某型电点火具安全电流试验发火研究

李便花，潘会平，肖友霖，孔俊峰，张忠心，武喜太

(1．山西北方晋东化工有限公司，山西 阳泉045000；2．驻阳泉地区军代室，山西 阳泉045000)

某型电点火具安全电流试验发火研究

李便花1，潘会平1，肖友霖2，孔俊峰2，张忠心1，武喜太1

(1．山西北方晋东化工有限公司，山西 阳泉045000；2．驻阳泉地区军代室，山西 阳泉045000)

电点火具作为一种特殊能源，具有能量质量比高和输入输出能量可控的特点，在武器弹药中的首发性和作用敏感性决定了它应具有较高的可靠性及安全性。随着科学技术的不断创新及产品的更新换代，对火工品的安全性要求越来越严格。产品的试验方法与产品的设计生产具有同样的重要性，产品是否符合技术要求应通过试验进行检验，试验方法及操作方法的合理性决定着产品的质量状态，也是检验产品质量的最后一道关口。本文分别从理论设计与实际试验操作中分析了某型电点火具安全电流内发火的原因，采取了针对性措施并通过了试验验证，规范了试验方法及操作方法，解决了安全电流内发火问题，消除了安全隐患。

安全电流；发火；电点火具

随着世界新军事技术的快速变革发展，我国近年来启动研发装备一系列智能化和灵巧化弹药。火工品是武器、弹药及其他燃爆装置的基本元器件，也是其“心脏”，用于点燃、起爆火炸药或对燃爆装置完成启动和做功等程序，在常规武器弹药、战略导弹、核武器及航天航空等领域应用广泛。火工品既是做功的元件，也是燃爆装置作用过程的控制器件，其安全性和可靠性将直接关系到武器和燃爆装置作用的精确性，安全性及可靠性，如有任何偏离，都可能导致武器和燃爆装置作用失效或重大事故；因此，随着大量高新武器的发展，对火工品的安全性和可靠性的要求越来越高[1]。

1 产品结构

某型电点火具由壳体、点火头和药剂等零部件组成，如图1所示。

图1 产品结构示意图

2 电点火具安全电流

安全电流又称安全流量或允许持续电流。当电流通过导线或电缆时，阻抗的存在会造成电能的消耗，使导线或电缆发热，温度升高。通过导线或电缆的电流越大，导线或电缆的温度越高。当温度上升至一定数值，可使导线或电缆的绝缘损坏，接外氧化加剧，从而引起漏电和断线等，严重时可引起火灾等事故。

电点火具的安全电流是根据电点火具的最大不发火电流和要求的设计裕度，对其规定的5 min内不发火的恒定直流电流。

安全电流的设计是为了保证产品发火回路在微电流及一些电磁环境形成杂散电流通过时，确保产品安全,不能发火。如果在安全电流内发火，会使弹丸意外作用，严重时会形成安全事故，对试验人员生命构成威协，并严重损伤试验设备。

3 安全电流测试原理

测试原理图如图2所示，图中，E是电源，R是可变电阻，D是电点火具，A是安培表，K是开关。测量电点火具发火回路电阻，根据电源输出的电流对可变电阻进行调整，使测试回路电流为设计技术指标要求的安全电流I0，将产品接入线路，闭合开关，持续5 min。

图2 安全电流试验测试原理

4 计算分析

4.1 理论计算分析

某型电点火具中的点火头为桥丝式结构，产品设计规定发火电流为I1，安全电流为I0，可靠度为0.995(置信度为0.9)。

桥丝式电火工品的感度服从logitic分布。I1时的发火可靠度为Rf，I0时的发火可靠度为Rs。

当Rf=Rs时，50%发火感度值I50的计算公式为：

(1)

电点火具最大不发火电流Imax的计算公式为：

(2)

式中，k是工艺控制性能的变差参数，取0.08；p是最大发火率，在可靠度为0.995(置信度为0.9)的条件下，p为0.998 7(779/780)，则Imax(理)=0.707I50(理)，Imax(理)/I0=3.87(>2)。通过理论计算可知，最大不发火电流Imax(理)是安全电流I0的3.87倍，超出一般设计2倍的冗余量；因此，从设计理论上分析，给电点火具安全电流I0时，电点火具不会发火。

