爆炸式催淚彈效能評估

劉強 郭三學

摘 要：為綜合評估爆炸式催淚彈的效能，通過對爆炸式催淚彈技戰(zhàn)術性能、作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)任務的系統(tǒng)分析，建立了爆炸式催淚彈效能評估指標體系。將定性指標與定量指標結合起來，采用模糊層次分析法對爆炸式催淚彈綜合評估。為爆炸式催淚彈的應用提供了有效的理論支撐。

關鍵詞：爆炸式催淚彈；效能評估；模糊層次分析法

爆炸式催淚彈是靠爆炸后產生的催淚氣體刺激有生目標的眼睛和上呼吸道等、使之暫時失去抵抗能力，同時依靠爆炸產生的聲響對目標人群實施驅散和震懾的一種非致命武器。由于刺激劑釋放迅速、威懾力大、廣泛應用于驅散大規(guī)模鬧事人群。目前，國內外所廣泛使用的爆炸式催淚彈多為橡膠和塑料殼體。橡皮殼體催淚彈由于手與彈體的表面的摩擦系數大而便于抓握，降低了投擲時彈體脫手的可能性。橡皮彈還可使彈能反跳、滾動和旋轉，使彈在引信起爆之前落地時難以被對方撿起。除此之外，爆炸后橡膠破片也不會產生過于尖銳的棱角，在一定程度上降低了對目標的危險性。但橡膠殼體的催淚彈爆炸后聲響有限，難以產生足夠的威懾力，而且生產工藝較復雜，無疑增加了生產成本。同時，擊發(fā)座在爆炸后產生的破片則可能對目標產生致命性傷害。塑料殼體催淚彈生產工藝簡單，成本低廉。便于大規(guī)模生產。但是塑料殼體爆炸后會產生帶有棱角的殺傷性破片，極容易造成人員傷亡，加劇事態(tài)發(fā)展，這嚴重影響了塑料材質催淚彈的廣泛應用。為提高爆炸式催淚彈的安全性，我們設計了一種以紙制做為殼體的催淚彈，這種催淚彈采用整體設計思想，中心管點火方式，彈體爆炸后、通過中心管連接的擊發(fā)座以及底座保持完整，不產生爆炸破片，紙制殼體在爆炸后形成密度小的破片，對目標不產生致命傷害。為綜合評估爆炸式催淚彈的非致命效應，本文采用了模糊層次分析法，對其效能進行評估，為裝備部隊，提供有力的技術支撐。

1 建立效能評估指標體系

進行爆炸式催淚彈效能評估的要求是，從多個影響爆炸式催淚彈效能的因素中科學的選取主要因素，從而建立一個綜合的、系統(tǒng)的評估指標體系。爆炸式催淚彈主要的要求是對目標不產生致命性傷害，同時不管是設計、裝藥等環(huán)節(jié)的技術性都很高，在實際應用中具有廣泛性。所以可以從非致命性、技術性、實用性三個方面建立評價指標體系。

1.1非致命性

非致命性是爆炸式催淚彈使用最為基本的要求，影響非致命性指標的主要是爆炸時產生的破片效應、聲響效應及沖擊波效應。其均為定量指標。

1.1.1 破片效應

破片效應的影響因素主要有破片的數質量、破片初速和破片飛散規(guī)律。皮膚擦傷標準的比動能為9.8。為提高爆炸式催淚彈的非致命效應，破片數量應越多越小越好，破片初速不要產生使人誤傷的比動能。

1.1.2 聲響效應

適當的聲響可以對鬧事人員產生一定的威懾作用，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120～140dB時，經過相當短時間的聲沖擊之后，就必須考慮被刺激的人內耳遭受的永久性損傷；當聲音大于140dB時，遭受刺激的人很可能形成嚴重的腦損傷。

1.1.3 沖擊波效應

對于人體而言，沖擊波超壓在0.02～0.03MPa之間會造成輕微的挫傷；在0.03～0.05MPa之間會造成聽覺器官損傷、中等挫傷、骨折等；在0.05～0.1MPa之間會造成內臟嚴重挫傷，可引起死亡。而當沖擊波超壓大于0.1MPa時則可導致人死亡。

1.2 技術性

技術性是技術性能主要是評價武器的基本技術參數，是對武器基本性能的評價。它包括結構設計、裝藥設計、刺激效應，其均為定性指標。

1.2.1 結構設計

是以機理上確保催淚彈安全應用的基礎性工作，做為用于驅散群體有目標的非致命武器，結構設計的理念就是安全第一，在對有生目標不產生致命性傷害的情況下使其作用發(fā)揮最優(yōu)，所以，彈體不產生致命性破片等一些參數應該從設計上得到保證，安全性高的結構設計評價高。

1.2.2 裝藥設計

裝藥是在特定條件下能產生推力或爆炸反應的物質。因為爆炸式催淚彈通過爆炸的方式釋放催淚藥劑，為了能夠充分體現它的非致命性，相比其他致命性裝藥設計而言，其在配方設計中炸藥應選取穩(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，而應盡量避免采用高威力的黑索金等材料，從而確保其應用上的可靠性。

