1、 概述
去年11月,國辦發(fā)〔2010〕53號文中取消個人燃放的內(nèi)筒型組合煙花產(chǎn)品,對煙花界產(chǎn)生很大的震驚,盡管后面安委辦〔2010〕30號文中沒再強調(diào),提及的是禁止生產(chǎn)藥物敏感度高、藥量大、燃放無固定軌跡等危險性大的產(chǎn)品。但內(nèi)筒性組合煙花的危險性不可忽視,內(nèi)筒性組合煙花燃放時最可怕的是出現(xiàn)炸筒,炸筒將引起內(nèi)筒軌跡改變,沖炸人員,產(chǎn)品藥量大時,還可能引發(fā)殉爆。影響炸筒的因素有很多,如漏裝發(fā)射藥,外筒強度,泥底強度,發(fā)射藥的猛度、吸濕性、藥量,內(nèi)筒的裂紋、變形、中間泥的狀態(tài),開苞炸藥的猛度及藥量,內(nèi)外筒的間隙,內(nèi)筒的重量等,有些是操作工過失引起的,有些是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和裝藥設(shè)計引起的,為了更深入地了解炸筒原因,先對發(fā)射過程進行分析。
2、 筒內(nèi)發(fā)射過程
引線點燃軍工硝,因為有內(nèi)紙巴封閉,火藥在較小的藥室空間內(nèi)燃燒而不斷產(chǎn)生高溫燃氣,燃氣量的增加使壓力升高,導(dǎo)致火藥氣體燃燒更猛烈,在壓力作用下,推動內(nèi)筒加速運動,以致內(nèi)筒后部空間不斷增加。火藥燃燒生成氣體使壓力上升,而內(nèi)筒運動使壓力下降,當(dāng)二因素平衡時,壓力達到最大值,稱之為最大膛壓。內(nèi)筒運動到筒口瞬間,速度達最大值,稱之為初速,初速是決定內(nèi)筒發(fā)射高度的最主要參數(shù)。去年初,李渡煙花集團同中央電視臺一起,在30mm內(nèi)徑的透明管中裝配發(fā)射藥和效果件,用高速攝像機拍下了筒內(nèi)發(fā)射的整個過程。攝像記錄下的現(xiàn)象如下:1)、裝有帶孔內(nèi)巴的,開始點燃發(fā)射藥到效果件推出筒口的時間不超過10ms;而沒裝內(nèi)巴的,開始點燃發(fā)射藥到效果件推出筒口的時間為30ms。2)、裝有內(nèi)巴的,火藥點火燃燒均勻,高溫高壓氣體火焰始終在效果件的底部,效果件膛內(nèi)彈道穩(wěn)定;速度很快;而沒有裝內(nèi)巴的,由于藥室空間大,壓力小,點火慢,點燃大部分火藥需要20ms以上,效果件在膛內(nèi)運行速度慢,火焰將效果件包圍并先排出筒口。3)、引線孔跑出的火焰很少,能量損失可忽略;4)、效果件出筒后,火焰氣體仍源源不斷地從筒內(nèi)噴出,大約持續(xù)50ms,說明火藥的內(nèi)能一部分轉(zhuǎn)化為效果件的動能以及其他形式的次要能量,如后座動能和熱散失等,還有相當(dāng)一部分沒有轉(zhuǎn)換,以很高溫度與壓力的狀態(tài)從筒口排出。
效果件的發(fā)射運動是通過燃燒氣體壓力推動的,膛內(nèi)的壓力不僅決定效果件的初速,也是導(dǎo)致炸筒的最主要因素之一,當(dāng)膛內(nèi)最大壓力達到或超過管壁材料的允許應(yīng)力時,即產(chǎn)生裂縫,裂縫進一步擴展,導(dǎo)致炸筒。
3、 最大膛壓的影響因素
3.1、初始點火溫度,火藥形狀,裝填密度與容積,對最大壓力影響很大。點火過強是造成膛內(nèi)氣體壓力驟然增高的原因之一。
3.2、裝藥量增加,火藥氣體總能量增加,將使最大壓力增加。實驗中也可觀察到,當(dāng)發(fā)射藥量超量很多時,會出現(xiàn)炸筒現(xiàn)象。
3.3、火藥力增加也就是火藥能量的增加,火藥力每增加10%,最大壓力大約可增加20%。我們也做過這方面的實驗,當(dāng)用高氯酸鉀配制發(fā)射藥時,很容易炸筒。
3.4、彈丸質(zhì)量增加,表示彈丸的慣性增加,必然導(dǎo)致最大壓力的增加?,F(xiàn)在市場上有些內(nèi)筒做到2英寸以上,質(zhì)量有些上百克,帶來極大的炸筒、殉爆安全隱患。
3.5、藥室容積的減小,將使最大壓力增加。