4.2 实际计算分析

桥丝式电火工品的感度服从logitic分布，logitic分布属对称型分布，所以用升降法感度试验直接对点火头发火进行测试，得到50%发火感度值及标准标准偏差σ。通过3组90发产品试验，得到I50(实)=0.918I50(理)，标准偏差为σ(实)，根据公式K=σ/I50,计算得知k(实)=0.078 2,

将I50(实)、k(实)代入式2，得出Imax(实理)=0.632I50(理)，则Imax(实理)/I0=3.427(>2)。从实际产品计算可知，最大不发火电流Imax(实理)是安全电流I0的3.427倍，也超出一般设计2倍的冗余量；因此，从实际应用分析可知，给电点火具安全电流I0时，电点火具不会发火。

5 安全电流内发火的原因分析

某型电点火具在靶场交验时，8发产品串联进行安全电流试验，当试验人员撤离产品摆放场地，按下电源按钮瞬间，8发产品同时发火。

电点火具安全电流内发火的直接原因是电点火头发火。促使电点火头发火的因素有：1)电点火头本身质量问题；2)1发产品发火后引爆其余7发产品形成殉爆；3)试验中实际供给产品的I0(实)已超过指标I0的要求。

5.1 电点火头本身分析

电点火头由导线、桥丝和混合点火药组成，生产完成单独进行各项性能交验，交验合格后才能正式装配某型电点火具。

1)桥丝。电点火头用桥丝为镍铬合金丝，入厂后严格按入厂检验验收标准，在显微镜下对其外观、尺寸进行了检验，抗拉强度符合指标要求，在该电点火头生产、交验过程没有发现异常情况，且该型镍铬合金丝还适用于另一型电点火头，另一型电点火头生产过程、交验过程及装配其他点火具性能全部合格。该电点火头用镍铬合金丝没有质量波动。

2)混合药剂。电点火头用药剂约(m1±0.04)mg，经查该批混合药剂约2 kg，全部经过检验验收，成份配比、感度、水分和爆热全部符合要求，且用于了另外2种电点火头生产，2种电点火头质量完全符合技术要求，没有出现异常情况。该电点火头用混合药剂没有质量波动。

3)电点火头交验试验。电点火头生产完成后，各项性能指标交验验收合格后才能装配于某型点火具中，查交验验收原始记录，125发进行了安全电流I0内5 min不发火试验，全部符合要求，没有出现发火现象；125发进行了发火电流I1的发火试验，产品全部发火，未出现瞎火现象；其他性能试验全部符合验收技术要求，电点火头交验试验没有异常。

5.2 形成殉爆分析

该故障为8发产品全部发火。试验时，8发产品放置在试验场地的试验工装内，是否因某发产品本身的缺陷而造成殉爆。随机抽取该批产品8发，使用发火回路，在发火回路中只接入1发产品，其余7发产品按照安全电流试验时的摆放方式进行放置，线路不进行串联，给发火回路通以发火电流I1，电点火具发火，检查其余7发点火具，其中摆放紧靠发火电点火具的1发口部有熏黑现象，7发产品全部未发火。

5.3 试验分析

5.3.1 试验方法

根据串联电路和安全电流测试原理，在串联电路中，通过各个产品的电流是相同的，因此试验部门为提高试验效率，将需要做安全电流试验项目的8发产品全部串联在线路中，虽然国家军用标准中没有明确回路中的产品数量，但多发产品的串联如果一旦出现意外，尤其是药量较大，能量高的产品就会产生不可预估的后果，有时甚至出现安全事故。

5.3.2 试验人员

产品故障发生后，对试验人员进行培训检查，发现该次组织试验的技术员是一位到岗不久的学生，在之前都在另一位技术人员的带领下组织试验，没有单独组织过试验，对新电源及旧电源没有完全了解到位。

5.3.3 试验仪器

故障发生后，对所有试验仪器全部进行了断电，不允许对任何仪器仪表进行恢复，保留了试验的状态。对所有试验仪器仪表进行检查时，发现稳压电源是新购置的，刚检定合格，第1次使用，其余仪器均在合格检定期内。

