柔性爆炸网络用无起爆药起爆接头研究*

樊龙龙

(海军装备部 西安 710025)



柔性爆炸网络用无起爆药起爆接头研究*

樊龙龙

(海军装备部 西安 710025)

为适应现代武器对起爆装置高安全性、高能量输出、小型化的要求,论文探讨了炸药粒度对其冲击波感度、输出能力(爆速)和起爆深度的影响,研究了超细导爆索对不同装药密度的JO-11C传爆药的起爆能力及输出能力的影响,并根据试验,确定了起爆接头装药及其结构设计。

爆炸逻辑网络; 亚微米级炸药; JO-11C传爆药; 起爆接头

Class Number TJ455

1 引言

随着武器系统和火工技术的发展,非电传爆系统在航天、航空和武器系统的应用越来越广泛,目前国内大量使用的非电传爆系统输出元器件一般都含有敏感的起爆药,例如PbN6、三硝基间苯二酚铅,不能用于安全性要求更高的武器系统。根据安全性要求,必须采用无起爆药,为提高整个非电传爆系统的安全性,需要设计一种安全可靠、装药符合许用传爆药、能量输出更高的起爆转换接头。

研究无起爆药的非电传爆系统关键是小直径限制性导爆索直接起爆猛炸药的装药结构设计及其起爆可靠性。国内外研究的初步结果表明[1]:亚微米粉体炸药具有感度选择性和爆轰更完全的明显特点。而以亚微米级炸药为主体炸药的传爆药(简称超细传爆药)具有更好的起爆性能[2]。张枫等[3]研究了一种适用于高温环境条件下使用的非电传爆系统无起爆药的传爆接头,并对其性能进行了研究,由于以HNS-Ⅱ为主装药,起爆能量与以HMX为主装药的相比较小,不能适应现代武器弹药低感度的要求。龚翔对小药量柔性导爆索的传爆可靠性进行了理论分析和试验验证[4],确定了药芯(HNS-Ⅱ)的临界直径、银索的外径与爆速的关系,为无起爆药限制性导爆索接头的研究提供了技术支撑。因此,研究小直径导爆索直接起爆超细传爆药具有非常好的发展前景,同时为进一步开展亚微米炸药应用奠定基础。本文探讨的重点是无起爆药起爆接头设计,采用了台阶装药结构,通过试验研究了超细导爆索直接起爆不同密度超细传爆药装药的起爆能力。

2 起爆接头装药的选择

炸药的冲击波感度越高越容易被导爆索引爆,在猛炸药中,较为敏感的是太安,尤其是细结晶太安的冲击波感度最高,但其不符合国家许用传爆药相关规定及要求,根据非均相炸药冲击波起爆的理论研究可知,炸药的微观结构特征(孔隙率、粘度、粒度、屈服强度等)对炸药的热点点火和爆轰过程均有强烈影响,从而对炸药的冲击波感度产生强烈影响。由导爆索直接起爆的第一级装药一方面作为被发装药由导爆索起爆,另一方面又作为主发装药来起爆下一级扩爆药,所以要求第一级装药既要有很好的冲击波感度,又要有足够的输出威力。张景林等[5]研究发现,亚微米的HMX、HNS、PETN、RDX炸药较普通粉体炸药更容易起爆,能量输出更大,且在相同的条件下机械感度降低,提高了操作、贮存和使用过程中的安全性。HMX经超细化处理之后既有良好的冲击波感度和安全性,又有足够的输出威力,因此起爆接头装药选用以亚微米级奥克托今为主体炸药的JO-11C传爆药。表1是几种常见传爆药的性能。

表1 几种传爆药的主要性能[2,6]

3 起爆接头的结构设计

3.1 起爆接头的结构选择

柔性爆炸网络所用导爆索是一种以挠性金属为外壳,猛炸药为药芯的小直径导爆索,主要用于爆轰传递,由于导爆索能量较低无法直接引爆冲击波感度相对较低的传爆药和主装药,因此,必须设计一个过渡装置将起爆能量放大,起爆接头就是解决导爆索输出端爆轰波的界面传递与爆轰成长的问题。

