不用蛮劲用巧劲：作功类火工品

　　出品：科普中国

　　作者：鸿爪雪梨

　　策划：武玥彤

　　监制：光明网科普事业部

　　弹药火工品系列专题稿件（四）——不用蛮劲用巧劲：作功类火工品

　　我们知道，作功是指能量以一种形式转化为另一种形式的过程，对于火工品来说，作功即为将含能材料的化学能，通过一定的方式激发，转换为机械能或者热能的过程。广义上，大部分的含能材料，其最终的用途都是以机械作功的形式表现的，如破甲弹将化学能转换为射流动能以完成对装甲钢的侵彻，火箭发动机将发射药的化学能转化为火箭高速飞行的动能等。

　　火工品在兵器、航空、航天等多个领域都有广泛的运用，单就元件分类来说，经过多年的发展，现已形成功能齐全、效果各异的作功类火工品的专项分类。在本文中，将简要介绍几种典型的作功火工品，带领读者一窥这一小巧却又精密的造物的奥妙。

　　1 气体发生器

　　对于非专业领域的读者来说，日常生活中接触到的最多的火工品就是气体发生器。气体发生器是安全气囊的核心执行机构，安全气囊之所以能在车辆碰撞后的几个毫秒（1s为1000毫秒）之内形成巨大的保护空间，全都依赖于此。典型的气体发生器如图1所示。

　　图1 安全气囊气体发生器示意图

　　气体发生器的原理和结构较为简单，主要由点火头、产气药（叠氮化钠）和外壳组成。点火头直接连接到汽车的中控系统，当车辆发生碰撞时，汽车外部的传感器将碰撞电信号传送至中控电脑，中控电脑分析信号特征，若超过安全极限，则向点火头发出点火能量，点火头被引燃后，进一步引燃产气药，并迅速产生大量的氮气等气体，气体冲破外壳薄膜，并快速的充满气囊袋，使气囊膨胀并顶开方向盘、车门等部位的限制板，最终形成一个较大的保护气垫，保证乘车人员的安全。

　　与高压储气瓶、普通产气药剂相比，气体发生器具有显著的体积小、重量轻、反应快且价格低廉的特点，尤其是在毫米级的使用环境下，至今，气体发生器仍是当之无愧的首选。

　　2 火工拔销器与推销器

　　在机械工程的许多场合，常用到销连接，在某些器件体或其运动路径上，可通过移动锁销的方式，达到强制位移、紧固、限位和定位的目的。一般情况下，采用电磁铁可达到这些效果，但电磁铁功率较大、成本较高，而且在复杂电磁环境和过载环境中表现欠佳。火工拔销器与推销器的出现，为上述环境提供了一种可替代的思路。

　　拔销器的外形如图2所示，拔销器由密封壳体、火工药剂、销钉、密封圈、脚线等组成。通过脚线将药剂激发后，产生的气体充满壳体，并沿壳体内部导向运动至销钉端面，最终将销钉向壳体内部推动。外在表现为销钉回退，解除了对关联机构的限制。

　　图2 典型火工拔销器外形图

　　推销器与拔销器组成相似，但功能不同。推销器的功能为将销钉快速推出，达到限位目的，在某些机构中，还可利用销钉推出时的动能完成局部切割。

　　拔销器与推销器在体积、重量、环境适应性、成本等方面均有较大的优势，广泛运用于舱盖切割、锁定释放机构等卫星、火箭等特殊场合，以小巧的身躯为航天事业做出了巨大的贡献。

　　3 特殊的作功火工品

　　在上世纪七八十年代，日本研发人员“脑洞大开”，发明了一种火工作功机理的肾结石体外冲击破碎装置，并在临床上成功运用。这种装置长约为240mm，置于患处附近，通过内含的数微克的炸药爆炸产生的瞬间冲击波，可将体内结石破碎，以便患者排出。这一产品的问世可谓是“思路清奇，角度刁钻”，但在当时的条件下，确实达到了一定的治疗效果。随着科技的进步，超声波体外碎石技术逐渐成熟，这种“炸药贴片”也就逐渐退出了历史舞台。

　　图3 结石击碎器示意图　

　　划重点

　　作功类火工品可将含能材料的化学能转换为器件的机械能，在军事、民用、航空航天等领域有广泛运用。如安全气囊的气体发生器可在几毫秒形成一定规模的气体缓冲空间；拔销器和推销器可将销钉收回或弹出，达到锁定释放机构或小型切割的目的。作功类火工品具有体积小、质量轻、成本低廉、反应迅速的普遍特点。