一种新型安全点火装置

何锋彦，王 蕾，杨正才，刘海旭，王海清，苗艳勤



一种新型安全点火装置

何锋彦1，王 蕾2，杨正才1，刘海旭1，王海清1，苗艳勤1

（1.北方特种能源集团西安庆华公司，陕西 西安，710025；2.陆军装备部驻西安地区军代局驻西安地区第一军代室，陕西 西安，710061）

为满足武器系统安全保险及可靠点火的需求，设计了一种新型的安全点火装置，分析了其结构组成和工作原理，通过试验验证该点火装置在解除保险后能够可靠导通点传火通道，在不解除保险时不导通点传火通道，防止点火装置意外发火。本研究为点火装置类产品的安全性和可靠性设计提供一种新的思路。

点火装置；安全；保险；设计

由于某武器系统要求在武器系统勤务处理和发射初始阶段保证安全，既该武器系统的点火装置不能点火，处于隔离状态；在武器系统发射过程中，点火装置应能可靠点火，保证武器系统的正常发射。笔者基于以往的相关研究[1-2]，在设计上将安全保险机构与点火机构有效地结合，研制一种新的安全点火装置。

1 安全点火装置的结构及作用原理

1.1 结构

根据某武器系统的具体要求，该安全点火装置应设有手动保险和电动保险双保险机构[3]，在其中任何一个保险解脱时，该装置仍处于安全隔爆状态，点火装置意外点火不会引起武器的启动和发射，保证武器在组装、运输、布设等勤务处理过程中的安全性；当两个保险同时解脱时，点火装置应能可靠作用点燃武器的发射装药，实现武器发射。根据总体对尺寸的要求，将该安全点火装置设计为细长形。其结构见图1~2。

该装置包括外壳、电动保险（钝感电点火管）、隔爆杆、传火闭气机构、手动保险、电点火器、定位机构等7部分组成，该装置能保证整个武器在组装、运输、布设、回收等勤务处理过程中的安全性，保证接受点火指令后点传火的可靠性。

图2 安全点火装置结构示意图（解除保险状态）

1.2 作用原理

当武器布设到预定位置时，通过人工操作将手动保险杆转动90°并拉出，再转动90°后自动锁定位置，保险杆离开手动保险上的密封帽，处于手动保险解脱状态，手工布设完毕。当该武器接到启动信号时，向电动保险的钝感电点火管发出点火指令，并通电点火，钝感电点火管发火后产生高压气体推动隔爆杆，并通过隔爆杆推断手动保险上的密封帽，使隔爆杆产生位移，并最终使隔爆杆的传火孔和电点火器与传火管对正，这时定位机构的定位销在弹簧的作用下自动弹出，锁定隔爆杆的位置，使安保机构处于待发状态；需要发射时，再给电点火器点火信号，并通电发火，电点火器火焰通过隔爆杆上的传火孔点燃传火管的感应点火端，感应点火端发火并产生高温高压火焰气体，推动闭气塞上移，导通闭气座上的点火通道，火焰通过点火通道点燃传火管的主装药，再由主装药点燃武器发射器中的点火药盒，同时产生的高压气体会将闭气塞推回，密封闭气座，保证气体压力不外泄。

2 主要技术特点

该点火装置具有安全与点火的双重功能，主要技术特点包含以下几方面。

2.1 结构设计

2.1.1 双工位手动保险的设计

该手动保险由手动保险杆和弹簧等组成。其作用是实现安全保险和手动解除保险；具有两个工位，当处于保险状态时，即使电动保险意外作用，也能阻止隔爆杆的移动，整个点火装置仍处于隔爆状态，这时点火器发火后不能点燃传火管，不会造成发射器的点火发射；当处于解除保险状态时，电动保险作用才有效，才能将隔爆杆推到解脱保险位置并被定位机构锁定。如果需要点火发射，能够保证传火通畅。

2.1.2 能量可控的电动保险的设计

该电动保险主要是一个钝感电点火管，它由外壳、电极塞、电桥、起爆药、主装药和导线等组成，其功能是在手动保险解脱后，在接到发火指令时发火起爆，将隔爆杆推动到预定的位置，将点火通道由隔爆状态调整到导通状态。在手动保险未解除时，电动保险作用后不会剪切密封帽，因此电动保险设计应具有适当的能量，一方面保证不破坏整个点火装置的结构，另一方面保证有足够的能量推断手动保险上的密封帽，使隔爆杆能够移动到对正状态。

