某点火具延期时间超差的原因与改进

索 亮，杜晓臣, 梁 珂，陈 曙



某点火具延期时间超差的原因与改进

索 亮1，杜晓臣2, 梁 珂1，陈 曙3

（1.陕西应用物理化学研究所，陕西西安，710061；2.陆军驻西安地区军事代表室，陕西西安，710061；3.国营第282厂，湖南湘潭，411100）

针对某型点火具延期时间超差问题，对失效点火具进行解剖，并从作用机理与理论计算上分析了问题。分析结果表明：压药工艺不当造成延期药药高偏差大，引起延期时间散布大，而延期体装配密封性不足，使延期药点火压力降低、燃速变慢，进一步造成了延期时间的超差。对原工艺进行改进，结果表明改进后的点火具延期时间精度提高，延期时间可靠性达到了要求。

点火具；延期时间；密封性；可靠性

在某型武器系统中，需要起飞发动机工作完成一段时间后，利用惯性经过一定的延期时间点燃该武器系统的续航发动机。其中使用的某点火具在惯性作用下经过一定延期时间后完成点燃续航发动机的功能，若该点火具延期时间不满足使用要求，将严重影响武器系统的命中精度，甚至引发武器系统更严重的后果[1]。本文对该点火具延期时间超差故障进行排查分析，并通过理论计算及试验验证，查清了问题原因，确定了改进和控制措施。

1 故障现象

图1 点火具结构示意图

图2 延期时间超差点火具解剖图

通过图2可以看出，击针已经压缩弹簧刺激针刺火帽，针刺火帽、延期体均已作用，可排除机械结构原因。针刺火帽为瞬发件，点火具延时超差应是延期体延期时间超差造成的。

2 原因分析

2.1 原因分析与验证

延期体由某耐水药逐层压装于2Cr13材料制成的延期管内，输出与输入端涂硝棉漆。通过对延期精度影响因素逐一排查，分析认为影响延期时间的原因可能是由绝对药高差异引起的。由于，延期体压药压力=1 150MPa，因此作用于延期管壳外壁上的力:

F=≈8 124N （1）

延期管壳材料为2Cr13，其抗拉强度为[2]：=637～745N/mm2，根据延期管壳截面积，可以计算出其形变受力范围：

min=×max≈7 231N （2）

max=×min≈8 493N （3）

由计算结果可知min＜F＜max，延期体压药过程中会出现个别延期管壳直径变形膨胀，导致延期体内延期药药高差异。按照上述确定的工艺参数装配延期体15发，测量其绝对药高，按编号装配点火具进行发火及延期时间测试，测试结果见表1。

表1 点火具延期时间与药高测试结果

Tab.1 Tested delay time and height of delay composition

通过表1试验结果，可以看出绝对药高药高散布较大，导致产品延期时间散布也大。某耐水药为微气体延期药，影响燃速的因素有药剂成分配比、粒度、装药密度、壳体材料和尺寸、掺合物、环境温度及气压。试验的点火具由同一批药剂、相同工艺装配，可以排除药剂成分配比、粒度、壳体材料和尺寸、掺合物对延期时间的影响。延期药压药压力为1 150MPa，基本可以保证装药密度，可以排除装药密度对延期时间的影响。测时试验在自然环境中按同一试验方法进行，可以排除环境温度及试验方法对延期时间的影响。因此，不能排除火工机构内部气压对延期时间的影响。

图7(a)和(b)分别是PCW和Un-PCW试样的表面裂纹复形观察。从图7(a)可以看出，PCW试样表面裂纹主要是穿晶裂纹，裂纹沿与水平方向呈现约45°方向扩展；而Un-PCW试样表面裂纹以沿晶扩展为主，裂纹沿水平方向曲折扩展。这些与前面的疲劳断口观察相一致，出现这种变化的原因是预冷变形处理导致PCW材料晶粒出现沿预冷变形方向的择优取向，从而使裂纹沿择优取向晶粒的易滑移方向扩展，这种裂纹扩展导致裂纹主要为穿晶裂纹；而Un-PCW处理的材料由于没有织构的存在，裂纹按照常见的水平方向扩展，裂纹也以沿晶为主。

2.2 机理分析

点火具的作用过程是击针刺激针刺火帽发火，在壳体与延期体组成的密闭容腔中产生高温高压燃气点燃延期药，延期体持续燃烧68~95ms，从输出孔输出火焰。根据药剂气体装填密度公式：

