CN112595656B

CN112595656B - 弹用火工品长贮环境适应性试验装置及评价方法

Info

Publication number: CN112595656B
Application number: CN202011446658.7A
Authority: CN
Inventors: 赵方超; 吴护林; 张世艳; 王艳艳; 张伦武; 魏小琴; 周彩元; 蒲亚博; 罗天元; 胥泽奇; 李泽华; 李正雄; 张凯; 黄文明; 陈源
Original assignee: No 59 Research Institute of China Ordnance Industry
Current assignee: No 59 Research Institute of China Ordnance Industry
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2040-12-09
Also published as: CN112595656A

Abstract

本发明提供了弹用火工品长贮环境适应性试验装置及评价方法，试验装置包括箱体，箱体内设置有样品放置台、恒湿溶液储存部，样品放置台上设置有盲孔和通孔，箱体上还设置有微孔，微孔用于连通箱体内外环境。评价方法步骤包括：构建火工品微环境试验模型；火工品微环境试验与功能/性能定期测试；根据所得测试数据计算火工品在试验条件下的贮存寿命；估算火工品在常温贮存条件下的估算寿命；根据火工品在库房贮存条件下的估算寿命和设计寿命量化表征其环境适应性。本发明填补了火工品长贮环境适应性试验评价方法空白，可为火工品随弹长贮时的环境适应性试验考核提供支撑，能更真实、准确地模拟火工品装弹后所处的内部微环境。

Description

弹用火工品长贮环境适应性试验装置及评价方法

技术领域

本发明涉及火工品贮存试验技术领域，具体涉及一种弹用火工品长贮环境适应性试验装置及弹用火工品长贮环境适应性试验评价方法。

背景技术

火工品是弹药、导弹等产品爆炸序列的首发元件，具有“长期贮存、一次使用”的显著特点，其长贮环境适应性好坏直接关系产品的整体完好性。

目前，火工品环境适应性普遍按标准GJB150A-2009开展试验，如高温试验、低温试验、盐雾试验、振动试验等，对环境适应性进行考核验证，火工品贮存寿命按GJB736.8-1990《火工品试验方法71℃试验法》进行验证。然而，这些试验均只针对火工品本身进行试验，不能真实反映火工品装弹后在弹体内部微环境下的环境适应性，尤其是长期贮存时的环境适应性。如：某弹用电点火头设计贮存寿命10年，出厂时已按GJB150A-2009完成环境适应性试验考核，按GJB736.8完成10年贮存寿命指标的验证考核，但在某库房贮存7年后，仍出现失效现象，电点火头发火后不能切断铜丝，在后续解剖的66发电点火头中，发现断桥11发、电阻超标2发；某引信设计贮存寿命10年，在湿热环境下贮存7-10年后，4批次产品瞎火率高达50％，且命中率低。可见，现有标准环境试验方法不适用于验证火工品随弹长期贮存时的累积环境损伤效应，也缺少相关的试验装置。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种弹用火工品长贮环境适应性试验装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。

一种弹用火工品长贮环境适应性试验装置，包括箱体，箱体既可以放置在烘箱内又可以移至烘箱外，其特征在于：在箱体内设置有样品放置台，样品放置台下方设置有溶液储存部，溶液储存部用于储放恒湿溶液；样品放置台上设置有多个盲孔，每个盲孔旁设置有通孔；在箱体上还设置有直径不大于2mm的微孔，微孔用于连通箱体内外环境。

进一步地，烘箱的控温精度误差不大于±1℃，分度值为0.2℃；微孔的数量为1-2个。

作为优选方案，样品放置台搁放在箱体中部，相邻盲孔的间距不小于10mm。

进一步地，溶液储存部用于储存合适浓度的甘油水溶液或饱和盐水溶液。

本发明目的之二在于提供一种弹用火工品长贮环境适应性试验评价方法，其步骤包括：

步骤1，采用前述试验装置构建火工品(受试火工品，下同)微环境试验模型；

步骤2：火工品微环境试验与功能/性能定期测试；

步骤3：根据火工品功能/性能变化数据，计算火工品在试验条件下的贮存寿命；

步骤4：根据加速系数估算火工品在常温贮存条件下的估算寿命；

步骤5：根据火工品在库房贮存条件下的估算寿命和设计寿命量化表征其环境适应性。

为提高长贮环境适应性试验的准确性，步骤1中，火工品微环境试验模型的环境因素为温度、湿度和火工品所处的微气氛环境。

作为优选方案，所述步骤1具体包括：

步骤01：在前述试验装置的溶液储存部中加入浓度为67.52％的甘油水溶液；

步骤02：在前述箱体的样品放置台上放置火工品和相应的陪试品；陪试品种类根据火工品实际贮存过程所处局部环境决定，包括与其相接触或处于同一微环境下的橡胶、胶粘剂、油脂、漆等，陪试品大小由火工品实际贮存时与陪试品的接触面决定，陪试品数量与该组火工品样本量一致；