2.1.3 带自锁功能的定位机构设计

当武器布设到预定位置后，将手动保险杆转动90°并拉出，再转动90°锁定位置，使手动保险处于解脱状态，这时手动保险杆离开手动保险上的密封帽，为从设计上保证手动保险杆离开距离大于隔爆杆从隔爆状态到对正状态需要产生的位移，专门设计了具有锁定功能的定位机构[4]。该机构是在隔爆杆移动方向开设一导向槽和定位孔，设计带弹簧的定位销顶住隔爆杆的导向槽，当隔爆杆运动到位后，在弹簧的作用下，定位销插入隔爆杆的定位孔实现锁定。因此，当隔爆杆移动到对正位置时，定位销将其锁定在预定位置，防止了隔爆杆的回弹，并且，定位机构的存在还能防止隔爆杆的转动，保证处于待发状态时传火通道的畅通[5]。

2.1.4 可靠的闭气机构的设计

该点火装置的主要功能是传递火焰，点燃点火药盒，并对发射器起到密封作用，防止发射器内气体压力外泄到隔爆机构内。闭气机构主要由闭气座、闭气塞、传火管、感应点火药等组成。当隔爆杆处于解脱保险状态时，它能感应点火器火焰并被点火器可靠点燃，感应点火端发火并产生高温高压火焰气体，推动闭气塞上移，导通闭气座上的点火通道，火焰通过点火通道点燃传火管的主装药，再由主装药点燃发射器中的点火药盒，同时产生的高压气体将闭气塞推回，密封闭气座，保证发射器内气体压力不外泄[2]。

2.2 点传火设计

该点火装置的主要功能是在手动保险与电动保险任意一个保险未解除时，不能实现可靠点火。因此，在需要点火时，点火通道应畅通，在需要安全时，点火通道应可靠堵塞。在设计时采用“堵、泄、导”相结合的设计思想，采用密封帽、密封圈及错位进行有效地堵截火焰的传递，在隔爆杆上开设泄压孔，并镶嵌薄壁软金属壳，减小点火压力，依靠软金属受压膨胀对火焰气体进行密封，通过结构设计有效保证点火通道的畅通，实现火焰的导通。

2.3 安全冗余设计的可靠性

2.3.1 设计准则

安全性设计依据GJB3194-98 手工布设武器安全性设计准则进行，具有手动保险和电动保险双重保险，并从3个方面考虑安全性：第一，手动保险解脱后，如果电动保险不解脱，隔爆杆处于隔爆位置；第二，手动保险解脱前，电动保险的意外作用不能将隔爆杆推到传火导通位置；第三，当隔爆杆处于隔爆位置时，点火器意外发火火焰不应通过缝隙点燃传火管，而使传火管点燃发射器中的点火药盒使武器启动发射。

2.3.2 对手动保险解脱、电动保险不解脱的安全性设计

当手动保险解脱而电动保险不解脱时，由于没有外力作用，隔爆杆由橡胶圈的摩擦力作用不会产生位移，隔爆杆上的传火孔与点火器和传火管则不会对正，仍处于隔爆位置，能有效阻止点火器火焰点燃传火管；另外，为防止其它环境力的作用，使隔爆杆发生位移而产生对正，引起意外发射，设计中还在手动保险上设计了密封帽，只有当电动保险中的电点火管发火，产生足够的推力，推（切）断手动保险上的密封帽，才能使隔爆杆上的传火孔与点火器和传火管对正，处于待发状态。

2.3.3 手动保险不解脱、电动保险意外解脱的安全性设计

手动保险是通过手动保险杆所处不同位置实现保险和解脱的，在保险状态下，保险杆紧紧顶住手动保险器上的密封帽，在电动保险意外解脱时，由于手动保险杆的锁定作用，电动保险中的电点火管发火产生的推力不能将手动保险上的密封帽推断，则隔爆杆无法产生位移；只有将手动保险杆转动90°并拉出，再转动90°锁定位置，手动保险杆才能离开手动保险上的密封帽，处于解脱状态，电动保险中的电点火管发火产生的推力才能推断密封帽，使隔爆杆产生位移，使点传火通道对正，处于待发状态。

2.3.4 隔爆杆处于隔爆位置时的安全性设计

当隔爆杆处于隔爆位置，隔爆杆上的传火孔和点火器与传火管是离开的，点火器发火的火焰不能直接点燃传火管，具有一定的隔爆作用，但隔爆杆和壳体之间还会存在缝隙，点火器火焰还可能通过缝隙传至传火管而点燃传火管。为解决这一问题，设计中通过两个方面实现隔爆：第一，在隔爆杆上设有闭气结构和泄压机构，其方法是在隔爆杆处于隔爆位置时与点火器的对应位置开设泄压孔，并在泄压孔内镶嵌薄壁软金属壳，这样点火器发火时，其点火压力会因为泄压孔的存在而减小，另外薄壁软金属壳在受到点火压力的作用时会发生膨胀，将火焰气体闭死在泄压孔内；第二，在传火管感应点火端设计适当的隔爆措施，只有正对时，且有足够的点火压力和能量才能被点燃。另外，在隔爆杆正对电动保险的一端加设O形圈，防止电动保险解脱时其火焰通过缝隙点燃传火管，引起意外发射。

