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0 引言

目前，我軍早期大量裝備的鷹擊、紅旗、霹靂、紅箭等系列常規導彈已逐步進入壽命到限期，而近期內我國的 155、152、122 等常規炮彈及水雷、魚雷、地雷等彈藥的拆分任務就將高達數百萬枚；然而，我國目前仍主要采用銷爆、水浴融出、蒸汽融出的方式處理，自動化程度低、能耗高、安全系數低，已不符合綠色、環保、安全、高效的理念[1-3]。

鑒于此，我國也在積極探索新的處理方式，特別是安全、綠色、高效的處理方式。近年來，國外在高壓水處理方面做了大量的研究工作，并已實現工程化的應用，但我國在該技術領域尚處于起步階段，有必要在該方向進行進一步的研究[4-5]。

1 國外高壓水射流處理廢舊彈箭現狀

1.1 俄羅斯

Foldyna 等在處理俄羅斯“蜘蛛”導彈(SS-23)發動機過程中[6]，采用 235 MPa 的高壓旋轉射流將SS-23 發動機裝藥切割成 3 大部分；然后利用工作壓力均為 235 MPa 的旋轉和非旋轉射流，把推進劑、磨碎到所需的尺寸(以備回收利用)，整個固體推進劑的拆除時間超過 30 h，處理過程如圖 1 所示。如果采用更高的射流壓力、合適的射流參數與噴頭，

可使整個處理時間大大縮短。

1.2 荷蘭

在回收利用廢舊武器彈藥及其零部件方面，荷蘭的科技工作者也做了系統的研究，給出了解決方案，并得到了應用。水射流切割技術在荷蘭也已經非常成熟，已被 TNO-PML 應用于各種型號武器彈藥，例如 40mmHE、105mmHE、155mmHE、81mmHE迫擊炮煙火照明彈[7]。這種精密的切割也被應用到了敏感部件的切割上，包括引信與點火機構。另外，在 TNO-PML 的協助下，由荷蘭皇家海軍開發出水射流洗出法，在高壓水射流的作用下，炸藥能夠從彈殼中分離出來，這種方法已在 155mmHE 上得到驗證。荷蘭專家認為，水射流洗出法相比傳統的熔化分離技術有以下幾個優點：

1) 所需分離時間更短；2) 適用于各種炸藥裝藥；3) 相比熔化分離法消耗的能量更少；4) 由于水經過濾后可重復使用，所以污染更少；5) 顯著降低室內 TNT 蒸汽濃度，有利人體健康；6) 熔化分離法分離炸藥和殼體后殼體內壁會殘留炸藥，但是高壓水射流技術會清理得更加干凈。

1.3 烏克蘭

烏克蘭同樣面臨著廢舊彈藥處理的問題。據統計，烏克蘭目前擁有超過 50 000 t 的各種廢舊待處理的彈藥、導彈以及含能材料，這些廢舊武器彈藥亟待處理或者銷毀，如圖 2。為了有效地將廢舊武器彈藥處理掉，這項工作已經提上了烏克蘭的政府項目框架，并與國際組織開展了積極的合作[8]。

在烏克蘭水射流殼藥分離技術已得到了廣泛的應用，形成了彈藥前期處理、殼藥分離、三廢處理在內的全套自動化裝備，降低了廢渣、廢液、廢氣的排放，保護了環境。

1.4 美國

1) 磨料水射流。

美國 Fossey 等嘗試利用高壓磨料水射流來拆除曳光彈的引信和底部，發現對于這種彈殼壁厚為5～10 mm 且內裝 TNT 炸藥的炮彈，當壓力由 75MPa 提高至 375 MPa 時，處理的數量由 3 發/min 增至 8 發/min。Hashish 等利用添加堿金屬磨料的液氨射流處理 M-55 化學火箭，在水壓 276 MPa 的條件下，0.5 min 內能夠切割掉傳爆管和引信，1 min 內清除起爆藥，然后在 10 min 內完全清除發射藥。