5.3.4 操作检查

产品安全电流试验发火后，对新的稳压电源进行检查时，发现输出的按钮调在恒流状态，输出的电压按钮调至电压的最高档位U1，与试验工艺要求的恒压状态和电压挡位不同。

针对上述问题，将图2中的产品换为模拟品，没有药剂，电阻与产品电阻相同，用示波器测试2种不同输出加载于产品上的电压情况，试验原理图如图3所示，图3中，E是电源，R是可变电阻，D1是模拟产品，A是安培表，K是开关，U是示波器。将电源输出电压按钮调至电压的最高挡位U1，计算并调节R使回路电流为I0，将输出的按钮分别调至恒流与恒压状态下进行试验，示波器监测通过模拟产品的电压波形如图4和图5所示。

图3 检测模拟产品安全电流I0时的电压情况

图4 U1时恒流状态下电源起动加载于模拟产品的电压形式

图5 U1时恒压状态下电源起动加载于模拟产品的电压形式

恒压输出时，开关K闭合，加载于模拟产品上的电压没有波动，电流为安全电流I0不发生变化。而恒流输出时，开关K闭合，起初有1个毫秒级的陡峭脉冲电压峰值，在一定时间后加载于模拟产品上的电压才能恒定，通过模拟产品的电流为I0。

通过与产品试验状态一致的检测试验分析，电源输出恒流状态下示波器在电源启动显示陡峭峰的电压值为U2，根据欧姆定律可得，此时加载于产品上的I0(实)为2.4倍的I1。而Imin(实理)实际理论计算如下：

(3)

将I50(实)、k(实)代入式3中，得出Imin(实理)=1.211I50(理)，由此可知，加载于产品上的电流I0(实)远远大于产品最小全发火电流Imin(实理)，也超出了指标规定的发火电流I1；因此，产品在电源按钮按下瞬间产品全部发火。

6 改进措施

针对电点火具安全电流内发火，采取如下改进措施。

1)对试验技术员进行培训，严格按照工艺要求进行操作，试验过程要严谨、细致，对新旧仪器的差别要掌握。

2)试验时对每1发产品进行试验，不能为了节约时间，将产品全部串联。

3)试验时将电源电压挡位调至工艺规定的U3位置，输出调至恒压状态，对全部线路进行检测无异议后，再进行产品试验。

通过上述措施，经240余发产品安全电流I0测试，无1发产品发火。

7 结语

1)产品试验是产品出厂前的最后一个程序，它决定着产品的品质。试验方法不得当，会将质量优良的产品判为不合格品。稳压电源中恒压与恒流输出的直流电方式不同，给产品加载的能量也不同，产品的性能试验会受到严重影响。

2)使用新仪器应提前做验证试验，了解各种仪器的使用特点后才能进行正式试验，不能盲目使用。

3)工艺是法律，在产品实现的各个过程都应遵守工艺要求，违反工艺操作会对产品带来质量隐患。是否严格遵守工艺要求，对产品质量判定结果起决定性作用。

[1] 王凯民，张学舜.火工品工程设计与试验[M]. 北京：国防工业出版社，2010.

责任编辑马彤

ExperimentalResearchonFiringofNo-firingCurrentsforSomeElectricIgniter

LI Bianhua1, PAN Huiping1, XIAO Youlin2, KONG Junfeng2, ZHANG Zhongxin1, WU Xitai1

(1.Shanxi North Jindong Chemical Industry Co., Ltd., Yangquan 045000, China; 2.Military Representative Office in Yangquan Locality, Yangquan 045000, China)

As a special energy, electric igniter has high energy & mass ratio, input & output energy controllable, first firing and action sensitivity in weapons and ammunition has decided it must be higher reliable and safe. With the continuous innovation of science and technology and upgrading of products, the requirements to safety of initiators & pyrotechnics have become stricter and stricter. The test method and design & production of products possess the same important position, it must be through the test to check whether products meet the technical requirements. The rationality of test method & operation method decides quality condition of products, which is also the last line of a gate to check quality of product. The paper analyzed the reasons about firing of no-firing currents for some electric igniter in theoretical design and practical test operation, and adopted corresponding measures. Through verification tests, test method and operation method have been standardized, the firing question of no-firing currents have been solved, potential safety hazard that accidental firing of no-firing currents has been eliminated.

no-firing currents, firing, electric igniter

TQ 565

：B

李便花(1971-)，女，高级工程师，主要从事工艺技术研究与生产工艺技术管理工作。

2014-10-15