水下冲击波和空气冲击波传播速率及化学参数的对比研究

水下冲击波和空气冲击波传播速率及化学参数的对比研究!!"""!#$重庆$第三军医大学野战外科研究所$宁$心$李晓炎$杨志焕$朱佩芳$蒋建新$尹志勇周继红$冯$刚$刘大维$张$良$肖$凯$$摘$要$目的$对比研究水下冲击波和空气冲击波的传播速率跟物理参数。 方法$分别用 #""、%"" 和 & """’ ()( 进行水下和空气中爆炸，用美国 *+, 公司制造的压力传感器检测冲击波物理参数，分析冲击波的传播速率、超压峰值、正向持续时间跟冲量。 结果$水下冲击波传播速度快、峰值压力高、冲量较大，但大幅时间短，同空气冲击波相比，传播速度为空气冲击波的 -. /" 0 !. -" 倍，超压峰值为##/. &% 0#!/. 12 倍，冲量为 1. !1 0&&. 1" 倍。 结论$水下冲击波较空气冲击波传播速度快，峰值压力高，冲量大，这对评价水下冲击伤伤情和治疗有一定指导意义。$$关键词$水下冲击波；空气冲击波；传播速率；物理参数$$中国图书资料分类号$32!#；31-%. -! "#$%&’&()*+ ,(-./ #0 (1+ %’#%&2&()#0 ,%++. &0. %1/,)"&3 %&’&$+(+’, #4 -0.+’5&(+’ 63&,( 5&*+ &0. &)’ 63&,( 5&*+)4)5 678， 94 67:;<=:8， >?)5 @A7<AB:8 !" #$C 3DED:FGA 48EH7HBHD ;I JBF’DF=， (A7FK L7M7H:F= LDK7G:M N87ODFE7H=，+A;8’P78’ !"""!#， +A78:!6,(’&"($768+"()*+$ (; G;QR:FD HAD RF;R:’:H7;8 ERDDK :8K RA=E7G:M R:F:QDHDFE SDHTDD8 B8KDFT:HDF SM:EH T:OD :8K :7F SM:EH T:ODC9+(1#.,$(AD RA=E7G:M R:F:QDHDFE ;I SM:EH T:OD TDFD QD:EBFDK S= *+, RFDEEBFD HF:8EKBGDFE（NJ?） KBF78’ B8KDFT:HDF :8K :7F DURM;E7;8E ;I#""’， %""’ :8K &"""’ ()( FDERDGH7ODM=C +;8EDPBD8HM=， HAD RF;R:’:H7;8 ERDDK， RD:V ;ODFRFDEEBFD O:MBD， R;E7H7OD KBF:H7;8 :8K 7QRBMED ;I SM:EHT:OD TDFD :8:M=WDKC :+,-3(,$N8KDFT:HDF SM:EH T:OD T:E GA:F:GHDF7WDK S= A7’A RF;R:’:H7;8 ERDDK， A7’A RD:V ;ODFRFDEEBFD O:MBD， ’FD:H 7QRBMED，A;TDODF， EA;FH KBF:H7;8C +;QR:FDK T7HA :7F SM:EH T:OD， HAD RF;R:’:H7;8 ERDDK ;I B8KDFT:HDF SM:EH T:OD T:E -. /" X!. -" H7QDE A7’ADF HA:8 HA:H ;I:7F SM:EH T:OD， HAD RD:V ;ODFRFDEEBFD O:MBD T:E ##/. &% X#!/. 12 H7QDE A7’ADF，:8K HAD 7QRBMED T:E 1. !1 X&&. 1" H7QDE ’FD:HDF HA:8 HA:H ;I :7FSM:EH T:ODC ;#0"3-,)#0$N8KDFT:HDF SM:EH T:OD RF;R:’:HDE I:EHDF HA:8 HA:H :7F SM:EH T:ODC LD:8TA7MD冲击波物理， 7H :ME; RD;KBGDE A7’ADF RD:V ;ODFRFDEEBFDO:MBD :8K 7QRBMEDC (A7E FDEBMH 7E ADMRIBM I;F HAD DO:MB:H7;8 ;I 78YBF= EDODF7H= :8K HFD:HQD8H ;I B8KDFT:HDF SM:EH 78YBF=.$$<+/ 5#’.,$B8KDFT:HDF SM:EH T:OD； :7F SM:EH T:OD； RF;R:’:H7;8 ERDDK； RA=E7G:M R:F:QDHDF$$爆炸冲击波借助于介质如空气、水、固体向周边传播，随介质强度的不同，其冲击波的传播规律跟致伤效应也或许不同。

