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火工品技术简介与应用探析

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:火工品在武器系统的点火序列和爆炸序列中是最敏感的元件。爆炸能式火工品主要指炸药引爆。火工品在一定条件下储存,不应发生变化与失效。一般军用火工品规定储存期为15年以上。2)猛炸药猛炸药典型的爆炸变化形式是爆轰,除主要作为各种弹药的主装药外,常用作为火工品的传爆药及雷管和导爆索的装药。

火工品技术简介与应用探析

1.火工品及其基本特性与分类

1)火工品及其作用

火工品,是指装有少量火炸药的较敏感的一次性小型爆炸元件或装置。它能在外界不大的某种形式能量(机械、热或电能)的激发下,发生燃烧、爆炸等化学反应,并释放出能量,用以获得某种化学物理效应或机械效应,如点燃火药、起爆炸药或作为某种特定的动力能源等。火工品在军事上具有广泛的应用,是各种常规弹药、武器导弹及其他航天器的点火、延期、传火、引爆和传爆元件。

火工品在武器系统中的主要功能包括:

(1)组成点火、延期、传火序列,保证武器的发射、运载等系统安全可靠运行。

(2)组成引爆、传爆序列,保证战斗部安全可靠作用,实现对敌目标的毁伤。

(3)作为动力源,完成武器系统的推、拉、切割、分离、抛撒和姿态控制。

2)火工品的特点与基本特性

武器系统从发射到毁伤整个作用过程均从火工品首发作用开始,几乎所有弹药都要配备一种或多种火工品。武器系统中的火工品具有以下特点:

(1)功能首发性。武器系统中的燃烧和爆轰以点火器的点火和起爆器的爆炸为始发能源。

(2)作用敏感性。火工品在武器系统的点火序列和爆炸序列中是最敏感的元件。

(3)使用广泛性。火工品广泛应用于常规武器弹药系统、航空航天系统及各种特种用途系统。

(4)作用一次性。火工品是一次性作用的元件,同一发产品其功能无法重现。

火工品的基本特性:

(1)尺寸小,在整个能量或爆炸系统中占据的体积很小。

(2)装药少,相对于发射药、猛炸药等主装药,火工品中装填的火炸药量非常少。

(3)有较高的感度,能在外界较小的初始冲能(如机械能、热能或电能)作用下发生燃烧、爆炸等化学反应

(4)具有很高的能量释放效率,能够点燃火药、起爆炸药或者形成某种特定的动力能源等。

(5)在燃烧或爆炸序列中通常处于初级位置,属于第一个作用的元件。

(6)可靠性高。

(7)使用安全性较好,长期储存的安定性和生产经济性好。

3)火工品类别

在不同的使用条件下,火工品对输入能量所要求的形式和大小可能有较大的差别,在结构和体积上也有差别,与之相应,在输出能量上也有较大的差别。《火工品分类和命名原则》(GJB 347A—2005)规定了火工品的分类和命名。该标准将火工品分为16类:火帽、点火头、点火管、底火、点火具(器)、点火装置、电爆管、传火具(含传火管、传火药柱、传火药盒)、延期件、索类、雷管、传爆管(含传爆药柱、导爆药柱)、曳光管(含曳光药柱)、作动器(含推销器、拔销器、爆炸开关、切割索等)、抛放弹、爆炸螺栓(含爆炸螺帽)。

按输入能量形式,火工品可以分为机械能式、热能式、电能式、光能式、化学能式和爆炸能式火工品。机械能式火工品又分为针刺、撞击、摩擦火工品。热能式火工品又分为火焰、热气体、绝热压缩火工品。电能式火工品又分为灼热桥丝、薄膜桥式、导电药式、火花式、爆炸桥丝、飞片式火工品。光能式火工品又分为可见光激光火工品。化学能式火工品主要指浓硫酸点火弹药雷管。爆炸能式火工品主要指炸药引爆。

