火工品贮存运输加速试验方法研究

李会娜 韦冰峰 冯国林 吴建国

火工品贮存运输加速试验方法研究

李会娜1韦冰峰1冯国林2吴建国2

（1 北京强度环境研究所，北京 100076；2 北京强度环境研究所 可靠性与环境工程技术重点实验室，北京，100076）

针对目前火工品加速贮存试验中未考虑振动损伤影响的现状，文章研究了典型火工品贮存运输加速试验方法，分析了振动应力对火工品贮存的影响。模拟火工品实际运输状态，设计火工品运输试验、测试火工品运输过程中的力学环境；确定运输载荷谱、加速运输载荷谱的方法和过程；建立典型火工品贮存运输加速试验方法。研究了爆炸螺栓相同温度和湿度、不同运输贮存条件下的贮存可靠性，在较短运输里程时，贮存可靠性没有明显影响；当运输达到一定里程时，贮存可靠性明显下降。

火工品；运输；加速试验；贮存可靠性

0 引言

火工品是装有火药或炸药，受外界能量刺激后产生爆炸或燃烧，用以引爆炸药、引燃火药、做机械功或产生特种效应的一次性使用的元器件和装置的总称[1]。导弹等武器装备一般具有“长期贮存，一次使用”的特点，火工品是导弹上的关键部件，它的失效将影响整个导弹的作战性能。火工品与导弹上其他各部件相比，贮存寿命一般较短，导弹的服役寿命在很大程度上取决于其上火工品的使用寿命。

为了在短时间内获取导弹武器装备的贮存可靠性信息，开展贮存可靠性与贮存期等战术指标评估，世界各国都十分重视加速贮存试验技术研究，尤其是美国和俄罗斯两个当今世界军事强国，在加速贮存试验技术领域开展了大量的研究工作，积累了丰富的理论和实践经验[2]。美国十分重视火工品贮存可靠性研究，形成DOD-E-83578A（USAF）《航天飞行器爆炸器材通用规范》[3]，根据规范开展温度循环、振动、冲击等多种试验，模拟综合环境对火工品贮存性能的影响，通过发火试验验证产品功能可靠，若全部成功发火，则给出产品有若干年服役寿命的评估结果。而我国目前火工品加速贮存试验方法以71度法为主，此方法为高温恒定应力加速贮存试验，只能模拟贮存环境中高温对产品的影响[4-6]，未考虑运输中的振动对产品的影响，因此本文开展火工品贮存运输加速试验方法研究，分析振动应力对火工品贮存的影响。

1 火工品运输试验

在运输过程中，低过载长时间的随机振动环境被认为是运输过程中造成产品损坏的主要因素[7]，因此可以利用随机振动试验模拟火工品在公路运输中经受的振动环境。研究温度、湿度和振动等对火工品贮存性能的影响，首先进行振动试验，然后进行温度、湿度等试验。

1.1 火工品运输试验技术状态

参加运输试验的火工品为爆炸螺栓，爆炸螺栓按照标准要求装在火工品箱内，采取可靠的固定方式、固定在运输车内，保证其在运输条件下不前后窜动、上下跳动和左右摆动，模拟火工品实际运输状态。根据火工品技术文件及相关标准，制定路面等级和速度要求见表1。

1.2 火工品运输力学环境测试

测量装有爆炸螺栓包装箱运输试验过程中的振动环境，振动测点设计为4个，每个测点分X（车前后方向，即纵向）、Y（垂直路面方向，即垂向）、Z（车左右方向，即横向）三个方向。振动响应测点位置为火工品包装箱与运输车接触面附近，振动测点示意图见图1。运输试验振动环境测试按不同路面、速度等不同工况进行测试。

