某高精度延期发火元件设计研究

雷钫琴，禹义勇，彭　渊，付志斌



某高精度延期发火元件设计研究

雷钫琴，禹义勇，彭渊，付志斌

（湖南神斧集团向红机械化工有限责任公司，湖南 岳阳，414100）

为了克服密封式延期发火元件延时精度差的缺点，对延期药制备工艺、延期体和连接座的结构及其连接方式进行了设计，并通过试验进行验证。结果表明该发火元件满足了高精度延期的要求，作用可靠，并且抗高过载。

发火元件；高精度延期；延期药；延期体

某发火元件是一种全密封、高精度延期火工品，其输入端火帽被撞击发火，引燃发火件内的延期体，经延期5.8~7.4s后，输出火焰能量点燃下级装药。该发火元件延期时间长、延期精度要求高，一般现有的延期体结构很难满足技术要求，是产品研制的技术难点。本文主要对发火元件结构和延期体设计进行了论述，采用了一种大空腔体组合设计，以满足产品高精度延期要求。

1　发火元件设计及试验分析

1.1发火元件总体结构设计及技术特点

发火元件主要由火帽、延期体、连接座3部分组成，结构示意图见图1。发火元件设计采用了密封结构，其环境适应性好、传火序列紧凑、作用可靠、产品尺寸相对较小，设计了大空腔结构，其延期精度高（5.8~7.4s）、对温度的影响相对较小，同时，接口与弹体采用螺纹连接，抗力学环境影响好，能承受 30 000g过载。

图1　发火件结构示意图Fig.1　Schematic diagram of ignition element structure

1.2延期体结构设计及试验分析

延期体结构一般有4种类型：延期管、铅延期体、延期导火索、延期药直填[1]。军用长秒量高精度延期类火工品的延期体通常采用铝制延期管式，是金属管内装有延期药，经压制而成的延期体。为了提高延时精度，保证延期药装药密度的均匀性，一般采用多装多压工艺。国内外倾向于采用厚壁铝制延期管式结构，所以采用此结构方式设计延期体。

1.2.1延期药设计

该发火件作用时间长，因此选用延期时间跨度大、延期精确、贮存性能好的钨系延期药装配延期体。基于原材料颗粒越细、混合越均匀、药剂颗粒大小一致等措施可提高延期精度的理论，选用原材料颗粒细小的钨粉、铬酸钡、高氯酸钾原材料生产药剂。其中钨粉粒径为3.2μm，铬酸钡为150目筛下物，高氯酸钾为200目筛下物。同时延长延期药剂混制时间，以提高药剂混制均匀性；造粒干燥后，筛选30～60目之间大小均匀的药粒。

1.2.2延期管壳结构设计及试验分析

延期体药芯有单芯、多芯结构的设计，考虑产品延期时间较长，装填的钨系延期药燃速较慢、火焰感度低，若选用多芯结构，则装药直径变小，管壳侧向热损失多，易引起燃烧断火。单芯装药密度一致性较易控制且装药量集中，接受发火冲能的面积较大，在燃烧过程中散热条件较为一致，有利于提高延时精度[1]。故采用单芯装药直径φ3.46mm的结构。管壳材料受尺寸和质量影响选用铝材（棒2A12-T4 B级），该材料传热系数较大、比重小、质量轻。

（a） 延期管壳外径的设计及试验分析

为寻求最佳管壳外径，选取通用φ6.2mm、φ 6.5mm、φ6.8mm 3种管径的铝制延期管壳做对比试验。装配条件为：铝延期管壳长度为34mm，先装引燃药后装钨系试制药，最后装输出硼系点火药，5装4压，每次装药量一致，压药压力为220MPa；将延期体与火帽、普通连接座总装成发火件产品，进行高、低、常温环境试验后发火测时。试验设备、仪器包括：WG3002型高温试验箱、WD6-0.1型低温试验箱、CD453型测试仪。具体试验结果见表1。

由表1可见，延期管壳外径为φ6.5mm时装配产品的延期精度较理想。延期管壳壁越薄，其在高温燃烧的延期药剂作用下容易发红，可能引起窜火短秒；壁越厚吸热越多，可解决窜火短秒问题，但低温试验对下端延期药预热不够，引起延期作用时间偏长，壁过厚甚至会出现断火。

表1　不同延期管壳壁厚的试验结果Tab.1　Test results of delay collar with different shell thickness

（b） 延期管壳内腔结构设计及试验分析

环境温度对钨系延期药燃速的影响非常显著[2]，低温条件钨系延期药剂燃速下降快，产品作用过程中若能预热，有利于缩小低温秒量漂移，可提高延期精度。设计两种内腔结构管壳进行对比试验，即普通实体延期管壳和带圆环延期管壳，其内腔结构对比见图2。针对两种方案分别装配产品（延期管壳外径φ 6.5mm，内径φ3.46mm）并进行对比试验，试验结果见表2。

