Ni-Cr薄膜换能组件静电响应特性与发火概率预测研究

针对电火工品在静电放电影响下可能发生误发火的问题,以Ni-Cr薄膜换能组件为研究对象,提出了一种分析其在人体静电放电下的响应特性,并预测发火概率的方法。首先,介绍了Ni-Cr薄膜换能组件系统架构,并建立了电火工品静电放电等效电路模型;其次,研究了Ni-Cr薄膜换能组件静电放电响应特性,分析了换能组件尺寸和放电电压对薄膜桥区温度的影响规律;最后,构建了Ni-Cr薄膜换能组件在统计特征下的输入条件,确定了换能组件失效判据,进而结合发火感度试验与数理统计方法,实现了在静电放电条件下电火工品发火概率的预测。研究结果表明:预测发火概率与试验值误差不超过5%,验证了本文方法的有效性。

最大熵试验法对切割器功能可靠性的评估

针对切割器设计裕度大且刺激能量服从正态分布的特点,提出采用最大熵试验法对切割器的功能可靠性进行评估。以某型切割器为实例,通过临界药量摸底试验、升降法试验及成败型试验对其功能可靠性进行了评估。结果表明:运用最大熵试验法,采用46个试验样本即可完成切割器在置信度γ=0.95下,可靠性指标不小于0.999 995的可靠性评估试验,为航天火工装置(尤其是切割器)的小样本量高可靠性评估提供了技术途径。

一种高速低过载导弹弹射分离燃气做功装置设计研究

为满足某型号导弹弹射分离燃气做功系统低过载及高出筒速度的要求,基于两级燃气发生器分时序点火方式,设计了一种新型两级组合式弹射分离燃气做功装置,建立了弹射内弹道仿真模型,对其作用过程中高、低压室内部压强、负载速度及冲击过载进行仿真和试验研究,并与基于单燃气发生器的导弹弹射分离过程进行了对比。结果表明:所设计的两级组合式弹射分离燃气做功装置的负载出筒速度为19.4 m·s^(-1),最大过载为31.4 g,能够满足高出筒速度和低过载的指标要求;低压室最大压强、负载最大出筒速度和最大过载的仿真和试验误差分别为4.4%、-3.1%和2.5%,表明所建立的两级组合式燃气做功装置内弹道模型具有较高可靠性,能够有效指导同类型弹射内弹道设计和性能预测。

一种双级弹射作动筒对抛分离输出特性研究

为满足武器系统低过载对抛分离功能要求,设计了一种对抛式双级弹射作动筒,基于零维内弹道理论建立了对抛式双级弹射作动筒内弹道模型,对其分离输出特性进行了仿真,并对内弹道模型的准确性进行了试验验证。结果表明,对抛式双级弹射作动筒内弹道模型准确可靠,压强仿真曲线与实测曲线基本吻合,分离输出参数仿真值与实测值基本一致,误差不超过5%。本研究能够为同类型对抛式双级弹射作动筒的设计提供理论指导。

半导体桥火工品电磁响应及其防护技术仿真研究

为了研究半导体桥(SCB)火工品在连续电磁波、核电磁脉冲环境下的响应特性及防护技术,采用COMSOL仿真软件建立了SCB组件仿真模型,分别研究了并联瞬态电压抑制(TVS)二极管前后SCB组件在连续电磁波、核电磁脉冲照射状态下的感应电流和桥区温度的变化。结果表明:场强为1 200 V·m~(-1)、频率为1.15 GHz的连续电磁波以及上升时间为5 ns、半高宽为24 ns、幅值为10 k V·m~(-1)的核电磁脉冲照射,均可能使SCB桥区温度高于常用起爆药的作用温度,从而导致SCB火工品意外发火;并联TVS二极管对连续电磁波、核电磁脉冲均起到较好的防护效果,连续电磁波照射下SCB的感应电流峰值衰减率大于64.79%,核电磁脉冲照射下SCB桥区最高温度衰减率为54.34%。