3.6、外紙巴和效果件同外筒內(nèi)壁配合的越緊,阻力越大,使效果件開始運動瞬間的壓力增加,從而使最大壓力也增加。
??? 除上述影響膛內(nèi)最大壓力的因素外,在槍炮內(nèi)彈道研究中,還有一項導(dǎo)致膛脹、膛炸的主要因素:壓力波,壓力波指的是在彈底和膛底來回傳播的壓力波動。美國軍用標準中將壓力波強度作為槍炮裝藥安全性評估的主要參數(shù)。
4、壓力波的影響因素
4.1、不均勻的局部點火容易產(chǎn)生大幅度的壓力波。
4.2、 初始燃燒表面愈大,燃燒速度越快,初始氣體生成速率就越大,越易產(chǎn)生壓力波。
4.3、點火藥位置對裝藥的燃燒有極為重要的影響,迅速而分散的點火有利于降低壓力波。
5、炸筒預(yù)防措施
5.1、工藝操作中的安全質(zhì)量缺陷,可以通過加強員工責(zé)任心和加大檢驗力度來預(yù)防;裝藥、壓泥底盡量采用工裝設(shè)備,減少人為因素,因為漏裝發(fā)射藥將導(dǎo)致100%炸筒?,F(xiàn)在成品質(zhì)量控制一般采用的是破壞性抽檢,不能保證所有產(chǎn)品裝配質(zhì)量都合格,有條件的話,可采用無損檢測設(shè)備對產(chǎn)品進行100%質(zhì)量檢驗。
5.2、對組合煙花結(jié)構(gòu)和裝藥方式的改變,新發(fā)射藥的應(yīng)用,一定要多方面進行理論分析和試驗論證。
5.3、建立外筒破裂強度的測試方法和筒內(nèi)燃氣壓力的測試方法,其結(jié)果可作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝藥設(shè)計安全評估的主要依據(jù)。
5.4、重視理論分析和研究,10000次試驗沒出現(xiàn)安全問題,并不代表10001次不出現(xiàn)安全問題,經(jīng)驗只是種概率。
5.5、加大實驗研究,建立各影響因素的數(shù)據(jù)庫,為產(chǎn)品設(shè)計以及政府部門制訂法律法規(guī)和修訂國家標準《組合煙花》提供技術(shù)支撐。比如在不同內(nèi)筒重量、內(nèi)外筒間隙、發(fā)射藥藥型及藥量、紙墊規(guī)格、筒高等條件下,測試出筒內(nèi)的壓力—時間曲線,壓力—行程曲線,從而掌握筒內(nèi)燃氣壓力變化規(guī)律和內(nèi)筒運動規(guī)律。
6、結(jié)束語
目前煙花產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和裝藥設(shè)計還是依靠經(jīng)驗和大量的實驗,而在軍用上,已建立了槍炮內(nèi)彈道學(xué)比較完善的理論,研究了火藥的熱化學(xué)性質(zhì),燃燒機理,點火、傳火規(guī)律,燃氣生成規(guī)律,膛內(nèi)能量轉(zhuǎn)換及傳遞的熱力學(xué)現(xiàn)象等,建立了反映內(nèi)彈道過程中物理化學(xué)性質(zhì)的內(nèi)彈道數(shù)學(xué)模型。有了這些數(shù)學(xué)模型,或者稱之為內(nèi)彈道基本方程,可以對彈道進行計算,即已知槍炮內(nèi)膛結(jié)構(gòu)諸元(如藥室容積,彈丸行程等)和裝填條件(如裝藥質(zhì)量、彈丸質(zhì)量、火藥形狀和性質(zhì)),計算膛內(nèi)燃氣壓力變化規(guī)律和彈丸運動規(guī)律。或者反過來,已知口徑,彈丸質(zhì)量,初速及指定的最大膛壓條件下,計算出能滿足上述條件的內(nèi)膛構(gòu)造條件和裝藥條件;通過求解內(nèi)彈道方程組,可以計算出膛內(nèi)壓力、彈丸速度等參數(shù);通過測定壓力—時間和壓力—行程曲線,可以了解彈丸運動和裝藥燃燒的過程。為了設(shè)計安全、可靠、精確的煙花產(chǎn)品,其研究方向在于軍工技術(shù)和理論的應(yīng)用。
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