火工品第十二先进火工品技术

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1、第十二章先进火工品技术目录12.1激光点火技术12.2激光起爆技术12.3半导体（SCB）桥12.4爆炸网络12.5直列式火工品12.6MEMS火工品12.7先进火工品发展趋势光不受电磁波的影响光纤传输与电绝缘结构简单系统质量轻排除桥腐蚀失效后电阻效应12.1激光点火（1）选择用光纤传输的激光作为点火能源的理由（2）激光点火原理当激光作用于药剂表面时，一部分能量被反射，另一部分能量入射到药剂表面，并在极薄的表面药层内被吸收，这种吸收和反射主要取决于药剂的光学性质。由于光热效应，药剂所吸收的激光能量转化为热量，使其表面温度上升，发生热分解，甚至出现

2、不可逆的燃烧化学反应。典型的激光点火曲线（3）激光点火过程的三阶段含能材料吸收入射激光能量，因为光热效应，药剂表面被加热；含能材料因为被加热，发生凝聚相化学反应，温度继续升高；不仅药剂表面发生凝聚相化学反应，而且表面上方也存在气相化学反应，这一阶段认为点火已经发生。初始条件：t=0,T=T0(x>0)边界条件：x=0，（t>0）式中：I-炸药表面处激光束能量密度；α-炸药对激光的吸收系数。（4）激光点火过程中的热平衡方程（5）激光点火/起爆系统的组成激光器聚焦透镜光纤耦合器激光点火/起爆器驱动电源保险与解除保险装置（6）激光点火器类型(a)插入式

3、耦合(b)接触式耦合(c)间接式耦合1－点火药2－壳体3－光纤4－透窗132131234阶跃光纤：纤芯的折射率是常数梯度光纤：纤芯折射率由轴心沿径向逐渐减小自聚焦特点（7）光纤类型激光直接辐射含能材料的原理示意图（8）激光与含能材料作用类型激光间接辐射含能材料的原理示意图激光束烧蚀镀在透窗表面上的金属膜原理图（等离子体）（9）激光点火器设计1.激光点火器结构设计三种结构的优缺点2.激光点火器装药设计美军标MIL－STD－1901中B/KNO3是直列式点火系统唯一的许用点火药，因此激光点火器装药首选B/KNO3。装药设计包括：配比、压药压力、粒度及

4、掺杂等。（a）B/KNO3配比设计压力/MPa配比/W%掺杂/W%功率阈值/W激光点火时间/ms桥丝点火时间/ms10024:760.196.82810033:670.213.615.310043:570.254.415.610033:673%碳黑0.162.5配比对B/KNO3感度和点火时间的影响（b）B/KNO3装药粒度和压药压力设计压药压力/MPa12.537.7100粒度/μm202011.520阈值功率/W0.460.29点火时间/ms3.73.43.6配比=33:67（c）其它点火药的激光点火特性药剂压力/MPa激光点火感度/W点火时

5、间/msC/S/KNO3700.0865.47Pb2[Fe(CN)4]/KClO4450.2820.42Zr/KClO4800.271.84（10）激光点火系统参数对点火特性的影响1.激光功率、波长和脉宽（激光参数）对点火特性的影响功率大，表示单位时间内激光器传递给药剂的能量多，药剂表面得热速率较大。因此，可以缩短点火时间。但是随着功率增大，存在一个最小值。药剂对激光能量的吸收具有波长选择性。对B/KNO3点火药，分别用808nm和980nm的激光进行试验，对应的功率阈值分别为0.32W和0.67W。如果点火时间小于激光的脉宽，则脉宽的大小对点火

6、时间没有影响；反之，则脉宽长，点火时间短。2.能量损耗对激光点火系统的影响对于用光纤传输能量的激光点火系统来说，能量的损耗主要有：激光器－光纤耦合损耗、光纤传输损耗、光纤－光纤耦合损耗、光纤输出端面质量造成的损耗等。前两个主要取决于激光器和光纤的制造水平，因此，在设计系统时，重点考虑后两种损耗对激光点火性能的影响。3.光纤直径对点火特性的影响光纤直径/μm点火阈值/mJ能量密度/J.cm-2点火时间/ms偏差/ms10019.40247.1326.033.5420042.98136.8825.583.35400105.7284.1734.494.

7、67600235.8683.4232.724.74激光器：1.06μm钕玻璃激光器，脉宽2.4ms4.激光点火系统可靠性裕度确定激光点火系统的可靠性大于0.999根据国外的经验，高可靠性下的刺激量的确定是通过裕度系数来保证的。对激光点火器而言，裕度系数为2时就能可靠发火。对系统而言，需考虑光纤损耗、接头损耗、耦合损耗对点火器的作用裕度后，才能得到系统作用可靠的激光能量。经折算，激光器功率约为点火器点火阈值的10倍时，激光点火系统才保证可靠作用。5.激光点火与桥丝点火性能的比较药剂Pb2[Fe(CN)4]/KClO4Ti/KClO4B/KNO3B/

8、BaCrO激光点火时间/ms0.421.22.838桥丝点火时间/ms4.164.1631.220二极管激光器12.2激光起爆技术（1）