高压水射流对推进剂的冲击切割效果集中体现在冲击作用力上，其影响因素概括起来主要有水力参数、射流参数、被切割件特性等，此外还有空化作用的影响，这些因素相互制约。在确定推进剂特性和忽略空化作用的前提下，能进行优化处理的只有水力参数和射流参数。水力参数主要包括射流的出口压力、流量、喷射速度及功率等；射流参数主要包括初始段长度、靶距等。初步确定影响切割效果和安全性的水射流工艺参数，为建立安全条件下水射流工艺条件与切割效果之间的联系和工艺参数的优化提供了理论支持。

（一）出口压力的选择

出口压力的选择既要保证对推进剂的有效切割，又要兼顾过程的安全性，因此它是水射流参数选取的首要条件。有效切割以20℃的推进剂的抗压强度作为材料的破坏依据，使其产生明显破坏的最低出口压力在前文中做过详细论述。出于安全方面考虑，在开始的试验中，应尽量将出口压力调整在50～70 MPa的低比能下工作，并计算对应的其他工艺参数，如表2.6所示。而最高出口压力的选择应根据作业的要求和能耗的标准来确定，一般定义在140 MPa，否则将对推进剂的作用效果发生改变。在确定压力区间后，分析冲击过程中的安全性可知，此压力区间产生的水锤压力在SDT过程中的危险性不大，几乎可以忽略。但是LALDS过程对压力的选择比较苛刻，即使在最低出口压力的条件下，也要对切割过程进行实时的温度监控，防止推进剂内部温度达到或超过临界温度，以确保最大程度的安全。

表2.6　不同出口压力对应的水力参数

（二）其他水力参数的选择

1.流量与出口压力的关系

处理推进剂的高压水射流的压力较低，属于传统意义上的清洗范畴，这意味着处理过程必须注重速度和流量的综合作用，即在保证射流冲击力的前提下，获得较大的冲击面积。流量主要体现在切割速度的快慢，在同样的压力下，流量大意味着传递的能量更多，切割进度更快。因此，系统的压力和流量的合理选择与匹配至关重要，在一定压力下的流量的表达式为

式中：Q为特定压力下的流量，单位为L/min；P 0为水射流的出口水压，单位为MPa；d n为喷嘴直径，单位为mm；η为喷射效率，对喷枪喷嘴取1.05～1.10，对柔性喷杆取1.20～1.30；n为喷嘴个数。

在工程应用中，喷枪（喷头）中的宝石喷嘴通常选用10#，其直径为0.25 mm。假定出水射流速度不变，当出口压力为60 MPa时，试验期间选用单喷头（n=1），此时的流量约为0.82 L/min，如果选用3喷头（n=3），流量约为2.5 L/min；当出口压力为200 MPa时，试验期间选用单喷头和3喷头的流量分别约为1.5 L/min和4.5 L/min。

2.功率与出口压力的关系

当功率一定时，压力与流量的乘积为一定值，三者的关系表达式为

式中：W为泵的有效功率，单位为k W；P 0为水射流的出口水压，单位为MPa；Q为特定压力下的流量，单位为L/min。

当喷嘴直径为0.25 mm，在60～200 MPa的出口压力范围内，功率的变化范围为2.5～15 k W。在实验室阶段可以基本满足启动电压和最大功率的要求。

（三）射流参数的确定(www.daowen.com)

表征射流的基本参数包括射流初始段长度及最佳靶距，而影响水射流的结构特性的主要参数是射流压力、射流初始段的雷诺数、喷嘴的加工精度和内表面粗糙度等。

1.初始段长度

由于试验选择非淹没连续型高压水射流，在一定压力范围内，水射流的结构在沿射流可分为紧密段、核心段、破裂段、水滴段等四个阶段。在垂直于轴心的截面上，滞止压力与流速从最大值迅速减至边界上的最小值，如图2.9所示。紧密段紧靠喷嘴出口，在一定间距内形成了一个锥形的等速流核心区。该区域内射流的滞止压力、流速及密度基本保持不变，并随压力的增加有逐渐缩短的趋势。紧密段结束端面至等速流核心区消失的截面的一段射流为射流核心段。核心段射流的核心部分仍保持初始喷射速度，呈紧密状态。由出口端面至核心段结束的阶段称为初始段，切割工作主要在初始段内完成。

图2.9　高压水射流的几个主要阶段

苏联学者根据大量试验数据总结出计算初始段长度l f的经验公式，其中雷诺数中A、B的选择，如表2.7所示。

表2.7　A、B的经验系数

式中：l f为射流初始段长度，单位为mm；d为喷嘴出口直径，单位为mm；A为经验系数，取决于喷嘴的加工精度和内表面粗糙度；B为经验系数，主要取决于雷诺数；Re为射流初始段雷诺数；v为射流出口速度，单位为m/s；υ为水流运动黏度，单位为m2/s。

已知喷嘴出口直径为0.25 mm，水流运动黏度为1.2×10-6 m2/s，当出口压力为60 MPa时，此时的初始段长度为15.62 mm，符合d的变化范围（53～106）。

2.最佳靶距

射流的冲击力不但与射流的压力、流量有关，而且与射流的靶距有直接关系。通常将射流对表面的冲击力最大时的靶距称为最佳靶距，最佳靶距时喷射能获得最大打击力，可充分利用射流能量。最佳靶距不仅与出口压力有关，还与喷嘴直径d 0.9成正比关系。经过试验研究针形喷嘴射流的打击力，得到最佳靶距与射流基本参数间的经验关系式为

式中：l opt为最佳靶距，单位为mm；P 0为出口压力，单位为MPa；d为喷嘴直径，单位为mm。

合理选择射流靶距，可以提高打击能量。通过计算，当出口压力为60 MPa时，得到的最佳靶距为19.79 mm；当出口压力为200 MPa时，得到的最佳靶距为46.32 mm。