机械火工品设计与生产过程中的感度控制研究

高清宏

摘 要：火工品技术广泛应用于武器装备、航天和航天器等领域。近年来，机械爆炸产品可靠性设计技术得到了发展和提出，虽然它已经在一些产品的开发设计中得到了初步的应用，但是在实际生产过程的控制中并没有得到有效的应用，更没有在生产过程中得到体现。本文基于机械炸药的可靠性设计理论，建立了机械炸药设计和生产中的灵敏度控制方法，给出了灵敏度控制的实现步骤。

关键词：机械火工品;设计;感度控制

中图分类号：TQ560.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）04-0101-02

机械起爆装置的可靠性设计主要是敏感参数的选择和设计，机械爆炸设计和生产控制的传统方法是“绘画+演奏”的经验或方法，也就是说，通过对消费品进行大量的成功或不成功的试验，可以得到产品性能参数的优化设计。每一个烟花都有一个关键的刺激，当外部刺激大于临界刺激时，由于生产过程、原材料等随机因素的影响，临界刺激是一个随机变量，不同类型的起爆药具有不同的分散度，变异系数可以用来表示灵敏度的相对分散度，变异系数小，产品灵敏度小，在实际工程中，如果产品的灵敏度分散度很小，产品很容易满足可靠性指标，否则就不能满足可靠性指标。因此，变异系数的取值是影响产品可靠性设计的重要因素，基于机械炸药产品可靠性设计理论，建立了机械炸药产品生产过程中的灵敏度控制方法，系统地提出了灵敏度控制的实现过程，可广泛应用于高可靠性的生产指导中。

1 火工品的概念

火工品是指含有少量火药、炸药或烟火，并能在预定的刺激下点燃而产生燃烧或爆炸效果，用以完成点火、爆轰、机械工作或特效功能的部件或装置的总称。烟火的本质功能可以概括为三个方面：能量转换、能量传递和能量放大。

2 火工品的分类

根据输入和输出形式的不同，烟火可分为火焰法、打针/冲击/摩擦法、电热法、电爆炸法、冲击波法、激光法等点火方法。火工品按其输出可分为点火、起爆、延迟、功等用途。常用的点火器有帽、起爆器、点火器、点火器、推进剂包、引信、放火装置等。点火器包括雷管、雷管、雷管、助推器、雷管等。延迟点火器包括延迟管、延迟柱、定时筒、延迟电缆，爆炸装置包括执行器、切割器、压力缸。RS、爆炸开关、钉子等。其他点火装置包括排气管、火炬、火炬、烟雾弹、诱饵、燃气发生器等。

3 机械火工品可靠性设计技术

3.1 机械火工品的分布和偏转系数

采用针冲式雷管、针冲式雷管、冲击式雷管、冲击式雷管、冲击式引信等9种产品的大样本逐步法，证明了机械起爆装置输入参数的灵敏度分布是对数正态分布。由于机械起爆装置的灵敏度服从非对称型对数正态分布，原则上要求对激励进行自然对数变换。然而，由于在这种长对数条件下刺激间隔较短，测试结果误差较大，在大多数情况下，它们仍然是实际的生产和测试标准。灵敏度变化系数k定义为标准偏差（Sigma）与50%点火灵敏度（U50）之比。通过对大样本试验的逐步分析，得出机械起爆装置的变异系数在0.10～0.25之间。当点火高度小于10cm时，工艺和试验操作不易控制，变化系数一般小于0.25;当点火高度大于10cm小于15cm时，变化系数一般小于0.20。当点火高度大于15cm时，过程控制良好，变异系数一般小于0.15[1]。

3.2 机械火工品可靠性设计

全发火能量HMAX和安全能量HMIN的计算，机械火工品感度参数分布为yNμσ，假设在设计发火刺激量作用下，发火可靠度为;其设计安全刺激量為H0，对应安全可靠度为Rs。则：

3.3 感度设计控制范围计算与实施

3.3.1 机械火工品灵敏度设计控制范围的计算

在大批量生产前的开发设计阶段和施工过程中，必须确定和控制点火灵敏度的范围。主要步骤是：（1）根据产品特性和点火能量确定变化系数和裕度;（2）确定总点火能量和总非点火能量;（3）根据确定的总点火能量和总非点火能量，由公式得出点火灵敏度的控制范围。

3.3.2 机械烟火药灵敏度控制范围的实现

机械起爆装置的灵敏度值通常是通过逐步递增的方法获得的，逐步法又称大样本法，其优点是获得的50%灵敏度值和标准偏差相对准确，但缺点是试样尺寸大。一般来说，需要2000多次试验来确定50%的灵敏度值。升降法又称小样本法，测试的优点是样本量小，通常需要30组左右，缺点是灵敏度值存在50%的组差，特别是有时会出现多次标准差，严重影响计算的总点火能量和总非点火能量值。因此，在确定机械炸药产品的敏感度控制范围后，根据经验采用哪种方法来确定初始产品状态是非常重要的。如果50%的原始状态的感官控制在感官控制范围内，则可作为设计状态进行巩固，在上升试验中，除非50%的感官控制值不在感官控制范围内，否则必须重新评估初始状态。如果50%的感官控制值在感官控制范围内，则应进行额外的增强试验。如果附加上升试验感官值的50%不在感官控制范围内，则必须改变初始状态，初始状态可以在感官控制范围内，而平均50%状态可以在感官控制范围内。如果平均50%在触觉控制范围或更低范围内，则初始状态必须改变，重新评定，重新调整后仍符合要求，进行灵敏度测试[2]。