爆轰波从一种介质通过界面传到另一种介质时,将会存在能量损失,因此,起爆接头首先需要保证导爆索接头与扩爆装药之间无间隙;另外径向强约束也有利于爆轰成长。为此,将起爆接头的设计为图1所示的台阶式结构,这种结构介于常用的直插式结构和内锥套结构之间,加工方便,也便于压药和密度控制。

图1 无起爆药起爆接头结构示意图

图2 无起爆药起爆接头结构图

图3 无起爆药起爆接头装配实物图

3.2 台阶级数及尺寸的确定

在满足可靠传爆和起爆的条件下,台阶级数越小越好,因为阶数少,不仅加工方便,而且装药工艺也简单,根据起爆接头的尺寸情况,确定起爆接头的台阶级数为2级,第一级台阶孔直径定为φ2.2mm,第二级台阶孔直径定为φ4mm。

由于第一台阶孔直径比较小,仅为φ2.2mm,且工艺性要求需要起爆接头压完药后才与导爆索进行对接,因此不再将导爆索伸进起爆接头主装药中,仅通过起爆接头的螺纹保证起爆接头与限制性导爆索的药面接触紧密。

4 导爆索对不同装药密度的JO-11C传爆药起爆研究

导爆索起爆输出接头中第一级装药的影响因素主要分为三个方面:一是导爆索的因素;二是装药的因素,包括装药本身的性能、装药的粒度、密度等等因素;三是导爆索与装药的连接状况。一般来说,用细索起爆相对大端面的装药时,径向稀疏波的影响是首要考虑的不利因素。这一点可以通过在输出接头设计中选用冲击波阻抗较大的材料,比如不锈钢、铝合金或者黄铜材料的装药管壳来加强径向约束,以减少径向稀疏波的不利影响。其次需要考虑的是索的端面平整程度以及索与待起爆装药的接触紧密程度。超细导爆索为外径φ1mm的银芯导爆索,索芯装药为HNS-Ⅱ。试验照片如图4所示。

试验中通过改变JO-11C传爆药的压药密度确定可以被导爆索起爆的合适的压药密度值。由于炸药的冲击波感度随着压药密度的增加会呈现减小的趋势,因此试验从1.20g/cm3～1.70g/cm3的密度范围内确定理想的装药密度,试验结果如表2所示。

图4 无起爆药起爆接头试验照片

序号装药密度/g·cm-3试验数量/发试验结果铅板炸孔/mm11．2054发有效起爆，1发失效7．9、8．2、8．0、7．621．305导爆索有效起爆炸药装药8．2、7．9、8．4、7．7、8．531．405导爆索有效起爆炸药装药8．4、8．0、8．6、7．8、8．441．505导爆索有效起爆炸药装药8．2、8．5、8．3、8．8、7．951．605导爆索有效起爆炸药装药8．5、8．4、8．6、8．2、8．861．655导爆索有效起爆炸药装药8．1、8．6、8．4、8．7、8．571．705导爆索有效起爆炸药装药8．9、8．7、9．0、8．5、8．681．645导爆索有效起爆炸药装药8．6、8．4、8．2、8．5、8．191．685导爆索有效起爆炸药装药8．7、8．5、8．2、8．6、8．4101．725导爆索有效起爆炸药装药8．8、8．5、9．0、8．9、8．4

由表2的试验结果可以看出,在导爆索输出端第一级装药JO-11C传爆药的压药密度为1.30g·cm-3～1.70g·cm-3时,导爆索都能够可靠起爆第一级装药,且铅板炸孔均远远大于装药外径,说明了JO-11C传爆药的冲击波感度不仅非常好,而且还具备适当的威力和起爆性能[2],可以引爆下一级装药的要求。但考虑到如果炸药密度过低,导爆索输出爆轰产物在膨胀过程中,波阵面表面积增大,通过单位面积的冲击波阵面的能量减少,波阵面上的压力下降过快,而且由于起爆接头密度过小,有可能造成炸药孔隙的存在,部分能量消耗在孔隙气体的加热,这样不利于爆轰波的传递;另外如果装药密度过大,所需的起爆能量越大。为此将起爆接头第一级装药的密度控制在1.50g·cm-3～1.65g·cm-3,可保证起爆的可靠性。

