自動化37 mm高射炮與人工影響天氣作業安全性分析

劉 偉，崔 蕾，張 霖

(1.貴州省人工影響天氣辦公室，貴州 貴陽 550081；2.湖北省隨州市大方精密機電工程有限公司，湖北 隨州 343000)

0 引言

目前我國人工影響天氣(以下簡稱人影)地面作業主要采用部隊退役的37 mm高射炮，其防雹效果得到了廣泛的認可。貴州省傳統作業模式為4人上炮操作，2人坐在炮盤上人工手搖高低機、方向機調節仰角和方位角，同時由高低機操作手腳踩發射踏板進行發射，另2人站在托彈盤旁將滿裝彈夾壓入裝填機以保證足量供彈。因炮彈質量、高炮維護保養不規范等原因，國內出現了數起膛炸事故，甚至造成了人員傷亡。為提升人影作業的安全性和科技含量，更好地服務防災減災工作。貴州省近幾年對全省120門傳統37 mm高射炮進行了自動化改造，即在傳統37 mm高射炮基礎上加裝供彈倉、電控擊發、高低機與方向機的自動化及控制臺等設備。作業人員可在作業前一次性壓滿60發炮彈，作業時人員遠離高炮利用控制臺進行發射操作。以提高人影地面作業安全性和科學性，為探索人影地面作業裝備逐步實現現代化提供了一個發展方向。

1 兩種37 mm高射炮結構

1.1 傳統37 mm高射炮結構

以雙管高炮為例，該炮全稱為65式雙管37 mm高射機關炮(簡稱37高炮)，通過將人工增雨防雹炮彈(簡稱人雨彈)發射到斜距2 000～6 000 m的目標云中，以達到增雨防雹的目的。目前，全國人影作業使用的高炮大多為部隊退役裝備。其結構如圖1所示。

作業時涉及人工操作部分主要有裝填機、托彈盤、高低機、方向機、發射踏板、座椅等。發射仰角范圍：-10°～85°，發射方位角范圍0°～360°，傳統作業模式為4人上炮操作，2人坐在炮盤上人工手搖高低機、方向機調節仰角和方位角，同時由高低機操作手腳踩發射踏板進行發射，另2人站在托彈盤旁將滿裝彈夾壓入裝填機以保證足量供彈。

注：1.托彈盤；2.裝填機；3.高低機；4.身管；5.遙架；6.發射踏板；7.方向機；8.瞄準手座；9.炮盤；10.炮車圖1 65式雙管37 mm高射炮結構Fig.1 The structure of type 65 double-barrel gun and 37 mm anti-aircraft gun

1.2 自動化37 mm高射炮結構

自動化37 mm高射炮(簡稱自動化37高炮)是在傳統37 mm高射炮基礎上加裝一套遠程控制(自動化控制)系統，與傳統37 mm高射炮的區別主要表現在加裝供彈倉、電控擊發、高低機與方向機的自動化、仰角與方位角自動識別、發射彈藥自動統計、身管后座量指標自動監控、計算機控制設備與系統、作業信息實時采集上報系統、遠程作業指令接收與校驗系統以及相關輔助設備。自動化37高炮可以通過計算機觸摸顯示屏或主控臺的控制按鈕對高炮進行全方位控制，改變了傳統37 mm高炮的手動操作模式。自動化37高炮結構如圖2所示。

注：1.電動高低機；2身管后座量監控器；3.供彈倉；4.發射彈藥計數器；5.數據處理器；6.電擊發裝置；7.電動方向機；8.射角限制器；9.角度識別器；10.通訊動力電纜；11.主控臺和電源；12.作業信息管理終端圖2 自動化37 mm高射炮結構Fig.2 The structure of 37 mm anti-aircraft gun

1.3 自動化37 mm高射炮結構與傳統37 mm高射炮結構的異同

1.3.1 自動化37 mm高射炮結構與傳統37 mm高射炮結構的共同點 從結構上看，自動化37高炮是在原有高炮整體設計、技術特點的基礎上進行了供彈、計算機電控和發射、作業信息采集上報等改裝，沒有對原炮進行結構上的改動，針對同種型號人雨彈的射高、射程及射速等性能參數與傳統37 mm高炮一致，且不影響原炮的日常維護保養、人工手動操作。

1.3.2 自動化37 mm高射炮結構與傳統37 mm高射炮結構的區別 自動化37高炮高低機、方向機動作采用步進電機提供動力，使用UPS電源通過通訊動力電纜供電，計算機控制，仰角、方位角數值采用步距角計算，無長期累積誤差，角度調整誤差小于0.1°，可在計算機屏幕顯示對應數值。仰角、方位角數值可以由作業人員設定或市州、縣人影指揮中心遠程設置，自動完成動作，也可采用手動模式，人工完成動作。傳統37 mm高炮方位角依靠在作業平臺上標注指示、高低仰角識別依靠機械刻度盤指示，刻度盤標記數字易因長期野外作業使用而模糊，同時作業時要求操作員一邊手搖方向機、高低機一邊肉眼核對相應數值。