表2　延期管壳内腔结构设计方案及试验结果Tab.2　Test results of different inner structure of delay collar shell

由表2试验结果可见，带圆环的延期管壳减少了管壳实体部分，管壳吸热量减少，降低了产品低温秒量漂移程度，同时其与连接座连接后形成更大的燃烧气室，延期药在燃烧过程中周围形成一个预热空腔环境和稳定的燃烧压力，利于延期药剂燃烧稳定，提高精度。

图2　延期管壳内腔结构对比Fig.2　Comparison of two inner structure of delay collar shell

1.3连接座结构设计及试验分析

对于密闭燃烧的产品，其延期精度受气室影响非常大。对于微气体延期药而言，密闭燃烧室压力越大，延期药燃烧稳定性越差，精度也越差。为了保证稳定燃烧，提高延期精度，设计两种连接座结构，即小空腔体积和大空腔体积的连接座。普通结构的连接座与弹接口时其外围还有专用的对接装置，本研究将连接座与弹的对接装置设计成一体，这样既增大了连接座外径，也增大了延期体燃烧气室，有利于提高延期精度；同时减少了零部件，产品装配更简单。连接座均采用铝材（棒2A12-T4 B级）加工，其结构对比见图3。对两种结构的连接座进行试验对比，试验结果见表3。由表3可见，新型大空腔连接座与带圆环的延期体组合后形成了大体积燃烧气室（约30mL），保证延期药燃烧压力趋于一致，达到稳定燃烧，从而提高了延期精度。

图3　连接座结构对比图Fig.3　Comparison schematic of connecting base structure

表3　连接座结构设计方案及试验结果Tab.3　Test results of different structure of connecting base

1.4连接座与延期体连接方式设计

枪榴弹战术指标要求发火元件在适配性动态过载试验过程中能承受30 000g的剪切力，要求发火件结构必须牢固、不能损坏。通过调查相关火工品资料及其它多种火工品结构设计经验，获知螺纹连接强度大于铆接方式。为使连接座与延期体连接牢固、密封性好，设计延期管壳以外螺纹与连接座内螺纹连接，先在延期管壳螺纹涂一层密封胶，再与连接座拧紧密封连接，确保密封、抗过载。

2　发火元件产品试验情况

发火件结构设计完成后，装配产品100发，按照相关标准与技术要求对产品延期精度和抗过载能力进行了试验考核，试验结果见表4。由表4可见，设计的发火件作用可靠，延期时间为5.90~7.29s，秒量极差为 1.28s，达到了高精度延期技术要求；经锤击试验后产品结构完好无损，满足了该发火件设计技术指标要求。

表4　发火元件试验结果Tab.4　Test results of ignition element

3　结论

（1）采用钨系延期药，通过选用细颗粒原材料、提高混制均匀性、严控药剂颗粒大小等措施，提高了钨系延期药延期精度，并且作用可靠。

（2）在尺寸和质量受限的条件下，将延期管壳设计成铝制单芯、大空腔带圆环状，以减少实体吸热，降低产品低温状态下的延时漂移影响；通过与连接座连接增大了空腔气室，保证了延期药在较稳定燃烧压力下作用，确保延期精度。

（3）连接座在尺寸和质量受限条件下，设计成大小不同两个端，同时增大其内孔尺寸，在连接座与延期体当中形成一个约36mL大空间，增大了气室，保证了燃烧压力趋于稳定，提高了延期精度。

（4）采用螺纹连接形式将延期体与连接座连接，并在延期体外螺纹上涂密封胶再与连接座连接，产品结构牢固、密封性好，可抗30 000g过载。

[1] 刘自汤,蒋荣光.工业火工品[M].北京:兵器工业出版社,2003.

[2] 成一,王卫国,李慧琴.火工药剂学[M].北京:北京理工大学,2003.

[3] 劳允亮,盛涤伦.火工药剂学[M]. 北京:北京理工大学出版设,2011.

Study on the Design of Ignition Element with High Delay Accuracy

LEI Fang-qin, YU Yi-yong，PENG Yuan，FU Zhi-bin
(Xianghong Mechanical Chemistry Co.Ltd., Hunan Shenfu Group, Yueyang，414100)

Aimed at the defect of low accuracy of sealed delay igniter, the design on preparation process of delay composition, structure and connect manner of delay collar and connecting base, was carried out. And the corresponding tests were completed. The test results showed that the ignition element meet the high accuracy requirement, and has the property of reliable function and anti high overload.

Ignition element；High delay accuracy；Delay composition；Delay collar

TJ45+3

A

1003-1480（2015）06-0021-03

2015-06-10

雷钫琴（1977-），女，工程师，主要从事火工品产品研究。