3.3.3 针刺火工品感度控制设计与实施举例

该系列的子弹需要使用高度灵敏的微型针孔雷管。主要技术指标有：点火：8cm（7g）;失败：1.14厘米（7g）;可靠性：0.999（置信度：0.90）。起爆药的点火灵敏度主要由起爆药的起爆灵敏度和起爆药盖的厚度决定。该针刺药的灵敏度设计控制范围计算如：（1）点火落点高度仅为8cm，变异系数可计算为0.25，得到1.00的裕度。（2）根据8cm的点火高度、1.14cm的不着火高度和1.00的确定余量值，分别确定8cm的总点火能值和1.14cm的总不着火能值。（3）根据确定的总点火能值为8cm，总不着火能值为1.14cm，可靠性要求为0.999，反推的点火灵敏度H50控制范围为[3.52，2.75]，平均值为3.13cm。

根据经验，初步将引物中使用的原始引物分为四氮化铅、羧甲基纤维素氮化铅和硫化锑，引物盖层厚度为0.04mm。首先，根据提升试验的初始状态，50%的灵敏度值分别为3.65cm和2.94cm。由于灵敏度控制范围内只有50%的灵敏度值，补充试验得到的50%的灵敏度值为3.48cm，处于灵敏度控制范围内，50%的灵敏度值在中值附近的平均值为3.35cm，则该状态为最终状态。

3.3.4 该型号针刺雷管的灵敏度设计及可靠性试验

为了确定用提升法代替步进法计算50%点火值的可行性，本文还以某高敏微针刺雷管为例。三组提升法和台阶法的实际测试结果如表1所示。

对表的步进法试验结果进行检验，判定感度分布符合对数正态;在对数正态分布下，根据最大似然估计，log-50%的点火值u为1.1513（对应3.26cm），log-标准差sigma为0.2494（对应0.8263cm），最小总点火值M为6.9260cm（对应0.999）。通过比较提升方法和步进方法的测试结果，可以看出，50%的平均值获得的点火起重方法基本上是相同的，而标准差值（0.37）通过提升方法显然是小于实际结果（0.826）通过步进方法，这实际价值基本上是一样的，通过选择0.25变异系数（0.837）。由此可见，在设计和生产过程中，50%的点火均值可采用提升法计算，标准差可采用经验变异系数和点火均值计算。测试和验证针灸的可靠性提出了选择试验，温度40℃，在加强系数K分别为0.90和0.95可靠性测试，保证40℃低温4h，分别在6.50毫米，7.20毫米和8.0毫米，点火实验结果充分燃烧，和钢产量参数值大于0.25毫米，凹深试验表明，该产品的点火可靠性为0.999（置信水平为0.90）[3]。

4 感度变差系数在火工品可靠性设计中的应用

目前工艺材料的发展主要是用于图解法、附加的和更多的经验，在理论计算中很少使用，也没有定量的评定可调性。对于机械部件，可靠性要求与光方向分布之间的关系可以通过参考部件分布参数的理论值来实现，该理论值可以在设计和试验过程中从理论上进行计算。所选参数可进行调整，以优化设计防火元件的目的，从而减少科学设计浇注可靠性指标，发火：8cm;不发火：1.14cm;可靠度：0.90时。针刺火工品的发火感度主要受针刺药感度和针刺部位盖片厚度决定。计算该针刺火工品的感度设计控制范围具体为：发火落高仅8cm，其变异系数可按0.25计算，得到裕度为1.00。根据发火高度8cm、不发火高度1.14cm及确定的裕度值1.00，确定全发火能量值为8cm、全不发火能量值为1.14cm。根据确定的全发火能量值8cm 和全不发火能量值1.14cm，以及可靠度0.999要求，反推发火感度H50的控制范围其均值为3.13cm。根据经验，初步选定该针刺雷管所用针刺药组分为四氮烯、羧甲基纤维素氮化铅、硫化锑，针刺部位盖片厚度为0.04mm。可保证可靠性指标，最重要类型的变异系数的平均值作为设计参数，即考虑尽量避免生产过程中的潜在误差，这意味着在设计和产品中，可以推断通过提升方法获得的50%的热量平衡值[4]。

5 结语

机械火工品可靠性灵敏度设计需要设置的值系数的变异，变异系数类似的产品可以利用现有的统计分析值，还可以根据所提供的机械灵敏度敏感性变异系数的分布函数确定变异系数的值，通过机械火工品可靠性灵敏度设计理论，在设计和生产过程中设置机械起爆装置的灵敏度控制方法和实施步骤，可广泛应用于高可靠性的机械设计和生产中。

参考文献

[1] 陈应舒，孙伏.结构可靠性设计中尺寸变差系数的确定方法[J].陕西工学院学报（自然科学版），2014，20（1）：1-3.

[2] 刘宝光.敏感性数据分析与可靠性评定[M].北京：国防工业出版社，2012.

[3] 穆慧娜，焦清介，温玉全，等.基于可靠性指标变换的机械能激发火工品可靠性设计方法[J].北京理工大學学报，2008（6）：478-480.

[4] 翟志强，蔡瑞娇，董海平.利用升降法试验数据进行感度分布检验方法研究[J].火工品，2006（3）：1-4.