二入四出爆炸逻辑网络的模块化设计优化方案

6.2.4.1 “二入四出”爆炸逻辑网络的结构设计

图6.38所示为“二入四出”爆炸逻辑网络结构图，相应的线路图见图6.36（a）。图中I1、I2为两个爆轰波输入端，O1、O2、O12、O21为四个爆轰波输出端，网络由N1～N6六个桥式零门和多条炸药通道组成，C1～C12为通道三通节点及拐点。网络的输入/输出爆炸逻辑关系见表6.26，图6.38所示为网络的节点时序。

图6.38　“二入四出”爆炸逻辑网络结构图

表6.26　“二入四出”网络的节点时序

续表

当只有I1端起爆时，N1、N2两个零门作用将通道C3-C4、C2-C3切断，I1经C1-C2-C6，通过N4、N3至C5后，分两个方向，向上零门N5作用切断C8-O12通道，向右O1输出。

当只有I2起爆时，零门N3作用切断C9-O1通道，I2经C1-C2，通过N2，至C3分两路，向右零门N4切断C6.C9通道，向左通过N1至C4分两路，向上零门N6作用切断C7-O21通道，向左得到O2端输出。

当两端皆有输入时，则输入次序和延迟时间的长短成为决定因素。输入端在规定时间内按次序输入，才会有相应输出。如果需要O12输出，则要求I1-C10-N2通道的爆轰波必须先于I2-C1-C2-N2通道的爆轰波到达零门N2，将C2-C3通道切断。否则I2传来的爆轰波将通过N2拐过C3至N4将C6-C9通道切断，则O12不会有输出；同时，I2-N3通道的爆轰波必须先于I1-C1-C2-C6.C9-N3通道的爆轰波到达零门N3，将C9-C5-O1通道切断，以阻止O1端输出。因此要得到O12端输出，两输入的时间窗口（I2滞后I1输入的时间）为

式中，τ = d/D，为爆轰波通过通道单元长度d（10 mm）的传爆时间；D为通道内炸药爆速mm/μs；Δt12 = t2-t1。

需要O21端输出时，则要求I2-C1-C2-N2通道的爆轰波必须先于I1-C10-N2通道的爆轰波通过零门N2，否则I1来的爆轰波将首先至N2将C2-C3通道切断，则O21不会有输出；同时，I1-C10通道的爆轰波必须先于I2来的爆轰波到达零门N1，将C3-C4通道切断，以阻止O2端输出。因此要得到O21端输出，两输入的时间窗口（I1滞后I2输入的时间）为（Δt21 = t1-t2）：2τ ＜Δt21＜6.2τ （6-39）

综合两个时间窗口要求，两端皆输入时的时间轴如图6.39所示。对于t2-t1的时间轴，当在时间窗口内I2滞后I1输入时将产生O12输出。当I2滞后I1输入大于7.2τ 时，将产生O1输出，滞后的极限就是I1端单独输入。由于考虑到时间窗口的存在，设计网络时使I2和I1即使同时输入也将满足时间窗口下限的要求。所以对于本设计I2甚至可以提前I1输入，同时仍然在产生O12输出的时间窗口范围内，但最多只可提前2τ，提前超过2τ 将产生O2输出，提前的极限情形就是I2端单独输入。网络的独特设计为次序输入的实验研究提供了方便。同理，t1-t2时间轴和上述情况类似，不同的只是I1不可以提前I2输入。

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图6.39　不同顺序输入/输出时间轴

6.2.4.2 “二入四出”模块可靠性试验研究

实验研究以黄铜作基板材料，设计通道截面积为1.4 mm × 1 mm，实验元件结构示意图如图6.40所示，根据零门的不同特点设计相应的零门间隙。在拐弯距离较短，爆轰波拐弯后处于非稳定的弱爆轰时，取间隙厚度d1 = 0.5 mm；当拐弯后爆轰波处于稳定的正常爆轰，但零门的关闭时间为1τ 时，取间隙厚度d2 = 0.6 mm；当拐弯距离很长，零门关闭基本不受约束时，取间隙厚度d3 = 0.8 mm。试验时用前面研究的橡皮炸药作网络用药，并采用药片整体雕刻填充法装药。装药后将网络压紧，刮平，并盖上2.5 mm厚的黄铜盖板，拧紧后进行起爆试验。图6.41所示为“二入四出”模块装药效果。

图6.40　“二入四出”模块加工示意图

图6.41　“二入四出”模块装药效果

在进行“二入四出”模块可靠性试验时，实际上是在检验零门和通道的可靠性。即如果零门和通道各元件能满足设计要求，则模块的可靠性就能满足要求。考虑到进行I1、I2两点时序起爆试验有一定的技术困难，因此研究中分别进行了I1、I2单点起爆试验，从单点起爆试验结果也可以判断出模块的设计合理性。表6.27给出了试验结果，图6.42所示为“二入四出”模块爆炸效果。

表6.27　“二入四出”爆炸逻辑网络试验结果

图6.42　“二入四出”模块爆炸效果

从试验结果可以看出，网络完成了I1单点输入、I2单点输入两种不同输入时所对应的相应逻辑输出功能。

6.2.4.3 讨论

在进行“二入四出”爆炸逻辑网络结构设计时，选用了改进的间隙零门结构，从可靠性试验及爆炸后的基板上看到，零门作用的可靠性很高，都在规定的时间窗口内关闭，基本达到了设计要求。网络中所使用的橡胶炸药也能满足要求。但在零门间隙处装药时，不能留有缝隙，装药的紧密度要好。