Результаты и перспективы применения звукометрического комплекса при обнаружении, распознавании и измерении параметров взрывов боеприпасов
НАУКА И ВОЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ № 2/2008, стр. 41-44
Результаты и перспективы применения звукометрического комплекса при обнаружении, распознавании и измерении параметров взрывов боеприпасов
УДК 614.835.2
Н.И.ЛИСЕЙЧИКОВ,
главный научный сотрудник Научно-исследовательского
института Вооруженных Сил Республики Беларусь,
доктор технических наук, профессор
С.Р. ГЕЙСТЕР,
главный научный сотрудник Научно-исследовательского
института Вооруженных Сил Республики Беларусь,
доктор технических наук, профессор
Майор Р.В. БЫКОВ,
адъюнкт Военной академии Республики Беларусь
Обеспечение безопасности, живучести баз хранения боеприпасов является приоритетной задачей в системе технического обеспечения Вооруженных Сил. В настоящее время указанная задача решается путем обоснования и выполнения на базах хранения боеприпасов совокупности организационно-технических мероприятий [1].
При этом требуется как можно более полная, достоверная информация о возникновении, характеристиках и процессе развития возможных чрезвычайных ситуаций на рассматриваемых объектах. Имеется три основные возможности получения такой информации:
1. Изучение «опыта» ранее имевших место чрезвычайных ситуаций на базах боеприпасов.
2. Проведение соответствующих натурных экспериментов.
3. Применение методов математического моделирования возможных чрезвычайных ситуаций в местах хранения боеприпасов.
На наш взгляд, основной возможностью является использование методов математического моделирования с учетом данных, которые могут быть получены с помощью первых двух возможностей. Однако в случае проведения того или иного натурного эксперимента проблематичным является вопрос обнаружения, распознавания и измерения параметров взрывов боеприпасов. Такая задача возникла, например, при планировании и организации натурного эксперимента по исследованию процесса развития пожара, взрывов в штабеле боеприпасов при их хранении [2], выполненного Государственным учреждением «НИИ Вооруженных Сил Республики Беларусь» с 1 по 12 октября 2007 года.
Очевидным представляется в указанных ситуациях применять соответствующие технические средства, позволяющие с высокой достоверностью обнаруживать, распознавать и измерять параметры взрывов. Целью данной статьи является представление полученных результатов применения звукометрического комплекса для решения указанной задачи, а также возможных перспектив его дальнейшего применения.
Возможности звукометрического комплекса по обнаружению, распознаванию и измерению параметров взрывов боеприпасов были проверены на практике в ходе натурного эксперимента, включавшего последовательно проводимые опыты с боеприпасами малого и среднего калибра, находящимися в штатной таре. Содержание и условия опытов для боеприпасов различной номенклатуры были идентичными.
Эксперимент сводился к последовательному проведению опытов с боеприпасами малого и среднего калибра, находящимися в штатной таре. Содержание и условия опытов для боеприпасов различной номенклатуры были идентичными.
Сущность отдельного опыта заключалась в регистрации:
динамики развития пожара штабеля боеприпасов;
последовательности и характера взрывов (одиночные, массовые);
динамики и количественных параметров развития пожара на макетах штабелей при попадании в них осколков (первичных и вторичных), горящих фрагментов тары.
Каждый опыт включал в себя:
возгорание штабеля боеприпасов;
развитие ЧС (горение, взрывы) в штабеле боеприпасов;
поражение осколками и горючими материалами макетов штабелей, возможное их воспламенение;
развитие пожара на макетах штабелей;
контроль развития ЧС с помощью технических средств наблюдения;
визуальный осмотр экспериментальной площадки и макетов штабелей;
описание результатов опыта.
Схема экспериментальной площадки показана на рисунке 1. Для обнаружения, распознавания и измерения параметров взрывов, происходящих в штабеле боеприпасов, использовалась звукометрическая установка ЗМК-1 [3], представляющая собой специальное сейсмическое и акустическое оборудование, подключенное к персональному компьютеру (рис. 2). Схема размещения ЗМК-1 показана на рисунке 3, внешний вид сейсмоэлектрического преобразователя (СЭП) и место его установки - на рисунке 4, а структурная схема ЗМК-1 - на рисунке 5.
Примечание. БП и Р - блок питания и распределения информации; СЗ и О - средства записи и обработки, включая персональный компьютер; АЭП (СЭП) - акустоэлектрический (сейсмоэлект-рический) преобразователь
Основные технические характеристики ЗМК-1.
Время развертывания (свертывания) - 1 - 2 оператора, 7
- 10 мин (5 - 8 мин).
Источник питания - автономный U=12 В (возможно применение батарей). Максимально устанавливаемая база без дополнительных средств (рис.5):
bA=1,015 м для АЭП; bS=10 м для СЭП;
Рис. 1. Схема экспериментальной площадки
Рис. 2. Внешний вид звукометрической установки ЗМК-1.
