運(yùn)太來(lái)，李政年，柯文棋，樂(lè)秀鴻，周宏元，黃建松

船舶遭受水下非接觸爆炸產(chǎn)生的水下沖擊波作用時(shí)，水下沖擊波會(huì)經(jīng)船體傳導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w沖擊波而引起船體的瞬間響應(yīng)，從而在3個(gè)方向上產(chǎn)生突然而劇烈的沖擊運(yùn)動(dòng)，尤其以垂直方向的沖擊運(yùn)動(dòng)為主。這種由水下非接觸爆炸引起的對(duì)船舶的強(qiáng)烈沖擊運(yùn)動(dòng)，除造成船體、設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞外，還可對(duì)船員產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷，甚至危及生命［1-2]。為了解某船水下非接觸爆炸條件下船員的沖擊安全性，筆者對(duì)給定爆炸沖擊環(huán)境下的船員沖擊安全性進(jìn)行了評(píng)估，以期為船舶的設(shè)計(jì)、建造及船員的抗沖擊防護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 評(píng)估條件

1.1.1 評(píng)估工況 采用某一當(dāng)量炸藥作為爆源設(shè)近、中、遠(yuǎn)3種水平爆炸距離，水深基本相同，海底條件為泥被底。

1.1.2 沖擊環(huán)境條件 上述3種工況下試驗(yàn)船主要艙室部位沖擊環(huán)境參數(shù)包括最大速度、最大加速度、平均加速度和脈寬。

1.1.3 評(píng)估部位 依據(jù)船舶沖擊特性、工作部位(崗位)的重要性和代表性選擇人員部位的基本原則，結(jié)合試驗(yàn)船沖擊環(huán)境測(cè)點(diǎn)位置，進(jìn)行船員沖擊安全性評(píng)估的艙室部位共21個(gè)(表1)。

1.2 評(píng)估方法

1.2.1 測(cè)定方法 參考文獻(xiàn)［3] 。

1.2.2 時(shí)域內(nèi)沖擊環(huán)境參數(shù)的換算 為了進(jìn)行試驗(yàn)船船員沖擊安全性評(píng)估，需將其主要艙室部位的沖擊環(huán)境參數(shù)進(jìn)行換算，將沖擊環(huán)境參數(shù)中加速度的單位(g)換算成m/s2。

1.2.3 船員沖擊損傷等級(jí)的劃分 按照國(guó)軍標(biāo)《水面艦艇沖擊對(duì)人體作用安全限值》［4](GJB 2689-96)的規(guī)定，劃分為輕度損傷、中度損傷和重度損傷3種。

1.2.4 評(píng)估依據(jù) (1)依據(jù)國(guó)軍標(biāo)《水面艦艇沖擊對(duì)人體作用安全限值》中有關(guān)安全區(qū)、輕度損傷區(qū)、中度損傷區(qū)和重度損傷區(qū)的劃分曲線值［4-5]進(jìn)行試驗(yàn)船船員沖擊安全性評(píng)估。(2)根據(jù)有關(guān)船員的沖擊環(huán)境損傷閾值進(jìn)行船員沖擊安全性評(píng)估。其與國(guó)軍標(biāo)GJB 2689-96的區(qū)別是在其安全區(qū)與輕度損傷區(qū)之間增設(shè)臨界損傷區(qū)。見(jiàn)表1。

表1 船員沖擊環(huán)境損傷閾值

2 結(jié)果

依據(jù)國(guó)軍標(biāo)《水面艦艇沖擊對(duì)人體作用安全限值》的規(guī)定，以及船員的沖擊環(huán)境損傷閾值等評(píng)估依據(jù)，對(duì)不同工況下試驗(yàn)船各艙室部位時(shí)域內(nèi)沖擊環(huán)境參數(shù)值進(jìn)行船員沖擊安全性評(píng)估(表2)。(1)第1次爆炸試驗(yàn)船員沖擊安全性評(píng)估結(jié)果:①各艙室部位的最大速度1.48～4.43 m/s;②各艙室部位的平均加速度77.1 ～1827.9 m/s2;③作用時(shí)間1.52 ～19.34 ms，大于15 ms的部位4個(gè)，小于15 ms的部位15個(gè);④艙室部位屬安全區(qū)的占52.63%，臨界區(qū)占10.53%，輕傷區(qū)占31.58%，重傷區(qū)占5.26%。(2)第2次爆炸試驗(yàn)船員沖擊安全性評(píng)估結(jié)果:①各部位的最大速度0.83～6.00 m/s;②各部位的平均加速度 77.4～2076.5 m/s2;③作用時(shí)間 1.31～21.45 ms，大于15 ms的部位4個(gè)，小于15 ms的部位17個(gè);④艙室部位屬安全區(qū)的占38.10%，臨界區(qū)占9.52%，輕傷區(qū)占47.19%，重傷區(qū)占4.76%。(3)第3次爆炸試驗(yàn)船員沖擊安全性評(píng)估結(jié)果:①各部位的最大速度2.58～5.37 m/s;②各部位的平均加速度123.9 ～4128.3 m/s2;③作用時(shí)間1.30 ～26.65 ms，大于15 ms的部位4個(gè)，小于15 ms的部位7個(gè);④艙室部位屬安全區(qū)的占18.18%，輕傷區(qū)占27.27%，中傷區(qū)占45.45%，重傷區(qū)占9.10%。見(jiàn)表3。