水的浓度约为空气的 1"" 倍，且无显著的压缩性和稀疏性，因此水下冲击波的传播规律可能与空气中的传播规律不同，但有关这方面的研究文献报道不多。 本研究运用 #""、%"" 和& """’ ()( 进行水下和空气中坍塌，对比研究水下冲击波和空气冲击波的传播速率及物理参数，旨在为冲击伤的伤情评定和治疗提供一定的根据。=>材料与方法=? =$()( 质量跟起爆方法$本研究引入的 ()( 为两个半球组成的 ()( 球，质量分别为 #""、%"" 和& """’，装药密度为 （&. 2!- Z". ""%） ’[GQ-，传爆药柱为泰安。 水下爆炸时入水深度为 -Q；空气中坍塌时，离地面高&. #%Q。 用高压瞬发 （#! X & X-+） 通过传爆药柱在药球中心起爆致水下冲击波和空气冲击波。 本研究共进行#""’ 和& """’ ()( 水下爆炸各# 次，%""’ ()( 水下爆炸 % 次；#""’ 和 %""’ ()( 空气中爆炸各 & 次，& """’()( 空气中爆炸 # 次。

=? @$冲击波物理参数测试$水下爆炸时，使用的压力传感器为中国 *+, 公司的内装式压电传感器 &-1L&#! #个、&-1?"% # 个跟&-1?"& - 个，传感器入水深度为". -Q，万方数据分别布放于离爆心两侧 -. %"、 %. ""、 /. %"、 1. /%、 &". ""、&#. %"、&%. %" 和 &/. %"Q 处。 数据收集跟处理系统为 # 台! 路 \*%!%!" 数字示波器和 *+, 的 信号调 理模块]!1#?#"。空气爆炸时， 压力传感器采用 美国 *+, 公司的L&"#?"# 系列，配接该公司的信号调理模块 ]!1#?#"，传感器离地面高 ". 1Q，布放距离同水下冲击波。 数据收集装置使用美国 4^HDGA 公司的 _:OD,;;V[%&#。 ]!1#?#"和 _:OD,;;V[%&# 均使用 1 个通道。

=? A>观测指标$通过对每个压力信号波形进行处理跟预测，得到每个测点的冲击波到达时间 （HS）、冲击波峰压（*Q）、正向持续时间 （"‘） 和反向冲量 （4‘），并按照冲击波到达时间推算每个测点的冲击波速度 （Q[E） 。@>结$果@? =$冲击波传播速率$水下冲击波和空气冲击波的传播速度详见表& 和表#。 水下冲击波与空气冲击波传播速率的比值详见表-。 由表& 0 表- 可见，对于同样质量的 ()( 爆炸所产生的冲击波，在离爆心同样距离处，水下冲击波的传播速率均比空气中冲击波的传播速度快。宁$心，高级工程师。 主要从事冲击伤和碰撞伤试验中物理参数的数据收集跟预测工作。!全军医学科研 “十五”指令性课题 （编号 "&9"2/）/a$医学杂志 #""! 年# 月 第 #a 卷 第 # 期 LDK b +A78 *9? c;M #a ); # ]DSFB:F= #""!$表!" 水下冲击波的传播速度 （!"#，! $ "）%&% 质量 （’）#距( 爆( 心( 距( 离（!）)* +,+* ,,-* +,.* -+/,* ,,/0* +,/+* ,,/-* +,0,,0/ +0.* 1/ $,* ,0/ +,2* ,2 $,* /./ 311* 02 $,* 0+/ 313* ). $,* )+/ 31/* 0) $,* +3/ 3.-* .+ $,* /2+,,+/ +)-* 03 $,* /,/ +,+* 3/ $,* /1/ 31.* 32 $,* ,3（/）/ 31+* +/ $/* ,)/ 3.1* 2+ $,* )// 3.3* 02 $,* /, / 3-1* .- $,* 03（/）/ ,,,0/ +3+* /) $,* /,/ +,-* 2) $,* ,+/ 312* 32 $,* /,/ 3.1* /) $,* 0// 3.0* 32 $,* 0,/ 3--* ., $,* ,.( ( 注： （/） # 40表#" 空气冲击波的传播速度 （!"#，! $ "）%&% 质量 （’）#距( 爆( 心( 距( 离（!）+* ,,-* +,.* -+/,* ,,/0* +,/+* ,,/-* +,0,,/)-+* ,,)-2* +,)2)* 3,)3-* 0,)-,* 1,)2,* 0,)+/* /,+,,/)..* 2,)1)* /,)-3* /,)++* /,)-2* +,)2)* 3,)+1* 0,/ ,,,03,/* ,+ $)* ,33,-* .+ $,* 10)--* 2+ $/* 2))2/* ), $0* 12)--* 2+ $/* 2))2)* 1, $,* -/)+.* -, $,* -/表$" 水下冲击波与空气冲击波传播速率的比值%&% 质量（’）距( 爆( 心( 距( 离（!）+* ,,-* +,.* -+/,* ,,/0* +,/+* ,,/-* +,0,,3* ,05 / )* 1.5 / 3* //5 / 3* ),5 / 3* ,/5 /…………+,,)* 125 / )* .)5 / 3* ,/5 / 3* 0/5 / )* 125 / 3* ,.5 / 3* /05 // ,,,)* .+5 / )* -,5 /……3* /35 / )* 1+5 / 3* ,-5 / 3* /05 /#% #( 冲击波物理参数( 距爆心 +! 处实测的水下和空气冲击波波形见图 / 和图 0。