3　试验验证

对手动保险、电动保险的安全性以及点火的可靠性进行试验。

3.1 电动保险的能量裕度试验

若电动保险的能量过大，会对点火机构造成机构破坏，能量过小，则不能成功剪切密封帽，使隔爆杆不能向前移动，导致点火通道不能对正，因此，电动保险的能量必须可控。对电动保险装药进行了裕度验证试验。电动保险装药量为图定药量的120%，进行高温试验（+50℃，4h），具体试验如表1所示。电动保险装药为图定药量的80%，进行低温试验（-40℃，4h），具体试验如表2所示。

表1 电动保险大药量试验

Tab.1 Large dosage test of electric insurance

表2 电动保险小药量试验

Tab.2 Small dosage test of electric insurance

由表1~2可见，当手动保险不解除时，大药量的电动保险在高温作用后不会造成点火装置结构损坏，同时密封帽不被剪切。当手动保险解除时，小药量的电动保险在低温下作用后密封帽被剪切，隔爆杆运动到位。

3.2 手动保险的安全性试验

将产品固定在试验台上，检验手动保险处于安全状态（未解除保险），向电动保险通5A直流电流，电动保险应可靠发火，检验传火管不应被点燃；再向电点火器通5A直流电流，电点火器应可靠发火，检验传火管是否被点燃。具体试验情况见表3所示。

表3 手动保险的安全性试验

Tab.3 Safety test of manual insurance

表3试验表明，在手动保险处于安全状态时，电动保险意外发火，传火管不会被点燃，在电动保险意外发火后，电点火器正常点火后，传火管不会被点燃。

3.3 电动保险的安全性试验

将产品固定在试验台上，先将手动保险手动解脱，再向电点火器通以5A直流电，电点火器应可靠发火，检验传火管是否会被点燃。具体试验情况如表4所示。由表4可见，当电动保险为安全状态（未被解脱），在手动保险解脱后，电点火器意外发火后，传火管不会被点燃。

表4 电动保险的安全性试验

Tab.4 Safety test of electric insurance

3.4 点火可靠性试验

将产品固定在试验台上，先将手动保险手工解除，给电动保险通5A直流电，确保电动保险可靠发火并解脱，检验传火管不应被点燃，再向电点火器通5A直流电，电点火器可靠发火，检验传火管应被可靠点燃。具体试验如表5所示。

表5 点火可靠性试验

Tab.5 Ignition reliability test

试验表明，在手动保险和电动保险都解除的情况下，电点火器正常发火后能可靠点燃传火管。

4 结论

（1）该产品的设计将引信中的滑块保险原理引入到点传火机构中，使产品具有安全保险和点传火的双重功能。（2）设计了可恢复的手工开锁和电动解保双重保险机构，使产品的使用和勤务处理更加安全，符合国军标有关要求。（3）具有独立的耐高压结构，采用薄壁软金属管受压膨胀实现点火通道的密封，保证了整个系统的安全可靠。（4）通过结构设计，解决了点火装置安全保险和可靠点火两个状态的对立矛盾。（5）该点火装置是一种新型点火装置，为点火装置类产品的安全性及点火可靠性设计提供一种新的思路。

[1] 范宁军,马宝华.引信安全系统基本理论及其数学描述[C]// 中国兵工学会第六届引信年会论文, 1989.

[2] 华琦.一种带有安全保险机构的点火装置[J].火工品,2013 (6): 1-4.

[3] 李志超.微机电安全与解除保险机构驱动器设计[D].南京:南京理工大学,2011.

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[7] 叶军.一种用于提升机的安全保险装置[J].机械科学与技术,1994(6):49.

A New Type of Safe Ignition Device

HE Feng-yan1，WANG Lei2，YANG Zheng-cai1，LIU Hai-xu1，WANG Hai-Qing1，MIAO Yan-qin1

(1.Xi’an Qinghua Company, CNGC North Special Energy Group, Xi’an, 710025；2.The First Military Representative Office of the Military Equipment Bureau of the Army Equipment Department in Xi’an, Xi’an, 710061)

In order to meet the requirements of safe insurance and reliable ignition of arm, a kind of new type of safe ignition device was designed, the structure of the device was introduced, as well as the function mechanism was analyzed. The verification test showed that the ignition device can make the fire transfer channel clear and ensure ignition after arming, and the fire transfer channel not conducted, as well as prevent from accidental firing as not arming. The study provides a new idea for safety and reliability design for some ignition device.

Ignition device；Safety；Insurance；Design

1003-1480（2019）01-0005-04

TJ45+4

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.01.002

2018-12-17

何锋彦（1978 -），男，高级工程师，主要从事火工品设计研究。