5 输出接头威力测试

输出接头中JO-11C传爆药的装药量和压药密度直接影响着起爆下一级输入接头的可靠性,在技术状态确定后,进行了不同JO-11C传爆药装药量的威力试验和起爆可靠性匹配试验。试验结果如表3、表4所示。试验图片如图5、图6所示。

表3 JO-11C传爆药装药量的铅板(GJB5309.18-2004)威力试验结果

表4 输出接头钢凹试验结果

由表3试验结果可以看出,随着JO-11C传爆药装药量的增加,其输出威力呈上升趋势,考虑到起爆下一级输入接头的可靠性将装药量确定为180mg±5mg。

图5 输出接头起爆威力铅板试验照片

图6 输出接头起爆威力钢凹试验照片

但由于铅板法是一种间接的、定量的静态试验方法,主要用于产品生产阶段质量一致性的检验,其缺点是不能直接反映输出是否形成了爆轰,用物理量来说明意义,较困难。而钢凹法是一种间接的、定量的静态试验方法,其优点是能根据有无钢凹炸痕可以直接判断雷管等起爆类火工品是否发生了爆轰,其目的是测量雷管或导爆管轴向输出的大小,以确定其起爆能力。

为此,在JO-11C装药量确定后,装配26发产品进行了输出接头的钢板凹痕试验(GJB5309.16-2004),试验结果如表4所示。

由表4中数据可知,输出接头钢凹深度最小为0.42mm,符合一般雷管钢凹炸深0.22mm～0.50mm的范围,表明JO-11C传爆药已经完全形成爆轰。

6 结语

在柔性同步起爆网络用无起爆药起爆接头的研制中,结合炸药粒度对冲击波感度、输出能力和起爆深度的影响分析,选用了JO-11C传爆药作为导爆索的下一级装药,在此基础上对超细导爆索对不同装药密度的JO-11C传爆药的输出起爆能力进行了试验研究,得出了索芯装药为六硝基芪,外壳为φ1mm的银皮导爆索起爆JO-11C传爆药时被起爆第一级装药的密度范围为1.3g·cm-3～1.7g·cm-3之间,在此基础上确定了起爆接头的结构和装药密度,保证了起爆、传爆的可靠性。

[1] 雷波,史春红,马友林,等.超细HNS的制备和性能研究[J].含能材料,2008,2:138-141.

[2] 王保国,陈亚芳,张景林.亚微米HMX/FPM2602超细混合炸药的制备工艺研究[J].含能材料,2008,4:142-145,148.

[3] 张枫,杨树彬,杨安民,等.非电传爆系统无起爆药传爆接头的性能研究[J].火工品,2006,6:1-4.

[4] 龚翔.小药量柔性导爆索的传爆可靠性[J].火工品,1998,1:1-5.

[5] 张景林,吕春玲,王晶禹,等.亚微米炸药的感度选择性[J].爆炸与冲击,2004,1:59-62.

[6] 叶迎华.火工品技术[M].北京:北京理工大学出版社,2007:8-12.

the Priming Adapter without Primary Explosive Used in Flexible Explosive Network

FAN Longlong

(Navy Equipment Department, Xi’an 710025)

In order to meet the needs of modern weapons for initiation devices with such performances as higher security, higher energy output capacity and miniaturized sizes, the effect of particle size on the shock wave sensitivity, detonation velocity, and igition depth in detonation is mainly discussed. The effect of the sub-micro blasting fuse on priming and output capacity of JO-11C booster explosive with different powder charge is also tested and relevant charge density for priming adapter and its design are generated based on the test results.

detonation logical network, sub-micro explosive, JO-11C booster explosive, priming adapter

2015年3月11日,

2015年4月23日

樊龙龙,男,硕士,工程师,研究方向:火工品质量监督。

TJ455

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.09.045