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                    《兵器知識》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    以普及兵器科技知識,提高中國全民國防觀念,為實現國防現代化,特別是武器現代化服務為辦刊宗旨,面向中國廣大青少年軍事愛好者,廣泛宣傳兵器科技知識,大力普及軍事高新技術,介紹世界軍事科研生產情況,展示各國武器裝備風貌,宣傳中國兵器工業發展道路和成就。

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                    彈頭、破片與創傷

                    2014-06-18 21:50:48

                    彈頭、破片與創傷

                    ■ 文/瀟湘

                     

                    喜愛看槍戰片的朋友,大多熱衷于火拼的熱鬧場面和強烈的視覺沖擊,但并不清楚槍彈在人體內的運動規律和人體中彈后的致傷機理。實際上,早在槍彈和榴彈誕生的初期,很多人就想了解槍彈為什么能將人打死、致傷。于是,一門研究彈頭、破片等物體侵徹人體規律的學科——創傷彈道學誕生了。

                    創傷彈道研究曾是二十世紀世界軍事研究領域的重要課題之一,目前已經取得許多突破性成果。我國的創傷彈道研究始于二十世紀六七十年代,由于其特殊性,實驗研究時只能采用模擬實驗和生物實驗,90年代初已取得許多世界領先的科研成果,為武器設計和傷員救治提供了豐富的經驗和有力的理論支持。

                     

                     

                    槍彈和破片在空氣中如何運動

                     

                    彈丸和破片在空氣中運動時,受到重力、空氣阻力和風力的作用,就像拋擲石子的飛行軌跡一樣是拋物線。由于受到空氣阻力和風力作用,方形破片在運動中會出現不規則的偏轉或翻轉。球形破片則是滾動,類似將玻璃球在光滑的地面滑動時的情景。

                    旋轉彈頭和非旋轉彈頭在空氣中的運動形式是有區別的。非旋轉彈頭由于質量分布誤差和飛離槍口時彈底受力的不均勻性,在運動中出現一個以質量中心為軸心,與運動方向線產生一定偏離的偏轉運動,亦稱為“偏航”,偏航量的大小與長徑比(彈頭長與其直徑之比)成反比。如果長徑比大于6,基本就沒有偏航運動了,就像在體育比賽中的標槍,長徑比非常大(超過1 000),投擲后的標槍在飛行中就非常穩定。

                    旋轉彈頭在空氣中的運動一般是由偏轉(偏航)、進動(亦稱為旋轉)和章動三種運動形式組成的,比非旋轉彈頭多了旋進(進動)和章動兩種運動。

                    由于彈頭質量分布存在一定程度的非對稱性,加上受到風偏影響,彈頭在飛行中會出現圍繞彈頭長軸的偏轉和擺動,這種明顯偏離軸心的運動也稱為偏航,一般會出現斜彈、橫彈或偏彈。當彈頭質量偏向一側,產生過大偏轉運動時,彈頭還會出現翻轉,彈尖向后的情況。

                    章動本來是一個天文學名詞,在彈道學里是由于彈丸質量分布、膛內火藥氣體推力不均和膛線倒轉側力引起的,運動軌跡為玫瑰花結形。

                    進動是彈丸在槍的旋轉膛線引導下,形成圍繞彈頭重心的環形旋轉運動。其運動速度是遞減的,運動軌跡呈漸小螺線形。彈頭的旋轉和章動組合起來是一種具有三維自由度的陀螺運動,與陀螺、直升機旋翼的原理是一樣的,不同的只是轉速和自由度不同。后兩者受到地面或飛機本體限制,自由度只有兩維。直升機的旋翼是每分鐘一二百轉,陀螺每分鐘只有幾十轉,而現代槍彈至少是每分鐘三四千轉,有的甚至達每分鐘八九千轉或者更高。

                    從動能的角度看,相同速度的旋轉彈頭和非旋轉彈頭是相同的。旋轉彈頭的侵徹效果比非旋轉彈頭好,主要是因為在侵徹過程中,由于旋轉體有離心力的作用,使物體對旋轉彈頭的侵徹阻力小于非旋轉彈頭,因而旋轉侵徹消耗的能量相對要小一些。

                     

                     

                    槍彈、破片在肌體中的運動

                     

                    彈丸和破片在人體組織內運動的環境,與在空氣中有很大區別,因為人體肌肉組織的密度比空氣大許多倍,加上還有骨頭、內臟等密度相差很大的組織和器官。那么,彈頭和破片等侵徹人體后的運動規律是什么樣?它們對人體的致傷機理又會怎樣呢?為摸清這些規律,人們進行了一系列模擬實驗和生物實驗,是設計師在創傷彈道學研究中至關重要的一個環節。

