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安全氣囊氣體發(fā)生劑燃速測試方法研究

文檔作者：陳樊張寧劉偉屈純文檔來源：湖北航天化學技術(shù)研究所工程中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月12日
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安全氣囊氣體發(fā)生劑燃速測試方法研究
陳樊張寧劉偉屈純(湖北航天化學技術(shù)研究所工程中心，湖北襄樊441000)
摘要：由于安全氣囊氣體發(fā)生劑多為圓片、帶孔小圓柱或
其它異形藥片，一般固體推進劑藥柱或藥條的燃速測試方法如
靶線法和水下聲發(fā)射法在此并不適用，本文研究了專門針對安
全氣囊氣體發(fā)生劑的燃速測試方法．通過密閉爆發(fā)器試驗進行
測試以及數(shù)據(jù)處理，可以計算出藥劑在不同壓強下的燃速、藥劑
的燃速壓強指數(shù)和一定初溫下的燃速系數(shù)。
關(guān)鍵詞：安全氣囊；氣體發(fā)生劑：密閉爆發(fā)器：燃速
引言
在經(jīng)濟全球化的今天，安全氣囊氣體發(fā)生劑可以在世界各
地進行生產(chǎn)制造。出于各種不同的目的，例如，降低將氣體發(fā)
生劑運往各地氣體發(fā)生器制造商的運輸成本，從成本較低的供
應地購買原材料，以及考慮到在危險化學品運輸方面的限制等
等，往往會選擇一個合適的地點專門生產(chǎn)氣體發(fā)生劑，所以有
時在氣體發(fā)生劑的產(chǎn)地可能并沒有氣體發(fā)生器的生產(chǎn)。當氣
體發(fā)生劑和氣體發(fā)生器在同一地點進行生產(chǎn)時，通常是將氣體
發(fā)生劑裝入標準氣體發(fā)生器進行性能測試。當兩者不在同一
地點進行生產(chǎn)時，采用標準氣體發(fā)生器對氣體發(fā)生劑進行性能
測試并不方便，因此，需要尋找一種不依賴氣體發(fā)生器的藥劑
性能測試方法，從而能夠在各個不同的地方應用。但是，由于安
全氣囊氣體發(fā)生劑多為圓片、帶孔小圓柱或其它異形藥片，一
般固體推進劑藥柱或藥條的燃速測試方法在此并不適用。受
槍支彈藥性能測試方法的啟發(fā)，采用密閉爆發(fā)器試驗來測試安
全氣囊氣體發(fā)生劑的燃速性能應該是一種可行的辦法。這種
測試不依賴于氣體發(fā)生器，從而使得實驗結(jié)果不會受到氣體發(fā)
生器結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。
1實驗內(nèi)容
1．1實驗中的各項參數(shù)
實驗采用的密閉爆發(fā)器是由上端蓋、墊環(huán)、燃燒室殼體和
下端蓋幾部分組成。密閉爆發(fā)器容積為9．9cm3，內(nèi)表面積為
27cm2；氣體發(fā)生劑裝藥量為O．6lg和1．249I藥片規(guī)格為中3×
1．5mm；壓力傳感器最大量程為60MPa；點火器型號為FGIl80；
保溫溫度為23℃，保溫時間為4h。
1．2實驗操作過程
旋緊密閉爆發(fā)器的下端蓋，裝入稱量好的氣體發(fā)生劑，然
后放入上端的墊環(huán)，將電爆管頭部放在墊環(huán)孔處，旋入上端蓋，
壓緊電爆管，連接上壓力傳感器后，輕輕晃動爆發(fā)器數(shù)次，使試
樣在燃燒室底部均勻分布，將密閉爆發(fā)器豎直放置，電爆管一
端在上，然后用臺鉗固定住，插上點火電線，確定所有人員離場
后點火，采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集完畢后，拔掉點火電線，待密閉爆
發(fā)器殼體冷卻后，緩慢旋開下端蓋，將燃燒室腔及傳感器接頭
清理干凈。需要注意的是，每批試驗的首發(fā)試驗為預熱試驗。
2實驗結(jié)果及分析
2．1裝藥量為0．61 g時的壓力一時間曲線
在氣體發(fā)生劑裝藥量為0．6l g的試驗條件下進行三次重
復試驗，點火后采集的壓力一時間數(shù)據(jù)曲線如圖2一l所示。
從而可以得到三次試驗的裝填密度(△．)、最大壓強(PⅢ-)、
達到最大壓強時間(T。。)、點火峰壓強(P訓)、達到點火峰壓強時
間(T講)數(shù)值。
將三次試驗最大壓強取平均值：
P．．=(17．646+16．50l+16．970)／3=17．039(MPa)
藥劑燃燒時間為點火峰后的最低壓強與最大壓強之間的
時間，三次試驗藥劑燃燒的平均時間為：
