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内筒型组合烟花发射安全性探讨

  来源:万博亚洲网 
评论:  更新日期:2018年10月29日

1、 概述
去年11月,国办发〔2010〕53号文中取消个人燃放的内筒型组合烟花产品,对烟花界产生很大的震惊,尽管后面安委办〔2010〕30号文中没再强调,提及的是禁止生产药物敏感度高、药量大、燃放无固定轨迹等危险性大的产品。但内筒性组合烟花的危险性不可忽视,内筒性组合烟花燃放时最可怕的是出现炸筒,炸筒将引起内筒轨迹改变,冲炸人员,产品药量大时,还可能引发殉爆。影响炸筒的因素有很多,如漏装发射药,外筒强度,泥底强度,发射药的猛度、吸湿性、药量,内筒的裂纹、变形、中间泥的状态,开苞炸药的猛度及药量,内外筒的间隙,内筒的重量等,有些是操作工过失引起的,有些是产品结构和装药设计引起的,为了更深入地了解炸筒原因,先对发射过程进行分析。
2、 筒内发射过程
引线点燃军工硝,因为有内纸巴封闭,火药在较小的药室空间内燃烧而不断产生高温燃气,燃气量的增加使压力升高,导致火药气体燃烧更猛烈,在压力作用下,推动内筒加速运动,以致内筒后部空间不断增加。火药燃烧生成气体使压力上升,而内筒运动使压力下降,当二因素平衡时,压力达到最大值,称之为最大膛压。内筒运动到筒口瞬间,速度达最大值,称之为初速,初速是决定内筒发射高度的最主要参数。去年初,李渡烟花集团同中央电视台一起,在30mm内径的透明管中装配发射药和效果件,用高速摄像机拍下了筒内发射的整个过程。摄像记录下的现象如下:1)、装有带孔内巴的,开始点燃发射药到效果件推出筒口的时间不超过10ms;而没装内巴的,开始点燃发射药到效果件推出筒口的时间为30ms。2)、装有内巴的,火药点火燃烧均匀,高温高压气体火焰始终在效果件的底部,效果件膛内弹道稳定;速度很快;而没有装内巴的,由于药室空间大,压力小,点火慢,点燃大部分火药需要20ms以上,效果件在膛内运行速度慢,火焰将效果件包围并先排出筒口。3)、引线孔跑出的火焰很少,能量损失可忽略;4)、效果件出筒后,火焰气体仍源源不断地从筒内喷出,大约持续50ms,说明火药的内能一部分转化为效果件的动能以及其他形式的次要能量,如后座动能和热散失等,还有相当一部分没有转换,以很高温度与压力的状态从筒口排出。
效果件的发射运动是通过燃烧气体压力推动的,膛内的压力不仅决定效果件的初速,也是导致炸筒的最主要因素之一,当膛内最大压力达到或超过管壁材料的允许应力时,即产生裂缝,裂缝进一步扩展,导致炸筒。
3、 最大膛压的影响因素
3.1、初始点火温度,火药形状,装填密度与容积,对最大压力影响很大。点火过强是造成膛内气体压力骤然增高的原因之一。
3.2、装药量增加,火药气体总能量增加,将使最大压力增加。实验中也可观察到,当发射药量超量很多时,会出现炸筒现象。
3.3、火药力增加也就是火药能量的增加,火药力每增加10%,最大压力大约可增加20%。我们也做过这方面的实验,当用高氯酸钾配制发射药时,很容易炸筒。
3.4、弹丸质量增加,表示弹丸的惯性增加,必然导致最大压力的增加。现在市场上有些内筒做到2英寸以上,质量有些上百克,带来极大的炸筒、殉爆安全隐患。
3.5、药室容积的减小,将使最大压力增加。
3.6、外纸巴和效果件同外筒内壁配合的越紧,阻力越大,使效果件开始运动瞬间的压力增加,从而使最大压力也增加。
    除上述影响膛内最大压力的因素外,在枪炮内弹道研究中,还有一项导致膛胀、膛炸的主要因素:压力波,压力波指的是在弹底和膛底来回传播的压力波动。美国军用标准中将压力波强度作为枪炮装药安全性评估的主要参数。
4、压力波的影响因素
4.1、不均匀的局部点火容易产生大幅度的压力波。
4.2、 初始燃烧表面愈大,燃烧速度越快,初始气体生成速率就越大,越易产生压力波。
4.3、点火药位置对装药的燃烧有极为重要的影响,迅速而分散的点火有利于降低压力波。
5、炸筒预防措施
5.1、工艺操作中的安全质量缺陷,可以通过加强员工责任心和加大检验力度来预防;装药、压泥底尽量采用工装设备,减少人为因素,因为漏装发射药将导致100%炸筒。现在成品质量控制一般采用的是破坏性抽检,不能保证所有产品装配质量都合格,有条件的话,可采用无损检测设备对产品进行100%质量检验。
5.2、对组合烟花结构和装药方式的改变,新发射药的应用,一定要多方面进行理论分析和试验论证。
5.3、建立外筒破裂强度的测试方法和筒内燃气压力的测试方法,其结果可作为产品结构设计和装药设计安全评估的主要依据。
5.4、重视理论分析和研究,10000次试验没出现安全问题,并不代表10001次不出现安全问题,经验只是种概率。
5.5、加大实验研究,建立各影响因素的数据库,为产品设计以及政府部门制订法律法规和修订国家标准《组合烟花》提供技术支撑。比如在不同内筒重量、内外筒间隙、发射药药型及药量、纸垫规格、筒高等条件下,测试出筒内的压力—时间曲线,压力—行程曲线,从而掌握筒内燃气压力变化规律和内筒运动规律。
6、结束语
目前烟花产品的结构和装药设计还是依靠经验和大量的实验,而在军用上,已建立了枪炮内弹道学比较完善的理论,研究了火药的热化学性质,燃烧机理,点火、传火规律,燃气生成规律,膛内能量转换及传递的热力学现象等,建立了反映内弹道过程中物理化学性质的内弹道数学模型。有了这些数学模型,或者称之为内弹道基本方程,可以对弹道进行计算,即已知枪炮内膛结构诸元(如药室容积,弹丸行程等)和装填条件(如装药质量、弹丸质量、火药形状和性质),计算膛内燃气压力变化规律和弹丸运动规律。或者反过来,已知口径,弹丸质量,初速及指定的最大膛压条件下,计算出能满足上述条件的内膛构造条件和装药条件;通过求解内弹道方程组,可以计算出膛内压力、弹丸速度等参数;通过测定压力—时间和压力—行程曲线,可以了解弹丸运动和装药燃烧的过程。为了设计安全、可靠、精确的烟花产品,其研究方向在于军工技术和理论的应用。

 

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