一种撞击底火输出性能的试验平台

李 博，庄弘炜，张 蕊



一种撞击底火输出性能的试验平台

李 博1，庄弘炜1，张 蕊2

（1.武警工程大学，陕西 西安，710086；2.陕西应用物理化学研究所，陕西 西安，710061）

针对撞击底火输出火焰长度和持续时间的定量测试问题，以落锤仪作为改造基础，自行设计了试验工装，利用高速摄影机和光电传感器搭建了撞击底火输出火焰长度和持续时间的综合测试平台，并对底-6乙底火进行测试。测试结果表明，该测试平台可以有效测出底火的输出火焰长度和持续时间，为考核底火的长贮性能提供决策依据。

撞击底火；火焰长度；持续时间

撞击底火主要装填在枪弹或炮弹底部，靠输入的机械能刺激发火，在弹药的传火序列中用于引燃点火药、传火药和发射药[1]。在设计要求中，撞击底火除需具有合适的机械感度外，还应该具有较强的点火能力。否则将会出现瞎火、迟发火或近弹等现象，不能完成赋予弹药的作战任务[2]。因此对于撞击底火输出性能的测试就显得尤为重要。

撞击底火输出特性主要有输出压力、火焰温度、火焰长度和火焰持续时间等。对底火输出压力和火焰温度的测试主要应用密闭爆发器试验[3-7]，工程应用非常广泛。而对于底火输出火焰长度和火焰持续时间的测定方法目前可分为两种：一种是利用对指定距离处的小药包进行引燃（或引爆），定性地比较底火输出火焰长度的情况；另一种则是使用HCS-1型火焰长度持续时间测试仪，利用发火后喷射出的高温发光粒子及光电二极管的光电特性，通过判断外置电路是否导通来定性或半定量地测量火焰传播的最远距离[8]。但上述两种方法都无法准确地得到火焰长度和持续时间的定量数据。

随着光电技术的发展，运用高速摄影机和光电传感器分别进行火焰长度和持续时间的测量日益成为一种趋势[9]，虽然该种方法在理论上可行，但是在现有测试平台中，底火的击发与高速摄影机的触发没有实现同步，且忽略了对底火输入能量的限制，这将导致火焰长度的测试出现误差。因此，本文以落锤仪作为改造基础，设计了试验工装，利用高速摄影机和光电传感器搭建了撞击底火输出火焰长度和持续时间的综合测试平台，实现了输入能量可控、输出测量同步、综合试验一体的总要求，为撞击底火输出特性的定量测试提供了硬件基础。

1 试验平台的设计

1.1 总体设计

本研究搭建的测试平台主要由带试验工装的落锤仪、高速摄像机、光电传感器、数据采集仪等组成。试验平台的具体结构如图1所示。

图1 撞击底火输出火焰长度和持续时间的试验平台

在该试验平台中，通过固定或调整落锤的高度来实现输入能量的控制；将落锤仪中电磁阀的启用信号同时作为高速摄像机和连接光电传感器数据采集仪的触发信号，来实现同步测试。

1.2 改造后的落锤仪

由于传统落锤仪的结构不适合于撞击底火输出火焰长度和持续时间的测量，所以对落锤仪的底座进行了改造，如图2所示。试验工装如图3所示，主要包括底火击发装置和火焰输出套筒。

图2 改造后的落锤仪

图3 试验工装的结构示意图

图4为底火击发装置的示意图，由击柱、击柱套和底火底座3部分组成，击柱用于底火的击发，击柱套对击柱起导向作用，底火座中间开有用于安装底火的安装孔，且底座高度和底火的高度相等，底火底座的下沿与击柱套的下沿平齐，定为火焰长度起始端。

图4 击发装置示意图

图5 火焰输出套筒示意图

火焰输出套筒主要用于测试和观察底火的输出性能，具体结构如图5所示。输出套筒的上端开有支撑槽，起到固定击发装置的作用；沿轴向开有与支撑槽相通的底火输出通槽，便于底火输出性能的测试和观察，特别是对于输出火焰长度的测量有很好的效果；下端有凸台，可将整个工装放入落锤仪的底座凹槽中，对整个工装起到固定的作用。击发装置与输出套筒的装配示意图如图6所示。

