針對我國目前的彈藥拆分方式存在的問題，分析了近年來國外廢舊彈箭的高壓水射流處理技術的應用與發(fā)展。介紹俄羅斯、荷蘭、烏克蘭和美國在廢舊彈藥處理中采用的方式，并對未來廢舊彈箭處理技術及裝備的發(fā)展趨勢進行了分析。該分析結果可為我國彈箭拆分行業(yè)未來發(fā)展提供參考。
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(guī)導彈已逐步進入壽命到限期，而近期內(nèi)我國的 155、152、122 等常規(guī)炮彈及水雷、魚雷、地雷等彈藥的拆分任務就將高達數(shù)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(shù)低，已不符合綠色、環(huán)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(xiàn)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(xiàn)狀
1.1 俄羅斯
Foldyna 等在處理俄羅斯“蜘蛛”導彈(SS-23)發(fā)動機過程中[6]，采用 235 MPa 的高壓旋轉(zhuǎn)射流將SS-23 發(fā)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(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)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(shù)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(tǒng)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(jīng)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(xié)助下，由荷蘭皇家海軍開發(fā)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(tǒng)的熔化分離技術有以下幾個優(yōu)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(jīng)過濾后可重復使用，所以污染更少；5) 顯著降低室內(nèi) 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(nèi)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(jù)統(tǒng)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(jīng)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(nèi)的全套自動化裝備，降低了廢渣、廢液、廢氣的排放，保護了環(huán)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(fā)現(xiàn)對于這種彈殼壁厚為5～10 mm 且內(nèi)裝 TNT 炸藥的炮彈，當壓力由 75MPa 提高至 375 MPa 時，處理的數(shù)量由 3 發(fā)/min 增至 8 發(fā)/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(nèi)能夠切割掉傳爆管和引信，1 min 內(nèi)清除起爆藥，然后在 10 min 內(nèi)完全清除發(fā)射藥。
2) Nammo 高壓水沖倒料系統(tǒng)(圖 4)。
美國 Nammo 公司開發(fā)了一套高壓水沖倒料系統(tǒng)，主要用于沖洗裝有 APC 推進劑的火箭發(fā)動機。這套系統(tǒng)主要由 10 m3 容積水箱、水管、100 MPa的高壓泵、發(fā)動機底座、過濾系統(tǒng)、炸藥容器、排氣裝置、升降裝置、控制系統(tǒng)等組成，其倒料能力為 150 kg/h。該系統(tǒng)使用旋轉(zhuǎn)的夾具將火箭發(fā)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(fā)動機開始旋轉(zhuǎn)，噴頭向前推進，沖洗推進劑。發(fā)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(huán)。這一流程使用的水是循環(huán)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(xiàn)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(xù)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(fā)現(xiàn)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(shù)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(zhì)，假定裝藥屬于內(nèi)部不存在原生的孔隙、裂紋或雜質(zhì)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(fā)生器爆炸驅(qū)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(fā)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(nèi)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(nèi)部溫度的變化關系，鑒于水射流沖擊的實時性，在進行參數(shù)測定時，通過在裝藥內(nèi)部相應點位埋設一組溫度傳感器，當壓力作用于界面并發(fā)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(nèi)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(shù)據(jù)處理得出沖擊壓力與內(nèi)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(yōu)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(shù)據(jù)庫；
3) 基于高壓射流的廢舊彈藥沖蝕破碎系統(tǒng)的數(shù)字化集成研究，形成智能化的處理系統(tǒng)。
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(zhàn)斗部或火箭發(fā)動機中分離出來，且能保證安全性。世界主要軍事發(fā)達國家均已實現(xiàn)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(xiàn)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(yè)過程中的路徑規(guī)劃過程，能夠?qū)o態(tài)障礙及動態(tài)障礙物進行實時檢測，構建實時環(huán)境柵格地圖，并實時規(guī)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(huán)境下自主作業(yè)提供了有效的前提和保障。
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