步骤03：步骤2结束后，将带有火工品和相应陪试品的箱体放入烘箱；

步骤04：调节烘箱使烘箱内部环境的温度为71℃。

作为优选方案，所述步骤2具体包括：

每到达一个预定测试时间后打开一套烘箱，冷却至室温后再取出火工品进行敏感参量测试，选取反映产品变化最敏感的性能参数(即敏感参量)作为测试项目；

其中，敏感参量的选择方法同GJB 736.8的附录A中的A1、A2条，一般而言，通过性能测试可获得火工品功能作用情况和能量输出数据；

测试结果(火工品功能/性能变化数据)见表1，

表1 火工品试验数据表

序号	试验时间(天)	成功作用数	能量输出数据	样本数
					1	d<sub>1</sub>	s<sub>1</sub>	X<sup>(1)</sup><sub>1</sub>,X<sup>(1)</sup><sub>2</sub>,……,X<sup>(1)</sup><sub>N1</sub>	N<sub>1</sub>
2	d<sub>2</sub>	s<sub>2</sub>	X<sup>(2)</sup><sub>1</sub>,X<sup>(2)</sup><sub>2</sub>,……,X<sup>(2)</sup><sub>N2</sub>	N<sub>2</sub>
					……	……	……	……	……
k	d<sub>k</sub>	s<sub>k</sub>	X<sup>(k)</sup><sub>1</sub>,X<sup>(k)</sup><sub>2</sub>,……,X<sup>(k)</sup><sub>Nk</sub>	N<sub>k</sub>

对于任一给定的t时刻，火工品贮存可靠度可通过其成功作用情况和能量输出数据进行估计，用A表示成功作用，B表示能量输出合格，C表示产品合格，C＝{A∩B}。

作为优选方案，所述步骤3具体包括：

根据式(Ⅰ)计算火工品贮存可靠度：

R(t)＝P(C)＝P{A∩B}＝P{A}P{B|A}…………………………(I)

式中，P{A}为成功作用可靠度，服从二项分布；P{B|A}为成功作用条件下的输出可靠度，服从正态分布N(μ，σ)，μ，σ由样本估计得到；

由数据(t_i，R(t_i))i＝1，2，…，k拟合可靠度函数R(t)，建立该型火工品贮存可靠度与加速试验时间的函数关系；

当给定可靠度下限时，可求出火工品在试验条件下的贮存寿命。

作为优选方案，所述步骤4具体包括：

采用修正的阿累尼乌斯方程式(II)，由高温(71℃)下的试验时间，推算出常温(21℃)下的贮存时间，

式中，t₀——常温贮存时间，d；t₁——高温试验时间，d；T——加速系数；r——反应速度温度系数，本方法中规定为2.7；T₁——高温试验温度，K；T₀——常温贮存温度，K；A—与反应速度温度系数对应的温度变化，取10K。

作为优选方案，所述步骤5具体包括：

根据式(III)计算火工品在常温贮存条件下的估算寿命和设计寿命的比值，

W＝t₀/t_设计……………………………………………(III)

根据所得比值量化表征其长贮环境适应性：当W＞1时，表明火工品长贮环境适应性满足设计要求，一般应留有裕量，建议在1.2～1.5之间；当W＜1时，表明火工品长贮环境适应性不能满足设计要求，应采取相应措施进行优化改进。

有益效果：填补了火工品长贮环境适应性试验评价方法空白，可为火工品随弹长贮时的环境适应性试验考核提供支撑；构建的火工品微环境试验模型，能更真实、准确地模拟火工品装弹后所处的内部微环境，更好地反映火工品随弹长期贮存时的环境影响效应；本发明提供的试验装置结构简单、巧妙、成本低，使用方便。

附图说明

图1是实施例中试验装置的结构示意图一；

图2是实施例中试验装置的结构示意图二；

图3是实施例中试验装置的剖视图；

图4是实施例中试验装置的样品放置台示意图；

图5是实施例中XX火焰雷管贮存可靠度与加速试验时间的函数关系。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例

