閆金海，韓衛(wèi)敏，李廣歧，翟少波，考希賓，萬(wàn)紅

(1.兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)人-機(jī)-環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065；2.西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽(yáng) 712099)

現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中，隨著火炮武器系統(tǒng)和彈藥技術(shù)的發(fā)展[1]，火炮作為常規(guī)武器被廣泛應(yīng)用于各軍兵種，其相對(duì)導(dǎo)彈而言具有費(fèi)用相對(duì)較低、反應(yīng)快、火力覆蓋面大等優(yōu)點(diǎn)[2]。自行火炮是火炮家族中重要的一員，其憑借著生存力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)、威力大而被世界各國(guó)軍事注重并發(fā)展[3]。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際的需要，自行火炮也在不斷地更新自身技術(shù)，已廣泛采用計(jì)算機(jī)控制的火控系統(tǒng)，可實(shí)施半自動(dòng)或全自動(dòng)操瞄與射擊來(lái)適應(yīng)現(xiàn)代化的作戰(zhàn)環(huán)境[4]。自行火炮是地面炮兵部隊(duì)使用的常規(guī)兵器，由于其艙室操作空間狹窄、密閉，炮尾直通艙內(nèi)，射擊瞬間會(huì)產(chǎn)生大量的無(wú)機(jī)物污染[5]?；鹋谠谏鋼暨^(guò)程中，是利用發(fā)射部火藥的爆炸能量將彈頭推出炮管，火藥燃燒爆炸的產(chǎn)物首先取決于火藥的配方[6]。一般情況下，火藥的燃燒爆炸產(chǎn)物主要是H2O、H2、CO、CO2、N氧化物、硫化物等，而CO、NO2等是有毒有害氣體，會(huì)對(duì)人體造成傷害[7]。本次試驗(yàn)借助某自行火炮1組15連發(fā)和3組7連發(fā)閉艙射擊實(shí)驗(yàn)，以該火炮為測(cè)試模型，對(duì)其在閉艙射擊過(guò)程中艙室內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)行測(cè)試分析。

1 測(cè)試試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)對(duì)象及測(cè)試設(shè)備和方法

某自行火炮，處于靜止的閉艙射擊作業(yè)狀態(tài)，通風(fēng)裝置正常工作，發(fā)射裝藥為零號(hào)裝藥(裝藥量達(dá)到炮彈初速的藥量)，采用自動(dòng)裝填裝置，射擊頻率為15～20 發(fā)/min。測(cè)試設(shè)備的傳感器分別固定于車輛艙室內(nèi)的檢測(cè)位置1、檢測(cè)位置2和檢測(cè)位置3，如圖1所示。其中，檢測(cè)位置1設(shè)備傳感器位置距艙室左側(cè)壁560 mm，距艙室頂壁180 mm，距艙室后壁650 mm；檢測(cè)位置2設(shè)備傳感器位置距艙室左側(cè)壁1 150 mm，距艙室頂壁180 mm，距艙室前壁1 060 mm；檢測(cè)位置3設(shè)備傳感器位置距艙室右側(cè)壁660 mm，距艙室頂壁180 mm，距艙室后壁590 mm。

測(cè)試設(shè)備采用美國(guó)RAE PGM6208復(fù)合氣體檢測(cè)儀，經(jīng)陜西省計(jì)量院檢定并且檢定合格。傳感器精度為±5%，數(shù)據(jù)采用連續(xù)自動(dòng)記錄，采樣率設(shè)為1個(gè)樣/s。參照GJB 59.89—2011裝甲車輛試驗(yàn)規(guī)程第89部分：車內(nèi)有害氣體測(cè)定中規(guī)定要求[8]進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。

1.2 數(shù)據(jù)處理

在試驗(yàn)測(cè)試結(jié)束后，參照GJB 5834—2006規(guī)定的有害氣體濃度限值的計(jì)算方法計(jì)算短時(shí)間接觸容許濃度(以下簡(jiǎn)稱STEL)及最高容許濃度(以下簡(jiǎn)稱MAC)，并與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行對(duì)比[9]。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為相應(yīng)時(shí)刻、相應(yīng)測(cè)試對(duì)象、相應(yīng)測(cè)試位置處艙室內(nèi)的有害氣體濃度值[10]。

