電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)與安全防護(hù)對(duì)策淺析

趙科義?李治源?向紅軍?張倩?雷彬?呂慶敖

摘要：在闡明開展電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)重要性的基礎(chǔ)上，對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了梳理與分析，從加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)安全教育、嚴(yán)守操作流程、實(shí)現(xiàn)高低壓隔離等六個(gè)方面探討了確保電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利實(shí)施的安全防護(hù)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)；特點(diǎn)；安全防護(hù)對(duì)策

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）36-0180-02

目前電磁發(fā)射已成為兵器發(fā)射領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究方向。隨著人們對(duì)電磁發(fā)射技術(shù)認(rèn)知程度的不斷提高，一些高等院校和科研院所對(duì)其所做的研究工作不斷深化。[1-4]研究過程中開展了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作，取得的一些研究成果已經(jīng)逐步融入高等院校的教學(xué)工作中，特別是已明顯融入到以電磁發(fā)射技術(shù)為研究方向的研究生教學(xué)工作中。因?yàn)檫@些研究生在攻讀學(xué)位期間離不開電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)研究，所以對(duì)其開展電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)必不可少。

電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同于電工電子、電機(jī)學(xué)等其他電氣課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。之所以不同，是因?yàn)殡姶虐l(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)是借助脈沖功率電源對(duì)電磁發(fā)射器放電，利用脈沖大電流來驅(qū)動(dòng)電磁發(fā)射器工作的。不僅實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)復(fù)雜，而且實(shí)驗(yàn)中還涉及高電壓和大電流，從而使其具有自身的特殊性。為此，本文對(duì)電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)進(jìn)行了梳理，并結(jié)合電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的開展，探討了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的安全防護(hù)問題。

一、電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

1.復(fù)雜性

電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)之一首先在于其復(fù)雜性。之所以說其復(fù)雜，主要有以下三個(gè)方面的影響因素：一是電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性；二是電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備的復(fù)雜性；三是電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)操作實(shí)施的復(fù)雜性。

盡管電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)原理簡單，但是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)卻非常復(fù)雜，主要由發(fā)射器本體實(shí)驗(yàn)裝置、脈沖功率電源及高壓充電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等構(gòu)成，組成框圖如圖1所示。目前，電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)用脈沖功率電源通常是由脈沖電容器搭建而成的，其中涉及高壓充電系統(tǒng)、開關(guān)及觸發(fā)控制系統(tǒng)。高壓充電系統(tǒng)主要用于向脈沖功率電源充電，使其具備實(shí)驗(yàn)所需的初始儲(chǔ)能；開關(guān)與觸發(fā)控制系統(tǒng)主要用于控制充電完畢的脈沖功率電源向電磁發(fā)射器（負(fù)載）放電。測量系統(tǒng)主要用于對(duì)脈沖電流、放電電壓以及彈丸速度等實(shí)驗(yàn)量的測量。安全防護(hù)系統(tǒng)主要用于確保實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)人員和儀器設(shè)備的安全。

電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：有針對(duì)性的準(zhǔn)備好電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)施和儀器設(shè)備是不容易的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的不同，實(shí)驗(yàn)過程中的測試量會(huì)不同，所需測試方法和手段也會(huì)有所差異。教學(xué)實(shí)驗(yàn)開展之前，將整個(gè)電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)調(diào)試準(zhǔn)備好，使其處于完好、可用狀態(tài)，通常需要花費(fèi)較長的時(shí)間。不僅如此，而且在每次發(fā)射實(shí)驗(yàn)之前，還需對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電氣連接情況進(jìn)行認(rèn)真、仔細(xì)檢查，所以相鄰兩次發(fā)射實(shí)驗(yàn)之間的時(shí)間間隔也較長。

