爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)評估研究*

朱文坤，郭三學(xué)

（武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院，西安 710086）

爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)評估研究*

朱文坤，郭三學(xué)

（武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院，西安 710086）

通過對爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)各影響因素的研究，提出了對爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)評價的方法，建立了以非致命效應(yīng)為核心的評價指標體系。將未確知測度數(shù)學(xué)模型應(yīng)用到非致命效應(yīng)的效能評估中，對爆炸式催淚彈的非致命效應(yīng)進行了綜合評估。為爆炸式催淚彈的科學(xué)使用及優(yōu)化改進提供了決策依據(jù)。

非致命效應(yīng)，未確知測度，效能評估

0 引言

爆炸式催淚彈是一種通過爆炸進而快速釋放刺激劑的一種非致命彈藥，該彈因其具有瞬釋性、高效性、威懾性、可有效避免反投等特點而受到廣泛使用，成為武警部隊處置突發(fā)事件的主彈種之一。但由于其作用方式是一個爆炸過程，伴隨有破片、聲響、沖擊波等效應(yīng)。因此，對其非致命效應(yīng)的評價具有十分重要的意義。

目前國內(nèi)學(xué)者對殺傷性武器的效能評估研究較多，也提出了很多成熟的理論模型與方法。非致命武器作為不斷涌現(xiàn)的一種新概念武器，其設(shè)計理念、作用機理、結(jié)構(gòu)組成及終點效應(yīng)與致命性武器有著本質(zhì)區(qū)別。對其非致命效應(yīng)的效能評估既是非致命武器裝備研發(fā)的客觀要求，也是評估理論發(fā)展的重要途徑。本文基于爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)影響因素的不確定性，結(jié)合其與殺傷性武器的區(qū)別，根據(jù)實際情況科學(xué)合理地建立評價指標體系，提出了將未確知測度數(shù)學(xué)模型運用到其非致命效應(yīng)的評價中，為爆炸式催淚彈的研發(fā)與改進提供了科學(xué)依據(jù)。

1 指標體系的建立

新型爆炸式催淚彈結(jié)構(gòu)如下頁圖1所示，主要由發(fā)火機構(gòu)、保險裝置、彈體、主裝藥4部分組成。它的作用原理為：拔出保險銷投出后，擊針體在擊針簧的作用下向前翻轉(zhuǎn)，刺燃點火管的火帽，引燃延期藥，延期管發(fā)火，點燃爆炸劑，彈體爆炸，將催淚藥柱炸碎并迅速汽化，進而威懾和強烈刺激有生目標。根據(jù)其作用原理、結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用特點，可以從安全性、可靠性、應(yīng)用性3個方面建立評價指標體系［1］。如圖2所示。

1.1 安全性

安全性是爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)最基本的技術(shù)要求，影響安全性指標的主要是爆炸時產(chǎn)生的破片效應(yīng)、聲響效應(yīng)及沖擊波效應(yīng)。

①破片效應(yīng)。破片效應(yīng)的影響因素主要有破片的數(shù)質(zhì)量、破片初速和破片飛散規(guī)律。為提高爆炸式催淚彈的非致命效應(yīng)，新型設(shè)計的爆炸式催淚彈殼體采用紙質(zhì)卷制，爆炸后產(chǎn)生密度小的破片，避免了破片傷人的可能性［2］。同時，彈體結(jié)構(gòu)采用了一體化的設(shè)計思想，通過高壓管連接擊發(fā)座與彈體元件的上下支體，彈體爆炸后殘體保持完整，不出現(xiàn)較大的跳飛。另外，經(jīng)實測，計算得到爆炸式催淚彈爆炸時破片的最大比動能為2.45 J/cm2，低于皮膚擦傷標準的9.8 J/cm2［1］。因此，從破片效應(yīng)來講，爆炸式催淚彈的安全性非常高。

②聲響效應(yīng)。適當?shù)穆曧懣梢詫︳[事人員產(chǎn)生一定的威懾作用，但是過高的聲響會造成人員耳膜的破裂，進而失聰。當刺激聲音為120 dB～140 dB時，經(jīng)過相當短時間的聲沖擊之后，就必須考慮被刺激的人內(nèi)耳遭受的永久性損傷；當聲音大于140 dB［3］時，遭受刺激的人很可能形成嚴重的腦損傷。爆炸式催淚彈由于采用紙質(zhì)的殼體，與上下支體通過緊固件配合聯(lián)接，其聲壓在離炸點3 m處達到了120 dB，既能形成一定威懾，又不會對有生目標產(chǎn)生永久性損傷。

