聚能起爆系統(tǒng)的試驗與應用

曹海慶，王韶光，白冬龍

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

在彈藥技術保障領域，危險彈藥通常指不能保證正常裝卸運輸、儲存保管、使用操作、檢測試驗、修理處廢等技術保障活動安全的彈藥，主要包括射擊未爆彈、簡易爆炸裝置、事故彈藥、歷史遺留舊雜式彈藥、報廢處理彈藥等。由于危險彈藥通常技術狀況不明，有些處于解除保險狀態(tài)下，觸動、搬運、裝載運輸?shù)然顒訕O易引起意外爆炸，因此危險彈藥的存在和銷毀處理給部隊和社會穩(wěn)定造成了巨大威脅，急需采取恰當?shù)姆绞郊皶r處理［1-12］。

隨著現(xiàn)階段軍事科研、軍事訓練、軍事演習和軍事保障越來越頻繁，在科研生產(chǎn)、兵器試驗、部隊訓練、勤務處理以及后方倉庫儲存供應保障中，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、事故彈藥等危險彈藥，處理不及時或處理措施不當會引起許多傷亡事故，對官兵生命安全和部隊安全發(fā)展帶來了重大隱患;許多地區(qū)在基礎設施建設中發(fā)現(xiàn)的歷史遺留的舊雜式彈藥和不明技術狀況危險爆炸物，由于年代久遠，絕大多數(shù)戰(zhàn)爭遺留彈沒有相關資料進行比照，其型號、結構、性能和原理不得而知或知之甚少，特別是在經(jīng)過當時的投擲、發(fā)射、落地、撞擊、侵徹后，又經(jīng)過長達數(shù)十年的掩埋，彈體內(nèi)外結構變形、銹蝕嚴重，有的甚至處于一觸即發(fā)的狀態(tài)，危險性巨大，給探測和排除帶來極大的困難，給人民安居樂業(yè)和社會和諧穩(wěn)定造成了巨大威脅。

國內(nèi)銷毀危險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彈藥的環(huán)形面上，用雷管起爆炸藥后引爆彈丸，從而達到銷毀目的，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彈藥、電雷管、導爆索等點火起爆器材，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，點火起爆系統(tǒng)檢測困難，不能重復使用;對于掩埋在土中，姿態(tài)各異，不能移動、振動、轉運或受場地條件限制的未爆彈以及體積較小的集束彈藥，爆破坑和炸藥包設置困難。此種方法炸藥用量較大，對彈殼較厚的彈體如穿甲彈等殉爆率低，可靠性不高。

3)在勤務處理方面。組織管理程序復雜，炸藥包制備、安放等勤務環(huán)節(jié)多，操作人員多，作業(yè)準備時間長，勞動強度較大，安全警戒范圍大，機動性差，防護能力較弱。

因此當前急需探索更加安全、高效、適用范圍廣的危險彈藥就地銷毀方法。利用聚能裝置金屬射流引爆彈藥的原理，在聚能裝置設計、姿態(tài)固定調(diào)節(jié)、爆炸品包裝、危險彈藥銷毀專用車等方面開展研究，設計機動式危險彈藥銷毀系統(tǒng)，能夠單獨執(zhí)行任務，具備良好機動越野性能，采用鈍感點火、非接觸引爆，滿足危險彈藥銷毀安全、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，機動式危險彈藥銷毀系統(tǒng)主要由起爆系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、危險彈藥銷毀專用車3 部分構成。起爆系統(tǒng)用于引爆危險彈藥，主要由聚能起爆器、導爆管、導爆管雷管、導爆管激發(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，確認銷毀效果，由帶防護攝像系統(tǒng)、視頻記錄系統(tǒng)構成。危險彈藥銷毀專用車用于為銷毀作業(yè)全過程提供運輸與作業(yè)平臺，主要由專用車輛、作業(yè)臺等構成。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

2.1 系統(tǒng)功能

1)通用彈藥安全銷毀功能: 針對多種姿態(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，實現(xiàn)危險彈藥的非接觸、安全、高效銷毀。

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

3)視頻監(jiān)控功能: 能夠在車內(nèi)對作業(yè)過程進行視頻監(jiān)控和記錄，通過視頻確認危險彈藥被可靠銷毀。

2.2 主要戰(zhàn)技指標

綜合設計要求、可行性、成本、實用性等多種因素，確定機動式危險彈藥銷毀系統(tǒng)主要技術指標如下:

銷毀能力:可靠銷毀20 ～160 mm 口徑通用彈藥;

視頻監(jiān)控:能夠對銷毀作業(yè)過程進行監(jiān)控，實時觀察銷毀效果;

