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提高火工品感度评估的可托度

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  第 14卷第3期 含能材料 Vol.14,No.3 2006年6月 CHINESEJOURNALOFENERGETICMATERIALS June,2006 文章编号:10069941(2006)03020005 火工品感度测试动态斜坡法取起落法比力研究 1,2,3 1,2 1,2 3 白颖伟 ,蒋庄德 ,赵玉龙 ,褚恩义 (1.西安交通大学机械工程沉点尝试室,陕西西安710049; 2.西安交通大学细密工程研究所,陕西西安710049; 3.陕西使用物理化学研究所使用物理化学国度级沉点尝试室,陕西西安710061) 摘要:对动态斜坡法取起落法测试道理优错误谬误进行了比力,正在动态斜坡法测试和钝感型电火工品发火感度 试验的根本上,连系取起落法试验成果的对比,对动态斜坡法进行了研究。通过改变试件压药前提,操纵动态斜坡 法能获得火工品发火感度临界值的特征,切磋了压药压力和发火感度之间的关系。成果证明,该方式所需试件数 量相对削减,能满脚感度试验的要求。初步摸索领会决动态斜坡法取现有火工品验收试验之间矛盾的方式。 环节词:爆炸力学;动态斜坡法;起落法;发火感度;电火工品 中图分类号:TJ45;O389 文献标识码:A 试验总数量的一半,对未发火的试件不克不及再进行二次 1引言 试验,而获得的试验数据又只是给出了外侧极限值,未 火工品是兵器系统的始发元件,正在兵器系统中承 能暗示出各试件的临界发火电流。因而,欲获得无效 担着焚烧、传火、做功、干扰及起爆、传爆等主要感化。 的试验成果,则要进行大量试验,每次少则20余发,多 跟着刀兵工业和航天工业的成长,人们对火工系统的 则 100余发,通过这些试验获得试件的平均发火电流 平安性、靠得住性要求越来越高。 及其尺度误差,然后按照假定的分布函数,从统计数据 发火感度是火工品设想、出产验收过程中的主要 推出全发火和不发火电流。这种方式,如不进行大量 参数,凡是需要进行如下检测:确定靠得住传送爆轰需 试验,所取得的数据就不具备统计的无效性。1974 要的初始激发能;丈量产物机能的均一性;测定储存 年,Dreitzler等人[6]申请了美国专利“动态斜坡法测发 后火工品机能衰变。火工品发火感度取其药剂平安性 火感度”,引见了一种操纵动态斜坡发生器进行电爆 [1] 安拆发火感度测试的方式。1979年和 1981年,美国 和靠得住性有着亲近的关系 。对电火工品来说,正在火 [7,8] 工品试制中要丈量临界电刺激程度,正在出产验收中要 火工品专家 G.L.O′BARR. 持续正在第十次和第十 查验正在能量程度火工品全发火概率。我国从 20 一次美国国际炊火药和会议上颁发论文,运 世纪70年代初就正在火工品范畴开展了发火感度试验 用动态斜坡法进行桥丝式电火工品的发火感度试验, 的研究工做,1987年将起落法列入国度军用尺度[2], 而且操纵此方式进行了必然数量火药桶试验,证了然 1990年将步进法列入部尺度[3];1994年将兰利法、升 动态斜坡试验方式是可行的。正在文献[9]中,做者利 降法、完全步进法、概率单元法和最大似然估量法列入 用自行设想的动态斜坡发生器系统进行了初步试验, [4] [5] 也证了然动态斜坡法的可行性。该方式的现实使用尚 国度军用尺度 。以上统计方式虽各有优错误谬误 ,但 从试验成果来说,每一发火件只正在一个电流程度长进 未报道,本文比力了动态斜坡法取起落法试验成果,对 行试验,通过尝试的试件虽然有发火或者不发火两种 动态斜坡法的优错误谬误进行了进一步研究。 形态,但试件发火并不克不及证明其正在更低的程度能否发 2试验方式比力 火,试件不发火也不克不及证明其正在更高电流程度可否发 2.1试验方式 火。以常用的起落法来说,不发火或发火的试件约占 2.1.1动态斜坡法 收稿日期:20051207;修回日期:20060220 动态斜坡试验是将一个随时间添加而增大的呈斜坡 基金项目:火工品平安性靠得住性手艺国防科技沉点尝试室基金 上升的电流加正在试验用火工品上,曲至其发火,发火时的 (No.ZS3901) 做者简介:白颖伟(1972-),高级工程师,处置火工炊火、火工品平安 电流即为该火工品的临界发火电流。操纵临界发火电流 性靠得住性评估取试验测试手艺研究。