高氯酸钾含量百分比对延期点火具延时精度的影响

李 明，袁玉红，葛瑞荣，赵金成，高佳佳



高氯酸钾含量百分比对延期点火具延时精度的影响

李 明，袁玉红，葛瑞荣，赵金成，高佳佳

（国营九三七四厂，安徽合肥，231135）

制式钨延期药高氯酸钾含量百分比为9%～11%，针对其无法满足18～21s长秒量延期点火具延期时间精度要求的问题，提出一种调整钨延期药中高氯酸钾含量百分比的方法。制备了高氯酸钾含量百分比为13%～15%的新型钨延期药，装填延期点火具，在常温下进行试验，试验结果满足延期点火具的延期时间精度要求。同时对新型钨延期药反应机理进行了理论分析，并通过试验验证了含13%~15%高氯酸钾的钨延期药可应用于最长延期时间22~25s（±1.5s）的延期点火具。

点火具；延期药；高氯酸钾；含量；延时精度

配用于某型火箭干扰弹的延期点火具的延期时间为其主要战技指标之一，延期时间精度决定干扰剂的播撒密集度，是高效作战的有力保证[1]。该延期点火具延期时间为18～21s，且火箭发动机尾部点火压力较大，需采用多次装、压钨延期药方法制造，但此方法制造的延期点火具延期时间精度难以保证。本文介绍一种调整钨延期药中高氯酸钾含量百分比的方法，实现了系统对延期点火具下达的延期时间18～21s战技指标要求，同时对该方法作用机理进行了理论分析与试验验证。

1 作用原理

在某型火箭干扰弹中，延期点火具内装引燃药在密闭空间内被火箭发动机作用后输出火焰点燃，引燃药点燃钨延期药，经历18～21s延期后，输出火焰点燃点火具内装输出药剂，输出药剂输出火焰点燃下级药盒，完成延期点火功能。其结构见图1。

图1 某延期点火具结构图

2 高氯酸钾含量对延期点火具延期时间精度的影响

2.1 制式钨延期药

某高氯酸钾含量百分比为9%～11%制式钨延期药广泛应用于不同延期时间的延期点火具，但研究发现，该钨延期药仅适用于延期时间小于12s（精度±0.6可有效保证）的延期点火具，随着延期时间的增加，其装配的延期点火具延期时间散差加大。在=50mm，=15mm，=2mm，室温25℃、相对湿度55%的条件下装配的延期点火具试验结果见表1。

表1 制式钨延期药装配延期点火具静态试验结果

Tab.1 Static test results of delay ignitors with standard tungsten type delay composition

注：延期时间要求为18~21s。

该延期点火具采用多次装药压药方法制造，装配过程中受装药次数、压药设备、装药误差、压力传递等多因素影响[2]，延期时间越长，装药压药次数越多，累计误差越大。从表1可以看出：当延期时间指标为18～21s时，该制式钨延期药装配的延期点火具在高温、低温及常温条件下延期时间超上限出现概率分别为5%、10%及8%，超下限出现的概率分别为6%、5%及5%。

2.2 调整高氯酸钾后的钨延期药

对此，本文提出调整钨延期药中高氯酸钾含量百分比的方法，制备成新型钨延期药，并装配延期点火具。表2为高氯酸钾含量百分比为12%及14%时新型钨延期药装配的延期点火具试验结果。

表2 新型钨延期药装配延期点火具静态试验结果

Tab.2 Static test results of delay igniter with improved delay composition

从表2可以看出，高氯酸钾含量百分比为12%时，新型钨延期药装配的延期点火具在常温及低温试验时分别出现2发延期时间超上限，其余均满足指标要求；高氯酸钾含量百分比为14%时，新型钨延期药装配的延期点火具高温、低温及常温条件下延期时间均满足指标要求。

同时，笔者对不同高氯酸钾含量百分比时钨延期药装配的延期点火具，在常温条件下进行了相关试验，试验结果见表3。

表3 不同高氯酸钾含量百分比的延期点火具静态试验结果

Tab.3 Static test results of delay ignitors with different percentage of KClO4 content

