Y-火工品动态参数测试

火工品燃气输出动态参数特性的分析与测试付永杰!"#"严楠!$!%北京理工大学爆炸灾害预防与控制国家重点实验室"北京!&&&’!(#%)#*)+部队’)分队"辽宁葫芦岛!#,&&&-摘要.在查阅国内外有关火工品手册和对使用单位调研的基础上"综合分析现有火工品表征燃气输出威力参量的压力/推力/加速度/温度/位移/速度等的信号特征"给出了输出威力测量值的参数类型/量值大小和频率响应的特性范围0针对各类火工品的输出信号特征"选择相应的传感器/信号调理器和动态分析仪"建立了一套火工品试验动态多参数测试系统"可以实现在一次试验中多物理量同时测量"获取更多的输出参数性能信息"并可以分析各参数之间的相互关系"为火工品输出性能的设计和测试系统的建立提供参考0关键词.物理化学(火工品(动态测试(燃气输出(信号中图分类号.12*,&%3文献标志码.4文章编号.!&&565’!#$#&&5-&+6&&5,6&3789:;<=<98>?@<A B8C B D E F<A=E:@G9<H F A I F A J;89D=K L9M9D@A@MN@9A F M@<B O P8=A=9A=8QR S I:B<=T@J@T=K@<U V W X Y Z6[\]!"#"W4^^_Y!$!%‘a_a]b]cd_e X f_a X f cX g h f]i]Y a\X Y_Y jk X Y a f X l X g m n o l X p\X Yq\p_p a]f p"r]\[\Y Zs Y p a\a t a]X g1]u v Y X l X Z c"r]\[\Y Z!&&&’!"k v\Y_(#%)#*)+4f w c’)V Y\a"x t l t j_Xd\_X Y\Y Z!#,&&&"k v\Y_-7E<A M9K A.r_p]j X Y a v]f]p]_f u v X gX i]f p]_p_Y j j X w]p a\u\Y\a\_a\Y Z]n o l X p\i]j]i\u]v_Y j e X X y p_Y j a v] \Y i]p a\Z_a\X YX g t p]f t Y\a p"a v]p\Z Y_l g]_a t f]p f]o f]p]Y a\Y Za v]u X w e t p a\e l]Z_p X t a o t a o X z]f o_f_w]a]f p"p t u v_p o f]p p t f]"a v f t p a"_u u]l]f_a\X Y"a]w o]f_a t f]"j\p o l_u]w]Y a_Y jp o]]j"_f]p c Y a v]a\u_l l c_Y_l c{]jg X fa v]o f]p]Y a \Y\a\_a\Y Z]n o l X p\i]j]i\u]p%1v]u v_f_u a]f\p a\u|t_Y a\a cf_Y Z]p_e X t ao_f_w]a]fa c o]"_w o l\a t j]_Y jf]p o X Y p] g f]|t]Y u c_f]o f]p]Y a]j%r_p]jX YX t a o t a u v_f_u a]f\p a\u pX g i_f\X t py\Y j pX g\Y\a\_a\Y Z]n o l X p\i]j]i\u]p"p]Y p X f" p\Z Y_l_w o l\g\]f_Y jj_a__u|t\p\a\X Y\Y p a f t w]Y a p_f]p]l]u a]j_Y j_w t l a\o l]n]jw]_p t f\Y Zp c p a]w X g\Y\a\_a\Y Z ]n o l X p\i]j]i\u]a]p a j c Y_w\u o_f_w]a]f\p]p a_e l\p v]j%}_Y co v c p\u_l|t_Y a\a cu_Ye]a]p a]j_a a v]p_w]a\w]\Y X Y]a]p a i\_a v\p p c p a]w%}X f]\Y g X f w_a\X Y_Y j_Y_l c p]p X g a v]f]l_a\X Ye]a z]]Ya v]o_f_w]a]f p u_Ye]f]u]\i]j% 1v]p]g]_a t f]p v_i]_Y\w o X f a_Y a i_l t]g X f a v]j]p\Z YX g\Y\a\_a\Y Z]n o l X p\i]j]i\u]X t a o t a o]f g X f w_Y u]p_Y ja v] ]p a_e l\p v w]Y a X g a v]\f w]_p t f]w]Y a p c p a]w%~@;!B M><.o v c p\u_l u v]w\p a f c(\Y\a\_a\Y Z]n o l X p\i]j]i\u]p(j c Y_w\u a]p a.u X w e t p a\e l]Z_p X t a o t a(p\Z Y_l引言火工品作为起爆/引燃元件和动力源装置"是武器装备/航空航天飞行系统中不可缺少的组成部分"广泛用于各种枪炮的弹药/火箭/导弹/卫星姿态调整/紧急救生装置等0在火工品的设计和验收中"其燃气输出威力性能的考核主要是通过测试密闭爆发器内燃气压力"时间曲线"一般只做单项性能考核"个别产品进行推力/行程考核0最有效的研究方法是对其输出特性参数进行多参数测量或同时测量"包括燃烧压力/推力/速度/加速度/位移/温度等参数0这样可以在一次试验中获得输出性能的多个参数信息"极大地丰富了产品性能设计和作用机理研究所需要的信息量"对提高火工品设计质量和降低研制成本具有重要的参考价值0为了更好地构建火工品输出性能多参数测试系统的性能指标"需要了解代表火工品燃气输出性能的各种物理参数类型/量值范围/频率响应特性等技术指标0本研究通过对现有火工品手册/火工品生产收稿日期.