警用新型車載式防暴水炮

概述

氣壓脈沖噴霧技術(shù)源于消防滅火技術(shù)，是1990年代出現(xiàn)并發(fā)展起來的。德國IFEX公司是這一領(lǐng)域的“領(lǐng)頭羊”，其開發(fā)的IFEX-3000氣壓脈沖噴射滅火裝備及相關(guān)產(chǎn)品發(fā)展很快，不僅有輕便的個(gè)人滅火槍，也有背負(fù)式、推車式和可與消防車相接的輕便滅火系統(tǒng)；還可安裝在摩托車、小型卡車、直升飛機(jī)上，以適應(yīng)不同任務(wù)的需要。實(shí)踐證明，氣壓脈沖噴霧技術(shù)是一種高效、安全的滅火技術(shù)，其通常只使用壓縮空氣和水。由于水被霧化，而且是間歇發(fā)射，因此消耗量極少。使用干粉時(shí)，僅需要常用量的6%；使用泡沫添加劑時(shí)，僅需要常用量的1%。

氣壓脈沖噴霧技術(shù)的滅火原理就是利用壓縮空氣為動(dòng)力，在極短時(shí)間內(nèi)由超快開啟的排氣閥噴出，推動(dòng)儲(chǔ)水筒中的滅火劑并將其以極高的速度發(fā)射出去，空氣與液體分子摩擦碰撞產(chǎn)生霧化的液體顆粒，它們具有很大的動(dòng)能，可以穿透火焰及上升的氣流，直接射入火灶，液體顆粒氣化后使火焰溫度迅速下降，達(dá)到滅火目的。

許多國家都配備了這種裝備，國內(nèi)近年也研制開發(fā)了背負(fù)式輕型氣壓脈沖噴霧水槍及其配套裝備，廣泛用于消防部門及煤礦救護(hù)。

西安武警工程學(xué)院將氣壓脈沖技術(shù)原理引入研究領(lǐng)域，推出了新型車載式防暴水炮，將氣壓脈沖噴霧技術(shù)應(yīng)用于大型車載防暴水炮，其技術(shù)復(fù)雜、集成程度高，尚屬國內(nèi)首例。

威力解析

車載式防暴水炮利用壓縮空氣為動(dòng)力，在極短的時(shí)間內(nèi)由排氣閥排出，推動(dòng)身管中的刺激劑液體以較高的速度噴出，空氣與液體分子摩擦碰撞產(chǎn)生粒度大約為2～200微米的霧化顆粒，從空中落到地面約用時(shí)3～5秒，在目標(biāo)區(qū)域會(huì)形成一個(gè)刺激劑霧團(tuán)。內(nèi)裝的刺激劑對人的眼睛、皮膚及上呼吸道神經(jīng)末稍的痛覺感受器有強(qiáng)烈的刺激作用，使人產(chǎn)生不可耐受的疼痛、閉眼流淚及噴嚏等反應(yīng)。刺激劑的濃度愈大，刺激效果愈強(qiáng)，同時(shí)刺激效果在很大程度上取決于顆粒的狀態(tài)。相關(guān)研究表明：刺激劑固體顆粒粒度大于100微米時(shí)，沉降快且易被鼻毛擋住，不能進(jìn)入體內(nèi)。對干燥皮膚而言，大的固體刺激劑顆粒與神經(jīng)感受器之間充滿了空氣介質(zhì)，不易直接作用，效果也不強(qiáng)烈；顆粒小時(shí)，又容易隨著空氣流動(dòng)從皮膚表面劃過，不易沉降在皮膚上，效果也不好。只有當(dāng)粒度在5～40微米范圍內(nèi)時(shí)，才容易進(jìn)入人的呼吸道和支氣管，從而對人體的作用效果最強(qiáng)烈。如果刺激劑呈液態(tài)微粒狀態(tài)，將對眼睛、皮膚、上呼吸道有強(qiáng)烈的綜合作用，因?yàn)橐后w都有較大的表面張力，易附在物體表面且有最大的接觸面積。小微粒能被吸入呼吸道，刺激粘膜。落到眼睛和皮膚上時(shí)，能產(chǎn)生強(qiáng)酸燒灼般的疼痛。在相同的質(zhì)量、濃度條件下，小的刺激劑顆粒比大顆粒有更大的比面積，這樣刺激劑的利用率最高。所以刺激劑以霧態(tài)使用時(shí)，一旦人處于霧團(tuán)中，將受到全方位的刺激作用，躲得了呼吸道，躲不了眼睛和皮膚受到刺激劑的攻擊。

水炮組成

車載脈沖防暴水炮由炮身；供氣系統(tǒng)、供液系統(tǒng)、反后座裝置、隨動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)視瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、載炮車輛及附屬設(shè)備組成。