自動化37高炮采用磁感應技術，根據身管動作進行發射炮彈數量統計，準確率可達百分之百，并且可通過顯示屏得知單次發射用彈量和單次作業總用彈量(圖3)。傳統37 mm高炮的彈藥統計采用的是作業完成后，由作業人員清點然后上報至市州、縣人影指揮中心。而開展防雹作業時大多在晚上且天氣條件惡劣，清點過程相對容易產生錯誤。

2 安全作業

人影作業過程中，影響安全的主要有人員、裝備、彈藥、環境等4方面因素。首先，人員素質及操作熟練程度是保證作業安全最重要的環節，無論何種作業模式，最終都要作業人員來進行相關操作，因此每年出炮前及作業季對作業人員進行認真培訓考核，要求嚴格按作業規程作業是人影安全管理的重中之重；其次，要想順利地進行人影作業，保持作業裝備狀態的良好非常重要，所以對作業裝備的維護保養、維修就必須高度重視；再次，開展人影作業，人影彈藥是其中很重要的一個環節，必須嚴格按相關規定對人影彈藥儲運、使用進行管理；最后，作業的環境也對作業安全產生一定的影響，作業環境包括炮站內環境和作業覆蓋區域的環境。只有內環境和外環境都良好才能有效避免一些安全隱患。自動化37高炮與傳統37 mm高炮對比見表1。

表1 傳統37 mm高炮與自動化高炮對比Tab.1 the differences between traditiona 37 mm anti-aircraft gun and the automated

2.1 人員安全

人影作業中，作業人員人身安全是首要關注的重點，作業高炮、彈藥屬于武器和火工品，具有一定的危險性，必須嚴格按相應的操作規程進行操作，否則就會對人身安全產生危害。而在作業過程中，膛炸是危害作業人員生命安全的主要安全隱患。膛炸即身管炸裂，由于某種原因使膛內壓力意外增大或使彈丸在膛內爆炸或爆燃而導致。造成膛炸的因素較為復雜，身管自身存在嚴重裂紋、膛線磨損量超標、作業前未認真檢查身管、身管內有異物及彈藥質量不合格等都會引發膛炸事故。2011年，某省作業點在防雹作業過程中，高炮身管中部炸斷。出現險情時，作業人員因從事人影工作多年、經驗豐富，躲避及時，只造成聽力受損；2015年，某市作業點在防雹作業過程中，高炮身管因彈丸早炸出現了膛炸現象，造成了1死1傷的安全事故。

采用自動化37高炮作業，作業人員裝彈完畢后不需上炮作業，可遠距離在室內通過操作控制臺操作高炮，避免了在戶外操作時可能遇到的膛炸及惡劣天氣帶來的安全隱患，作業人員的人身安全得到了保證。2016年，某市在夜間使用自動化37高炮進行作業完畢后，對高炮進行保養時發現身管防火帽缺失，炮盤和地面遺留多處防火帽殘片。因作業人員遠距離在室內進行調炮和發射操作，避免了安全事故；還有，某省作業點在作業過程中，大風將作業點附近大樹吹倒，斷裂樹枝砸中作業人員，造成1人受傷。

2.2 裝備安全

人影37高炮作業中，作業高炮的技術狀態非常重要，而其中身管后座量指標是一項衡量37高炮裝備發射安全狀態的重要標準。在作業過程中，第一發人雨彈射擊后，作業人員須根據后座標尺的游標指示報讀后座量。如果后座量指標大于180 mm或小于150 mm，則說明高炮發射系統中駐退機或復進機存在問題，需要進行檢查。當后座量指標超過極限值185 mm時，如繼續發射，則可能因駐退機、復進機故障造成裝填機、撥彈器損毀。在傳統37 mm高炮作業中，需作業人員肉眼觀察后座量指標并上報。后座標尺體積較小，刻度以毫米為單位，如作業時天氣條件惡劣或在夜間作業，指標數值讀取不易。自動化37高炮加裝了后座量實時監控裝置，可通過顯示屏實時讀取這一指標(圖3)，監控精度小于0.5 mm；并設有指標到180 mm自動報警和達到185 mm自動停射的功能，對作業裝備安全監控能起到實際作用。

圖3 主控臺顯示主界面Fig.3 The main interface of console display

2.3 環境安全

嚴格按照安全射界作業是人影作業中必不可少的一項安全措施。安全射界圖的繪制是為了避免人雨彈彈丸在空中未爆炸或爆炸時破片過大掉落地而造成人身傷害或財產損失。現階段貴州省對安全射界的要求是將及時更新的安全射界圖張貼于作業點值班室，同時按照安全射界圖將禁射區標注在炮臺上，作業人員在作業時依據標注的安全射界進行作業。但由于人影作業通常在夜晚和惡劣天氣條件下進行，且空域批復時間短，作業人員無法避免出現在禁射區內射擊的誤操作。此外，隨著各地社會經濟的發展，城鎮化進程加快，越來越多的作業點安全射界日益復雜化(如圖4所示)，安全射擊區域和禁止射擊區域成嵌入式分布。禁射區在炮臺上標注難度大，作業人員采用傳統作業模式時操作難度也增大。

