某警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈的設(shè)計

安純前，賀擁亮，薛 凌

（武警工程大學(xué)裝備運輸系，陜西西安 710086）

某警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈的設(shè)計

安純前，賀擁亮，薛 凌

（武警工程大學(xué)裝備運輸系，陜西西安 710086）

針對部隊在處置暴、騷亂事件過程中的突發(fā)火災(zāi)情況，提出警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈的設(shè)計方案。根據(jù)該彈的藥劑配方設(shè)計、彈體設(shè)計和噴射裝置設(shè)計方案，制作了樣彈。實驗證明，該彈滅火作用可靠，同時滿足部隊?wèi)?zhàn)術(shù)使用需求。

戰(zhàn)術(shù)；滅火彈；設(shè)計

執(zhí)法人員在處置暴、騷亂事件過程中發(fā)現(xiàn)，縱火越來越多地成為不法分子為實現(xiàn)其企圖極常用的手段之一，肆意縱火焚燒商鋪、居民房、車輛等民用設(shè)施和其他公共設(shè)施，利用火的巨大破壞力來造成更為嚴(yán)重的影響。由于處置環(huán)境的惡劣性，大型的消防裝備無法及時趕到甚至根本不能參與救援，傳統(tǒng)的便攜式滅火器材又不可能大量裝備，面對許多初始火情，執(zhí)法人員苦于沒有一種有效的便攜滅火器械，將火撲滅在萌芽狀態(tài)。為了更好地處置暴、騷亂事件過程中的突發(fā)火災(zāi)，從適用性、實用性、工藝性、機動性、先進性及創(chuàng)新性等角度出發(fā)，研制了警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈。

警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈，是利用氣溶膠滅火劑的噴射壓力和滅火能力，將超細(xì)干粉滅火劑噴發(fā)而起到冷熱氣溶膠綜合滅火作用。同時，在滅火藥劑上采用超細(xì)干粉滅火劑，以噴放的方式釋放，噴出的粉末能夠迅速形成一道屏障，在滅火的同時還可用來阻礙歹徒視線，利于官兵快速制敵。因此，警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈不僅可以快速有效地處置武警部隊在執(zhí)行多樣化任務(wù)時所遇的突發(fā)火情，同時又能充分體現(xiàn)武警戰(zhàn)術(shù)特點，成為防暴彈的一種新型彈種。

警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈的設(shè)計主要分為藥劑配方設(shè)計、彈體設(shè)計和噴射裝置設(shè)計3部分。

1 藥劑配方設(shè)計

滅火彈發(fā)射后通過噴射藥劑將超細(xì)干粉滅火劑以氣溶膠的方式噴射出去，因此滅火彈的藥劑配方分為2個部分：滅火藥劑配方和噴射藥劑配方。

1.1 滅火藥劑配方

干粉滅火劑有優(yōu)良的滅火速率和效率，分別是泡沫滅火劑的20倍、二氧化碳滅火劑的4倍和水滅火劑的40倍。更為重要的是，干粉滅火劑不但可以全淹沒式滅火，還可以撲滅局部火災(zāi)，所以決定采用超細(xì)干粉滅火劑［1］作為警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈的滅火藥劑。

干粉滅火劑按其使用范圍可分為BC，ABC和D共3大類［2］。由于BC類干粉滅火劑只適用于撲救液體（或可熔化的固體）火災(zāi)和氣體火災(zāi)，面對武警部隊執(zhí)行任務(wù)中所遇到的更為常見的固體火災(zāi)，如木料、布料等燃燒形成的火災(zāi)，它的滅火效果不明顯。而D類干粉滅火劑工程應(yīng)用研究的深度不夠，而且缺乏必要的系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)，使其實用性受到限制。所以，在警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈滅火藥劑的選擇中，采用ABC類干粉滅火劑。

1.2 噴射藥劑配方

煙火氣溶膠滅火劑發(fā)生劑具有一般煙火藥的性質(zhì)，既解決了滅火彈噴射的動力源問題，又避免了傳統(tǒng)噴射藥引發(fā)二次火災(zāi)的問題，故采用其作為警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈的噴射藥。

