聚能起爆系统的试验与应用

曹海庆，王韶光，白冬龙

(1. 65196 部队，辽宁铁岭 112609; 2.军械工程学院军械技术研究所，石家庄 050003)

在弹药技术保障领域，危险弹药通常指不能保证正常装卸运输、储存保管、使用操作、检测试验、修理处废等技术保障活动安全的弹药，主要包括射击未爆弹、简易爆炸装置、事故弹药、历史遗留旧杂式弹药、报废处理弹药等。由于危险弹药通常技术状况不明，有些处于解除保险状态下，触动、搬运、装载运输等活动极易引起意外爆炸，因此危险弹药的存在和销毁处理给部队和社会稳定造成了巨大威胁，急需采取恰当的方式及时处理［1-12］。

随着现阶段军事科研、军事训练、军事演习和军事保障越来越频繁，在科研生产、兵器试验、部队训练、勤务处理以及后方仓库储存供应保障中，经常出现不同姿态不同状态不同地形条件下的射击未爆弹、跌落弹药、事故弹药等危险弹药，处理不及时或处理措施不当会引起许多伤亡事故，对官兵生命安全和部队安全发展带来了重大隐患;许多地区在基础设施建设中发现的历史遗留的旧杂式弹药和不明技术状况危险爆炸物，由于年代久远，绝大多数战争遗留弹没有相关资料进行比照，其型号、结构、性能和原理不得而知或知之甚少，特别是在经过当时的投掷、发射、落地、撞击、侵彻后，又经过长达数十年的掩埋，弹体内外结构变形、锈蚀严重，有的甚至处于一触即发的状态，危险性巨大，给探测和排除带来极大的困难，给人民安居乐业和社会和谐稳定造成了巨大威胁。

国内销毁危险弹药的方法比较传统，主要采用炸毁法，做法是用一定药量的高爆速、高猛度的炸药包裹在危险弹药的环形面上，用雷管起爆炸药后引爆弹丸，从而达到销毁目的，该方法存在的主要问题包括:

1)在销毁安全方面。操作人员需直接接触危险弹药、电雷管、导爆索等点火起爆器材，易受外力、电磁等影响，存在较大安全隐患。

2)在销毁效果方面。炸药包药量和捆扎质量不好确定，炸药量和装药量密度不一致，体积、形状不同，点火起爆系统检测困难，不能重复使用;对于掩埋在土中，姿态各异，不能移动、振动、转运或受场地条件限制的未爆弹以及体积较小的集束弹药，爆破坑和炸药包设置困难。此种方法炸药用量较大，对弹壳较厚的弹体如穿甲弹等殉爆率低，可靠性不高。

3)在勤务处理方面。组织管理程序复杂，炸药包制备、安放等勤务环节多，操作人员多，作业准备时间长，劳动强度较大，安全警戒范围大，机动性差，防护能力较弱。

因此当前急需探索更加安全、高效、适用范围广的危险弹药就地销毁方法。利用聚能装置金属射流引爆弹药的原理，在聚能装置设计、姿态固定调节、爆炸品包装、危险弹药销毁专用车等方面开展研究，设计机动式危险弹药销毁系统，能够单独执行任务，具备良好机动越野性能，采用钝感点火、非接触引爆，满足危险弹药销毁安全、高效和非接触的要求。

1 系统组成

根据系统功能要求，机动式危险弹药销毁系统主要由起爆系统、视频监控系统、危险弹药销毁专用车3 部分构成。起爆系统用于引爆危险弹药，主要由聚能起爆器、导爆管、导爆管雷管、导爆管激发器等组成。视频监控系统用于监控和记录作业过程，确认销毁效果，由带防护摄像系统、视频记录系统构成。危险弹药销毁专用车用于为销毁作业全过程提供运输与作业平台，主要由专用车辆、作业台等构成。系统主要组成如图1 所示。

图1 系统组成

2 功能和战技指标

2.1 系统功能

1)通用弹药安全销毁功能: 针对多种姿态的地面裸露弹药、部分扎入地面的半裸露通用弹药，通过聚能装置姿态调整，实现危险弹药的非接触、安全、高效销毁。

2)机动越野功能: 危险弹药大多处于野外环境，距离远、路状差，且需要单独执行销毁任务，系统集装于越野车上，配置防爆毯后具备良好机动性和抗破片功能。

3)视频监控功能: 能够在车内对作业过程进行视频监控和记录，通过视频确认危险弹药被可靠销毁。

2.2 主要战技指标

综合设计要求、可行性、成本、实用性等多种因素，确定机动式危险弹药销毁系统主要技术指标如下:

