国外火工品“三化”及标准分析研究

赵成森 任炜 张蕊 纪向飞 陈京生

（1 中国兵器工业标准化研究所，北京，100089；2 陕西应用物理化学研究所，西安，710061）

文 摘：火工品是武器装备作战使用中必备的部分，其作用是以较小能量激发其内装药剂产生燃烧或爆炸，以其燃烧火焰、爆炸冲击波、高压燃气等实现点火、起爆、做功等预定功能。文章以美国航天用和军用火工品为例，介绍国外火工品“三化”的发展历程，分析了MIL-STD-320A、MIL-HDBK-145、MIL-HDBK-777 等火工品相关标准，提出火工品“优化产品体系结构、精干型谱系列”的思路，为火工品的通用化和系列化标准构建提供借鉴。

火工品应用平台多、用量大、种类丰富，其发展整体呈现出“种类繁杂、型号众多、结构相似、性能相近、从属配套”的特点。产品种类丰富在某种程度上也会导致产品品种繁杂、数量庞大、配套效率低等问题，并严重影响了火工品产品可靠性积累和自动化制造。在火工品的“三化”（通用化（标准化）、模块化、系列化）中，通用化是火工品“三化”的基础，构建通用化火工品的标准，是火工品实现“三化”重要步骤，通用化和模块化是火工品实现数字化设计和智能化制造的前提，火工品的系列化是满足各类武器装备使用的要求。

1 国外火工品“三化”的发展

世界范围内，先后出现了机械、电热、半导体桥、爆炸箔和激光等火工品类型，且每类火工品技术的发展都是在武器装备需求的牵引和工业技术的推动下实现的。国外火工品“三化”工作主要包括两个方面：①针对老产品进行技术革新；②发展新技术产品进行升级换代。笔者以美国为例，首先介绍国外火工品技术“三化”的发展历程。

1.1 美国火工品的通用化和系列化

火工品在航天领域应用广泛，美国NASA 对于火工品的“三化”特别重视。资料表明，火工品通用化最早源于上世纪60 年代美国航天领域，主要通过研制和使用标准化的基型产品来实现。

NASA 1 号是一种标准电起爆器，是最典型的通用火工品（基型火工品）。该产品伴随登月计划而诞生，是目前美国所有载人及非载人航天器用火工装置的首选标准产品，广泛用于起爆保险/解除保险装置内的火工品序列、密闭导爆管歧管、切割分离组件、传爆药药管、压力药筒等。NASA标准雷管是美国航天标准化的另一个产品，被作为政府采购元件供应给所有客户，常用于起爆聚能装药组件和多种火工阀门驱动药筒。

上世纪90 年代，NASA 与国防部和能源部通过 《NASA 航空宇航火工驱动系统规划》 专项，开展了系列标准火工品的研制。该计划中涉及的标准火工品包括：标准气体发生器、标准线形分离系统、标准激光二极管保险/解除保险装置、标准激光雷管和标准激光起爆器等[1]。通过该计划实施，发展改进了火工品的设计方法、相关标准及规范，建立了标准火工品系列、标准测试方法、火工品数据库及标准产品仿真模型等，使美国的火工品基本实现了标准化和系列化，有效提升了NASA 火工品在航天领域的安全性可靠性及配套能力，推动了美国航天技术的发展。

美国军用火工品的标准化历程与航天火工品类似。20 世纪50～60 年代美军火工品也出现过型号杂乱、品种繁多的问题。70 年代后，出现了基型产品，并通过对基型产品的标准化，逐步将火工品的种类和型号进行了系列化，以满足武器弹药发展需要。具有代表性的基型火工品包括M55针刺雷管、M94针刺雷管、M84电雷管、M100 独脚电雷管、爱国者防空导弹用MK71 电雷管、T20E1 电雷管等[2]。美国每种基型雷管通常可装备数十种弹药，且越来越多的弹药引信采用同一种或性能指标相近的通用型雷管。不仅提高了火工产品的通用化程度，还有利于产品优化、性能改进、降低成本、提高战时供给效率。

