武器系统安全工程作业

新型传爆药总体设计 1 武器安全性标准与基本做法 1.1 美国的武器系统安全性标准 20世纪50年代末美国空军开始以系统工程方法研究导弹系统的可靠性和安全性；1962年第一次提出了《弹道导弹安全系统工程学》说明书。继而制定了《武器系统安全标准》；1967年7月发了MIL-STD-882《安全系统工程程序标准》，在这项标准中，首次奠定了系统安全工程的概念和设计、分析、综合等基本原则；同时美军还制定和颁发了MIL-STD-1574《空间和导弹系统的系统安全性大纲》、MIL-STD-1629《失效模式、效应与危害性分析执行程序》等一系列强制贯彻的军用标准，建立了专门的系统安全性与可靠性的工作机构和管理部门，按照MIL-STD-882和MIL-STD-1574实施系统安全性工程。美国航宇局(NASA)设有安全性、可靠性和质量保障机构，专门负责安全性管理、服务、培训和监督方面的工作。 　　随着系统安全的全面贯彻和实施，美国国防部分别于1977年和1984年颁发了MIL-STD-882A《系统及有关分系统和设备的系统安全大纲要求》和MIL-STD-882B《系统安全大纲要求》，把系统安全工作项目划分为系统和系统安全工程两大类。80年代中期以来，除了进一步加强安全性分析、设计和验证工作外，还综合运用人为因素分析、风险管理和定量风险评估等各种先进技术来预防事故发生，同时开始重视软件安全性问题；1987年在MIL-STD-882B的修订中，增加了软件安全性的工作项目，制定了MIL-STD-882C；随着系统安全工程的深入发展，90年代中期又颁布了MIL-STD-882D。 　　美国在90年代应用现代数学和计算机技术的成果开发了一系列模型和大量专家系统与仿真系统。编写了许多定性、定量分析的程序，大大缩短了分析时间。2003年美国国防部成立了国防安全监督委员会，要求国防部的武器系统项目管理人员更加重视安全性设计，把安全性设计综合到武器系统中，并将系统安全风险管理纳入整个系统工程和风险管理程序中。 1.2 前苏联／俄罗斯的武器系统安全性标准 前苏联／俄罗斯在航天领域很重视系统安全性工作，有专门的研究和管理机构，例如有力量雄厚的中央机械研究所负责航天型号的安全性、可靠性研究与审核，在型号研制中设有安全性副总师，他们在航天系统研制中主要负责以下工作：　　确定安全性、可靠性要求并确定相应的设计标准；对系统的选择进行安全性与可靠性比较和评价，从中选择最佳方案；研究系统在研制过程及生产、使用中的安全性保障措施；进行安全性设计复核及安全性地面验证试验并监督安全性要求的实施情况。 1.3 我国的武器系统安全性标准 1976年我国引进安全系统工程的研究方法，1980年科学院组建了系统工程研究所，随后成立了系统工程学会。1982年我国首次召开了安全系统工程讨论会，研讨安全系统工程发展方向并组织分工开展危险分析、事件树分析和故障树分析的初步研究。1990年我国颁发了GJB900-90《系统安全性通用大纲》，1992年发布了GJB1391《故障模式、影响及危害性分析程序》。要求在武器装备研制过程中推广故障模式影响分析技术。 2 武器系统安全工程的原理及分析方法 2.1 武器系统安全工程原理图 在武器系统的规划、设计、生产、试验、维修、使用和报废中都要注意安全，其原理图如图1所示。 图1武器系统安全工程原理图 2.2 武器系统安全分析的方法 武器系统安全分析是武器系统工程中主要内容之一，所谓武器系统安全，是指在某一系统中，在功能、时间、成本等规定条件下，使武器系统发生事故的概率及事故所造成的损失降到最低限度。 武器系统安全分析方法主要有：故障树分析法（FTA），故障模式、影响及危害性分析法（FMECA），潜在通路分析法（SCA），和定量风险评估法。 3 传爆药总体设计 传爆药在爆炸序列中起传递和放大爆轰的作用。传爆药在被引爆时要有适当的冲击波感度，在输出爆轰时要有较大的输出。同时作为起爆序列中的一个元件，又要求传爆药要有相当的钝感性。 传爆药的钝感性主要表现在烤爆试验和枪击试验两类，其试验项目分为安全性试验（快速烤爆、慢速烤爆）和易损性试验（撞击、枪击试验）。能同时满足烤爆和撞击试验的传爆药称为钝感传爆药，能满足烤爆试验但不能满足撞击试验的传爆药称为部分钝感传爆药。爆炸序列使用部分钝感传爆药时，需要使结构变化以满足钝感要求。 3.1 国外钝感传爆药 国内外常用（普通）传爆药有：钝化太安、钝化黑索今、PBXN-5、A5、CH-6、LX-14等。其中钝化太安的冲击波感度太高，应淘汰，其余均可使用，而且A5、PBXN-5是直列式爆炸序列的许用传爆药。但这此传爆药的撞击感度仍太大，还可能被枪弹、飞片等意外引爆，因此，还不是钝感传爆药。 美海军已完成的钝感传爆药有以下10种，其中前6种为压装的，后4种为注装的。 (1)、LX-14（N）（压装） (2)、PAX-2（压装） (3)、PAX-2A（压装） (4)、PBXW-9TYPEⅡ（Q）（压装） (5)、PBXW-11（压装） (6)、PBXP-31（压装） (7)、ERDCO-301（注装） (8)、OCTOL 85/15（注装） (9)、PBXC-129（Q）（注装） (10)、PBXN-110（注装） 其中PBXW-9TYPEⅡ（Q）、PBXW-11、PBXN-110、PBXC-129（Q）能满足安全性易损性要求，性能参数比目前所用传爆药略好些。