按主要用途及其输出特性,火工品可以分为点火器材、起爆器材、动力源火工品。点火器材多用于引燃各种火药装药,主要包括火帽(引信火帽、底火火帽)、底火、导火索、点火具、电点火管、导火索等。起爆器材多用于引爆各种爆炸装药,主要包括雷管(火雷管、电雷管)、导爆索、导爆管等。动力源火工品利用火工品燃烧或爆炸释放出来的化学能,作为完成各种特殊作用的能源,如曳光管、作动器、抛放弹、爆炸螺栓等。

按适用对象,火工品主要分为军用火工品和民用火工品两大类。除了火帽、底火等弹药中使用的军用火工品之外,导火索、雷管、导爆索等相同种类的火工品在结构上大同小异,因此某些火工品具有一定的军民通用性。

4)对火工品的技术要求

虽然火工品的种类繁多,但是为了满足使用要求,且能适应广泛的应用范围,火工品必须具有以下一般技术要求:

(1)合适的感度。若感度高,则输入的能量小。要求感度的目的是保证作用的确实性(或可靠性)。

(2)适当的威力。火工品的威力是根据使用要求提出的,过大、过小都不利于使用。

(3)使用的安全性。火工品是敏感元件,必须保证在生产、运输、装配、发射和飞行中的安全。

(4)长期储存的安定性。火工品在一定条件下储存,不应发生变化与失效。一般军用火工品规定储存期为15年以上。

(5)适应环境的能力。火工品在制造使用过程中将遇到各种环境力的作用。

(6)其他特殊要求。由于使用条件的不同,可以提出一些特殊的要求,如作用时间、时间精度、体积大小等。此外,制造火工品的原材料应立足国内,且结构简单、制造容易、成本低、易于大量生产。

2.常用的火工药剂及其特点

火工药剂的品种很多,根据其组成、物理化学性质和爆炸性质的不同,可以有不同的分类方法,但人们最关心的是按用途来分类。按用途的不同,火工药剂可以分为起爆药、猛炸药、点火药、针刺药、击发药、延期药和火药等。

1)起爆药

起爆药是火工药剂中最敏感的一种,受外界较小能量的作用就能发生爆炸变化,而且在很短的时间内其变化速度可增至最大(即所谓的爆轰成长期短),但是它的威力较小,在许多情况下不能单独使用,只是用来作为火帽、雷管装药的一个组分,以引燃火药或引爆猛炸药。常用的起爆药有雷汞、叠氮化铅、三硝基间苯二酚铅、四氮烯(又称特屈拉辛)、二硝基重氮酚,以及以这些药为主所组成的共沉淀药剂、硝酸肼镍、GTG等。

2)猛炸药

猛炸药典型的爆炸变化形式是爆轰,除主要作为各种弹药的主装药外,常用作为火工品的传爆药及雷管和导爆索的装药。猛炸药感度较低,它需要较大的外界能量作用才能激起爆炸变化,一般用起爆药来起爆。常用的猛炸药有梯恩梯、特屈儿、黑索金、太安、奥克托今等单质炸药,以及以黑索金和奥克托今为主体的混合炸药。

3)点火药

一般点火器材中的点火药大多由氧化剂可燃物和辅助添加成分构成。点火药的特点是热感度较高,点火能力较强。它具有发火温度低,燃烧温度高,有适量固体或(和)液体生成物等特点。主要用作点火、传火类火工品的装药。常用的点火药有CP、BNCP、锆/过氯酸钾、硼/硝酸钾等。

4)击发药、针刺药

击发药、针刺药主要由起爆药、氧化剂和可燃剂等混合而成。起爆药作为感度调节剂,用在针刺火帽和针刺雷管中。

5)延期药

延期药通常是以氧化剂和可燃物为主体的混合药剂。延期药一般由火焰点燃后,经过稳定的燃烧来控制作用的时间,以引燃或引爆序列中的下一个火工元件,用在各种延期体(包括延期雷管)中。为了易于压制成型,在延期药中常加入少量黏合剂,有时调整燃速还加入其他附加物。延期药分为有气体延期药(黑火药)和微气体延期药,常用的微气体延期药有钨系、硼系、锆系等。

