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0 引言

目前，我军早期大量装备的鹰击、红旗、霹雳、红箭等系列常规导弹已逐步进入寿命到限期，而近期内我国的 155、152、122 等常规炮弹及水雷、鱼雷、地雷等弹药的拆分任务就将高达数百万枚；然而，我国目前仍主要采用销爆、水浴融出、蒸汽融出的方式处理，自动化程度低、能耗高、安全系数低，已不符合绿色、环保、安全、高效的理念[1-3]。

鉴于此，我国也在积极探索新的处理方式，特别是安全、绿色、高效的处理方式。近年来，国外在高压水处理方面做了大量的研究工作，并已实现工程化的应用，但我国在该技术领域尚处于起步阶段，有必要在该方向进行进一步的研究[4-5]。

1 国外高压水射流处理废旧弹箭现状

1.1 俄罗斯

Foldyna 等在处理俄罗斯“蜘蛛”导弹(SS-23)发动机过程中[6]，采用 235 MPa 的高压旋转射流将SS-23 发动机装药切割成 3 大部分；然后利用工作压力均为 235 MPa 的旋转和非旋转射流，把推进剂、磨碎到所需的尺寸(以备回收利用)，整个固体推进剂的拆除时间超过 30 h，处理过程如图 1 所示。如果采用更高的射流压力、合适的射流参数与喷头，

可使整个处理时间大大缩短。

1.2 荷兰

在回收利用废旧武器弹药及其零部件方面，荷兰的科技工作者也做了系统的研究，给出了解决方案，并得到了应用。水射流切割技术在荷兰也已经非常成熟，已被 TNO-PML 应用于各种型号武器弹药，例如 40mmHE、105mmHE、155mmHE、81mmHE迫击炮烟火照明弹[7]。这种精密的切割也被应用到了敏感部件的切割上，包括引信与点火机构。另外，在 TNO-PML 的协助下，由荷兰皇家海军开发出水射流洗出法，在高压水射流的作用下，炸药能够从弹壳中分离出来，这种方法已在 155mmHE 上得到验证。荷兰专家认为，水射流洗出法相比传统的熔化分离技术有以下几个优点：

1) 所需分离时间更短；2) 适用于各种炸药装药；3) 相比熔化分离法消耗的能量更少；4) 由于水经过滤后可重复使用，所以污染更少；5) 显著降低室内 TNT 蒸汽浓度，有利人体健康；6) 熔化分离法分离炸药和壳体后壳体内壁会残留炸药，但是高压水射流技术会清理得更加干净。

1.3 乌克兰

乌克兰同样面临着废旧弹药处理的问题。据统计，乌克兰目前拥有超过 50 000 t 的各种废旧待处理的弹药、导弹以及含能材料，这些废旧武器弹药亟待处理或者销毁，如图 2。为了有效地将废旧武器弹药处理掉，这项工作已经提上了乌克兰的政府项目框架，并与国际组织开展了积极的合作[8]。

在乌克兰水射流壳药分离技术已得到了广泛的应用，形成了弹药前期处理、壳药分离、三废处理在内的全套自动化装备，降低了废渣、废液、废气的排放，保护了环境。

1.4 美国

1) 磨料水射流。

美国 Fossey 等尝试利用高压磨料水射流来拆除曳光弹的引信和底部，发现对于这种弹壳壁厚为5～10 mm 且内装 TNT 炸药的炮弹，当压力由 75MPa 提高至 375 MPa 时，处理的数量由 3 发/min 增至 8 发/min。Hashish 等利用添加碱金属磨料的液氨射流处理 M-55 化学火箭，在水压 276 MPa 的条件下，0.5 min 内能够切割掉传爆管和引信，1 min 内清除起爆药，然后在 10 min 内完全清除发射药。

2) Nammo 高压水冲倒料系统(图 4)。

美国 Nammo 公司开发了一套高压水冲倒料系统，主要用于冲洗装有 APC 推进剂的火箭发动机。这套系统主要由 10 m3 容积水箱、水管、100 MPa的高压泵、发动机底座、过滤系统、炸药容器、排气装置、升降装置、控制系统等组成，其倒料能力为 150 kg/h。该系统使用旋转的夹具将火箭发动机夹紧，同时高压泵压出 100 MPa 的高压水也被传输

至带喷嘴的喷头。设备启动后，火箭发动机开始旋转，喷头向前推进，冲洗推进剂。发射药会被集中在一个带状物上并被装进箱体，便于接下来的焚烧和循环。这一流程使用的水是循环流通的，会在一个专门的过滤装置中得到清洁。

2 高压射流冲蚀破碎安全技术

高压水射流冲蚀破碎安全技术是处理废旧弹药的关键技术之一。国外研究证明，对于现所有类型的军用炸药，采用压力高达 175 MPa 的间断射流(冲击压力超过 1 400 MPa)和压力高达 175 MPa、流量80 L/min 的连续射流都是安全的，即使冲击时间再长也不会引起燃爆。美国伊利诺斯理工学院利用拍摄速度为 1 200 000 幅/s 的超高速摄影机，进行了高压水倒药的安全性试验，结果表明：即使高压水的速度高达 2 000 m/s 也没有发现炸药的爆炸反应；因此，压力控制在 45～70 MPa 安全上是可行的。

对于安全阈值的确定，在工艺参数上首先测定装药受热后的热分解温度和爆燃温度，并以此制订最高极限工艺温度；水射流在高压条件下可近似认为刚性物质，假定装药属于内部不存在原生的孔隙、裂纹或杂质等缺陷的聚合体，按照一维冲击波传播理论，射流对炸药冲击过程可简化为飞片冲击模型，采用简易平面波发生器爆炸驱动飞片高速撞击带隔板装药，进行冲击起爆试验，以板痕对比法，研究在相同条件下发生 50%爆轰的临界隔板厚度及临界起爆压力；为保证处理过程中任意时刻装药内部温度小于临界温度，必须在工艺定型前测定水射流冲击压力、时间与装药内部温度的变化关系，鉴于水射流冲击的实时性，在进行参数测定时，通过在装药内部相应点位埋设一组温度传感器，当压力作用于界面并发生温度变化时，实时信号被采集并传输到外部的记录仪上。一方面比较内部温度与临界温度的关系，判定高压水射流冲击作用的危险性，另一方面通过数据处理得出冲击压力与内部温度变化的关系，明确水射流压力的安全阈值。

3 建议

高压射流作为一种处理废旧弹药的有效手段，在自动化、安全、绿色处理方面有着先天的优势，我国在该领域与国外还存在着一定差距，需要加强以下几点的研究：

1) 磨料射流与纯射流配合使用的复合处理方式研究，具备完整的拆分与捣出处理体系；

2) 针对我国不同装药品种的冲蚀破碎安全理论研究，建立相关数据库；

3) 基于高压射流的废旧弹药冲蚀破碎系统的数字化集成研究，形成智能化的处理系统。

4 结论

采用高压水射流处理技术对废旧弹箭装药进行冲蚀破碎，能有效地将装药从战斗部或火箭发动机中分离出来，且能保证安全性。世界主要军事发达国家均已实现高压水射流处理废旧弹箭的工程化应用，并取得了良好效果。该技术可实现弹箭拆分的自动化与无人化，可提高拆分的安全性并降低能耗，具有绿色无污染的特点。

4 结束语

实验结果证明：该方法适用于无人工程机械野外自主作业过程中的路径规划过程，能够对静态障碍及动态障碍物进行实时检测，构建实时环境栅格地图，并实时规划出代价最小的无碰撞安全行驶道路。该研究对无人工程机械在复杂环境下自主作业提供了有效的前提和保障。