如图1至图4所示，一种弹用火工品长贮环境适应性试验箱，箱体1既可以放置在烘箱内又可以移至烘箱外，箱体1采用翻盖式结构，在箱体1内设置有样品放置台2，样品放置台2上设置有两个提拉杆5，样品放置台2下方设置有溶液储存部，溶液储存部底壁(箱体1内腔底壁)带有坡度，坡度低洼侧设置有排液口，溶液储存部用于储放恒湿溶液；样品放置台2上设置有多个盲孔3，每个盲孔3旁设置有通孔4，本例中样品放置台2上均匀设置42个盲孔3和30个通孔4，盲孔3用于放置样品和陪试品，其间距尽量参照实际使用情况布置；在箱体1上还设置有直径为2mm的微孔6，微孔用于连通箱体1内外环境。其中，烘箱的控温精度误差不大于±1℃，分度值为0.2℃；微孔6的数量为1-2个(本实施例中的微孔6的数量为1个)；样品放置台2搁放在箱体1中部(具体是在箱体1内壁中部设置有支撑台/支撑梁，样品放置台2搁放在支撑台/支撑梁上)，相邻盲孔3的间距不小于10mm；溶液储存部既可以用于储存合适浓度的甘油水溶液，也可以用于储存合适的饱和盐水溶液，以便于根据需求控制箱体1内的恒湿条件。本例中箱体1及其样品放置台2的材质应符合耐蚀性要求，能耐受微环境腐蚀，采用不锈钢材质，箱体1上还设置试验观察窗口，便于试验过程中观察试验样品状态。

采用本例中试验装置提供的弹用火工品长贮环境适应性试验评价方法，步骤如下。

步骤1，采用前述试验装置构建火工品微环境试验模型，该火工品微环境试验模型的环境因素为温度、湿度和火工品所处的微气氛环境；

以XX火焰雷管为例，其与硅脂、硅橡胶、橡胶圈共同封装，在实际贮存过程中，由于XX火焰雷管的叠氮化铅在高温、高湿、CO₂气氛作用下发生水解反应生成碳酸铅，使得叠氮化铅纯度下降，钝化了药剂感度，减少了药粒间能量传递，降低了叠氮化铅爆轰成长速度，最终会导致41号火焰雷管输出威力降低，因此，构建的试验模型包括“1)裸样；2)与硅脂、硅橡胶、橡胶圈共同封装”这两种状态，涉及的微气氛环境是指含有硅脂、硅橡胶、橡胶圈的气氛环境；

构建XX火焰雷管微环境试验模型的具体步骤依次包括：

在前述试验装置的溶液储存部中加入浓度为67.52％的甘油水溶液；此处，需要说明地是，根据所需试验湿度，溶液储存部中还可以使用其它符合要求的不同浓度甘油水溶液或饱和盐水溶液；

在前述箱体1的样品放置台2上放置火焰雷管和相应的陪试品；陪试品种类根据火焰雷管实际贮存过程所处局部环境决定，包括与其相接触或处于同一微环境下的橡胶、胶粘剂、油脂、漆等，陪试品大小由火焰雷管实际贮存时与陪试品的接触面决定，陪试品数量与该组火焰雷管样本量一致；对于XX火焰雷管来说，陪试品为硅脂、硅橡胶、橡胶圈；

将带有火焰雷管和相应陪试品的箱体1放入烘箱内；

调节烘箱使烘箱内部环境的温度为71℃。

步骤2：火焰雷管微环境试验与功能/性能定期测试；具体包括：

根据“试验测试时间为0d、14d、28d、42d、70d、100d，共检测7次”的方案开展试验；每到达一个预定测试时间后打开一套烘箱，冷却至室温后再取出火焰雷管进行敏感参量测试，选取反映产品变化最敏感的性能参数(即敏感参量)作为测试项目；

其中，敏感参量的选择方法同GJB 736.8的附录A中的A1、A2条，一般而言，通过性能测试可获得火焰雷管功能作用数据和能量输出数据；

测试结果(火焰雷管功能/性能变化数据)见表2。

表2 火焰雷管功能作用和能量输出数据表

对于任一给定的t时刻，火焰雷管贮存可靠度可通过其成功作用情况和能量输出数据进行估计，用A表示成功作用，B表示能量输出合格，C表示产品合格，C＝{A∩B}。针对示例中的火焰雷管，输出能量合格判据为：铅板炸孔直径≥4.7mm。

步骤3：根据火焰雷管功能/性能变化数据，计算火焰雷管在试验条件下的贮存寿命；具体包括：

根据式(I)计算火焰雷管贮存可靠度：

R(t)＝P(C)＝P{A∩B}＝P{A}P{B|A}…………………………(I)

式中，P{A}为成功作用可靠度，服从二项分布；P{B|A}为成功作用条件下的输出可靠度，服从正态分布N(μ，σ)，μ，σ由样本估计得到，P{B|A}＝P{Y＞4.7}；