水炮炮身主要由炮口、身管、氣壓控制室等部分組成。其工作原理是：以高壓壓縮空氣作為動(dòng)力源，氣壓控制室的額定壓力為30MPa，容積20升，出口處有減壓閥，可輸出2．5MPa壓縮空氣進(jìn)入氣控室，當(dāng)其中的壓力達(dá)到2．5MPa后充氣停止，儲(chǔ)水箱中的水在水泵的作用下，連續(xù)向炮膛內(nèi)補(bǔ)充，同時(shí)加入刺激劑，充滿后即可發(fā)射。按壓發(fā)射按鈕，控制閥在電磁閥的作用下快速開啟，氣控室內(nèi)的壓縮空氣快速噴出，推動(dòng)空氣與水分子摩擦碰撞并經(jīng)炮口產(chǎn)生霧化，形成水與刺激劑的霧化流，完成一次發(fā)射。此時(shí)打開進(jìn)水閥，可自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)水補(bǔ)氣，準(zhǔn)備下一次發(fā)射。

水炮實(shí)現(xiàn)刺激劑液體的可控射擊，關(guān)鍵在于控制閥。水炮采用了閥芯控制腔壓力平衡設(shè)計(jì)，使得閥門具有排氣快、控制力小、沒有空耗的優(yōu)點(diǎn)。在密封形式上，采用了金屬與非金屬復(fù)合的形式，使密封更加可靠。

在閥芯的設(shè)計(jì)上，采用了低摩擦材料，使閥芯及閥體間沒有金屬接觸，大大降低了摩擦，提高了閥的快速性并實(shí)現(xiàn)了無油潤滑，使流道的局部能量損失降低了20％。

炮口擋板的材料壽命也是一個(gè)關(guān)鍵問題，它既要有較好的彈性和合適的彈性系數(shù)，以便于炮口打開，又要能夠防止多次發(fā)射出現(xiàn)的變形，使其控制在允許的范圍內(nèi)，同時(shí)，還要耐刺激劑的腐蝕。普通橡膠材料壽命短，達(dá)不到要求。通過多次摸索和實(shí)驗(yàn)，綜合了橡膠和塑料的優(yōu)點(diǎn)，配制了一種新型橡塑材料，滿足了壽命要求。

與連續(xù)噴射水流的水炮不同，噴霧水炮的一個(gè)脈沖發(fā)射時(shí)間極短，屬毫秒級，同樣的水量用射流水炮需要1～2秒，因此噴霧水炮發(fā)射時(shí)后坐力較大，雖然比不上大口徑火炮，但較輕武器大得多。為了緩沖后坐力，保證發(fā)射時(shí)的穩(wěn)定，降低對炮架的沖擊，設(shè)計(jì)了反后坐裝置。

對于后坐能量較小的輕武器，一般采用彈簧式復(fù)進(jìn)機(jī)。由于彈簧為儲(chǔ)能元件，在整個(gè)后坐過程中只儲(chǔ)存能量而不消耗能量，但噴霧水炮后坐力較大，如果只采用彈簧緩沖裝置，則在復(fù)進(jìn)到位時(shí)炮身仍具有較大的動(dòng)能，將產(chǎn)生較為劇烈的剛性碰撞，嚴(yán)重影響水炮的穩(wěn)定性和壽命，因此，必須加裝液壓緩沖裝置，用以消耗大部分后坐與復(fù)進(jìn)的能量，使發(fā)射與復(fù)進(jìn)時(shí)動(dòng)作平穩(wěn)。

該水炮采用彈簧式復(fù)進(jìn)機(jī)，定孔活塞式液壓緩沖裝置，兩者合二為一，大大減輕了質(zhì)量和體積。發(fā)射時(shí)，彈簧壓縮吸收一定的能量，活塞向后運(yùn)動(dòng)壓縮緩沖液，迫使其從活塞小孔流向前方，復(fù)進(jìn)時(shí)，彈簧伸張，緩沖液又從前方經(jīng)小孔流向后方，在流動(dòng)過程中，產(chǎn)生較大的阻力，使后坐能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹У簟椈晌盏哪芰績H保證在最惡劣的情況下能使水炮及時(shí)、快速、穩(wěn)定到位。

