电作动器与电雷管配合爆炸网络的试验效果

6.2.2.1 异步与门的作用原理

用两个六参数圆形空气隙改进间隙零门为基本元件，组合设计异步与门，所设计的异步与门结构原理如图6.23所示。其中，I1、I2为两个独立的输入端，T为三通节点，N1、N2为圆形空气隙改进间隙零门，O为输出端。图中，T︵1N与TN1之间的距离差为零门N1的延时长度差，是零门的特征参量之一，该距离差为40 mm，则零门的作用时间设定为4τ。从该异步与门的原理图中可以看出，若单独从I1端输入爆轰波，则单独考察爆炸零门N1的作用效果；若I1、I2按时序输入爆轰波，则考察异步与门的作用效果。

当I1、I2按时序输入爆轰波，即I2端先输入爆轰波并率先到达零门N2，4τ 时间后I1端输入的爆轰波传播至N2，此时零门N2的间隙已被切开，TN1间的装药被破坏，爆轰波只能沿三通T拐弯传播，并最终由O端输出。

6.2.2.2 异步与门的结构尺寸设计

根据圆孔形空气隙改进爆炸零门的研究结果，异步与门设计时基板材料仍选为LZ12，沟槽尺寸为0.8 mm × 0.8 mm，零门隔板间隙厚度为1.0 mm，长方形方槽的尺寸为4 mm × 2 mm，为了缩小异步与门的结构尺寸，将零门打开的时间间隔设定为4τ 。研究空气隙尺寸、方槽与沟槽间距离对零门作用可靠性的影响。所设计的异步与门的各元件的结构尺寸、基板加工数量如表6.21所示。

图6.23　异步与门结构原理图

表6.21　异步与门各元件的结构尺寸

6.2.2.3 异步与门的试验研究

异步与门的装药仍采用压装法装药，网络用药为细颗粒JO-9C，设计装药密度为1.77 g/cm3，网络基板的压装效果如图6.24所示。

图6.24　异步与门网络基板压装效果

在异步与门可靠性试验时，用两根直径为φ 1.58 mm的柔性导爆索分别接入两个输入端面，利用导爆索的长度调节输入时序。导爆索的安装效果如图6.25所示。

图6.25　异步与门导爆索安装效果

试验时用一个电雷管起爆导爆索，根据输出端是否有输出判定试验结果，如输出端有输出，则试验成功，否则试验失败。爆炸零门试验爆炸效果见图6.26，试验结果见表6.22。

图6.26　异步与门可靠性试验效果

（a）零门间隙含直径为0.6 mm的空气隙；（b）零门间隙含直径为0.8 mm的空气隙

表6.22　异步与门可靠性试验结果

表6.22的试验结果初步表明，所设计的异步与门结构合理，可靠性高，可以以此作为爆炸逻辑网络的基本模块，设计结构复杂的爆炸逻辑网络。结合表4.1、表4.3的试验结果，可以确定所设计的空气隙改进间隙零门的特征结构参数为：沟槽尺寸0.8 mm × 0.8 mm、零门隔板间隙厚度为0.9～1.1 mm、长方形方槽为4 mm × 2 mm、圆孔形空气隙φ 0.6～φ 0.8 mm、方槽与沟槽间隙距离0.1～0.2 mm，零门打开的时间间隔≥4τ 。以上参数就是所研究的零门特征参量的可靠性窗口，当在零门的设计、加工满足以上要求时，就能保证零门可靠作用。若将沟槽尺寸实现的概率用P(E1)表示，零门隔板间隙厚度实现的概率用P(E2)表示，长方形方槽的尺寸实现的概率用P(E3)表示，圆孔形空气隙的尺寸实现的概率用P(E4)表示，方槽与沟槽间隙距离实现的概率用P(E5)表示，零门打开的时间间隔实现的概率用P(E6)表示，则零门实现功能的概率P(E)为：P(E)=P(E1)×P(E2)×P(E3)×P(E4)×P(E5)×P(E6)。

6.2.2.4 含作动器的新结构异步与门

1. 含作动器零门的异步与门作用原理(www.xing528.com)