冲击片雷管换能界面轴向距离能量耗散失效分析

为提高冲击片雷管作用的一致性和可靠性,针对因材料表面小型突起导致接触面不平整的装配问题,从换能界面能量耗散的角度对装配结构中两种轴向距离所产生的影响进行了探究。通过不同电压下的发火试验及感度试验,验证和分析两种轴向距离对冲击片雷管作用过程的影响。结果表明:加速膛-桥箔轴向距离会导致电爆能量的径向散失,进而影响了飞片冲击药柱端面能量的大小并引起聚酰亚胺薄膜的撕裂拉伸,随着轴向距离的持续增加,爆炸桥箔逐渐失效;加速膛-药柱轴向距离会影响飞片飞行的平稳程度以及撞击药柱速度,随着轴向距离增加,飞片飞行距离增长,到达药柱端面的速度降低且不一致,导致起爆药柱的稳定性降低,轴向距离应控制在0.3mm以内。

微起爆序列用硅基作动机构隔断特性研究

针对MEMS火工品的内置安全控制设计需求,在硅基MEMS作动机构的基础上,重点开展了硅基作动机构与微起爆传爆序列的集成化设计与能量匹配研究。该序列主要由微起爆器、微作动机构及传爆药组成。其中微起爆器的叠氮化铜装药尺寸为Ф0.8mm×0.8mm,装药量为1.5mg;微作动机构在11V直流电压驱动下,可以实现传爆通道的开启与闭合,隔断位移为743.06µm;传爆药为油墨直写方式制备的CL-20传爆药,装药尺寸为Ф3mm×3mm,装药密度为1.66g/cm^(3),装药量约为35mg。研究表明该序列具备可靠起爆、传爆以及隔爆功能。

固体火箭发动机点火装置方案设计通用算法模块研究

为解决现有点火装置设计“系统研究少、设计经验性强、方案通用性差”的问题,对不同类型点火装置的方案设计过程进行了系统性分析,提出了点火装置方案设计的通用设计方法及流程,在此基础上采用面向对象技术开发相应的通用算法模块,包含所需要的数据字典以及专业算法的实现。完成5种类型点火装置方案设计全过程,获得方案设计的结构参数与性能参数,同时基于Creo实现了参数化三维模装设计快速建模。该通用算法模块不仅可以独立运行,也可集成至有关的固体火箭发动机总体方案设计系统软件中。利用所开发的算法模块对FG-02固体火箭发动机点火装置以及常见的管式点火装置方案进行案例设计,结果表明所建立的点火装置方案设计流程及开发的通用算法模块具有较好的适应性,提高了设计效率和经济性,可为点火装置的方案论证和初步工程设计提供支持。

基于磁耦合谐振式的迫击炮动态点火效能研究

为研究迫击炮磁耦合谐振式动态点火效能,以系统传输效率η和点火总能量Q作为表征点火效能的要素,建立磁耦合谐振式无线能量传输数学模型,分析得出互感M、初级线圈高度H和次级线圈运动速度v是影响点火效能的关键因素,运用Maxwell仿真分析运动状态、行程及速度对迫击炮点火效能的影响。研究结果表明:运动状态会对点火效能产生较大影响,静态时互感、传输效率和点火总能量均大于动态;初级线圈螺距和匝数决定运动行程,线圈匝数越多,传输效率越高,点火总能量越小;线圈螺距越大,点火总能量越大,传输效率在螺距为5.5 mm时达到最大;次级线圈以5~20 m/s匀速运动时,随着运动速度增加,传输效率基本保持不变,点火总能量随之减少,且速度增大对点火总能量的影响逐渐减弱。

高钝感电起爆器的结构设计及性能研究

针对双桥电起爆器钝感要求,使用桥带升温数学模型和三维建模编程的方法,进行了相关结构设计及性能试验验证。研究表明:采用防静电板和接线板的结构设计,防静电性能稳定,能够承受16 A直流电流的冲击而不失效;当桥带厚度为0.02 mm、桥带宽度为0.32 mm时,能够满足桥路熔断时间不大于60 ms的要求;锆/高氯酸钾和D8型硼/硝酸钾点火药配合使用,能够满足安全电流1A、1 W、5 min的要求,且发火可靠。

