聚能起爆系統(tǒng)的試驗(yàn)與應(yīng)用

曹海慶，王韶光，白冬龍

(1. 65196 部隊(duì)，遼寧鐵嶺 112609; 2.軍械工程學(xué)院軍械技術(shù)研究所，石家莊 050003)

在彈藥技術(shù)保障領(lǐng)域，危險(xiǎn)彈藥通常指不能保證正常裝卸運(yùn)輸、儲(chǔ)存保管、使用操作、檢測(cè)試驗(yàn)、修理處廢等技術(shù)保障活動(dòng)安全的彈藥，主要包括射擊未爆彈、簡(jiǎn)易爆炸裝置、事故彈藥、歷史遺留舊雜式彈藥、報(bào)廢處理彈藥等。由于危險(xiǎn)彈藥通常技術(shù)狀況不明，有些處于解除保險(xiǎn)狀態(tài)下，觸動(dòng)、搬運(yùn)、裝載運(yùn)輸?shù)然顒?dòng)極易引起意外爆炸，因此危險(xiǎn)彈藥的存在和銷毀處理給部隊(duì)和社會(huì)穩(wěn)定造成了巨大威脅，急需采取恰當(dāng)?shù)姆绞郊皶r(shí)處理［1-12］。

隨著現(xiàn)階段軍事科研、軍事訓(xùn)練、軍事演習(xí)和軍事保障越來越頻繁，在科研生產(chǎn)、兵器試驗(yàn)、部隊(duì)訓(xùn)練、勤務(wù)處理以及后方倉庫儲(chǔ)存供應(yīng)保障中，經(jīng)常出現(xiàn)不同姿態(tài)不同狀態(tài)不同地形條件下的射擊未爆彈、跌落彈藥、事故彈藥等危險(xiǎn)彈藥，處理不及時(shí)或處理措施不當(dāng)會(huì)引起許多傷亡事故，對(duì)官兵生命安全和部隊(duì)安全發(fā)展帶來了重大隱患;許多地區(qū)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中發(fā)現(xiàn)的歷史遺留的舊雜式彈藥和不明技術(shù)狀況危險(xiǎn)爆炸物，由于年代久遠(yuǎn)，絕大多數(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)遺留彈沒有相關(guān)資料進(jìn)行比照，其型號(hào)、結(jié)構(gòu)、性能和原理不得而知或知之甚少，特別是在經(jīng)過當(dāng)時(shí)的投擲、發(fā)射、落地、撞擊、侵徹后，又經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的掩埋，彈體內(nèi)外結(jié)構(gòu)變形、銹蝕嚴(yán)重，有的甚至處于一觸即發(fā)的狀態(tài)，危險(xiǎn)性巨大，給探測(cè)和排除帶來極大的困難，給人民安居樂業(yè)和社會(huì)和諧穩(wěn)定造成了巨大威脅。

國內(nèi)銷毀危險(xiǎn)彈藥的方法比較傳統(tǒng)，主要采用炸毀法，做法是用一定藥量的高爆速、高猛度的炸藥包裹在危險(xiǎn)彈藥的環(huán)形面上，用雷管起爆炸藥后引爆彈丸，從而達(dá)到銷毀目的，該方法存在的主要問題包括:

1)在銷毀安全方面。操作人員需直接接觸危險(xiǎn)彈藥、電雷管、導(dǎo)爆索等點(diǎn)火起爆器材，易受外力、電磁等影響，存在較大安全隱患。

2)在銷毀效果方面。炸藥包藥量和捆扎質(zhì)量不好確定，炸藥量和裝藥量密度不一致，體積、形狀不同，點(diǎn)火起爆系統(tǒng)檢測(cè)困難，不能重復(fù)使用;對(duì)于掩埋在土中，姿態(tài)各異，不能移動(dòng)、振動(dòng)、轉(zhuǎn)運(yùn)或受場(chǎng)地條件限制的未爆彈以及體積較小的集束彈藥，爆破坑和炸藥包設(shè)置困難。此種方法炸藥用量較大，對(duì)彈殼較厚的彈體如穿甲彈等殉爆率低，可靠性不高。

3)在勤務(wù)處理方面。組織管理程序復(fù)雜，炸藥包制備、安放等勤務(wù)環(huán)節(jié)多，操作人員多，作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，安全警戒范圍大，機(jī)動(dòng)性差，防護(hù)能力較弱。

因此當(dāng)前急需探索更加安全、高效、適用范圍廣的危險(xiǎn)彈藥就地銷毀方法。利用聚能裝置金屬射流引爆彈藥的原理，在聚能裝置設(shè)計(jì)、姿態(tài)固定調(diào)節(jié)、爆炸品包裝、危險(xiǎn)彈藥銷毀專用車等方面開展研究，設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)式危險(xiǎn)彈藥銷毀系統(tǒng)，能夠單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)，具備良好機(jī)動(dòng)越野性能，采用鈍感點(diǎn)火、非接觸引爆，滿足危險(xiǎn)彈藥銷毀安全、高效和非接觸的要求。