危險彈藥銷毀專用車:具備全地形越野性能;

防護能力:采用車體加防爆方式，有效防護車輛人員。

3 研制內(nèi)容

3.1 設計思想

根據(jù)國內(nèi)外相關研究情況，結合危險彈藥銷毀的實際情況，以“機動安全、系統(tǒng)集成、實用可靠”為基本思路，借鑒國內(nèi)外相關先進成熟技術和已有研究成果，充分考慮安全性、實用性和可靠性，在滿足通用彈藥銷毀需求的基礎上，力爭在聚能裝置設計與試驗、聚能裝置固定調(diào)節(jié)、銷毀專用車輛集成與防護等技術方面有所突破。

3.2 危險彈藥特點分析

待銷毀危險彈藥殼體厚度、彈體材料及裝藥種類等性能和結構參數(shù)是設計機動式起爆器系統(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)彈丸對付的目標和毀傷效應，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計依據(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，但由于材料的機械力學性能較榴彈殼體材料差很多，其厚度少量的增加對侵徹深度并沒有多大影響。因此，應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炸藥。

綜上分析，并考慮一定可靠性系數(shù)，可以確定機動式聚能起爆器系統(tǒng)設計指標為最大侵徹深度26mm，侵徹目標為鋼質(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，在聚能起爆器設計中，主要考慮射流速度和直徑影響。聚能起爆器的一個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。炸高對侵徹深度的影響很大，一方面炸高增加，射流伸長，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，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。試驗研究表明，銅罩的有利炸高約為罩底寬度的6 倍左右。

試驗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藥型罩，爆轟產(chǎn)物在推動罩壁自軸線運動過程中，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7 000 ～9 000 m/s，當射流接觸彈殼體時發(fā)生碰撞，由于速度超過彈殼體的音速，自碰撞點向彈體傳入沖擊波，同時在碰撞點產(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 試驗過程

得到銷毀危險彈藥命令后，駕駛危險彈藥銷毀專用車到作業(yè)地點，設置并開啟視頻監(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)整聚能裝置使其對準危險彈藥并固定其姿態(tài)。連接導爆管，駕駛銷毀專用車離開現(xiàn)場，離開過程中自動釋放導爆管。到達一定距離后，作業(yè)人員剪斷導爆管，并將導爆管插入導爆管激發(fā)器，引爆聚能裝置，進而引爆危險彈藥，系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)如圖2。試驗前后記錄所有試驗器材、試驗用彈、試驗場地、監(jiān)控系統(tǒng)、各種器材連接點、起爆過程、試驗前后對比照等。當作業(yè)現(xiàn)場地形復雜車輛難以通行時，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)地點進行危險彈藥引爆。

圖2 系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)

1)各種口徑彈丸的引爆試驗。引爆試驗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)，每次導爆管長度為70 m，以考察聚能起爆器對不同口徑彈丸的引爆能力。試驗彈丸包括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)試驗驗證，均能可靠引爆。

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

圖3 網(wǎng)絡引爆圖

3)試驗結論

①通過彈丸引爆試驗，激發(fā)器能夠實現(xiàn)對導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試驗中起爆器對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，可推斷試驗用聚能起爆器對于銷毀通用彈藥是有效的;③試驗中連接成起爆網(wǎng)絡一次同時起爆3 發(fā)不同種類的彈丸，證明起爆系統(tǒng)具有良好的網(wǎng)絡起爆能力。

3.5 主要特點

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

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

2)射流侵徹能力強。導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，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，消除彈藥固有危險性。

4)勤務處理安全性好。起爆系統(tǒng)采用的導爆管雷管抗靜電、雜電干擾能力強，抗拉、抗震性能顯著;導爆管本身不具有爆炸危險性，在火焰和機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)機動性可視性較好。設計的危險彈藥銷毀專用車，機動靈活，滿足單獨執(zhí)行作業(yè)、快速到達、銷毀地點距離遠、野外地況復雜等需求。視頻監(jiān)控方式能夠記錄銷毀作業(yè)過程，確認銷毀效果。

4 結論

該系統(tǒng)的聚能起爆器成功實現(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，具有抗電信號干擾能力強、點火起爆可靠性高、射流侵徹能力強、炸毀效果佳、勤務處理危險性低、操作使用簡便等特點。該系統(tǒng)可以有效地引爆銷毀科研生產(chǎn)、兵器試驗、反恐維穩(wěn)、部隊訓練和勤務處理中出現(xiàn)的不同姿態(tài)不同地形條件下的未爆彈、跌落彈藥、簡易路邊炸彈以及歷史遺留的舊雜式彈藥和不明技術狀況的危險彈藥;能滿足我軍當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、社會效益顯著。

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