当电流通过电桥时放出初始热能，使电桥加热，并预热其周围的发火药，待温度达到发火药的发火温度时，发火药立即燃烧并向外喷出火焰。图5.8电发火管结构示意图电热桥；半导体桥电热桥丝常用镍铬合金、康铜合金和铂钛合金丝制成。图5.9所示为分装式点火器发火系统的加强药块。通常它与电桥、发火药等做成一体，为发火管的组成部分。......
2023-08-02
固体火箭发动机设计：电发火管特性参量
【摘要】：I2tB=KB，为单位电阻的能量消耗，称为发火冲能。定义5.2在规定时间内，使发火管100%发火时的电流值，称为发火电流。由于正常发火时，电流值足够大，故由图5.10可见，发火电流IB是随发火时间tB而变的。安全电流表征发火管对杂散电流、静电感应和电磁辐射等的敏感度。检验电流较大时会使电桥周围的发火药因受热发生分解，引起发火性能变坏。
1.发火能EB
低电压发火管的发火过程大致可以分为两个阶段：电桥加热过程和发火药的燃烧过程。
在第一阶段内，电流流过电桥放出热量，此热量的一部分用来加热电桥本身，使其温度不断升高；另一部分用来预热其周围的发火药和沿脚线传出。当发火药被加热到其发火温度时，便进入发火药的燃烧过程。
根据焦耳定律，电流流过电桥dt时间发出的热量为
式中 I——通过电桥的电流（A）；
R——电桥丝的电阻（Ω）。
消耗于电桥的加热热量为
式中 V——电桥丝体积（m3）；
c——电桥材料的比热（J/（kg·K））；
ρm——电桥材料的密度（kg/m3）；
传给发火药和沿脚线传出的热量为dQ2。设dQ2与电桥温度升高成正比，亦即
式中 S——电桥的表面积（m2）；
α——电桥散热系数（W/（m2·K））；
T0——电桥的初温（K）。
根据能量守恒定律，dQ=dQ1+dQ2，则有
假设：当电桥温度T达到发火药的发火温度TB时，发火管立即发火。则有
式中 d——桥丝直径（m）；
L——桥丝长度（m）；
tB——发火时间（s）；
ρ——桥丝电阻系数（Ω·m）。
I2tB=KB，为单位电阻的能量消耗，称为发火冲能。
若电流足够大，或发火时间tB很短（正常发火）时，发火冲能的极限值为
相反，若电流很小，或发火时间tB很长（延迟发火）时，发火能量为
由式（5-17）知，EB（或KB）随电流I增大而减小，当电流足够大时（正常点火），它逐渐趋于极限值EB0（或KB0）。
发火所需能量EB（或发火冲能KB）与桥丝材料特性（c、ρm、ρ）、发火药特性（发火温度、比热和密度）、桥丝尺寸、发火管的结构以及发火药与桥丝接触的紧密度（影响散热系数α）等因素有关。
从降低点火电源功率考虑，应该选用cρm/ρ值小的电桥材料，减小桥丝直径d，并选用发火温度TB低的发火药。但从安全性考虑则相反。
由于电桥材料特性、发火药特性的差异，桥丝尺寸的偏差，以及发火药与桥丝接触紧密度的差异等，使发火管的发火能量EB（或KB）有很大的散布。使100%发火管发火为其上限，100%不发火为其下限（见图5.10（a））。
图5.10 发火条件
（a）发火能量与电流的关系；（b）发火电源与时间的关系
2.发火电流IB和最小发火电流IBmin
已知每批发火管的发火冲能KB与电流I的关系后，便可以求得发火电流IB与时间t的关系，如图5.10（b）所示。
定义5.2（发火电流） 在规定时间内，使发火管100%发火时的电流值，称为发火电流。
由于正常发火时，电流值足够大，故
由图5.10可见，发火电流IB是随发火时间tB而变的。每批发火管的标称发火电流，通常以规定的发火时间（如10ms、100ms）下的发火电流IB来表征。
3.安全电流IBS
通电时间无限长，100%发火时的发火电流值，称为最小发火电流，以IBmin表示，为检验方便，通常以通电5min，100%发火的电流值来表征。
安全电流表征发火管对杂散电流、静电感应和电磁辐射等的敏感度。通常要求安全电流值应足够大。通常钝感点火器的安全电流为（美国军用标准中规定）：通电5min，100%不发火的电流值为1 A（或安全功率为1W，即表示为1A1W5min）。
4.电桥熔化能Em
当发火电流过大时，可能出现发火药未预热而到发火温度TB时，电桥已被烧断，有发生瞎火的可能。当电桥熔化能量Em小于发火能量EB时，就可能出现这种现象。
5.电阻R
电桥电阻是发火管的固有特征参量之一。在发火管制造时，要对每个电发火管的电阻值进行检验，检测电阻值是否满足规定要求，判定发火管是否有严重疵病（如断丝、短路和接触不良等）。在使用过程中，还有定期检验。
检验电阻时，电流值应小于安全电流，至少是安全电流的10%以下（通常应低于0.01 A）。检验电流较大时会使电桥周围的发火药因受热发生分解，引起发火性能变坏。
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