i=【(o．0543一o．0048)+(o．0545一o．0035)+(0．0562一o．0042)】／3=o．0508(s)
三次試驗所測點火峰壓強的平均值：
：乒：=(6．258+5．28l+4．821)／3=5．453(MPal
圖2—1裝藥量為0．61 g時的壓力一時間曲線
2．2裝藥量為1124 g時的壓力一時間曲線
在氣體發(fā)生劑裝藥量為1．24 g的試驗條件下進行三次重復
試驗，點火后采集的壓力一時間數(shù)據(jù)曲線如圖2—2所示。從而可
以得到三次試驗的裝填密度(△：)、最大壓強(P。：)、達到最大壓
強時間(7k)、點火峰壓強(P。商)、達到點火峰壓強時間(T啦)
數(shù)值。
三次試驗所測最大壓強的平均值：
P。：=(35．667+37．200+36．942)／3=36．603(MPa)
藥劑燃燒時間為點火峰壓強與最大壓強之間的時間，三次
試驗藥劑燃燒的平均時間為：
忑=[(0．0416一o．00l9)+(o．0442一o．0020)+(0．0415一o．00l叫／3=o．0406(s)
三次試驗所測點火峰壓強的平均值：
P∞=(4．252+3．918+3．080)／3=3．750(MPa)
圖2—2裝藥量為1．24 g時的壓力一時間曲線
2．3氣體發(fā)生劑的燃速
2．3．1燃速方程
安全氣囊氣體發(fā)生劑也屬于推進劑的一種，它的燃燒依然
服從一般推進劑的燃燒規(guī)律，即燃速與發(fā)生劑的初溫以及燃燒
室壓強有關(guān)。由于安全氣囊氣體發(fā)生劑一般在數(shù)十兆帕以下
的壓強環(huán)境下燃燒，其燃速滿足如下經(jīng)驗方程。1。
r=印“
(下轉(zhuǎn)第278頁)
276 萬l托方工數(shù)據(jù)蠆醒2016年6月
制責任人員，實行定崗定責模式降低原材料風險。(2)加強崗位
檢查。對于定責崗位，管理者需要加強原材料定期與不定期的
質(zhì)量檢查工作。對于檢查發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題及時處理，并告知責
任管理者。(3)責任倒查制度的落實。在責任制基礎(chǔ)上，管理者
對于發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量風險問題應落實責任倒查制度。確定責任人
員進行處理，確實落實原材料風險控制責任制度。
2．4利用監(jiān)控網(wǎng)格模式，實現(xiàn)整體質(zhì)量監(jiān)控
長輸管道施工具有施工路徑與周期長的特點，依靠單一的
管理部門難以對工程風險進行有效監(jiān)控。為此風險管理部門
應利用網(wǎng)格監(jiān)控模式，對施工全程進行有效監(jiān)控。這種模式的
主要方式就是將工程整體，按照實際因素(如地質(zhì)情況、施工復
雜程度、施工土方量等)劃分網(wǎng)格，有專職的風險監(jiān)控人員進行
監(jiān)控。網(wǎng)格監(jiān)控模式需要注意以下兩方面問題：一方面合理設(shè)
置網(wǎng)格，確保監(jiān)控人員可以對網(wǎng)格進行全面的監(jiān)控工作。同時
網(wǎng)格間工作總量應基本相等，避免出現(xiàn)工作量過于懸殊造成的
管理問題。另一方面監(jiān)控人員應選擇有實際工作經(jīng)驗與技術(shù)
水平的技術(shù)人員擔任，保證監(jiān)控工作確實有效。在網(wǎng)格監(jiān)控完
成后，監(jiān)控技術(shù)人員需要將監(jiān)控數(shù)據(jù)進行匯總，匯報到監(jiān)控管
理者手中形成整體監(jiān)控數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整體風險控制體系。
2．5設(shè)置合理的應急預案，作用突發(fā)風險應對處理
風險應急預案的設(shè)置尤其是對于突發(fā)性風險可以發(fā)揮指
導與管理作用。(1)突發(fā)性風險危害最大化預測。對于風險應
急管理而言，風險的最大化預測可以使應急管理在預測整體范
圍內(nèi)，避免出現(xiàn)預案外風險。危害預測最大化后，其應對過程
才能游刃有余，切實有效。(2)反應簡潔原則。風險應對預案應
采用反應簡潔原則，及處理反應過程簡潔有效，避免因步驟過
多或操作復雜，降低反應處理效率。(3)風險管理責任制度。風
險應急處理應由專人崗位負責，并通過預案制度方式確定。(4)
方案的可行性原則。應急處理方案應根據(jù)勘測、質(zhì)量控制等實
