仿真训练手雷研究现状和展望*

□ 刘建宏 □ 刘 康 □ 廖映华

四川轻化工大学 机械工程学院 四川宜宾 644000

1 手雷概述

第二次世界大战后,我国手雷主要经历三个发展阶段[1],逐步提升了军队近距离战斗力。当今,我国处于和平时期,但仍然会有公共安全事件发生。军队处理公共安全事件时,会不可避免地使用手雷、闪光弹等近距离实用性武器。军队需要熟练掌握对手雷的安全使用,投弹训练是不可缺少的一个训练项目。在投弹训练时,要考虑环境实用性。当前,手雷的主要使用场景为城市巷道中发生的公共安全事件、不利于携带现代化重武器的高海拔山地。

手雷具有强大的杀伤力,训练人员在初次接触时,往往无法克服心理障碍,实弹训练时稍有不慎,就可能导致伤亡。有专业人员对手雷在不同战场环境的出手角度进行分析[2],主要研究山地作战和巷战投掷角度问题。为了避免由于经验不足和心理障碍导致的不必要损失,在进行实弹训练前,可以通过仿真训练手雷熟悉实弹,模拟实弹爆炸情景,使训练人员体验更加真实的投弹训练。仿真训练手雷的关键技术长期被欧美日韩垄断,在日常投弹训练中,需要逼真的仿真训练手雷,来提高训练质量。

当前仿真训练手雷的模拟对象主要是82-2式手雷,主要参数见表1。笔者从延时系统、声光媒系统、安全辅助装置等方面对仿真训练手雷的研究现状进行总结,并对仿真训练手雷的发展提出展望。

表1 仿真训练手雷主要参数

2 延时系统

进行投弹训练时,训练人员的熟练操作和过硬心理素质很重要,延时系统也不可缺少,这样才能保障训练人员的安全。传统仿真训练手雷的延时系统主要有两类,一类是单片机通电延时,另一类是机械延时。

在单片机通电延时方面,王兴达等[3]提出一种手雷模拟器,陈占强[4]提出一种改进的模拟手雷,通过保险握片脱离触发,采用单片机控制电路板及控制电路板电连接实现延时。张航等[5]提出一种可控安全训练手雷,采用定位引爆,通过预先在手雷训练场地设置的参考节点发出无线信号,对手雷定位并获得落点位置,根据判断落点位置是否安全,由控制单元的单片机控制电弧打火模块开或关。

机械延时的应用也很广泛。赵琦[6]提出一种模拟手雷,如图1所示。驱动板在拉伸弹簧的带动下旋转,使连接板通过转轴在壳体内部旋转,卡环离开卡轮,扭转弹簧通过限位板带动螺纹杆在轴承内部旋转,螺纹孔块带动翼板向上运动,翼板撞击触碰开关,实现触发,通电引爆。

于香等[7]提出一种可重复使用的模拟手雷,通过活塞运动来实现引爆,如图2所示。使用时,拉动拉环,通过连接绳带动活塞柱向上运动,限位块与外壳接触时,投掷模拟手雷。此时,储气箱的气体通过第一通孔进入活塞管。在气体压力的作用下,活塞柱向上运动,直至活塞柱底部通过第二通孔。活塞管内的气体通过第二通孔进入固定管,固定管内压力极速增大,密封塞弹出,弹射球随气流排出,产生空气爆炸声。

郑东升等[8]提出一种模拟手雷,同样通过活塞来实现引爆,如图3所示。拉动拉环后,活塞离开活塞腔底部,储气腔内的空气通过进气孔进入活塞腔。此时,投掷模拟手雷,活塞在气体的作用下继续向上运动,直至活塞底部通过排气孔。活塞腔内气体进入弹射箱,箱内压力增大,活动门弹出,弹射球随气体排出,产生空气爆炸声。

文献[7]和文献[8]提出的模拟手雷都是通过气体压力排出弹射球,模拟爆炸声。文献[8]与文献[7]相比,增加了减振装置,保护储气箱不受损。当然,两者在外形结构上与实际手雷相差较大,同时只能模拟爆炸声,没有实现烟雾、亮光的模拟,无法让训练人员身临其境,训练效果较差。

除了用于爆破的仿真训练手雷,为了保护消防人员在执行任务时的安全,李明等[9]提出一种碰撞式灭火手雷,如图4所示。使用时,拉开保险拉环,导体滚球在永磁铁的作用下与电极固定触点保持分离状态。投掷碰撞式灭火手雷,发生碰撞后,导体滚球与电极固定触点接触,起爆器连通,实现引爆。

3 声光媒系统

为了制造真实的训练场景,仿真训练手雷声光媒的选择尤为重要,如何产生更加真实的效果,一直以来是专业人士研究的重点。文献[3-4]使用的声光媒系统不含有火药,通过闪光灯、发声喇叭模拟手雷爆炸的闪光和声响,但是闪光灯和发声喇叭模拟的效果与真实情况相比有较大差距,尤其是在烟雾方面缺陷很大。徐宝宇等[10]提出一种训练用声光手雷,在模拟闪光和声响时增加发烟罐,触发后通过点烟电路控制发烟罐,产生大量白烟,使投弹训练效果更加逼真。文献[5-6]使用带火药的声光媒系统,在延时处理后点燃火药,实现引爆,相比无火药的模拟具有更真实的视觉效果。但是,由于火药和烟雾剂的量比较小,模拟效果不明显,控制火药和烟雾剂的比例也是一大难题。文献[7-8]模拟空气爆炸声,通过活塞压缩气体,发射弹射球产生空气爆炸声,如此设计仅仅模拟声响,并未实现烟雾和闪光的模拟,有较为明显的缺陷。