2 數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

2.1 數(shù)據(jù)分析

分別對(duì)某自行火炮1組15連發(fā)和3組7連發(fā)閉艙射擊試驗(yàn)時(shí)艙室內(nèi)3個(gè)位置，產(chǎn)生的6種常見(jiàn)有害氣體(CO、CO2、NO2、NH3、H2S、SO2)進(jìn)行測(cè)試分析，得到的結(jié)果數(shù)值如表1～4所示。試驗(yàn)過(guò)程中有害氣體濃度具有顯著變化趨勢(shì)的曲線圖如圖2～7所示。

表1 15連發(fā)艙室內(nèi)有害氣體測(cè)試結(jié)果匯總表 mg·m-3

表2 第1組7連發(fā)艙室內(nèi)有害氣體測(cè)試結(jié)果匯總表 mg·m-3

表3 第2組7連發(fā)艙室內(nèi)有害氣體測(cè)試結(jié)果匯總表 mg·m-3

表4 第3組7連發(fā)艙室內(nèi)有害氣體測(cè)試結(jié)果匯總表 mg·m-3

2.2 結(jié)果分析

火炮射擊時(shí)，由于發(fā)射部需要在極短時(shí)間內(nèi)引爆燃燒提供動(dòng)能，因此尾氣中勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體[11]，根據(jù)筆者以往的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，尾氣中產(chǎn)生的常見(jiàn)有害氣體主要包括CO、CO2、NO2、NH3、H2S、SO2。CO具有毒性，主要危害人體的心、肺、腦以及其他人體組織[12]。CO2根據(jù)空氣中不同的濃度，人體會(huì)感覺(jué)到空氣渾濁、注意力無(wú)法集中、心跳加速、輕度惡心、頭痛、呆滯、嗜睡等，嚴(yán)重的甚至死亡。NO2主要損害人體的呼吸道。NH3主要對(duì)人體的上呼吸道有腐蝕和刺激作用。H2S主要對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)、眼以及中樞神經(jīng)有影響。SO2主要會(huì)對(duì)人體的眼及呼吸道粘膜產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激危害作用。作業(yè)人員在作業(yè)過(guò)程中，接觸不同濃度的有害氣體會(huì)對(duì)作業(yè)人員的機(jī)體和作業(yè)工效產(chǎn)生一定的不利影響。因此，在火炮射擊作業(yè)過(guò)程中，對(duì)產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)行一定的防護(hù)是需要引起足夠的重視。

從圖2～7中可以看出，某自行火炮在15連發(fā)和7連發(fā)閉艙射擊過(guò)程中，艙室內(nèi)有害氣體的產(chǎn)生生成了相應(yīng)的波段。15連發(fā)的波峰要比7連發(fā)的波峰高，說(shuō)明彈藥發(fā)射的累積量對(duì)有害氣體的濃度會(huì)有影響。連發(fā)過(guò)程中，射擊頻率高，射速快，所以連發(fā)射擊過(guò)程中有害氣體產(chǎn)生的速度也相應(yīng)快，但因艙室內(nèi)配備的通風(fēng)裝置在射擊過(guò)程中持續(xù)工作，所以有害氣體濃度降低的速度也很快。由于本次自行火炮射擊試驗(yàn)采用的是自動(dòng)裝填裝置，射擊速率達(dá)15～20 發(fā)/min，射擊速率高，時(shí)間短，因此從圖中可以看出有害氣體的累積時(shí)間短，上升迅速，下降也很快，對(duì)作業(yè)人員的累積危害相應(yīng)地有所降低。

參照GJB 967—1990坦克艙室一氧化碳短時(shí)間接觸限值和GJB 5834—2006裝甲車輛艙室內(nèi)有害氣體濃度限值要求，對(duì)某自行火炮1組15連發(fā)和3組7連發(fā)閉艙發(fā)射時(shí)艙室內(nèi)有害氣體(CO、CO2、NO2、NH3、H2S、SO2)測(cè)試結(jié)果分析如表5所示。

表5 有害氣體測(cè)試結(jié)果分析表

通過(guò)本次試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的分析對(duì)比，每組連發(fā)的有害氣體濃度均不同程度存在不符合GJB 5834—2006和GJB 967—1990中規(guī)定的要求。檢測(cè)位置1由于距離通風(fēng)裝置艙室內(nèi)風(fēng)口的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，所以有害氣體濃度蓄積相對(duì)較高；檢測(cè)位置2位于炮口上方，因?yàn)橛信诠芘c外界相通，所以有害氣體濃度蓄積的沒(méi)有檢測(cè)位置1高；檢測(cè)位置3因?yàn)榫嚯x通風(fēng)裝置艙室內(nèi)風(fēng)口的距離最近，所以有害氣體的蓄積濃度相對(duì)最低，降低的也最快。本次試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果中CO和H2S濃度產(chǎn)生的高，筆者分析原因是與本次炮擊試驗(yàn)使用的發(fā)射裝藥中C和S的含量大有關(guān)。