氣溶膠滅火劑是由氧化劑、可燃劑、黏合劑和其他添加劑組成的煙火劑。氧化劑提供燃燒反應(yīng)所需要的氧，可燃劑在燃燒時產(chǎn)生所需要的熱量及惰性氣體，黏合劑則使滅火劑具有優(yōu)良的裝藥工藝性能和機械力學(xué)性能，壓裝后藥劑具有一定的強度［3］。

針對K型和S型氣溶膠滅火劑［4－5］，依據(jù)負(fù)氧平衡［6］的原則，初步設(shè)計了2種配方：K型和S型噴射藥。分別對K型和S型配方進行實驗室試制，并對2種試樣從熱安定性、感度、燃燒熱、氣體比容以及燃燒產(chǎn)物的腐蝕性等主要方面進行試驗分析對比，見表1。

對于K型配方，其燃燒后的產(chǎn)物主要為氧化鉀，是一種極易吸水的物質(zhì)，它很快與空氣中的水和二氧化碳結(jié)合形成碳酸鉀、氫氧化鉀，而氫氧化鉀吸濕形成一種強堿液體，有很強的導(dǎo)電性和腐蝕性。

表1 K型與S型噴射藥性能Tab.1 Performances of K and S injection drugs

對于S型配方，燃燒產(chǎn)物為氧化鍶固體顆粒，而氧化鍶是一種不易吸水的穩(wěn)定物質(zhì)，既無腐蝕性也無導(dǎo)電性［7］。而且，在配方設(shè)計中，采用活性能量改良劑代替鋁粉，從而提高了藥劑的反應(yīng)速度、發(fā)氣量，降低了藥劑的燃燒熱值。

綜上所述，相比于K型藥劑，S型藥劑具有良好的熱安定性和發(fā)氣量、較為鈍感、無腐蝕、不導(dǎo)電等優(yōu)點，適合作為警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈的噴射藥。

2 彈體設(shè)計

2.1 彈筒設(shè)計

圖1 彈筒Fig.1 Cartridge

彈筒用來連接彈體各部件形成整體，與火藥燃?xì)馀浜希x予滅火藥劑一定的噴射速度及規(guī)定其噴射方向；配合噴射裝置連接接口，實現(xiàn)彈體與噴射裝置的穩(wěn)固連接，并能夠?qū)崿F(xiàn)快速更換彈藥。彈筒結(jié)構(gòu)見圖1。

警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈彈筒的設(shè)計主要依據(jù)人機工程學(xué)原理，較大的彈體直徑可以增大扭矩，但直徑太大會減小握力，降低靈活性和裝填速度，并使指端骨彎曲增加，長時間進行裝填動作易導(dǎo)致指端疲勞。由文獻(xiàn)［8］可知，比較適合的直徑是：著力抓握為30～40mm，精密抓握為8～16mm。為使裝藥量盡可能大，警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈的彈體外徑設(shè)計為43mm，內(nèi)徑為40mm，彈長為160mm。

2.2 推盤設(shè)計

推盤的主要作用是密閉膛內(nèi)火藥燃?xì)猓行У乇３只鹚幦細(xì)鈱缁鹚巹┑耐苿恿Α?/p>

設(shè)計了以下2種結(jié)構(gòu)的推盤：柱狀推盤和弧狀推盤，見圖2。

根據(jù)試驗發(fā)現(xiàn)：采用柱狀推盤的滅火彈在噴射過程中存在以下2點缺陷：

1）推盤因受熱膨脹，而與彈筒接觸過緊，導(dǎo)致機構(gòu)動作不靈活，噴射效果不好，甚至存在炸膛的隱患；

2）噴出的滅火藥劑無法獲得一個良好的散布半徑，即噴射面積過小，干粉覆蓋范圍內(nèi)單位面積的干粉量過多，造成滅火藥劑的滅火效能得不到充分發(fā)揮，達(dá)不到預(yù)期目的。