email:baiyw@126.com 值,通过式(1)~(4)可获得火工品的平均发火电流x、标 第 3期白颖伟等:火工品感度测试动态斜坡法取起落法比力研究 201 [10] 准误差 、全发火电流I 和全不发火电流I 。 为正在某刺激程度下的不发火数, 是要求靠得住度 P对 σ 100% 0 μ 1 n 应的正态分位数。式中“±”号拔取准绳是:若是发火 x= x (1) ∑i ni=1 率随刺激量添加而添加,P>50%时取“+”号,P< 1/2 2 50%时取“-”号;若是发火率随刺激量添加而降低, (x-x) σ=(∑ i ) (2) P>50%时取“-”号,P<50%时取“+”号。 n-1 1/2 1/2 I =x+ [t/(n) + ·(F) ] (3) 100% σ μ 1/2 1/2 I =x- [t/(n) + ·(F) ] (4) 0 σ μ 式中,t为正在选定相信度下,(n-1)个度的t分布 的单侧分位数;F为正在选定相信度下的显著性程度;μ 为正在要求靠得住度下的正态分位数。 动态斜坡法测试道理如图 1所示。启动器启动系 统总电源。将火工品拆卸到位后,当爆炸箱门闭应时 门开封闭合,系统处于待发形态。闭合触发开关后,斜 图2恒定电流试验道理图 Fig.2Diagramoftheconstantcurrentmethod 坡发生器将一个随时间添加而增大的呈斜坡上升的电 流加正在试件上,曲至其发火并记实发火临界电流。 2.2试验方式优错误谬误比力 不管采用哪种方式进行试验,电火工品遭到电刺 激时的响应都取桥丝及其四周拆药的温度分布以及许 多灾以量化的电热参数相关。 对于起落法采用的恒定电流试验,若是能量输入 速度低,桥丝可能正好正在低于起爆临界温度的程度上 达到热均衡,如许即便传给电火工品输入端的总能量 达到或跨越了临界起爆能量也不克不及起爆。别的,因为 图1动态斜坡法试验道理图 Fig.1Diagramoftherampcurrentmethod 激发过程中桥丝电阻变化很大(有时相差 2~4 倍),现实获得的并不是恒定电流。 2.1.2起落法 动态斜坡法试验成功的环节是电流斜升率,若是 目前电发火体例次要有三种:电容器放电发 斜升率太快,桥丝四周的温度变化可能会较着畅后于 火、恒定电流发火和恒定电压发火。本文采用恒定电流 电流的变化,试验获得的就可能是虚假的电流值(扩 发火体例进行起落法试验,测试道理如图2所示,此中 散效应);若是斜升率太慢,焚烧药就可能正在接近于发 模仿负载电阻取电阻值相等。起落法次要用于经 火点的温度下连结相当长的时间,使焚烧药正在发火前 机能就发生化学变化(高温变质效应),也就改变了试 过大量的试验而确定的合适正态分布的系统,起首按照 经验或初步试验成果确定试验刺激量的均值和尺度差, 件所需的线]。对桥丝式火工品进行 确定初始刺激值x和步长d。试验中,正在x时发火则 动态斜坡试验方式的难度正在于电流斜升率简直定,如 0 0 减小刺激量d(不发火添加d)继续试验,曲至不发火增 选择不合理则可能惹起瞎火或爆燃,这就需要选择不 加刺激量d(发火减小d),其特点是环绕着50%发火或不 同的斜升率进行尝试。 发火的刺激程度进行。按式(5)~(7)计较临界刺激量平 3试验过程 均值 [2,10] x、尺度误差 和发火率P对应的刺激量x 。 σ P A 1 3.1电发火管感度试验 x=x +d ± (5) 0 (N 2) 起首对某型电焚烧头进行了起落法试验,根 σ=1.62(M+0.029)d (6) 据初步试验(5发)确定始刺激值x为270mA,步长d 0 x =x±μσ (7) 为5mA,用37发产物进行正式试验,试验中发火数为 P 2 18发,不发火数为 19发,按照式(5)~(7)计较发火 NB-A 2 式中,A= in,N= n,M= ,B= in,n ∑ 0 ∑ 0 2 ∑ 0 0 N 感度平均值、尺度误差、90%相信度下99.99%全发火 202 含能材料 第 14卷 电流和不发火电流。 界平均发火电流值小,对尺度误差的估算计起落法高, 用46发产物前进履态斜坡法试验,试验电流斜升率 不异相信度和靠得住度环境下全发火电流高,不发火电 -1 别离为0.3,1,2,5,15A·s ,试验试件数别离为10发、9 流值小。因为起落法恒定电流发火未考虑桥丝电阻激 发、8发、7发和6发,试验数据分布曲线所示。 发过程中的电阻变化,而动态斜坡法的测试值取电阻 变化相关,因而更接近线钝感电发火管感度试验 起首对某通过 1A/1W而5min不发火的钝感电 焚烧头进行了摸底试验,从试验成果来看,钝感电焚烧 -1斜升率下的试验值别离为 头正在0.3,1,2,5,15A·s 2.450A、2.138A、2.149A、2.349A和3.022A,这取 的电火工品试验成果稍有分歧。