电-光保险与解除保险装置

本文描述了武器起爆系统用新型保险与解除保险装置的发展。电-光保险与解除保险装置组合了激光器的光能和光电技术，从而安全并可靠起爆电爆装置。这种光-电保险与解除保险装置使电起爆器与可能导致意外起爆的能源完全隔离。通过纤维光学线传递的光能给起爆器提供能量，起爆器中装的光电能转换器将光能转换成电输出，由光-电能转换器转换的电输出的作用是给起爆器的电子线路以动力，从而使起爆器发火。标准保险与解除保险装置是装在起爆器中并由通过纤维光学线传递的光学数码信号激发。起爆器的机内测试（BIT）性能可为用户提供保险与解除保险状态的实时系统检查和反钏，该设计使用了山迪亚的电-光起爆（EOI）技术专利和Thiokol的已经经过鉴定的半导体桥（SCB）起爆器设计的军标MIL-STD-1512。已经制造出了电-光保险与解除保险装置并成功地进行了演示。这种飞行尺寸（flight-sized)，飞行重量（flight weight)级装置已做好了进一步的工程研制试验准备。     

固态激光器解除保险／发火装置

点燃烟火材料（42）的装置包括：电子形状装置（36）（在收到信号时使烟火材料点火），激光器装置（38）（与电子形状连接，响应电子形状而产生激光脉冲），光纤（40）（一端与激光器光学耦合，另一端埋在烟火剂中，这样激光脉冲可以将热量集中在光纤的埋藏端，而点燃烟火剂）。电子开关（34）可以解除带有保险／解除保险指示器（32）的装置。     

激光点火与起爆系统

介绍激光点火与起爆系统（ＬＦＩＳ）的工作原理,论述采用全电子安全系统对Ｌ ＦＩＳ进行控制的基本原则,通过建立激光火工品在激光照射下的热力学模型,分析起爆时间、激光器功率、光纤直径及激光脉冲宽度之间的相互关系,并讨论光能在传输过程中的能量损耗。文章还介绍了ＬＦＩＳ的试验情况,并分析ＬＦＩＳ可能的应用领域。     

使用“飞片”高能起爆器烟火品的保险／解除保险装置（SAU）——导弹（发动机和战斗部）用烟火品的起爆

将“飞片”雷管用作保险／解除保险装置中的烟火品对完成导弹发动机和战斗部点火序列很有意义。实际上，发动机点火安全性要求越来越接近于战斗部起爆的安全性要求。低能级和中能级电点火器在设计的点火后没有物理屏障的传火序列中的用途是有限的。飞片雷管因其固有的安全特性不需要这种传火序列屏障，这种特性使其系统在现代化导弹点火序列中非常具有吸引力。电子保险／解除保险装置(ESAD)的解释是以使用飞片雷管或者飞片点火器的“直列式”传火系列为基础，组合了使用电子功能的高安全性能级、高密度组件包装、以及简单设计和测试能力的一种现代化方式。     

解除保险即起爆的炮口保险距离测试方法

针对无触发机构引信采用遥测等方法测试引信解除保险距离时,所需的成本大、改装周期相对较长等问题,提出解除保险即起爆的延期解除保险距离测试方法。以隔爆机构解除保险信号作为触发信号,当引信解除保险时,向引信的执行级电路发送控制点火信号,以起爆弹丸;采用统计学和误差分析方法对试验样本的测试数据进行处理,推断出引信的解除保险距离。试验表明:该方法能比较直观地显示引信的炮口保险距离,达到考核引信的目的,并且易实现、成本低。     

激光起爆引信及其关键技术

基于光纤传输高峰值功率脉冲激光驱动飞片起爆技术，提出了一种新概念引信——激光起爆引信的基本概念。与电起爆引信相比，激光起爆引信在能量形式、起爆机理、组成结构等方面有很大的不同，符合引信技术从机械电子到光电子的发展脉络，是引信设计创新、性能优化、应用创新的重要方向之一。论述了激光起爆引信在核武器以及先进常规武器中的潜在应用价值，根据参考文献总结出激光起爆的三种实现方式。激光起爆引信的关键单元，包括小型化激光器、光纤传能、激光冲击片雷管等，简要讨论了相关的科学研究、总体设计和单元技术。     

一种新型安全点火装置

为满足武器系统安全保险及可靠点火的需求,设计了一种新型的安全点火装置,分析了其结构组成和工作原理,通过试验验证该点火装置在解除保险后能够可靠导通点传火通道,在不解除保险时不导通点传火通道,防止点火装置意外发火。本研究为点火装置类产品的安全性和可靠性设计提供一种新的思路。     

