某自行火炮闭舱发射时舱室内有害气体的测试分析

闫金海，韩卫敏，李广歧，翟少波，考希宾，万红

(1.兵器工业卫生研究所 中国兵器工业集团人-机-环境重点实验室，陕西 西安 710065；2.西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099)

现代军事战争中，随着火炮武器系统和弹药技术的发展[1]，火炮作为常规武器被广泛应用于各军兵种，其相对导弹而言具有费用相对较低、反应快、火力覆盖面大等优点[2]。自行火炮是火炮家族中重要的一员，其凭借着生存力强、机动、威力大而被世界各国军事注重并发展[3]。随着现代战争战场实际的需要，自行火炮也在不断地更新自身技术，已广泛采用计算机控制的火控系统，可实施半自动或全自动操瞄与射击来适应现代化的作战环境[4]。自行火炮是地面炮兵部队使用的常规兵器，由于其舱室操作空间狭窄、密闭，炮尾直通舱内，射击瞬间会产生大量的无机物污染[5]。火炮在射击过程中，是利用发射部火药的爆炸能量将弹头推出炮管，火药燃烧爆炸的产物首先取决于火药的配方[6]。一般情况下，火药的燃烧爆炸产物主要是H2O、H2、CO、CO2、N氧化物、硫化物等，而CO、NO2等是有毒有害气体，会对人体造成伤害[7]。本次试验借助某自行火炮1组15连发和3组7连发闭舱射击实验，以该火炮为测试模型，对其在闭舱射击过程中舱室内产生的有害气体进行测试分析。

1 测试试验

1.1 试验对象及测试设备和方法

某自行火炮，处于静止的闭舱射击作业状态，通风装置正常工作，发射装药为零号装药(装药量达到炮弹初速的药量)，采用自动装填装置，射击频率为15～20 发/min。测试设备的传感器分别固定于车辆舱室内的检测位置1、检测位置2和检测位置3，如图1所示。其中，检测位置1设备传感器位置距舱室左侧壁560 mm，距舱室顶壁180 mm，距舱室后壁650 mm；检测位置2设备传感器位置距舱室左侧壁1 150 mm，距舱室顶壁180 mm，距舱室前壁1 060 mm；检测位置3设备传感器位置距舱室右侧壁660 mm，距舱室顶壁180 mm，距舱室后壁590 mm。

测试设备采用美国RAE PGM6208复合气体检测仪，经陕西省计量院检定并且检定合格。传感器精度为±5%，数据采用连续自动记录，采样率设为1个样/s。参照GJB 59.89—2011装甲车辆试验规程第89部分：车内有害气体测定中规定要求[8]进行试验测试。

1.2 数据处理

在试验测试结束后，参照GJB 5834—2006规定的有害气体浓度限值的计算方法计算短时间接触容许浓度(以下简称STEL)及最高容许浓度(以下简称MAC)，并与相关标准要求进行对比[9]。此实验结果作为相应时刻、相应测试对象、相应测试位置处舱室内的有害气体浓度值[10]。

2 数据与结果分析

2.1 数据分析

分别对某自行火炮1组15连发和3组7连发闭舱射击试验时舱室内3个位置，产生的6种常见有害气体(CO、CO2、NO2、NH3、H2S、SO2)进行测试分析，得到的结果数值如表1～4所示。试验过程中有害气体浓度具有显著变化趋势的曲线图如图2～7所示。

表1 15连发舱室内有害气体测试结果汇总表 mg·m-3

表2 第1组7连发舱室内有害气体测试结果汇总表 mg·m-3

表3 第2组7连发舱室内有害气体测试结果汇总表 mg·m-3

表4 第3组7连发舱室内有害气体测试结果汇总表 mg·m-3

2.2 结果分析

火炮射击时，由于发射部需要在极短时间内引爆燃烧提供动能，因此尾气中势必会产生大量的有毒有害气体[11]，根据笔者以往的测试经验总结，尾气中产生的常见有害气体主要包括CO、CO2、NO2、NH3、H2S、SO2。CO具有毒性，主要危害人体的心、肺、脑以及其他人体组织[12]。CO2根据空气中不同的浓度，人体会感觉到空气浑浊、注意力无法集中、心跳加速、轻度恶心、头痛、呆滞、嗜睡等，严重的甚至死亡。NO2主要损害人体的呼吸道。NH3主要对人体的上呼吸道有腐蚀和刺激作用。H2S主要对人体的呼吸系统、眼以及中枢神经有影响。SO2主要会对人体的眼及呼吸道粘膜产生强烈的刺激危害作用。作业人员在作业过程中，接触不同浓度的有害气体会对作业人员的机体和作业工效产生一定的不利影响。因此，在火炮射击作业过程中，对产生的有害气体进行一定的防护是需要引起足够的重视。

