一种用于民防演练的炸点显示爆炸装置设计

谢俊磊，张怀智，曹宏安，郭胜强

（武汉军械士官学校，湖北 武汉，430075）

民防指的是政府动员和组织群众，采取防空袭、抗灾救灾措施、实施救援行动，以防范和减轻灾害危害的活动，是国家整体防御的重要组成部分。近年来很多城市加强了民防工作，定期开展民防演练，模拟战时场景，使演练人员进入战时状态，熟悉各类应急处理和整个应急行动的程序，明确自身的职责，提高协同作战的能力[1]。在民防演练过程中，炸点显示是其中一个重要环节。一般情况下，大规模军事演习炸点显示的爆炸装置主要使用雷管和猛炸药，虽然炸点显示效果较好，但对场地、组织实施、爆炸装置运输储存等都提出了很高的要求，潜在的风险非常大。因此，有必要设计出一种既安全可靠，又在声光色方面接近实战的炸点显示装置。

1 设计思路与总体要求

由于炸点显示爆炸装置主要用于民防演练，其安全性必须放在第一位，总体设计思路是高安全性、高可靠性、高逼真性，并在此基础上控制成本，简化结构设计[2-3]。设计的炸点显示爆炸装置主要由装药壳体、主装药、高能点火药组成。装药壳体通过一定结构设计使爆炸装置具有可现场装药、重复使用的特点，满足爆炸装置点火元件和能量元件在作业准备期间处于分离状态，在作业现场可快速组装，保证在整个演练过程安全可靠。主装药主要采用感度较低、比容大、安全性好的火药，在整个反应过程中以爆燃的形式产生爆炸效果，既可保证安全又可增强视听效果。高能点火药既要有较强的点火能力，能在瞬间点燃主装药，又要有较强的火焰感度以保证电点火头点火的可靠性，另外还要有较低的机械感度，以保证制作和操作过程的安全性。

主要技术要求：（1）安全性设计应符合相关技术标准；（2）勤务处理安全和使用安全；（3）现场装药设计，装药快捷、方便。（4）爆炸装置可满足重复使用；（5）炸点显示声、光、色效果逼真。

2 爆炸装置设计

2.1 爆炸装置结构

爆炸装置整体结构如图1所示：

图1 爆炸装置结构Fig.1 The structure of explosive device

从图1中可以看出炸点显示爆炸装置主要由装药壳体、主装药、高能点火药组成。壳体内装有主装药、点火药，纸板和填充物主要起密封、固定作用。

2.2 壳体设计

爆炸装置壳体设计是整个爆炸装置设计的重点，爆炸装置壳体的设计主要遵循安全可靠、方便实用的原则。壳体结构主要由上压盘、下压盘、筒体及纸板组成，纸板位于上、下压盘中间。筒体采用10mm厚无缝钢管加工而成，壳体抗压能力可达480MPa，可以承受主装药爆燃瞬间产生的高温高压火药燃气压力，保证爆炸装置的安全性，并可重复利用。筒体内径50mm，深度为80mm，可装药量为150g，保证了爆炸装置爆炸后的炸点显示效果。筒体口部采用上下叠加压盘，下压盘与筒体焊接在一起。炸点显示作业时，上下压盘用 4个螺栓螺结，上下压盘中间压装5mm厚硬纸板，用于密封固定筒体内所装填的主装药、点火药，具有安装、拆卸方便的特点。当主装药爆燃时，产生的高温高压气体从较为薄弱的上下压盘间纸板处泄压，产生猛烈的爆炸效果。

2.3 主装药的选择

主装药是整个爆炸装置的能量来源，是爆炸装置的重要组成部分，在主装药的选择上既要考虑装药的能量要大，保证装置爆炸时声、光、色效果，又要考虑安全因素，保证装药环节及起爆环节的安全性、可靠性。