電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)操作實(shí)施的復(fù)雜性在于單個(gè)實(shí)驗(yàn)人員是無法獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)的。在電磁發(fā)射教學(xué)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)施過程中，通常需要實(shí)驗(yàn)指揮員、實(shí)驗(yàn)控制員、實(shí)驗(yàn)測量員和實(shí)驗(yàn)安全員等多個(gè)不同角色。實(shí)驗(yàn)指揮員要密切關(guān)注整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，并按預(yù)先制定的實(shí)驗(yàn)流程，及時(shí)下達(dá)實(shí)驗(yàn)指揮口令，切實(shí)履行實(shí)驗(yàn)指揮的職責(zé)；實(shí)驗(yàn)控制員要依據(jù)實(shí)驗(yàn)指揮員下達(dá)的實(shí)驗(yàn)口令，完成脈沖功率電源的充放電控制（即發(fā)射實(shí)驗(yàn)控制）和安全泄放控制的任務(wù)；實(shí)驗(yàn)測量員要全面負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)量的測量，包括實(shí)驗(yàn)前的測量準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)后的測量數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)等；實(shí)驗(yàn)安全員要對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)異常狀況和事故苗頭，要及時(shí)報(bào)告并排除故障。這些實(shí)驗(yàn)人員需各司其職、密切協(xié)調(diào)、相互配合才能確保電磁發(fā)射教學(xué)實(shí)驗(yàn)工作的順利實(shí)施。

2.危險(xiǎn)性

電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)因需用脈沖功率電源向電磁發(fā)射器放電，以脈沖大電流驅(qū)動(dòng)電磁發(fā)射器完成發(fā)射功能，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)高電壓、大電流所帶來的不安全因素。實(shí)驗(yàn)中的高電壓、大電流不僅會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)造成一定的破壞，而且也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員的人身安全構(gòu)成威脅。圖2為電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中因脈沖大電流流過電感器時(shí)由脈沖電動(dòng)力的作用而導(dǎo)致電感器爆炸后的實(shí)物照片。爆炸產(chǎn)生的碎片若打在儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)人員上，則可能會(huì)直接損壞儀器設(shè)備和殺傷實(shí)驗(yàn)人員。此外，電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的電氣安全問題也是不容忽視的，實(shí)驗(yàn)人員絕對(duì)不能靠近帶有高電壓的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，避免遭受電擊。

3.不確定性

盡管每次電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展之前均對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和電氣檢查，并已確認(rèn)其處于良好狀態(tài)，但是真正實(shí)驗(yàn)過程中有時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問題，如高壓充電系統(tǒng)異常不能對(duì)脈沖功率電源進(jìn)行充電、觸發(fā)控制系統(tǒng)故障不能有效控制已充電的脈沖功率電源向負(fù)載放電等。甚至，還有可能因發(fā)射實(shí)驗(yàn)累積作用的結(jié)果，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程出現(xiàn)發(fā)射器或?qū)嶒?yàn)裝置被破壞等。

二、電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)安全防護(hù)對(duì)策淺析

通過對(duì)電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)的梳理與分析可知，開展電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)是比較復(fù)雜的，且實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中存在一定的危險(xiǎn)性和不確定性。因此，在開展電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)安全教育和完善實(shí)驗(yàn)安全防護(hù)措施是非常必要的。為確保電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的順利開展，建議從以下六個(gè)方面著手努力提高電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的安全性。

1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)人員的安全教育

實(shí)驗(yàn)安全是確保教學(xué)實(shí)驗(yàn)順利實(shí)施的關(guān)鍵。[5，6]在電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展之前，必須對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安全教育，強(qiáng)化安全意識(shí)。安全教育要結(jié)合電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)展開，使所有實(shí)驗(yàn)人員要了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，特別是要弄清整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中容易忽視的操作環(huán)節(jié)和可能出現(xiàn)的安全隱患。因?yàn)榇藭r(shí)脈沖功率電源仍處于高壓帶電狀態(tài)，如果實(shí)驗(yàn)人員稍有不慎碰到脈沖功率電源的高壓端，就會(huì)發(fā)生觸電亡人的重大事故。再有，發(fā)射實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，一定要對(duì)脈沖功率電源進(jìn)行泄放和安全接地處理等。要教育實(shí)驗(yàn)人員，在實(shí)施教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，要注重做好實(shí)驗(yàn)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備與檢查工作，不要著急，一定要有耐心，在沒有準(zhǔn)備充分的情況下不要開展發(fā)射實(shí)驗(yàn)。