为了进一步摸索 动态斜坡法正在钝感型火工品中使用的可能性,本文采 用便宜某钝感发火管进行比对试验。 起首用25发发火管进行起落法试验,此中始刺激 图3型火工品动态斜坡法试验成果曲线 Fig.3Curvesoframpcurrentmethodforsensitiveinitiatingdevice 0 发未发火,按照式(5)~(7)计较,成果见表2。 -1 对于动态斜坡法试验,起首用 10发产物正在分歧斜 从试验曲线分布可看出,当电流斜升率为0.3A·s 时,测得发火电流较着偏小,能够必定存正在高温变质效 升率进行试验,从初步试验成果来看,钝感电火工品试 -1 应,使得药剂的发火感度变小;当电流斜升率为 验也是正在斜升率为 1,2,5A·s 的环境下发火感度没 -1 有较着变化。正在参考起落法试验成果的根本上,选择斜 15A·s 时,测得发火电流较着偏大,这是因为扩散效应 -1 -1 升率为2A·s 对 13发钝感发火管进行试验,试验数 获得的虚假电流值;正在1,2,5A·s 的环境下,发火电流 没有较着的变化,正在此范畴内,试验的扩散效应和高温变 据曲线。为了进一步研究动态斜坡法和升 质效应的程度取起落法统一效应的程度比拟是相当的, 降法试验成果的差别,操纵动态斜坡法对起落法未发火 用该范畴内的所无数据做为无效试验数据处置。正在 的试件进行试验,试验数据曲线-85统计用表 (5)~(7)计较,动态斜坡法试验成果见表2。 可得t为3.767,为3.68,F为1.55,按照式(1)~(4)计 μ 表2钝感电发火管起落法取动态斜坡法测试成果对比 算发火感度平均值、尺度误差、90%相信度下99.99%全 Table2Testingresultsofupanddownmethod 发火电流和不发火电流,计较成果见表1。 andrampcurrentmethodforinsensitiveinitiatingdevice 表 1电发火管起落法取动态斜坡法测试成果对比 upanddown rampcurrent nofiresamplesby content Table1Testingresultsofupanddownmethod method method upanddownmethod thenumberofsamples 25 13 13 andrampcurrentmethodforsensitiveinitiatingdevice functionsamples 12 13 13 content upanddown rampcurrent nofiresamples 13 0 0 method method averagefiringcurrent 1.813A 1.74A 1.812A thenumberofsamples 37 46 thestandarddeviation 0.02349 0.0216 0.0311 functionsamples 18 0 99.99%firingcurrent nofiresamples 19 0 at90%confidence 1.886A 1.867A 1.995A averagefiringcurrent 272.22mA 254.28mA maximumnofirecurrent thestandarddeviation 6.06 8.95 1.740A 1.613A 1.629A at90%confidence 99.99%percentfiringcurrent 294.76mA 298.43mA at90%confidence maximumnofirecurrent 钝感电发火管的试验成果进一步证了然动态斜坡 249.69mA 202.65mA at90%confidence 法的可托性,特别是起落法未发火试件正在动态斜坡法试 验时全数发火,只是试验感度值比一般试验的测试值偏 比力动态斜坡法和起落法的试验成果能够看出, 高,考虑到该试件遭到电流冲击后机能曾经变得愈加敏 动态斜坡法测得的临界发火电流值较起落法测得的临 感,其实正在的发火感度该当比测得值更高。因而,起落 第 3期白颖伟等:火工品感度测试动态斜坡法取起落法比力研究 203 法测得的发火感度其实是该批产物中比力产物的 火工品出产中,因为漏拆药、塞子取管壳的过盈共同等 感度,而不是该批产物的感度值。 缘由,很可能呈现相对压药压力小的环境,从动态斜坡 法发火感度尝试成果能清晰的判别出该产物拆药机能 -1时的第7 取其它产物的差别。以发火斜升率5A·s 发产物为例,试验感度值较着小于类似压力前提的产 品,可鉴定该产物本身出缺陷。 