際工作內(nèi)容制定，保證方案措施確實可行，不能因理論化過重
影響方案執(zhí)行過程。
3結(jié)語
長輸氣管道是當前天然氣運輸?shù)闹饕绞?，長輸氣管道建
設(shè)是天然氣能源應用的基礎(chǔ)。但是工程施工風險的出現(xiàn)，嚴重
的影響了管道施工質(zhì)量與效率。在未來天然氣運輸研究中，長
輸氣管道風險應對研究依然會是技術(shù)研究的重點內(nèi)容，其研究
結(jié)果會為我國天然氣能源運輸?shù)拈_展提供良好的技術(shù)支持。
參考文獻：
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【J】．商．2013(05)．
【2]楊璐．天然氣長輸管道線路設(shè)計風險評價方法研究【D]．西
南石油大學．2014．
[2]王宏飛，胡寧，趙項羚子．天然氣長輸管道施工的安全風險
分析和對策[J]．石化技術(shù)．2015(09)．
作者簡介：劉國柱(1980年一)，男，重慶人，中海石油管道輸氣有
限公司，工程師，大學本科學歷，研究方向：管道施工及運營管理。
(上接第276頁)
式中，r為氣體發(fā)生劑的燃燒速度，單位為毫米每秒(m耐
s)．b為氣體發(fā)生劑的燃速系數(shù)；n為燃速壓強指數(shù)；p為燃燒室
壓強，單位為兆帕(MPa)。
而燃速是燃燒層厚度的變化速率，即
r=考=塞‘皋’魯
式中，e為已燃厚度，單位為毫米(mm)；z為已燃氣體發(fā)生
劑占初始氣體發(fā)生劑的質(zhì)量百分數(shù)或體積百分數(shù)；p為燃燒室
壓強，單位為兆帕(MPa)；t為時間，單位為秒(s)。
其中，已燃厚度(e)隨已燃百分數(shù)(z)的變化速率為：
de一‰一1．‰
出S， 咖(布S加
式中，V郵氣體發(fā)生劑的初始體積，單位為立方毫米(mm3)；
S，氣體發(fā)生劑的燃燒面積，單位為平方毫米(mm2)；‘P(z)氣體發(fā)
生劑的形狀函數(shù)；sp0氣體發(fā)生劑的初始表面積，單位為平方毫
米(mm2)；m，燃燒過程中氣體發(fā)生劑的質(zhì)量，單位為克(g)；m印
氣體發(fā)生劑的初始質(zhì)量，單位為克(g)；V，燃燒過程中氣體發(fā)生
劑的體積，單位為立方毫米(mm3)。
不同形狀的藥片，其形狀函數(shù)‘P(z)也不一樣。本文試驗中
采用安全氣囊氣體發(fā)生劑為圓形藥片，規(guī)格為直徑3 mm、厚度
1．5 mm，其形狀函數(shù)通過0rigin軟件進行擬合，擬合后的方程如
下所示，相關(guān)系數(shù)大于0．9999。
西f三1=1．57018一O．57268×eHl 2¨"’一2．96371×10—6×e“”0928砩
根據(jù)Nobel—Abel方程可得
如一(去一冊
卻¨一堋
式中，p燃燒室壓強，單位為兆帕(MPa)；△裝填密度，單位
為克每立方厘米(g／cm3)；p氣體發(fā)生劑的密度，單位為克每立方
厘米(g／cm3)；d氣體發(fā)生劑的余容，單位為立方厘米每克(cm3／
g)；f氣體發(fā)生劑的火藥力，單位為焦每克(J／g)。綜上所述，氣
體發(fā)生劑藥片燃速方程為： ，毒堅．盟．聿咖忙)5砷r 廠1、D]2 df
l+I”封刊
其中，計算區(qū)間為P—t曲線最大壓強的30％～70％區(qū)間。
3結(jié)語
本文通過密閉爆發(fā)器實驗研究了安全氣囊氣體發(fā)生劑的
燃燒規(guī)律。首先根據(jù)氣體發(fā)生劑的藥形擬合出它的形狀函數(shù)，
然后通過測試兩種不同裝填密度下的最大壓強計算出氣體發(fā)
生劑的余容和火藥力，從而確定了該型藥劑具體的燃速方程。
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以計算出氣體發(fā)生劑在不同壓強下的燃速、一
定初溫下的燃速系數(shù)以及在一定壓強范圍內(nèi)的燃速壓強指
數(shù)。這種燃速測試方法對安全氣囊氣體發(fā)生劑的燃速性能評
估有較強的指導意義，并能為安全氣囊氣體發(fā)生劑的研制設(shè)計
提供一定的參考依據(jù)。
參考文獻：
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全過程壓力曲線的修正方法[J]，火炸藥學報，2007，30(4)：62—69．
278萬l方化數(shù)工據(jù)彳理2016年6月

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