1、 概述
去年11月，國辦發(fā)〔2010〕53號文中取消個人燃放的內筒型組合煙花產品，對煙花界產生很大的震驚，盡管后面安委辦〔2010〕30號文中沒再強調，提及的是禁止生產藥物敏感度高、藥量大、燃放無固定軌跡等危險性大的產品。但內筒性組合煙花的危險性不可忽視，內筒性組合煙花燃放時最可怕的是出現(xiàn)炸筒，炸筒將引起內筒軌跡改變，沖炸人員，產品藥量大時，還可能引發(fā)殉爆。影響炸筒的因素有很多，如漏裝發(fā)射藥，外筒強度，泥底強度，發(fā)射藥的猛度、吸濕性、藥量，內筒的裂紋、變形、中間泥的狀態(tài)，開苞炸藥的猛度及藥量，內外筒的間隙，內筒的重量等，有些是操作工過失引起的，有些是產品結構和裝藥設計引起的，為了更深入地了解炸筒原因，先對發(fā)射過程進行分析。
2、 筒內發(fā)射過程
引線點燃軍工硝，因為有內紙巴封閉，火藥在較小的藥室空間內燃燒而不斷產生高溫燃氣，燃氣量的增加使壓力升高，導致火藥氣體燃燒更猛烈，在壓力作用下，推動內筒加速運動，以致內筒后部空間不斷增加。火藥燃燒生成氣體使壓力上升，而內筒運動使壓力下降，當二因素平衡時，壓力達到最大值，稱之為最大膛壓。內筒運動到筒口瞬間，速度達最大值，稱之為初速，初速是決定內筒發(fā)射高度的最主要參數。去年初，李渡煙花集團同中央電視臺一起，在30mm內徑的透明管中裝配發(fā)射藥和效果件，用高速攝像機拍下了筒內發(fā)射的整個過程。攝像記錄下的現(xiàn)象如下：1）、裝有帶孔內巴的，開始點燃發(fā)射藥到效果件推出筒口的時間不超過10ms；而沒裝內巴的，開始點燃發(fā)射藥到效果件推出筒口的時間為30ms。2）、裝有內巴的，火藥點火燃燒均勻，高溫高壓氣體火焰始終在效果件的底部，效果件膛內彈道穩(wěn)定；速度很快；而沒有裝內巴的，由于藥室空間大，壓力小，點火慢，點燃大部分火藥需要20ms以上，效果件在膛內運行速度慢，火焰將效果件包圍并先排出筒口。3）、引線孔跑出的火焰很少，能量損失可忽略；4）、效果件出筒后，火焰氣體仍源源不斷地從筒內噴出，大約持續(xù)50ms，說明火藥的內能一部分轉化為效果件的動能以及其他形式的次要能量，如后座動能和熱散失等，還有相當一部分沒有轉換，以很高溫度與壓力的狀態(tài)從筒口排出。
效果件的發(fā)射運動是通過燃燒氣體壓力推動的，膛內的壓力不僅決定效果件的初速，也是導致炸筒的最主要因素之一，當膛內最大壓力達到或超過管壁材料的允許應力時，即產生裂縫，裂縫進一步擴展，導致炸筒。
3、 最大膛壓的影響因素
3．1、初始點火溫度，火藥形狀，裝填密度與容積，對最大壓力影響很大。點火過強是造成膛內氣體壓力驟然增高的原因之一。
3．2、裝藥量增加，火藥氣體總能量增加，將使最大壓力增加。實驗中也可觀察到，當發(fā)射藥量超量很多時，會出現(xiàn)炸筒現(xiàn)象。
3．3、火藥力增加也就是火藥能量的增加，火藥力每增加10%，最大壓力大約可增加20%。我們也做過這方面的實驗，當用高氯酸鉀配制發(fā)射藥時，很容易炸筒。
3．4、彈丸質量增加，表示彈丸的慣性增加，必然導致最大壓力的增加。現(xiàn)在市場上有些內筒做到2英寸以上，質量有些上百克，帶來極大的炸筒、殉爆安全隱患。
3．5、藥室容積的減小，將使最大壓力增加。
3．6、外紙巴和效果件同外筒內壁配合的越緊，阻力越大，使效果件開始運動瞬間的壓力增加，從而使最大壓力也增加。
??? 除上述影響膛內最大壓力的因素外，在槍炮內彈道研究中，還有一項導致膛脹、膛炸的主要因素：壓力波，壓力波指的是在彈底和膛底來回傳播的壓力波動。美國軍用標準中將壓力波強度作為槍炮裝藥安全性評估的主要參數。
4、壓力波的影響因素
4．1、不均勻的局部點火容易產生大幅度的壓力波。
4．2、 初始燃燒表面愈大，燃燒速度越快，初始氣體生成速率就越大，越易產生壓力波。
4．3、點火藥位置對裝藥的燃燒有極為重要的影響，迅速而分散的點火有利于降低壓力波。
5、炸筒預防措施
5．1、工藝操作中的安全質量缺陷，可以通過加強員工責任心和加大檢驗力度來預防；裝藥、壓泥底盡量采用工裝設備，減少人為因素，因為漏裝發(fā)射藥將導致100%炸筒。現(xiàn)在成品質量控制一般采用的是破壞性抽檢，不能保證所有產品裝配質量都合格，有條件的話，可采用無損檢測設備對產品進行100%質量檢驗。
5．2、對組合煙花結構和裝藥方式的改變，新發(fā)射藥的應用，一定要多方面進行理論分析和試驗論證。
5．3、建立外筒破裂強度的測試方法和筒內燃氣壓力的測試方法，其結果可作為產品結構設計和裝藥設計安全評估的主要依據。
5．4、重視理論分析和研究，10000次試驗沒出現(xiàn)安全問題，并不代表10001次不出現(xiàn)安全問題，經驗只是種概率。
5．5、加大實驗研究，建立各影響因素的數據庫，為產品設計以及政府部門制訂法律法規(guī)和修訂國家標準《組合煙花》提供技術支撐。比如在不同內筒重量、內外筒間隙、發(fā)射藥藥型及藥量、紙墊規(guī)格、筒高等條件下，測試出筒內的壓力—時間曲線，壓力—行程曲線，從而掌握筒內燃氣壓力變化規(guī)律和內筒運動規(guī)律。
6、結束語
目前煙花產品的結構和裝藥設計還是依靠經驗和大量的實驗，而在軍用上，已建立了槍炮內彈道學比較完善的理論，研究了火藥的熱化學性質，燃燒機理，點火、傳火規(guī)律，燃氣生成規(guī)律，膛內能量轉換及傳遞的熱力學現(xiàn)象等，建立了反映內彈道過程中物理化學性質的內彈道數學模型。有了這些數學模型，或者稱之為內彈道基本方程，可以對彈道進行計算，即已知槍炮內膛結構諸元（如藥室容積，彈丸行程等）和裝填條件（如裝藥質量、彈丸質量、火藥形狀和性質），計算膛內燃氣壓力變化規(guī)律和彈丸運動規(guī)律。或者反過來，已知口徑，彈丸質量，初速及指定的最大膛壓條件下，計算出能滿足上述條件的內膛構造條件和裝藥條件；通過求解內彈道方程組，可以計算出膛內壓力、彈丸速度等參數；通過測定壓力—時間和壓力—行程曲線，可以了解彈丸運動和裝藥燃燒的過程。為了設計安全、可靠、精確的煙花產品，其研究方向在于軍工技術和理論的應用。

?