在主装药的选择上，主要对高氯酸盐系列药剂、报废3/1单基药、报废双芳-3 16/1双基药、报废双铅-2推进剂进行了装药实验研究，实验结果见表1。

从表1中可以看出，报废单基药 3/1与其它实验药品相比具有较高的能量性质，爆热、爆温都高于其它火药样品，且单基药 3/1与双芳-3、双铅-2相比，颗粒较小，装药更为密实，作为爆炸装置主装药将具有更高的能量密度。单基药 3/1在军事上主要用作小口径弹药的药筒装药，具有较高的能量性质、较低的感度，使用安全性好。选用报废单基药 3/1作为爆炸装置主发装药既可以保证爆炸装置的能量性、装药安全性，又可以重新利用报废发射药，降低炸点显示装置成本，所以报废单基药3/1是爆炸装置主装药较好的选择。为了进一步提高本爆炸装置主装药的装药安全性，最终采用报废单基药 3/1与5%水混合作为主装药，经实验表明5%水的加入可以降低药粒间摩擦，消除静电，保证装药安全，且不影响主装药的点火性能及爆炸装置的炸点显示效果。

2.4 高能点火药的研制

高能点火药的作用是可靠点燃主装药，其既要有较高的火焰感度，在电点火头较小能量作用下能够可靠点燃，又要有较低的机械感度，保证制备和运输过程的安全性，还需具备较高的点火能量，保证对爆炸装置主装药的可靠点燃[4]。黑火药作为一种常规点火药，由于其发火点低、感度适中、燃烧速度快等特点，在军事领域得到了广泛的应用，但由于黑火药点火能力一般，吸水后作用可靠性降低，点火能力进一步下降，且黑火药机械感度大，会增加炸点显示装置装药过程的危险性，所以黑火药不适合作为该炸点显示装置点火药。

由于本炸点显示装置主装药有水的存在，且爆炸装置主要用于民防演练，安全性要求较高，这就对点火药的性能提出了更高要求，既要有较高的点火能力又要有较低的感度，兼顾作用可靠性和安全性。

针对本爆炸装置主装药特点，对高能点火药进行了研制，经实验证明，制备的点火药具有较强的点火能力，可以可靠点燃主装药，且机械感度低，使用安全性好。点火药配方及性能如表2～3所示。

表2 点火药配方Tab.2 Ignition powder formula

表3 点火药性能Tab.3 Ignition powder performance

表2中配方1为传统黑火药配方，配方2、配方3为研制配方。配方2在配方1的基础上加入Mg-Al合金粉，其爆热有很大程度的提高，比容较小，固体残渣率为13.2%，其点火能力比配方1有很大提高。这主要是因为Mg-Al合金粉为高能燃烧剂，它们的存在对点火药燃烧温度影响较大。由于镁、铝的耗氧量小，反应中单位质量所产生的热效应高，再加上铝氧化产物可与氧化氮等气体发生二次放热反应，使反应体系中放出的热量大大增加，从而提高点火药的燃烧温度。另外，反应过程中生成了一定量的高温凝聚相产物，这也是影响其点火距离和点火效率的重要因素。在点火过程中，该点火药生成大量的MgO、Al2O3以及熔融态K2O等灼热熔渣，通过燃烧过程中产生的N2、CO2、SO2等气体产物，抛撒在需要被点燃的物体表面，起到热传导和热辐射作用，从而大大增强了点火能力[5]。

配方 3是在配方 2的基础上加入硝化棉（C4H8N8O8）制得的，硝化棉除起到粘结剂作用外，还是重要的能量成分。从结果可以看出，配方3火药的爆热和比容与配方2相比有了进一步的提升。配方3中的硝化棉成分在燃烧过程中放出大量热量，还生成大量的气体产物。虽然残渣率有微量的减少，但并不影响其点火能力的增强，主要是因为其爆热和比容增大，可以进一步提升残渣的温度和进一步推动高能燃烧产物向前运动，所以配方3的点火能力与配方2相比有了进一步增强。实验证明，配方3可以可靠点燃主装药，因而最终选择配方3为炸点显示装置高能点火药。