圖4 某作業點安全射界圖Fig.4 The safety range map of an operational Operational

自動化37高炮可根據每個作業點的實際安全射界情況，自行在計算機內設置禁射角度和區域，當高炮轉動到禁射區時，顯示屏出現進入禁射區提醒標識且高炮不能發射，高炮轉動到安全射界時，提醒標識消失并恢復發射功能。同時，相對于傳統37 mm高射炮，自動化37高炮設置了射角電子限位，當射角高于最大限制角度或低于最低限制角度時，電動高低機停止執行繼續向上或向下調整指令且高炮不能發射，并在顯示屏出現射角超限提醒標識，射角轉動回正常設定范圍值，射角超限提醒標識消失并恢復發射功能。

3 作業效率和信息采集上報

3.1 作業效率

根據人影作業需求，按照各地作業經驗和習慣，自動化37高炮設置了多種作業模式，如單發、定點連發、扇形散布、四邊形散布。在實際作業中，可根據不同天氣條件靈活使用，有利于提高作業效率。

以不同省份傳統37 mm高炮第一批自動化改造的兩個作業點(該兩個作業點單次作業用彈量大，作業次數多，作業人員經驗豐富，均采用定點連發發射)為例，通過兩個作業點自動化改造前后的作業情況統計(見表1)對比傳統37 mm高炮和自動化37高炮的作業效率。從表2可以看出，A、B作業點均采取定點連發發射方式，作業用時均為1 min的情況下，自動化37高炮較傳統37 mm高射炮發射人雨彈數量更多。在作業人員操作熟練程度不變、采取相同作業方式情況下，自動化37高炮在相同時間內，發射人雨彈數量更多、效率更高，能更好地滿足人影作業需求，以達到更好的作業效果。

表2 A、B作業點自動化改造前后作業情況對比Tab.2 the differences between automation and non-automation

3.2 信息采集上報

按照作業流程及相關要求，每次作業后須及時將作業情況，包括作業時間、作業方位、作業仰角和用彈量等報送至上級人影部門。目前上報流程為作業人員在作業后填寫作業登記表，通過電話口頭上報至縣級人影部門，然后逐級上報至中國氣象局人影中心，過程較為繁瑣。

根據2016年中國氣象局人影中心《人工影響天氣作業裝備彈藥全程監控應用示范》項目的相關試點要求，高炮作業信息通過信息采集系統實時上報至省人影辦，市、縣級用戶可以通過相應管理系統進行查詢和審核。省人影辦接收到實時數據后可直接上報至國家局人影中心管理系統。自動化37高炮屬于該項目配套試點裝備，通過物聯網和信息采集上報系統，可對彈藥生產廠家、彈藥型號、彈藥批次、作業仰角、作業方位角、作業開始時間、作業結束時間、單次作業用彈量、累計用彈量等信息實時采集上報至省級管理系統，簡化了作業情況上報流程，便于各級對轄區內彈藥使用情況、作業情況進行統計、分析和管理。

4 地面作業實時指揮功能拓展

自動化37高炮作為地面作業應用終端，目前已具有遠程作業指令接收與校驗功能。市、縣級人影指揮中心可直接將基于雷達數據計算的地面作業指令，含作業仰角、作業方位角、用彈量及作業模式遠程發送至自動化37高炮，指揮中心還可實現遠程調炮，作業人員只需完成裝彈和按下發射按鈕兩個步驟即可實施作業。初步實現了“上指揮下”的科學作業，改變了過去“下指揮上”的現象，提升了人影作業的科技含量，為探索人影地面作業裝備逐步實現現代化提供了一個發展方向。

5 結論

自動化37高炮是在原有高炮基礎上加裝供彈、計算機電控和發射、作業信息采集上報等設備及系統，沒有對原炮進行結構上的改動，針對同種型號人雨彈的射高、射程及射速等性能參數與傳統37 mm高炮一致。仰角、方位角等作業參數數值可以由作業人員設定或市州、縣人影指揮中心遠程設置，自動完成動作。采用自動化37高炮作業，作業人員裝彈完畢后不需上炮作業，可遠距離在室內通過控制臺操作高炮，若與雷達有效銜接則能更科學、精準地進行作業，且避免了在戶外操作時可能遇到的膛炸及惡劣天氣帶來的安全隱患，作業結束后信息采集上報也更高效和準確。但也存在壓彈操作要求較高，若壓彈不規范易發生卡彈故障；發射人雨彈過程中由于人員不在高炮上，若發生故障不能第一時間判斷故障發生原因；計算機電控發射響應較慢等不足。

自動化37高炮在保障作業人員人身安全、裝備安全、環境安全，提升作業效率和信息采集上報等人影作業現代化方面做出了一定的探索和改進，若能在今后的人影作業中結合工作實際逐步將上述不足改進完善，做到更安全、更科學，將在防災減災工作中能發揮更大的作用。