某點(diǎn)火具延期時(shí)間超差的原因與改進(jìn)

索 亮，杜曉臣, 梁 珂，陳 曙

?

某點(diǎn)火具延期時(shí)間超差的原因與改進(jìn)

索 亮1，杜曉臣2, 梁 珂1，陳 曙3

（1.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，陜西西安，710061；2.陸軍駐西安地區(qū)軍事代表室，陜西西安，710061；3.國營第282廠，湖南湘潭，411100）

針對某型點(diǎn)火具延期時(shí)間超差問題，對失效點(diǎn)火具進(jìn)行解剖，并從作用機(jī)理與理論計(jì)算上分析了問題。分析結(jié)果表明：壓藥工藝不當(dāng)造成延期藥藥高偏差大，引起延期時(shí)間散布大，而延期體裝配密封性不足，使延期藥點(diǎn)火壓力降低、燃速變慢，進(jìn)一步造成了延期時(shí)間的超差。對原工藝進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)果表明改進(jìn)后的點(diǎn)火具延期時(shí)間精度提高，延期時(shí)間可靠性達(dá)到了要求。

點(diǎn)火具；延期時(shí)間；密封性；可靠性

在某型武器系統(tǒng)中，需要起飛發(fā)動(dòng)機(jī)工作完成一段時(shí)間后，利用慣性經(jīng)過一定的延期時(shí)間點(diǎn)燃該武器系統(tǒng)的續(xù)航發(fā)動(dòng)機(jī)。其中使用的某點(diǎn)火具在慣性作用下經(jīng)過一定延期時(shí)間后完成點(diǎn)燃續(xù)航發(fā)動(dòng)機(jī)的功能，若該點(diǎn)火具延期時(shí)間不滿足使用要求，將嚴(yán)重影響武器系統(tǒng)的命中精度，甚至引發(fā)武器系統(tǒng)更嚴(yán)重的后果[1]。本文對該點(diǎn)火具延期時(shí)間超差故障進(jìn)行排查分析，并通過理論計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證，查清了問題原因，確定了改進(jìn)和控制措施。

1 故障現(xiàn)象

圖1 點(diǎn)火具結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 延期時(shí)間超差點(diǎn)火具解剖圖

通過圖2可以看出，擊針已經(jīng)壓縮彈簧刺激針刺火帽，針刺火帽、延期體均已作用，可排除機(jī)械結(jié)構(gòu)原因。針刺火帽為瞬發(fā)件，點(diǎn)火具延時(shí)超差應(yīng)是延期體延期時(shí)間超差造成的。

2 原因分析

2.1 原因分析與驗(yàn)證

延期體由某耐水藥逐層壓裝于2Cr13材料制成的延期管內(nèi)，輸出與輸入端涂硝棉漆。通過對延期精度影響因素逐一排查，分析認(rèn)為影響延期時(shí)間的原因可能是由絕對藥高差異引起的。由于，延期體壓藥壓力=1 150MPa，因此作用于延期管殼外壁上的力:

F=≈8 124N （1）

延期管殼材料為2Cr13，其抗拉強(qiáng)度為[2]：=637～745N/mm2，根據(jù)延期管殼截面積，可以計(jì)算出其形變受力范圍：

min=×max≈7 231N （2）

max=×min≈8 493N （3）

由計(jì)算結(jié)果可知min＜F＜max，延期體壓藥過程中會(huì)出現(xiàn)個(gè)別延期管殼直徑變形膨脹，導(dǎo)致延期體內(nèi)延期藥藥高差異。按照上述確定的工藝參數(shù)裝配延期體15發(fā)，測量其絕對藥高，按編號(hào)裝配點(diǎn)火具進(jìn)行發(fā)火及延期時(shí)間測試，測試結(jié)果見表1。

表1 點(diǎn)火具延期時(shí)間與藥高測試結(jié)果

Tab.1 Tested delay time and height of delay composition

通過表1試驗(yàn)結(jié)果，可以看出絕對藥高藥高散布較大，導(dǎo)致產(chǎn)品延期時(shí)間散布也大。某耐水藥為微氣體延期藥，影響燃速的因素有藥劑成分配比、粒度、裝藥密度、殼體材料和尺寸、摻合物、環(huán)境溫度及氣壓。試驗(yàn)的點(diǎn)火具由同一批藥劑、相同工藝裝配，可以排除藥劑成分配比、粒度、殼體材料和尺寸、摻合物對延期時(shí)間的影響。延期藥壓藥壓力為1 150MPa，基本可以保證裝藥密度，可以排除裝藥密度對延期時(shí)間的影響。測時(shí)試驗(yàn)在自然環(huán)境中按同一試驗(yàn)方法進(jìn)行，可以排除環(huán)境溫度及試驗(yàn)方法對延期時(shí)間的影響。因此，不能排除火工機(jī)構(gòu)內(nèi)部氣壓對延期時(shí)間的影響。

圖7(a)和(b)分別是PCW和Un-PCW試樣的表面裂紋復(fù)形觀察。從圖7(a)可以看出，PCW試樣表面裂紋主要是穿晶裂紋，裂紋沿與水平方向呈現(xiàn)約45°方向擴(kuò)展；而Un-PCW試樣表面裂紋以沿晶擴(kuò)展為主，裂紋沿水平方向曲折擴(kuò)展。這些與前面的疲勞斷口觀察相一致，出現(xiàn)這種變化的原因是預(yù)冷變形處理導(dǎo)致PCW材料晶粒出現(xiàn)沿預(yù)冷變形方向的擇優(yōu)取向，從而使裂紋沿?fù)駜?yōu)取向晶粒的易滑移方向擴(kuò)展，這種裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致裂紋主要為穿晶裂紋；而Un-PCW處理的材料由于沒有織構(gòu)的存在，裂紋按照常見的水平方向擴(kuò)展，裂紋也以沿晶為主。