表2 試驗(yàn)船各次爆炸試驗(yàn)船員沖擊安全性評(píng)估等級(jí)

表3 不同工況下試驗(yàn)船艙室部位船員沖擊安全性比較

3 討論

水下非接觸爆炸時(shí)船舶的沖擊響應(yīng)取決于爆炸當(dāng)量、爆炸距離和水深3個(gè)重要參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中反映水下爆炸嚴(yán)酷程度的參數(shù)中爆炸距離是變量，爆炸距離越近沖擊能量越大，船舶的沖擊響應(yīng)越明顯。也就是說(shuō)，船員的沖擊環(huán)境條件越差，受到的沖擊作用越大。不同工況下各艙室部位船員沖擊安全性比較表明，隨著爆炸距離的逐漸縮小，試驗(yàn)船上各艙室部位船員沖擊安全性逐漸降低，即屬于安全區(qū)部位的百分比逐漸降低，中傷區(qū)和重傷區(qū)部位的百分比逐漸增高。評(píng)估結(jié)果與爆炸距離有關(guān)。

聯(lián)邦德國(guó)1989年頒布的《艦艇建造規(guī)范》［6](BV0430沖擊安全性)對(duì)人員因沖擊載荷受傷害的極限曲線作了規(guī)定，劃分出不受傷害區(qū)、受傷危險(xiǎn)區(qū)和受傷害區(qū)。參照該規(guī)范中有關(guān)沖擊載荷對(duì)立姿人員的損傷曲線值，對(duì)試驗(yàn)船各艙室部位船員沖擊安全性進(jìn)行評(píng)估與分析，結(jié)果表明:隨著爆炸距離的逐漸縮小，不受傷害區(qū)的比例逐漸降低，受傷危險(xiǎn)區(qū)和受傷害區(qū)的比例逐漸升高。與按國(guó)軍標(biāo)GJB 2689-96和船員沖擊損傷閾值評(píng)估結(jié)果基本一致。

船員沖擊安全性評(píng)估結(jié)果表明，某一當(dāng)量爆炸物距船舷水平近、中、遠(yuǎn)3種距離爆炸均可造成試驗(yàn)船某些艙室部位船員的沖擊損傷。因此，對(duì)容易引起船員沖擊損傷的艙室部位，在總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)抗沖擊設(shè)計(jì)，以解決船員的沖擊防護(hù)問(wèn)題。

［1] 柯文棋，樂(lè)秀鴻，楊軍，等.水雷爆炸對(duì)艦船上動(dòng)物沖擊損傷的試驗(yàn)觀察與評(píng)價(jià)［J] .中華航海醫(yī)學(xué)與高氣壓醫(yī)學(xué)雜志，2001，8(3):136-140.

［2] 李政年，柯文棋，樂(lè)秀鴻，等.模擬艦艇沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)兔損傷的實(shí)驗(yàn)觀察［J] .海軍醫(yī)學(xué)雜志，2004，25(3):201-204.

［3] 黃建松，柯文琪，樂(lè)秀鴻，等.模擬非接觸水下爆炸時(shí)艦船人員中擊損傷的安全性評(píng)估及防護(hù)措施［J] .中華航海醫(yī)學(xué)與高氣壓醫(yī)學(xué)雜志，2005，12(3):133-135.

［4] 國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB2689-96.水面艦艇沖擊對(duì)人體作業(yè)安全限值.北京:國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部出版，1996.

［5] 柯文棋.現(xiàn)代艦船衛(wèi)生學(xué)［M] .北京:人民軍醫(yī)出版社，2005:158.

［6] 中國(guó)艦船研究院科技發(fā)展部.聯(lián)邦德國(guó)國(guó)防軍艦艇建造規(guī)范文集-BV043沖擊安全性，1998.