6)火药

火药典型的爆炸变化形式是燃烧。火药广泛应用于火工品中。常用的火药有黑火药、单基药(以硝化棉为主体的火药)、双基药(以硝化甘油和硝化棉为主体的火药)。

3.引燃用火工品

1)火帽

火帽通常是点火或起爆序列中的首发元件。在点火序列中,火帽由枪机(或炮闩)上的撞针撞击而发火,产生的火焰点燃发射药或经点火药放大后点燃发射药。在起爆序列中,火帽由击针刺入而发火,产生的火焰点燃雷管或延期药。火帽的作用是把机械能转换为热能——火焰。

按用途分类,火帽可分为药筒火帽(底火火帽)、引信火帽和用于切断销子、启动开关和激发热电池等动作所用的火帽。按激发方式分类,火帽可分为针刺火帽、撞击火帽、摩擦火帽、电火帽、绝热压缩空气火帽、碰炸火帽、激光火帽等。

(1)针刺火帽。

以击针刺击发火的火帽称为针刺火帽。针刺火帽主要用在引信的点火序列、起爆序列以及保险机构和自炸机构中,因此,有时又称为引信火帽。针刺火帽主要作为引信主要传爆序列中的元件,完成引爆弹丸的作用,也用在引信的某些侧火道的保险机构中,完成引信的炮口保险或隔离保险的作用,还用在引信的自炸或空炸机构中,使未击中目标的弹丸自行销毁。

针刺火帽应满足的战术技术要求:

①有足够的点火能力。

②有合适的针刺感度。

③对发射振动的安全性。

④具有一些对火工品共同的要求。

针刺火帽一般由火帽壳、发火药剂、加强帽(或盖片)三个主要部分和虫胶漆密封、底层引燃药等组成,四种典型针刺火帽结构如图12.3所示。

图12.3 四种典型针刺火帽结构示意

1—火帽壳;2—加强帽;3—击发药;4—加强药;5—虫胶漆

针刺火帽的发火机理:当击针刺入火帽时,先通过盖片,再进入压紧的药剂。针刺起爆是由针尖端刺入压紧的药剂中引起的,这一过程可以看成是冲击与摩擦的联合作用过程。在击针刺入药剂时,一方面药剂为腾出击针刺入的空间而受挤压,使药粒之间发生摩擦;另一方面,击针和药剂的接触面上也有摩擦。在击针的表面及药剂中有棱角的地方,便形成应力集中现象,并产生“热点”。“热点”很小,但是温度很高,当“热点”温度足够高,并维持一定时间后,火帽就被起爆。要使针刺火帽发生爆炸变化,必须有外界和内在的因素共同作用。外界因素是击针刺入的条件(击针的硬度、刺入药剂的速度和深度等);内在因素是药剂的性质(药剂的感度)。外界因素为药剂的爆炸变化提供了条件。击针硬度大,刺入速度快,产生“热点”的可能性就大,有利于起爆。内因是变化的依据,使针刺火帽具有爆炸变化的可能性。

(2)撞击火帽。

以撞击激发的火帽称为撞击火帽。撞击火帽主要用于枪弹药筒和各种炮弹的撞击底火、迫击炮的尾管及特种弹的药筒中,用来引燃底火与传火管中的传火药、扩延药和点燃各种枪弹中的发射药,因此也称为底火火帽。撞击火帽是用来点燃火药的,所产生的火焰应足以点燃发射装药或其点火药。若火帽的点火能力不够,则在击针撞击火帽后,火药不是立即发火,而是经过一定的延迟时间后才发火,这样不仅会影响射击速度,而且容易发生危险。若火帽的作用不一致,点燃火药产生的膛压就不一样,则弹丸的初速就不一样,从而影响武器的弹道性能。

撞击火帽应满足的战术技术要求有:

①具有点燃火药的可靠性和作用一致性,从而保证火药装药弹道性能的一致。

②有适当的撞击感度,保证在适当的能量作用下必须发火切实。

③壳体有一定的强度,保证能承受高压作用。

④撞击火帽爆炸反应的生成物不应对武器产生有害影响。

撞击火帽主要由火帽壳、盖片、击发药、火台等部分组成,四种典型撞击火帽的结构如图12.4所示。

图12.4 四种典型撞击火帽的结构示意

1—火帽壳;2—击发药;3—盖片;4—火台

一般撞击火帽的发火过程:

