國外火工品“三化”及標準分析研究

趙成森 任煒 張蕊 紀向飛 陳京生

（1 中國兵器工業標準化研究所，北京，100089；2 陜西應用物理化學研究所，西安，710061）

文 摘：火工品是武器裝備作戰使用中必備的部分，其作用是以較小能量激發其內裝藥劑產生燃燒或爆炸，以其燃燒火焰、爆炸沖擊波、高壓燃氣等實現點火、起爆、做功等預定功能。文章以美國航天用和軍用火工品為例，介紹國外火工品“三化”的發展歷程，分析了MIL-STD-320A、MIL-HDBK-145、MIL-HDBK-777 等火工品相關標準，提出火工品“優化產品體系結構、精干型譜系列”的思路，為火工品的通用化和系列化標準構建提供借鑒。

火工品應用平臺多、用量大、種類豐富，其發展整體呈現出“種類繁雜、型號眾多、結構相似、性能相近、從屬配套”的特點。產品種類豐富在某種程度上也會導致產品品種繁雜、數量龐大、配套效率低等問題，并嚴重影響了火工品產品可靠性積累和自動化制造。在火工品的“三化”（通用化（標準化）、模塊化、系列化）中，通用化是火工品“三化”的基礎，構建通用化火工品的標準，是火工品實現“三化”重要步驟，通用化和模塊化是火工品實現數字化設計和智能化制造的前提，火工品的系列化是滿足各類武器裝備使用的要求。

1 國外火工品“三化”的發展

世界范圍內，先后出現了機械、電熱、半導體橋、爆炸箔和激光等火工品類型，且每類火工品技術的發展都是在武器裝備需求的牽引和工業技術的推動下實現的。國外火工品“三化”工作主要包括兩個方面：①針對老產品進行技術革新；②發展新技術產品進行升級換代。筆者以美國為例，首先介紹國外火工品技術“三化”的發展歷程。

1.1 美國火工品的通用化和系列化

火工品在航天領域應用廣泛，美國NASA 對于火工品的“三化”特別重視。資料表明，火工品通用化最早源于上世紀60 年代美國航天領域，主要通過研制和使用標準化的基型產品來實現。

NASA 1 號是一種標準電起爆器，是最典型的通用火工品（基型火工品）。該產品伴隨登月計劃而誕生，是目前美國所有載人及非載人航天器用火工裝置的首選標準產品，廣泛用于起爆保險/解除保險裝置內的火工品序列、密閉導爆管歧管、切割分離組件、傳爆藥藥管、壓力藥筒等。NASA標準雷管是美國航天標準化的另一個產品，被作為政府采購元件供應給所有客戶，常用于起爆聚能裝藥組件和多種火工閥門驅動藥筒。

上世紀90 年代，NASA 與國防部和能源部通過 《NASA 航空宇航火工驅動系統規劃》 專項，開展了系列標準火工品的研制。該計劃中涉及的標準火工品包括：標準氣體發生器、標準線形分離系統、標準激光二極管保險/解除保險裝置、標準激光雷管和標準激光起爆器等[1]。通過該計劃實施，發展改進了火工品的設計方法、相關標準及規范，建立了標準火工品系列、標準測試方法、火工品數據庫及標準產品仿真模型等，使美國的火工品基本實現了標準化和系列化，有效提升了NASA 火工品在航天領域的安全性可靠性及配套能力，推動了美國航天技術的發展。

美國軍用火工品的標準化歷程與航天火工品類似。20 世紀50～60 年代美軍火工品也出現過型號雜亂、品種繁多的問題。70 年代后，出現了基型產品，并通過對基型產品的標準化，逐步將火工品的種類和型號進行了系列化，以滿足武器彈藥發展需要。具有代表性的基型火工品包括M55針刺雷管、M94針刺雷管、M84電雷管、M100 獨腳電雷管、愛國者防空導彈用MK71 電雷管、T20E1 電雷管等[2]。美國每種基型雷管通?？裳b備數十種彈藥，且越來越多的彈藥引信采用同一種或性能指標相近的通用型雷管。不僅提高了火工產品的通用化程度，還有利于產品優化、性能改進、降低成本、提高戰時供給效率。