当以该异步与门为基本元件组成“多选任意输出”爆炸逻辑网络时，需要同时具备两种功能：① 需要实现爆轰信号输出时，作动器要能安全可靠地作用，实现作动器零门的关闭；② 当要求不输出爆轰信号时，异步与门需要处于自锁状态，并使爆炸零门N成功作用，实现关闭功能。因此，进一步分析如图6.27所示的异步与门的作用原理，并进行相关的试验研究。

图6.27　含作动器零门的异步与门结构示意图

图6.27中，I为爆轰波输入端，O为爆轰波输出端，N为爆炸零门，Z为电作动器。电作动器位于爆炸零门和三通之间的控制通道，作动器的剪切销应垂直于控制通道的沟槽装药，并在装药通道另一端留有一定的空气隙，以便当作动器作用时，能将沟槽中的炸药推出，切断信息通道。该异步与门的作用原理：

（1）当需要输出端有爆轰信号输出时，首先由控制系统给作动器提供发火电信号，作动器电激发后推动销子切断沟槽通道装药；然后再由控制系统给出电起爆信号，由输入端输入爆轰信号。此时控制通道装药已经被切断，爆轰波只能经过三通绕行，并于输出端输出爆轰信号。

（2）当作动器无电点火信号输入时，输入端输入的爆轰信号沿直线传播至爆炸零门N，并在经三通绕行的爆轰波到达之前关闭该爆炸零门，终止爆轰波的传播，终端无爆轰信号输出。

（3）当只给作动器输入电信号时，作动器作动后只会切断控制通道装药，无爆轰信号输出，符合爆炸逻辑网络系统的安全性要求。

由此可知，该新结构原理异步与门的输入/输出逻辑关系与一般的异步与门相同。

2. 含作动器零门的异步与门的试验研究

前面已经对圆形空气隙改进间隙零门、作动器零门以及异步与门进行了较为系统的研究，给出了相应的特征参量与可靠性窗口。从新结构原理异步与门的结构可以看出，本研究提出的新结构原理异步与门，仅用电作动器替换了一个爆炸零门的控制通道，而其他结构不变。因此，新结构原理异步与门的试验研究，主要是研究电作动器切断控制通道的时间，以保证在电作动器的作用下，能可靠切断信息通道，阻断爆轰信号通过。研究中选用的电作动器外形尺寸及工作条件为：总长15 mm，φ 3.4 mm，击针行程约3 mm；发火电压10 V，发火电容为15 μF。

为了研究该电作动器可靠切断控制通道的时间，共加工了60块新结构原理异步与门试验基板，基板装药及作动器安装效果如图6.28所示。基板材料选用LZ-12，网络用药为JO-9CⅢ型传爆药，设计装药密度为1.77 g/cm3。

图6.28　异步与门装药及作动器安装效果

（a）作动器安装前；（b）作动器安装后

先对该异步与门进行同步输入研究，同时对电作动器与电雷管施加1 A的工作电流，通过检查输出端是否有输出，检验新结构原理异步与门的作用效果。如果输出端有输出，则新结构原理异步与门试验成功；否则试验失败。试验效果如图6.29所示。

图6.29　同步输入试验效果

从试验效果图可以看出，当同时给电作动器和电雷管通电时，电作动器在雷管爆炸网络的同时开始作用，但并未成功实现对沟槽装药的破坏和隔爆，异步与门没有实现输出功能。究其原因，可能是由于输入端I和作动器间距离太短，L = 45 mm，爆轰波从输入端沿沟槽传播至作动器用时仅为L/D = 45 mm/(8.053 mm/μs) = 5.59 μs，在这么短的时间内作动器不足以充分作动，无法实现隔爆功能。

基于同步试验的结果与分析，设计了电作动器先于电雷管8 ms、6 ms、4 ms、2 ms、1 ms作用的试验方案，通过检查输出端是否有输出，检验新结构原理异步与门的作用效果。如果输出端有输出，则新结构原理异步与门试验成功；否则试验失败。新结构原理异步与门作用效果如图6.30所示，试验结果如表6.23所示。

图6.30　新结构原理异步与门作用效果

表6.23　新结构原理异步与门试验结果

从表6.23的试验结果看出，所有试验全部成功，电作动器与电雷管作用时间间隔为1 ms时也能可靠作用，说明本研究设计的新结构原理异步与门是合理的，两个输入端的时间差可以控制在1 ms以内。