Δ=/=(0.045×1)/2.4=0.018 8 g/cm3（4）

式（4）中：为针刺火帽药量，45mg；为生成气体质量系数，取1；为密闭容积，2.4cm3。

则气体余容为：

e-0.4△=e-0.4×0.018 8=0.992 （5）

针刺火帽点火压力计算公式为：

=·/(-) （6）

式（6）中：为火药力（点火药的火药力为0.5MJ/kg）；为密闭容积，2.4cm3。

则针刺火帽点火压强为：

=(0.045×0.5)×103/【(2.4-0.045×0.992)×10-6】=11.5MPa

作用于延期体粘接处缝隙上的力为：

推=1=11.5×18.45=212 N （7）

点火具的密封是由延期体与壳体过盈配合，在接缝处涂抹X98-11缩醛胶，其密封性主要靠X98-11缩醛胶的粘接性能。X98-11缩醛胶常温下粘接强度为110kg/cm2，延期体与壳体接缝粘接面积2为14.7mm2,则缩醛胶粘接力为：

粘=2=11×14.7=161.7 N＜推（8）

由于缩醛胶粘接力小于针刺火帽发火产生的推力。因此，当延期体与管壳之间的过盈量不大时，就会出现漏气现象，一旦壳体漏气延期体燃烧密闭容腔内的压力急剧下降，延期药燃烧时间自然延长。

3 改进研究

3.1 工艺改进

根据以上分析，对装配工艺进行了改进：（1）将延期体压药压力提高到1 350MPa，使作用在延期管壳上的压力值为9 536N，大于延期管壳屈服强度最大值8 493N，延期体外径由模具内径约束保证，使延期体与壳体之间的过盈配合量达到配合要求；同时将延期药绝对药高差异由0.51mm减少到0.23mm，提高了延期药绝对药高的一致性，保证了延期精度。（2）在延期体与壳体的配合面上增大涂抹缩醛胶面积，使密封粘接面积3达到136.6mm2，远大于原工艺2粘接面积14.7mm2，增强了延期体与壳体间的密封强度，防止漏气现象的发生。按改进后工艺装配延期体15发，并按工艺压装点火具进行发火测时试验。试验结果见表2。

由表2结果可以看出，工艺改进后点火具作用正常，达到了指标要求，延期时间精度提高。按照改进后的工艺装配点火具20多个批次，抽样1 540余发进行发火延期时间试验，延期时间全部满足指标要求。

3.2 延期时间可靠度评估

根据指标，点火具延期时间要求容许上限L= 95ms，容许下限L=68ms，改进工艺后装配50发进行了发火测时试验，试验数据为：=50，max=86.0ms，min=70.4ms，＝78.03ms，=4.24。

根据GJB376《火工品可靠性评估方法》中用计量数据评估可靠度的方法：

K=（L-）/=4 （9）

K=（-L）/=2.36 （10）

查表得，R=0.999 9，R=0.999 7。按公式可计算出点火具延期时间可靠度为：

延期=R+R-1=0.999 6 （11）

表2 工艺改进后绝对药高与延期时间

Tab.2 Absolute height of delay composition and delay time of the improved igniter

4 结论

（1）该点火具延期体压药压力处于延期管壳变形屈服强度之间，延期管壳膨胀不均匀导致延期药药高偏差大，引起延期时间散布大。（2）延期体装配密封性不足，使延期药在狭小密闭空间内点火压力降低、延期药燃速变慢，进一步导致了延期时间超差。（3）通过提高压药压力，保证延期管壳膨胀一致；此外，增大涂胶粘接面，保证延期体装配的密封性，大大提高了产品延期时间精度。（4）改进装配工艺后产品，延期时间可靠度达到了0.999 6。

[1] 胡松涛.某火工机构延时时效原因分析与改进研究[J].火工品,2016(2):6-8.

[2] 贾耀卿.夏恭忱.机械零件手册[M].北京:中国标准出版社, 1995.

[3] 蔡瑞娇.火工品设计原理[M].北京:北京理工大学出版社,2002.

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

Analysis and Improvement Research on Delay Time Difference for A Certain Igniter

SUO Liang1，DU Xiao-chen2，LIANG Ke1，CHEN Shu3

（1.Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an , 710061；2.The Army Representative Office Stationed in Xi’an Area , Xi’an , 710061；3. State-run 282 Factory，Xiangtan，411100)

Aimed at the problem of delay time difference for a certain delay igniter, the failed igniter was anatomized, as well as the question was analyzed from the function mechanism and theoretical calculation. It showed that the improper pressuring process induced the big difference among charge heights, which can lead to the big scatter of delay time. It was also obtained that the deficiency of the seal can reduce the pressure of ignition and the burning rate of the delay composition, which would make further difference of delay time. The former assembly process was improved, the experimental verification and reliability assessment results indicated that the delay time precision was higher and delay time reliability reached the requirement.

Igniter；Delay time；Sealing；Reliability

1003-1480（2016）05-0025-03

TJ45+5

A

2016-06-01

索亮（1982 -），女，工程师，主要从事火工品设计研究。