电子安保与发火装置

电子安保与发火(ESAF)装置有一个通用模块和其结构适合于不同类型导弹的一对可编程装置。ESAF有第一和第二静态解除保险开关，第一静态解除保险开关受第一编程装置控制，第二静态解除保险开关受第二编程装置控制。ESAF装置有一个带爆炸箔起爆器的发火模块，通用模块和发火模块可以是一个靠近战斗部的独立的模块，或者可以集成到战斗部中。通用模块有几个输入端子，一些输入端子可通过同样的信号，被一个导弹群中所有的导弹使用：另一些输入端子则通过不同的信号，被所有的导弹使用；还有一些输入端到只能被某些导弹使用。通用模块有一个分离信号输入端口，一个引信数据信号通信端口，和一个确定安全分离的信号孔。第一个编程装置是一个微型控制器，第二个编程装置是一个微型控制器或者是一个程序化逻辑装置。两个编程装置可执行通过对照hardwired值校核其他装置的机内测试。ESAF有一个动态开关，用其中一个编程装置打开并用另一个编程装置控制此开关。     

激光起爆系统可靠性模拟计算

采用计算机模拟对激光起爆系统的可靠性进行了研究.利用开发的系统仿真程序对各部件对系统可靠性的影响进行了分析,并对不同可靠度下所需激光器输出能量进行了模拟计算.结果表明,系统的发火可靠性受激光起爆器的影响最大,其次为连接器,分束器的一致性对系统的可靠性影响相对较小.     

微小型起爆序列初步设计与性能研究

为适应引信微小型化发展的需求,采用基于微机电系统工艺技术,开展微小型起爆序列的设计及性能测试研究。起爆序列初步集成了引信安全与解除保险及发火功能,体积为3 cm³; 该结构包括底层、中间层和顶层,其中底层包括隔断单元和传爆药装药,中间层由微雷管和硅基烟火微驱动器构成,顶层为信息控制电路。测试结果表明,微小型起爆序列实现了解除保险、安全隔爆与可靠传爆的功能,平均输出爆轰压力为10.85 GPa.     

含能半导体桥在点火中的应用研究

设计了一种点火器,采用Al/MoO_3复合薄膜体系的含能半导体桥作为发火元件,B-KNO_3点火药为发火药,并对其发火感度、安全电流、发火时间及P——t参数进行了测试。结果表明:含能半导体桥发火感度与常规半导体桥相比无明显变化,但其安全电流明显提高,能够满足GJB 344A中规定的A类钝感电起爆器相关要求和发动机点火要求。     

军火处理使用的光学武器系统

为军火处理（ＥＯＤ）研制了一种手提式手动固态棒状激光系统和一种光学点火雷管。测试并评估了Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ Ｏｒｄｎａｎｃｅ和Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ公司的激光样品。光学雷管中装离氯酸２－（５氰基四唑酸银）全钴（Ⅲ）（ＣＰ），用作ＤＤＴ药柱，和奥克托金炸药，用作输出装药。设计的激光器在５００微秒脉冲时的输出为１５０毫焦。这个输出可通过２０００米长的光学纤维使雷管发火。用手提式激光二     

激光多点均匀点传火技术实验研究

使用大功率Ｎｄ：ＹＡＧ激光器产生激光,通过光学玻璃窗和光纤能量传到金属点火器中点燃点火药,从而达到在点火管内实现多点同时点火的作用。实验用激光成功的点燃了点火药,并且把激光单点点火,不同直径光纤多点激光点火实验结果与普通的电点火实验结果进行了比较,发现使用激光确定能实现多点同时点火达到     

弹射救生用快速激光起爆器光路设计

针对弹射救生用激光起爆器快速起爆的需求,以激光点火机理为基础,通过对激光起爆器光学窗口结构的分析,优选自聚焦透镜(GRIN)作为激光起爆器的耦合窗口。同时结合自聚焦透镜光线传输理论分析,提出了通过缩小照射到含能材料表面的光斑尺寸、增大功率密度的方式,以有效缩短激光起爆器的作用时间。利用ZEMAX软件对激光耦合窗口进行仿真,得出采用φ1.8mm1/4P和φ1.0mm 1/4P自聚焦透镜组,其输出光斑缩小倍数为0.5左右。验证试验表明,该光路设计方法能够有效降低激光起爆器作用时间,并且可以在较低的功率下达到激光起爆器的极限作用时间。     

微起爆序列设计及传爆与隔爆性能

为满足引信微小型化发展的需求,基于微机电系统（MEMS）工艺技术设计了由微起爆器、飞片、MEMS安全保险机构等构成的微起爆序列。依照国家军用标准GJB 5309.17—2004(K)火工品试验方法：轴向输出测定铝块凹痕法,对微起爆器装药、安全保险机构传爆空腔等参数不同时内置MEMS安全保险机构起爆序列的传爆性能进行测试,获得微起爆序列理想的设计参数,即微起爆器装药密度为1.67 g/cm³、装药直径为2.0 mm、装药高度为1.5 mm,安全保险机构传爆空腔直径为1.0~2.0 mm、高度为0.65~1.50 mm. 在序列优化设计基础上对微起爆序列隔爆性能及解除保险功能进行测试,发现当滑块厚度≮0.3 mm时序列正常隔爆,发射过载21 000 g、转速6 000 r/min条件下序列正常解除保险。结果表明,利用安全保险机构传爆空腔作为加速膛,采用微起爆器驱动飞片冲击起爆下一级装药的爆轰能量放大方式,实现了序列传爆、隔爆、解除保险功能,有效减少了起爆序列初级装药量和轴向尺寸。     