①撞针作用于火帽上时,火帽的底部变形向内凹入,因为火台是紧压在火帽盖片上并且固定在药筒或底火体中(插入式火帽自带火台),所以火帽中的药剂受到火台和底火底部变形引起的挤压而发火。

②当药剂受到挤压时,其中的起爆药受到撞击、压碎、摩擦等形式的力的作用,药粒之间相互移动,在起爆药的棱角(或棱边)上产生热点,这些热点很快扩散,使整个装药发火。产生的火焰点燃发射药或底火中的黑火药。因此,撞击起爆也属于热点起爆机理。要使热点温度高,就要求撞针的能量集中于部分药剂上,所以火台的尖端面积、撞击的半径、火帽壳底部的硬度和厚度等都影响火帽的感度。

2)底火

枪弹和口径很小的炮弹可单独使用一个火帽来引燃发射药。当弹的口径增大时,由于所装的发射药量增加,单靠火帽的火焰难以使发射药正常燃烧,造成初速和膛压下降,甚至发生缓发射,还会造成近弹和射击精度下降等故障。所以当口径≥25 mm时,通常用增加黑火药或点火药的方法来加强点火系统的火焰,增加的黑火药或点火药既可以散装,也可以压成药柱。为了使用方便,通常将火帽和黑火药(点火药)结合成一个组件,用于点燃发射药装药,这种火工品称为底火。在射击时,底火中的火帽首先接受火炮撞针的冲量而发火,产生的火焰点燃底火中的装药,由装药产生比火帽火焰大得多的火焰来点燃发射药。当炮弹口径进一步增大时,仅靠底火的点火能力也满足不了发射药正常燃烧的要求时,在底火和发射药之间还要增加点火药包。

底火应满足的战术技术要求:

①足够的感度,不允许瞎火。

②足够的点火能力,保证弹道稳定性。

③足够的机械强度,不被击穿,不允许泄气。

④使用安全,不会早发火。

⑤密封性好。

⑥满足火工品的其他一般要求。

底火的种类很多,常用两种分类方法,一种是按火炮输入底火能量形式分,可分为撞击底火和电底火,还有撞击和电两用底火;另一种是按火炮的口径分,可分为小口径炮弹底火(口径<40 mm)和大中口径炮弹底火(口径≥40 mm)。

(1)撞击底火。

撞击底火是由火炮击针撞击而发火的底火,也称机械式底火。撞击底火的本质是用以引燃发射装药的复合点火装置。

撞击底火通常由底火体、火帽压螺、火台、闭气锥体、散装黑火药、黑火药饼、羊皮纸垫及黄铜盖片等组成,典型构造如图12.5所示。

当击针撞击底火时,底火外壳变形,迫使火帽运动,而火台阻止火帽运动,在火台与击针的夹击下火帽发火,火帽发火产生的高压燃气通过火台上的孔,推开压螺上的闭气塞,进而引燃黑火药,黑火药燃烧产生大量高温高压燃气,进一步引燃发射药。当弹药口径较大,底火的火焰也满足不了发射药正常燃烧的要求时,还必须配合使用点火药包,而点火药包的装药量随炮弹口径的增大而增大。

图12.5 典型底火的构造

1—盖片;2—黑火药;3—底火体;4—闭气塞;5—压螺;6—火台;7—火帽(www.xing528.com)

(2)电底火。

随着战车、飞机、舰艇、导弹等运动目标速度的提高,要求武器具有高的射速,因而相应地要求底火也必须提高作用的迅速性(瞬发度)。一般撞击底火不能满足上述要求,因此就出现了用电能作为能源的电底火。电底火接收电冲量而发火,具有结构简单、作用时间短、发射速度高等优点,可以大大提高火炮的射速及齐发同步性。

电底火应满足的主要要求有:

