一种实装电爆装置强场电磁辐射安全裕度测试评估方法

摘要

本发明公开了一种实装电爆装置强场电磁辐射安全裕度测试评估方法，包括以下步骤：步骤一：在实验室条件下，设定环境温度为

说明书

技术领域

本发明涉及一种实装电爆装置强场电磁辐射安全裕度测试评估方法，属于军用设备技术领域。

背景技术

电爆装置常用于引燃火药、引爆炸药，还可以作为小型驱动装置，用以快速打开阀门、解除保险及火箭间分离等，在常规武器弹药、导弹、核武器及航空航天系统等军事工程中得以广泛应用；它是起爆与点火的最敏感的始发能源，其功能首发性和作用敏感性决定了其在武器系统中的地位和作用，其安全性和可靠性直接影响武器系统的安全性和可靠性。

电爆装置是弹药和导弹等武器装备的组成部件，单独的电爆装置与置于弹体内部、处于实装状态下的电爆装置电磁耦合特性相差巨大，如果只获取电爆装置自身的发火场强，则依然难以有效评估装备整体在强电磁辐射场作用下的安全性；然而，装备整体的线度往往较大（如火箭弹等），对其开展满足GJB1389A-2005规定电磁环境电平的整体电磁辐射试验十分困难，如果开展该类装备的安全裕度试验评估，所需电磁环境则更加难以模拟甚至在技术上无法实现；因此，如何克服不同因素对桥丝测温结果的影响，以电磁场辐射作用下电爆装置发火性能和桥丝温升测量结果为基础，提出实装状态下灼热桥丝式电爆装置强场电磁辐射安全裕度测试评估方法，是需要解决的关键技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种实装电爆装置强场电磁辐射安全裕度测试评估方法，为检验实装灼热桥丝式电发火、电起爆武器装备在极端恶劣电磁环境下的辐射安全性提供有效技术途径。

本发明的实装电爆装置强场电磁辐射安全裕度测试评估方法，包括以下步骤：

步骤一：在实验室条件下，设定环境温度为，对灼热桥丝式电爆装置进行电流注入或电磁脉冲注入效应试验，确定其50%发火激励参数及其对应的电爆装置裸露桥丝发火温升值；

步骤二：在实装状态下，环境温度为，开展低场强电磁辐射预试验，测试电爆装置裸露桥丝的温升值；

步骤三：外推得到电爆装置在实装工作状态下的发火场强；

步骤四：将与给定的预期工作环境场强相比较，计算确定实装工作状态下电爆装置的电磁辐射安全裕度。

进一步地，所述步骤一的具体操作步骤如下：选取多个数量的受试装备用电爆装置，所述的电爆装置包括引线，及设置于引线中的桥丝，及包裹于桥丝周围的药剂；在实验室条件恒温环境下进行电流注入或电磁脉冲注入效应试验，采用升降法（参见GJB/Z377A-94），借助统计学理论确定电爆装置的50%发火激励参数；去除电爆装置桥丝周围的药剂，将测温传感器贴近桥丝放置，根据受试电爆装置的50%发火激励参数，对裸露桥丝进行注入试验，测量与电爆装置50%发火激励对应的桥丝温度T₂；根据提出的裸露桥丝温升校准与预测模型，获取不同脉冲或连续波信号特征、不同环境温度下电爆装置50%发火激励对应的桥丝温度，从而得到相应电磁环境和环境温度下50%发火激励参数对应的电爆装置裸露桥丝发火温升值。

再进一步地，所述发火激励参数包括注入电流的幅值、电磁脉冲的脉宽、重复频率和幅值等。

进一步地，所述步骤二的具体操作步骤如下：将受试弹药或导弹整体置于电磁辐射场中，在实装状态下，环境温度为，开展低场强电磁辐射预试验；为保证实验过程的安全性，对弹药或导弹等装备进行改装，去除其后续传爆序列中的火炸药和电爆装置桥丝周围的药剂；改装过程中不能改变装备本身的电磁耦合特性，不改变电路结构、引线长度和空间位置；将测温传感器贴近桥丝放置，并将测温传感器与光纤测温试验配置连接，将桥丝测温信号通过光纤传输到光纤测温系统主机上，光纤测温系统主机上安装有光纤数据采集模块，光纤测温系统主机电连接至控制测试系统；

