劉強(qiáng) 郭三學(xué)

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(shù)性能、作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)任務(wù)的系統(tǒng)分析，建立了爆炸式催淚彈效能評估指標(biāo)體系。將定性指標(biāo)與定量指標(biāo)結(jié)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(yīng)用提供了有效的理論支撐。

關(guān)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(chǎn)生的催淚氣體刺激有生目標(biāo)的眼睛和上呼吸道等、使之暫時(shí)失去抵抗能力，同時(shí)依靠爆炸產(chǎn)生的聲響對目標(biāo)人群實(shí)施驅(qū)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(yīng)用于驅(qū)散大規(guī)模鬧事人群。目前，國內(nèi)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(shù)大而便于抓握，降低了投擲時(shí)彈體脫手的可能性。橡皮彈還可使彈能反跳、滾動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，使彈在引信起爆之前落地時(shí)難以被對方撿起。除此之外，爆炸后橡膠破片也不會(huì)產(chǎn)生過于尖銳的棱角，在一定程度上降低了對目標(biāo)的危險(xiǎn)性。但橡膠殼體的催淚彈爆炸后聲響有限，難以產(chǎn)生足夠的威懾力，而且生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，無疑增加了生產(chǎn)成本。同時(shí)，擊發(fā)座在爆炸后產(chǎn)生的破片則可能對目標(biāo)產(chǎn)生致命性傷害。塑料殼體催淚彈生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉。便于大規(guī)模生產(chǎn)。但是塑料殼體爆炸后會(huì)產(chǎn)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(yán)重影響了塑料材質(zhì)催淚彈的廣泛應(yīng)用。為提高爆炸式催淚彈的安全性，我們設(shè)計(jì)了一種以紙制做為殼體的催淚彈，這種催淚彈采用整體設(shè)計(jì)思想，中心管點(diǎn)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(chǎn)生爆炸破片，紙制殼體在爆炸后形成密度小的破片，對目標(biāo)不產(chǎn)生致命傷害。為綜合評估爆炸式催淚彈的非致命效應(yīng)，本文采用了模糊層次分析法，對其效能進(jìn)行評估，為裝備部隊(duì)，提供有力的技術(shù)支撐。

1 建立效能評估指標(biāo)體系

進(jìn)行爆炸式催淚彈效能評估的要求是，從多個(gè)影響爆炸式催淚彈效能的因素中科學(xué)的選取主要因素，從而建立一個(gè)綜合的、系統(tǒng)的評估指標(biāo)體系。爆炸式催淚彈主要的要求是對目標(biāo)不產(chǎn)生致命性傷害，同時(shí)不管是設(shè)計(jì)、裝藥等環(huán)節(jié)的技術(shù)性都很高，在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛性。所以可以從非致命性、技術(shù)性、實(shí)用性三個(gè)方面建立評價(jià)指標(biāo)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(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)。其均為定量指標(biāo)。

1.1.1 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。皮膚擦傷標(biāo)準(zhǔn)的比動(dòng)能為9.8。為提高爆炸式催淚彈的非致命效應(yīng)，破片數(shù)量應(yīng)越多越小越好，破片初速不要產(chǎn)生使人誤傷的比動(dòng)能。

1.1.2 聲響效應(yīng)

適當(dāng)?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(huì)造成人員耳膜的破裂，進(jìn)而失聰。當(dāng)刺激聲音為120～140dB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140dB時(shí)，遭受刺激的人很可能形成嚴(yán)重的腦損傷。

1.1.3 沖擊波效應(yīng)

對于人體而言，沖擊波超壓在0.02～0.03MPa之間會(huì)造成輕微的挫傷；在0.03～0.05MPa之間會(huì)造成聽覺器官損傷、中等挫傷、骨折等；在0.05～0.1MPa之間會(huì)造成內(nèi)臟嚴(yán)重挫傷，可引起死亡。而當(dāng)沖擊波超壓大于0.1MPa時(shí)則可導(dǎo)致人死亡。

1.2 技術(shù)性

技術(shù)性是技術(shù)性能主要是評價(jià)武器的基本技術(shù)參數(shù)，是對武器基本性能的評價(jià)。它包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝藥設(shè)計(jì)、刺激效應(yīng)，其均為定性指標(biāo)。