炸药压制成型机参数采集系统开发

为进一步实现质量控制与安全生产,研制一套炸药压机参数实时采集系统。基于压机控制系统和传感器,利用高级语言编程从压制过程实时读取相关参数并在人机界面显示,操作人员可实时观测压制过程的工作参数,以便自适应调整参数控制药柱质量、监测压机运行状态并做应急预案。结果表明:该压机参数采集系统性能稳定、操作简单方便,满足参数采集、存储、显示功能。

火工切割器压紧释放装置降冲击研究

针对某型火工切割器压紧释放装置爆炸冲击响应过高问题,设计了串联铝蜂窝、增加导向隔板2种降冲击方案,并对其降冲击效果进行了试验研究。结果表明:在串联铝蜂窝中增加隔板,可以有效抑制蜂窝剖离,使蜂窝整体同时压缩,从而提高吸能效果。测点处的冲击响应峰值由3760.66g降至1541.65g,降冲击效果明显。

电爆桥膜换能元设计研究

基于国内外电爆桥膜换能元技术的研究现状,总结了桥膜换能元的基本结构和类型,给出了V形桥区电阻和质量的计算方法;并提出了电容放电输入和长脉冲恒流输入条件下桥膜换能元的电热致电爆换能模型,以便估算桥膜换能元温升及临界爆发参数。采用溅射镀膜方法制备了多种不同结构的桥膜芯片及其桥塞换能元,测试表明桥膜芯片的电阻偏差均小于±5%。电爆实验表明,电阻/质量为2.25Ω/0.196μg的芯片与Φ3.4mm的桥塞所集成的换能元,在24V/33μF放电下的爆发时间为87μs,瞬发度很高;5min恒流脉冲输入的不爆发电流约为0.91A,电流安全性较好。电阻/质量分别为1.03Ω/0.259μg和1.05Ω/0.095μg的芯片与Φ3.4mm的桥塞所集成的换能元,5min恒流脉冲输入的不爆发电流均大于1.32A,电流安全性较高。

“火-电”集成式逻辑控制装置设计及点火驱动活塞作动研究

基于弹射救生非电传爆逻辑控制系统对精确程控延期火工品的需求,设计了一种程控精确延时的“火-电”集成式逻辑控制装置,重点研究了装置中隔板点火器不同输出压力驱动活塞做功、拉断不同材料定位螺钉的规律,确定了活塞位移量、定位螺钉拉断临界压力与隔板点火器输出装药量之间的关系。结果表明:在保证活塞有效位移的情况下,相比Al2024-T4及不锈钢316材料的定位螺钉,棒H62Y2材料的定位螺钉被活塞拉断、解除限位所需临界压力最小,为86MPa,对应隔板点火器最小输出装药量为167mg;选用该材料作为活塞定位螺钉,对结构壳体及内部其他组件造成的应变损坏更小,有利于提高该装置的可靠性。

液氧-甲烷发动机点火器接口过度烧蚀问题研究

针对某液氧-甲烷发动机试车中出现的点火器与管路接口过度烧蚀问题,进行了原因分析及试验验证,提出改进措施并对其进行试验验证。结果表明:接口倒台阶和缝隙过大是造成过度烧蚀的原因。采用“突变式”变径结构代替“斜面过度”变径结构,可避免点火器与管路内径公差设计不合理及装配不对位造成的倒台阶问题;并且,将石墨垫圈厚度由4.0~4.5 mm调整为2.6~3.0 mm,可使压紧后接口缝隙小于0.1 mm。试验表明改进措施有效。