动态斜坡法对每发产物都切确地测试出了产物的 临界发火电流,对于一批产物储存后的机能目标变化, 能够按照汗青试验记实曲线和储存跋文实曲线的对比 鉴定产物感度有无变化。 5结论 图4钝感型火工品动态斜坡法试验成果曲线Curvesoframpcurrentmethodforinsensitiveinitiatingdevice 从以上尝试能够看出,动态斜坡法完全满脚火工 品发火感度试验目标要求。操纵动态斜坡法进行试验 4试验成果阐发及使用可能性研究 较起落法有以下长处:测得数据为临界起火点而不是 一个范畴,测试愈加精确;利用试件较起落方式少; 从试验成果来看,斜升率正在必然范畴的环境下,动 即便一个试件出缺陷或分歧于其它试件,也可探查出 态斜坡法的尝试数据不变,测得数据为该斜率下的临 来,并可测出差别的量值,本文对起落法试验中未发火 界发火电流,具有很强的纪律性,能够测试火工品临界 产物前进履态斜坡法试验时,有些产物的发火感度已 发火感度。 接近起落法的99.99%靠得住度(90%相信度)的发火电 但目前火工品出产验收试验中,次要查验正在 流,取其它产物的不同是很较着的;从产物的同一性 能量程度上电可否全发火,凡是以感化时间来判 方面动手,也可用于产物的出产验收,特别合用于存贮 断能否达到要求。动态斜坡法取其它发火感度试验不 后产物的机能比力。 同,其感化时间取其它方式正在测试的感化时间上没有 对制价高贵的电火工品,采用动态斜坡法可操纵较 可比性。要操纵该方式进行出产验收,能够从产物的 少的产物获得较好的试验成果,从而削减试件数量,降 感度机能分歧性方面动手。假定一批产物发火感度正在 低耗损,添加经济效益,提高火工品感度评估的可托度。 必然范畴内,若是试验中呈现发火感度超出答应范畴 因为本试验是正在小样本环境下得出的初步结论, 的产物,可认为该产物不合适感度机能目标。 要将该方式推广使用,还必需颠末大样本验证和进一 本文操纵分歧压药前提的样品进行了初步试验,压 步完美。 药压力别离为98,196,490,784,980,1176MPa,分歧压 参考文献: 力正在分歧斜升率下各做两发产物,发火感度成果见表3。 [1]李国新,程国元,焦清介.火工品尝试取测试手艺[M].:北 表3分歧压药前提下钝感型火工品动态斜坡法发火感度试验成果 京理工大学出书社,1998. 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HUACheng,ZHANGShengguo,TANGYepeng.Studyontheeval 851.961.90 2 1.681.721.611.591.811.781.841.871.781. uationofexplosivereliability[J].ChineseJournalofEnergeticMateri 781.891.89 5 1.751.701.701.581.951.921.672.001.881. 851.961.87 als(HannengCailiao),2004(Supplement):548-550. 15 1.841.841.851.802.042.082.202.141.942 .162.102.16 [6]Dreitzler,DavidR(Huntsville,AL),Moore,etal.Rampcurrent apparatusandmethodofsensitivitytesting[P].USP535324.Decem ber,23,1974. 从试验成果来看,压药压力比力小时,发火感度明 [7]GLO′Barr.Thedynamicramptest[A].10thInternationalExplosive 显较低,正在400MPa当前,发火感度没有较着变化。正在 andPropellantSeminar[C],USA.1979. 204 含能材料 第 14卷 [8]GLO′Barr.Allfire/nofiredeterminationsforelectricusingthedy ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao),2004 namicrampmethod[A].11thInternationalExplosiveandPropellant (Supplement):434-437. Seminar[C],USA.1981. [10]艾鲁群.国外火工品手册[M].国度机械工业委员会刀兵尺度化 [9]白颖伟,蒋庄德,褚恩义.