                    研究發現,在現代戰爭中使用的常規武器中,最終形成殺傷效果的是彈頭和破片。彈頭又有旋轉彈頭和非旋轉彈頭,破片有高速破片和低速破片。

                    旋轉運動的高速彈頭進入人體后,由于飛行介質的密度急劇增加,彈頭和破片便失去了原有的穩定性,速度高時一般發生側翻,小口徑旋轉彈頭還會出現翻滾。旋轉彈頭在產生軸向振動的同時形成側向攪動,使肌體產生出口大于入口的喇叭形創傷,甚至會使傷道的神經受損,或產生負壓區,把細菌吸入傷道,造成嚴重感染。因為彈頭翻滾產生的殺傷效果大,所以許多國家都在研究通過改進彈頭結構、選擇合適的彈頭長徑比(如發展小口徑槍及彈),以及將彈頭設計成不對稱形狀等途徑,來實現彈頭在肌體中的翻滾,提高殺傷效果。

                     

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                    ■小口徑旋轉槍彈在肥皂靶中的侵徹效果

                     

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                    ■非旋轉彈頭侵徹肥皂后形成的喇叭形空腔

                     

                    在我們的模擬實驗中,用肥皂做靶標,子彈侵徹(穿透)后,空腔(出口)最大直徑比進口大十幾倍甚至幾十倍,高速小口徑槍彈的侵徹效果尤佳。在用北約5.56毫米M193式小口徑槍彈進行肥皂模擬試驗中,彈頭侵徹肥皂后,入口很小,出口也不大,形成一個中間直徑很大的葫蘆形空腔。我們又用北約5.56毫米的M193式小口徑槍彈進行生物試驗,射擊豬臀部,除形成永久性傷道外,還在傷道外有一層臨時性受傷肌體(現場解剖肌肉呈深紅色,次日解剖深紅色基本消失),解剖學上稱為“臨時傷道”。彈頭侵徹12~13 厘米后開始出現翻滾,空腔直徑急劇增大,在18~19厘米處空腔直徑達到最大值,到侵入25~26 厘米時彈頭停止翻滾,形成傷道空腔的最大處直徑達100毫米以上。比筷子尖還小的彈頭,在肌肉中形成的空腔直徑比成人的拳頭還要大,且傷道周圍的組織損傷嚴重。對豬的大腿部射擊時,入口很小,形成的傷道中心直徑也只有50毫米,出口直徑高達100毫米以上,產生的出口幾乎有巴掌大,就像張開大口的狼嘴,看上去非??植?。

                    在侵徹過程中,彈頭在旋轉和翻滾過程中還會出現破碎,并將與其接近的肌體攪碎,形成的小破片和碎肉在肌肉中四處飛濺,對肌體造成嚴重的二次損傷。這些效果主要是由子彈旋轉與翻滾造成的,我國小口徑槍彈的創傷效果與此基本相同。

                    我們在試驗中,發現非旋轉彈頭和破片侵徹肌體的效果和形成的傷道空腔形狀,與其侵徹時的初始速度有關:高速效果好,低速效果差。低速非旋轉彈頭和破片進入肌體后,盡管因飛行介質的密度急劇增加,運動形式也出現變化,如速度劇減等,但發生側旋的幾率很小,因而形成的傷道是管狀。我們在肥皂模擬實驗中發現,重0.3克的低速(200 /秒)小破片侵徹肥皂后,形成管狀空腔,入口和內腔的變化不大;在生物試驗中,用滑膛槍發射低速(200/秒)7.62毫米非旋轉彈頭射擊豬腿,形成的空腔是一條管形通道,傷道的入口和出口相差無幾,比彈頭直徑大不了多少。低速(200 /秒)球形破片形成的傷道空腔也是管狀的。

                     

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                    高速非旋轉彈頭和破片侵徹肌體后,由于在高速段彈頭能量迅速向肌體傳遞,傷道入口比彈頭和破片大許多,呈喇叭狀。我們在模擬試驗中,用0.3克的高速(500/秒)小破片侵徹肥皂后,形成的空腔就是喇叭狀,用彈道槍射擊高速(700 /秒)非旋轉彈頭也是這樣。這說明球形破片的侵徹效果和空腔形狀與方形破片相差不大。我們在生物試驗的解剖中發現,重0.3克、長寬2毫米、厚2.5毫米的高速(1 800/秒)小破片,形成的傷道皮下入口在40毫米以上,傷口面積是破片面積的300多倍,但傷道比較淺,不到30毫米??梢姳让琢_€小的破片,能形成杯口大的傷口。高速(500/秒)球形破片侵徹肥皂后形成喇叭形空腔,深度也很淺。

                     

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                    ■方形小破片以5000/秒(上)和200/秒速度侵徹后形成的空腔