①作用时间短。

②耐高膛压,有足够的强度,避免击穿漏烟。

③能承受上膛时的振动。

④满足火工品的其他要求。

电底火主要有灼热桥丝式与导电药式两种类型,当前使用的主要是灼热桥丝式电底火。

典型灼热桥丝式电底火由黄铜外壳、黄铜环电极、黄铜芯电极、绝缘垫片、桥丝、点火药、绝缘塑料和纸垫等组成,如图12.6所示。

图12.6 典型灼热桥丝式电底火结构示意图

1—黄铜外壳;2—绝缘塑料;3—环电极;4—芯电极;5—绝缘垫片;6—桥丝;7—斯蒂酚酸铅;8—传火药;9—纸垫;10—漆

当击针撞击底火底部时,击针与底火芯电极接触,构成通电回路电源正极→击针→底火芯电极→双灼热电桥→环电极→底火壳→电源负极。通电后,桥丝升温,点燃点火药,进而点燃传火药。当其生成物压力达到一定值时,火焰冲破纸垫点燃火药装药。此时,电底火因承受高压高温火药气体的冲击,而不出现底火的击穿、漏烟和芯电极突出等现象。

3)点火具

要使火箭发动机中的火箭火药能正常燃烧,就必须使火药表面达到一定的温度,并在燃烧室中建立起一定的压力,为此就需要点火装置。点火装置通常由发火头部分及点火药组成。发火头部分受到外界能量(电能或机械能)作用后,产生一定的火焰。仅仅是发火头产生的火焰能量不够大,不足以满足使火箭火药正常燃烧的要求。点火药起着扩大发火头能量的作用,使火箭火药能迅速全面地燃烧,以达到火箭弹燃烧时弹道性能的一致。

对点火具的要求除了与一般火工品相同外,还应满足两个基本条件,即在外界激发能量作用下,点火具应切实可靠发火;点火具的点火药燃烧后,应可靠地点燃火药装药。当点火具用于弹道上点火时,还应有严格的时间要求。

点火具是一种相对简单的火工品。点火具按其激发能量形式分,可分为电点火具和机械点火具(惯性点火具)。一般火箭弹和火焰喷射器的点火常用电点火具,而增程弹常用惯性点火具。

电点火具主要由电发火头和点火药组成,电源电能转变为热能引燃电发火头,燃烧火焰引燃点火药,扩大了的火焰再引燃火箭火药。根据电点火具电发火头和点火药的相对位置关系,点火具又可以分为整体式和分装式两类。整体式点火具是将发火头放在点火药盒内做成一个整体,将导线引出与弹体的电极部分相接(图12.7),用于各种小型火箭弹上。为了保证点火的可靠性,一般采用两个或两个以上并联的电发火头。分装式电点火具是指点火药与电发火头不做成一体而分别安装的点火装置。

电发火头是通过接收电能引燃点火药的微小火工品。电点火头按照发火结构的特点可分为桥丝式、导电药式和火花式,如图12.8所示。应用最为广泛的桥丝式电点火头是在两根导线之间连接一段细小的桥丝(镍铬、康铜或铂铱金属电阻丝),其上涂有少许发火药,而后将其包覆(或浇注)在点火药中。连接至外面的两根导线在装药附近用胶质绝缘材料固定并分开。

图12.7 整体式点火具

1—导线;2—电发火头;3—点火药;4—点火药盒;

图12.8 电发火头的三种基本形式

(a)桥丝式;(b)导电药式;(c)火花式

桥丝式电发火头的发火属于热激发过程。根据焦耳楞次定律电流通过桥丝时,电能转变为热能放出热量,此热量主要是用来预热桥丝。桥丝将热能传递给周围的药剂使药剂的温度升高,当药剂的温度达到发火点时,电发火头就被引燃了。由电发火头的火焰去点燃点火药,点火药达到正常燃烧而又持续一定时间的点火温度与点火压力起到扩大发火头火焰的作用,从而使火箭火药能迅速发展成稳定的燃烧,以保证火箭弹的弹道性能的一致性。

火箭增程弹是靠火炮发射出去的,一般借助惯性点火具点燃发动机,使弹丸速度在原有基础上加大,最后达到增大兵器直射距离的目的。惯性点火具在弹丸发射过程中起作用。

惯性点火具主要由惯性膛内发火机构、延期机构和点火扩燃机构等组成,如图12.9所示。发火机构由火帽、击针和击针簧组成。延期机构主要是延期药,点火扩燃机构主要是点火药盒。

