野戰(zhàn)條件下彈藥儲運防熱技術分析

嚴俊恒*，趙陽

（1.72478部隊，山東泰安，271000；2.72465部隊，山東泰安，271000）

野戰(zhàn)條件下彈藥儲運防熱技術分析

嚴俊恒1*，趙陽2

（1.72478部隊，山東泰安，271000；2.72465部隊，山東泰安，271000）

環(huán)境是造成武器裝備性能下降或失效的重要因素。美國國防部在20世紀60年代進行的一項專門調(diào)查表明：由于環(huán)境因素造成的武器裝備損壞，占整個損壞的50%以上，超過了作戰(zhàn)損壞。因此，要使彈藥在儲存過程中，保持性能穩(wěn)定、可靠、滿足作戰(zhàn)要求，就必需對其進行有效的環(huán)境防護。野外復雜多變的溫度環(huán)境，使野戰(zhàn)條件下彈藥的防熱問題成為了長期困擾我軍彈藥綜合保障的難題。本文從系統(tǒng)工程理論的觀點出發(fā)，針對當前我軍野戰(zhàn)彈藥防熱現(xiàn)狀，從野戰(zhàn)彈藥儲存環(huán)境條件及熱源性分析角度出發(fā)，對野戰(zhàn)條件下彈藥的儲存防熱問題進行了系統(tǒng)地研究。

野戰(zhàn)彈藥；儲運；防熱；技術分析

1 野戰(zhàn)條件下彈藥儲運背景及現(xiàn)狀

1.1 研究背景及意義

彈藥是現(xiàn)代戰(zhàn)爭最大的戰(zhàn)時消耗品，能對目標實施有效毀傷的有效載荷，是完成作戰(zhàn)使命或作戰(zhàn)任務的核心。彈藥是一次性使用的武器裝備,其質(zhì)量及性能狀況直接關系到作戰(zhàn)人員的安全,并在一定程度上影響戰(zhàn)爭的成敗,因此,戰(zhàn)時合理、足量、性能完好的的彈藥保障，對戰(zhàn)爭的進程和結(jié)局有著直接的影響。彈藥從儲存條件優(yōu)越的后方彈藥倉庫進入到惡劣的野戰(zhàn)自然環(huán)境，其質(zhì)量的可靠性必然受到多方面威脅和挑戰(zhàn)。儲運安全問題解決不好，將造成大量彈藥非戰(zhàn)斗損耗、增大彈藥供應保障的壓力。野戰(zhàn)條件下影響彈藥安全的環(huán)境因素很多，主要有：溫度、濕度、鹽霧、腐蝕性氣體、微生物、沖擊、振動及電磁輻射等。其中，溫度是最重要的因素之一,也是野戰(zhàn)彈藥必然要經(jīng)受考驗的外界環(huán)境之一。溫度可以導致彈藥裝藥的變質(zhì)、高分子材料的老化以及電子元器件的失效等。由于野戰(zhàn)環(huán)境溫度及其影響因素的復雜多變性，多年來，野戰(zhàn)彈藥的防熱問題一直未能得到很好的解決，因此，進行野戰(zhàn)彈藥儲存防熱技術研究，不但十分必要，而且對于完善我軍野戰(zhàn)彈藥防護體系，提高野戰(zhàn)彈藥防護技術水平，也具有重大的現(xiàn)實意義。

1.2 國內(nèi)外野戰(zhàn)彈藥儲存防熱現(xiàn)狀

美軍根據(jù)自身情況，對儲存在野外不同環(huán)境溫度下的包裝彈藥進行了一系列測試 ，對受外界環(huán)境因素和溫度變化規(guī)律影響下的彈藥進行了研究，并根據(jù)研究結(jié)果提出了一些簡單的防熱措施，如：涂防熱涂層、對彈藥進行遮擋掩蓋等。我軍野戰(zhàn)彈藥的防熱一直采用在彈藥垛底墊枕木、垛頂蓋蓋布等方法。彈藥堆垛雖方便儲存及使用，但蓋布吸收陽光輻射較高，極易引起堆垛頂部溫度升高；偽裝網(wǎng)防熱效果非常有限，經(jīng)試驗，用偽裝網(wǎng)封套封存彈藥時，內(nèi)部溫度降低2℃左右。因此進行野戰(zhàn)情況下彈藥的儲運安全技術研究，綜合國內(nèi)外野戰(zhàn)彈藥儲存放熱現(xiàn)狀，應注重從材料包裝方面做好野戰(zhàn)彈藥的防熱儲運。