1.2 火工藥劑的通用化和系列化

火工藥劑是火工品的核心?；鸸に巹┓N類繁多，僅起爆藥就涉及50 種，火工藥劑的標準化是評價火工藥劑的依據。國外針對通用型火工品藥劑設計、研制與評價，已開展大量系統研究工作，發展了鋯/高氯酸鉀（ZPP）、硼/硝酸鉀（BPN）、鋯粉/氧化鐵/硅藻土（A-1A）、硼/鉻酸鋇、鋁/高氯酸鉀、鎂/聚四氟乙烯，2，4，6—三硝基間苯二酚鉛（LNTR）、疊氮化鉛（LA），高氯酸·四氨·雙（5—硝基四唑）合鈷（III）（BNCP）、六硝基茋—Ⅳ（HNS—Ⅳ）等10 種標準藥劑[4]。

1992 年，美軍標MIL-STD-1901 《火箭彈和導彈發動機點火系統設計安全準則》 明確將符合MIL-P-46994B 《硼/硝酸鉀點火藥?！?要求的藥劑列為直列式安全起爆與點火序列的標準許用藥劑。在標準型起爆藥方面，BNCP 是美國能源部研發的一種性能優異的新型安全鈍感起爆藥，具有安全、鈍感、耐熱、抗靜電性能。對火焰、電橋絲均有較好的感度，且燃燒轉爆轟（DDT）時間短，輸出威力大，同時，BNCP 的合成、制造和勤務處理安全性較常規起爆藥也有所提高。因此，國外已將其作為激光、半導體橋雷管的始發藥大量使用。在直列式起爆藥方面，國外廣泛采用熱穩定性、僅對短脈沖沖擊波敏感的HNS 鈍感高能炸藥作為爆炸箔起爆器裝藥，并形成美軍標MIL-E-82903 等HNS 制造工藝標準與規范。

2 國外火工品相關標準

美國國防部標準化文件有76 大類、602 小類，火工品及其相關專業的美國軍用標準和國防部標準基本都在13 大類（彈藥和炸藥類）的22個小類中[5]?；鸸て访儡姌擞斜容^完整的層次劃分和比較合理的標準體系：①第一層為基礎標準，包括名詞術語、尺寸系列，如MIL-STD-320A 《引信爆炸元件的術語、尺寸和材料》；②第二層為設計、設計鑒定、通用要求等規范或標準，如MIL-I-23659 《電起爆器通用設計規范》、MIL-STD-1901 《火箭彈和導彈發動機點火系統設計安全準則》、DOD-E-83578 《航天飛行器爆炸系統和裝置要求》 等；③第三層為試驗及檢驗方法標準，如MIL-STD-322 《電起爆爆炸元件的基本鑒定試驗》、MIL-STD-1576 《航天系統用電爆分系統的安全性要求和試驗方法》、MILSTD-331C 《引信、引信零部件的環境與性能試驗》 等；④第四層為型號產品標準，如各類雷管、點火器、導爆管等火工品及各類火工品用藥劑等，這類標準數量最多，約占總標準數量的90%；⑤第五層為原材料標準，主要是制造火工品藥劑用的原材料和火工品裝配用的有關材料。

美軍標在標準制定伊始就比較注重通用化和系列化要求，把“三化”的理念融入到標準中，并且標準之間相互補充、相互配合，協調性、一致性較好，共同構成了軍用火工品“三化”標準體系。

目前，火工品相關的美國軍用標準有220 余項（不含火工藥劑），重要的型號產品均以軍標的形式發布。標準中技術指標和試驗驗收相對較全，設計要求如裝藥參數、輸入可靠性計算、材料要求等在部分產品軍標中有所反映。以下對幾個重點標準進行分析。

2.1 MIL-STD-320A 《引信爆炸元件的術語、尺寸和材料》

該標準于1958 年首次發布，標準代號為MILSTD-638，1962年修訂為MIL-STD-320，1975年兩次修訂MIL-STD-320A，1987 年發布了更改通知。

