压力气体发生器低温点火性能的影响，拟给出有效的控制措施。

1 试验装置

高压力气体发生器结构示意图如图1所示，主要由上、下壳体、电爆管、固定管、点火药、气体发生剂、过滤网和铝箔等零部件组成。

2 实验部分

采用图1所示气体发生器在60 L压力容器中进行实验，低温(-35±2)℃。

图1 高压力气体发生器结构示意图Fig.1 Structure diagram of high pressure gas generator

3 结果与讨论

3.1 电爆管对低温点火性能的影响

不同型号电爆管性能数据见表1。从表1可知，五种电爆管的输出压力 PFGI-260=PAQ-3＞PFGI-180＞PAQ-3丁＞PFGI-110。电爆管匹配DHY-7点火药试验，DHY-7是自制点火药，配方体系为 Al粉/氧化剂，依靠产生高温气体和金属粒子点燃气体发生剂。DHY-7点火药真空爆热5 200 kJ/kg，药型为直径φ3 mm，厚度1.0~1.2 mm，密度1.9~2.1 g/cm3。

3.1.1 1.7 g点火药试验

从表2和图2看出，FGI-260电爆管能点燃，但延迟14.5~15.8 ms，不能满足USCAR要求；AQ-3点火延迟 56~75.8 ms，FGI-180几乎点不着。FGI-260和AQ-3输出压力相同，点火性能相差大，归因于电爆管中起爆药配方的不同。FGI-180输出能量低，点火性能差。

图2 不同电爆管匹配1.7 g点火药的P-t曲线Fig.2 P-t curves of electric detonator with 1.7 g amorce

3.1.2 2.7 g点火药试验

从表3和图3看出，FGI-260电爆管点火延迟4.3~4.9 ms，AQ-3点火延迟 2.3~3.4 ms，FGI-180点火延迟5~5.5 ms，满足USCAR要求。

图3 不同电爆管匹配2.7 g点火药的P-t曲线Fig.3 P-t curves of electric detonator with 2.7 g amorce

3.1.3 3.2 g点火药试验

从表4和图4看出：FGI-260电爆管点火延迟1.7~2.2 ms，FGI-180点火延迟 1.9~2.2 ms，AQ-3点火延迟1.7~2.1 ms，3种点火能力相当。

可见，FGI-260、AQ-3和FGI-180电爆管匹配DHY-7点火药时，点火药量达到2.7以上气体发生器才能正常稳定点火，点火时间满足USCAR要求。能量更低的AQ-3丁电爆管和FGI-110电爆管需要更多的点火药才能达到较好的点火效果。

图4 不同电爆管匹配3.2 g点火药的P-t曲线Fig.4 P-t curves of electric detonator with 3.2 g amorce

3.2 点火药对低温点火性能的影响

3.2.1 点火药种类的影响

图5可以看出，点火压力B03>DHY-7>PBKN，B03和PBKN点火稳定性好。

表5、图5和图6对比可看出，B03点火药虽点火压力高，但低温时没有将气体发生剂点燃，DHY-7和PBKN均能将气体发生剂点燃，但PBKN点火药低温点燃气体发生剂的能力更好。说明点火药燃烧产生热粒子点火效果更好。B03点火药没有将气体发生剂点燃，可能由于其燃烧速度快，低温时在气体发生剂药片表面作用时间短。

图5 不同点火药的点火压力Fig.5 Igniter pressure of different amorce

图6 不同点火药发生器的低温内压曲线Fig.6 Low temperature internal pressure curve of different amorce generator

3.2.2 点火药量的影响

PBKN点火药不同药量低温点火性能数据见表6，低温内压曲线见图7。

图7 不同PBKN量低温内压曲线Fig.7 Low temperature internal pressure curve of different content of PBKN

从表6和图7中可看出，PBKN点火药减少至2.5 g时，低温仍有良好的点火能力。

3.2.3 点火药厚度的影响

PBKN点火药片（不同厚度）见表7、图8。

从表7、图8可以看出，1.1 mm点火药片低温点火时间1.7~2.1 ms，1.5 mm点火药片低温点火时间5.1~6.4 ms，厚药片点火持续时间长。点火药片厚度是调节点火研制时间的有效手段。

图8 不同厚度点火药P-t曲线Fig.8 P-t curves of amorces with various thickness

表1 不同型号电爆管测试数据(10 cm3压力容器)Table 1 Test data of different kind electric detonators(10 cm3 pressure vessel)

表2 不同电爆管匹配1.7 g点火药试验数据Table 2 Test data of electric detonator with 1.7 g amorce

表3 不同电爆管匹配2.7 g点火药试验数据Table 3 Test data of electric detonator with 2.7 g amorce

表4 不同电爆管匹配3.2 g点火药试验数据Table 4 Test data of electric detonator with 3.2 g amorce

表5 不同点火药低温点火性能数据Table 5 Data of low temperature ignition performance

表6 不同PBKN量低温点火性能数据Table 6 Data of low temperature ignition performance with different content of PBKN

表7 点火药厚度对比试验数据Table 7 Test data of amorces with various thickness

4 结 论

电爆管需匹配一定量点火药才能保证低温稳定点火，电报管输出能量越低，需要的点火药量越多；能量高、产气量低、靠火焰和固体粒子点燃气体发生剂的PBKN点火药低温点火能力好。PBKN点火药药量较少时仍有较好的点火性能；电爆管和点火药是影响高压力气体发生器的主要因素，选用能量适中的电爆管和带有热粒子的点火药可以有效控制高压力气体发生器低温点火的稳定性。

［1］刘浩学. 汽车使用安全技术[M]. 北京：人民交通出版社, 2002-11.

［2］钟志华, 杨济匡. 汽车安全气囊技术及其应用[J]. 中国机械工程,2000, 11(1-2):234-237.

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