野戰(zhàn)條件下彈藥儲(chǔ)運(yùn)防熱技術(shù)分析

嚴(yán)俊恒*，趙陽(yáng)

（1.72478部隊(duì)，山東泰安，271000；2.72465部隊(duì)，山東泰安，271000）

野戰(zhàn)條件下彈藥儲(chǔ)運(yùn)防熱技術(shù)分析

嚴(yán)俊恒1*，趙陽(yáng)2

（1.72478部隊(duì)，山東泰安，271000；2.72465部隊(duì)，山東泰安，271000）

環(huán)境是造成武器裝備性能下降或失效的重要因素。美國(guó)國(guó)防部在20世紀(jì)60年代進(jìn)行的一項(xiàng)專門調(diào)查表明：由于環(huán)境因素造成的武器裝備損壞，占整個(gè)損壞的50%以上，超過(guò)了作戰(zhàn)損壞。因此，要使彈藥在儲(chǔ)存過(guò)程中，保持性能穩(wěn)定、可靠、滿足作戰(zhàn)要求，就必需對(duì)其進(jìn)行有效的環(huán)境防護(hù)。野外復(fù)雜多變的溫度環(huán)境，使野戰(zhàn)條件下彈藥的防熱問(wèn)題成為了長(zhǎng)期困擾我軍彈藥綜合保障的難題。本文從系統(tǒng)工程理論的觀點(diǎn)出發(fā)，針對(duì)當(dāng)前我軍野戰(zhàn)彈藥防熱現(xiàn)狀，從野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存環(huán)境條件及熱源性分析角度出發(fā)，對(duì)野戰(zhàn)條件下彈藥的儲(chǔ)存防熱問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。

野戰(zhàn)彈藥；儲(chǔ)運(yùn)；防熱；技術(shù)分析

1 野戰(zhàn)條件下彈藥儲(chǔ)運(yùn)背景及現(xiàn)狀

1.1 研究背景及意義

彈藥是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)最大的戰(zhàn)時(shí)消耗品，能對(duì)目標(biāo)實(shí)施有效毀傷的有效載荷，是完成作戰(zhàn)使命或作戰(zhàn)任務(wù)的核心。彈藥是一次性使用的武器裝備,其質(zhì)量及性能狀況直接關(guān)系到作戰(zhàn)人員的安全,并在一定程度上影響戰(zhàn)爭(zhēng)的成敗,因此,戰(zhàn)時(shí)合理、足量、性能完好的的彈藥保障，對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的進(jìn)程和結(jié)局有著直接的影響。彈藥從儲(chǔ)存條件優(yōu)越的后方彈藥倉(cāng)庫(kù)進(jìn)入到惡劣的野戰(zhàn)自然環(huán)境，其質(zhì)量的可靠性必然受到多方面威脅和挑戰(zhàn)。儲(chǔ)運(yùn)安全問(wèn)題解決不好，將造成大量彈藥非戰(zhàn)斗損耗、增大彈藥供應(yīng)保障的壓力。野戰(zhàn)條件下影響彈藥安全的環(huán)境因素很多，主要有：溫度、濕度、鹽霧、腐蝕性氣體、微生物、沖擊、振動(dòng)及電磁輻射等。其中，溫度是最重要的因素之一,也是野戰(zhàn)彈藥必然要經(jīng)受考驗(yàn)的外界環(huán)境之一。溫度可以導(dǎo)致彈藥裝藥的變質(zhì)、高分子材料的老化以及電子元器件的失效等。由于野戰(zhàn)環(huán)境溫度及其影響因素的復(fù)雜多變性，多年來(lái)，野戰(zhàn)彈藥的防熱問(wèn)題一直未能得到很好的解決，因此，進(jìn)行野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存防熱技術(shù)研究，不但十分必要，而且對(duì)于完善我軍野戰(zhàn)彈藥防護(hù)體系，提高野戰(zhàn)彈藥防護(hù)技術(shù)水平，也具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 國(guó)內(nèi)外野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存防熱現(xiàn)狀

美軍根據(jù)自身情況，對(duì)儲(chǔ)存在野外不同環(huán)境溫度下的包裝彈藥進(jìn)行了一系列測(cè)試 ，對(duì)受外界環(huán)境因素和溫度變化規(guī)律影響下的彈藥進(jìn)行了研究，并根據(jù)研究結(jié)果提出了一些簡(jiǎn)單的防熱措施，如：涂防熱涂層、對(duì)彈藥進(jìn)行遮擋掩蓋等。我軍野戰(zhàn)彈藥的防熱一直采用在彈藥垛底墊枕木、垛頂蓋蓋布等方法。彈藥堆垛雖方便儲(chǔ)存及使用，但蓋布吸收陽(yáng)光輻射較高，極易引起堆垛頂部溫度升高；偽裝網(wǎng)防熱效果非常有限，經(jīng)試驗(yàn)，用偽裝網(wǎng)封套封存彈藥時(shí)，內(nèi)部溫度降低2℃左右。因此進(jìn)行野戰(zhàn)情況下彈藥的儲(chǔ)運(yùn)安全技術(shù)研究，綜合國(guó)內(nèi)外野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存放熱現(xiàn)狀，應(yīng)注重從材料包裝方面做好野戰(zhàn)彈藥的防熱儲(chǔ)運(yùn)。

