1、 概述
去年11月，國辦發(fā)〔2010〕53號(hào)文中取消個(gè)人燃放的內(nèi)筒型組合煙花產(chǎn)品，對(duì)煙花界產(chǎn)生很大的震驚，盡管后面安委辦〔2010〕30號(hào)文中沒再強(qiáng)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(xiǎn)性大的產(chǎn)品。但內(nèi)筒性組合煙花的危險(xiǎn)性不可忽視，內(nèi)筒性組合煙花燃放時(shí)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(shí)，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(qiáng)度，泥底強(qiáng)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(jì)引起的，為了更深入地了解炸筒原因，先對(duì)發(fā)射過程進(jìn)行分析。
2、 筒內(nèi)發(fā)射過程
引線點(diǎn)燃軍工硝，因?yàn)橛袃?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?xì)?，燃?xì)饬康脑黾邮箟毫ι?，?dǎo)致火藥氣體燃燒更猛烈，在壓力作用下，推動(dòng)內(nèi)筒加速運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)使壓力下降，當(dāng)二因素平衡時(shí)，壓力達(dá)到最大值，稱之為最大膛壓。內(nèi)筒運(yùn)動(dòng)到筒口瞬間，速度達(dá)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(tuán)同中央電視臺(tái)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(jī)拍下了筒內(nèi)發(fā)射的整個(gè)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(diǎn)燃發(fā)射藥到效果件推出筒口的時(shí)間不超過10ms；而沒裝內(nèi)巴的，開始點(diǎn)燃發(fā)射藥到效果件推出筒口的時(shí)間為30ms。2）、裝有內(nèi)巴的，火藥點(diǎn)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(diǎn)火慢，點(diǎn)燃大部分火藥需要20ms以上，效果件在膛內(nèi)運(yùn)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(dòng)能以及其他形式的次要能量，如后座動(dòng)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(yùn)動(dòng)是通過燃燒氣體壓力推動(dòng)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(dá)到或超過管壁材料的允許應(yīng)力時(shí)，即產(chǎn)生裂縫，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，導(dǎo)致炸筒。
3、 最大膛壓的影響因素
3．1、初始點(diǎn)火溫度，火藥形狀，裝填密度與容積，對(duì)最大壓力影響很大。點(diǎn)火過強(qiáng)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(shí)驗(yàn)中也可觀察到，當(dāng)發(fā)射藥量超量很多時(shí)，會(huì)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(shí)驗(yàn)，當(dāng)用高氯酸鉀配制發(fā)射藥時(shí)，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(chǎng)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(yùn)動(dòng)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(xiàng)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(dòng)。美國軍用標(biāo)準(zhǔn)中將壓力波強(qiáng)度作為槍炮裝藥安全性評(píng)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(diǎn)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?xì)怏w生成速率就越大，越易產(chǎn)生壓力波。
4．3、點(diǎn)火藥位置對(duì)裝藥的燃燒有極為重要的影響，迅速而分散的點(diǎn)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(qiáng)員工責(zé)任心和加大檢驗(yàn)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?yàn)槁┭b發(fā)射藥將導(dǎo)致100%炸筒。現(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(cè)設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行100%質(zhì)量檢驗(yàn)。
5．2、對(duì)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(jìn)行理論分析和試驗(yàn)論證。
5．3、建立外筒破裂強(qiáng)度的測(cè)試方法和筒內(nèi)燃?xì)鈮毫Φ臏y(cè)試方法，其結(jié)果可作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝藥設(shè)計(jì)安全評(píng)估的主要依據(jù)。
5．4、重視理論分析和研究，10000次試驗(yàn)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(yàn)只是種概率。
5．5、加大實(shí)驗(yàn)研究，建立各影響因素的數(shù)據(jù)庫，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及政府部門制訂法律法規(guī)和修訂國家標(biāo)準(zhǔn)《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(cè)試出筒內(nèi)的壓力—時(shí)間曲線，壓力—行程曲線，從而掌握筒內(nèi)燃?xì)鈮毫ψ兓?guī)律和內(nèi)筒運(yùn)動(dòng)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(jì)還是依靠經(jīng)驗(yàn)和大量的實(shí)驗(yàn)，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(jī)理，點(diǎn)火、傳火規(guī)律，燃?xì)馍梢?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(duì)彈道進(jìn)行計(jì)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(jì)算膛內(nèi)燃?xì)鈮毫ψ兓?guī)律和彈丸運(yùn)動(dòng)規(guī)律?；蛘叻催^來，已知口徑，彈丸質(zhì)量，初速及指定的最大膛壓條件下，計(jì)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(jì)算出膛內(nèi)壓力、彈丸速度等參數(shù)；通過測(cè)定壓力—時(shí)間和壓力—行程曲線，可以了解彈丸運(yùn)動(dòng)和裝藥燃燒的過程。為了設(shè)計(jì)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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