一种抗高过载高离心旋转的全密封火焰延期点火管

蔺美君，贾宁科，刘海旭，杨正才，陈 雨，王 敏



一种抗高过载高离心旋转的全密封火焰延期点火管

蔺美君，贾宁科，刘海旭，杨正才，陈 雨，王 敏

（特种能源集团西安庆华公司，陕西 西安，710025）

为了研制一种既能抗径向高过载的冲击，又能满足高离心旋转条件下延期精度的全密封火焰延期点火管，进行了闭气机构设计及试验验证。研究表明：采用组合化单孔传火垫片设计，解决了延期点火管径向抗高过载冲击的问题；采用闭气机构设计，提高了延期点火管在高离心过载条件下的延期精度和输出性能稳定性。在系统试验中，该延期点火管均可靠作用。

火焰延期点火管；延期精度；高过载；闭气机构；单孔传火垫片

在武器系统中，通常使用延期类火工品以保证在一定时间后准确完成其功能。采用延期药的延期火工品结构简单、价格便宜，特别适合用于大量非电激发类火工品，所以，军事用途的延期火工品基本上采用微气体延期药实现其延期功能。延期点火管的延期时间精度直接影响武器系统的精度，因此对延期点火管的延期精度有较高要求。本文介绍一种密封式闭气机构延期点火管的结构设计，通过采用组合化单孔传火垫片设计，解决了径向、轴向抗高过载冲击的难题，保证了火炮膛内发射的安全性；通过采用单向传火、反向错位闭气机构，增大燃烧气室内压力，抵抗离心力对药剂的冲击，使药剂燃烧趋于稳定，提高产品在离心过载条件下作用可靠性及性能稳定性，在50～240rps离心转速条件下延期精度达到15%以内。

1 使用技术要求

1.1 延期时间

在50~240rps转速条件下，延期点火管的延期时间为0.60~1.00s。

1.2 抗过载能力

（1）发射过载：大于等于25 000g；（2）抛射过载:大于等于15 000g。

1.3 湿热

延期点火管在温度（60±2）℃、相对湿度不小于95%的条件下，放置48h，不允许发火和结构损坏。

1.4 高温

延期点火管在（70±2）℃温度下保温4h，不允许发火和结构损坏。

1.5 低温

延期点火管在（-55±2）℃温度下保温4h，不允许发火和结构损坏。

1.6 可靠性

置信度为0.9时，可靠度大于等于0.995。

1.7 贮存年限

在标准军用仓库的环境条件下，贮存年限为15a。

2 结构设计

2.1 总体结构设计

延期点火管主要由密封片、垫环、闭气机构、点火药、引燃药、延期药、输出装药和加强帽等组成，结构示意图见图1。

图1 全密封火焰延期点火管结构示意图

2.2 闭气机构设计

2.2.1 闭气机构设计思想

延期药燃烧时一般都要产生气体，对产生气体量多的可设计成通气式结构，有小孔和外界相通，使产生的气体及时逸出，或者设计较大气室空腔，降低燃烧气室压力，保证燃速稳定[1-2]。然而这种传统常用的延期点火管的结构设计在高离心过载条件下很难满足其延期精度要求。

在传统泄气机构延期点火管设计中，其内部药剂燃烧后产生的气压通过泄气孔泄压。该延期点火管在作用过程中始终受到径向离心过载，延期药会出现药剂松动现象，延期药密度发生变化。离心过载越大，药剂松动现象越严重，密度变化越大，延期药燃烧越快，导致延期点火管在受到不同径向离心过载冲击下，延期时间散差大。为抵抗延期点火管在离心条件下的径向过载，通常采取增大压药密度的方式。由于延期点火管的尺寸小，装药采用直压式装药结构，增大压药密度可以提高延期点火管在不同离心过载下延期药剂燃烧的稳定性，但严重时会造成延期药断火或燃烧不完全，存在较高的失效几率。因此，采用错位闭气机构设计，其内部药剂燃烧后在药室内形成气压，在保证稳定燃烧的压药密度上增加内压来抵抗外压，增强了抗力措施。由于药剂燃速与压力呈指数关系，减小了离心过载对延期药燃烧的影响，提高了延期点火管的延期精度及可靠性。并且该错位闭气机构使延期点火管内部药剂只能沿着输出端方向燃烧，提高了产品作用可靠性。两种机构的内外受力如图2所示。

图2 延期点火管泄气机构与错位闭气机构内外受力图

2.2.2 错位闭气结构设计

本文介绍的延期点火管采用错位闭气机构，利用燃烧气室的压力抵抗高离心过载对延期药燃烧的冲击，把对燃烧稳定性不利的压力转换为稳定燃烧的助力。错位闭气机构由壳体、支撑环、点火药、组合化单孔传火垫片组件等组成，结构示意图见图3。支撑环端面有3个传火孔，见图4。

图3 错位闭气机构结构示意图

根据产品使用条件，在发射过载、抛射过载的作用下产品内部单孔金属传火垫片会发生移动（见图5），与其接触的药剂相互摩擦，易导致药剂发火。为提高延期火工品能承受径向正向25 000g（发射过载）、反向15 000g过载（抛射过载）能力，在单孔传火垫片前、后各增加1个聚四氟乙烯单孔缓冲垫片，且缓冲垫片外径与壳体内径紧配合。组合化单孔传火垫片组件如图6所示。

图4 支撑环示意图

图5 单孔传火垫片受力示意图

采用的缓冲垫片能避免药剂与传火垫片直接接触，同时非金属材料的摩擦系数大，在径向高过载作用下能减缓传火垫片移动速度，有效降低传火垫片与药剂的摩擦发火，提高延期火工品抗高过载能力。