2.嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)操作流程

在電氣課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施過程中，一些意外事故的發(fā)生往往是由實(shí)驗(yàn)人員疏忽、違規(guī)操作或誤操作引起的。[7]電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然不同于電工電子、電機(jī)學(xué)等其他電氣課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但其本質(zhì)上仍屬于電氣學(xué)科領(lǐng)域。此外，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中涉及高電壓、大電流，比普通電氣課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)更為復(fù)雜，安全隱患更多。因此，在電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施過程中，要按著人員分工、各司其責(zé)、密切協(xié)同，嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)操作流程，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安全。

3.實(shí)現(xiàn)高低壓隔離，確保實(shí)驗(yàn)人員遠(yuǎn)離高壓帶電實(shí)驗(yàn)設(shè)施

由于電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中高電壓與低電壓并存，為防止實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的高電壓竄入低電壓系統(tǒng)，燒毀低電壓電路，甚至危及實(shí)驗(yàn)人員的人身安全，應(yīng)采取光電隔離等技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)高電壓系統(tǒng)與低電壓系統(tǒng)的電氣隔離，確保實(shí)驗(yàn)人員遠(yuǎn)離高壓帶電實(shí)驗(yàn)設(shè)施。

4.布設(shè)防爆隔板，保護(hù)實(shí)驗(yàn)人員和實(shí)驗(yàn)裝置

脈沖功率電源向電磁發(fā)射器放電過程中，因脈沖電流很大（常達(dá)數(shù)十kA、數(shù)百kA）會(huì)使電磁發(fā)射器及脈沖成形電感器上產(chǎn)生很大的脈沖電動(dòng)力。為防止電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中某些組件發(fā)生爆炸所帶來的危險(xiǎn)，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)周圍布設(shè)防爆隔板，以保護(hù)其他實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)人員。

5.完善泄放和安全接地系統(tǒng)

電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)具有可靠的泄放裝置和安全接地系統(tǒng)是極為重要的。因?yàn)楫?dāng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中的觸發(fā)控制系統(tǒng)發(fā)生意外故障時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員可以通過泄放裝置對(duì)帶有高電壓的脈沖功率電源放電。此外，當(dāng)電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)完成之后，一定要通過安全接地系統(tǒng)使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)安全可靠接地，從而保證實(shí)驗(yàn)人員的人身安全。因此，一定要保證泄放和安全接地系統(tǒng)可靠，并處于良好可用狀態(tài)，否則不應(yīng)開展發(fā)射實(shí)驗(yàn)。

6.設(shè)置實(shí)驗(yàn)警鈴及警示牌

在電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)區(qū)域設(shè)置實(shí)驗(yàn)警鈴，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)周圍適當(dāng)位置布設(shè)標(biāo)有“高壓危險(xiǎn)”、“正在實(shí)驗(yàn)請(qǐng)勿靠近”等字樣的警示牌。實(shí)驗(yàn)警鈴聲響起意味著馬上要進(jìn)行發(fā)射實(shí)驗(yàn)，從而提醒實(shí)驗(yàn)人員及時(shí)撤離實(shí)驗(yàn)發(fā)射現(xiàn)場；警示牌的作用在于提醒無關(guān)人員不要在實(shí)驗(yàn)時(shí)隨意闖入發(fā)射實(shí)驗(yàn)區(qū)。

三、結(jié)束語

電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)逐步融入到一些高等院校、科研院所的研究生教育工作中。開展電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)以電磁發(fā)射技術(shù)為研究方向的研究生教育是必不可少的。電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)教學(xué)的復(fù)雜性、危險(xiǎn)性和實(shí)驗(yàn)過程中的不確定性決定了高度重視實(shí)驗(yàn)安全的極端重要性。電磁發(fā)射教學(xué)實(shí)驗(yàn)開展過程中一定要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)人員的安全教育，嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)操作流程，實(shí)現(xiàn)高低壓隔離、確保實(shí)驗(yàn)人員遠(yuǎn)離高壓帶電實(shí)驗(yàn)設(shè)施，布設(shè)防爆隔板、保護(hù)實(shí)驗(yàn)人員和實(shí)驗(yàn)裝置，完善泄放和安全接地系統(tǒng)，設(shè)置實(shí)驗(yàn)警鈴及警示牌等。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）