基于CAN总线可寻址远距离多点点火网络系统设计与试验

为了提高烟幕防御系统的安全性、可靠性和智能化程度,采用总线网络拓扑结构与协议编码可寻址方式,设计了基于CAN总线可寻址远距离多点点火网络系统,开展了系统的500 m远距离可寻址功能、电性能测试和系统点火试验。结果表明:智能点火器输入线缆每增加45 m,线缆电压损耗为5.389 mV·m^(-1),线缆压降增加1.34%,输出电压幅度降低2.95%;随着系统输入电压升高,智能点火器充电电压升高,放电电压增大,5 A和10 A电流对应的放电脉宽增大。系统能实现单点可寻址点火和多点可寻址延迟点火功能,为烟幕防御系统的智能点火方式设计与应用提供依据。

一种直列式起爆装置的结构设计与性能研究

为了满足现代武器对火工品的高安全性和高可靠性的需求,对一种直列式起爆装置的结构进行了优化设计,并通过仿真计算和试验测试研究了爆炸箔组件、发火件工艺、装药结构、起爆电路等对起爆装置相关性能的影响。结果表明:通过桥箔-基板一体化、原位合成飞片及光刻无限加速膛设计,提高了起爆装置中冲击片雷管爆炸箔的能量利用率。采用HNS-IV+JO-9两级输出装药结构与起爆系统匹配后,能够满足预设1.3 kV电压可靠起爆、输出钢凹深度不小于0.3 mm的要求。

一种内置双层电热MEMS安保机构的微点火序列

为实现点火序列的高安全性及微封装体积,研究设计并制作了一种内置双层电热MEMS安保机构的微点火序列,该序列包含了点火器、安保机构及点火药等核心部件,整体封装尺寸为Φ10 mm×3.3 mm。其中安保机构为具有双稳态功能的双层结构,前端的点火器为覆盖有Al/CuO微装药的NiCr桥箔,桥箔电极采用背部无引线封装的方法来降低序列封装体积,后端的点火药采用硼/硝酸钾(Boron/potassium nitrate)点火药。采用控制Al/CuO装药量的方法对其安保性能进行测试,结果表明该序列在Al/CuO装药尺寸为Φ800μm×30μm时安保机构在安全状态下能够阻隔前端点火器火焰能量的传递并保持结构功能完整,在解保状态下能够使后端的点火药被点火器点燃,具备点火隔火能力。

微尺寸半导体桥电容发火特性研究

为了获得微尺寸半导体桥电容发火的特征参数与设计参数的关系,对20μm×50μm×4μm 60°的半导体桥进行了不同掺杂浓度、发火电容、发火电压及两种点火药剂下的发火试验,获得设计参数与半导体桥的特征能量、特征时间的关系。结果表明:半导体桥的发火电容值从10μF增大到68μF时,高掺杂的半导体桥/斯蒂芬酸铅的最小全发火电压为6.23~4.28V,比低掺杂的半导体桥降低了0.86~1.52V;半导体桥发生电爆所需的电能随着掺杂浓度的提高而减小,但与电压值、电容值、药剂种类无关;发生电爆所需的时间随着电容值、电压值、掺杂浓度提高而缩短;等离子体加热时间和能量随着电容值、电压值、掺杂浓度提高而增大。

飞片冲击镍、硅和铜隔爆材料的理论计算与仿真

为了获得钛飞片冲击时镍、硅和铜3种材料隔爆件内部的冲击波衰减规律和隔爆HNS-Ⅳ的临界厚度,建立了飞片冲击下的隔爆理论和仿真模型,计算了3种材料隔爆件和HNS-Ⅳ传爆药内部的冲击波参数,并结合HNS-Ⅳ的Π-τ临界起爆判据得到了3种材料隔爆HNS-Ⅳ的临界厚度。结果表明:3种材料隔爆件按照其内部冲击波压力和衰减系数由大到小的顺序依次为:镍、铜、硅;按照冲击波脉宽由大到小的顺序依次为:铜、硅、镍。当飞片速度为1600~3200 m·s^(-1)时,镍、铜和硅材料对应的隔爆HNS-Ⅳ的临界厚度分别为:0.26~0.59 mm、0.41~0.74 mm和0.60~1.04 mm。