安徽红星机电科技股份有限公司 安徽省合肥市 230000
摘要：为实现爆震信号转换为水平燃烧(延迟)，再次燃烧爆炸过程中，硼/硝酸钾作为填充材料设计的串联弹头的延迟起爆装置，研究了爆震燃烧的影响因素，并通过试验确定启动的延迟起爆装置进行了分析和讨论。结果表明，硼/硝酸钾的装载密度是影响爆轰燃烧的重要因素。同时，在导联试验的基础上，结合入射弹弹头破片回收试验结果，判断延迟起爆装置的起爆功率。
关键词：硼/硝酸钾；燃烧转爆轰；起爆威力
一、前言
某型号产品为串联战斗部攻坚弹，一级战斗部为聚能侵彻、外杀伤，二级为后继随进毁伤战斗部。原总体设计为双引信串联战斗部，由于二级引信研制进度延滞，影响总体进度，从而设计了以硼/硝酸钾为装药的燃烧转爆轰延时起爆装置，以代替起爆随进战斗部的二级延时引信。本文就延时起爆装置的爆轰（由银导爆索输入的爆轰信号）——燃烧（延时）——爆轰的形成和影响因素进行讨论，对延时起爆装置的起爆威力判定进行试验验证和分析。
二、延时起爆装置的设计
2.1设计要求
设计一种将一级战斗部爆轰输入信号转为点火药的燃烧（延时），再转为爆轰，从而起爆二级战斗部，并符合《引信安全性设计准则》中规定的直列式安全要求的延时起爆装置，以代替二级战斗部的延时引信。该装置应能满足延期时间为 0.2~0.6s，起爆质量为 200g 的杀伤战斗部，战斗部起爆后产生的 0.2g以上的破片数目不少于 130 片，并形成杀伤半径为 5m的杀伤要求。
2.2药剂的选择和制备
由于型号产品应满足 GJB 373A-97《引信安全性设计准则》中规定的安全要求，而硼/硝酸钾药剂是美军用标准《引信安全性设计准则》中规定的直列式起爆序列准许使用的标准药剂，其各项安全检测符合直列式要求，因此选择了该药剂配方。 制剂所用的 B（不定形）粉、KNO3（分析纯）分别按标准要求过筛，粘合剂搅拌在溶剂中。制备好的硼/硝酸钾放入装有甘油的隔水式烘箱内，温度110℃，烘干 12h 以上。
2.3延时起爆装置的设计
延时起爆体的四周以壁厚为 2mm 紫铜管约束，口部为消爆塞，消爆塞为通孔，银导爆管插入后收口，然后涂环氧树脂胶密封。一级战斗部引信瞬发后，银导爆索同时被起爆，银导爆管的爆轰信号输入延时起爆装置中的消爆塞，衰减后的爆轰信号点燃装置内的硼/硝酸钾，并进行热传导；当燃烧能量积蓄到 HNS 炸药的发火点时，即产生燃烧转爆轰，完成延时起爆装置的作用功能，并满足延期时间为 0.2~0.6s 的指标要求。在设计过程中着重加强约束，消爆塞和银导爆索紧密配合并涂胶灌封，尽量减少火药气体外泄，输出端的设计相对薄弱，以利于燃烧转爆轰的实现。
2.4点火药的制备
2.4.1超细硝酸钾的制备
首先采用喷射细化技术将硝酸钾进行细化，溶剂为水，反溶剂为乙醇。实验步骤如下:在常温下，将硝酸钾溶于蒸馏水中，制成一定量饱和溶液，然后加人到实验室自制的喷射细化装置中进行试验，硝酸钾溶液的泵的频率为80次/min，反溶剂无水乙醇的流速3 x 103m3/h，得超细硝酸钾的悬浮液，经过滤、洗涤后放人真空烘箱中50℃烘干待用。
2.4.2点火药的配方和制备
点火药的混药方式有两种闪，一是干混，即将粉末状固体成分混合均匀;二是湿混，即在粉末状固体成分中加人溶剂，以及配好的树脂溶剂后继续混合均匀。为了使硼、硝酸钾二组分混合的更均匀，本实验采取湿混方式进行混合配制。按一定的配比称取硼、硝酸钾放人烧杯中，加人溶解有酚醛树脂的酒精溶液，控制固液比为1:8。同时控制酚醛树脂占总质量的5%。采用超声波震荡混合3小时后，于热真空烘箱中烘干进行性能测试。
2.5火焰感度测试实验
点火药的火焰感度按照GJB770A-2005中“导火索法”在自制的火焰感度仪上进行试验。将定量式样0.020g置于火焰感度仪上，受7cm导火索的火焰作用，用升降法测定试样50%发火时的火焰喷射距离值，每组30发，测2组。结果用50发火距离表示，其值越大，表明炸药的火焰感度越高。
2.5.1静电感度测试实验
