冲击片雷管在大型战斗部传爆序列中的应用

施长军，周 涛，李公法，孔庆强，许碧英

（西安近代化学研究所，陕西 西安，710065）

冲击片雷管(slapper detonator)是目前最安全可靠的高能钝感雷管，不含任何敏感的起爆药剂，仅装有高密度的钝感炸药，且换能元与药剂不直接接触，具有很高的安全性和可靠性。其发火电压约为3kV，发火电流大于3kA，瞬时发火功率大于9MW，对机械冲击、静电、杂散电流、射频等都有较强的抵抗能力[1-3]。由于冲击片雷管具有高安全性、高可靠性、高瞬发性的特点，可满足大型战斗部高安全性、高可靠性的起爆要求。目前，冲击片雷管在国外的导弹、火箭等武器系统中已得到了广泛的应用，例如美国的“标枪、长弓”反坦克导弹、火箭炮系统以及地对空导弹等[4-6]。在国内，随着冲击片雷管发展的日趋成熟，其在各种弹药中正处于初期应用阶段，关于冲击片雷管在大型战斗部中的可靠起爆、传爆研究较少。本文针对大型战斗部起爆技术的需求，对冲击片雷管起爆、传爆性能进行了试验研究，该研究对冲击片雷管的进一步应用具有一定的参考价值。

1 冲击片雷管起爆感度

本文试验用冲击片雷管由陕西应用物理化学研究所提供。要使主装药上吨的大型战斗部安全可靠地起爆，冲击片雷管的可靠性需达到99.5%。针对这一需求，采用GJB377-87感度试验用升降法对冲击片雷管进行了起爆感度试验，计算其50%以及99.9%起爆估值，结果如表1所示。

表1 冲击片雷管起爆感度试验结果Tab.1 Initiation sensitivity test result of slapper detonator

表1测试结果表明：冲击片雷管起爆电压大于1.1 kV，且可靠起爆电压大于1.3kV，具有极强的抗电磁干扰等环境危害能力，有极高的安全性；在战斗部以及引信设计中，电压裕度设计为可靠起爆电压的1.5～1.8倍，在此大型战斗部中包含升压起爆系统，电压可达到2.5kV，大于冲击片雷管试验99.9%起爆电压（1.3kV），即冲击片雷管在理论上满足大型战斗部对雷管安全性、可靠性的要求。

2 试验装置

冲击片雷管在理论上满足大型战斗部高安全性、高可靠性起爆技术要求，为了对其进行试验验证，设计了一种以冲击片雷管起爆传爆药柱的直列式传爆序列，如图1所示。

图1 直列式传爆序列组成框图Fig.1 The diagram of in-line explosive train

直列式传爆序列主要由起爆装置组件和爆炸序列组件组成，作用过程为：全电子安全逻辑电路接收到多重解保信息，解除保险之后，外置高压电源给高压起爆电容充电，电容充电后，起爆电路接收到起爆指令，触发电路工作，高压开关导通，高压起爆电容器通过高压开关向冲击片雷管放电，起爆冲击片雷管，进而起爆传爆序列。设计了直列式传爆序列传爆性能试验装置，如图2所示，由冲击片雷管依次起爆下一级的聚黑传爆药柱和聚黑扩爆药柱。直列式传爆序列传爆性能试验装置中，拉距环将冲击片雷管和传爆药柱隔开，间隙为最大设计间隙的4倍，即1.6mm；鉴定板为30mm厚度的钢板；传爆药柱为Φ60mm×60mm的聚黑药柱，扩爆药柱为Φ100mm×100mm的聚黑药柱。

3 验证试验结果及讨论

3.1 静态条件下冲击片雷管起爆、传爆性能验证试验

进行了冲击片雷管在静态条件下起爆传爆药柱以及扩爆药柱，并在高、低、常温条件及 1.6mm的传爆间隙条件下，对冲击片雷管起爆、传爆性能进行了试验验证，其高、低、常温试验条件如表2所示。

高、低、常温试验后在15min内进行传爆序列的装配，将压螺与不锈钢支架连接起来，将装配好的样品放置在鉴定板中心位置。试验过程中全电子安全逻辑电路可靠解保，高压电容充电至预定值，接收到触发信号后，高压开关闭合，高压电容可靠放电，起爆冲击片雷管，进而引爆战斗部传爆序列。试验效果如图3所示，结果如表3所示。

