仿真訓(xùn)練手雷研究現(xiàn)狀和展望*

□ 劉建宏 □ 劉 康 □ 廖映華

四川輕化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 四川宜賓 644000

1 手雷概述

第二次世界大戰(zhàn)后,我國手雷主要經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段[1],逐步提升了軍隊(duì)近距離戰(zhàn)斗力。當(dāng)今,我國處于和平時(shí)期,但仍然會(huì)有公共安全事件發(fā)生。軍隊(duì)處理公共安全事件時(shí),會(huì)不可避免地使用手雷、閃光彈等近距離實(shí)用性武器。軍隊(duì)需要熟練掌握對手雷的安全使用,投彈訓(xùn)練是不可缺少的一個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目。在投彈訓(xùn)練時(shí),要考慮環(huán)境實(shí)用性。當(dāng)前,手雷的主要使用場景為城市巷道中發(fā)生的公共安全事件、不利于攜帶現(xiàn)代化重武器的高海拔山地。

手雷具有強(qiáng)大的殺傷力,訓(xùn)練人員在初次接觸時(shí),往往無法克服心理障礙,實(shí)彈訓(xùn)練時(shí)稍有不慎,就可能導(dǎo)致傷亡。有專業(yè)人員對手雷在不同戰(zhàn)場環(huán)境的出手角度進(jìn)行分析[2],主要研究山地作戰(zhàn)和巷戰(zhàn)投擲角度問題。為了避免由于經(jīng)驗(yàn)不足和心理障礙導(dǎo)致的不必要損失,在進(jìn)行實(shí)彈訓(xùn)練前,可以通過仿真訓(xùn)練手雷熟悉實(shí)彈,模擬實(shí)彈爆炸情景,使訓(xùn)練人員體驗(yàn)更加真實(shí)的投彈訓(xùn)練。仿真訓(xùn)練手雷的關(guān)鍵技術(shù)長期被歐美日韓壟斷,在日常投彈訓(xùn)練中,需要逼真的仿真訓(xùn)練手雷,來提高訓(xùn)練質(zhì)量。

當(dāng)前仿真訓(xùn)練手雷的模擬對象主要是82-2式手雷,主要參數(shù)見表1。筆者從延時(shí)系統(tǒng)、聲光媒系統(tǒng)、安全輔助裝置等方面對仿真訓(xùn)練手雷的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié),并對仿真訓(xùn)練手雷的發(fā)展提出展望。

表1 仿真訓(xùn)練手雷主要參數(shù)

2 延時(shí)系統(tǒng)

進(jìn)行投彈訓(xùn)練時(shí),訓(xùn)練人員的熟練操作和過硬心理素質(zhì)很重要,延時(shí)系統(tǒng)也不可缺少,這樣才能保障訓(xùn)練人員的安全。傳統(tǒng)仿真訓(xùn)練手雷的延時(shí)系統(tǒng)主要有兩類,一類是單片機(jī)通電延時(shí),另一類是機(jī)械延時(shí)。

在單片機(jī)通電延時(shí)方面,王興達(dá)等[3]提出一種手雷模擬器,陳占強(qiáng)[4]提出一種改進(jìn)的模擬手雷,通過保險(xiǎn)握片脫離觸發(fā),采用單片機(jī)控制電路板及控制電路板電連接實(shí)現(xiàn)延時(shí)。張航等[5]提出一種可控安全訓(xùn)練手雷,采用定位引爆,通過預(yù)先在手雷訓(xùn)練場地設(shè)置的參考節(jié)點(diǎn)發(fā)出無線信號(hào),對手雷定位并獲得落點(diǎn)位置,根據(jù)判斷落點(diǎn)位置是否安全,由控制單元的單片機(jī)控制電弧打火模塊開或關(guān)。

