CN109631678A - 一种降低激光起爆能量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低激光起爆能量的方法，基于低能激光起爆器实现，通过光纤传输激光至点火药并引燃点火药，利用燃烧转爆轰设计，由点火药引燃始发药，始发药发生燃烧转爆轰过程，实现始发药的爆轰输出，然后通过始发药爆轰驱动金属飞片，使得金属飞片高速撞击并起爆钝感炸药，进而实现钝感炸药的低能起爆。本发明的降低激光起爆能量的方法，其整个起爆过程可实现全光纤传输，可极大提高武器安全性和可靠性。

Description

一种降低激光起爆能量的方法

技术领域

本发明涉及火工品技术领域，特别涉及一种降低激光起爆能量的方法。

背景技术

激光驱动飞片起爆技术应用于火工品设计能够显著提升武器系统安全性。激光驱动飞片起爆技术的原理是：高能短脉冲激光(通常波长为1064nm)烧蚀飞片靶快速产生高温高压等离子体，未烧蚀飞片靶在等离子体驱动下形成高速飞片，撞击并起爆钝感炸药。飞片靶将激光能量转换为飞片动能，通常为单层或多层薄膜材料。该技术发展至今取得了众多研究成果，然而，飞片靶的换能效率(激光能量转化为飞片动能的效率)仍然很低，导致钝感炸药的起爆阈值大幅高于光纤的传能上限，极大地制约了激光驱动飞片起爆技术在武器系统中的工程化应用。因此，降低激光起爆能量是必然的趋势。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种降低激光起爆能量的方法，以燃烧转爆轰和炸药驱动飞片为设计思路，可在低能量输入下实现钝感炸药的起爆，首先利用燃烧转爆轰设计，实现始发药的爆轰输出；再通过始发药爆轰驱动金属飞片，飞片高速撞击并起爆钝感炸药；整个起爆过程可实现全光纤传输，极大提高武器安全性和可靠性。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种降低激光起爆能量的方法，基于低能激光起爆器实现，通过光纤传输激光至点火药并引燃点火药，利用燃烧转爆轰设计，由点火药引燃始发药，始发药发生燃烧转爆轰过程，实现始发药的爆轰输出，然后通过始发药爆轰驱动金属飞片，使得金属飞片高速撞击并起爆钝感炸药，进而实现钝感炸药的低能起爆。

同时，本发明中还公开了上述的低能激光起爆器的具体结构，该低能激光起爆器包括壳体、光纤、自聚焦光学镜、加速膛、金属飞片、装药环及盖片；

其中，壳体作为整个低能激光起爆器的支撑件可用于装配或连接其他零部件，具体的，盖片安装于壳体的左端，在壳体的内腔中开设有由左至右贯穿的装配通孔，所述装配通孔由左至右依次分为第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔、第四安装孔；

所述装药环安装于第一安装孔内，装药环内设有炸药填充腔，炸药填充腔内填充有钝感炸药；加速膛及金属飞片安装于第二安装孔内，且加速膛的一端紧贴装药环，加速膛的另一端紧贴金属飞片，第二安装孔靠近第三安装孔的一端为炸药填充室，在所述炸药填充室内由左至右依次填充有始发药、点火药；自聚焦光学镜安装于第三安装孔内，光纤安装于第四安装孔内。

点火药位于自聚焦光学镜左侧可接收激光能量发生燃烧，作为优选，本技术方案中采用对光敏感的B/KNO3、Zr/KClO4等含能药剂作为点火药，始发药紧靠着点火药，始发药可采用HMX、RDX等能量较高而较钝感的猛炸药。

作为优选，本技术方案中金属飞片采用铝、钛、铜等密度小的各种金属，金属飞片装入壳体中后覆盖在始发药左侧，加速膛位于金属飞片左侧，主要对金属飞片提供支撑和剪切，需采用硬度较高的材料，例如可选用不锈钢、蓝宝石等，加速膛呈空心柱状，其直径和厚度可根据钝感炸药的冲击起爆阈值进行确定，具体为直径需大于钝感炸药的临界起爆直径。

具体的装药环包括座体，在座体上设有装药孔作为炸药填充腔，装药环的主要作用为支撑和约束钝感炸药，因此需采用强度较大的材料，如不锈钢等。钝感炸药是对外做功或点火的高温高压燃气的主要输出源，需采用能量较高而对冲击起爆敏感的猛炸药，如PETN、RDX、HMX等，钝感炸药可由外部直接压制成型后装入装药环的装药孔中，且装药孔未贯穿座体，座体底部留有一定厚度以避免后续结构件密封时对钝感炸药的破坏。

作为优选，装药环的端部从壳体左侧伸出0.1mm-0.2mm，以保证有一定的压力作用于轴向，最后可利用激光焊接将盖片与壳体端部进行焊接，实现整个低能激光起爆器的密封。