為避免上述情況，在后期的實彈試驗中均采用了弧狀推盤，并在推盤上加工了4塊相互對稱的突起。采用這種結(jié)構(gòu)的推盤具有以下優(yōu)點。

1）從機械設(shè)計原理的角度來看，弧狀結(jié)構(gòu)受熱膨脹的影響較小，且更利于推盤在彈筒內(nèi)的向前運動，從而避免了因推盤與彈筒接觸過緊而導(dǎo)致的炸膛現(xiàn)象；

2）給干粉藥劑預(yù)設(shè)了一個噴射角度，利于獲得更好的散布半徑，使干粉藥劑的滅火效能得到充分發(fā)揮；

3）設(shè)計的突起使得推盤與干粉藥劑的結(jié)合更加緊密，避免了干粉滅火劑在外力作用下產(chǎn)生松動的情況。

2.3 噴射藥室設(shè)計

噴射藥室的作用是盛裝、密封以及點燃噴射藥，為滅火劑的噴出提供動力。由電點火頭、藥室、金屬墊片、金屬墊圈以及隔膜構(gòu)成，見圖3。

噴射藥室的設(shè)計原理是：電點火頭的2根導(dǎo)線分別烙接在金屬墊圈和金屬墊片上作為兩極，通電后，點燃電點火頭，點火頭產(chǎn)生的能量引燃藥室內(nèi)的噴射藥，產(chǎn)生的火藥燃?xì)膺_(dá)到一定壓力后沖破隔膜，推動滅火藥劑噴出。隔膜起密封藥室的作用。

2.4 封口蓋設(shè)計

封口蓋的主要作用是：1）密封彈筒，避免干粉藥劑在儲存的情況下與外界環(huán)境產(chǎn)生反應(yīng)和從空氣中吸收水分，保證干粉藥劑的滅火性能不受影響；2）密閉火藥氣體，增加膛壓，以增加干粉藥劑的噴射初速［9］。

封口蓋密封彈筒是依靠封口蓋自身與彈筒之間的自緊力和在封口蓋與彈筒接觸部位涂密封膠來實現(xiàn)的。如圖4所示，封口蓋的外形呈帽型。

3 噴射裝置設(shè)計

噴射裝置由殼體、握把、壓電素子、扳機、保險、連接接口以及導(dǎo)電墊片組成，如圖5所示。

3.1 擊發(fā)機構(gòu)設(shè)計

壓電素子固定在殼體卡槽上，當(dāng)手指扣動扳機時，扳機后部推壓電素子的撞擊塊下壓，撞擊塊以一定的力撞擊壓電材料的一個端面，壓電材料的內(nèi)部分子就會強烈振動，并將振動能量傳遞到導(dǎo)線中。由于導(dǎo)線的截面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于壓電材料的截面積，故導(dǎo)線中的分子振動得到極大的加強，產(chǎn)生高電壓。當(dāng)分子振動作用于導(dǎo)線端點的空氣時，空氣分子發(fā)生強烈的摩擦，產(chǎn)生很高的溫度點燃火藥，形成擊發(fā)。當(dāng)手指松開時，扳機在壓電素子回復(fù)彈簧力的作用下返回待發(fā)位置。擊發(fā)機構(gòu)見圖6。

3.2 保險機構(gòu)設(shè)計

圖7為保險機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖［10］。該保險機構(gòu)的作用原理是：向上撥動保險機柄，進入“保險關(guān)”的位置，此時保險鉤部正好與扳機鉤部銜接，從而限制了扳機的運動，起到保險作用；當(dāng)向下?lián)軇颖ｋU機柄時，進入“保險開”的位置，保險鉤部遠(yuǎn)離扳機鉤部，保險解脫。

4 警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈滅火試驗

4.1 啟動時間測試

依次完成警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈裝填、瞄準(zhǔn)、開保險、擊發(fā)、關(guān)保險、退彈等動作，用秒表記錄整個過程的所用時間。由3名人員分別進行3次試驗，其結(jié)果見表2。

