高转速时延期组合点火管的燃烧规律

袁玉红，李华俊，赵彩莲，胡松涛，谭玉明

（国营九三七四厂，安徽 合肥，231135）

延期组合点火管具有柔性好、延时精度高、延时可调及作用可靠等特点，在军民品延时装置中被广泛使用，是装置中实现延期功能的核心部件。目前，国内关于延期组合点火管的研究及应用已取得了一些成果。但是关于高转速时延期组合点火管燃烧规律的研究未见报道。

为了研究在30 000r/min转速时延期组合点火管能否可靠燃烧，以及其燃速及延期时间的变化规律，笔者开展了相关研究。

1 试验方案

本研究通过两种试验方案，分析研究30 000 r/min转速时延期组合点火管的燃烧规律。

方案1：固化延期组合点火管的结构尺寸，在30 000r/min转速条件下，通过调整延期组合点火管的燃速，测量延期组合点火管断烧的临界燃速；

方案2：比较延期组合点火管静态及30 000r/min转速时动态燃速的变化情况。

2 试验结果及分析

2.1 30 000r/min转速时的临界燃速试验

延期组合点火管的结构如图1所示，其主要由输入管、延期索及输出管等组成。燃速主要由延期索内的延期药决定，延期药的燃速则由延期药配方中还原剂/氧化剂比例决定，在零氧平衡附近，燃速随还原剂含量的增高而提高。对于固化结构尺寸的延期组合点火管，在正常输入能量的条件下，其燃烧变化规律可通过燃速及延期时间来表征。本方案通过研究静态及30 000r/min转速时延期组合点火管的燃烧速度及延期时间变化，来寻找延期组合点火管在此条件下的燃烧规律。

图1 延期组合点火管结构图Fig.1 Schematic of delay combination ignition tube

将按表1的还原剂比例配制的延期药填装延期索，再装配成延期组合点火管，在L=130mm、D=Ф 3.4mm、室温25℃、相对湿度55%、转速为30 000r/min的模拟引信体中进行试验，试验结果见表1。

表1 不同含量还原剂的延期药对30 000r/min转速时延期组合点火管燃速的影响Tab.1 Influence of delay composition with different content of reductant on burning rate of delay combination ignition tube under 30 000r/min

从表1可以看出，随着还原剂含量的降低，延期索的燃速明显下降，而当还原剂含量降至30%时，出现断烧现象。因此，可以确定还原剂含量32%、延期索的燃速3.10mm/s为30 000r/min转速时延期组合点火管断烧的临界值。用同样方法，在相同试验条件下对将延期药中惰性填料由硅藻土改为氟化钙装配的延期组合点火管进行试验，试验结果为：在30 000 r/min转速时，延期组合点火管的断烧临界值为还原剂含量34%、燃速3.3mm/s；试验中观察发现，当还原剂含量40%及以上时，在30 000r/min转速下，延期索燃烧剧烈，当还原剂含量46%时，燃速为5.71mm/s，远高于延期组合点火管在此旋转条件下断烧的临界速度3.10mm/s。因此，对于30 000r/min转速下的延期组合点火管来说，在一定范围内，提高延期索中延期药的还原剂含量、提高燃速是提高延期组合点火管燃烧可靠性、避免出现断烧现象的有效途径之一。

2.2 静态及30 000r/min转速下的燃速测试

在其他条件相同时，测量延期组合点火管在30 000r/min转速及静态时的延期时间，结果见表2。

表2 静态及30 000r/min转速时延期组合点火管的延期时间Tab.2 The delay time of delay combination ignition tube under static and 30 000r/min state

从表2可以看出：

（1）延期组合点火管在30 000 r/min转速时的燃速是静态燃速的1.25～1.35倍，其延期时间衰减，衰减度约25%；

（2）通过观察30 000r/min转速动态试验后的延期组合点火管残骸，可以看出动态作用后的残骸外观无损伤但却严重变形，延期组合点火管中延期索由原先的圆柱形变成不规则的扁状体。通过推理分析可知，在模拟引信体内，当延期组合点火管在30 000r/min条件下燃烧时，由于离心力的作用，延期索内的延期药出现轻微松动现象，并朝着离心力的方向朝管壁外侧发生移动，从而延期索外形结构出现变形，而在延期药发生移动的同时（此时索内延期药局部区域密度变小），延期索的燃烧也在进行，此时延期索的燃速必然较快，从而出现燃速加快、延期时间衰减的现象；

（3）延期组合点火管在30 000r/min转速条件下燃烧时，由于离心力的作用，延期索外形发生变形，由原先的圆柱形变成不规则的扁状体，索内延期药密度提高，不利于燃烧的进行，故随着燃烧的进行，燃烧越是艰难，当延期药中还原剂降低到一定含量时，索内延期药燃烧产生的能量不足以维持药剂的正常燃烧，因此出现断烧现象。

3 验证试验

选用表1中序号1的延期组合点火管所用延期药，固定延期组合点火管长度、输入及输出条件，改变索内延期药压药压力及延期索直径进行静态试验，验证上述对30 000r/min转速时延期组合点火管断烧原因分析的正确性，验证试验结果见表3。

表3 装药压力及直径对延期组合点火管燃速的影响Tab.3 Influence of charge pressure and diameter of tube on the burning rate of delay combination ignition tube

从表3可以看出：延期组合点火管平均燃速随着索内延期药压药压力的增大及直径的减小而呈现下降趋势；当索内压药压力足够大及直径足够小时延期组合点火管出现断烧现象。

试验结果较好地验证了延期组合点火管在30 000r/min转速条件下出现断烧现象的原因分析：即由于离心力的作用，延期索及索内延期药发生变形，延期药密度大幅度提高且药芯直径减小不利于燃烧的进行，而出现断烧现象。

4 结论

（1）获得了30 000r/min高转速条件下延期组合点火管断烧的临界速度，提出了通过提高延期索燃速的方式来避免断烧现象发生的有效措施，从而提高延期组合点火管燃烧的可靠性。

（2）延期组合点火管在30 000r/min高转速条件下较静态条件下燃烧时容易出现断烧现象，且伴随着延期时间的衰减现象，衰减度约25%。

（3）高转速条件下延期组合点火管出现断烧的原因为：由于离心力的作用，延期索及索内延期药发生变形，延期药密度大幅度提高且药芯直径减小，不利于燃烧的进行，故出现断烧现象。

[1]王凯民,张学舜.火工品工程设计与试验[M].北京:国防工业出版社,2010.

[2]张静伟,汪佩兰.药剂对金属膜式钝感电点火管发火时间的影响[J].火工品,2002(4):1-4.

[3]杨福东,陈传明.组合点火管中2号管作用可靠性的提高[J].火工品,2002(3):39-40.