1.2 火工药剂的通用化和系列化

火工药剂是火工品的核心。火工药剂种类繁多，仅起爆药就涉及50 种，火工药剂的标准化是评价火工药剂的依据。国外针对通用型火工品药剂设计、研制与评价，已开展大量系统研究工作，发展了锆/高氯酸钾（ZPP）、硼/硝酸钾（BPN）、锆粉/氧化铁/硅藻土（A-1A）、硼/铬酸钡、铝/高氯酸钾、镁/聚四氟乙烯，2，4，6—三硝基间苯二酚铅（LNTR）、叠氮化铅（LA），高氯酸·四氨·双（5—硝基四唑）合钴（III）（BNCP）、六硝基茋—Ⅳ（HNS—Ⅳ）等10 种标准药剂[4]。

1992 年，美军标MIL-STD-1901 《火箭弹和导弹发动机点火系统设计安全准则》 明确将符合MIL-P-46994B 《硼/硝酸钾点火药粒》 要求的药剂列为直列式安全起爆与点火序列的标准许用药剂。在标准型起爆药方面，BNCP 是美国能源部研发的一种性能优异的新型安全钝感起爆药，具有安全、钝感、耐热、抗静电性能。对火焰、电桥丝均有较好的感度，且燃烧转爆轰（DDT）时间短，输出威力大，同时，BNCP 的合成、制造和勤务处理安全性较常规起爆药也有所提高。因此，国外已将其作为激光、半导体桥雷管的始发药大量使用。在直列式起爆药方面，国外广泛采用热稳定性、仅对短脉冲冲击波敏感的HNS 钝感高能炸药作为爆炸箔起爆器装药，并形成美军标MIL-E-82903 等HNS 制造工艺标准与规范。

2 国外火工品相关标准

美国国防部标准化文件有76 大类、602 小类，火工品及其相关专业的美国军用标准和国防部标准基本都在13 大类（弹药和炸药类）的22个小类中[5]。火工品美军标有比较完整的层次划分和比较合理的标准体系：①第一层为基础标准，包括名词术语、尺寸系列，如MIL-STD-320A 《引信爆炸元件的术语、尺寸和材料》；②第二层为设计、设计鉴定、通用要求等规范或标准，如MIL-I-23659 《电起爆器通用设计规范》、MIL-STD-1901 《火箭弹和导弹发动机点火系统设计安全准则》、DOD-E-83578 《航天飞行器爆炸系统和装置要求》 等；③第三层为试验及检验方法标准，如MIL-STD-322 《电起爆爆炸元件的基本鉴定试验》、MIL-STD-1576 《航天系统用电爆分系统的安全性要求和试验方法》、MILSTD-331C 《引信、引信零部件的环境与性能试验》 等；④第四层为型号产品标准，如各类雷管、点火器、导爆管等火工品及各类火工品用药剂等，这类标准数量最多，约占总标准数量的90%；⑤第五层为原材料标准，主要是制造火工品药剂用的原材料和火工品装配用的有关材料。

美军标在标准制定伊始就比较注重通用化和系列化要求，把“三化”的理念融入到标准中，并且标准之间相互补充、相互配合，协调性、一致性较好，共同构成了军用火工品“三化”标准体系。

目前，火工品相关的美国军用标准有220 余项（不含火工药剂），重要的型号产品均以军标的形式发布。标准中技术指标和试验验收相对较全，设计要求如装药参数、输入可靠性计算、材料要求等在部分产品军标中有所反映。以下对几个重点标准进行分析。

2.1 MIL-STD-320A 《引信爆炸元件的术语、尺寸和材料》

该标准于1958 年首次发布，标准代号为MILSTD-638，1962年修订为MIL-STD-320，1975年两次修订MIL-STD-320A，1987 年发布了更改通知。