表2 啟動時間測試Tab.2 Test of start time s

4.2 滅火試驗

1）滅A類火災(zāi)效能

點燃液體燃料引燃木垛，當(dāng)油盤中的液體燃料燃燒殆盡后撤出油盤。當(dāng)木垛頂部呈現(xiàn)出一個直徑為19～25mm的未燃核心時開始滅火。當(dāng)火焰全部熄滅，木垛在試驗結(jié)束后15min不復(fù)燃，即為滅火成功。試驗效果見圖8。

2）滅B類火災(zāi)效能

將油盤放平，加入液體燃料。點火，預(yù)燃30s后開始滅火。所有火焰全部熄滅即為成功。試驗效果見圖9。

對試驗過程和數(shù)據(jù)進行記錄，結(jié)果見表3。

5 結(jié) 語

表3 滅火試驗結(jié)果Tab.3 Outfire test results

根據(jù)設(shè)計方案，初步制作了警用戰(zhàn)術(shù)滅火彈樣彈，并進行了相應(yīng)的試驗，證明該彈在戰(zhàn)場條件下的初期火災(zāi)時具有良好的撲滅效果；同時，噴出的超細(xì)干粉滅火劑可在一定區(qū)域內(nèi)形成煙霧屏障，能遮擋歹徒視線，利于官兵快速制敵，滿足部隊處置突發(fā)事件的戰(zhàn)術(shù)要求。

［1］ 杜力強，柴 濤.超細(xì)干粉滅火技術(shù)探討［J］.機械管理開發(fā)（Mechanical Management and Development），2008，23（6）：93－95.

［2］ 吳頤倫.干粉滅火劑配方一般原理［J］.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息（Fire Technique and Products Information），2000，19（6）：19－25.

［3］ 楊 杰.滅火氣溶膠發(fā)生劑滅火機理及配方設(shè)計［J］.火炸藥學(xué)報（Chinese Journal of Explosives ＆Propellants），2003，26（4）：84－86.

［4］ 劉玉梅，張文超，潘仁明.氣溶膠滅火技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息（Fire Technique and Products Information），2003，22（4）：69－70.

［5］ HEINONEN E W，TAPSCOTT R，KIBERT C J，et al.Aerosol technology overview and bibliography［R］.［S.l.］：Marine and Fisheries Engineering Research Inst Inc Woods Hole Ma，1995.

［6］ 蔡瑞嬌.火工品設(shè)計原理［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，1997.

［7］ 何以申.細(xì)水霧的滅火機理和功能認(rèn)證［J］.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息（Fire Technique and Products Information），2009，28（2）：36－37.

［8］ 丁玉蘭.人機工程學(xué)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.

［9］ 李習(xí)民，謝玖偉，秦玉旺，等.非貯壓干粉滅火裝置的改進［J］.消防科學(xué)與技術(shù)（Fire Science and Technology），2010，29（9）：790－793.

［10］ 武警工程學(xué)院訓(xùn)練部.槍械理論［R］.西安：武警工程學(xué)院，2010.

Design of tactical fire extinguishing bomb for police use

AN Chun－qian，HE Yong－liang，XUE Ling
（Equipment Department，Engineering University of CAPF，Xi＇an Shaanxi 710086，China）

Considering the problem that rioters deliberately set fire when the armed police forces deal with riots，a tactical fire extinguishing bomb for police is designed，which is a kind of personal fire－fighting equipment.According to the design proposal about the extinguishing agent，injection drug，bomb body and spurt equipment，sample bomb is manufactured.The experiments prove that the bomb has good effect when dealing with emergency fires，and meets the demand of the armed police forces for tactical application.

tactical；fire extinguishing bomb；design

TJ41

A

1008－1542（2012）02－0131－04

2011－10－25；

2011－12－20；責(zé)任編輯：馮 民

安純前（1954－），男，陜西蒲城人，副教授，主要從事軍事裝備學(xué)警用器材方面的研究。