#&&56&#6&#(修回日期.#&&56&*6&#作者简介.付永杰$!)5,"-"女"工程师"硕士研究生"从事计量测试技术研究0, 5第+&卷第+期#&&5年3月火炸药学报C#=8@<@$B F M89:B O R S I:B<=T@<%L M B I@::98A<火炸药学报www.hzyxb.cn厂家进行详细调研!分析了代表火工品输出威力的上述参数的测试信号特征和数据范围"#火工品燃气输出动态参数特性分析#$#压力输出特性火工品燃烧后输出的压力是产品设计%制造和验收中的一项重要技术指标!其中以压力&时间曲线’(&)曲线*来考核产品的输出特性"由波形信号求出最大点火压力(+及对应最大点火压力时间)+"以作功形式输出的火工品大多数都进行(&)曲线的测试!这类火工品主要有底火%点火具%传火具%作动器%压力药筒%抛放弹等"考核火工品输出压力性能的试验方法一般是通过测量火工品在一定尺寸密闭容器中产生的压力及依据压力波形取得!压力波形分析的重要特征量有最大压力%压力上升时间%最大压力时间和作用时间’压力持续时间*"美国,-.-曾用测试/01023标准起爆器和,-.-标准起爆器在#45+6体积密闭爆发器内产生的压力曲线特性评价其输出能力!图#给出了典型的压力曲线对比"对于作功类火工品如活塞7活塞筒结构的推冲器%拔销器!测试其药筒内压力波形!对该装置产生的压力波形积分来相对地表示其能量的大小"图8为美国,-.-总部测试的/.9’/01023标准起爆器*%,::;’,.9驱动的产气药筒*在拔销器内产生的压力曲线的对比"图#中压力曲线的信号特征为<=个标准起爆器驱动的产气药筒在#45+6密闭爆发器内产生的压力峰值为=$8>?$6@A B!上升时间约为4$#C +D E 图8中压力曲线的信号特征为</.9和,::;在拔销器内产生的压力峰值为=?$F %G H $8%##4$8@A B !上升时间约为4$#+D !工作时间约#+D"U 0B U 023O Y L M S D 0R O V O R 05O火工品名称Z 75+6(+B Y 7@A B 时间电点火具’#*8#C >88作用时间小于?+D电点火具’8*?#=>64从开始通电升至峰值压力时间小于?4+D !作用时间小于C 4+D 点火器’#*C #4$6>68$H 作用时间[#44+D点火器’8*8G 8$H =>G $6C 作用时间[C +D ’实测均值4$G =+D *电爆管’#*#48$H =>G $6C达到峰值压力的时间小于#$F +D 电爆管’8*C 478G C $6H >#8$8C 7G $6C >#6$G 8作用时间\#=+D起爆器#4?>#=作用时间[C 4+D ’实测值#$66+D *电起爆器84#C >88作用时间\?+D隔板电起爆器846$#]#$466C 发火后#$C +D 内输出压力达#$8=48@A B 电发火管8G ?$F G >#=$88作用时间[C 4+D ’实测均值#$6+D *压力药管’#*688$4=F 达到峰值压力的时间小于84+D 压力药管’8*#46$#作用时间[=+D !达到第一压力E 作用时间[G +D !达到峰值压力气体发生器#46$G F H C ]4$?F H标准驱动器6#$F H =G C作用时间\#4+D?G 火炸药学报第64卷第6期火炸药学报 w w w .h z y x b .c n本页已使用福昕阅读器进行编辑。

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表!列出了国内外收集到的典型火工品燃气输出在不同容积"#$密闭爆发器内产生压力峰值"%&’($)达到峰值压力时间和作用时间的压力信号取值范围*由以上分析可知+试验常用的密闭爆发器容积有,)-)!.),.),/)-.0&1+产品不同)压力峰值差别很大+上升时间不等+响应时间和工作时间都非常短+属于瞬态测量范围*对瞬发度高的小型点火具)点火器)电爆管)压力药筒和小型动力源火工品+应选择容积较小的密闭爆发器做试验+压力作用时间和峰值上升时间短+压力峰值大*而对体积较大的点火具和动力源火工品+应选择容积较大的密闭爆发器做试验+压力作用时间和峰值上升时间相对较长+压力峰值相对较小+%23曲线稳定)平滑)波动小*!4,推力输出特征动力源及特种作用的火工品如推冲器)驱动器)拔销器等利用火药燃烧产生的高温高压气体+推动活塞作功*对于活塞作功类火工品+点火药燃烧后产生的高温高压气体在活塞端面上产生的推力能否克服活塞运动阻力+推动载荷作功+达到规定技术指标+是该类产品的关键技术*测量火工装置发火后推力波形+推力2时间"523$曲线+求出平均推力56+最大推力5&’(+最大推力时间3&值+作用时间37+总冲"总冲8力9作用时间$*总冲为推力对时间的积分+反应了活塞作功类火工品的作功能力*鲁建存:!;等对活塞作动器的输出推力和作功时间进行了测试+活塞在!