12路无起爆药非电传爆系统设计研究

黄运銮，夏冬星，杨安民，程 涛



12路无起爆药非电传爆系统设计研究

黄运銮，夏冬星，杨安民，程 涛

（陕西应用物理化学研究所，陕西西安，710061）

为了提高非电传爆系统的安全性，设计了一种全系统无起爆药结构的12路无起爆药非电传爆系统，对无起爆药起爆装置、无起爆药传爆组件、无起爆药输出部件进行了结构、装药设计。通过输入端传爆性能试验、输出端传爆性能试验及作用时间试验，验证了12路无起爆药非电传爆系统结构设计合理，可大幅提高安全性及抗电磁环境能力。

无起爆药非电传爆系统；结构设计；装药；安全性

非电传爆系统在航天航空和武器系统中占有重要地位，是完成各种动作和功能的主要执行机构，它的成败直接关系到航天航空和武器系统的任务完成。目前国内非电传爆系统多采用A类钝感起爆元件引爆非电传爆组件，继而引爆终端火工装置的设计方法，这种设计中钝感起爆元件、非电传爆组件和输出端火工装置中多含有敏感的起爆药剂，系统安全性和抗电磁环境能力较差，不能应用在一些对安全性要求特别高的地方，如战略导弹的自毁装置、主发动机点火系统等。随着航天航空及武器系统技术的飞速发展，对非电传爆系统的安全性、可靠性要求也越来越高[1-2]，本研究设计了一种12路无起爆药非电传爆系统，大幅提高了传爆系统安全性和抗电磁环境能力。

1 12路无起爆药非电传爆系统设计

1.1 传爆系统结构及工作原理

12路无起爆药非电传爆系统结构如图1所示，由无起爆药起爆装置、传爆组件及无起爆药输出端部件组成。其作用原理为起爆装置按规定发火电压供电后，完成起爆功能，引爆固定在传爆组件起爆盒内的输入端装药，输入端装药作用后起爆12路集成导爆索，爆轰波通过导爆索传递到输出部件，引爆输出端装药，从而完成功能。

图1 12路无起爆药非电传爆系统结构图

1.2 无起爆药起爆装置技术研究

无起爆药起爆装置采用冲击片雷管起爆技术，冲击片雷管利用在带状线导体上的瓶颈状薄金属箔，爆炸产生等离子体剪切并推动塑料飞片，通过加速膛撞击炸药，而使其爆轰。相对于常规钝感起爆器，冲击片雷管金属桥箔和炸药不直接接触，其间用绝缘薄膜和空气间隙隔开，提高了安全性，同时可以引爆非常钝感的炸药。因此，在无起爆药非电传爆系统中采用冲击片雷管起爆技术，可以解决目前使用的钝感点火器不能抗闪点及高空电磁脉冲的问题[3-4]。

冲击片雷管结构如图2所示，在冲击片雷管的输出端装有输出药柱[5]，能保证起爆下一级的装药，增强了系统的可靠性。

图2 冲击片雷管结构图

1.3 无起爆药传爆组件结构设计

传爆组件采用非电传爆技术，国内大量使用的传爆组件都含有敏感的起爆药PbN6和LTNR等起爆药，不能应用在某些对安全性要求特别高的地方，如导弹的自毁装置。本研究对传爆组件进行了无起爆药设计，并进行了输入输出接口能量匹配研究，提高了无起爆药非电传爆系统安全性、可靠性。

1.3.1输入端部件设计

12路无起爆药非电传爆系统输入端部件采用了集束式结构设计，将12路导爆索集束在锥体内，并在12路导爆索芯端面压装一定密度的药柱，通过冲击片雷管起爆，引爆药柱，接着引爆12路导爆索。输入端部件结构由起爆盒、12孔堵塞、锥套、锥形塞及输入端装药等组成，输入端部件结构如图3所示。

图3 输入端部件结构图

1.3.2起爆盒及12孔堵塞设计

起爆盒用于安装固定冲击片雷管，同时要连接下一级将12路导爆索集束到一起的12孔堵塞，采用铝合金材料制造，该结构体积较小、重量轻。冲击片雷管通过螺纹连接拧入起爆盒，其输出端与12路导爆索输入端药柱对接，起爆盒内部容腔约为12mL，有利于作用后爆轰衰减，保证起爆盒不破裂，确保12路无起爆药非电传爆系统输入端结构的完整性。12路限制性导爆索通过12孔堵塞集束在一起，12个固定导爆索接头的圆孔均布于圆周上，12孔堵塞通过螺纹与起爆盒连接。限制性导爆索端头通过扣压卡口方式与传爆接头紧固，然后通过过渡配合方式将导爆索接头压入12孔堵塞中，保证输入端部件结构强度。

1.3.3锥型套及锥形塞设计

为使传爆组件的12路导爆索被可靠引爆，在输入端设计了一个锥型套和锥形塞的结构，如图4～5所示，用于增加系统在此部位传爆的可靠性。

图4 锥型套示意图

图5 锥型塞示意图

锥形塞上均匀分布着12道矩形槽，用于集束12路导爆索的索芯MDF，通过锥形塞与锥型套的配合压紧，可以将12路导爆索分隔开，起到隔爆作用，使每路MDF导爆索独立作用。设计锥型套将12根导爆索的索芯MDF导爆索集束在一起，锥套顶部设计有M12的螺纹连接输入端装药壳体，锥型套底部设计有台阶用于与12孔堵塞的连接及定位。