2.2 機(jī)理分析

點(diǎn)火具的作用過程是擊針刺激針刺火帽發(fā)火，在殼體與延期體組成的密閉容腔中產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)恻c(diǎn)燃延期藥，延期體持續(xù)燃燒68~95ms，從輸出孔輸出火焰。根據(jù)藥劑氣體裝填密度公式：

Δ=/=(0.045×1)/2.4=0.018 8 g/cm3（4）

式（4）中：為針刺火帽藥量，45mg；為生成氣體質(zhì)量系數(shù)，取1；為密閉容積，2.4cm3。

則氣體余容為：

e-0.4△=e-0.4×0.018 8=0.992 （5）

針刺火帽點(diǎn)火壓力計(jì)算公式為：

=·/(-) （6）

式（6）中：為火藥力（點(diǎn)火藥的火藥力為0.5MJ/kg）；為密閉容積，2.4cm3。

則針刺火帽點(diǎn)火壓強(qiáng)為：

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

作用于延期體粘接處縫隙上的力為：

推=1=11.5×18.45=212 N （7）

點(diǎn)火具的密封是由延期體與殼體過盈配合，在接縫處涂抹X98-11縮醛膠，其密封性主要靠X98-11縮醛膠的粘接性能。X98-11縮醛膠常溫下粘接強(qiáng)度為110kg/cm2，延期體與殼體接縫粘接面積2為14.7mm2,則縮醛膠粘接力為：

粘=2=11×14.7=161.7 N＜推（8）

由于縮醛膠粘接力小于針刺火帽發(fā)火產(chǎn)生的推力。因此，當(dāng)延期體與管殼之間的過盈量不大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，一旦殼體漏氣延期體燃燒密閉容腔內(nèi)的壓力急劇下降，延期藥燃燒時(shí)間自然延長。

3 改進(jìn)研究

3.1 工藝改進(jìn)

根據(jù)以上分析，對裝配工藝進(jìn)行了改進(jìn)：（1）將延期體壓藥壓力提高到1 350MPa，使作用在延期管殼上的壓力值為9 536N，大于延期管殼屈服強(qiáng)度最大值8 493N，延期體外徑由模具內(nèi)徑約束保證，使延期體與殼體之間的過盈配合量達(dá)到配合要求；同時(shí)將延期藥絕對藥高差異由0.51mm減少到0.23mm，提高了延期藥絕對藥高的一致性，保證了延期精度。（2）在延期體與殼體的配合面上增大涂抹縮醛膠面積，使密封粘接面積3達(dá)到136.6mm2，遠(yuǎn)大于原工藝2粘接面積14.7mm2，增強(qiáng)了延期體與殼體間的密封強(qiáng)度，防止漏氣現(xiàn)象的發(fā)生。按改進(jìn)后工藝裝配延期體15發(fā)，并按工藝壓裝點(diǎn)火具進(jìn)行發(fā)火測時(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2結(jié)果可以看出，工藝改進(jìn)后點(diǎn)火具作用正常，達(dá)到了指標(biāo)要求，延期時(shí)間精度提高。按照改進(jìn)后的工藝裝配點(diǎn)火具20多個(gè)批次，抽樣1 540余發(fā)進(jìn)行發(fā)火延期時(shí)間試驗(yàn)，延期時(shí)間全部滿足指標(biāo)要求。

3.2 延期時(shí)間可靠度評(píng)估

根據(jù)指標(biāo)，點(diǎn)火具延期時(shí)間要求容許上限L= 95ms，容許下限L=68ms，改進(jìn)工藝后裝配50發(fā)進(jìn)行了發(fā)火測時(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)為：=50，max=86.0ms，min=70.4ms，＝78.03ms，=4.24。

根據(jù)GJB376《火工品可靠性評(píng)估方法》中用計(jì)量數(shù)據(jù)評(píng)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。按公式可計(jì)算出點(diǎn)火具延期時(shí)間可靠度為：

延期=R+R-1=0.999 6 （11）

表2 工藝改進(jìn)后絕對藥高與延期時(shí)間

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

4 結(jié)論

（1）該點(diǎn)火具延期體壓藥壓力處于延期管殼變形屈服強(qiáng)度之間，延期管殼膨脹不均勻?qū)е卵悠谒幩幐咂畲螅鹧悠跁r(shí)間散布大。（2）延期體裝配密封性不足，使延期藥在狹小密閉空間內(nèi)點(diǎn)火壓力降低、延期藥燃速變慢，進(jìn)一步導(dǎo)致了延期時(shí)間超差。（3）通過提高壓藥壓力，保證延期管殼膨脹一致；此外，增大涂膠粘接面，保證延期體裝配的密封性，大大提高了產(chǎn)品延期時(shí)間精度。（4）改進(jìn)裝配工藝后產(chǎn)品，延期時(shí)間可靠度達(dá)到了0.999 6。

[1] 胡松濤.某火工機(jī)構(gòu)延時(shí)時(shí)效原因分析與改進(jìn)研究[J].火工品,2016(2):6-8.

[2] 賈耀卿.夏恭忱.機(jī)械零件手冊[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1995.

[3] 蔡瑞嬌.火工品設(shè)計(jì)原理[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2002.

[4] 王凱民.張學(xué)舜.火工品設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[M].北京:國防工業(yè)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，工程師，主要從事火工品設(shè)計(jì)研究。