-&7的时间内+可将质量为<4./=>的载荷移动1&&以上*图1为活塞作动器的523曲线*作者做了<发试验+从测定结果看出+活塞作动器的输出推力峰值通常在-<?@/--A +平均推力峰值为B B .A +上升时间约为.4!&7+作用时间为!14B !@!C 4,<&7+作功时间约为?4?1&7*P V J 7E H I M I H E 0I火工品名称W X "=A Y 7$5X =A作用时间电作动器在,4-&&行程上5Z!/B 4-A发火时间应小于1&7某装置用活塞作动器活塞在!-&7内+将<4./=>负载移动[1&&正推火箭/4<"地面$568,4.=A R 5&’(8,4!=A 药柱燃烧时间为.41/@.4B 17R 全程工作时间为14C -7微型火箭不小于.4.<1!5[,!-4B A工作时间为.4117反推火箭14B 1"地面$58!.4B C =A R 5&’(8!,4//=A 药柱燃烧时间为.4,/7R 全程工作时间为.4,<7R 点火时间\!.&7弹道调整驱动器5&’(8!,C 4-//B 调整时间为!,1@!--&7驱动器载荷为B B 4/-A R作用时间为!.&7微型活塞驱动器弹簧载荷为!/.A R 释放力为C C -A作用时间为-.&7//第1.卷第1期付永杰+严楠T 火工品燃气输出动态参数特性的分析与测试火炸药学报 w w w .h z y x b .c n&4&7&57&4’+Q 9613&0+R +0&-+火工品速度备注机翼弹道调整驱动器M 85Q JA A E (=S 88L 3侧翼弹道调整驱动器M 85Q JE ;T (E 88L 3副翼弹道调整驱动器M 85Q J=B =(@88L 3活塞驱动器M U@8L 3冲程为K (=K S 88:作用时间小于!83活塞驱动器M UB 8L 3冲程为B (;S =88:作用时间小于@83发射筒M铁芯JE (B !88L 3注V M 85Q 为冲程闭合端最大速度:M为冲程除以作用时间值F 因活塞作动器活塞的位移非常小W 一般为几毫米X :工作时间短W 一般为几毫秒X :冲击过载大:给测试和结果分析带来一定困难:目前有关活塞作动器的速度测试还未见公开报道:可以根据有关资料的理论分析:选择合适的传感器:建立相关的测试系统F 表B 列出了国内外各活塞式火工品的推冲速度特性FA (S 活塞冲程位移特征活塞式作动装置作功时间非常短:一般几毫秒:有的甚至达微秒量级:因此:很难在这么短的时间内测量活塞作动速度:传感器的响应时间达不到要求F一般通过测量活塞式作动装置作功过程中位移的变化:由位移对时间求导:计算出速度F黄浩川G B H 研究指出:推冲器推动推杆移动:冲程约@<!=88:作用时间为毫秒级或秒级:桥丝式推冲器的作用时间为毫秒级:半导体桥推冲器的作用时间为微秒级F表S 为国内外典型活塞式火工品的位移W YX 特性F表S 活塞式火工品冲程位移的取值范围)5O 6+S )*+/54’+127*/.37R &3965-+8+47129&3714&4&7&57&4’+Q 9613&0+R +0&-+火工品Y L 88备注电作动器拔销器活塞缩回行程应不小于A (!从通电到活塞缩回A (!88的时间不大于@;83电作动器活塞行程为B (;<B (E从通电到活塞杆移动B 88的时间不大于@83侧翼弹道调整驱动器冲程为E =(!=调整时间A @B <A !!83活塞驱动器冲程为K (=K S 作用时间小于!83凹底驱动器冲程为@(!作用时间为A ;83微型活塞驱动器冲程为E (=E 作用时间为K !83活塞驱动器冲程为B (;S =作用时间小于@83拔销器活塞最大移动距离为S @(A E S 总作用时间小于@;83驱动的稳定伞发射筒启动冲程为A !(@S由以上可知:延期管D 点火管类火工品保险杆或活塞杆的位移量一般只有几毫米:驱动器类火工品冲程为@<K ;88?拔销器类火工品活塞最大移动位移为B ;<!;88FA (!输出温度特征火工药剂的燃烧温度是研究火工品点火D 输出能力的重要参数之一F 了解火工药剂的燃烧情况:对提高武器性能具有重要意义F周学铁G S H 等采用原子发射L 吸收光谱法测量了=K 火炸药学报第B ;卷第B 期火炸药学报 w w w .h z y x b .c n塑料导爆管出口处的爆轰瞬态温度!并给出了爆轰温度随时间的变化曲线!如图"所示!塑料导爆管出口爆轰温度为#$%&’##&&(!测量时间的分辨率最高可达)&*+,火工品燃气输出动态参数特性的分析与测试火炸药学报 w w w .h z y x b .c n本页已使用福昕阅读器进行编辑。