2 野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存防熱系統(tǒng)分析

野戰(zhàn)陣地環(huán)境下儲(chǔ)存的彈藥，由于受到周圍惡劣環(huán)境影響，性能往往變化較快，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間儲(chǔ)存以后，彈藥能否有效地投入使用，一直是國(guó)防比較關(guān)注的問(wèn)題。野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存防熱研究的目的就是進(jìn)行系統(tǒng)分析，確定系統(tǒng)的防護(hù)需求和存在的薄弱環(huán)節(jié)，提出解決方案，盡可能減少野外溫度環(huán)境對(duì)彈藥儲(chǔ)存質(zhì)量可靠性影響，以使彈藥達(dá)到預(yù)定的安全目標(biāo)。

2.1 失效樹(shù)分析

失效樹(shù)分析（Fault Tree Analysis，簡(jiǎn)稱FTA）是安全系統(tǒng)工程中常用的一種分析方法，這種方法把系統(tǒng)可能發(fā)生的某種事故與導(dǎo)致事故發(fā)生的各種原因之間的邏輯關(guān)系用一種稱為失效樹(shù)的樹(shù)形圖表示，通過(guò)對(duì)失效樹(shù)的定性與定量分析，可找出事故發(fā)生的主要原因，為確定安全對(duì)策提供可靠依據(jù)，以達(dá)到預(yù)測(cè)與預(yù)防事故發(fā)生的目的。

圖1 野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存的失效樹(shù)

通過(guò)對(duì)各種失效模式的具體分析，建立了如圖1所示的野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存的失效樹(shù)。導(dǎo)致野戰(zhàn)彈藥失效的因素主要分別是溫度、濕度、昆蟲(chóng)、靜電、雷電和射頻。其中電磁環(huán)境因素和昆蟲(chóng)對(duì)野戰(zhàn)彈藥失效的影響有一定概率，而溫濕度因素的影響概率是必然的。因此，對(duì)溫度、濕度的控制才是野戰(zhàn)彈藥防護(hù)的重中之重。目前野戰(zhàn)彈藥的防潮研究進(jìn)行的較多，對(duì)于其防熱方面卻重視不夠，防熱問(wèn)題較為突出。

2.2 防熱系統(tǒng)溫度指標(biāo)

野戰(zhàn)彈藥在儲(chǔ)存過(guò)程中由于外部環(huán)境溫度變化等原因最容易出現(xiàn)質(zhì)量變化的單元是裝藥，在確定防熱溫度指標(biāo)時(shí)，應(yīng)以彈藥裝藥安全儲(chǔ)存性為依據(jù)，一般情況下，環(huán)境溫度越低、環(huán)境變化俞小越有利于裝藥的安全儲(chǔ)存，在野外條件下彈藥儲(chǔ)存的環(huán)境溫度很大程度取決于外界氣溫，因此，在確定防熱系統(tǒng)溫度指標(biāo)時(shí)需考慮溫度變化及天氣氣候影響兩個(gè)因素。《彈藥儲(chǔ)運(yùn)及安全》一書(shū)中，估算炸藥在某一環(huán)境溫度下的安全儲(chǔ)存期，可以以其分解延滯期作為指標(biāo)。根據(jù)阿累尼烏斯公式可以得到如下的延滯期計(jì)算公式：

實(shí)驗(yàn)研究表明，一般炸藥分解約1～2%就進(jìn)入加速分解期，把炸藥的分解動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)代入公式，便可計(jì)算出炸藥在不同溫度下的熱分解延滯期，表1所示隨著環(huán)境溫度的升高，各種炸藥的分解延滯期均變短。但在40℃時(shí)，即使熱安定性較差的硝化甘油和硝化棉的延滯期也都在一年以上，因此在40℃時(shí)，炸藥實(shí)際的安全儲(chǔ)存期將更長(zhǎng)，完全可以滿足野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存幾個(gè)月以上的要求。表2所示當(dāng)環(huán)境溫度由30℃變?yōu)?0℃時(shí)，各種發(fā)射藥儲(chǔ)存50年后的剩余能量并未出現(xiàn)明顯的減少。通過(guò)分析表1、表2數(shù)據(jù)可知，當(dāng)環(huán)境溫度控制在40℃以下時(shí)，彈藥經(jīng)長(zhǎng)期儲(chǔ)存其裝藥能量未出現(xiàn)明顯減少，并且也可滿足野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存期限的要求限制。