本次試驗(yàn)火炮發(fā)射部的裝藥量大，采用自動(dòng)裝填發(fā)射裝置，連續(xù)擊發(fā)所用的時(shí)間很短，受試對(duì)象艙室內(nèi)有害氣體的濃度在短時(shí)間內(nèi)急劇蓄積增大。本次炮擊試驗(yàn)過(guò)程中艙室內(nèi)的通風(fēng)裝置一直在正常工作，因此在炮擊的過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體大部分會(huì)通過(guò)抽風(fēng)裝置迅速被抽到艙外，從而能夠在最短時(shí)間內(nèi)最大限度地降低炮擊過(guò)程中有害氣體對(duì)艙室內(nèi)作業(yè)人員作業(yè)工效和機(jī)體機(jī)能的影響。艙室內(nèi)的通風(fēng)裝置是快速降低有害氣體對(duì)艙內(nèi)操作人員不利影響的有效手段之一。

火炮在射擊擊發(fā)的過(guò)程中，由于發(fā)射所用時(shí)間極為短暫，有害氣體的濃度蓄積快，濃度上升的幅度大，其峰值的濃度超出了測(cè)試設(shè)備所能探測(cè)的范圍，因此，有些位點(diǎn)的個(gè)別氣體變化曲線圖出現(xiàn)了削峰的現(xiàn)象，如圖2所示。這部分?jǐn)?shù)值只能作為定性分析的參考。

通過(guò)本次閉艙炮擊試驗(yàn)過(guò)程中艙室內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體濃度的測(cè)試分析，影響有害氣體濃度高低的因素主要有藥量的多少、發(fā)射時(shí)間的長(zhǎng)短、連擊數(shù)量、測(cè)點(diǎn)的布放位置、試驗(yàn)過(guò)程中艙室的密封性、外界氣象環(huán)境的氣壓和風(fēng)速以及采集位點(diǎn)與通風(fēng)裝置的距離等，特別是與通風(fēng)裝置的距離影響較大。通風(fēng)裝置可以把艙室內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體排出艙外，但由于氣體產(chǎn)生的時(shí)間要比排氣過(guò)程短，因此不能將瞬間產(chǎn)生的高濃度有害氣體完全排出到艙外，且距離通風(fēng)裝置越近的地方有害氣體的濃度降低的越快。

以本次測(cè)試的結(jié)果分析，按測(cè)得的最大濃度的15連發(fā)檢測(cè)位置1的結(jié)果計(jì)算，通風(fēng)裝置的抽氣速率至少要達(dá)到(2 280-1 500)/2 280=34%，有害氣體的濃度才能符合相關(guān)國(guó)軍標(biāo)的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于設(shè)計(jì)和實(shí)際使用的需要，炮尾和作業(yè)艙室直接連通，因此自行火炮在射擊作業(yè)過(guò)程中，炮管內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體會(huì)通過(guò)炮尾直接進(jìn)入到作業(yè)人員工作的艙室內(nèi)，這是目前在作業(yè)過(guò)程中很難避免的狀態(tài)。筆者以某自行火炮炮擊為研究對(duì)象，通過(guò)復(fù)合氣體連續(xù)自動(dòng)測(cè)試記錄，分析該火炮在閉艙炮擊試驗(yàn)過(guò)程中艙室內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體濃度，結(jié)果表明，在炮擊過(guò)程中，連發(fā)的數(shù)量越多，累計(jì)的時(shí)間就相對(duì)長(zhǎng)，累積的濃度也會(huì)相應(yīng)的高。另外，艙室內(nèi)的測(cè)點(diǎn)位置距離通風(fēng)裝置的通風(fēng)口和炮管的距離越近，有害氣體的濃度降低的速度越快。炮擊過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體會(huì)對(duì)艙室內(nèi)作業(yè)人員的機(jī)體和作業(yè)工效產(chǎn)生一定的不利影響，因此，該火炮在閉艙射擊時(shí)需對(duì)產(chǎn)生的有害氣體采取進(jìn)一步的防護(hù)。