機(jī)械延時(shí)的應(yīng)用也很廣泛。趙琦[6]提出一種模擬手雷,如圖1所示。驅(qū)動(dòng)板在拉伸彈簧的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn),使連接板通過轉(zhuǎn)軸在殼體內(nèi)部旋轉(zhuǎn),卡環(huán)離開卡輪,扭轉(zhuǎn)彈簧通過限位板帶動(dòng)螺紋桿在軸承內(nèi)部旋轉(zhuǎn),螺紋孔塊帶動(dòng)翼板向上運(yùn)動(dòng),翼板撞擊觸碰開關(guān),實(shí)現(xiàn)觸發(fā),通電引爆。

于香等[7]提出一種可重復(fù)使用的模擬手雷,通過活塞運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)引爆,如圖2所示。使用時(shí),拉動(dòng)拉環(huán),通過連接繩帶動(dòng)活塞柱向上運(yùn)動(dòng),限位塊與外殼接觸時(shí),投擲模擬手雷。此時(shí),儲(chǔ)氣箱的氣體通過第一通孔進(jìn)入活塞管。在氣體壓力的作用下,活塞柱向上運(yùn)動(dòng),直至活塞柱底部通過第二通孔。活塞管內(nèi)的氣體通過第二通孔進(jìn)入固定管,固定管內(nèi)壓力極速增大,密封塞彈出,彈射球隨氣流排出,產(chǎn)生空氣爆炸聲。

鄭東升等[8]提出一種模擬手雷,同樣通過活塞來實(shí)現(xiàn)引爆,如圖3所示。拉動(dòng)拉環(huán)后,活塞離開活塞腔底部,儲(chǔ)氣腔內(nèi)的空氣通過進(jìn)氣孔進(jìn)入活塞腔。此時(shí),投擲模擬手雷,活塞在氣體的作用下繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),直至活塞底部通過排氣孔。活塞腔內(nèi)氣體進(jìn)入彈射箱,箱內(nèi)壓力增大,活動(dòng)門彈出,彈射球隨氣體排出,產(chǎn)生空氣爆炸聲。

文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[8]提出的模擬手雷都是通過氣體壓力排出彈射球,模擬爆炸聲。文獻(xiàn)[8]與文獻(xiàn)[7]相比,增加了減振裝置,保護(hù)儲(chǔ)氣箱不受損。當(dāng)然,兩者在外形結(jié)構(gòu)上與實(shí)際手雷相差較大,同時(shí)只能模擬爆炸聲,沒有實(shí)現(xiàn)煙霧、亮光的模擬,無法讓訓(xùn)練人員身臨其境,訓(xùn)練效果較差。

除了用于爆破的仿真訓(xùn)練手雷,為了保護(hù)消防人員在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的安全,李明等[9]提出一種碰撞式滅火手雷,如圖4所示。使用時(shí),拉開保險(xiǎn)拉環(huán),導(dǎo)體滾球在永磁鐵的作用下與電極固定觸點(diǎn)保持分離狀態(tài)。投擲碰撞式滅火手雷,發(fā)生碰撞后,導(dǎo)體滾球與電極固定觸點(diǎn)接觸,起爆器連通,實(shí)現(xiàn)引爆。

3 聲光媒系統(tǒng)

為了制造真實(shí)的訓(xùn)練場景,仿真訓(xùn)練手雷聲光媒的選擇尤為重要,如何產(chǎn)生更加真實(shí)的效果,一直以來是專業(yè)人士研究的重點(diǎn)。文獻(xiàn)[3-4]使用的聲光媒系統(tǒng)不含有火藥,通過閃光燈、發(fā)聲喇叭模擬手雷爆炸的閃光和聲響,但是閃光燈和發(fā)聲喇叭模擬的效果與真實(shí)情況相比有較大差距,尤其是在煙霧方面缺陷很大。徐寶宇等[10]提出一種訓(xùn)練用聲光手雷,在模擬閃光和聲響時(shí)增加發(fā)煙罐,觸發(fā)后通過點(diǎn)煙電路控制發(fā)煙罐,產(chǎn)生大量白煙,使投彈訓(xùn)練效果更加逼真。文獻(xiàn)[5-6]使用帶火藥的聲光媒系統(tǒng),在延時(shí)處理后點(diǎn)燃火藥,實(shí)現(xiàn)引爆,相比無火藥的模擬具有更真實(shí)的視覺效果。但是,由于火藥和煙霧劑的量比較小,模擬效果不明顯,控制火藥和煙霧劑的比例也是一大難題。文獻(xiàn)[7-8]模擬空氣爆炸聲,通過活塞壓縮氣體,發(fā)射彈射球產(chǎn)生空氣爆炸聲,如此設(shè)計(jì)僅僅模擬聲響,并未實(shí)現(xiàn)煙霧和閃光的模擬,有較為明顯的缺陷。