从表3可以看出，对于=50mm、=15mm、=2mm的延期点火具，其延期时间精度随着钨延期药中高氯酸钾含量百分比的升高而提高；当高氯酸钾含量百分比处于13%～15%时延期点火具可满足18～21s指标要求；当钨延期药中高氯酸钾含量百分比超过15%时，出现点火困难和断火现象。

3 高氯酸钾含量百分比对延期时间影响的机理分析

本文使用的长秒延期药为钨系延期药剂，属于微气体延期药，其配方为钨粉、高氯酸钾、铬酸钡体系。为了调整燃速，加入硅藻土作为惰性填料（质量分数为5%）。其化学反应是氧化还原反应，反应物配比可以由氧平衡来确定。

反应机理为：

KClO4→KCl+2O2↑ （1）

4BaCrO4→4BaO+2Cr2O3+3O2↑ （2）

2W+3O2→2WO3（3）

BaO+ WO3→BaWO4（4）

在零氧平衡时，氧化剂供给氧正好完全氧化金属可燃剂。如果多余，氧化剂与可燃剂只能作为惰性物考虑，它们将在反应中起“热沉”作用，吸收反应放出的热量，使温度和燃速下降。

零氧平衡三元混合物反应方程为：

3KClO4+8BaCrO4+8W→3KCl+8BaWO4+4Cr2O3（5）

++=95 （6）

式（6）~（7）中：()为KClO4的相对分子质量，138.55g/mol；()为BaCrO4的相对分子质量，253.32g/mol；()为W的相对分子质量，183.84 g/mol；­­为氧化剂KClO4的质量组成，%；为氧化剂BaCrO4的质量组成，%；为可燃剂W的质量组成，%；经过计算可得零氧平衡时三元混合物的配比为∶∶等于10.1∶49.2∶35.7。

氧差计算公式为：

式（8）中：为药剂中可燃剂完全氧化所需氧量和药剂所含氧量之差；为1g氧需要消耗KClO4的量，2.17g；为1g氧需要消耗BaCrO4的量，10.55g；为1g氧能氧化W的量，3.83g。

根据式（8）计算药剂氧差，氧差随着氧化剂KClO4的百分比含量的变化曲线如图2所示，从图2中可取零氧平衡时高氯酸钾的含量百分比为10.5，这与理论计算结果比较吻合。

图2 高氯酸钾含量百分比与药剂氧差关系曲线图

综上所述，当高氯酸钾含量百分比小于10.5%时，药剂配方属于负氧平衡，可燃剂不能完全燃烧，且燃烧过程中产生的高温高压气体较少，内部环境压力较小，燃烧产生气体不能及时排出，燃烧环境压力不稳，燃速处于波动状态，故延期时间散差较大；当高氯酸钾含量百分比大于10.5%小于13%时，药剂配方由负氧平衡变为正氧平衡，药剂燃烧产生气体较多，内部环境压力变大，气体排出量增大，燃烧环境渐趋稳定，燃速波动较小，故延期时间散差减小；当高氯酸钾含量百分比增加到13%～15%时，药剂延期精度达到技术要求，这是因为正氧平衡时药剂燃烧过程产生的高温高压气体增多，压力增大且燃烧产生气体可有效排出，燃烧环境压力稳定，药剂均匀燃烧，燃速稳定，延期时间精度较高；而当高氯酸钾含量百分比大于15%时，因高氯酸钾开始反应时的分解反应属于吸热过程，故出现点火困难和断火现象[3]。因此，延期点火具延期时间精度主要决定于其内装钨延期燃烧所处压力环境是否稳定。

4 验证试验

在其它尺寸一致的条件下，设计4种不同长度的延期点火具壳体，即=15mm、=2mm，分别选取1=35mm、2=50mm、3=70mm、4=80mm，在室温25℃、相对湿度55%的环境下分别用高氯酸钾含量百分比为9%～11%制式钨延期药，以及高氯酸钾含量百分比为13%～15%新型钨延期药，装配延期时间分别为10.4～11.6s、18～21s、22～25s及26～29s延期点火具，综合试验结果见表4。