预试验中电磁辐射环境的构建包括两种方式：一种是在实验室条件下模拟产生所需电磁环境；另一种是直接使用实装雷达或高功率微波武器等设备对受试对象进行电磁辐射；预试验时合理选择电磁辐射场强的大小，并将辐射场强大小记为E_L，保证桥丝温升测试值的准确性；在GHz频段，考虑到能够构建的强电磁场辐射范围有限，将发射天线瞄准弹体的重点部位进行辐照，找到受试装备的最敏感状态；在受试装备的最敏感状态下开展低场强电磁辐射预试验，测试电爆装置裸露桥丝的温度，则在低场强E_L电磁辐射下电爆装置裸露桥丝的温升值为。

进一步地，所述步骤三的具体操作步骤如下：在绝热或者热平衡条件下，输入电流和桥丝温升两者之间的关系均满足I²正比于；而外界辐射场强与桥丝输入电流之间是线性关系；因此，灼热桥丝温升与外界辐射场强平方值也成正比关系；根据灼热桥丝温升与外界辐射场强平方值成正比的性质，将预试验得到的温升进行线性外推；已知温升对应的辐射场强值为E_L，若受试电爆装置50%发火场强对应的桥丝温升为，则外推获取其50%发火场强为

；

根据上述公式计算得到电爆装置在实装工作状态下的发火场强。

进一步地，所述步骤四的具体操作步骤如下：将与给定的预期工作环境场强E_b相比较，根据GJB>

安全裕度=，单位：dB。

本发明与现有技术相比较，本发明的实装电爆装置强场电磁辐射安全裕度测试评估方法，从灼热桥丝式电爆装置发火机理出发，采用光纤测温的方法测试评估电爆装置的电磁辐射安全性，不仅与其发火机理紧密贴合，能够准确反映其发火特性，而且桥丝温升测量与辐射频率几乎没有关系，能够克服电磁辐射频率对试验结果的影响，可以解决GHz以上频率的电爆装置电磁安全性测试问题，有效拓展适用频率上限；基于电爆装置强场电磁辐射效应等效试验方法，将置于装备内部、处于实装状态下的电爆装置作为受试对象，确定其电磁辐射敏感条件，提出了电爆装置在实装状态下的强场电磁辐射安全裕度测试评估方法，为检验实装灼热桥丝式电发火、电起爆武器装备在极端恶劣电磁环境下的辐射安全性提供有效技术途径。

附图说明

图1是本发明的电爆装置结构示意图。

图2是本发明的电爆装置裸露桥丝温升测量设置结构示意图。

图3是本发明的光纤测温试验配置结构示意图。

附图中各部件标注为：1-引线，2-桥丝，3-药剂，4-测温传感器，5-光纤测温系统主机，6-光纤数据采集模块，7-控制测试系统。

具体实施方式

本发明的实装电爆装置强场电磁辐射安全裕度测试评估方法，包括以下步骤：

步骤一：在实验室条件下，设定环境温度为，对灼热桥丝式电爆装置进行电流注入或电磁脉冲注入效应试验，确定其50%发火激励参数及其对应的电爆装置裸露桥丝发火温升值；

步骤二：在实装状态下，环境温度为，开展低场强电磁辐射预试验，测试电爆装置裸露桥丝的温升值；

步骤三：外推得到电爆装置在实装工作状态下的发火场强；

步骤四：将与给定的预期工作环境场强相比较，计算确定实装工作状态下电爆装置的电磁辐射安全裕度。

所述步骤一的具体操作步骤如下：选取多个数量的受试装备用电爆装置，如图1所示，所述的电爆装置包括引线1，及设置于引线1中的桥丝2，及包裹于桥丝2周围的药剂3，在实验室条件恒温环境下进行电流注入或电磁脉冲注入效应试验，采用升降法（参见GJB/Z377A-94），借助统计学理论确定电爆装置的50%发火激励参数；如图2所示，去除电爆装置桥丝2周围的药剂3，将测温传感器4贴近桥丝2放置，根据受试电爆装置的50%发火激励参数，对裸露桥丝进行注入试验，测量与电爆装置50%发火激励对应的桥丝温度T₂；根据提出的裸露桥丝温升校准与预测模型，获取不同脉冲或连续波信号特征、不同环境温度下电爆装置50%发火激励对应的桥丝温度，从而得到相应电磁环境和环境温度下50%发火激励参数对应的电爆装置裸露桥丝发火温升值。

所述发火激励参数包括注入电流的幅值、电磁脉冲的脉宽、重复频率和幅值等。

所述步骤二的具体操作步骤如下：将受试弹药或导弹整体置于电磁辐射场中，在实装状态下，环境温度为，开展低场强电磁辐射预试验；为保证实验过程的安全性，对弹药或导弹等装备进行改装，去除其后续传爆序列中的火炸药和电爆装置桥丝周围的药剂；改装过程中不能改变装备本身的电磁耦合特性，不改变电路结构、引线长度和空间位置；如图3所示，将测温传感器4贴近桥丝2放置，并将测温传感器4与光纤测温试验配置连接，将桥丝2测温信号通过光纤传输到光纤测温系统主机5上，光纤测温系统主机5上安装有光纤数据采集模块6，光纤测温系统主机5电连接至控制测试系统7；