表1 不同溫度下炸藥熱分解延滯期

表2 發(fā)射藥在不同環(huán)境溫度下儲(chǔ)存50年后的剩余能量

3 野戰(zhàn)條件下熱源特性分析

太陽(yáng)輻射是地面的主要能量來(lái)源，也是地面熱量平衡的重要組成部分，它對(duì)氣候的形成和溫度分布起著至關(guān)重要的作用。彈藥在野外儲(chǔ)存過(guò)程中，無(wú)論是其直接受到的熱輻射，還是環(huán)境溫度的升高，這些熱量都來(lái)源于太陽(yáng)輻射，太陽(yáng)輻射構(gòu)成了野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存條件下的熱源。

3.1 光熱作用效應(yīng)

物體吸收太陽(yáng)的輻射能后就會(huì)將其轉(zhuǎn)化為熱能，從而促使自身溫度升高。野戰(zhàn)條件下，由于太陽(yáng)輻射的直接作用或是通過(guò)外界大氣的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流作用，彈藥的環(huán)境溫度也會(huì)不斷升高。有測(cè)試表明：在未采取遮蓋措施的情況下，當(dāng)外界氣溫為30℃時(shí)，彈藥箱內(nèi)溫度可達(dá)43.4℃，可見(jiàn)這對(duì)彈藥的儲(chǔ)存非常不利。分析以往彈藥失效案例發(fā)現(xiàn)，環(huán)境高溫是造成彈藥故障的一個(gè)主要原因。

溫度對(duì)彈藥的作用效應(yīng)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1、直接作用。高溫環(huán)境(大于30℃)、低溫環(huán)境(小于-12℃)以及溫度劇烈變化(變化幅度一般超過(guò)10℃)等直接對(duì)彈藥各種材料造成影響。如對(duì)于彈藥裝藥來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度升時(shí)，TNT炸藥內(nèi)低熔點(diǎn)物質(zhì)易熔化形成TNT油，降低裝藥的爆速和爆炸作用，嚴(yán)重時(shí)可能使裝藥松動(dòng)并出現(xiàn)空隙，降低裝藥強(qiáng)度；射擊過(guò)程中在振動(dòng)和慣性力的作用下，引起裝藥破碎，使裝藥與彈殼間或裝藥之間產(chǎn)生劇烈摩擦、撞擊，可能會(huì)產(chǎn)生早炸現(xiàn)象。又如溫度的變化還會(huì)引起硝銨炸藥中硝酸銨晶型的改變而發(fā)生體積變化，使硝酸銨結(jié)塊。通常，彈藥長(zhǎng)期處于高溫條件儲(chǔ)存，可直接導(dǎo)致部分裝藥加速揮發(fā)、分解、老化、銹蝕以及熔化、燃爆等。

2、間接作用。溫度對(duì)彈藥的間接影響主要表現(xiàn)在溫度的變化會(huì)引起周圍環(huán)境的變化，如風(fēng)、氣壓等，尤其是濕度的變化。如在密封狀態(tài)下，溫度降低時(shí)，相對(duì)濕度會(huì)升高，有研究表明，相對(duì)濕度在65%～ 70%，氣溫下降至6℃時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。當(dāng)溫度變化造成局部環(huán)境空氣飽和而結(jié)露時(shí)，可促使裝備出現(xiàn)生霉、生霧及老化，加速發(fā)射藥的水解過(guò)程，炸藥受潮等。

3、差異作用。彈藥無(wú)論庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)存，還是露天存放，溫度環(huán)境在水平及垂直方向都有可能出現(xiàn)差異，通常彈藥堆垛下部偏低、上部偏熱，堆垛中間及背風(fēng)處溫度變化較慢，堆四周及順風(fēng)處溫度變化較快，而且這一溫度差異現(xiàn)象同樣也包括其它氣象指標(biāo)。

3.2 光化學(xué)作用效應(yīng)

我軍的彈藥品種繁多，且廣泛地使用著塑料、橡膠、纖維、涂料、粘合劑等有機(jī)材料。在光波的作用下，有機(jī)材料分子會(huì)吸收光子和其能量，引發(fā)材料內(nèi)一系列反應(yīng)。有機(jī)材料受光的照射，是否會(huì)引起分子鏈的斷裂，取決于光能與離解能的相對(duì)大小及高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)光波的敏感性。表3列出了各波段光的能量值和一些常見(jiàn)的化學(xué)鍵的鍵能。從表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，除了C=C外大多數(shù)組成有機(jī)材料的分子鍵能和200～420nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光波能量相當(dāng)，特別是小于300nm紫外波段能量高于構(gòu)成常見(jiàn)有機(jī)材料分子的鍵能。