2 野戰(zhàn)彈藥儲存防熱系統(tǒng)分析

野戰(zhàn)陣地環(huán)境下儲存的彈藥，由于受到周圍惡劣環(huán)境影響，性能往往變化較快，經(jīng)過一段時間儲存以后，彈藥能否有效地投入使用，一直是國防比較關注的問題。野戰(zhàn)彈藥儲存防熱研究的目的就是進行系統(tǒng)分析，確定系統(tǒng)的防護需求和存在的薄弱環(huán)節(jié)，提出解決方案，盡可能減少野外溫度環(huán)境對彈藥儲存質(zhì)量可靠性影響，以使彈藥達到預定的安全目標。

2.1 失效樹分析

失效樹分析（Fault Tree Analysis，簡稱FTA）是安全系統(tǒng)工程中常用的一種分析方法，這種方法把系統(tǒng)可能發(fā)生的某種事故與導致事故發(fā)生的各種原因之間的邏輯關系用一種稱為失效樹的樹形圖表示，通過對失效樹的定性與定量分析，可找出事故發(fā)生的主要原因，為確定安全對策提供可靠依據(jù)，以達到預測與預防事故發(fā)生的目的。

圖1 野戰(zhàn)彈藥儲存的失效樹

通過對各種失效模式的具體分析，建立了如圖1所示的野戰(zhàn)彈藥儲存的失效樹。導致野戰(zhàn)彈藥失效的因素主要分別是溫度、濕度、昆蟲、靜電、雷電和射頻。其中電磁環(huán)境因素和昆蟲對野戰(zhàn)彈藥失效的影響有一定概率，而溫濕度因素的影響概率是必然的。因此，對溫度、濕度的控制才是野戰(zhàn)彈藥防護的重中之重。目前野戰(zhàn)彈藥的防潮研究進行的較多，對于其防熱方面卻重視不夠，防熱問題較為突出。

2.2 防熱系統(tǒng)溫度指標

野戰(zhàn)彈藥在儲存過程中由于外部環(huán)境溫度變化等原因最容易出現(xiàn)質(zhì)量變化的單元是裝藥，在確定防熱溫度指標時，應以彈藥裝藥安全儲存性為依據(jù)，一般情況下，環(huán)境溫度越低、環(huán)境變化俞小越有利于裝藥的安全儲存，在野外條件下彈藥儲存的環(huán)境溫度很大程度取決于外界氣溫，因此，在確定防熱系統(tǒng)溫度指標時需考慮溫度變化及天氣氣候影響兩個因素。《彈藥儲運及安全》一書中，估算炸藥在某一環(huán)境溫度下的安全儲存期，可以以其分解延滯期作為指標。根據(jù)阿累尼烏斯公式可以得到如下的延滯期計算公式：

實驗研究表明，一般炸藥分解約1～2%就進入加速分解期，把炸藥的分解動力學數(shù)據(jù)代入公式，便可計算出炸藥在不同溫度下的熱分解延滯期，表1所示隨著環(huán)境溫度的升高，各種炸藥的分解延滯期均變短。但在40℃時，即使熱安定性較差的硝化甘油和硝化棉的延滯期也都在一年以上，因此在40℃時，炸藥實際的安全儲存期將更長，完全可以滿足野戰(zhàn)彈藥儲存幾個月以上的要求。表2所示當環(huán)境溫度由30℃變?yōu)?0℃時，各種發(fā)射藥儲存50年后的剩余能量并未出現(xiàn)明顯的減少。通過分析表1、表2數(shù)據(jù)可知，當環(huán)境溫度控制在40℃以下時，彈藥經(jīng)長期儲存其裝藥能量未出現(xiàn)明顯減少，并且也可滿足野戰(zhàn)彈藥儲存期限的要求限制。