其贮存可靠度计算结果见表3；

表3 XX火焰雷管贮存可靠度计算结果

由表3，可建立该型火焰雷管贮存可靠度与加速试验时间的函数关系，符合

R(t)＝e^-0.00206t

的函数关系，见图5。

步骤4：根据加速系数估算火工品在常温贮存条件下的估算寿命，具体为：

式中，t₀——常温贮存时间，d；t₁——高温试验时间，d；T——加速系数；r——反应速度温度系数，本方法中规定为2.7；T₁——高温试验温度，K；T₀——常温贮存温度，K；A—与反应速度温度系数对应的温度变化，取10K；

由图1可知，在可靠度为0.95时，火焰雷管加速试验时间为24.89天；

按式(II)将试验时间折算为自然环境(21℃)下贮存时间可知，火焰雷管的贮存寿命为t₀＝9.78年。

步骤5：根据火焰雷管在库房贮存条件下的估算寿命为9.78年，其设计寿命为10年，则根据式(III)计算火火焰雷管在常温贮存条件下的估算寿命和设计寿命的比值，

W＝t₀/t_设计＝0.978

由此可知，该示例中火焰雷管长贮环境适应性不满足设计要求。

Claims

1.一种弹用火工品长贮环境适应性试验评价方法，其特征在于，步骤包括：

步骤1，采用试验箱构建火工品微环境试验模型；

步骤2：火工品微环境试验与功能/性能定期测试；

步骤5：根据火工品在库房贮存条件下的估算寿命和设计寿命量化表征其环境适应性，具体包括：

根据式(Ⅲ)计算火工品在常温贮存条件下的估算寿命和设计寿命的比值，

W＝t₀/t_设计…………………………………………………(Ⅲ)

根据所得比值量化表征其长贮环境适应性：当W＞1时，表明火工品长贮环境适应性满足设计要求；当W＜1时，表明火工品长贮环境适应性不能满足设计要求；

所述步骤1中采用的试验箱包括箱体(1)，箱体(1)既可以放置在烘箱内又可以移至烘箱外，其特征在于：在箱体(1)内设置有样品放置台(2)，样品放置台(2)下方设置有溶液储存部，溶液储存部用于储放恒湿溶液；样品放置台(2)上设置有多个盲孔(3)，每个盲孔(3)旁设置有通孔(4)；在箱体(1)上还设置有直径不大于2mm的微孔(6)，微孔用于连通箱体(1)内外环境；所述烘箱的控温精度误差不大于±1℃，分度值为0.2℃；微孔(6)的数量为1-2个，样品放置台(2)搁放在箱体(1)中部，相邻盲孔(3)的间距不小于10mm，溶液储存部用于储存甘油水溶液或饱和盐水溶液。

2.根据权利要求1所述的弹用火工品长贮环境适应性试验评价方法，其特征在于：步骤1中，火工品微环境试验模型的环境因素为温度、湿度和火工品所处的微气氛环境。

3.根据权利要求2所述的弹用火工品长贮环境适应性试验评价方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

步骤01：在试验箱的溶液储存部中加入浓度为67.52％的甘油水溶液；

步骤02：在前述箱体(1)的样品放置台(2)上放置火工品和相应的陪试品；

步骤03：步骤02结束后，将带有火工品和相应陪试品的箱体(1)放入烘箱；

步骤04：调节烘箱使烘箱内部环境的温度为71℃。

4.根据权利要求3所述的弹用火工品长贮环境适应性试验评价方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

每到达一个预定测试时间后打开一套烘箱，冷却至室温后再取出火工品进行敏感参量测试，选取反应产品变化最敏感的敏感参量作为测试项目；

其中，敏感参量的选择方法同GJB 736.8的附录A中的A1、A2条，通过性能测试可获得火工品成功作用情况和能量输出数据。

5.根据权利要求4所述的弹用火工品长贮环境适应性试验评价方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：根据式(Ⅰ)计算火工品贮存可靠度：

R(t)＝P(C)＝P{A∩}＝P{A}P{B|A}…………………………(Ⅰ)

6.根据权利要求5所述的弹用火工品长贮环境适应性试验评价方法，其特征在于，

所述步骤4具体包括：

采用修正的阿累尼乌斯方程式(Ⅱ)，由高温71℃下的试验时间，推算出常温21℃下的贮存时间，

式中，t₀——常温贮存时间，d；t₁——高温试验时间，d；τ——加速系数；r——反应速度温度系数，本方法中规定为2.7；T₁——高温试验温度，K；T₀——常温贮存温度，K；A—与反应速度温度系数对应的温度变化，取10K。