表4 不同延期时间段延期点火具静态试验对比结果

Tab.4 Static test results of delay ignitors and new ones

从表4可以看出，用高氯酸钾含量为9%～11%制式钨延期药装填延期点火具，可有效满足设计技术指标为10.4～11.6s的延期时间精度要求，无法保证设计技术指标为18～21s、22～25s及26～29s延期时间精度要求；用高氯酸钾含量百分比为13%～15%的新型钨延期药装填延期点火具，可有效满足设计技术指标为10.4～11.6s、18～21s 及22～25s延期时间精度要求，对于设计技术指标为26～29s的延期点火具，试验结果出现1发延期时间超上限现象；同时，同一延期时间设计技术指标下，对比两种不同钨延期药装填的延期点火具延期时间标准偏差，发现含13%~ 15%高氯酸钾的延期药明显小于含9%~11%高氯酸钾的延期药。

分析试验结果可见：随着延期时间设计技术指标的增加，高氯酸钾含量百分比较低（9%～11%）的制式钨延期药无法满足长秒量延期点火具延期时间精度要求。这是由于延期时间要求越长，其燃烧时内部压力越不稳定，故试验结果散差越大；而高氯酸钾含量百分比较高（13%～15%）的新型钨延期药可有效满足设计技术指标22～25s以下秒段的延期时间精度要求（精度±1.5可有效保证），且随着延期时间指标的增大，试验数据散差存在增大趋势。当延期点火具设计技术指标为26～29s时，延期点火具燃烧时产生高温高压气体不能及时排出，燃烧环境压力不稳定，出现延期时间超上限现象。

5 结论

（1）针对制式钨延期药无法满足设计技术指标为18～21s长秒量延期点火具延期时间精度的问题，提出一种通过调整钨延期药中高氯酸钾含量百分比的方法，制备高氯酸钾含量百分比为13%～15%的新型钨延期药，装填延期点火具，实现了长秒量延期点火具延期时间精度要求。

（2）对新型钨延期药实现长秒量延期点火具延期时间精度的机理进行了理论分析与试验验证，同时得出该新型钨延期药可应用于最长延期时间为22～25s（精度±1.5可有效保证）的延期点火具，对于延期时间设计指标为26～29s及以上（精度±1.5s）的延期点火具其应用具有一定的局限性。

[1] 蔡瑞娇.火工品原理与设计[M].北京:兵器工业出版社,2004.

[2] 袁玉红,葛瑞荣,等.铅延期索在某型人雨弹中的应用[J].火工品,2014(6):20-22.

[3] 王凯民.火工品工程[M].北京:国防工业出版社,2014.

Effect of Percentage of Potassium Perchlorate Content on Delay Precision of Delay Ignitor

LI Ming, YUAN Yu-hong, GE Rui-rong, ZHAO Jin-cheng, GAO Jia-jia

(State-run 9374 Factory, Hefei, 231135)

Aimed at the problem that the standard tungsten type delay composition, which contains 9% to 11% potassium perchlorate(KClO4), can’t meet the requirement of 18~21s delay time for some igniter, a method of adjusting the content of potassium perchlorate was proposed. The new delay composition containing 13%~15% potassium perchlorate was prepared and charged to delay igniter, and tested under ordinary temperature. The test results met with the needs of delay accuracy. Meanwhile, the reaction mechanism of new delay composition was analyzed, and the verification test indicated that the new delay composition containing 13%~15% potassium perchlorate can be applied to delay igniter with long delay time of 22~25s(±1.5s).

Igniter; Delay composition；KClO4；Content；Delay precision

1003-1480（2017）03-0034-04

TJ45+4

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.03.009

2017-03-10

李明（1968 -），男，工程师，主要从事火工品质量技术管理工作。