该标准规定，针刺、火焰和电，这3 类爆炸元件的管壳直径相同，有利于模具通用，便于生产管理，有利于战时动员，便于批量生产。按标准规定发展产品，可减少品种，提高产品通用化程 度。MIL-STD-320A 与MIL-STD-320 的 主 要差异是增加了爆炸元件尺寸系列，如电起爆爆炸元件的直径系列由8 个增加至11 个，长度系列由13 个增加至19 个。从该标准的修订情况可以看出，随着武器装备的发展，为满足新的要求，必然要研制新的产品，这就需要不断扩大系列。从这个意义上讲，产品系列化并不是简单的减少品种，而是应该按照规定的合理的尺寸系列发展品种。由于有合理的尺寸系列要求，在火工品设计研发时自然可减少品种，在武器弹药装配时自然可以提高产品的通用化程度。

2.2 MIL-HDBK-145 《引信目录 采购制式和在研的引信》

从美军引信目录MIL-HDBK-145 可以看出，合理的尺寸系列保证了火工品各类引信对火工品的应用要求。MIL-HDBK-145 中规定电雷管直径系列有11 个，但在70 多种引信中只使用了3 个系列；针刺雷管直径系列7 个，但在23 种引信中只使用了2 个系列。有的雷管在引信中具有很强的通用性，如M100电雷管（尺寸Φ2.5mm×6.5mm，规范号MIL-D-48120A），通用于12 种引信；MK71 电雷管（尺寸Φ4.9mm×9.8mm，规范号MIL-D-85294）通用于24 种引信；M55 针刺雷管（尺寸Φ3.7mm×3.6mm，规范号MIL-D-14978A）基本上是炮弹引信的通用雷管。正是由于火工品的通用化，使火工品的自动化成为可能，例如M55 针刺雷管于70 年代初完成了自动化生产，每分钟可生产M55 针刺雷管800 发～1200 发。

2.3 MIL-HDBK-777 《引信目录 采购制式和在研引信的爆炸元件》

1985 年，由美国国防部按照规定程序编写了MIL-HDBK-777 《引信目录 采购制式和在研引信的爆炸元件》，将其列入军用标准化手册系列，作为军用火工品规范编制、设计和采购的参考资料，为其火工品“三化”工作开展提供了重要数据。该手册组成部分的引用文件是MIL-STD-322《电起爆爆炸元件的基本鉴定试验》 和MIL-STD-1316D 《引信安全性设计准则》，全面反映了80年代及90 年代初期常规武器引信用的700 余种火工品的性能状态和技术水平，包括电点火管、点火元件、火帽共124 种；雷管共215 种，其中电雷管75 种、针刺雷管78 种、火焰雷管52 种、电撞两用雷管5 种、撞击雷管5 种；延期元件、接力管共44 种；导爆管85 种；扩爆管（药柱）82种；开关、作动器、驱动器共63 种；装药、曳光管、指示器共14 种。这些火工品多数用于炮弹引信、航空炸弹引信、子弹（雷）引信、地雷引信、火箭弹引信、导弹引信、榴弹引信、手榴弹引信及其他引信。其中，应用最多的起爆类通用火工品仅有针刺雷管M55（Φ3.7mm）、M94（Φ4.2mm）、M61（Φ4.9mm）、M99（Φ6.1mm）4 种；破甲弹引信用高瞬发度电雷管M69（Φ4.9mm）、M48（Φ7.0mm）2 种；电子引信用微型雷管M100（Φ2.5mm）；火箭弹引信用雷管M84（Φ4.9mm）；爱国者导弹和战术导弹引信用电雷管MK71（Φ4.9mm）、T20E1（Φ4.9mm）2 种。该手册不包括核弹药用火工品、NASA 用火工品、民用商业火工品和复杂导弹发火系统用的火工品。

1） 防渗层：防渗层的作用是阻止床内渗沥液流到床外，或床外水渗入床内。防渗层结构与填埋场的防渗层类似，由下往上依次为20 mm左右的黏土层、400g/m2的土工布、1～2mm厚的HDPE膜。