4 安全辅助装置

安全辅助装置主要包括两类,一类是对仿真训练手雷内部零部件和电路的保护,另一类是防误炸辅助装置。在对仿真训练手雷内部零部件保护方面,文献[3]采用透明硅胶经硫化后制成透明外壳,内部零部件进行灌胶固定,文献[8]增加四个减振装置,保护储气箱不受损。

防误炸辅助装置不仅可以用于仿真训练手雷,而且可以用于实弹训练。目前使用的防误炸辅助装置主要有两种。一种是谭勇虎等[11]提出的基于小孔节流的手雷投掷防误炸辅助装置,如图5所示。使用柔性带将保险握片和延时机构固定,拉掉保险拉环,柔性带在保险握片的作用下绷紧。再拔出旋钮上的保险销,将手雷投掷出去,通过延时机构内涡卷弹簧的复位运动,由旋钮带动固定轴和固定轴上的齿轮运动,进而驱动齿条运动,压缩气囊。气囊的排气小孔较小,对整个装置产生阻尼,延长保险握片脱离的时间,即柔性带两端断开连接的时间,达到延时、防误炸的目的。

另一种是冷树林等[12]提出的基于电磁阻尼的手雷投掷防误炸辅助装置,如图6所示。在涡卷弹簧复位力的作用下,旋钮带动直流减速电机输出轴转动,产生感应电流,对旋钮的转动产生电磁阻尼,使旋钮转动更加缓慢,由此达到延长保险握片脱离时间的目的。

两种防误炸辅助装置的工作原理有异曲同工之处,前者使用压缩气囊产生阻尼延长时间,后者根据楞次定律和电磁感应原理,通过感应电流产生安培力,对旋钮的转动产生电磁阻尼,延缓旋钮触发柔性带两端断开。两种防误炸辅助装置安装在手雷上,通过延缓保险握片脱离时间实现延时,在保障安全的同时又能使训练人员真实感受手雷爆炸的情景。也有专业人员在训练人员感官方面进行研究,林卫华等[13]提出一种手雷训练系统,与传统仿真训练手雷不同,使用穿戴装置、环境模拟装置、位置识别装置等,通过感应仿真训练手雷的落点与训练人员的距离,使穿戴装置产生不同的刺激,触发闪光灯、音响系统、气味模拟器工作,使训练人员身临其境。

为了提高训练效果,庄明亮等[14]和朱良学等[15]提出可用于演练的模拟手雷。模拟手雷内部装有无线传输装置,触发模拟手雷,延时处理后,由无线传输装置发出爆炸信号,模拟毁伤功能。根据杀伤半径判断是否对人造成伤害,通过感应装置模拟伤害,提高投弹训练的真实性。当然,用于演练的模拟手雷也存在无法模拟声、光、烟效果的缺陷,未来可以改进,实现更加逼真的训练。

5 展望

由以上总结可知,专业人员对仿真训练手雷在使用寿命、延时系统、爆炸情景等方面进行了研究,在结构、声光烟媒等方面还存在不足。

仿真训练手雷为了延长使用寿命,便于回收利用,外形结构与实际手雷有较大差别,导致训练效果不佳,不能满足高仿真训练的要求。由此可见,仿真训练手雷在高仿真方面有较大的提升空间。

为了提高仿真训练手雷的安全性,仿真训练手雷不采用炸药,而是采用单片机控制蜂鸣器发声来模拟爆炸声,这样虽然实现了手雷爆炸声仿真,但是对于烟雾和光的变化不能进行仿真,仿真效果较差。

手雷的爆炸主要表现在声、光、烟方面,实弹使用时,在不同环境中会有不同的爆炸效果,仿真训练手雷则忽略了这一点。针对不同的环境,如高原、洼地、沼泽等,仿真训练手雷应有不同的仿真效果。未来应当根据实弹效果,分析在各个环境中的火药配比,实现更加逼真的仿真训练手雷设计。

仿真训练手雷经过一段时间发展,在控制、安全辅助方面有了一定的成果,未来需要结合使用环境进行模拟,在高原、高寒、高湿等环境下建立相应的模型,进行试验,实现更真实的仿真设计。随着电子技术的发展,还要实现仿真训练手雷的智能化,如加入感应装置和无线传输装置,对每一次训练进行记录,并传送至主控台,分析训练人员的投掷角度、方向、距离,使训练人员了解自身的短板,进行相应训练。通过智能化,可以实现对训练人员训练质量和仿真训练手雷使用寿命的监管。

6 结束语

笔者针对仿真训练手雷的研究现状进行总结,分析延时系统、声光媒系统和安全辅助装置,并对仿真训练手雷未来的发展提出展望,为仿真训练手雷的设计提供参考。