销毁能力:可靠销毁20 ～160 mm 口径通用弹药;

视频监控:能够对销毁作业过程进行监控，实时观察销毁效果;

危险弹药销毁专用车:具备全地形越野性能;

防护能力:采用车体加防爆方式，有效防护车辆人员。

3 研制内容

3.1 设计思想

根据国内外相关研究情况，结合危险弹药销毁的实际情况，以“机动安全、系统集成、实用可靠”为基本思路，借鉴国内外相关先进成熟技术和已有研究成果，充分考虑安全性、实用性和可靠性，在满足通用弹药销毁需求的基础上，力争在聚能装置设计与试验、聚能装置固定调节、销毁专用车辆集成与防护等技术方面有所突破。

3.2 危险弹药特点分析

待销毁危险弹药壳体厚度、弹体材料及装药种类等性能和结构参数是设计机动式起爆器系统的依据。

1)弹体壁厚范围

榴弹和迫击炮弹销毁数量在弹药中所占的比重较大。目前，销毁的榴弹口径在20 ～160 mm，其壁厚小于26 mm;销毁的大中口径迫击炮弹其弹壁较厚，大于同口径的杀伤榴弹壁厚。根据弹丸对付的目标和毁伤效应，杀伤榴弹的弹体较厚，爆破榴弹的弹体较薄，杀伤爆破榴弹介于两者之间。因而，杀伤榴弹壁厚可作为聚能起爆器侵彻深度的设计依据。

2)弹体材料

榴弹弹体常用钢质材料制成，也有用高强度合金钢制成。迫击炮弹通常采用钢性铸铁，现多采用稀土球墨铸铁作外壳，尽管迫击炮弹弹壁要厚些，但由于材料的机械力学性能较榴弹壳体材料差很多，其厚度少量的增加对侵彻深度并没有多大影响。因此，应采用榴弹弹壳材料作为聚能装置侵彻的最难值。

3)装药种类

目前我军通用弹药的弹丸装药种类主要有TNT、梯黑炸药、梯混合炸药、PENT 等。但就其侵彻起爆感度而言，TNT是非常钝感的一种装药，可作为侵彻起爆的目标炸药。

综上分析，并考虑一定可靠性系数，可以确定机动式聚能起爆器系统设计指标为最大侵彻深度26mm，侵彻目标为钢质材料，侵彻起爆装药为TNT 炸药。

3.3 聚能起爆器

聚能起爆器要能够销毁地面上裸露弹药和半裸露通用弹药，在聚能起爆器设计中，主要考虑射流速度和直径影响。聚能起爆器的一个难题是最佳炸高的确定，炸高是指聚能装药在爆炸瞬间，药型罩底端面至侵彻物之间的距离。炸高对侵彻深度的影响很大，一方面炸高增加，射流伸长，从而侵彻深度增加，另一方面炸高增加，射流产生径向分散和摆动，延伸到一定深度后出现断裂，从而使侵彻深度降低。最佳炸高是一定范围内变化的参量，它与药型罩锥角、材料、炸药性能等因素有关。试验研究表明，铜罩的有利炸高约为罩底宽度的6 倍左右。

试验选取射孔弹作为聚能起爆器。射孔弹是在药柱锥孔表面加一个药型罩，爆轰产物在推动罩壁自轴线运动过程中，就将能量传递给了铜罩。由于铜的可压缩性很小，因此内能增加很少，能量的极大部分表现为动能形式，这样就可避免高压膨胀引起的能量分散而使能量更为集中，射流端部速度可达7 000 ～9 000 m/s，当射流接触弹壳体时发生碰撞，由于速度超过弹壳体的音速，自碰撞点向弹体传入冲击波，同时在碰撞点产生很高的压力，升到一定温度值，射流穿透壳体后继续碰撞冲击装药，并使之起爆。