图3 高、低、常温试验后传爆序列试验效果Fig.3 Test result of the explosive train after temperature test

表3 冲击片雷管起爆试验结果Tab.3 Initiation test results of slapper detonator

由图3、表3可见，在高、低、常温以及1.6mm传爆间隙条件下，冲击片雷管正常起爆战斗部装药，达到完全爆轰状态，15发试样全部可靠作用，其30mm厚鉴定板完全穿透，凹坑直径达130mm。试验结果表明：在高、低、常温环境试验后，以及静态拉距 1.6mm条件下，冲击片雷管能够可靠起爆战斗部传爆序列。

3.2 动态条件下冲击片雷管起爆、传爆性能验证试验

通过火箭撬试验对以冲击片雷管为核心部件组成的直列式传爆序列进行在一定动态速度下的起爆、传爆性能试验验证。火箭橇试验由单轨火箭撬、火箭、试验弹及直列式传爆序列（冲击片雷管）、靶板以及高速摄影光学测试系统组成，试验系统示意图如图4所示。

采用火箭橇试验在高速740m/s、低速370m/s条件下，将装配直列式传爆序列的试验弹撞击靶板，通过相机记录试验弹碰靶时刻冲击片雷管起爆、传爆的作用状态；相机幅频均设定为6 000s-1，高速摄影相机垂直于轨道，与靶板距离为100m。将图2中的直列式传爆序列传爆性能装置去除拉距环及鉴定板后，放置于模拟真实工作情况的试验弹中进行动态试验验证。

图4 火箭橇试验结构示意图Fig.4 Sketch map of rocket sled test

在火箭撬试验过程中，安全逻辑电路解除保险后，高压电容充电到预定值，碰靶瞬间，高压开关闭合，高压电容可靠放电，引爆冲击片雷管。高速摄影测试结果以及着靶后靶板状态如图5～6所示。

图5 火箭橇试验高速摄影照片Fig.5 Typical photo of rocket sled test with high speed photography

测试结果表明：含有直列式传爆序列的试验弹在高低速条件下撞击靶板，50μs瞬发度内可靠起爆，图5中靠近靶板的亮斑即为直列式传爆序列上靶爆炸瞬间的爆炸火球，图6展示了撞击靶板以及对混凝土靶板的破坏效果，由此说明动态条件下，冲击片雷管可靠起爆传爆药柱及扩爆药柱，达到完全爆轰状态。

图6 着靶后的靶板状态照片Fig.6 Typical photo of target after rocket sled test

4 结论

（1）研究的冲击片雷管可靠起爆电压大于1.3kV，具有极高的安全性，战斗部设计中电压裕度为1.5～1.8，表明冲击片雷管在理论上满足大型战斗部对雷管安全性、可靠性的要求。

（2）静态状态下，在高、低、常温试验以及1.6 mm传爆间隙的条件下，15发传爆序列试样全部可靠传爆，30mm厚鉴定板完全穿透，最大凹坑直径达130mm，表明冲击片雷管可靠起爆、传爆，并完全爆轰。

（3）动态状态下，在高速740m/s、低速370m/s条件下，直列式传爆序列撞击靶标，50μs内可靠起爆、传爆，并完全爆轰。

（4）验证试验表明，在静态、动态条件下，冲击片雷管可靠作用，满足大型战斗部的要求，是大型战斗部可优选的安全、可靠的起爆系统。

[1]金丽,杨振英,张玉若,等.一种直列式传爆序列的装药传爆性能试验研究[J].含能材料,2012,20(1):105-108.

[2]南长江,张明明.一种先进的弹药引爆技术—直列式安全引爆系统在鱼雷战斗部上的应用研究[J].鱼雷技术,2008,8(2):1-3.

[3]施志贵,杨芳.硅基成冲击片雷管的研制[J].中国机械工程，2005,16(增刊):469-471.

[4]杨正发,杨振英.直列式安全点火系统及其在固体火箭发动机中的应用前景[J].火工品,2002(1):32-36.

[5]Barry T. Neyer，John T. Adams，James C. Edwards. A low cost， reliable，hermerically sealed， chip slapper detonator suitable for various aerospace applications[R]. EG&G Optoelectronics Miamisburg:A99-31303,1999.

[6]王维.新型冲击片雷管设计与制作关键技术研究 [D].长沙:国防科技大学,2006.