图6 组合化单孔传火垫片组件示意图

2.2.3 错位闭气机构工作原理

在子弹飞行过程中，在错位离心转速为50～240rps条件下，上级点火源输出能量冲破点火管的密封片，通过支撑环的3个小孔点燃点火管输入端的点火药，点火药燃烧生成的点火能量穿过组合化单孔传火垫片组件点燃下一级点火药；点火药燃烧后产生的燃气及压力一方面推动组合化单孔传火垫片组件与3孔支撑环端面贴紧，形成密闭气室，另一方面点燃引燃药、延期药；点火药及引燃药产生的燃气使气室内压力增大，抵抗外界高离心过载对延期药燃烧的冲击，使延期药在密闭气室内以稳定的燃速平行层燃烧，经一定的时间后点燃输出药，输出药产生的高温高压火焰点燃下一级火工品。工作原理图见图7。

图7 闭气机构工作原理图

2.3 全密封结构设计

由于延期火工品的性能是延期点燃下一级，密封性对其性能影响较大。延期火工品密封性主要从输出端密封和输入端密封两方面进行设计。在输入端放入密封盖片进行多次收口，再在密封盖片与壳体接合缝涂丙烯酸清漆，保证输入端的密封。输出端放入加强帽后，进行多次收口，然后在加强帽和壳体接合缝涂密封漆，保证输出端密封。

3 性能试验及结果

3.1 延期时间试验

对采用错位闭气机构的延期点火管与传统泄气机构延期点火管在离心转速分别为50rps和240rps条件下进行延期时间测试，试验结果见表1~2。

表1 泄气机构延期点火管动态测试结果

Tab.1 Dynamic test result of the delay igniter with venting mechanism

表2 闭气机构延期点火管动态测试结果

Tab.2 Dynamic test result of the delay igniter with dislocation obturation mechanism

由表1~2试验结果可以看出，闭气机构延期点火管在离心条件下的延期时间散差小，且离心转速对延期时间基本无影响；采用泄气机构延期点火管在离心条件下的延期时间散差较大，延期时间受离心转速影响较大。

对采用错位闭气机构的延期点火管与传统泄气机构延期点火管在静态条件下进行高温、低温、常温延期时间测试，试验结果见表3~4。

表3 泄气机构延期点火管静态测试结果

Tab.3 Static test result of the delay igniter with venting mechanism

表4 闭气机构延期点火管静态测试结果

Tab.4 Static test result of the delay igniter with obturation mechanism

由表3~4试验结果可以得出，在静态条件下传统泄气机构延期点火管比闭气机构的延期点火管延期时间散差小，延期时间精度高。

3.2 抗过载强度试验

延期点火管在发射过载（29 000g）、抛射过载（15 000g）条件下，进行30发抗过载强度试验考核，试验结果见表5。

表5 抗过载强度试验结果

Tab.5 Test result of the delay igniter withstanding high overload

3.3 密封性试验

延期点火管在温度为60℃、相对湿度为95%条件下放置48h，进行湿热试验考核[3]。试验结果见表6。

表6 密封性试验结果

Tab.6 Test result of sealing property of the delay igniter

由表6试验结果可以看出，经湿热环境考核后， 延期点火管均可靠作用，且延期时间满足指标要求。说明延期点火管密封结构设计合理，密封性能好。

3.4 贮存寿命试验

延期点火管按GJB736.8-1990火工品试验方法71℃试验法[4]进行加速寿命试验考核，试验时间42d，相当于15a。试验结果见表7。

表7 贮存寿命试验结果

Tab.7 Test result of the storage life of delay igniter

3.5 系统试验

在系统地面、飞行等各种联合试验中，延期点火管均可靠作用，满足总体使用要求。

4 结论

单向传火、反向闭气结构设计是一种新的设计思路，能够提高离心条件下点传火可靠性和延期精度；缓冲单孔传火垫片组件的设计，解决了径向、轴向抗高过载冲击的难题；采用全密封结构设计，实现了耐湿热的环境要求。该小型延期点火管设计结构为火工品抗离心高过载提出新的设计思路。

[1] 蔡瑞娇.火工品设计原理[M].北京:北京理工大学出版社, 1999.

[2] 王凯民.军用火工品设计技术[M].北京:国防工业出版社, 2006.

[3] 王凯民.火工品工程[M].北京:国防工业出版社,2014.

[4] GJB736.8-1990 火工品试验方法71℃试验法[S].国防科学技术工业委员会,1990.

A Full-sealed Flash Delay Igniter with Anti-high Overload and Anti-high Centrifugal Rotation Preperties

LIN Mei-jun, JIA Ning-ke, LIU Hai-xu, YANG Zheng-cai, CHEN Yu, WANG Min

(Xi’an Qinghua Company of North Special Energy Group, Xi’an, 710025)

In order to study a full-sealed delay igniter, which can withstand high overload shock and meet delay precision under the high centrifuge rotaion environment, the obturation mechanism was designed and tested. The test results show that using combinatorial single-hole transmission design can solve the problem of radial withstanding high overload, and using obturation mechanism design, the delay precision and output performance stability under high centrifugal overload of delay igniter were improved. The delay igniters can all reliable function in system test.

Flash delay igniter；Delay precision；High overload；Obturation mechanism；Single-hole transmission gasket

1003-1480（2018）05-0001-04

TJ45+4

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.05.001

2018-06-17

蔺美君（1983 -），男，高级工程师，主要从事火工品产品技术研究。