2.4 其他标准

在1991 年前后制定了MIL-STD-1316D 《引信安全性设计准则》（目前已更新至E 版）、MIL-STD-1901 《弹药火箭和导弹发动机点火系统安全性设计准则》（1992 年1 月22 日）、MIL-I-23659 《电起爆器通用设计规范》 系列标准（目前已更新至F 版）、MIL-STD-322 《电起爆爆炸元件的基本鉴定试验》（目前已更新至B 版）、MILSTD-1576 《航天系统用电爆分系统的安全性要求和试验方法》、MIL-STD-331C 《引信、引信零部件的环境与性能试验》、DOD-E-83578A 《航天飞行器爆炸系统和装置要求》 等，其中的很多规定也是建立基型火工品的基础上的，有力地支撑了美国火工品“三化”工作的开展。

3 启示与建议

3.1 启示

发达国家已经基本建立了一套较为完善的通用火工品系列，对火工品的设计、研发、改进等起到的积极的推动作用，也为实现火工品的自动化生产奠定了基础，其所涉及的分类方法与实现方式，在武器装备和实战中得到了检验，显示了良好效果，也带给我们一些启示。

a）重视顶层规划。美国航天局通过启动火工品专项计划，对火工品技术发展进行顶层规划，在思想上统一认识，在技术上引导火工品研发向通用化、系列化、标准化过渡，并广泛向陆、海、空、宇航及能源部门推广，为火工品“三化”推广和普及奠定了基础。

b）重视基础积累。美国非常重视火工品研发、改型和生产中基础数据的收集和积累，对火工品产品及火工药剂的实际应用进行长期跟踪和数据采集，从问题导向和需求导向出发，通过大量数据研究分析及试验验证，提出并研制了标准雷管、标准起爆器、标准许用药剂等标准化、系列化、通用化火工产品及型谱系列。不仅减少了种类，提高了性能，而且满足了需求，提高了自动化制造水平。

c）重视标准规范。美国非常重视火工品相关标准与规范的制定和应用。一方面，对于取得的研究成果，通过制定各种军用标准、军用手册、航天标准等来进行规范、固化和贯彻实施；另一方面，对研究过程中的数据进行提前规范以实现标准化和通用性，有利于后续的数据整合与共享。

3.2 建议

与美国火工品“三化”发展相比，我国火工品“三化”水平还处在初级阶段。除了历史原因之外，技术积累和融合不足和标准体系支撑不够也是制约火工品行业“三化”水平提升的重要原因。特别是标准体系支撑不足，主要体现在以下几方面。

a）缺少从顶层角度对火工品型谱编制、选用、管理指南或要求，提出“自上而下”的统型指导性规范。

b）尚无基型火工品和标准火工药剂的标准及其相关的设计要求及产品规范，从火工品产品角度“自下而上”梳理的型谱体系尚未形成。

c）基型火工品和标准火工药剂通用规范类标准，主要规定了火工品通用技术要求及其试验验收方法，对产品选型、尺寸参数系列、接口关系等内容均未涉及。

d）火工品现行的试验与评估类标准，主要是火工品某项性能的试验或验收方法，尽管能够完成大多数火工品的试验考核与评估，但未具体明确适用于通用火工品的标准测试方法或要求。

e）缺乏与火工品“三化”密切相关的原材料标准，主要是制造火工品药剂用的原材料和火工品装配用有关材料及特殊火工品材料的设计、工艺、检测等标准。这些原材料或组部件标准的缺失，使得火工品从源头上就未形成通用化、系列化的基础。

综上，迫切需要开展火工品的“三化”研究，建立火工品产品型谱技术体系，形成通用的、系列的可满足货架式供应的火工品。同步开展火工品标准体系研究，以基型火工品为基础，构建火工品设计、试验、材料、工艺标准为支撑的多维度、多层级、体系化的标准群，为推进火工品新技术应用、加快新型号研制效率、提高设计和自动化制造水平、提升服务装备保障能力，实现火工品行业的可持续发展提供标准支撑和保障。