某火工装置延时失效原因分析与改进研究

胡松涛



某火工装置延时失效原因分析与改进研究

胡松涛

（安徽红星机电科技股份有限公司，安徽 合肥，231135）

为查找某火工装置延时失效的原因，进行了故障排查及失效机理分析。结果表明延时失效的根本原因为该火工装置结构设计不合理，导致在爆炸冲击波作用下装药密封受损，引起瞬发。对原装置进行了改进设计，并对改进后的火工装置进行了试验验证和可靠性评估，结果表明新装置延时正常，其综合可靠性达到了技术指标要求。

火工装置；延时失效；改进设计；可靠性评估

在武器系统中，通常使用延期类火工品以保证在一定时间后准确完成分离、爆炸等作用，若延期类火工品延时失效将严重影响后续序列作用时序及最终作用效果。本文涉及的火工装置配用于某型子母弹子弹，在研制过程中经常会出现瞬发现象，丧失延期功能。因此，本文对其延时失效的原因进行了排查、分析，并提出了改进方案。

1 火工装置结构及作用原理

该装置主要由本体、推力板、螺钉、针刺雷管、导爆管、中心管、导爆索、延期管、黑火药等组成，其结构如图1所示。

图1 火工装置结构示意图

火工装置作用原理：击针刺激针刺雷管，针刺雷管作用，起爆导爆管，导爆管的爆轰输出在起爆导爆索的同时，通过弯曲通道引燃本体上两个对称长方槽内的延期管，延期管持续燃烧0.60～1.20s，点燃本体上两个扇形药室内的黑火药。在黑火药燃烧产生的气体压力作用下，推力板沿中心管轴向平移，拉断螺钉，将毁伤元件推出子弹弹体。

2 原因分析

2.1 失效原因排查

延期管是火工装置实现延期功能的主要元件，其装药序列为“针刺药-点火药-延期药-点火药”，通过延期药的稳定燃烧保证延期时间。为了准确定位火工装置延时失效的原因，对非正常作用的火工装置进行了解剖观察，如图2所示。通过图2可以看出，针刺雷管、导爆管、导爆索、延期管、黑火药均已作用，单从该现象无法获知火工装置的实际作用过程，因此需要通过分步试验的方法对其作用过程进行逐一排查，以期找出问题出现的根本原因。

图2 失效的火工装置

通过对火工装置作用原理以及作用时序进行分析，可知针刺雷管、导爆管爆轰输出的冲击波可能会破坏延期药装药结构，穿透延期药层，引起瞬发。基于以上考虑，按照火工装置的作用时序重新进行产品装配，通过测时试验进行分步排查。第1次测时试验时，火工装置内不装黑火药，用示波器跟踪火工装置的作用过程，试验结果如图3所示。从波形上可以判断延期管作用正常，延期时间达到了指标要求，表明在该过程中延期药装药结构并未遭到破坏。

图3 火工装置作用时的波形

在随后进行的第2次测时试验时，将延期管制成惰性件，装入本体的长方槽中，惰性件与长方槽的空隙处填充硅橡胶。试验分两组进行：一组药室内装黑火药，另一组不装黑火药。试验结果如下：装黑火药的一组，本体、推力板分离，螺钉被拉断，药室内的黑火药已燃烧，而长方槽中的硅橡胶密封完好。试验结果表明爆轰产物已直接引燃黑火药。不装黑火药的一组，本体、推力板分离，螺钉松动，长方槽中的硅橡胶密封完好，药室周围有明显的气体熏蚀痕迹。试验结果表明，针刺雷管、导爆管爆炸，造成本体与推力板的连接面分离，爆轰产物由此进入药室。

2.2 失效机理分析

针刺雷管、导爆管爆炸后，输出冲击波、热爆炸气体和金属飞片。导爆管-导爆索界面间的爆轰传递主要通过导爆管的透射冲击波实现，针刺雷管、导爆管的爆炸输出经过近似直角的弯曲通道后，金属飞片被阻止到直通道内，因此，点燃延期药的能量主要是爆炸产物膨胀产生的冲击波及产物的热作用。当冲击波到达弯曲通道的末端时，对本体和推力板的连接面形成强烈冲击，涂覆在连接面上用于药室密封的硅橡胶因此受到强烈压缩。当压力达到临界值时，局部位置胶体从本体或推力板上剥离，胶体与本体或推力板之间出现缝隙，冲击波、热爆炸气体沿缝隙进入药室，引燃黑火药，黑火药先于延期管作用，使延时失效。