表1 不同溫度下炸藥熱分解延滯期

表2 發(fā)射藥在不同環(huán)境溫度下儲存50年后的剩余能量

3 野戰(zhàn)條件下熱源特性分析

太陽輻射是地面的主要能量來源，也是地面熱量平衡的重要組成部分，它對氣候的形成和溫度分布起著至關重要的作用。彈藥在野外儲存過程中，無論是其直接受到的熱輻射，還是環(huán)境溫度的升高，這些熱量都來源于太陽輻射，太陽輻射構(gòu)成了野戰(zhàn)彈藥儲存條件下的熱源。

3.1 光熱作用效應

物體吸收太陽的輻射能后就會將其轉(zhuǎn)化為熱能，從而促使自身溫度升高。野戰(zhàn)條件下，由于太陽輻射的直接作用或是通過外界大氣的熱傳導和熱對流作用，彈藥的環(huán)境溫度也會不斷升高。有測試表明：在未采取遮蓋措施的情況下，當外界氣溫為30℃時，彈藥箱內(nèi)溫度可達43.4℃，可見這對彈藥的儲存非常不利。分析以往彈藥失效案例發(fā)現(xiàn)，環(huán)境高溫是造成彈藥故障的一個主要原因。

溫度對彈藥的作用效應主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

1、直接作用。高溫環(huán)境(大于30℃)、低溫環(huán)境(小于-12℃)以及溫度劇烈變化(變化幅度一般超過10℃)等直接對彈藥各種材料造成影響。如對于彈藥裝藥來說，當溫度升時，TNT炸藥內(nèi)低熔點物質(zhì)易熔化形成TNT油，降低裝藥的爆速和爆炸作用，嚴重時可能使裝藥松動并出現(xiàn)空隙，降低裝藥強度；射擊過程中在振動和慣性力的作用下，引起裝藥破碎，使裝藥與彈殼間或裝藥之間產(chǎn)生劇烈摩擦、撞擊，可能會產(chǎn)生早炸現(xiàn)象。又如溫度的變化還會引起硝銨炸藥中硝酸銨晶型的改變而發(fā)生體積變化，使硝酸銨結(jié)塊。通常，彈藥長期處于高溫條件儲存，可直接導致部分裝藥加速揮發(fā)、分解、老化、銹蝕以及熔化、燃爆等。

2、間接作用。溫度對彈藥的間接影響主要表現(xiàn)在溫度的變化會引起周圍環(huán)境的變化，如風、氣壓等，尤其是濕度的變化。如在密封狀態(tài)下，溫度降低時，相對濕度會升高，有研究表明，相對濕度在65%～ 70%，氣溫下降至6℃時，就會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。當溫度變化造成局部環(huán)境空氣飽和而結(jié)露時，可促使裝備出現(xiàn)生霉、生霧及老化，加速發(fā)射藥的水解過程，炸藥受潮等。

3、差異作用。彈藥無論庫內(nèi)儲存，還是露天存放，溫度環(huán)境在水平及垂直方向都有可能出現(xiàn)差異，通常彈藥堆垛下部偏低、上部偏熱，堆垛中間及背風處溫度變化較慢，堆四周及順風處溫度變化較快，而且這一溫度差異現(xiàn)象同樣也包括其它氣象指標。

3.2 光化學作用效應

我軍的彈藥品種繁多，且廣泛地使用著塑料、橡膠、纖維、涂料、粘合劑等有機材料。在光波的作用下，有機材料分子會吸收光子和其能量，引發(fā)材料內(nèi)一系列反應。有機材料受光的照射，是否會引起分子鏈的斷裂，取決于光能與離解能的相對大小及高分子化學結(jié)構(gòu)對光波的敏感性。表3列出了各波段光的能量值和一些常見的化學鍵的鍵能。從表中數(shù)據(jù)可見，除了C=C外大多數(shù)組成有機材料的分子鍵能和200～420nm波長范圍內(nèi)的光波能量相當，特別是小于300nm紫外波段能量高于構(gòu)成常見有機材料分子的鍵能。