2.5 工作原理及使用方法

本爆炸装置的工作原理为：电点火头在起爆器点火能量作用下作用，点燃高能点火药，高能点火药燃烧产生大量高温气体及高温残渣，高温残渣在高温气体推动下，瞬间均匀分散在主装药药粒周围；主装药在高温残渣作用下被点燃，并瞬间释放出大量高温高压气体；气体在爆炸装置筒体内急剧膨胀，压强可达176MPa，由于筒体为10mm厚钢管制成，承压能力较强，而上层纸板承压能力弱，高温高压气体瞬间压破纸板，从爆炸装置口部急剧释放，发出巨大的爆炸声和火光，并产生烟尘弥漫的效果，从而模拟 TNT炸药爆炸的炸点显示功能。由于主装药通过爆燃来模拟炸药爆炸效果，产生高温高压气体从爆炸装置口部释放，无硬质破片产生，所以爆炸装置可以重复利用，且安全可靠。

本爆炸装置使用方法为：进行演练前将制备好的点火药和电点火头制作成点火药柱；将报废3/1单基药与 5%水混合制备主装药，并装于木箱携带；到达炸点位置时，将主装药装入爆炸装置筒体内，点火药柱置于主装药中间，电点火头导线伸向筒体外；将纸板置于爆炸装置口部，安装上压盘，旋紧紧固螺钉，压紧纸板；在平整地面挖直径为12mm、深20cm柱形洞体，将制作好的爆炸装置置于其中。将电点火头脚线与起爆器线路连接，在合适时机进行炸点显示作业。

在爆炸装置作业过程中需注意：点火药柱制备及携带过程中电点火头两脚线要短接；携带过程中主装药最好装于木箱中，禁止装于塑料容器内，以防止静电引起火药燃烧；炸点位置要选择平整无石块区域，作业时，爆炸装置上面严禁撒落石块。

3 应用效果

本炸点显示爆炸装置在学校演练中得到多次应用，模拟战场爆炸环境，声、光、色效果理想，达到了演练要求。

演练时可采用3种模式模拟战场爆炸效果：（1）多个爆炸装置随机布点，间隔3～5s逐次起爆，可模拟小口径炮弹落入阵地爆炸效果；（2）5发爆炸装置环形布点，同步起爆，可模拟大口径炮弹落入阵地爆炸效果；（3）多个爆炸装置线形布点，间隔0.5～1.0s按顺序逐次起爆，可模拟敌机空中投弹效果。演练时可以采用时间可控点火器配合爆炸装置使用。

演练效果表明，本文所设计的炸点显示装置结构简单、操作方便、安全性高，单个炸点显示装置及多组配合使用可模拟不同战场爆炸环境，效果逼真，可有效增强演练场实战氛围。

4 结束语

本文所设计的爆炸装置适用于民防及军事院校进行的军事演练炸点显示作业，可以模拟爆炸效果，增强战场氛围。本爆炸装置可以进行串联或并联分组作业，在时间和空间分布上使模拟战场氛围更加逼真，在使用时还可以根据需要在主装药中加入爆鸣剂以增加爆炸装置的声音效果，还可在爆炸装置纸板上方设置烟尘包，以增加爆炸装置爆炸时的扬尘效果。

[1]刘翼,温建平.民防演练中炸点显示的爆破优化[J].火工品,2008(5):54-56.

[2]GJB 373A-97 引信安全性设计原则[S].国防科学工业技术委员会,1997.

[3]GJB 3794-98 手工布设武器安全性设计原则[S].国防科学工业技术委员会,1998.

[4]田春雷,高俊国,杜仕国，韩其文.一种新型高能点火药的配方设计及性能[J].火炸药学报, 2006, 29(1)：41-43.

[5]王寅,史春红,王丽霞，于国强,雷钰.TiHO/KClO4高能点火药研究[J].火工品, 2011(6)：34-36.