作为优选，壳体的材料可采用不锈钢材料制作。

同时，本发明中还公开了上述低能激光起爆器的起爆方法，具体如下：

先由半导体激光器输出激光，激光经光纤传入自聚焦光学镜中，经自聚焦光学镜聚焦后的激光作用于点火药上，点火药在激光的热刺激下燃烧，引燃始发药，始发药发生燃烧转爆轰过程，产生爆轰波，爆轰波驱动金属飞片，金属飞片经加速膛加速至数千米每秒，撞击钝感炸药，当产生的撞击能量P²τ(P:为金属飞片撞击钝感炸药时对钝感炸药施加的压力，τ：为压力持续时间)不小于钝感炸药的临界起爆能量时，钝感炸药及被起爆，则该起爆序列中可利用较小的输入能量实现燃烧转爆轰，通过爆轰波驱动飞片的方式提高飞片的起爆能力，进而达到钝感炸药的临界起爆能量，实现钝感炸药的低能起爆。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

本发明的降低激光起爆能量的方法，以燃烧转爆轰和炸药驱动飞片为设计思路，可在低能量输入下实现钝感炸药的起爆，首先利用燃烧转爆轰设计，实现始发药的爆轰输出，再通过始发药爆轰驱动金属飞片，飞片高速撞击并起爆钝感炸药，且整个起爆过程可实现全光纤传输，可极大提高武器安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的低能激光起爆器的结构示意图。

图2是本发明的低能激光起爆器的装药环的结构示意图。

附图标记：1-壳体、2-光纤、3-自聚焦光学镜、4-点火药、5-始发药、6-金属飞片、7-加速膛、8-钝感炸药、9-装药环、10-盖片，11-装药孔、12-座体。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例：

一种降低激光起爆能量的方法，基于低能激光起爆器实现，主要是通过光纤2传输激光至点火药4并引燃点火药4，利用燃烧转爆轰设计，由点火药4引燃始发药5，始发药5发生燃烧转爆轰过程，实现始发药5的爆轰输出，然后通过始发药5爆轰驱动金属飞片6，使得金属飞片6高速撞击并起爆钝感炸药8，进而实现钝感炸药8的低能起爆。

具体的，如图1所示为该低能激光起爆器的具体结构，该低能激光起爆器包括壳体1、光纤2、自聚焦光学镜3、加速膛7、金属飞片6、装药环9及盖片10。

其中，壳体1作为整个低能激光起爆器的支撑件可用于装配或连接其他零部件，具体的，盖片10安装于壳体1的左端，在壳体1的内腔中开设有由左至右贯穿的装配通孔，所述装配通孔由左至右依次分为第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔、第四安装孔。

所述装药环9安装于第一安装孔内，装药环9内设有炸药填充腔，炸药填充腔内填充有钝感炸药8；加速膛7及金属飞片6安装于第二安装孔内，且加速膛7的一端紧贴装药环9，加速膛7的另一端紧贴金属飞片6，第二安装孔靠近第三安装孔的一端为炸药填充室，在所述炸药填充室内由左至右依次填充有始发药5、点火药4；自聚焦光学镜3安装于第三安装孔内，光纤2安装于第四安装孔内。

具体的，点火药4位于自聚焦光学镜3左侧可接收激光能量发生燃烧，作为优选，本技术方案中采用对光敏感的B/KNO3、Zr/KClO4等含能药剂作为点火药4，始发药5紧靠着点火药4，始发药5可采用HMX、RDX等能量较高而较钝感的猛炸药。

在本技术方案中，点火药4和始发药5主要起着燃烧转爆轰的作用，是驱动金属飞片6的主要动力源，其具体密度可通过雷管起爆能力实验进行确定，此实验是用于验证燃烧转爆轰的输出，实验具体按照我国军标火工品试验方法中的铅板试验、钢板凹痕试验等进行，此处不再赘述，则在保证爆轰波输出以后，可根据金属飞片6速度需求对始发药5药量进行相应调整，具体为金属飞片6速度随着始发药5药量增加而升高，最后将具有选取的密度和药量的药剂压制好直接放入壳体1中，具体的密度及药量根据具体需求而定，不在本方法的讨论范围内，故此处不再赘述。

作为优选，本实施例中金属飞片6采用密度小的金属制成如铝、钛、铜等，金属飞片6装入壳体1中后覆盖在始发药5左侧，加速膛7位于金属飞片6左侧，主要对金属飞片6提供支撑和剪切，需采用硬度较高的材料，例如可选用不锈钢、蓝宝石等，加速膛7呈空心柱状，其直径和厚度可根据钝感炸药8的冲击起爆阈值进行确定，具体为直径需大于钝感炸药8的临界起爆直径。

具体的，如图2所示，装药环9包括座体12，在座体12上设有装药孔11作为炸药填充腔，装药环9的主要作用为支撑和约束钝感炸药8，因此需采用强度较大的材料，如不锈钢等。钝感炸药8是对外做功或点火的高温高压燃气的主要输出源，需采用能量较高而对冲击起爆敏感的猛炸药，如PETN、RDX、HMX等，钝感炸药8可由外部直接压制成型后装入装药环9的装药孔11中，且装药孔11未贯穿座体12，座体12底部留有一定厚度以避免后续结构件密封时对钝感炸药8的破坏。