4 安全輔助裝置

安全輔助裝置主要包括兩類,一類是對仿真訓(xùn)練手雷內(nèi)部零部件和電路的保護(hù),另一類是防誤炸輔助裝置。在對仿真訓(xùn)練手雷內(nèi)部零部件保護(hù)方面,文獻(xiàn)[3]采用透明硅膠經(jīng)硫化后制成透明外殼,內(nèi)部零部件進(jìn)行灌膠固定,文獻(xiàn)[8]增加四個(gè)減振裝置,保護(hù)儲(chǔ)氣箱不受損。

防誤炸輔助裝置不僅可以用于仿真訓(xùn)練手雷,而且可以用于實(shí)彈訓(xùn)練。目前使用的防誤炸輔助裝置主要有兩種。一種是譚勇虎等[11]提出的基于小孔節(jié)流的手雷投擲防誤炸輔助裝置,如圖5所示。使用柔性帶將保險(xiǎn)握片和延時(shí)機(jī)構(gòu)固定,拉掉保險(xiǎn)拉環(huán),柔性帶在保險(xiǎn)握片的作用下繃緊。再拔出旋鈕上的保險(xiǎn)銷,將手雷投擲出去,通過延時(shí)機(jī)構(gòu)內(nèi)渦卷彈簧的復(fù)位運(yùn)動(dòng),由旋鈕帶動(dòng)固定軸和固定軸上的齒輪運(yùn)動(dòng),進(jìn)而驅(qū)動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng),壓縮氣囊。氣囊的排氣小孔較小,對整個(gè)裝置產(chǎn)生阻尼,延長保險(xiǎn)握片脫離的時(shí)間,即柔性帶兩端斷開連接的時(shí)間,達(dá)到延時(shí)、防誤炸的目的。

另一種是冷樹林等[12]提出的基于電磁阻尼的手雷投擲防誤炸輔助裝置,如圖6所示。在渦卷彈簧復(fù)位力的作用下,旋鈕帶動(dòng)直流減速電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生感應(yīng)電流,對旋鈕的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電磁阻尼,使旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)更加緩慢,由此達(dá)到延長保險(xiǎn)握片脫離時(shí)間的目的。

兩種防誤炸輔助裝置的工作原理有異曲同工之處,前者使用壓縮氣囊產(chǎn)生阻尼延長時(shí)間,后者根據(jù)楞次定律和電磁感應(yīng)原理,通過感應(yīng)電流產(chǎn)生安培力,對旋鈕的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電磁阻尼,延緩旋鈕觸發(fā)柔性帶兩端斷開。兩種防誤炸輔助裝置安裝在手雷上,通過延緩保險(xiǎn)握片脫離時(shí)間實(shí)現(xiàn)延時(shí),在保障安全的同時(shí)又能使訓(xùn)練人員真實(shí)感受手雷爆炸的情景。也有專業(yè)人員在訓(xùn)練人員感官方面進(jìn)行研究,林衛(wèi)華等[13]提出一種手雷訓(xùn)練系統(tǒng),與傳統(tǒng)仿真訓(xùn)練手雷不同,使用穿戴裝置、環(huán)境模擬裝置、位置識(shí)別裝置等,通過感應(yīng)仿真訓(xùn)練手雷的落點(diǎn)與訓(xùn)練人員的距離,使穿戴裝置產(chǎn)生不同的刺激,觸發(fā)閃光燈、音響系統(tǒng)、氣味模擬器工作,使訓(xùn)練人員身臨其境。

