超高速投射物致伤作用的初步观察

摘要：创伤弹道学的研究表明，高速投射物的致伤能力取决于其能量、质量及飞行中的稳定性等因素，其中速度为重要的因素［1］。笔者在先前研究的基础上，将投射物的初速度提高至3.0 km/s左右，以探讨超高速投射物的致伤作用并进一步研究速度在致伤中的作用。 一、材料与方法 1. 致伤装置为二级气炮（西北核工业研究所），钢珠（外被纤维包膜）直径1.0 cm，质量1.0 g。射距5.0 cm。靶标为生物靶标（成年中国家兔2只，雌性，第四军医大学实验动物中心提供）、非生物靶标（肥皂2块，20 cm×20 cm×30 cm，按实验要求制作［2］）。 2. 致伤方法：兔麻醉后，后肢悬吊固定于致伤架，设计弹道通过其后肢肌肉丰满处，避开股骨。肥皂靶标，设计弹着点位于其横截面中心，弹道与其轴向一致。 3. 观察项目：分别用激光靶及铜网靶测量弹丸初速度及剩余速度，计算能量吸收量及传递率。观察射击后肥皂的形态改变，测量弹丸的穿透距离；观察动物弹道周围组织的损伤情况及动物生存时间。 二、结果 1．肥皂靶标：钢珠的初速度平均为2.98 km/s，能量吸收4.41×103 J，能量传递率100%，侵彻距离9.8 cm。钢珠侵彻部分的肥皂呈爆炸状向四周溅射，溅射范围达6 m，剩余肥皂块断面较平整，未见空腔状结构形成。 2. 生物靶标：钢珠初速度为3.01 km/s，剩余速度0.15 km/s，能量吸收4.53× 103 J，能量传递率99.99%。兔股骨粉碎性骨折，后肢完全离断。断端软组织挫伤严重，部分软硬组织碎块向四周溅射，溅射范围可达3 m。弹道周围组织有烧灼现象，有烧焦羽毛气味。动物伤后15 min死亡。 三、讨论 研究表明，高速投射物之所以具有强大的致伤力，是因为其具有较大的动能。根据动能=1/2 ×质量×速度2，速度被认为是重要的影响动能的因素。因此，笔者对超高速钢珠弹的致伤作用进行了研究，以进一步探讨速度在致伤中的作用。 本实验中用肥皂作为非生物模拟材料进行研究，钢珠撞击肥皂时可见被侵彻部分肥皂碎块的爆炸样溅射，而其穿透力却低于10 cm。与既往研究相比，超高速钢珠引起的损伤程度加重，穿透力明显下降，说明超高速钢珠的巨大动能在瞬间传递给了弹道周围介质。这些能量除极小部分转化为热能外，其余则转化为介质的高速动能，使其向弹道外周运动，而呈爆炸样溅射。动物实验中，尽管弹道设计避开了股骨，仍然发生了兔后肢的完全离断，表明超高速钢珠的致伤力远高于一般的高速投射物（初速度<1.60 km/s）。实验中能量吸收高达 4.53×103 J，而笔者先前的高速钢珠致伤实验中能量吸收均<1 000 J。由于超高速钢珠的穿透力低，使能量的传递发生在组织的较表浅部位，造成浅表组织的严重损伤。此外，高速投射物在侵彻组织的瞬间可产生压力波［2］，本实验中兔股骨的骨折即可能为超高速钢珠侵彻组织时产生的强压力波所致。同样，弹道周围组织也出现了溅射现象，但溅射范围较小，原因在于机体组织存在较大弹性。溅射时组织间的牵拉、挤压等，造成组织的撕裂与广泛损伤，导致兔后肢的完全离断。肢体断端组织的烧灼现象及烧焦羽毛气味提示，超高速弹丸在致伤时还可导致局部组织的烧伤而加重伤情。动物致伤后迅速死亡，说明动物伤情严重，除局部损伤外，可能还存在远达效应所致的重要脏器损伤。 实验表明，超高速投射物的致伤力明显增强，其动能增加与穿透力下降导致组织能量吸收增加，是引起组织严重损伤的根本原因。 志谢本实验得到西北核工业研究所力学所的大力支持，谨表谢意