1.3.4输入端装药结构设计

研究结果显示，冲击片雷管输出端与导爆索索芯在紧密结合的情况下传爆可靠性高，冲击片雷管在与传爆组件对接后无法保证与导爆索MDF的紧密对接，因此在冲击片雷管与输入端导爆索MDF之间设计了输入端装药结构。由于压装的猛炸药可使药柱与MDF导爆索输入端断面紧密结合，因此输入端药柱采用直接压装炸药的方式固定在输入端装药壳体内，保证与切平的12路导爆索索芯紧密结合，有效地提高系统的可靠性。输入端装药结构见图6，装药壳体通过螺纹与锥体连接。为保证输入端装药结构为无起爆药设计，输入端装药设计为HNS-Ⅱ，装药密度为1.5～1.7mg/mm3，压装压力为80MPa。

图6 输入端装药结构图

1.4 无起爆药输出端部件结构设计研究

通过对无起爆药非电系统起爆、传爆性能研究分析，输出端结构无起爆药设计实际就是解决输出接头爆轰波的界面传递与爆轰成长的问题，也就是导爆索MDF如何可靠引爆输出接头猛炸药的问题。为了减小爆轰界面传递时的能量损失，一方面接头采用压药设计，这样尽可能地使导爆索MDF端面与接头装药紧密结合；另一方面将导爆索MDF埋入药柱一定深度，这样将导爆索的爆轰输出能量深入到药柱内部，进一步减少了界面能量的损失。该结构可以充分利用导爆索的爆轰能量。无起爆药输出端部件结构如图7所示，主要包括输出接头、装药壳体、内锥体及输出装药。

图7 输出端部件结构图

为减小爆轰波的侧向损失，在输出装药壳体内设置一个内锥体，将内锥体小孔朝着MDF装入装药壳体。内锥体材料为密度较高的金属材料黄铜H62 Y2，内锥体特殊的结构对爆轰的侧向限制较好，可以减小爆轰波的侧向损失，配合压药工艺，可确保导爆索可靠引爆装药壳体内的装药。

通过对输出传爆性能研究发现，输出接头采用HNS-Ⅳ，装药密度在1.5～1.7g/cm3范围内，MDF埋入长度范围在3～4mm时具有理想的爆轰输出。因此在设计上输出传爆接头装药采用HNS-Ⅳ，导爆索的MDF埋入3mm，输出装药压力为80MPa。

2 试验

2.1 无起爆药传爆组件输入端传爆性能试验

本文通过对输入端不同装药量及装药结构对比试验研究，确定了输入端无起爆药结构设计，同时验证了冲击片雷管与输入端结构的匹配性能。试验结果如表1所示。

表1 输入端传爆性能试验

Tab.1 Performance test of input terminal component

试验结果表明：由于引爆导爆索输入端需要的爆压较低，因此输入端药柱装药密度可选择范围较大，既1.5～1.7g/cm3。

2.2 无起爆药输出端部件传爆性能试验

本文通过对无起爆药输出端不同装药量、装药密度及装药结构对比试验研究，确定了无起爆药输出端部件结构设计。试验结果如表2所示。

表2 输出端部件传爆性能试验

Tab.2 Performance test of output terminal component

试验结果表明：无起爆药输出端部件输出装药密度对输出传爆有很大影响，输出端装药密度较小时易产生爆燃，产生爆轰输出则需要输出端药柱密度较大。输出装药密度在1.5～1.7g/cm3时具有理想的爆轰输出。

2.3 作用时间测试试验

本文对12路无起爆药非电传爆系统进行了作用时间及不同步试验研究，试验结果见表3。

表3 作用时间测试

Tab.3 Test result of function time

试验结果表明：12路无起爆药非电传爆系统发火电压为2 200V，且全系统为无起爆药设计，具有较高的安全性。

3 结论

（1）通过对无起爆药非电系统的研究设计，得到了全系统无起爆药结构的12路无起爆药非电传爆系统，该系统大幅提高了安全性及抗电磁环境能力。

（2）12路无起爆药非电传爆系统装药采用HNS炸药替代常用起爆药设计，满足GJB 2178-1994传爆药安全性试验方法中对使用药剂的安全性要求。

参考文献：

[1] 杜晓东.多路非电传爆系统的结构设计[J].导弹火工技术, 1994 (1):1-2.

[2] 韩松,郭凤梅.一种新型级间分离技术研究[J].宇航学报，2002, 23 (4):47-50.

[3] 王凯民,温玉全,编著.军用火工品设计技术[M].北京:国防工业出版社,2006.

[4] 杨振英.冲击片点火技术探讨[J].火工品,2000(1):5-9.

[5] 杨振英,等.冲击片雷管参数的设计[J].火工品,1996(1):31-35.

Research on the Twelve-road Non-electric Pyrotechnic System with Non-primary Explosives

HUANG Yun-luan，XIA Dong-xing，YANG An-min，CHENG Tao

(Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an, 710061)

For improving the safety, a twelve-road non-electric pyrotechnic system with non-primary explosives was designed, and the design process was illustrated in detail. Through input terminal component performance test, output terminal component performance test and acting time test, the structure design reasonability of the twelve-road non-electric pyrotechnic system with non-primary explosive was validated, and the study shows it can greatly improve the safety and the capability of resistance to electromagnetic environment.

Non-electric pyrotechnic system with non-primary explosives；Structure design；Charge；Safety

1003-1480（2016）04-0009-04

TJ450.2

A

2016-06-20

黄运銮（1985-），男，工程师，主要从事火工品设计及开发。

总装“十二五”预研项目（51305090101）