1 系統(tǒng)組成

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，機(jī)動(dòng)式危險(xiǎn)彈藥銷毀系統(tǒng)主要由起爆系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、危險(xiǎn)彈藥銷毀專用車3 部分構(gòu)成。起爆系統(tǒng)用于引爆危險(xiǎn)彈藥，主要由聚能起爆器、導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆管雷管、導(dǎo)爆管激發(fā)器等組成。視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)控和記錄作業(yè)過程，確認(rèn)銷毀效果，由帶防護(hù)攝像系統(tǒng)、視頻記錄系統(tǒng)構(gòu)成。危險(xiǎn)彈藥銷毀專用車用于為銷毀作業(yè)全過程提供運(yùn)輸與作業(yè)平臺(tái)，主要由專用車輛、作業(yè)臺(tái)等構(gòu)成。系統(tǒng)主要組成如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成

2 功能和戰(zhàn)技指標(biāo)

2.1 系統(tǒng)功能

1)通用彈藥安全銷毀功能: 針對(duì)多種姿態(tài)的地面裸露彈藥、部分扎入地面的半裸露通用彈藥，通過聚能裝置姿態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)彈藥的非接觸、安全、高效銷毀。

2)機(jī)動(dòng)越野功能: 危險(xiǎn)彈藥大多處于野外環(huán)境，距離遠(yuǎn)、路狀差，且需要單獨(dú)執(zhí)行銷毀任務(wù)，系統(tǒng)集裝于越野車上，配置防爆毯后具備良好機(jī)動(dòng)性和抗破片功能。

3)視頻監(jiān)控功能: 能夠在車內(nèi)對(duì)作業(yè)過程進(jìn)行視頻監(jiān)控和記錄，通過視頻確認(rèn)危險(xiǎn)彈藥被可靠銷毀。

2.2 主要戰(zhàn)技指標(biāo)

綜合設(shè)計(jì)要求、可行性、成本、實(shí)用性等多種因素，確定機(jī)動(dòng)式危險(xiǎn)彈藥銷毀系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如下:

銷毀能力:可靠銷毀20 ～160 mm 口徑通用彈藥;

視頻監(jiān)控:能夠?qū)︿N毀作業(yè)過程進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)觀察銷毀效果;

危險(xiǎn)彈藥銷毀專用車:具備全地形越野性能;

防護(hù)能力:采用車體加防爆方式，有效防護(hù)車輛人員。

3 研制內(nèi)容

3.1 設(shè)計(jì)思想

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究情況，結(jié)合危險(xiǎn)彈藥銷毀的實(shí)際情況，以“機(jī)動(dòng)安全、系統(tǒng)集成、實(shí)用可靠”為基本思路，借鑒國內(nèi)外相關(guān)先進(jìn)成熟技術(shù)和已有研究成果，充分考慮安全性、實(shí)用性和可靠性，在滿足通用彈藥銷毀需求的基礎(chǔ)上，力爭(zhēng)在聚能裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)、聚能裝置固定調(diào)節(jié)、銷毀專用車輛集成與防護(hù)等技術(shù)方面有所突破。

3.2 危險(xiǎn)彈藥特點(diǎn)分析

待銷毀危險(xiǎn)彈藥殼體厚度、彈體材料及裝藥種類等性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)是設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)式起爆器系統(tǒng)的依據(jù)。

1)彈體壁厚范圍

榴彈和迫擊炮彈銷毀數(shù)量在彈藥中所占的比重較大。目前，銷毀的榴彈口徑在20 ～160 mm，其壁厚小于26 mm;銷毀的大中口徑迫擊炮彈其彈壁較厚，大于同口徑的殺傷榴彈壁厚。根據(jù)彈丸對(duì)付的目標(biāo)和毀傷效應(yīng)，殺傷榴彈的彈體較厚，爆破榴彈的彈體較薄，殺傷爆破榴彈介于兩者之間。因而，殺傷榴彈壁厚可作為聚能起爆器侵徹深度的設(shè)計(jì)依據(jù)。

2)彈體材料

榴彈彈體常用鋼質(zhì)材料制成，也有用高強(qiáng)度合金鋼制成。迫擊炮彈通常采用鋼性鑄鐵，現(xiàn)多采用稀土球墨鑄鐵作外殼，盡管迫擊炮彈彈壁要厚些，但由于材料的機(jī)械力學(xué)性能較榴彈殼體材料差很多，其厚度少量的增加對(duì)侵徹深度并沒有多大影響。因此，應(yīng)采用榴彈彈殼材料作為聚能裝置侵徹的最難值。