0,,、+,, 和 / ,,,’ %&% 水下和空气中坍塌的冲击波压力峰值、正向持续时间跟冲量详见表3 6 表2，两者物理参数的对比详见表 -。 由表3 6 表- 可见，对于同样品质的 %&% 爆炸所产生的冲击图 !" +,,’ %&% 水下爆炸距爆心+! 处实测的冲击波波形图 #" +,,’ %&% 空气中爆炸距爆心+! 处实测的冲击波波形波，在离爆心同样距离处，水下冲击波峰值压力远比空气中冲击波高得多，正向持续时间比空气中冲击波短，而反向冲量比空气中冲击波大。$" 讨( 论冲击波通过介质向周边传播，由于介质强度不同，其传播速率也是所不同。 水的浓度约为空气的 .,, 倍，因此与空气冲击波相比，水下冲击波传播的速率快冲击波物理，传播的距离也远得多。 文献报道水下冲击波的传播速度约为空气波传播速度的 ) 63 倍冲击波的传播速率为空气冲击波传播速度的 )* -, 63* ),倍，与文献报道的结果大概相近。［/］。 本研究的结果证实，水下表&" 0,,’ %&% 水下和空气中坍塌的冲击波物理参数 （! $ "）距爆心距离（!）7!（879）水下空气比值!:（!#）水下空气比值;:（879!#）水下空气比值)* +,- /)) $/101* 10).* 25 /,* )01 $,* ,,2+* 02,/5 /2* ,+))* 0, $1* )))3* 2/+* 35 /+* ,,3 ++/ $/-)（/）/.* +032* ,5 /,* 03/ $,* ,,-（/）2* .,,/5 0.* 003-* ), $.* ./（/）01* ///* 15 /-* +,0 .3) $3,/,* )0-2* ,5 /,* /22 $,* ,,-0* 1,,/5 /-* +/12* /, $3* )./+* 1/0* )5 /.* -+0 31/ $.)1* ,0-2* .5 /,* /)+ $,* ,,3)< )2,/5 03* 1/31* 0, $3* /,/)* 2//* ,5 //,* ,,0 /03 $+01* 3002* ,5 /,* /0. $,* ,,/)* )0,/5 0+* 1/)/* ., $,* ,/0* ,//* ,5 //0* +,/ 2+2 $//0-* 300)* .5 /,* /,, $,* ,,))* 0.,/5 )0* ..1* /+ $/* 3.1* -1* 05 /( ( 注：水下冲击波测点数除 （/） 为 3 点外，其余均为 0 点；空气冲击波测点数为 /。

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