PBXW-11的输出性能较好。 资料报导的钝感传爆药还有：PBX-9502、超细TATB和澳大利亚的一种钝感传爆药RDX（E级）/TATB/ELVax20（65/30/5）。 TATB炸药是一种可以在核武器中应用的钝感炸药，但TATB的某些性能不足以取代HMX，因此，需要研制具有高性能而又能抵抗偶然作用或殉爆引起爆炸的炸药。 NTO是一种高能钝感炸药，化学名称为3-硝基-1，2，4-三唑-5酮它是80年代中期开始研究的一种高能钝感炸药，其计算能量接近RDX，而感度接近TATB，具有较高的爆轰性能和较低的感度、价格低廉、制备容易、毒性小，与各种粘结剂相容等优点。 经小型感度试验和热实验表明，NTO是一种撞击感度低、耐热的化合物。目前已研究出NTO的各种配方，近几年来，法国火炸药公司一直在研究钝感、高能炸药，以及适合这些炸药的钝感传爆药。 NTO呈酸性，能与一价或二价金属形成稳定的盐。其酸性在一定程度上限制了它的应用。NTO的铵盐和乙二胺盐（分别称为ANTO和ENTC）可能是人们感兴越的炸药。ANTD和ENTO与硝酸铵形成低其熔混合物，共溶点均低于100℃，行为象单分子炸药。 美国制备了NTO的碱金属盐，并作了冲击感度和热感度试验。他们认为，NTO盐具有敏感猛炸药的性质，而没有起爆药的性质，难以点燃和传爆，在大多数情况下不能爆炸，只有适量的热输出。 NTO作为一种新型的高能、耐热、钝感炸药，越来越受重视，它的金属盐在起爆药、传爆药和炸药中也有特殊的用途。可作为一种不含叠氮化物、产气速度快、不爆轰、无毒的新型气体发生剂的含能组分。 以NTO为基的混合炸药主要有以下几种： (1)​ NTO与粘结剂组成的混合炸药 NTO可与粘结剂FPC-461、VitonA、Kel-F800、Estane、Kraton G配合组成塑料粘结炸药，没有发生不相容现象，它们的感度比NTO稍有降低。其中以FPC-461较好，如： X—0483： NTO/FPC-461 95/5 (2) NTO与TNT组成的混合炸药 X—0489： NTO/TNT 50/50 TNTO： NTO/TNT/Z/A1 40/30/10/20（钝感航弹用） (3) NTO与RDX、HMX组成的混合炸药 PBXW—122：NTO/RDX/A1/AP/粘结剂 47/5/15/20/13 PBXW—124：NTO/RDX/A1/AP/粘结剂 27/20/20/20/13 B2214（法）：NTO/HMX /粘结剂和其它 72/12/16 B3017（法）：NTO/粘结剂和其它 74/26 3.2 国内钝感传爆药 我国已完成了6种定型的传爆药，满足了当前型号产品的需要。聚黑-14、聚黑-6、聚奥-9Ⅰ型、聚奥-9Ⅱ型、聚奥-10、钝黑-5 。6种传爆药的性能如表1所示。 表1 6种以定性传爆药的性能一览表 3.3 传爆药结构设计 在使用部分钝感传爆药时，为实现爆炸序列的钝感化，可以采用自锻破片式爆炸序列和多点起爆爆炸序列。 自锻破片式爆炸序列是引信传爆药在半球形铝罩的顶部爆炸形成一小型自锻弹丸，利铝弹丸的高速撞击和伴随的铝自燃性能使主装药引爆。在引信受到外界撞击时，通常是非对称性（不正好是轴向）的，这时斜撞击将使引信传爆药变形、防止半球形罩的同步发射进入主装药，从而降低了使主装药起爆的可能性。 多点起爆爆炸序（见图3）是利用传爆药环的多点（如8个等距离爆轰点）起爆来聚集足够的能量使主装药爆轰。它依靠准确的同步性和对称性得到可靠的聚集能。当引信受到外界撞击时，该序列可能在爆轰之前变形，破坏了同步性和对称性，从而避免了主装药被引爆。 图2 多点同步起爆网络 图3 多点起爆爆炸序列 在增强传爆药的起爆能力（输出）方面，可以改变传爆药的结构形状。主要有三种方法： 一种办法是采用半球形传爆药（参见图4），与圆柱形传爆药相比，半球形传爆药的爆炸序列伸入到主装药内部较长，并且压力图形在整个输出表面更为一致。因此，传爆药量较少，但输出却较大。 图4 使用半球传爆药的爆炸序列 另一种办法是采用环状传爆药（参见图5）。其原理是：利用传爆药环的同步爆轰，使其爆轰产生的冲击波会聚到空腔中装填的主装药上，使之起爆，继而引爆整个主装药。由于“会聚效应”，可使传爆药量大大减少（可达68%）。其基本参数是： 传爆药环外径为主装药临界直径的0.5～1.0倍； 传爆药环内径为外径的0.5～0.8倍； 传爆药环高度为外径的0.5～1.0倍。 图5 使用传爆药环的爆炸序列 第三种办法是采用埋入反射筒（板）（参见图6）。其原理是：具有一个面向传爆药的高阻抗表面的筒或板，它将传爆药爆炸产生的正冲波进行全反射，导致传爆药与筒或板之间的主装药所受压力大大增加（为无反射装置的2倍），从而引爆这部分主装药，继而起爆整个主装药。这种筒或板结构具有聚能和定向作用。筒的形状要与传爆药的形状相同。高阻抗表面与传爆药相距为1/2～3/4的主装药临界直径。此外，在与传爆药相背的板或筒表面，应涂覆一层低阻抗材料，用以衰减外界撞击的作用。 图6 埋入式半球形反射板的爆炸序列