预试验中电磁辐射环境的构建包括两种方式：一种是在实验室条件下模拟产生所需电磁环境；另一种是直接使用实装雷达或高功率微波武器等设备对受试对象进行电磁辐射；预试验时合理选择电磁辐射场强的大小，并将辐射场强大小记为E_L，保证桥丝温升测试值的准确性；在GHz频段，考虑到能够构建的强电磁场辐射范围有限，将发射天线瞄准弹体的重点部位进行辐照，找到受试装备的最敏感状态；在受试装备的最敏感状态下开展低场强电磁辐射预试验，测试电爆装置裸露桥丝的温度，则在低场强E_L电磁辐射下电爆装置裸露桥丝的温升值为。

常用灼热桥丝式电爆装置的桥丝材料主要是镍铬合金6J20、6J10，其电阻温度系数很小，约为7×10^-5℃^-1，而一般药剂的发火温度小于1000℃，在实验误差范围内，可认为桥丝阻值不随温度升高变化；由于外界激励信号特征的不同，桥丝可能在绝热或者热平衡两种条件下升温；

在绝热条件下，桥丝产生的热量为，其中I为桥丝的激励电流，R为桥丝阻值，t₀为作用时间；根据能量守恒定律，这部分热量全部用于桥丝温升，因而得到：

； （1）

其中c、m和分别为桥丝的比热、质量和温升；由上式知，电流的平方与桥丝温升成正比例关系；

在热平衡条件下，桥丝产生的热量除用于桥丝温升外还有一部分传导至外部介质，根据傅里叶定律，桥丝散失的热量正比于垂直于该截面方向上的温度梯度dT/dr和截面面积S，即

； （2）

其中k为介质的传热系数，在理想条件下，桥丝温升（即桥丝温度与环境间温差）与dT/dr间为积分关系，因此可得与同样成正比关系，即

； （3）

其中为比例系数，由式（1）和（3）可知，对于不同的环境温度、不同直流强度和射频辐射场强，在热平衡条件下，输入电流和桥丝温升两者之间的关系均满足I²正比于；

综上，在绝热或者热平衡两种条件下，桥丝上的输入激励电流和桥丝温升两者之间的关系均满足I²正比于；这一结论为实装状态下灼热桥丝式电爆装置电磁辐射安全裕度评估中采用的线性外推思想提供了理论依据。

所述步骤三的具体操作步骤如下：由上述理论可知，在绝热或者热平衡条件下，输入电流和桥丝温升两者之间的关系均满足I²正比于；而外界辐射场强与桥丝输入电流之间是线性关系；因此，灼热桥丝温升与外界辐射场强平方值也成正比关系；根据灼热桥丝温升与外界辐射场强平方值成正比的性质，将预试验得到的温升进行线性外推；已知温升对应的辐射场强值为E_L，若受试电爆装置50%发火场强对应的桥丝温升为，则外推获取其50%发火场强为

；（4）

根据上述公式计算得到电爆装置在实装工作状态下的发火场强。

所述步骤四的具体操作步骤如下：将与给定的预期工作环境场强E_b相比较，根据GJB>

安全裕度=，单位：dB。（5）

本发明的实装电爆装置强场电磁辐射安全裕度测试评估方法，从灼热桥丝式电爆装置发火机理出发，采用光纤测温的方法测试评估电爆装置的电磁辐射安全性，不仅与其发火机理紧密贴合，能够准确反映其发火特性，而且桥丝温升测量与辐射频率几乎没有关系，能够克服电磁辐射频率对试验结果的影响，可以解决GHz以上频率的电爆装置电磁安全性测试问题，有效拓展适用频率上限；针对现有实验条件下难以客观评价电爆装置电磁辐射发火性能的技术难题（标准中规定的场强指标是目前实验室条件无法达到的，单纯依靠提高试验设备的辐射功率进行效应试验遇到了技术瓶颈），基于电爆装置强场电磁辐射效应等效试验方法，将置于装备内部、处于实装状态下的电爆装置作为受试对象，确定其电磁辐射敏感条件，提出了电爆装置在实装状态下的强场电磁辐射安全裕度测试评估方法，为检验实装灼热桥丝式电发火、电起爆武器装备在极端恶劣电磁环境下的辐射安全性提供有效技术途径。

上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。