图6 试验工装的装配示意图

1.3 试验原理

（1）输出火焰长度：利用高速摄影机捕捉底火输出火焰的瞬态影像，同时在高速摄影机的视场内放置一标尺，通过计算喷口至火焰边界所占像元个数与标尺所占相元个数之比，应用像元法得出输出火焰的长度。（2）火焰持续时间：利用光电探测元件，将底火输出火焰的光信号转换为电信号，利用数据采集仪测量电信号变化时间，结合高速摄影获得的火焰持续帧数，综合给出底火输出火焰持续时间。

1.4 试验设备

落锤仪：CGY-1型机械冲击感度仪；光电探测元件：2CR80型硅光伏探测器；高速摄影机：K5型NAC数码高速摄影机，摄影频率为5 000帧/s；数据采集仪：Tektronix DPO7104型数据采集仪。

2 试验平台的应用

以底6-乙底火为研究对象，利用搭建的测试平台，对其输出火焰长度和火焰持续时间进行了测量。

2.1 输出火焰长度测量

利用高速摄影机拍下的输出火焰图像如图7所示。由图7（a）和（b）可以看出，击柱撞击底火的瞬间（高速摄影仅有1帧），火焰长度达到50.68mm。随后的图像表明，底火的火焰输出并不是一个持续燃烧的过程，从图7（d）开始由于药剂反应完毕，底火输出端出现了暗区，火焰发生了分段现象，所以本试验在测试火焰长度的过程中只选择类似图7（c）所示的连续火焰长度进行分析测量，连续测量5发，火焰长度的测量结果见表1。

图 7 输出火焰长度图像

表1 火焰长度测量结果

Tab.1 Flame length measurements

2.2 火焰持续时间测量

利用光电传感器与数据采集仪相连接，从数据采集仪上截取底火火焰持续时间的波形图，如图8所示，并结合高速摄影的火焰持续的帧数换算得到5发产品的火焰持续时间，测量结果见表2。

图8 火焰持续时间图像

表2 火焰持续时间测量结果

Tab.2 Duration of flame measurements

3 结论

（1）为实现输入能量可控、输出测量同步、综合试验一体的总要求，对撞击底火输出性能试验平台进行了设计。在设计过程中，将传统的落锤仪的底座进行了改造，并结合光电测试和高速摄影技术搭建了试验平台。（2）利用搭建的试验平台，实现了撞击底火输出火焰长度和持续时间的定量测量。（3）利用该试验平台测得底6-乙底火的输出火焰长度约为65.916mm，火焰持续时间约为8.9ms。

[1] 蔡瑞娇.火工品设计原理[M].北京:北京理工大学出版社, 1999.

[2] 总装备部通用装备保障部.引信与火工品试验[M].北京:国防工业出版社,2000.

[3] 黄红凯,蔡瑞娇,等.底火输出能量的几种测量方法[J].火工品,2004(3):47-49.

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[5] 徐建国,等.底火输出能量测试仪的设计[J].火工品,2010(3): 54-56.

[6] 柳维旗,等.一种底火性能用密闭爆发器:CN,102192689A [P].2011-09-21.

[7] 柳维旗,等.底火输出能量定量化测试系统:CN,102192691A [P].2011-09-21.

[8] GJB 5309.25-2004火工品试验方法第25部分:火帽火焰长度和持续时间测定[S].国防科学技术工业委员会, 2004.

[9] 白冰,刘春建,席兰霞,等.影像技术在点火器火焰长度测量中的应用[J].火工品,2011(4):44-46.

A Test Platform for the Output Performance of Percussion Primer

LI Bo1，ZHUANG Hong-wei1，ZHANG Rui2

（1. Engineering University of CAPF, Xi’an, 710086；2.Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an, 710061）

Aimed at quantitative testing problem about the output flame length and duration of percussion primer, a comprehensive test platform for the output flame length and duration of percussion primer was build, using the self-designed test fixture, drop weight tester, silicon photovoltaic cells and high-speed photography. Meanwhile, the output flame length and duration of DJ-6B primer was tested. The results show that the test platform can effectively measure the length and duration of output fire, and provide basis for examining the long period storage performance of the primer.

Percussion primer；Flame length；Duration time

TJ45+1

A

1003-1480（2014）06-0044-03

2014-09-25

李博（1989-），男，在读硕士研究生，主要从事非致命弹药性能研究。