1.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

是以機(jī)理上確保催淚彈安全應(yīng)用的基礎(chǔ)性工作，做為用于驅(qū)散群體有目標(biāo)的非致命武器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念就是安全第一，在對有生目標(biāo)不產(chǎn)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(chǎn)生致命性破片等一些參數(shù)應(yīng)該從設(shè)計(jì)上得到保證，安全性高的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)評價(jià)高。

1.2.2 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)。因?yàn)楸ㄊ酱邷I彈通過爆炸的方式釋放催淚藥劑，為了能夠充分體現(xiàn)它的非致命性，相比其他致命性裝藥設(shè)計(jì)而言，其在配方設(shè)計(jì)中炸藥應(yīng)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(yīng)盡量避免采用高威力的黑索金等材料，從而確保其應(yīng)用上的可靠性。

1.2.3 刺激效應(yīng)

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判標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)散條件下，催淚劑受風(fēng)等環(huán)境因素比較小，因此其釋放越迅速越好，擴(kuò)散速度、廣度越大越均勻越好。

1.3 實(shí)用性

實(shí)用性包括武器的經(jīng)濟(jì)性、方便性和適應(yīng)性三個(gè)指標(biāo)。其均為定性指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)性是指武器生產(chǎn)、使用和維護(hù)過程中以最少的活勞動(dòng)與物化勞動(dòng)消耗，取得最大經(jīng)濟(jì)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(wù)中使用的靈便程度，爆炸式催淚彈應(yīng)便于運(yùn)輸、庫存與使用；適應(yīng)性則是指爆炸式催淚彈不僅能在高溫下應(yīng)用，在低溫下也不會(huì)失效。不僅在內(nèi)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(xiàn)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(quán)向量

層次結(jié)構(gòu)模型建立后，各因素的相互支配關(guān)系就已經(jīng)確立，這時(shí)需要對每一子層次中組成上一層次相應(yīng)因素的每個(gè)子因素的相對重要性賦予權(quán)值，層次分析法采用Satty T L 提出的1～9及其倒數(shù)標(biāo)度法，將兩兩因素之間的比值判定后構(gòu)成判斷矩陣。

根據(jù)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(yīng)因素影響大小，各層次因素的權(quán)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(jīng)驗(yàn)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(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

即對一致性指標(biāo)CI與平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI進(jìn)行比較。一致性指標(biāo)，RI值可查表得到，一致性比率CR為：

根據(jù)向?qū)＜覍π茉u估指標(biāo)的相對重要性的數(shù)據(jù)咨詢結(jié)果，本文以非致命性指標(biāo)為例，采用以上方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。其判斷矩陣為：

根據(jù)判斷矩陣得出最大特征值為：特征向量經(jīng)歸一化得：。一致性檢驗(yàn)，因此，所得權(quán)重向量具有滿意的一致性。

同理，可以計(jì)算出：

2.2 區(qū)分定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，建立單因素模糊評判矩陣

設(shè)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(jià)指標(biāo)體系中，有些屬于定性指標(biāo)，有些屬于定量指標(biāo)。對于定性指標(biāo)，由于難以得到具體的模糊分布函數(shù)，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(shè)有n個(gè)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(yīng)的隸屬度為：。

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

圖1 越大越好型隸屬函數(shù)

以紙質(zhì)爆炸型催淚彈的沖擊波指標(biāo)為例，由專家給出隸屬度參數(shù)為，紙質(zhì)爆炸式催淚彈為0.007MPa，其對應(yīng)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(shù)，得到，參數(shù)由專家組根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出。

2.3 對各級依次進(jìn)行評價(jià)，得到評估結(jié)果向量

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

指標(biāo)層的判斷矩陣為

紙質(zhì)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(jié)果更加明顯，引入評語集，將上一步得出的結(jié)果轉(zhuǎn)化為百分制分?jǐn)?shù)，通過公式得到三種爆炸式催淚彈的評估結(jié)果分別為：， ，

綜上可知，三種爆炸式催淚彈的作戰(zhàn)效能排序?yàn)榧堎|(zhì)殼體>塑料殼體>橡膠殼體。

3 結(jié)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(jìn)行了橫向比較，通過評估比較，肯定了紙質(zhì)爆炸式催淚彈效能的同時(shí)，對塑料和橡膠殼體的爆炸式催淚彈進(jìn)行了效能評估。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龔德金，郭三學(xué)，曹昶，等.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(bào)： 自然科學(xué)版.2014（01）：107-111.

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本文系基金：國家社科基金軍事學(xué)項(xiàng)目（13GJ003-242），研究成果。