③沖擊波效應(yīng)。對于人體而言，沖擊波超壓在0.007大氣壓以下，不會對人員造成傷害；沖擊波超壓為0.5大氣壓時，人的耳膜破裂，內(nèi)臟受傷；超壓為1大氣壓時，人體內(nèi)臟器官嚴重損傷，尤其會造成肺、肝、脾破裂，導(dǎo)致人員傷亡。爆炸式催淚彈上下兩個支體與紙質(zhì)彈筒采用緊配合聯(lián)接，形成一個密封的空間，爆炸時可有效吸收沖擊波能量。經(jīng)測試，爆炸式催淚彈爆炸時沖擊波壓力遠遠低于對人員造成傷害的值。

1.2 可靠性

產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，即為可靠性。影響可靠性指標的因素主要有結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝藥設(shè)計和生產(chǎn)工藝。

①結(jié)構(gòu)設(shè)計。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是功能和形態(tài)的承擔(dān)者，產(chǎn)品的創(chuàng)新完全可以通過結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新來實現(xiàn)。爆炸式催淚彈中心體與上下支體通過螺紋連接，保證在爆炸情況下，元件不脫落，不分散，不會對人員產(chǎn)生致命性傷害，這么設(shè)計就確保了彈體作用時的可靠性。

②裝藥設(shè)計。裝藥是在特定條件下能產(chǎn)生推力或爆炸反應(yīng)的物質(zhì)。爆炸式催淚彈是通過爆炸的方式釋放催淚藥劑，在配方設(shè)計中炸藥選取了穩(wěn)定性好，感度比較低的氧化劑（高氯酸鉀）和可燃劑（鋁粉）的混合物，沒有采用高威力的黑索金等材料，從而確保了應(yīng)用上的可靠性。

③生產(chǎn)工藝。催淚彈的生產(chǎn)有極強刺激性氣味，生產(chǎn)過程中必然要建立良好的通風(fēng)設(shè)備，人員必須有良好的保護措施。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)設(shè)備工藝流程要求自動化程度高。然而，目前由于生產(chǎn)條件的限制，催淚彈裝藥還是采用人工的方式，壓藥的自動化程度也還不是很高，這些過程無疑會影響到彈體質(zhì)量的可靠性。

1.3 應(yīng)用性

爆炸式催淚彈采用刺激性較強的西埃斯（CS）作為催淚劑，它的催淚效果好壞的評判標準為：有效空間最大濃度不大于10 mg/min·m3，最小濃度不小于0.05 mg/min·m3。作用過程中，爆炸式催淚彈催淚劑的釋放是瞬間完成的，有效空間濃度處于1 mg/min·m3～5 mg/min·m3之間，在自然擴散條件下，催淚劑受風(fēng)等環(huán)境因素比較小，催淚效果好，能較快較好地刺激有生目標。西埃斯（CS）在國內(nèi)有穩(wěn)定的生產(chǎn)基地，價格便宜，毒性很小，受刺激后可通過清水清洗。但是，為了確保使用安全性，爆炸式催淚彈中心件與上下支體都采用金屬材料，這無疑增加了該彈的生產(chǎn)成本。

2 綜合評價

2.1 綜合評價系統(tǒng)

為了確定待評價對象效能評估準確性的綜合值，又減少在評估值確定時的不確定性，本文引用了基于信息熵［4］的未確知測度評估模型［5］。

設(shè)uij為待評價對象的單指標測度評價矩陣：

各指標權(quán)重的計算，令

歸一化處理得:

現(xiàn)將每個評價指標分為很好、好、中等、一般、差5個評價等級，令cj為待評價對象綜合評價結(jié)果在第j級評價等級的未確知程度，則有

C=（c1，c2，c3，…，cj）為待評價對象綜合評價測度向量，它的意義表示評價對象在各個評價等級的不確定程度。為了得到確定性程度，需要進行置信度識別，因為評語等級的劃分是有序的，第j級評價等級cj優(yōu)于第j+1級評價等級cj+1。因此，不能使用最大測度識別準則，在這里改用置信度識別準則［6］。設(shè)置信度為λ（λ≥0.5），通常取0.6或0.7，置信度識別準則的計算模型為：