图12.9 惯性点火具结构示意

1—火帽;2—火帽座;3—点火具体;4—弹簧;5—击针;6—密封圈;7—延期药;8—点火药;9—药膜;10—螺塞

当弹丸在发射筒内向前运动时,火帽连同火帽座一起产生一个直线惯性力,此力可以使火帽(连同火帽座一起)克服弹簧的最大抗力向击针冲去。火帽受针刺作用而发火,火帽的火焰通过击针上的传火孔点燃延期药,经一定时间燃烧后再点燃点火药,点火药燃烧形成点火压力,并迅速点燃弹丸的火箭火药,完成点火作用。

4)点火管

点火管是一种用于引燃抛射药和火箭固体推进剂的火工品,其中由电引发的点火管称为电点火管(图12.10),一般有金属管壳,发火头被包在金属管壳内,引出极分为独脚式和引线式。发火头的结构和电点火头类似,也是将一段金属电阻丝埋入药剂,两端各与一条导线相接,通电后,桥丝升温,引燃周围的火药或者引爆周围的炸药。

点火管有很多种,用机械能(如击针作用)引发的点火管,其作用和底火类似。而用摩擦作用引发的点火管通常称为拉火管。

图12.10 电点火管结构示意

1—管壳;2—点火药;3—发火药;4—铂铱桥丝;5—绝缘层;6—中心电极

5)导火索

导火索是一种具有连续细长装药的柔性火工品,是一种内有黑火药芯子,外面缠有几层包皮的索状火工品,其作用就是传递火焰和延期点火。

导火索应满足的主要战术技术要求如下:

(1)有足够的火焰感度和点火能力(传火功能:易于被点燃而且有点燃被点燃对象的能力)。

(2)有均匀的燃烧速度,不应中途熄灭或断火。

(3)有一定的尺寸,与其他火工品配合使用。

(4)防潮性能良好,可在潮湿气候和潮湿环境,甚至在水下使用。

(5)火工品的其他要求。

导火索按应用范围分为军用和民用两种,军用导火索的纸层中加有一层防潮剂或塑料,以提高其防潮性。根据不同的燃速,导火索可以分为速燃导火索和缓燃导火索两种。

4.起爆用火工品

1)雷管

雷管是用自身爆炸产生的冲击波、爆炸气体和破片引爆传爆药和主装药的一种火工品,是使用最广泛的基本起爆元件。

炮弹雷管要参加弹药的发射过程,为此炮弹雷管应满足的主要战术技术要求有:

①有足够的起爆能力,爆炸后能输出足够能量。

②合适的感度,既保证作用的确实性,又保证使用时的安全。

③有足够的抗振性,保证发射和弹着时的安全性。

④运输和勤务处理中的安全性。

⑤长期储存的安定性。

按其激发能源的形式来分,雷管可以分为火焰雷管(由火帽、延期药、扩焰药等的火焰引爆)、针刺雷管(由击针刺击而引爆)、电雷管(由不同形式的电能而引爆)、化学雷管(由化学药剂的反应来引起雷管的爆炸)、碰炸雷管(由碰击的力量使雷管起爆)、激光雷管(由入射激光能量使雷管起爆)等。随着起爆理论的发展,雷管的起爆形式也将增多。

雷管由金属壳中分层装以起爆药和猛炸药构成。雷管结构分为3部分:管壳、加强帽、药剂。几种典型的炮弹雷管结构如图12.11所示。

图12.11 炮弹雷管的结构示意

(a)翻边针刺雷管;(b)无翻边针刺雷管;(c)翻边火焰雷管;(d)无翻边火焰雷管;(e)无引燃药火焰雷管1—雷管壳;2—加强帽;3—起爆药;4,5—猛炸药;6—盖片;7—绸垫

2)导爆索

导爆索是一种传递爆轰波的索状起爆器材,其本身需要用其他起爆器材引爆,然后可以将爆轰能传递到另一端,引爆与其相连的炸药包或另一根导爆索。导爆索主要用于同时起爆多发炸药装药。它的优点是使用简便、安全,起爆时不需要电源、仪表等辅助设备,也不受杂散电流、雷电静电等的干扰。