表1 运输试验条件

图1 火工品包装箱力学环境测试振动测点示意图

2 运输载荷谱确定

爆炸螺栓运输振动环境测试完成后，按I级、II级、III级、IV级和高速路等5种不同路况，对各个测点的数据分别进行功率谱密度分析。每种路况下，测点Z1、Z2、Z3和Z4为一个域，进行环境统计。公路运输试验振动环境测试结果统计，每种路况、每个方向设计1个条件，子样数均³8，当数据满足对数正态分布时，采用P95/50正态容差限用于试验的最高期望环境谱值；当数据不满足对数正态分布时，采用无参数上限统计估计用于试验的最高期望环境谱值。各级路最高期望环境谱图如图2所示。

分析得出，纵向、垂向和横向三个方向的谱值差异明显，各个方向需要分别统计；II级、III级、IV级公路相同方向的谱值相当，可以合在一起统计；I级和高速路相同方向的谱值相当，可以合在一起统计。结合火工品的实际设计、运输试验振动环境测量结果，统计“高速路”（I级和高速路）和“IV级公路”（II级、III级和IV级公路）两种工况的振动环境作为火工品公路运输的振动环境。其中“高速路”运输振动环境见表2。

图2 各级路最高期望环境谱图

表2 “高速路”运输振动环境

3 加速运输载荷谱确定

3.1 加速等效试验条件准则

其中，和是取决于部件类型的数值。逆幂律通常用来建立机械和电气设备与工作载荷作用时间有关的失效模型，它也适用于环境载荷，包括动态载荷。如果有两个谱型相同但均方根值不同的动态载荷，两者产生相同的破坏势所需的暴露时间的关系可由方程（1）得出

对按自谱定义的随机振动，方程（2）变为

指数的选取，不同的材料、装备有不同的指数值，指数的取值是个难点。对于随机振动，指数的选取，不同的标准有自己的推荐

a） NASA-HDBK-7005：有文献研究表明，小型制导导弹复杂电气和电子设备与时间有关的失效[9]，=4；一般的空间飞行器部件[10]，取=4。

b） MIL-STD-810G[11]：以前使用时取=7.5，但一般在5~8范围内取值。

c） AECTP-200[12]：指数与合适材料的S/N疲劳曲线的斜率相对应，对于钢、铝合金等具有线性应力应变关系的金属材料时，值取8是合适的，而用于非线性材料和复合材料时，可信度稍小；对于电子设备和非金属、弹性、复合、塑性、炸药等材料，建议值取5。

d） GJB150A[13]：航空电子装备，=8；导弹试验大纲，=6.5~13.2；航天器试验大纲，有时=4；多数材料，=12~13。指数值的变化范围与所要求的保守程度以及材料特性有关，必要时应根据具体材料的疲劳数据（S/N曲线）进行分析。

3.2 加速运输载荷谱确定

由GJB150A、北大西洋公约组织标准AECTP-100、美军标810G以及现有的型号战标，从火工品制造工厂到仓库或导弹安装场地，通常使用卡车运输，经过的路面一般为高速路。GJB150A、美军标810G规定高速路里程一般在3200km~6400km；北大西洋公约组织标准AECTP-100则规定导弹的高速路里程为10000km[9,11-12]。

参加火工品加速运输试验的产品为6支2014批爆炸螺栓，设计每3支分为1组，第1组和第2组，6支2014批爆炸螺栓代号为1-1、1-2、1-3、2-1、2-2和2-3。为了研究运输振动应力作用时间不同对火工品贮存性能的影响，设计两种运输里程。爆炸螺栓1-1、1-2和1-3公路运输高速路运输里程设计为3200km；爆炸螺栓2-1、2-2和2-3公路运输高速路运输里程设计为10000km。

爆炸螺栓1-1、1-2和1-3高速路况运输里程为3200km，爆炸螺栓2-1、2-2和2-3高速路况运输里程为10000km，速度均为60km/h，运输时间分别为1=53.3h、2=167h。对于火工品，按照非金属含能材料处理，兼顾安全性，b取上述NASA-HDBK-7005、MIL-STD-810G、AECTP-200和GJB150A文献最小值，值取=4。由公式（3），对此运输试验条件进行加速；纵、垂、横向加速试验时间分别为1=（3200km/1600km）=2h、2=（10000km/1600km）=6.25h；加速运输振动环境见表3。