电火工品发火感度动态斜坡法测试技 研究所,1988. 术研究[J].含能材料,2004():434-437. [11]王魁全译.含有爆炸元件电的设想和利用准绳[S].OBS/04/ BAIYingwei,JIANGZhuangde,CHUEnyi.Rampcurrentmethod 91.美英火工品及相关专业材料集.全用火工品尺度化 ofsensitivitytestingforelectricalinitiatingexplosivesystem[J]. 手艺委员会,1998. StudyonRampCurrentMethodandUpanddownMethod forSensitivityTestingofInitiatingDevice 1,2,3 1,2 1,2 3 BAIYingwei ,JIANGZhuangde ,ZHAOYulong ,CHUEnyi (1.StateKeyLabforManufacturingSystemsEngineering,Xi′anJiaoTongUniversity,Xi′an710049,China; 2.InstituteofPrecisionEngineering,Xi′anJiaoTongUniversity,Xi′an710049,China; 3.StateKeyLabofAppliedPhysicsChemistryResearch,ShaanxiAppliedPhysicsChemistryInstitute,Xi′an710061,China) Abstract:Bycomparingtheadvantageanddisadvantageoframpcurrentwithothermethods,rampcurrentmethodandupanddown methodareusedtotestsensitivityofbridgewireElectricalInitiatingDevice.Astherampcurrentmethodcangetthecriticalsensi tivityofElectricalInitiatingDevice,thetestingsamplesaredesignedunderdifferentchargingconditionstostudytherelationshipbe tweenchargingpressureandsensitivity.Thetestingresultsshowthattherampcurrentmethodcanmeetthesensitivitytestingpur pose.ItcanbeusedtodetectdisfigurementanddifferenceoftheElectricalInitiatingDevice.Itcanbeusedtoevaluatethesystem′ sfirecharacteristicduringdesigningstage.Becauseeachsampletestingresultcanbeused,fewersamplesareneededinrampcur rentmethod. Keywords:explosionmechanics;dynamicrampmethod;upanddownmethod;sensitivitytest;electricalinitiatingexplosivesys tem 櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂 檱檱檱檱檱檱檱殗 檱 殗 殗檱 读者·做者·编者殗 檱檱檱檱檱檱檱 氣关于2007年《推进剂研究论文专辑》的征稿启事 推进剂是和术导弹、计谋火箭和航天飞翔的动力能源,是军用含能材料研究中最活跃的部门,科技水 平成长最快的一个学科,遭到含能材料工做者亲近地关心。为使相关研究获得更好的交换,推进推进 剂手艺的成长,本刊将于2007年组织出书《推进剂研究论文专辑》。 专辑内容包罗:固体(液体)推进剂的配方、机能、工艺手艺、平安特征等理论研究、尝试设想,新材料 正在推进剂中的使用、推进剂的成长前景取成长标的目的。本专辑出格欢送取高能含硼富燃料推进剂、高能量密 度物质(HEDM,如GAP、CL20)推进剂、无毒或低毒绿色推进剂、金属化胶体推进剂、高密度碳氢燃料、吸 热型碳氢燃料等相关内容的学术论文。 请列位做者积极撰稿,来稿请说明“推进剂研究论文专辑”。




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