3)裝藥種類

目前我軍通用彈藥的彈丸裝藥種類主要有TNT、梯黑炸藥、梯混合炸藥、PENT 等。但就其侵徹起爆感度而言，TNT是非常鈍感的一種裝藥，可作為侵徹起爆的目標(biāo)炸藥。

綜上分析，并考慮一定可靠性系數(shù)，可以確定機(jī)動(dòng)式聚能起爆器系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)為最大侵徹深度26mm，侵徹目標(biāo)為鋼質(zhì)材料，侵徹起爆裝藥為TNT 炸藥。

3.3 聚能起爆器

聚能起爆器要能夠銷毀地面上裸露彈藥和半裸露通用彈藥，在聚能起爆器設(shè)計(jì)中，主要考慮射流速度和直徑影響。聚能起爆器的一個(gè)難題是最佳炸高的確定，炸高是指聚能裝藥在爆炸瞬間，藥型罩底端面至侵徹物之間的距離。炸高對(duì)侵徹深度的影響很大，一方面炸高增加，射流伸長(zhǎng)，從而侵徹深度增加，另一方面炸高增加，射流產(chǎn)生徑向分散和擺動(dòng)，延伸到一定深度后出現(xiàn)斷裂，從而使侵徹深度降低。最佳炸高是一定范圍內(nèi)變化的參量，它與藥型罩錐角、材料、炸藥性能等因素有關(guān)。試驗(yàn)研究表明，銅罩的有利炸高約為罩底寬度的6 倍左右。

試驗(yàn)選取射孔彈作為聚能起爆器。射孔彈是在藥柱錐孔表面加一個(gè)藥型罩，爆轟產(chǎn)物在推動(dòng)罩壁自軸線運(yùn)動(dòng)過程中，就將能量傳遞給了銅罩。由于銅的可壓縮性很小，因此內(nèi)能增加很少，能量的極大部分表現(xiàn)為動(dòng)能形式，這樣就可避免高壓膨脹引起的能量分散而使能量更為集中，射流端部速度可達(dá)7 000 ～9 000 m/s，當(dāng)射流接觸彈殼體時(shí)發(fā)生碰撞，由于速度超過彈殼體的音速，自碰撞點(diǎn)向彈體傳入沖擊波，同時(shí)在碰撞點(diǎn)產(chǎn)生很高的壓力，升到一定溫度值，射流穿透殼體后繼續(xù)碰撞沖擊裝藥，并使之起爆。

3.4 試驗(yàn)過程

得到銷毀危險(xiǎn)彈藥命令后，駕駛危險(xiǎn)彈藥銷毀專用車到作業(yè)地點(diǎn)，設(shè)置并開啟視頻監(jiān)控系統(tǒng)，作業(yè)人員將聚能裝置與固定三腳架連接，調(diào)整聚能裝置使其對(duì)準(zhǔn)危險(xiǎn)彈藥并固定其姿態(tài)。連接導(dǎo)爆管，駕駛銷毀專用車離開現(xiàn)場(chǎng)，離開過程中自動(dòng)釋放導(dǎo)爆管。到達(dá)一定距離后，作業(yè)人員剪斷導(dǎo)爆管，并將導(dǎo)爆管插入導(dǎo)爆管激發(fā)器，引爆聚能裝置，進(jìn)而引爆危險(xiǎn)彈藥，系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)如圖2。試驗(yàn)前后記錄所有試驗(yàn)器材、試驗(yàn)用彈、試驗(yàn)場(chǎng)地、監(jiān)控系統(tǒng)、各種器材連接點(diǎn)、起爆過程、試驗(yàn)前后對(duì)比照等。當(dāng)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜車輛難以通行時(shí)，可以從車上取下便攜的手提式作業(yè)箱和雷管箱，由作業(yè)人員步行到作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行危險(xiǎn)彈藥引爆。

圖2 系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)

1)各種口徑彈丸的引爆試驗(yàn)。引爆試驗(yàn)中以彈丸口徑由小到大，裝藥由少到多的順序開展，每次一發(fā)，每次導(dǎo)爆管長(zhǎng)度為70 m，以考察聚能起爆器對(duì)不同口徑彈丸的引爆能力。試驗(yàn)彈丸包括25 高、57 高、82 迫、100 坦、122 榴和130加彈丸，彈壁厚度在10 ～25.8 mm 范圍內(nèi)，彈壁材料主要包括鑄鐵、鋼和優(yōu)質(zhì)合金鋼，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，均能可靠引爆。