                     

                    在試驗中我們還發現,破片的侵徹深度與破片的密度成正比,而傷道空腔的容積與破片的密度無關。低密度破片侵徹后形成的傷道短淺,但空腔直徑大。如我們在試驗中,高速橡膠球侵徹肥皂后形成比較淺的碗狀空腔,但直徑很大,形成的空腔容積與相同重量的鋼珠破片形成的空腔容積相差無幾。從形成的傷道空腔分析,破片侵徹后形成的__空腔容積與其具備的能量相關,與本身的密度相關性不強。但殺傷效果與本身密度是有關的,傷道太淺,殺傷效果就差。

                     

                     

                    損傷類型及致傷機理

                     

                    旋轉彈頭形成的傷道一般是管狀,貫穿傷的空腔大多為喇叭管狀,盲道傷的空腔為不規則葫蘆狀。非旋轉彈頭形成的傷道一般也是管狀,貫穿傷的空腔大多為直管狀,盲道傷的空腔為盲管狀。還有一種侵徹性致傷的子彈,它在擊中目標后會產生極大的沖擊力,作用于人體所產生的傷害常常是致命的。這種傷害不呈現貫穿性,但會造成內傷,重者危及生命。

                     

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                    ■肌肉組織內形成的傷道示意圖

                     

                    破片對人體的致傷機理與子彈單體相同,但破片有球形、橢球形、方形、三角形和不規則形等形狀,其中不規則形破片大多都是自然形成的破片。球形和橢球形破片形成的傷道空腔與子彈形成的空腔大體相同,其余破片形成的傷道空腔都是不規則的。

                    在彈頭和破片的致傷效應中,主要是侵徹作用和空腔效應。對于骨骼等堅固組織,可直接侵徹出永久性原發貫通傷道或盲管傷道,甚至使它碎裂。對于軟組織,由于侵徹壓力波的作用,原發傷道將急劇擴張形成暫時空腔,并使空腔劇烈地反復脹縮運動。這不僅會嚴重損傷肌肉、血管和神經,還可折斷未直接命中的骨骼。對于顱腦、肝臟等稠粘性組織,高速彈頭和破片產生的壓力波可引起器官的廣泛損傷,甚至粉碎。創傷的嚴重程度取決于彈頭或破片在目標內釋放能量的速度和大小。

                    可見,破片傷、槍彈損傷的傷情五花八門,歸納起來有三種損傷類型。

                    撕裂與擠壓 當子彈或破片以音速(340/秒)傳入組織時,組織被擠壓與推開,形成傷道或撕裂。如果沒有直接損傷重要器官或血管,創傷與手持動能武器(如小刀)造成的損傷相似。

                    暫時傷腔 當子彈或破片以超過2.3倍音速(782/秒)傳入組織時,在肌肉組織內可形成明顯的暫時空腔。

                    沖擊波傳播 拋射體進入肌肉組織后,壓迫其前面及周圍的組織,在被壓的組織內形成球形波,以水下音速(1 500/秒)的速度向四周或沿血管傳播,使遠離傷道的器官受到損傷。

                    子彈和破片的主要致傷機理有以下四種。

                    侵徹作用 高速彈頭和破片撞擊人體,直接形成殺傷。比如,穿越骨骼,穿過各個組織。動能大的子彈如果沒有擊中特別硬的人體組織,如骨骼,將從人體穿越,留下一個貫通的空腔。子彈經過之處,如果碰到血管,會將血管撕破或打斷,造成人體大量失血,引起死亡。如果沒有傷及重要器官或血管,貫通傷一般不會致人死亡。在生物試驗中,高速破片從豬大腿射入,形成貫通傷,沒有傷及骨頭時,將豬從實驗架上放下后照樣能奔跑。

                     

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                    ■橡膠球侵徹肥皂后形成的碗形空腔

                     

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                    7.62毫米槍彈射擊肥皂靶后形成的入口、出口侵徹效果

                     

                    旋轉彈頭的旋轉效應 高速自旋轉將增加子彈頭在人體內的能量釋放,彈頭經過的通道將形成比彈頭直徑大許多的空腔。

                    翻轉效應 高速的輕質旋轉彈頭在侵徹人體時,遇到人體組織的阻力后,會在組織內出現連續翻轉,在人體內形成直徑是彈徑幾倍、十幾倍甚至幾十倍的不規則空腔。高速小口徑步槍就依靠彈丸的翻轉在人體內形成巨大空腔,從而形成更大的殺傷力。旋轉和空腔效應也稱為侵徹和空腔效應。

                    感染效應 速度較低的彈丸不能在人體形成貫通傷,子彈就留在人體內,如果不及時清除會帶來感染等問題,增加救護難度,提高傷殘和死亡率。










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