表3 各波段光的能量值和鍵能值

事實(shí)上，由于不同波長(zhǎng)光的作用效果不同，將會(huì)造成不同的分子降解類型。通常的有機(jī)材料都會(huì)有一個(gè)或幾個(gè)敏感波段。表4是幾種有機(jī)材料的敏感波長(zhǎng)，由表4可見(jiàn)敏感波段大都落在400nm以內(nèi)。

發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況可由反應(yīng)有機(jī)材料分子和被吸收光子數(shù)的比值(稱為量子產(chǎn)率)衡量。通常有機(jī)材料發(fā)生斷鏈的量子產(chǎn)率值為10-2～10-5。光老化的結(jié)果是由表及里地造成有機(jī)材料物理力學(xué)性能劣化。但需要說(shuō)明的是，有機(jī)材料的光老化不僅和分子鍵能有關(guān)，材料的狀態(tài)和合成方法及含有的雜質(zhì)、環(huán)境條件等都會(huì)加速或減緩作用過(guò)程。而且有機(jī)材料制品中的一些填料、助劑、改性劑等也會(huì)受到光的作用。

表4 常見(jiàn)有機(jī)材料的敏感波長(zhǎng)（nm）

4 結(jié)論

彈藥是武器裝備的重要組成部分，亦是戰(zhàn)時(shí)消耗的重點(diǎn)物資之一，可以說(shuō)，彈藥質(zhì)量的可靠與否直接影響著戰(zhàn)爭(zhēng)的成敗。野外復(fù)雜多變的溫度環(huán)境，使野戰(zhàn)條件下彈藥的防熱問(wèn)題成為了長(zhǎng)期困擾我軍彈藥綜合保障的難題。本文針對(duì)當(dāng)前我軍野戰(zhàn)彈藥的儲(chǔ)存防熱現(xiàn)狀，對(duì)野戰(zhàn)條件下彈藥的儲(chǔ)存防熱問(wèn)題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。所作的工作和結(jié)論主要有：

（1）對(duì)野戰(zhàn)彈藥的儲(chǔ)存防熱技術(shù)研究進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。建立了野戰(zhàn)彈藥儲(chǔ)存的失效樹(shù)模型并進(jìn)行了定性分析，指出對(duì)溫濕度的控制才是野戰(zhàn)彈藥防護(hù)的重中之重。確定了野戰(zhàn)彈藥的儲(chǔ)存防熱指標(biāo)為環(huán)境溫度應(yīng)控制在40℃以下。

（2）重點(diǎn)分析了太陽(yáng)輻射對(duì)野戰(zhàn)彈藥的作用效應(yīng)以及太陽(yáng)輻射的主要影響因素。

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Technical Analysis of Ammunition Storage and Transportation in Field Conditions

YAN Junheng1*,ZHAO Yang2
(1.72478 force,Shandong Tai'an,271000,China; 2.72465 force,Shandong,Tai'an 271000,China)

the environment is an important factor of weapon equipment performance degradation or failure.The us department of defense in a special survey showed that:in the 1960 s due to environmental factors,the damage of weapons and equipment accounted for more than 50% of all damage,more than combat damage.Therefore,to make ammunition in the process of storage,keep stable performance,reliable,and meets the demand of combat,must carry on the effective environmental protection.The complex temperature field environment,the conditions of field ammunition against the thermal dissipation has become a long-term problem in the ammunition comprehensive support.From the viewpoint of system engineering theory,this paper aimed at the current status of our field ammunition heat,from the field ammunition storage environment conditions and the heat source sex analysis perspective,the field under the condition of ammunition storage and thermal dissipation were studied systematically.

field ammunition storage and transportation thermal protection technology analysis

TP410

A

1672-9129(2017)04-0026-04

嚴(yán)俊恒,趙陽(yáng).野戰(zhàn)條件下彈藥儲(chǔ)運(yùn)防熱技術(shù)分析[J].數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(4):26-29.

Cite：YAN Junheng,ZHAO Yang.Technical Analysis of Ammunition Storage and Transportation in Field Conditions[J].Peak Data Science,2017,6(4):26-29.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.008

2016-12-26；

2017-01-17。

嚴(yán)俊恒（1985-），陜西西安，石油大學(xué)（華東）在職研究生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。E-mail:376514749@qq.com