2) Nammo 高壓水沖倒料系統(圖 4)。

美國 Nammo 公司開發了一套高壓水沖倒料系統，主要用于沖洗裝有 APC 推進劑的火箭發動機。這套系統主要由 10 m3 容積水箱、水管、100 MPa的高壓泵、發動機底座、過濾系統、炸藥容器、排氣裝置、升降裝置、控制系統等組成，其倒料能力為 150 kg/h。該系統使用旋轉的夾具將火箭發動機夾緊，同時高壓泵壓出 100 MPa 的高壓水也被傳輸

至帶噴嘴的噴頭。設備啟動后，火箭發動機開始旋轉，噴頭向前推進，沖洗推進劑。發射藥會被集中在一個帶狀物上并被裝進箱體，便于接下來的焚燒和循環。這一流程使用的水是循環流通的，會在一個專門的過濾裝置中得到清潔。

2 高壓射流沖蝕破碎安全技術

高壓水射流沖蝕破碎安全技術是處理廢舊彈藥的關鍵技術之一。國外研究證明，對于現所有類型的軍用炸藥，采用壓力高達 175 MPa 的間斷射流(沖擊壓力超過 1 400 MPa)和壓力高達 175 MPa、流量80 L/min 的連續射流都是安全的，即使沖擊時間再長也不會引起燃爆。美國伊利諾斯理工學院利用拍攝速度為 1 200 000 幅/s 的超高速攝影機，進行了高壓水倒藥的安全性試驗，結果表明：即使高壓水的速度高達 2 000 m/s 也沒有發現炸藥的爆炸反應；因此，壓力控制在 45～70 MPa 安全上是可行的。

對于安全閾值的確定，在工藝參數上首先測定裝藥受熱后的熱分解溫度和爆燃溫度，并以此制訂最高極限工藝溫度；水射流在高壓條件下可近似認為剛性物質，假定裝藥屬于內部不存在原生的孔隙、裂紋或雜質等缺陷的聚合體，按照一維沖擊波傳播理論，射流對炸藥沖擊過程可簡化為飛片沖擊模型，采用簡易平面波發生器爆炸驅動飛片高速撞擊帶隔板裝藥，進行沖擊起爆試驗，以板痕對比法，研究在相同條件下發生 50%爆轟的臨界隔板厚度及臨界起爆壓力；為保證處理過程中任意時刻裝藥內部溫度小于臨界溫度，必須在工藝定型前測定水射流沖擊壓力、時間與裝藥內部溫度的變化關系，鑒于水射流沖擊的實時性，在進行參數測定時，通過在裝藥內部相應點位埋設一組溫度傳感器，當壓力作用于界面并發生溫度變化時，實時信號被采集并傳輸到外部的記錄儀上。一方面比較內部溫度與臨界溫度的關系，判定高壓水射流沖擊作用的危險性，另一方面通過數據處理得出沖擊壓力與內部溫度變化的關系，明確水射流壓力的安全閾值。

3 建議

高壓射流作為一種處理廢舊彈藥的有效手段，在自動化、安全、綠色處理方面有著先天的優勢，我國在該領域與國外還存在著一定差距，需要加強以下幾點的研究：

1) 磨料射流與純射流配合使用的復合處理方式研究，具備完整的拆分與搗出處理體系；

2) 針對我國不同裝藥品種的沖蝕破碎安全理論研究，建立相關數據庫；

3) 基于高壓射流的廢舊彈藥沖蝕破碎系統的數字化集成研究，形成智能化的處理系統。

4 結論

采用高壓水射流處理技術對廢舊彈箭裝藥進行沖蝕破碎，能有效地將裝藥從戰斗部或火箭發動機中分離出來，且能保證安全性。世界主要軍事發達國家均已實現高壓水射流處理廢舊彈箭的工程化應用，并取得了良好效果。該技術可實現彈箭拆分的自動化與無人化，可提高拆分的安全性并降低能耗，具有綠色無污染的特點。

4 結束語

實驗結果證明：該方法適用于無人工程機械野外自主作業過程中的路徑規劃過程，能夠對靜態障礙及動態障礙物進行實時檢測，構建實時環境柵格地圖，并實時規劃出代價最小的無碰撞安全行駛道路。該研究對無人工程機械在復雜環境下自主作業提供了有效的前提和保障。