該標準規定，針刺、火焰和電，這3 類爆炸元件的管殼直徑相同，有利于模具通用，便于生產管理，有利于戰時動員，便于批量生產。按標準規定發展產品，可減少品種，提高產品通用化程 度。MIL-STD-320A 與MIL-STD-320 的 主 要差異是增加了爆炸元件尺寸系列，如電起爆爆炸元件的直徑系列由8 個增加至11 個，長度系列由13 個增加至19 個。從該標準的修訂情況可以看出，隨著武器裝備的發展，為滿足新的要求，必然要研制新的產品，這就需要不斷擴大系列。從這個意義上講，產品系列化并不是簡單的減少品種，而是應該按照規定的合理的尺寸系列發展品種。由于有合理的尺寸系列要求，在火工品設計研發時自然可減少品種，在武器彈藥裝配時自然可以提高產品的通用化程度。

2.2 MIL-HDBK-145 《引信目錄 采購制式和在研的引信》

從美軍引信目錄MIL-HDBK-145 可以看出，合理的尺寸系列保證了火工品各類引信對火工品的應用要求。MIL-HDBK-145 中規定電雷管直徑系列有11 個，但在70 多種引信中只使用了3 個系列；針刺雷管直徑系列7 個，但在23 種引信中只使用了2 個系列。有的雷管在引信中具有很強的通用性，如M100電雷管（尺寸Φ2.5mm×6.5mm，規范號MIL-D-48120A），通用于12 種引信；MK71 電雷管（尺寸Φ4.9mm×9.8mm，規范號MIL-D-85294）通用于24 種引信；M55 針刺雷管（尺寸Φ3.7mm×3.6mm，規范號MIL-D-14978A）基本上是炮彈引信的通用雷管。正是由于火工品的通用化，使火工品的自動化成為可能，例如M55 針刺雷管于70 年代初完成了自動化生產，每分鐘可生產M55 針刺雷管800 發～1200 發。

2.3 MIL-HDBK-777 《引信目錄 采購制式和在研引信的爆炸元件》

1985 年，由美國國防部按照規定程序編寫了MIL-HDBK-777 《引信目錄 采購制式和在研引信的爆炸元件》，將其列入軍用標準化手冊系列，作為軍用火工品規范編制、設計和采購的參考資料，為其火工品“三化”工作開展提供了重要數據。該手冊組成部分的引用文件是MIL-STD-322《電起爆爆炸元件的基本鑒定試驗》 和MIL-STD-1316D 《引信安全性設計準則》，全面反映了80年代及90 年代初期常規武器引信用的700 余種火工品的性能狀態和技術水平，包括電點火管、點火元件、火帽共124 種；雷管共215 種，其中電雷管75 種、針刺雷管78 種、火焰雷管52 種、電撞兩用雷管5 種、撞擊雷管5 種；延期元件、接力管共44 種；導爆管85 種；擴爆管（藥柱）82種；開關、作動器、驅動器共63 種；裝藥、曳光管、指示器共14 種。這些火工品多數用于炮彈引信、航空炸彈引信、子彈（雷）引信、地雷引信、火箭彈引信、導彈引信、榴彈引信、手榴彈引信及其他引信。其中，應用最多的起爆類通用火工品僅有針刺雷管M55（Φ3.7mm）、M94（Φ4.2mm）、M61（Φ4.9mm）、M99（Φ6.1mm）4 種；破甲彈引信用高瞬發度電雷管M69（Φ4.9mm）、M48（Φ7.0mm）2 種；電子引信用微型雷管M100（Φ2.5mm）；火箭彈引信用雷管M84（Φ4.9mm）；愛國者導彈和戰術導彈引信用電雷管MK71（Φ4.9mm）、T20E1（Φ4.9mm）2 種。該手冊不包括核彈藥用火工品、NASA 用火工品、民用商業火工品和復雜導彈發火系統用的火工品。

1） 防滲層：防滲層的作用是阻止床內滲瀝液流到床外，或床外水滲入床內。防滲層結構與填埋場的防滲層類似，由下往上依次為20 mm左右的黏土層、400g/m2的土工布、1～2mm厚的HDPE膜。