1.2.3 刺激效應

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10mg/.min，最小濃度不小于0.05mg/.min，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1～5mg/min·m3之間，且在自然擴散條件下，催淚劑受風等環(huán)境因素比較小，因此其釋放越迅速越好，擴散速度、廣度越大越均勻越好。

1.3 實用性

實用性包括武器的經濟性、方便性和適應性三個指標。其均為定性指標。經濟性是指武器生產、使用和維護過程中以最少的活勞動與物化勞動消耗，取得最大經濟成果的能力。爆炸式催淚彈除引然藥和刺激劑不可回收外，其余部件可回收和再利用率越高越好。方便性是指武器在遂行任務中使用的靈便程度，爆炸式催淚彈應便于運輸、庫存與使用；適應性則是指爆炸式催淚彈不僅能在高溫下應用，在低溫下也不會失效。不僅在內地環(huán)境下正常使用，在高海拔地帶也能夠正常使用，與使用環(huán)境表現相適合的情況。

2 用模糊層次分析法評估爆炸式催淚彈效能

2.1 用層次分析法確定權向量

層次結構模型建立后，各因素的相互支配關系就已經確立，這時需要對每一子層次中組成上一層次相應因素的每個子因素的相對重要性賦予權值，層次分析法采用Satty T L 提出的1～9及其倒數標度法，將兩兩因素之間的比值判定后構成判斷矩陣。

根據判斷矩陣所提供的信息，利用冪次求解可得到任意精度的最大特征值和特征向量，特征向量代表該層次因素對上層次對應因素影響大小，各層次因素的權重可以采用簡便的近似求解法，步驟如下；

（1）將矩陣的每一列向量歸一化：

（1）

（2）對按行求和：

（2）

則最大特征根的近似值為：

（3）

由于判斷矩陣是由專家憑經驗給定的，在一定程度上受主管因素的影響。為防止判斷矩陣偏離一致性以致影響最終決策，需對進行一致性檢驗。

即對一致性指標CI與平均隨機一致性指標RI進行比較。一致性指標，RI值可查表得到，一致性比率CR為：

根據向專家對效能評估指標的相對重要性的數據咨詢結果，本文以非致命性指標為例，采用以上方法計算指標權重。其判斷矩陣為：

根據判斷矩陣得出最大特征值為：特征向量經歸一化得：。一致性檢驗，因此，所得權重向量具有滿意的一致性。

同理，可以計算出：

2.2 區(qū)分定性指標和定量指標，建立單因素模糊評判矩陣

設評語集：{}：={很好，較好，一般，較差，差}，{}表示由高到低的評語。

在爆炸式催淚彈效能評價指標體系中，有些屬于定性指標，有些屬于定量指標。對于定性指標，由于難以得到具體的模糊分布函數，故采用專家打分法確定其隸屬度比較合適。對于某單因素，假設有n個專家參照評判等級打分，如果有位專家給其評為某等級則它對應的隸屬度為：。

對于定量化指標，本文引入計算方便的梯形模糊數，根據其具體變化方式，采用不同的隸屬函數圖形，圖1是越大越好型隸屬函數圖形。

圖1 越大越好型隸屬函數

以紙質爆炸型催淚彈的沖擊波指標為例，由專家給出隸屬度參數為，紙質爆炸式催淚彈為0.007MPa，其對應模糊向量為（0，1，0，0，0），塑料爆炸式催淚彈為（0，0.4，0.6，0，0），橡膠爆炸式催淚彈為（0，0.5，0.5，0，0）。

同理，不同類型的隸屬度可以通過改變評判等級位置和參數，得到，參數由專家組根據經驗給出。

2.3 對各級依次進行評價，得到評估結果向量

對各級依次進行評價，得到評估結果向量，將結果進行統(tǒng)計，通過模糊運算，從底層開始，逐層向上做模糊綜合評估，對準則層元素有貢獻的屬性層指標的模糊評估值用矩陣形式表示，則準則層元素的模糊評估值為，其中為模糊算子。則紙質爆炸式催淚彈的各指標模糊綜合向量為：

指標層的判斷矩陣為

紙質爆炸式催淚彈總的判斷向量為：

。

同理可得，塑料爆炸式催淚彈、橡膠爆炸式催淚彈的判斷向量分別為：

為了使評估結果更加明顯，引入評語集，將上一步得出的結果轉化為百分制分數，通過公式得到三種爆炸式催淚彈的評估結果分別為：， ，

綜上可知，三種爆炸式催淚彈的作戰(zhàn)效能排序為紙質殼體>塑料殼體>橡膠殼體。

3 結語

本文采用模糊層次分析法，較好地解決了爆炸式催淚彈的效能評估問題；對不同殼體的爆炸式催淚彈效能進行了橫向比較，通過評估比較，肯定了紙質爆炸式催淚彈效能的同時，對塑料和橡膠殼體的爆炸式催淚彈進行了效能評估。

參考文獻：

[1] 龔德金，郭三學，曹昶，等.FAHP法的車載非致命武器效能評估[J].遼寧工程技術大學學報： 自然科學版.2014（01）：107-111.

[2] 郭三學，方宗德，范揚州.爆炸式催淚彈安全性研究[J].西安工業(yè)大學學報.2007（06）：536-541.

本文系基金：國家社科基金軍事學項目（13GJ003-242），研究成果。