安全保险机构的具体设计原理与作用解析

1.2.1　安全保险机构设计

安全保险机构包括剪切销、银导爆索、卡簧、活塞、延期索、点火药、泄压腔，其作用原理是安全型起爆装置在非正常使用状态下，通过剪切销将活塞固定，预留出泄压腔。此时，点火药若意外燃烧，产生的能量从泄压腔外泄，保证无法点燃炸药；在使用状态下，在外力的作用下剪切销被剪断，同时推动活塞和点火药室向前移动与燃烧转爆轰装置对接，同时关闭泄压腔，使得点火药燃烧产生的能量将隔片熔通并点燃下一级炸药。

由于安全型起爆装置属于直列式火工品，所以在点火药的选择上选用了硼／硝酸钾点火药，在国内，硼／硝酸钾点火药也是唯一可直列的不需要隔爆的安全型点火药，在各类弹药中得到广泛使用，具有输出能量高、可靠性高及感度适中等特性［4］。在点火药药量的确定上，要求在非使用状态下，点火药燃烧产生的能量不足以熔通隔片，而在使用时能可靠熔通隔片，点燃炸药。所以分别选用了200 mg、300 mg、400 mg 的药量进行点火药作用安全性和可靠性测试，试验结果如表1 所示。

表1　不同点火药药量作用安全性和可靠性测试结果

由表1 可以看出，当点火药药量为200 mg 时，能保证安全型起爆装置在非正常使用状态下的安全性，但是在正常使用时，由于药量太少，点火药燃烧产生的能量不足以将隔片熔通，无法正常点燃炸药，影响产品的作用可靠性。当点火药药量为400 mg 时，由于点火药药量过多，在非正常使用状态下点火药燃烧产生的能量无法完全通过泄压腔外泄，直接将隔片熔通，无法保证产品的安全性。当点火药药量为300 mg时，既能保证安全型起爆装置在非使用状态下的安全性，也能保证其在使用状态下的可靠性。同时，考虑到点火裕度，上下各浮动20 mg，均能满足要求。所以，将点火药的药量控制在（300 ±20）mg。

1.2.2　燃烧转爆轰装置结构设计

1）管壳材料的选择。

根据炸药的燃烧转爆轰机理，炸药装入管壳内有助于炸药的燃烧转爆轰，管壳的材料对炸药燃烧转爆轰有着重要的影响。赵同虎等［5］针对约束材料对炸药燃烧转爆轰的影响研究结果也表明，管壳材料强度越高，对于燃烧压力的约束效果越好，越有利于炸药的燃烧转爆轰，因此应选择高强度材料作为管壳作用材料。考虑到经济性和工艺性等综合性能，选择钢材作管壳材料，表2 所示为具有代表性的三种常用钢材的机械性能。(www.xing528.com)

由表2 可知，35CrMnSi 强度高、硬度高，耐磨性好，常见用于枪管、炮管的制造，属于特殊材料，价格较高；20CrMnTi 和45 钢具有良好的综合力学性能，应用广泛，易于采购，价格适中，20CrMnTi 力学性能比45 钢相对较好。所以根据三种材料的机械性能和经济性等综合因素考虑，确定安全型起爆装置材料使用20CrMnTi。管壳表面镀锌处理，可解决材料锈蚀问题。

表2　三种常用钢材机械性能

2）炸药的选择。

安全型起爆装置作为直列式火工品，在炸药的选择上比较理想的是选择国内许用的传爆药。传爆药是一种用以传递爆轰的炸药，具有合适的感度和足够的起爆能力，其感度适中，能够被可靠起爆，同时传爆药通过《传爆药安全性试验方法》相关试验，其安全性符合要求，可在弹药中直接使用。表3 列举了几种国内常用传爆药作为安全型起爆装置的备选药剂［6］。

表3　国内常用传爆药及其理化性能

根据炸药的燃烧转爆轰机理，炸药燃烧时，产生的气体产物使得火焰区的体积急剧膨胀，若产生的气体无法排除，后面燃烧的气体必然会不断地挤压先前产生的气体，并形成冲击波，当冲击波强度增大到某一临界值后，炸药就由燃烧转为爆轰。由表3 列出的目前国内常用传爆药的性能可知，钝黑-5 炸药冲击波感度较高，有利于炸药的燃烧转爆轰过程的实现，而且经济性较好，易采购。所以选用钝黑-5 炸药作为安全型起爆装置的主装炸药，且根据钝黑-5 炸药在管壳中燃烧的临界直径，确定炸药装药的直径为7 mm。