Рис. 3. Схема размещения ЗМК-1
Рис. 4. Внешний вид СЭП и место его установки
Динамический диапазон: Д = 40 Дб для АЭП; Д = 52 Дб для СЭП;
Дальность обнаружения и измерения пеленга: выстрелов малого калибра r = 3000 м; выстрелов среднего калибра r = 8000 м.
Работа экспериментальной установки ЗМК-1.
1. На высоте h=1,5 м над поверхностью земли с базой bА выбирается в зависимости от длины волны основного сигнала) установлены преобразователи АЭП 1 (АЭП 2), которые преобразуют акустический сигнал (соответствующий изменению давления) в электрический сигнал и усиливают его. Электрический сигнал с АЭП поступает на аналого-цифровой преобразователь SoundBlaster персонального компьютера с частотой дискретизации. Оцифрованный сигнал с АЭП записывается на жесткий диск компьютера.
2. Оцифрованный сигнал обрабатывается с помощью алгоритмов обработки, созданных на базе программного обеспечения компьютера.
В случае необходимости вместо АЭП могут использоваться сейсмоэлектрические преобразователи, которые предварительно устанавливаются на глубине 0,5-0,8 м с базой bs. Дополнительно предусмотрен режим комбинированного приема акустических и сейсмических сигналов. Общая временная структура сигнала, полученная в результате съема информации при помощи акустических датчиков, приведена на рисунке 6.
Форма акустического сигнала обеспечивает опознавание вида взрыва. Например, для боеприпаса малого калибра детальные временные структуры сигналов при различных видах взрывов представлены на рисунках. 7а , 76 и 7в.
Эффективность применения ЗМК-1 показана на рисунках 8, 9, где соответственно представлен сигнал до и после обработки.
Для выстрела среднего калибра (рис. 10) временные структуры сигналов при различных видах взрывов представлены ниже. Общая временная структура сигнала, полученная в результате съема информации при помощи сейсмических датчиков, раскрыта на рисунке 11. Детальное представление сейсмического и акустического сигнала приведено на рисунках 12а и 126 соответственно.
Анализ динамики взрывов в штабеле боеприпасов малого калибра.
Условия проведения эксперимента:
температура воздуха Т ≈ 298°К;
дальность фиксации звука подрывов R ≈ 1200 м;
характер местности: на трассе распространения находятся лес, перелесок, холм;
поджог «штабеля» производился в воронке на глубине h ≈ 4 м.
Запись звуков выстрелов производилась персональным компьютером - «НК» с частотой дискретизации . Предварительно производилась калибровка взрывов по интенсивности. Зафиксировано 544 взрыва. Зависимость количества взрывов от их кратности (одновременно взрывающихся боеприпасов) показана на рисунке 13.
Зависимость количества взрывов в штабеле боеприпасов малого калибра от времени приведена на рисунке 14. Размеры . шага дискретизации по времени - 1 мин.
Для боеприпасов среднего калибра в ходе эксперимента зафиксирован 1 взрыв (предположительно в количестве 2- 3 шт.). Калибровочный подрыв в составе 3 шт. имеет вид (рис. 15а), при отношении сигнал/шум γ - 36 Дб (возможно дополнительный прирост к у дает накладной заряд). В процессе развития ЧС (штабель содержал 50 шт. боеприпасов) зафиксирован сигнал при γ = 26 Дб (рис. 15б).
В целом использование звукометрического комплекса в ходе проведенного натурного эксперимента позволило получить достоверную статистическую информацию, связанную с обнаружением, распознаванием и измерением параметров взрывов боеприпасов. Такая информация может быть использована для обоснования вероятностей распространения пожара в местах хранения боеприпасов, что позволяет анализировать и выполнять расчет живучести рассматриваемого класса объектов. Учитывая возможные последствия и величину ущерба при ЧС на базах боеприпасов, высокую эффективность применения и низкую стоимость звукометрического комплекса, важность и прикладную ценность получаемой при этом информации, целесообразным представляется организация на объектах хранения взрывчатых материалов постоянного мониторинга. Основными задачами мониторинга могут быть:
обеспечение высокой оперативности обнаружения взрывов, распознавание и определение его параметров;
получение достоверной статистической информации о развитии процесса передачи взрывов в случае возникновения ЧС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. - С-П.: БИТУ, 2007. - 276 с.
2. Лисейчиков Н.И., Бусла А.П., Аникеев Ю.И., Анисько А.И. Обоснование и организация эксперимента для исследования динамики развития пожара на площадках открытого хранения бое-
припасов // Наука и военная безопасность. - 2007. - № 3. - С. 38-41.
3. Гейстер СР., Быков Р. В. Малогабаритные автоматические средства обнаружения и измерения координат огневых точек // Наука и военная безопасность. - 2007. - № 1. - С. 23-27.
