水下非接觸爆炸時某船船員沖擊安全性評估

運太來，李政年，柯文棋，樂秀鴻，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，水下沖擊波會經(jīng)船體傳導轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w沖擊波而引起船體的瞬間響應，從而在3個方向上產(chǎn)生突然而劇烈的沖擊運動，尤其以垂直方向的沖擊運動為主。這種由水下非接觸爆炸引起的對船舶的強烈沖擊運動，除造成船體、設(shè)備的嚴重損壞外，還可對船員產(chǎn)生嚴重損傷，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，筆者對給定爆炸沖擊環(huán)境下的船員沖擊安全性進行了評估，以期為船舶的設(shè)計、建造及船員的抗沖擊防護提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 評估條件

1.1.1 評估工況 采用某一當量炸藥作為爆源設(shè)近、中、遠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)合試驗船沖擊環(huán)境測點位置，進行船員沖擊安全性評估的艙室部位共21個(表1)。

1.2 評估方法

1.2.1 測定方法 參考文獻［3] 。

1.2.2 時域內(nèi)沖擊環(huán)境參數(shù)的換算 為了進行試驗船船員沖擊安全性評估，需將其主要艙室部位的沖擊環(huán)境參數(shù)進行換算，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 船員沖擊損傷等級的劃分 按照國軍標《水面艦艇沖擊對人體作用安全限值》［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 評估依據(jù) (1)依據(jù)國軍標《水面艦艇沖擊對人體作用安全限值》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]進行試驗船船員沖擊安全性評估。(2)根據(jù)有關(guān)船員的沖擊環(huán)境損傷閾值進行船員沖擊安全性評估。其與國軍標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)。見表1。

表1 船員沖擊環(huán)境損傷閾值

2 結(jié)果

依據(jù)國軍標《水面艦艇沖擊對人體作用安全限值》的規(guī)定，以及船員的沖擊環(huán)境損傷閾值等評估依據(jù)，對不同工況下試驗船各艙室部位時域內(nèi)沖擊環(huán)境參數(shù)值進行船員沖擊安全性評估(表2)。(1)第1次爆炸試驗船員沖擊安全性評估結(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作用時間1.52 ～19.34 ms，大于15 ms的部位4個，小于15 ms的部位15個;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次爆炸試驗船員沖擊安全性評估結(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作用時間 1.31～21.45 ms，大于15 ms的部位4個，小于15 ms的部位17個;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次爆炸試驗船員沖擊安全性評估結(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作用時間1.30 ～26.65 ms，大于15 ms的部位4個，小于15 ms的部位7個;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%。見表3。

表2 試驗船各次爆炸試驗船員沖擊安全性評估等級

表3 不同工況下試驗船艙室部位船員沖擊安全性比較

3 討論

水下非接觸爆炸時船舶的沖擊響應取決于爆炸當量、爆炸距離和水深3個重要參數(shù)。本實驗中反映水下爆炸嚴酷程度的參數(shù)中爆炸距離是變量，爆炸距離越近沖擊能量越大，船舶的沖擊響應越明顯。也就是說，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。評估結(jié)果與爆炸距離有關(guān)。

聯(lián)邦德國1989年頒布的《艦艇建造規(guī)范》［6](BV0430沖擊安全性)對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)、受傷危險區(qū)和受傷害區(qū)。參照該規(guī)范中有關(guān)沖擊載荷對立姿人員的損傷曲線值，對試驗船各艙室部位船員沖擊安全性進行評估與分析，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，受傷危險區(qū)和受傷害區(qū)的比例逐漸升高。與按國軍標GJB 2689-96和船員沖擊損傷閾值評估結(jié)果基本一致。

船員沖擊安全性評估結(jié)果表明，某一當量爆炸物距船舷水平近、中、遠3種距離爆炸均可造成試驗船某些艙室部位船員的沖擊損傷。因此，對容易引起船員沖擊損傷的艙室部位，在總體設(shè)計時應加強抗沖擊設(shè)計，以解決船員的沖擊防護問題。

［1] 柯文棋，樂秀鴻，楊軍，等.水雷爆炸對艦船上動物沖擊損傷的試驗觀察與評價［J] .中華航海醫(yī)學與高氣壓醫(yī)學雜志，2001，8(3):136-140.

［2] 李政年，柯文棋，樂秀鴻，等.模擬艦艇沖擊運動對兔損傷的實驗觀察［J] .海軍醫(yī)學雜志，2004，25(3):201-204.

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

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

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

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