基于新型半导体激光系统的B/KNO3/PF点火特性

为了研究点火系统的发火性能和点火特性,设计了一种新型可自检半导体激光点火系统和以微米级B/KNO3/酚醛树脂(PF)为装药的激光点火器。采用热重-差示扫描量热技术(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)、激光反射率和发射光谱等测试获取了药剂的形貌尺寸、元素分布、热性能、激光吸收效率和药剂粒子激发谱线等性能参数;通过激光点火系统启动点火器发火研究了激光脉宽对B/KNO3/PF药剂发火性能和点火特性的影响。结果显示:较大PF质量比(4.8%)的和较小颗粒(平均粒径6.97μm)的B/KNO3/PF药剂在DSC曲线中起始反应温度降低,放热量增加。点火器点火启动分为一次点火和二次点火两个过程,激光脉宽对点火器的点火特性有显著影响。当激光脉宽为5 ms和10 ms时,点火器能够正常发火,其50%发火能量分别为6.23 mJ和12.54 mJ。通过调节激光的脉宽和能量,获得点火器的一次点火延迟时间为3.50~4.69 ms,二次点火延迟时间为7.23~8.08 ms,火焰持续时间为58~83.5 ms;当激光脉宽为2 ms时,激光点火系统无法激励点火器正常发火。这种特性与半导体脉冲激光能量输出规律相符合。     

温度交变中光纤接触式激光火工品的失效原因及抑制研究

为研究温度冲击、温度循环等温度交变环境对激光火工品发火时间的影响规律及作用机理,采用掺杂炭黑的高氯酸·四氨·双(5-硝基四唑)合钴(BNCP)为始发药剂及光纤窗口结构的激光火工品为实验样机,对经历47 h和94 h温度交变实验后的掺杂BNCP始发药剂性能、激光火工品结构变化、药剂和光纤约束情况进行了研究。结果表明,温度交变前激光火工品发火时间具有小于0.2 ms的高瞬发性,经历47 h温度交变后,发火时间会延迟至0.5 ms以上;随着温度交变时间的增长,达到94 h后个别产品发火延迟时间超过1 ms,甚至出现瞎火情况。掺杂BNCP始发药经历47 h的温度交变环境后出现碎晶,堆积密度从0.43 g·cm^-3降低到0.32 g·cm^-3,但碎晶现象不影响药剂的热分解性能及激光火工品的发火性能。温度交变环境下,火工品壳体结构与药剂膨胀系数的差异导致光纤和药剂间出现点火间隙,点火间隙同时影响激光光斑强度与热点的扩散效应,进而影响发火。通过增强药剂和光纤之间的约束可有效减少温度交变情况下点火间隙的产生,提高激光火工品的环境适应能力。     

基于MEMS工艺的微起爆器性能研究

针对MEMS火工品低能化、集成化技术要求,设计了一种基于MEMS工艺的微起爆器,通过仿真计算获得了基体材料、换能元材料、火工药剂与微起爆器起爆性能的影响规律,确定了微起爆器的结构参数;通过MEMS工艺完成微起爆器一体化集成制作,对结构参数以及起爆性能进行了测试,结果表明结构尺寸与设计尺寸误差小于6%;微起爆器发火电压小于3V,装药直径1mm、装药量2.0mg时,可以可靠起爆CL-20炸药,实现了低能化、集成化的要求,为MEMS火工品提供技术支撑。     

纳米Al-MoO_3发火性能研究

为研制高能量密度无铅的火工药剂,以纳米铝粉和纳米氧化钼为原料,采用超声分散混合的方法,制备了绿色环保的纳米含能材料Al-MoO3。通过冷场扫描电镜和差热分析(DSC)对纳米含能材料Al-MoO3进行了表征分析,制作了电点火头和激光点火头,进行了点火性能测试。结果表明:纳米含能材料Al-MoO3在520℃以上的高温条件下反应,放出大量的热,其中电点火头的50%的电压发火感度为22.8V,激光点火头的50%的发火感度为5.1mJ。     

奥克托今与碳黑混合炸药的激光起爆研究

在爆炸技术领域正开发研究工业应用的近红外激光二极管以研制光学点火起爆元件,这些光学起爆元件相对的比电起爆元件更具有先天的安全性。但遗憾的是,大多数含能物质不能强有力地吸收近红外区的这种激光能量以便直接通过激光作用于点火。为了解决这个问题,把光吸收添加剂与含能物质可以配制起来以增加光吸收效率。由于碳黑的特殊吸收性能和化学安定性,它总是作为添加剂专门用于激光点火的配方中。为了鉴定出主要的工艺过程以确定含有碳黑的含能物质配方对二极管辐射的敏感度,作为详细研究已经挑选出两种HMX／碳黑混合炸药。通过测量碳黑的反射能力和鉴于它的空间分布来说,描述混合炸药吸收特性的一个模型已经提出。这个吸收模型,连同HMX的化学分解动力学的典型描述,被并入到反应热流程序中。后来的计算成功地预测了碳黑浓度和激光脉冲宽度对点火阈值的影响。