探究冲击波对乘员的伤害

冲击波作用于人体后，所释放出的能量造成的人体各种组织器官的损伤，称为冲击伤。目前，冲击波对人员目标的损伤效应通常用超压峰值、正压作用时间和冲量三个参量来度量。北京理工大学的王芳等［12］开展了补充试验，对人员在空气冲击波超压作用下的损伤判据阈值进行了修正，如表1 所示。现有的冲击波损伤评估标准大都是在开放环境下得出来的，而装甲装备舱内属于封闭空间，用开放空间的评判标准去判断封闭空间的冲击波损伤有明显的偏差。目前，国外学者也开展了一些复杂冲击波损伤判定标准研究［13］，如最大内向胸壁速度［14］、有效峰值［15］、Injury 软件［16］等，但仍然缺乏一个简单实用的复杂冲击波人员损伤安全阈值。

表1　空气冲击波超压对人体的损伤等级［12］

通过在模拟装甲舱内乘员位置布置压力传感器，柯文等［17］获取了80 mm 破甲弹静爆射流穿透装甲舱内的冲击波数据。从数据分析结果来看，聚能射流作用下产生的冲击波波形与内爆相比更加复杂。他还指出射流近区冲击波作用明显，而射流远区受壁面反射影响，波形出现多峰现象。

Baker 等［18］开展了冲击波对人员的损伤效应评估研究，提出了相对比冲量的概念，揭示了相对比冲量、冲量与人员损伤之间的关系。研究表明，相对压力和冲量越大，人员死亡的概率就越大。

Hirsh 等［19］开展了冲击波超压下动物的损伤效应研究，并建立了鼓膜破裂百分比与冲击波超压的定量关系。研究结果表明，当冲击波超压达到0.034 MPa 时，可致鼓膜破裂。研究还发现，即使冲击波超压较低时，也会造成临时性的听觉丧失。

吕延伟等［20］通过改造建成的生物激波管开展了生物损伤试验，发现血压随着冲击波超压的增大而降低。

Eamon 等［21］研究发现舱内爆炸压力变化特性与自由场冲击波变化特性类似。Baker 等［22］研究发现，密闭空间或者半封闭空间的冲击波特性可由两个阶段组成，舱内的压力分布是十分复杂的。侯海量等［23］开展了舱内内爆试验，研究发现，舱内角隅处冲击波存在明显汇聚现象。(www.xing528.com)

范俊奇等［24］开展了小当量TNT 舱室内爆试验，研究了舱室全封闭和有开口两种工况下绵羊的冲击波损伤效应。试验结果表明，两种工况下的爆炸冲击波波形、作用时间、峰值等信息有明显的不同。他还提出，在全封闭工况下的复杂冲击波损伤判据应该以前30 ms 的冲量为主，开放工况下的损伤判据应采用前15 ms 的冲量。

田壮等［25］采用火箭驱动发射的方式进行了战斗部毁伤模拟舰船舱室试验。研究了动爆冲击波测试中传感器的布设、信号的触发等关键技术，试验装置如图3 所示。图4 所示为测得的冲击波超压曲线，试验数据结果证明，舱内冲击波超压场的分布受到高动能和发射超压的破坏，导致冲击波的传播是非均匀的。

沈晓军等［26］试验研究了坦克舱室外静爆时冲击波分布、传播规律以及对关键部件的损伤。研究表明，冲击波传递到坦克内部时损失了大量能量，应当是由原来的峰值ΔP 减少到ηΔP，η 为衰减系数。研究发现，坦克内部冲击波超压的升幅与坦克的密封性有很大关系。

图3　测点布设

图4　测点冲击波超压曲线

利用数值模拟，可研究人体器官组织在冲击波作用下的损伤过程。周杰等［27］建立人体三维模型、Geer 等［28］建立人体胸部二维模型、A.I.D'yachenko 等［29］建立人体胸部一维模型，采用有限元软件对胸部受力过程进行了仿真计算，从而更好地揭示胸部损伤的力学机制。陈攀等［30］利用数值模拟的方法对Sauvan 等［31］的试验数据进行了验证，爆点位置对距离爆点位置较近的区域的冲量有明显的影响。