3 改进研究

3.1 火工装置结构改进

根据以上分析，造成火工装置延时失效的根本原因是火工装置结构设计不合理，爆炸冲击波直接作用在药室周围的硅橡胶上，导致装药密封受损，在延期管尚未输出火焰时，针刺雷管、导爆管爆炸后输出的冲击波、热爆炸气体已引燃黑火药。另外，本体、推力板合装时，硅橡胶处于流动状态，由于涂胶量难以控制，多余的硅橡胶极易堵实传火通道，造成延期管瞎火。在此基础上，对火工装置进行了改进设计，改进后的火工装置主要由本体、推力板、螺钉、针刺雷管、导爆管、中心管、导爆索、组合点火管、黑火药等组成，其结构如图4所示。改进后的火工装置与之前相比有以下特点：（1）新装置将延期管改为组合点火管。组合点火管由点火管、延期索密封连接而成，具有点火、延期等功能和一定的柔韧性，并且能弯曲盘绕。（2）将两个对称的长方形槽设在药室背面的推力板上，槽的一端与中心孔贯通，另一端开有与药室贯通的轴向圆孔。组合点火管安装在长方槽及圆孔内，输入端接弯曲通道，输出端与推力板端面平齐，组合点火管与推力板槽、孔之间的间隙用环氧树脂胶密实填充，既能有效阻止其火焰能量外泄，又可通过环氧树脂胶的粘固作用，增强组合点火管的抗冲击能力。（3）中心管的结构不变，只是将弯曲通道末端位置轴向平移，与组合点火管的输入端平齐。

图4 改进后的火工装置结构示意图

新装置解决了爆炸冲击波对本体、推力板连接面的直接冲击问题，冲击波过后本体、推力板连接部位的硅橡胶密封完好，避免了瞬发现象的出现。

3.2 改进后的试验结果

对改进后的火工装置进行震动、振动、湿热、温度冲击、锤击、常温、高温、低温等试验后再进行测时试验，火工装置作用正常，延期时间达到指标要求。

3.3 可靠性评估

研制阶段，影响火工装置可靠性的子项有安全、发火、延时和输出4项，其数学模型属串联可靠性模型：=安全·发火·延时·输出（1）

3.3.1 计算安全

改进后的火工装置经震动、振动、湿热、温度冲击、锤击和长贮等试验，共计消耗680套，试验过程中未出现发火或结构损毁，置信度=0.90，则：

3.3.2 计算发火

改进后的火工装置按发火指标共计试验1 240套，无一套失效，置信度=0.90，则：

3.3.3 计算延时

根据技术指标，火工装置延期时间容许上限L=1.20s，容许下限L=0.60s。改进后的火工装置经震动、振动、湿热、温度冲击、锤击、高温、低温和长贮等试验后进行测时，试验数据为：=50、max=1.03s、min=0.74s、=0.88s、=0.08s。

根据GJB376-87《火工品可靠性评估方法》中用计量数据估计可靠度的方法：

查表得，R=0.999 7， R=0.999 7。

火工装置延期时间需同时满足容许上限L和容许下限L，于是：延时=R+R-1=0.998 （6）

3.3.4 计算输出

改进后的火工装置按输出指标进行了1 240套试验，无一套失效，置信度=0.90，则：

综合上述4项可得，置信度=0.90时，改进后的火工装置性能可靠度：

=0.997×0.998×0.998×0.998=0.991 （8）

4 结论

综上所述，可以得出以下结论：（1）延时失效的根本原因是火工装置结构设计不合理，导致在爆炸冲击波作用下装药密封受损，引起瞬发。（2）通过结构改进，火工装置的延期时间可以达到技术指标要求。（3）当置信度=0.90时，改进后的火工装置的性能可靠度下限为0.991。

[1] 王凯民.火工品工程[M].北京:国防工业出版社,2014．

[2] 蔡瑞娇.火工品设计原理[M].北京:北京理工大学出版社, 1999．

[3] 惠君明,陈天云.炸药爆炸理论[M].南京:江苏科学技术出版社,1995．

[4] GJB 376-87.火工品可靠性评估方法[S].国防科学技术工业委员会,1987.

The Improvement and Analysis on Delay Failure of A Pyrotechnic Device

HU Song-tao

(Anhui Hongxing Mechanical and Electrical Technology Co., Ltd.,Hefei, 231135)

To find out the delay failure reason of a pyrotechnic device, the test and analysis of the failure mechanism was proceeded. The results show that the basic failure reason is the unreasonable structure design, which leads to the damage of charge seal under the action of the explosion wave shock, and causes instant burst. The original pyrotechnic device was improved, and the reliability of the improved device was assessed, the results show that the delay time of new device is normal and its comprehensive reliability meets to the technical requirements.

Pyrotechnic device；Delay failure；Improvement design；Reliability evaluation

1003-1480（2016）02-0006-03

TJ45+5

A

2015-12-29

胡松涛（1967 -），男，高级工程师，主要从事火工品技术研究和开发。