為了提高訓(xùn)練效果,莊明亮等[14]和朱良學(xué)等[15]提出可用于演練的模擬手雷。模擬手雷內(nèi)部裝有無線傳輸裝置,觸發(fā)模擬手雷,延時(shí)處理后,由無線傳輸裝置發(fā)出爆炸信號(hào),模擬毀傷功能。根據(jù)殺傷半徑判斷是否對人造成傷害,通過感應(yīng)裝置模擬傷害,提高投彈訓(xùn)練的真實(shí)性。當(dāng)然,用于演練的模擬手雷也存在無法模擬聲、光、煙效果的缺陷,未來可以改進(jìn),實(shí)現(xiàn)更加逼真的訓(xùn)練。

5 展望

由以上總結(jié)可知,專業(yè)人員對仿真訓(xùn)練手雷在使用壽命、延時(shí)系統(tǒng)、爆炸情景等方面進(jìn)行了研究,在結(jié)構(gòu)、聲光煙媒等方面還存在不足。

仿真訓(xùn)練手雷為了延長使用壽命,便于回收利用,外形結(jié)構(gòu)與實(shí)際手雷有較大差別,導(dǎo)致訓(xùn)練效果不佳,不能滿足高仿真訓(xùn)練的要求。由此可見,仿真訓(xùn)練手雷在高仿真方面有較大的提升空間。

為了提高仿真訓(xùn)練手雷的安全性,仿真訓(xùn)練手雷不采用炸藥,而是采用單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)聲來模擬爆炸聲,這樣雖然實(shí)現(xiàn)了手雷爆炸聲仿真,但是對于煙霧和光的變化不能進(jìn)行仿真,仿真效果較差。

手雷的爆炸主要表現(xiàn)在聲、光、煙方面,實(shí)彈使用時(shí),在不同環(huán)境中會(huì)有不同的爆炸效果,仿真訓(xùn)練手雷則忽略了這一點(diǎn)。針對不同的環(huán)境,如高原、洼地、沼澤等,仿真訓(xùn)練手雷應(yīng)有不同的仿真效果。未來應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)彈效果,分析在各個(gè)環(huán)境中的火藥配比,實(shí)現(xiàn)更加逼真的仿真訓(xùn)練手雷設(shè)計(jì)。

仿真訓(xùn)練手雷經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)展,在控制、安全輔助方面有了一定的成果,未來需要結(jié)合使用環(huán)境進(jìn)行模擬,在高原、高寒、高濕等環(huán)境下建立相應(yīng)的模型,進(jìn)行試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)更真實(shí)的仿真設(shè)計(jì)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,還要實(shí)現(xiàn)仿真訓(xùn)練手雷的智能化,如加入感應(yīng)裝置和無線傳輸裝置,對每一次訓(xùn)練進(jìn)行記錄,并傳送至主控臺(tái),分析訓(xùn)練人員的投擲角度、方向、距離,使訓(xùn)練人員了解自身的短板,進(jìn)行相應(yīng)訓(xùn)練。通過智能化,可以實(shí)現(xiàn)對訓(xùn)練人員訓(xùn)練質(zhì)量和仿真訓(xùn)練手雷使用壽命的監(jiān)管。

6 結(jié)束語

筆者針對仿真訓(xùn)練手雷的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié),分析延時(shí)系統(tǒng)、聲光媒系統(tǒng)和安全輔助裝置,并對仿真訓(xùn)練手雷未來的發(fā)展提出展望,為仿真訓(xùn)練手雷的設(shè)計(jì)提供參考。