2)網(wǎng)絡(luò)引爆試驗(yàn)。為考察3 發(fā)彈網(wǎng)絡(luò)起爆性能，通過四通接頭將3 枚導(dǎo)爆管連成網(wǎng)絡(luò)，如圖3 所示。試驗(yàn)中同時(shí)引爆2 發(fā)25 高和1 發(fā)57 高。試驗(yàn)中通過網(wǎng)絡(luò)起爆方式，一次即實(shí)現(xiàn)了3 發(fā)彈丸的同時(shí)引爆，可見本系統(tǒng)具有較好的網(wǎng)絡(luò)起爆能力。如果繼續(xù)通過四通進(jìn)行擴(kuò)展，則可以引爆更多的彈丸。

圖3 網(wǎng)絡(luò)引爆圖

3)試驗(yàn)結(jié)論

①通過彈丸引爆試驗(yàn)，激發(fā)器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)導(dǎo)爆管的單脈沖可靠引爆，證明本系統(tǒng)引爆方式具有很高的可靠性; ②試驗(yàn)中起爆器對(duì)25 高、57 高、82 迫、100 坦、122 榴、130 加彈丸不同彈丸壁厚、不同藥量、不同藥劑和不同材質(zhì)侵徹引爆率打100%，因此，可推斷試驗(yàn)用聚能起爆器對(duì)于銷毀通用彈藥是有效的;③試驗(yàn)中連接成起爆網(wǎng)絡(luò)一次同時(shí)起爆3 發(fā)不同種類的彈丸，證明起爆系統(tǒng)具有良好的網(wǎng)絡(luò)起爆能力。

3.5 主要特點(diǎn)

機(jī)動(dòng)式聚能起爆器系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，可靠性安全性高，射流侵徹能力強(qiáng)，引爆效率高，能夠滿足各種環(huán)境條件下危險(xiǎn)彈藥引爆銷毀處理的需要。

1)設(shè)計(jì)新穎。圍繞彈藥銷毀，綜合集成了導(dǎo)爆管引爆、導(dǎo)爆管爆轟傳輸、射流引爆帶殼裝藥等技術(shù)，突破了傳統(tǒng)炸毀作業(yè)模式。

2)射流侵徹能力強(qiáng)。導(dǎo)爆管傳爆速度正常穩(wěn)定，傳爆可靠性高。聚能起爆器僅采用25 g 的RDX 作為侵徹起爆彈丸裝藥能源，其壓垮銅質(zhì)藥型罩形成的金屬射流速度快且梯度分布適中，穩(wěn)定性好，沖擊壓力高，侵徹能力強(qiáng)，在侵徹彈體后，剩余射流仍具有較高的侵徹引爆彈丸裝藥能力。

3)炸毀效果佳。聚能起爆器形成的金屬射流能夠完全侵徹不同口徑、不同壁厚、不同彈體材料、不同彈丸裝藥的彈藥殼體，引爆彈丸裝藥，消除彈藥固有危險(xiǎn)性。

4)勤務(wù)處理安全性好。起爆系統(tǒng)采用的導(dǎo)爆管雷管抗靜電、雜電干擾能力強(qiáng)，抗拉、抗震性能顯著;導(dǎo)爆管本身不具有爆炸危險(xiǎn)性，在火焰和機(jī)械碰撞的作用下不能被起爆，且其爆速低，傳爆后的管壁亦無破損; 聚能起爆器炸藥感度適中，性能穩(wěn)定，相容性好。

5)機(jī)動(dòng)性可視性較好。設(shè)計(jì)的危險(xiǎn)彈藥銷毀專用車，機(jī)動(dòng)靈活，滿足單獨(dú)執(zhí)行作業(yè)、快速到達(dá)、銷毀地點(diǎn)距離遠(yuǎn)、野外地況復(fù)雜等需求。視頻監(jiān)控方式能夠記錄銷毀作業(yè)過程，確認(rèn)銷毀效果。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)的聚能起爆器成功實(shí)現(xiàn)了不同口徑、不同壁厚、不同彈體材料、不同彈丸裝藥的彈藥引爆銷毀，具有抗電信號(hào)干擾能力強(qiáng)、點(diǎn)火起爆可靠性高、射流侵徹能力強(qiáng)、炸毀效果佳、勤務(wù)處理危險(xiǎn)性低、操作使用簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。該系統(tǒng)可以有效地引爆銷毀科研生產(chǎn)、兵器試驗(yàn)、反恐維穩(wěn)、部隊(duì)訓(xùn)練和勤務(wù)處理中出現(xiàn)的不同姿態(tài)不同地形條件下的未爆彈、跌落彈藥、簡(jiǎn)易路邊炸彈以及歷史遺留的舊雜式彈藥和不明技術(shù)狀況的危險(xiǎn)彈藥;能滿足我軍當(dāng)前野外爆破坑引爆中心彈丸，成批炸毀處理廢舊彈藥需要，其軍事、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

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