从图2～7中可以看出，某自行火炮在15连发和7连发闭舱射击过程中，舱室内有害气体的产生生成了相应的波段。15连发的波峰要比7连发的波峰高，说明弹药发射的累积量对有害气体的浓度会有影响。连发过程中，射击频率高，射速快，所以连发射击过程中有害气体产生的速度也相应快，但因舱室内配备的通风装置在射击过程中持续工作，所以有害气体浓度降低的速度也很快。由于本次自行火炮射击试验采用的是自动装填装置，射击速率达15～20 发/min，射击速率高，时间短，因此从图中可以看出有害气体的累积时间短，上升迅速，下降也很快，对作业人员的累积危害相应地有所降低。

参照GJB 967—1990坦克舱室一氧化碳短时间接触限值和GJB 5834—2006装甲车辆舱室内有害气体浓度限值要求，对某自行火炮1组15连发和3组7连发闭舱发射时舱室内有害气体(CO、CO2、NO2、NH3、H2S、SO2)测试结果分析如表5所示。

表5 有害气体测试结果分析表

通过本次试验测试结果的分析对比，每组连发的有害气体浓度均不同程度存在不符合GJB 5834—2006和GJB 967—1990中规定的要求。检测位置1由于距离通风装置舱室内风口的距离相对较远，所以有害气体浓度蓄积相对较高；检测位置2位于炮口上方，因为有炮管与外界相通，所以有害气体浓度蓄积的没有检测位置1高；检测位置3因为距离通风装置舱室内风口的距离最近，所以有害气体的蓄积浓度相对最低，降低的也最快。本次试验测试结果中CO和H2S浓度产生的高，笔者分析原因是与本次炮击试验使用的发射装药中C和S的含量大有关。

本次试验火炮发射部的装药量大，采用自动装填发射装置，连续击发所用的时间很短，受试对象舱室内有害气体的浓度在短时间内急剧蓄积增大。本次炮击试验过程中舱室内的通风装置一直在正常工作，因此在炮击的过程中产生的有害气体大部分会通过抽风装置迅速被抽到舱外，从而能够在最短时间内最大限度地降低炮击过程中有害气体对舱室内作业人员作业工效和机体机能的影响。舱室内的通风装置是快速降低有害气体对舱内操作人员不利影响的有效手段之一。

火炮在射击击发的过程中，由于发射所用时间极为短暂，有害气体的浓度蓄积快，浓度上升的幅度大，其峰值的浓度超出了测试设备所能探测的范围，因此，有些位点的个别气体变化曲线图出现了削峰的现象，如图2所示。这部分数值只能作为定性分析的参考。

通过本次闭舱炮击试验过程中舱室内产生的有害气体浓度的测试分析，影响有害气体浓度高低的因素主要有药量的多少、发射时间的长短、连击数量、测点的布放位置、试验过程中舱室的密封性、外界气象环境的气压和风速以及采集位点与通风装置的距离等，特别是与通风装置的距离影响较大。通风装置可以把舱室内产生的有害气体排出舱外，但由于气体产生的时间要比排气过程短，因此不能将瞬间产生的高浓度有害气体完全排出到舱外，且距离通风装置越近的地方有害气体的浓度降低的越快。

以本次测试的结果分析，按测得的最大浓度的15连发检测位置1的结果计算，通风装置的抽气速率至少要达到(2 280-1 500)/2 280=34%，有害气体的浓度才能符合相关国军标的要求。

3 结束语

由于设计和实际使用的需要，炮尾和作业舱室直接连通，因此自行火炮在射击作业过程中，炮管内产生的有害气体会通过炮尾直接进入到作业人员工作的舱室内，这是目前在作业过程中很难避免的状态。笔者以某自行火炮炮击为研究对象，通过复合气体连续自动测试记录，分析该火炮在闭舱炮击试验过程中舱室内产生的有害气体浓度，结果表明，在炮击过程中，连发的数量越多，累计的时间就相对长，累积的浓度也会相应的高。另外，舱室内的测点位置距离通风装置的通风口和炮管的距离越近，有害气体的浓度降低的速度越快。炮击过程中产生的有害气体会对舱室内作业人员的机体和作业工效产生一定的不利影响，因此，该火炮在闭舱射击时需对产生的有害气体采取进一步的防护。