普通纤维外壳导爆索的外形和结构与导火索相似,只是使用白色猛炸药而不再用黑火药做药芯,爆速为6 000~7 000 m/s。为了从外观上将两者区别开,导爆索的外层防潮涂料中掺有红色颜料

按药芯类别,导爆索一般分为黑索金导爆索、太安导爆索。按用途,导爆索可分为军用导爆索、工业导爆索、震源导爆索、安全导爆索、油井导爆索、延时用导爆索等。按包覆材料的种类,导爆索可分为棉线导爆索、塑料导爆索、金属壳导爆索等。

3)导爆管

导爆管是在高强度塑料软管内壁,涂以含超细铝粉的黑索金、奥克托今、太安或硝基胍等极薄层炸药构成的,又称非电塑料导爆管,结构如图12.12所示。导爆管只能被一定强度的冲击波或能转化为一定强度冲击波的激发冲量起爆,爆速约为1 600~2 000 m/s,主要用于低能、低速传递爆轰。导爆管本身不会自燃或自爆,可由较小的爆轰或爆燃等冲击能激发,冲击波传递至管的尾端可直接引爆火雷管或点燃延期雷管中的延期药,是一种安全的火工品。

图12.12 导爆管结构示意

1—塑料管;2—导爆药粉

导爆管本身没有炸药的特性,不会因振动、冲击、摩擦、火焰作用而爆炸,并且只能用于引爆雷管而不能引爆炸药。导爆管在传爆过程中只能看到管内闪光,管体不会破裂。导爆管具有良好的抗电性能,在杂散电流、静电、感应电流作用下不发生意外起爆。导爆管具有良好的抗爆性能,在承受一般机械冲击作用和普通火焰作用下也不起爆。导爆管具有良好的抗水性能,不怕水,不怕潮湿。导爆管造价低、尺寸小、质量小、柔性好,使用安全简便。导爆管的长度可以根据需要切割,多段导爆管可以通过导爆管二通、三通等连接件快速连接,可以一次引爆数千米或引爆多个雷管而不必中间接力,甚至在导爆管中间打结、对折等均不影响正常传爆。

导爆管主要和延期雷管结合构成导爆管起爆系统,也称非电起爆系统。在塑料导爆管内插上光导纤维或导线,可构成一种双用途导爆索。

4)导爆管雷管

导爆管雷管主要由塑料导爆管和火雷管两部分组成,在本质上是一种延期火雷管,其作用原理是利用导爆管输出的冲击波冲能激发火雷管。

5.先进火工技术

火工技术是利用了火药、炸药、烟火剂等含能材料的燃烧和爆炸特点,以及其他物理和化学能源转换原理,实现能量的精确控制和转换的技术,广泛应用于武器弹药中实现点火、起爆、传火、传爆以及分离、开舱和抛散等任务。采用该技术的火工系统具有高安全性、高可靠性和高精度等要求,在火工系统中采用了大量的新材料、新技术和新工艺,以提高含能材料的能量转换精度、安全性和可靠性,其中半导体桥火工品技术、激光点火起爆技术、爆炸网络技术、直列式起爆技术、MEMS火工技术等具有代表性。

1)半导体桥火工品技术

半导体桥(SCB)火工品,是指利用半导体膜或金属-半导体膜作为发火元件的火工品。SCB火工品与传统的灼热桥丝式火工品相比,具有发火能量低、安全性高、作用快(可达到微秒级)等优点。

根据硅的电阻率与掺杂浓度和温度的关系,随着温度升高,高掺杂半导体材料电阻变化不大,略有升高。当温度高于800 K后,其电阻变为负温度系数,使高掺杂半导体桥在加热过程中易形成温度升高-电阻略下降-热功率增大的正反馈效应。因此,在高温下,高掺杂半导体材料做成的SCB易形成高温等离子体,并以微对流的方式渗入起爆药中使之起爆。这种热交换方式具有更高的效率,可导致发火能量降低和作用时间缩短。此外,半导体桥与硅衬底紧密接触,而硅衬底具有良好的散热性,这有利于提高半导体桥火工品的安全电流。