供液系統(tǒng)的任務(wù)是向炮身及時(shí)加注需要的液體，根據(jù)不同的使用場合和處置對象，變換液體的性質(zhì)為純水或刺激劑。

供液系統(tǒng)由帶水位顯示的貯水箱、刺激劑箱、低壓直流驅(qū)動(dòng)水泵及電磁閥、單向閥、注水時(shí)間控制繼電器組成。注水時(shí)間預(yù)先設(shè)定。如果僅需要充水，則關(guān)閉刺激劑箱閥門，啟動(dòng)注水開關(guān)，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)水箱電磁閥打開，液體通過炮身進(jìn)水口單向閥向炮身內(nèi)注水，按預(yù)先設(shè)置的時(shí)間注入水后，電磁閥、水泵自動(dòng)停止工作，此時(shí)為待擊狀態(tài)。如果需要刺激劑，則打開刺激劑箱閥門，主管中的水流經(jīng)過刺激劑箱管口時(shí)，刺激劑在重力及流動(dòng)壓差作用下流入主管，隨水流向炮身。

水位檢測器分別檢測兩水箱水位并將數(shù)量信息顯示在操作面板上。

在控制系統(tǒng)作用下，隨動(dòng)系統(tǒng)賦予水炮規(guī)定的射向與射角。由電源提供低壓直流電流，采用直流伺服電機(jī)、減速器、減速機(jī)及正齒齒輪驅(qū)動(dòng)。水炮正確的射向由云臺(tái)上的監(jiān)視攝像機(jī)及操作板上的手柄控制，其轉(zhuǎn)動(dòng)的水平角度與監(jiān)視器同步；轉(zhuǎn)動(dòng)極限位置利用磁電自動(dòng)控制，運(yùn)轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)停止，此時(shí)只能向相反方向運(yùn)轉(zhuǎn)。炮口的俯仰由面板上的手柄控制，俯仰角度由置于俯仰驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)編碼器傳出的旋轉(zhuǎn)角度脈沖信號(hào)經(jīng)換算成對應(yīng)的炮口角度，在數(shù)字顯示器上直接觀測。水炮使用完畢后按動(dòng)復(fù)位開關(guān)，水炮自動(dòng)復(fù)位。

監(jiān)視瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中的監(jiān)視器用來監(jiān)視車外情況并用于水炮的瞄準(zhǔn)，由監(jiān)視攝像機(jī)、面板上的熒光屏組成。監(jiān)視攝像機(jī)為全天候防水、自冷卻、加熱型CCD攝像機(jī)。其固定在炮架一側(cè)，與炮身同步水平運(yùn)轉(zhuǎn)。監(jiān)視器為彩色液晶顯示器，安裝在操作面板上，可供操作者觀察車外情況，監(jiān)視系統(tǒng)采用直流電源供電。

控制系統(tǒng)由操作面板、機(jī)箱、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電源等組成，操作面板各按鈕依操作者意圖控制機(jī)箱內(nèi)相應(yīng)的功率元件，功率元件輸出的電信號(hào)控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

性能特點(diǎn)

機(jī)動(dòng)性高，震懾力強(qiáng)

水炮為車載式，可快速抵達(dá)作戰(zhàn)區(qū)域投入戰(zhàn)斗，為迅速控制騷亂局面贏得時(shí)間。如果車輛底盤采用警用裝甲車，其防護(hù)性、越野性、威懾性會(huì)有質(zhì)的提高。配合其他車載防暴武器的使用，可形成一個(gè)綜合作戰(zhàn)平臺(tái)，極大增強(qiáng)震懾力和作戰(zhàn)效能。

作戰(zhàn)效能多樣，使用范圍廣

除了可應(yīng)用于防暴目的外，其本身就是一臺(tái)較好的滅火裝備，可在多種復(fù)雜情況下處置較大的火情。對于水源缺乏或離火場較遠(yuǎn)的情況，其優(yōu)越性將得以充分體現(xiàn)。

刺激劑可以根據(jù)警方執(zhí)行任務(wù)性質(zhì)的不同進(jìn)行更換，如為驅(qū)散騷亂人群可采用催淚劑、臭味劑、染色劑；為防止恐怖分子利用車輛襲擊重要目標(biāo)或逃跑，可采用超級防滑劑等。

刺激劑高效霧化，刺激效果好

水炮采用目前國際上流行的CS、OC刺激劑，兩種刺激劑混合使用，經(jīng)水炮高效霧化以后，以2～200微米的粒度水霧射出，較單一的刺激劑而言明顯增強(qiáng)了刺激效果。同時(shí)水炮瞬間噴出高速、霧化的水流，形成一個(gè)大面積的霧化帶，覆蓋面廣，刺激劑使用效率較射流水炮得到極大提高。脈沖水炮間歇發(fā)射，刺激劑消耗量少，經(jīng)濟(jì)性好，也方便了戰(zhàn)場的清潔。

結(jié)語

氣壓脈沖噴霧技術(shù)應(yīng)用于防暴控暴是一個(gè)全新的概念。脈沖噴霧水炮的研制與應(yīng)用，將為警方處置各類群體性騷亂事件，應(yīng)對各種復(fù)雜情況提供一種有效的作戰(zhàn)手段。

編輯／孫麗