3.4 试验过程

得到销毁危险弹药命令后，驾驶危险弹药销毁专用车到作业地点，设置并开启视频监控系统，作业人员将聚能装置与固定三脚架连接，调整聚能装置使其对准危险弹药并固定其姿态。连接导爆管，驾驶销毁专用车离开现场，离开过程中自动释放导爆管。到达一定距离后，作业人员剪断导爆管，并将导爆管插入导爆管激发器，引爆聚能装置，进而引爆危险弹药，系统作业状态如图2。试验前后记录所有试验器材、试验用弹、试验场地、监控系统、各种器材连接点、起爆过程、试验前后对比照等。当作业现场地形复杂车辆难以通行时，可以从车上取下便携的手提式作业箱和雷管箱，由作业人员步行到作业地点进行危险弹药引爆。

图2 系统作业状态

1)各种口径弹丸的引爆试验。引爆试验中以弹丸口径由小到大，装药由少到多的顺序开展，每次一发，每次导爆管长度为70 m，以考察聚能起爆器对不同口径弹丸的引爆能力。试验弹丸包括25 高、57 高、82 迫、100 坦、122 榴和130加弹丸，弹壁厚度在10 ～25.8 mm 范围内，弹壁材料主要包括铸铁、钢和优质合金钢，经试验验证，均能可靠引爆。

2)网络引爆试验。为考察3 发弹网络起爆性能，通过四通接头将3 枚导爆管连成网络，如图3 所示。试验中同时引爆2 发25 高和1 发57 高。试验中通过网络起爆方式，一次即实现了3 发弹丸的同时引爆，可见本系统具有较好的网络起爆能力。如果继续通过四通进行扩展，则可以引爆更多的弹丸。

图3 网络引爆图

3)试验结论

①通过弹丸引爆试验，激发器能够实现对导爆管的单脉冲可靠引爆，证明本系统引爆方式具有很高的可靠性; ②试验中起爆器对25 高、57 高、82 迫、100 坦、122 榴、130 加弹丸不同弹丸壁厚、不同药量、不同药剂和不同材质侵彻引爆率打100%，因此，可推断试验用聚能起爆器对于销毁通用弹药是有效的;③试验中连接成起爆网络一次同时起爆3 发不同种类的弹丸，证明起爆系统具有良好的网络起爆能力。

3.5 主要特点

机动式聚能起爆器系统技术先进，可靠性安全性高，射流侵彻能力强，引爆效率高，能够满足各种环境条件下危险弹药引爆销毁处理的需要。

1)设计新颖。围绕弹药销毁，综合集成了导爆管引爆、导爆管爆轰传输、射流引爆带壳装药等技术，突破了传统炸毁作业模式。

2)射流侵彻能力强。导爆管传爆速度正常稳定，传爆可靠性高。聚能起爆器仅采用25 g 的RDX 作为侵彻起爆弹丸装药能源，其压垮铜质药型罩形成的金属射流速度快且梯度分布适中，稳定性好，冲击压力高，侵彻能力强，在侵彻弹体后，剩余射流仍具有较高的侵彻引爆弹丸装药能力。

3)炸毁效果佳。聚能起爆器形成的金属射流能够完全侵彻不同口径、不同壁厚、不同弹体材料、不同弹丸装药的弹药壳体，引爆弹丸装药，消除弹药固有危险性。

4)勤务处理安全性好。起爆系统采用的导爆管雷管抗静电、杂电干扰能力强，抗拉、抗震性能显著;导爆管本身不具有爆炸危险性，在火焰和机械碰撞的作用下不能被起爆，且其爆速低，传爆后的管壁亦无破损; 聚能起爆器炸药感度适中，性能稳定，相容性好。

5)机动性可视性较好。设计的危险弹药销毁专用车，机动灵活，满足单独执行作业、快速到达、销毁地点距离远、野外地况复杂等需求。视频监控方式能够记录销毁作业过程，确认销毁效果。

4 结论

该系统的聚能起爆器成功实现了不同口径、不同壁厚、不同弹体材料、不同弹丸装药的弹药引爆销毁，具有抗电信号干扰能力强、点火起爆可靠性高、射流侵彻能力强、炸毁效果佳、勤务处理危险性低、操作使用简便等特点。该系统可以有效地引爆销毁科研生产、兵器试验、反恐维稳、部队训练和勤务处理中出现的不同姿态不同地形条件下的未爆弹、跌落弹药、简易路边炸弹以及历史遗留的旧杂式弹药和不明技术状况的危险弹药;能满足我军当前野外爆破坑引爆中心弹丸，成批炸毁处理废旧弹药需要，其军事、经济、社会效益显著。

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