取j值直至滿足式（5），則待評價對象的綜合評價結(jié)果為第j0級評價等級ci。

2.2 爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)的綜合評估

根據(jù)評價指標體系，將每個評價指標分為很好、好、中等、一般、差5個評價等級。采用專家打分法確定單指標測度評價矩陣uij，結(jié)果如下：

矩陣表中的數(shù)值從左向右依次為很好、好、中等、一般、差5個評價等級分值，自上而下分別是破片效應(yīng)、聲響效應(yīng)、沖擊波效應(yīng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝藥設(shè)計、生產(chǎn)工藝、刺激效應(yīng)、經(jīng)濟效應(yīng)、使用效應(yīng)9個評價指標分值。

由式（1）～式（3）計算各指標的權(quán)重可得：

由式（4）計算得到綜合評價向量為：

取置信度λ=0.7，由置信度識別準則式（5）計算得到當j=2時，滿足：

即該催淚彈的非致命效應(yīng)為第 2等級，記“好”。從應(yīng)用實踐看，爆炸式催淚彈的刺激效果好，使用方便，除具有較好的威懾性外，安全性非常高，同評價的結(jié)果相符。

3 結(jié)束語

①根據(jù)爆炸式催淚彈的結(jié)構(gòu)設(shè)計、生產(chǎn)過程、安全使用等方面因素，提出了對爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)評價的方法，建立了以非致命效應(yīng)為核心的評價指標體系。

②選用未確知測度數(shù)學(xué)模型對爆炸式催淚彈的非致命效應(yīng)進行綜合評價，避免了采用單因素指標評價及專家打分法可能對結(jié)果造成的影響，評價結(jié)果與實際相符。

③未確知測度綜合評價為爆炸式催淚彈的改進和研發(fā)提供理論支持和決策依據(jù)，也為其他非致命防暴彈的效能評估提供新的思路。

［1］龔德金，郭三學(xué)，秦華楊.FAHP法的車載非致命武器效能評估［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，33（1）：107-111.

［2］郭三學(xué)，詹祖新.小型非致命火箭防暴彈發(fā)動機設(shè)計與試驗［J］.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報，2011，31（2）：117-122.

［3］丁玉蘭.人機工程學(xué)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2013.

［4］許海峰，李相民，王磊.基于AHP與熵權(quán)的艦艇編隊信息作戰(zhàn)能力模糊綜合評估［J］.火力與指揮控制，2013，38（6）：93-101.

［5］陶鐵軍，汪艮忠.基于未確知測度模型的爆破效果綜合評價研究［J］.工程爆破，2012，18（2）：22-25.

［6］呂琦華，劉祿勝，劉一粟.催淚彈藥劑銷毀可行性方法選擇［J］.四川兵工學(xué)報，2012（2）：23-25.

［7］何虎軍，蘇生瑞，王孝健，等.基于未確知測度的崩塌安全性綜合評價模型研究及應(yīng)用［J］.中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，44（4）：1564-1570.

Research of Unascertained Measurement Model in Comprehensive Evaluation of Non-lethal Effect of Explosive Type Tear Gas Grenade

ZHU Wen-kun，GUO San-xue
（School of Equipment Engineering，Engineering University of CAPF，Xi’an 710086，China）

This article presents an evaluation method for non-lethal effect on explosive type tear gas grenade through the study on influencing factors of non-lethal effect of explosive type tear gas grenade and establishes the evaluation index system by centering on the non-lethal effect.The unascertained measure model is applied to the efficiency evaluation of the non-lethal effect and carries out a comprehensive evaluation of non-lethal effect on explosive type tear gas grenade which provides a decision basis for reasonable utilization and further improvement of explosive type tear gas grenade.

non-lethal effect，unascertained measure，efficiency evaluation

E290.8；TJ411

A

1002-0640（2015）09-0065-03

2014-08-16

2014-09-07

國家社科基金軍事學(xué)資助項目（13GJ003-242）

朱文坤（1987- ），男，湖南邵陽人，碩士研究生。研究方向：非致命武器。