2.4 其他標準

在1991 年前后制定了MIL-STD-1316D 《引信安全性設計準則》（目前已更新至E 版）、MIL-STD-1901 《彈藥火箭和導彈發動機點火系統安全性設計準則》（1992 年1 月22 日）、MIL-I-23659 《電起爆器通用設計規范》 系列標準（目前已更新至F 版）、MIL-STD-322 《電起爆爆炸元件的基本鑒定試驗》（目前已更新至B 版）、MILSTD-1576 《航天系統用電爆分系統的安全性要求和試驗方法》、MIL-STD-331C 《引信、引信零部件的環境與性能試驗》、DOD-E-83578A 《航天飛行器爆炸系統和裝置要求》 等，其中的很多規定也是建立基型火工品的基礎上的，有力地支撐了美國火工品“三化”工作的開展。

3 啟示與建議

3.1 啟示

發達國家已經基本建立了一套較為完善的通用火工品系列，對火工品的設計、研發、改進等起到的積極的推動作用，也為實現火工品的自動化生產奠定了基礎，其所涉及的分類方法與實現方式，在武器裝備和實戰中得到了檢驗，顯示了良好效果，也帶給我們一些啟示。

a）重視頂層規劃。美國航天局通過啟動火工品專項計劃，對火工品技術發展進行頂層規劃，在思想上統一認識，在技術上引導火工品研發向通用化、系列化、標準化過渡，并廣泛向陸、海、空、宇航及能源部門推廣，為火工品“三化”推廣和普及奠定了基礎。

b）重視基礎積累。美國非常重視火工品研發、改型和生產中基礎數據的收集和積累，對火工品產品及火工藥劑的實際應用進行長期跟蹤和數據采集，從問題導向和需求導向出發，通過大量數據研究分析及試驗驗證，提出并研制了標準雷管、標準起爆器、標準許用藥劑等標準化、系列化、通用化火工產品及型譜系列。不僅減少了種類，提高了性能，而且滿足了需求，提高了自動化制造水平。

c）重視標準規范。美國非常重視火工品相關標準與規范的制定和應用。一方面，對于取得的研究成果，通過制定各種軍用標準、軍用手冊、航天標準等來進行規范、固化和貫徹實施；另一方面，對研究過程中的數據進行提前規范以實現標準化和通用性，有利于后續的數據整合與共享。

3.2 建議

與美國火工品“三化”發展相比，我國火工品“三化”水平還處在初級階段。除了歷史原因之外，技術積累和融合不足和標準體系支撐不夠也是制約火工品行業“三化”水平提升的重要原因。特別是標準體系支撐不足，主要體現在以下幾方面。

a）缺少從頂層角度對火工品型譜編制、選用、管理指南或要求，提出“自上而下”的統型指導性規范。

b）尚無基型火工品和標準火工藥劑的標準及其相關的設計要求及產品規范，從火工品產品角度“自下而上”梳理的型譜體系尚未形成。

c）基型火工品和標準火工藥劑通用規范類標準，主要規定了火工品通用技術要求及其試驗驗收方法，對產品選型、尺寸參數系列、接口關系等內容均未涉及。

d）火工品現行的試驗與評估類標準，主要是火工品某項性能的試驗或驗收方法，盡管能夠完成大多數火工品的試驗考核與評估，但未具體明確適用于通用火工品的標準測試方法或要求。

e）缺乏與火工品“三化”密切相關的原材料標準，主要是制造火工品藥劑用的原材料和火工品裝配用有關材料及特殊火工品材料的設計、工藝、檢測等標準。這些原材料或組部件標準的缺失，使得火工品從源頭上就未形成通用化、系列化的基礎。

綜上，迫切需要開展火工品的“三化”研究，建立火工品產品型譜技術體系，形成通用的、系列的可滿足貨架式供應的火工品。同步開展火工品標準體系研究，以基型火工品為基礎，構建火工品設計、試驗、材料、工藝標準為支撐的多維度、多層級、體系化的標準群，為推進火工品新技術應用、加快新型號研制效率、提高設計和自動化制造水平、提升服務裝備保障能力，實現火工品行業的可持續發展提供標準支撐和保障。