测定炸药静电火花感度的方法和使用仪器有多种，测定方法是使炸药试样在一定装药条件下，承受尖端放电的电火花作用，观察试样是否易被引爆本实验采用GJB2178.7A-2005，采用渐近式静电感度仪进行测试。将0.020g试样置于静电感度仪中，受上下电极的作用，使上下电极之间的距离为实验要求的放电间隙，对试样进行测试。每组30发，测2组，发火的试样越少，表明该样的静电安全性越高。
2.5.2红外光谱分析
红外光谱主要是有机分子的倍频与合频吸收光谱可以得到分子的结构，组成和状态等信息。本文对采用红外光谱技术对各个配方的吸光率进行了测试。测试样品的制备步骤如下:称取少许点火药粉末，与澳化钾一起研磨粉碎后，用压机IOMp。的压力饱压Ss，压成薄且均匀的药片，放人分析仪进行测试。
三、试验结果及分析
3.1性能试验
将延时起爆装置按 GJB 736.5-89 轴向输出测定铅板法进行输出威力试验，并记录延期时间，结果见表 1。表 1 中延时起爆装置铅板试验结果全部都有炸孔，说明输出的威力已达到一定的能量，
表 1 铅板威力试验和测时结果
由表 2 可知二级战斗部起爆威力试验结果为全部半爆或未爆，过筛检查时可见大片的残药，战斗部的铸铁壳体也是碎块较大，无法满足起爆二级战斗部的威力要求。 为解决半爆或未爆问题，调整硼/硝酸钾的装填密度为 1.40g/cm3，并加强弹与延时起爆装置的约束，试验结果见表 3，试验后过筛检查未发现白色残药，破片数达到 160~180 余片。试验结果表明大密度的硼/硝酸钾点火药不能完全实现燃烧转爆轰。铅板威力试验中全部出现炸孔，是由于延时起爆装置的四周及口部均受试验装置的约束，铅板处的强度最低，当燃烧的火焰气体积蓄到一定能量时，铅板处产生形变并最终被冲开，而实际并未实现燃烧转爆轰，因而无法满足起爆二级战斗部的威力要求。结果表明，二级战斗部的破片具有一定范围的杀伤动能。
表 3 改进后延时起爆装置起爆二级战斗部破片回收试验结果
对战斗部杀伤半径进行测绘，测试结果表明，装有硼/硝酸钾起爆的延时起爆装置起爆二级随进战斗部的杀伤半径满足设计指标要求。
3.3机理分析
C-J 理论认为：传入的燃烧冲击波，不足以激发主装药中的自身加速化学反应，而迅速衰减为音波时，装药不能发生爆炸，只是出现部分反应的炸药被抛撒的现象。但在有利的情况下（加强约束条件），由于产物及冲击波的综合作用，可引起炸药的燃烧并转为爆轰。在口部和四周均加约束，仅底部输出端未受约束的延时起爆装置，在受到银导爆索的爆轰强点火后，瞬间转为燃烧，并加速热对流而进行热传导，致使炸药温度达到发火点并有后继能量的支持，从而起爆炸药，完成燃烧转爆轰。在传播过程中没有能量耗散过程，化学反应中释放出的能量全部得以用来传播。反之，若硼/硝酸钾的密度较大，则燃速较慢，热对流的温度传递较慢，不能维持加速热对流，虽然燃烧的火药气体也进行传导，但不能使炸药达到发火点，只能崩开二级战斗部的壳体，从而出现残药和壳体碎片过大的现象。
四、结束语
(1)判断装载有硼/硝酸钾的延迟起爆装置的起爆功率，应结合铅板的作用和弹丸破片回收试验判断起爆功率。
(2)在一定载荷的强约束下，装载硼/硝酸钾的延迟起爆装置可实现对起爆的燃烧，可用于起爆二次弹头。
(3)在相同的加载约束条件下，燃烧爆震与加载密度密切相关，燃烧速度直接影响燃烧爆震的实现。
(4)硼/硝酸钾缓爆装置同时具有助推弹头的作用，可提高后续成功率。
参考文献：
[1]齐海涛，张景林，潘军杰，王瑞浩.硼/超细硝酸钾点火药配方设计及工艺[J].含能材料，2011，19(02):180-183.
[2]卢樱，薛蓉莉，郭崇星，丁茂元.硼/硝酸钾点火药的微波消解测定研究[J].火工品，2010(04):42-45.
[3]袁士伟. 硼/硝酸钾点火药冲击片点火试验研究[A]. 中国宇航学会固体火箭推进专业委员会.中国宇航学会固体火箭推进第22届年会论文集（推进剂分册）[C].中国宇航学会固体火箭推进专业委员会:，2005:3.
[4]矢野裕，王永寿.硼/硝酸钾系点火药的燃速特性[J].飞航导弹，1990(02):29-32.
论文作者:胡先云
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/20
标签：硝酸钾论文; 装置论文; 火药论文; 引信论文; 铅板论文; 威力论文; 炸药论文; 《防护工程》2018年第26期论文;