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(píng)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(duì)爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)各影響因素的研究，提出了對(duì)爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)評(píng)價(jià)的方法，建立了以非致命效應(yīng)為核心的評(píng)價(jià)指標(biāo)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(píng)估中，對(duì)爆炸式催淚彈的非致命效應(yīng)進(jìn)行了綜合評(píng)估。為爆炸式催淚彈的科學(xué)使用及優(yōu)化改進(jìn)提供了決策依據(jù)。

非致命效應(yīng)，未確知測度，效能評(píng)估

0 引言

爆炸式催淚彈是一種通過爆炸進(jìn)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(diǎn)而受到廣泛使用，成為武警部隊(duì)處置突發(fā)事件的主彈種之一。但由于其作用方式是一個(gè)爆炸過程，伴隨有破片、聲響、沖擊波等效應(yīng)。因此，對(duì)其非致命效應(yīng)的評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。

目前國內(nèi)學(xué)者對(duì)殺傷性武器的效能評(píng)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(jì)理念、作用機(jī)理、結(jié)構(gòu)組成及終點(diǎn)效應(yīng)與致命性武器有著本質(zhì)區(qū)別。對(duì)其非致命效應(yīng)的效能評(píng)估既是非致命武器裝備研發(fā)的客觀要求，也是評(píng)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(shí)際情況科學(xué)合理地建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出了將未確知測度數(shù)學(xué)模型運(yùn)用到其非致命效應(yīng)的評(píng)價(jià)中，為爆炸式催淚彈的研發(fā)與改進(jìn)提供了科學(xué)依據(jù)。

1 指標(biāo)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(jī)構(gòu)、保險(xiǎn)裝置、彈體、主裝藥4部分組成。它的作用原理為：拔出保險(xiǎn)銷投出后，擊針體在擊針簧的作用下向前翻轉(zhuǎn)，刺燃點(diǎn)火管的火帽，引燃延期藥，延期管發(fā)火，點(diǎn)燃爆炸劑，彈體爆炸，將催淚藥柱炸碎并迅速汽化，進(jìn)而威懾和強(qiáng)烈刺激有生目標(biāo)。根據(jù)其作用原理、結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用特點(diǎn)，可以從安全性、可靠性、應(yīng)用性3個(gè)方面建立評(píng)價(jià)指標(biāo)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(biāo)的主要是爆炸時(shí)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(jì)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(shí)，彈體結(jié)構(gòu)采用了一體化的設(shè)計(jì)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?bào)w保持完整，不出現(xiàn)較大的跳飛。另外，經(jīng)實(shí)測，計(jì)算得到爆炸式催淚彈爆炸時(shí)破片的最大比動(dòng)能為2.45 J/cm2，低于皮膚擦傷標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)?shù)穆曧懣梢詫?duì)鬧事人員產(chǎn)生一定的威懾作用，但是過高的聲響會(huì)造成人員耳膜的破裂，進(jìn)而失聰。當(dāng)刺激聲音為120 dB～140 dB時(shí)，經(jīng)過相當(dāng)短時(shí)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(dāng)聲音大于140 dB［3］時(shí)，遭受刺激的人很可能形成嚴(yán)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(diǎn)3 m處達(dá)到了120 dB，既能形成一定威懾，又不會(huì)對(duì)有生目標(biāo)產(chǎn)生永久性損傷。

③沖擊波效應(yīng)。對(duì)于人體而言，沖擊波超壓在0.007大氣壓以下，不會(huì)對(duì)人員造成傷害；沖擊波超壓為0.5大氣壓時(shí)，人的耳膜破裂，內(nèi)臟受傷；超壓為1大氣壓時(shí)，人體內(nèi)臟器官嚴(yán)重?fù)p傷，尤其會(huì)造成肺、肝、脾破裂，導(dǎo)致人員傷亡。爆炸式催淚彈上下兩個(gè)支體與紙質(zhì)彈筒采用緊配合聯(lián)接，形成一個(gè)密封的空間，爆炸時(shí)可有效吸收沖擊波能量。經(jīng)測試，爆炸式催淚彈爆炸時(shí)沖擊波壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)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(shí)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(biāo)的因素主要有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝藥設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝。

①結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(shí)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(huì)對(duì)人員產(chǎn)生致命性傷害，這么設(shè)計(jì)就確保了彈體作用時(shí)的可靠性。

②裝藥設(shè)計(jì)。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(jì)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(qiáng)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(hù)措施。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)設(shè)備工藝流程要求自動(dòng)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(dòng)化程度也還不是很高，這些過程無疑會(huì)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(qiáng)的西埃斯（CS）作為催淚劑，它的催淚效果好壞的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)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(biāo)。西埃斯（CS）在國內(nèi)有穩(wěn)定的生產(chǎn)基地，價(jià)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(píng)價(jià)

2.1 綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)

為了確定待評(píng)價(jià)對(duì)象效能評(píng)估準(zhǔn)確性的綜合值，又減少在評(píng)估值確定時(shí)的不確定性，本文引用了基于信息熵［4］的未確知測度評(píng)估模型［5］。

設(shè)uij為待評(píng)價(jià)對(duì)象的單指標(biāo)測度評(píng)價(jià)矩陣：

各指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算，令

歸一化處理得:

現(xiàn)將每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分為很好、好、中等、一般、差5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，令cj為待評(píng)價(jià)對(duì)象綜合評(píng)價(jià)結(jié)果在第j級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)的未確知程度，則有

C=（c1，c2，c3，…，cj）為待評(píng)價(jià)對(duì)象綜合評(píng)價(jià)測度向量，它的意義表示評(píng)價(jià)對(duì)象在各個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的不確定程度。為了得到確定性程度，需要進(jìn)行置信度識(shí)別，因?yàn)樵u(píng)語等級(jí)的劃分是有序的，第j級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)cj優(yōu)于第j+1級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)cj+1。因此，不能使用最大測度識(shí)別準(zhǔn)則，在這里改用置信度識(shí)別準(zhǔn)則［6］。設(shè)置信度為λ（λ≥0.5），通常取0.6或0.7，置信度識(shí)別準(zhǔn)則的計(jì)算模型為：

取j值直至滿足式（5），則待評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為第j0級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)ci。

2.2 爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)的綜合評(píng)估

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分為很好、好、中等、一般、差5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)。采用專家打分法確定單指標(biāo)測度評(píng)價(jià)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(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)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(jì)、裝藥設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、刺激效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、使用效應(yīng)9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分值。

由式（1）～式（3）計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重可得：

由式（4）計(jì)算得到綜合評(píng)價(jià)向量為：

取置信度λ=0.7，由置信度識(shí)別準(zhǔn)則式（5）計(jì)算得到當(dāng)j=2時(shí)，滿足：

即該催淚彈的非致命效應(yīng)為第 2等級(jí)，記“好”。從應(yīng)用實(shí)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(píng)價(jià)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(jì)、生產(chǎn)過程、安全使用等方面因素，提出了對(duì)爆炸式催淚彈非致命效應(yīng)評(píng)價(jià)的方法，建立了以非致命效應(yīng)為核心的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

②選用未確知測度數(shù)學(xué)模型對(duì)爆炸式催淚彈的非致命效應(yīng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，避免了采用單因素指標(biāo)評(píng)價(jià)及專家打分法可能對(duì)結(jié)果造成的影響，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相符。

③未確知測度綜合評(píng)價(jià)為爆炸式催淚彈的改進(jìn)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(píng)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(píng)估［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，33（1）：107-111.

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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(xiàng)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。