表3 “高速路”加速运输振动试验条件

4 火工品加速运输试验

参加典型火工品公路运输加速模拟试验的火工品、火工品箱为2014批爆炸螺栓、包装箱。为模拟实际的运输状态，包装箱内装有30支爆炸螺栓，包括6支2014批爆炸螺栓和24支作为配重的2015批爆炸螺栓，其中6支2014批爆炸螺栓为试验研究对象。试验时包装箱为固支状态。

试验布置振动控制点4个，分布在包装箱4个面附近的振动台面上；试验实施时分别使用4点平均控制的控制方法。按照表3的振动试验条件，进行加速运输试验。

为了研究爆炸螺栓经历运输和未经历运输对爆炸螺栓贮存性能的影响，爆炸螺栓开展试验工况分为(1) ~(3)的试验，试验工况(1)：爆炸螺栓经历温-湿度加速贮存试验，等效加速贮存时间为8年；试验工况(2)：爆炸螺栓经历贮存运输加速试验，高速公路等效运输里程为3200km，并经历与试验工况(1)相同的温-湿度加速贮存试验；试验工况(3)：爆炸螺栓经历贮存运输加速试验，高速公路等效运输里程为10000km，并经历与试验工况(1)、(2)相同的温-湿度加速贮存试验。爆炸螺栓的贮存可靠性见表4。

表4 爆炸螺栓贮存可靠性

5 结束语

本文对典型火工品贮存运输加速试验方法进行了研究，模拟火工品实际运输状态，设计火工品运输试验、测试火工品运输过程中的力学环境；确定运输载荷谱、加速运输载荷谱的方法和过程；建立典型火工品贮存运输加速试验方法。通过爆炸螺栓相同温度和湿度、不同运输贮存条件下的贮存可靠性对比研究得出，在较短运输里程时，振动对爆炸螺栓的贮存可靠性没有明显影响；当运输达到一定里程时，振动对爆炸螺栓造成的损伤，导致其贮存可靠性明显下降。而我国目前火工品加速贮存试验方法中未考虑振动损伤的影响，建议对振动加速因子的获取、振动应力对火工品贮存的影响做进一步深入研究。

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Study on the Accelerated Test Method for Storage Transportation of Explosive Initiator

LI Hui-na1WEI Bing-feng1FENG Guo-lin2WU Jian-guo2

(1 Beijing Institute of Structure and Environment Engineering, Beijing 100076, China; 2Science and Technology on Reliability and Environment Engineering Laboratory, Beijing Institute of Structure and Environment Engineering, Beijing 100076, China )

Aiming at the present situation that vibration damage is not considered in the accelerated storage test of initiating explosive devices, an accelerated test method of typical initiating explosive devices was studied, and the influence of vibration stress on the storage of initiating explosive devices was analyzed. To simulate the actual transport state of initiating explosive devices, the transportation test of initiating explosive devices was designed, and the mechanical environment during the transportation of initiating explosive devices was tested. The method and process of transport load spectrum and accelerated transport load spectrum were determined, and an accelerated test method of typical initiating explosive devices was established. The storage reliabilities of explosive bolts under the same temperature and humidity and different transportation conditions were studied. The storage reliability has no obvious influence on the shorter transportation mileage, and the storage reliability decreases obviously when the transportation reaches a certain mileage.

explosive initiator; transportation; accelerated testing; storage reliability

V216.5

A

1006-3919(2020)02-0041-05

10.19447/j.cnki.11-1773/v.2020.02.007

2019-10-21；

2020-03-11

国防技术基础科研项目（JSJC2013209B056）

李会娜（1981—），女，高级工程师，硕士，研究方向：动力学环境与试验技术；（100076）北京9200信箱72分箱.