作为优选，壳体1的材料可采用不锈钢材料制作。同时，装药环9的端部从壳体1左侧伸出0.1mm-0.2mm，以保证有一定的压力作用于轴向，最后可利用激光焊接将盖片10与壳体1端部进行焊接，实现整个低能激光起爆器的密封。

本实施例中，上述低能激光起爆器在安装时是由右至左依次进行装配，具体如下：

光纤2的输出端安装于壳体1的第四安装孔内后，分别将自聚焦光学镜3、点火药4、始发药5、金属飞片6、加速膛7依次装配入壳体1中，具体为，自聚焦光学镜3安装于第三安装孔内，在第二安装孔内依次填充入点火药4、始发药5后再依次装入金属飞片6及加速膛7，然后将钝感炸药8装入装药环9中组成炸药固定件，然后将炸药固定件放入壳体1第一安装孔中，各个部件放入壳体1后，还需保障装药环9的的端部凸出于壳体10.1mm-0.2mm左右，从而保证有一定的压力作用于轴向，最后利用激光焊接将盖片10与壳体1焊接，获得整体密封。

上述低能激光起爆器的具体起爆过程如下：

先由半导体激光器输出激光，激光经光纤2传入自聚焦光学镜3中，经自聚焦光学镜3聚焦后的激光作用于点火药4上，点火药4在激光的热刺激下燃烧，引燃始发药5，始发药5发生燃烧转爆轰过程，产生爆轰波，爆轰波驱动金属飞片6，金属飞片6经加速膛7加速至数千米每秒，撞击钝感炸药8，当产生的P²τ不小于临界起爆能量时，钝感炸药8及被起爆，则该起爆序列中可利用较小的输入能量实现燃烧转爆轰，通过爆轰波驱动飞片的方式提高飞片的起爆能力，进而达到钝感炸药8的临界起爆能量，实现钝感炸药8的低能起爆。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种降低激光起爆能量的方法，其特征在于，基于低能激光起爆器实现，通过光纤传输激光至点火药并引燃点火药，利用燃烧转爆轰设计，由点火药引燃始发药，始发药发生燃烧转爆轰过程，实现始发药的爆轰输出，然后通过始发药爆轰驱动金属飞片，使得金属飞片高速撞击并起爆钝感炸药，进而实现钝感炸药的低能起爆。

2.根据权利要求1所述的一种降低激光起爆能量的方法，其特征在于，所述点火药为对光敏感的含能药剂：B/KNO3或Zr/KClO4。

3.根据权利要求1所述的一种降低激光起爆能量的方法，其特征在于，所述始发药为能量较高而较钝感的猛炸药：HMX或RDX。

4.根据权利要求1至3中任一所述的一种降低激光起爆能量的方法，其特征在于，所述低能激光起爆器包括壳体、所述光纤、自聚焦光学镜、加速膛、所述金属飞片、装药环及盖片；

其中，盖片安装于壳体的左端，在壳体的内腔中开设有由左至右贯穿的装配通孔，所述装配通孔由左至右依次分为第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔、第四安装孔；装药环安装于第一安装孔内，装药环内设有炸药填充腔，炸药填充腔内填充有钝感炸药；加速膛及金属飞片安装于第二安装孔内，且加速膛的一端紧贴装药环，加速膛的另一端紧贴金属飞片，第二安装孔靠近第三安装孔的一端为炸药填充室；在炸药填充室内由左至右依次用于填充所述始发药、点火药，自聚焦光学镜安装于第三安装孔内，所述光纤安装于第四安装孔内。

5.根据权利要求4所述的一种降低激光起爆能量的方法，其特征在于，所述壳体的表面设有螺纹；所述自聚焦光学镜的端部面积小于光纤的端部面积。

6.根据权利要求4所述的一种降低激光起爆能量的方法，其特征在于，所述金属飞片由铝、钛或铜材料制成；加速膛呈空心柱状，由不锈钢或蓝宝石制成。

7.根据权利要求4所述的一种降低激光起爆能量的方法，其特征在于，所述装药环包括座体，在座体上设有装药孔作为炸药填充腔，所述装药孔未贯穿座体，在座体底部留有一定厚度以避免后续结构件密封时对钝感炸药的破坏。

8.根据权利要求7所述的一种降低激光起爆能量的方法，其特征在于，所述装药环的端部从壳体左侧伸出0.1mm-0.2mm。

9.根据权利要求4所述的一种降低激光起爆能量的方法，其特征在于，所述壳体由不锈钢材料制成，且所述盖片焊接固定于壳体端部。

10.根据权利要求4所述的一种降低激光起爆能量的方法，其特征在于，所述低能激光起爆器的起爆过程如下：

光纤将半导体激光器输出的激光传入自聚焦光学镜中，经自聚焦光学镜聚焦后的激光作用于点火药上，点火药在激光的热刺激下燃烧，引燃始发药，始发药发生燃烧转爆轰过程，产生爆轰波，爆轰波驱动金属飞片，金属飞片经加速膛加速至数千米每秒，撞击钝感炸药，当产生的撞击能量不小于钝感炸药的临界起爆能量时，钝感炸药及被起爆。