半导体桥火工品的结构与常规电火工品的结构基本相似,原则上能用常规桥丝式电火工品的系统都可以使用半导体桥火工品,如SCB点火装置(SCB炮弹点火器、SCB导弹点火器、光电炸药点火器、数字逻辑发火装置等)、SCB起爆装置(灵巧SCB雷管、SCB冲击片雷管等)、SCB动力源装置(SCB射孔弹、SCB气体发生器、SCB推冲器等)……

2)激光点火与起爆技术

固体激光器可以产生强功率、短持续时间的冲击脉冲波,而猛炸药的直接起爆正需要一个强冲击,因此大功率激光器可以用作直接起爆猛炸药的起爆源。利用激光能量来起爆装有猛炸药的火工品称为激光雷管,点燃装有烟火剂的火工品称为激光爆管,激光雷管和激光爆管统称激光起爆器。激光起爆器的优点是防静电射频的能力好、多发作用的同时性好、作用前便于测试检查等。激光起爆器的装药部分结构简单,但是对光学纤维和激光源的要求严格,结构复杂。

激光束作用于炸药的效应有:高功率激光束在炸药中造成的强电场,引起含能材料的电击穿;光冲量造成的光电压、光化学、冲击波作用;光能作用下的热效应等。激光点火过程如下:

(1)含能材料吸收入射激光能量,光热转换作用使激光作用区域的含能材料表面被加热。

(2)含能材料因为被加热而发生凝聚相的化学反应,温度继续升高。

(3)不仅在药剂的表面发生凝聚相化学反应,而且在表面上方也存在气相化学反应,这一阶段被认为点火已经发生。

3)爆炸网络技术

爆炸网络是一种由爆炸元件构成、通过爆轰信号传递起爆指令的火工系统。这里的爆炸元件指的是能够传递和调制爆轰信号的装药体或装药结构。根据装药载体的不同,爆炸网络可以分为刚性网络和柔性网络;根据功能不同,又可分为爆炸逻辑网络、同步起爆网络和异步起爆网络。常用的爆炸网络有爆炸逻辑网络和刚性同步爆炸网络。

4)直列式起爆技术

从第一个爆炸元件开始,到主装药结束的传爆(或传火)序列中,若无机械隔断,则称为直列式传爆(或传火)序列。直列式传爆(或传火)序列用于非隔断式爆炸序列的电发火的起爆器,当电子保险和解除保险装置暴露于闪电、特定的电磁辐射、静电放电、电磁脉冲和核辐射环境中时,都不应被起爆。点火系统与起爆系统的组成基本相同,其中的换能元件均采用爆炸箔,唯一的区别是:起爆系统是用爆炸箔起爆炸药,而点火系统是将炸药换成钝感点火药。

5)MEMS火工技术

微机电系统(MEMS)火工技术采用微机电的设计思想和制造技术,将微点火桥、微型装药、微机械零部件和微电子线路等集成在一片基片上,形成具有功能可选择、信息可识别和内置安保机构的火工品或火工芯片。由于采用集成设计、冗余设计和微型精密制造技术等先进思想和技术,MEMS火工品具有微型化、高安全性、高可靠性、多功能性和信息识别的特点。这种具有智能特点的MEMS火工品技术在未来不仅能够满足MEMS引信和微型武器对火工品微型化的要求,还将推动弹药和武器装备的变革。

国内外投入了大量精力来研究微型火工品列阵和微型传爆序列,以期能用于弹道修正、微型弹药和微型卫星的姿态控制。

将MEMS技术应用于火工系统,会极大地降低目前火工装置和系统的尺寸及能源需求,从根本上改变原有的设计观念,使火工品具备系统化、集成化的设计理念。应用MEMS加工工艺技术、自动装药、微机电与微尺度爆炸序列混合封装等先进技术,可以实现火工品器件微型化、结构集成化、功能灵巧化,从根本上改变现有的设计理念,提升引信火工品行业水平。

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