表3 各波段光的能量值和鍵能值

事實上，由于不同波長光的作用效果不同，將會造成不同的分子降解類型。通常的有機材料都會有一個或幾個敏感波段。表4是幾種有機材料的敏感波長，由表4可見敏感波段大都落在400nm以內(nèi)。

發(fā)生化學反應的情況可由反應有機材料分子和被吸收光子數(shù)的比值(稱為量子產(chǎn)率)衡量。通常有機材料發(fā)生斷鏈的量子產(chǎn)率值為10-2～10-5。光老化的結(jié)果是由表及里地造成有機材料物理力學性能劣化。但需要說明的是，有機材料的光老化不僅和分子鍵能有關，材料的狀態(tài)和合成方法及含有的雜質(zhì)、環(huán)境條件等都會加速或減緩作用過程。而且有機材料制品中的一些填料、助劑、改性劑等也會受到光的作用。

表4 常見有機材料的敏感波長（nm）

4 結(jié)論

彈藥是武器裝備的重要組成部分，亦是戰(zhàn)時消耗的重點物資之一，可以說，彈藥質(zhì)量的可靠與否直接影響著戰(zhàn)爭的成敗。野外復雜多變的溫度環(huán)境，使野戰(zhàn)條件下彈藥的防熱問題成為了長期困擾我軍彈藥綜合保障的難題。本文針對當前我軍野戰(zhàn)彈藥的儲存防熱現(xiàn)狀，對野戰(zhàn)條件下彈藥的儲存防熱問題進行了較為系統(tǒng)的研究。所作的工作和結(jié)論主要有：

（1）對野戰(zhàn)彈藥的儲存防熱技術研究進行了系統(tǒng)的分析。建立了野戰(zhàn)彈藥儲存的失效樹模型并進行了定性分析，指出對溫濕度的控制才是野戰(zhàn)彈藥防護的重中之重。確定了野戰(zhàn)彈藥的儲存防熱指標為環(huán)境溫度應控制在40℃以下。

（2）重點分析了太陽輻射對野戰(zhàn)彈藥的作用效應以及太陽輻射的主要影響因素。

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Technical Analysis of Ammunition Storage and Transportation in Field Conditions

YAN Junheng1*,ZHAO Yang2
(1.72478 force,Shandong Tai'an,271000,China; 2.72465 force,Shandong,Tai'an 271000,China)

the environment is an important factor of weapon equipment performance degradation or failure.The us department of defense in a special survey showed that:in the 1960 s due to environmental factors,the damage of weapons and equipment accounted for more than 50% of all damage,more than combat damage.Therefore,to make ammunition in the process of storage,keep stable performance,reliable,and meets the demand of combat,must carry on the effective environmental protection.The complex temperature field environment,the conditions of field ammunition against the thermal dissipation has become a long-term problem in the ammunition comprehensive support.From the viewpoint of system engineering theory,this paper aimed at the current status of our field ammunition heat,from the field ammunition storage environment conditions and the heat source sex analysis perspective,the field under the condition of ammunition storage and thermal dissipation were studied systematically.

field ammunition storage and transportation thermal protection technology analysis

TP410

A

1672-9129(2017)04-0026-04

嚴俊恒,趙陽.野戰(zhàn)條件下彈藥儲運防熱技術分析[J].數(shù)碼設計,2017,6(4):26-29.

Cite：YAN Junheng,ZHAO Yang.Technical Analysis of Ammunition Storage and Transportation in Field Conditions[J].Peak Data Science,2017,6(4):26-29.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.008

2016-12-26；

2017-01-17。

嚴俊恒（1985-），陜西西安，石油大學（華東）在職研究生，研究方向：機械設計及理論。E-mail:376514749@qq.com