水下非接触爆炸时某船船员冲击安全性评估

运太来，李政年，柯文棋，乐秀鸿，周宏元，黄建松

船舶遭受水下非接触爆炸产生的水下冲击波作用时，水下冲击波会经船体传导转变为固体冲击波而引起船体的瞬间响应，从而在3个方向上产生突然而剧烈的冲击运动，尤其以垂直方向的冲击运动为主。这种由水下非接触爆炸引起的对船舶的强烈冲击运动，除造成船体、设备的严重损坏外，还可对船员产生严重损伤，甚至危及生命［1-2]。为了解某船水下非接触爆炸条件下船员的冲击安全性，笔者对给定爆炸冲击环境下的船员冲击安全性进行了评估，以期为船舶的设计、建造及船员的抗冲击防护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 评估条件

1.1.1 评估工况 采用某一当量炸药作为爆源设近、中、远3种水平爆炸距离，水深基本相同，海底条件为泥被底。

1.1.2 冲击环境条件 上述3种工况下试验船主要舱室部位冲击环境参数包括最大速度、最大加速度、平均加速度和脉宽。

1.1.3 评估部位 依据船舶冲击特性、工作部位(岗位)的重要性和代表性选择人员部位的基本原则，结合试验船冲击环境测点位置，进行船员冲击安全性评估的舱室部位共21个(表1)。

1.2 评估方法

1.2.1 测定方法 参考文献［3] 。

1.2.2 时域内冲击环境参数的换算 为了进行试验船船员冲击安全性评估，需将其主要舱室部位的冲击环境参数进行换算，将冲击环境参数中加速度的单位(g)换算成m/s2。

1.2.3 船员冲击损伤等级的划分 按照国军标《水面舰艇冲击对人体作用安全限值》［4](GJB 2689-96)的规定，划分为轻度损伤、中度损伤和重度损伤3种。

1.2.4 评估依据 (1)依据国军标《水面舰艇冲击对人体作用安全限值》中有关安全区、轻度损伤区、中度损伤区和重度损伤区的划分曲线值［4-5]进行试验船船员冲击安全性评估。(2)根据有关船员的冲击环境损伤阈值进行船员冲击安全性评估。其与国军标GJB 2689-96的区别是在其安全区与轻度损伤区之间增设临界损伤区。见表1。

表1 船员冲击环境损伤阈值

2 结果

依据国军标《水面舰艇冲击对人体作用安全限值》的规定，以及船员的冲击环境损伤阈值等评估依据，对不同工况下试验船各舱室部位时域内冲击环境参数值进行船员冲击安全性评估(表2)。(1)第1次爆炸试验船员冲击安全性评估结果:①各舱室部位的最大速度1.48～4.43 m/s;②各舱室部位的平均加速度77.1 ～1827.9 m/s2;③作用时间1.52 ～19.34 ms，大于15 ms的部位4个，小于15 ms的部位15个;④舱室部位属安全区的占52.63%，临界区占10.53%，轻伤区占31.58%，重伤区占5.26%。(2)第2次爆炸试验船员冲击安全性评估结果: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作用时间 1.31～21.45 ms，大于15 ms的部位4个，小于15 ms的部位17个;④舱室部位属安全区的占38.10%，临界区占9.52%，轻伤区占47.19%，重伤区占4.76%。(3)第3次爆炸试验船员冲击安全性评估结果: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作用时间1.30 ～26.65 ms，大于15 ms的部位4个，小于15 ms的部位7个;④舱室部位属安全区的占18.18%，轻伤区占27.27%，中伤区占45.45%，重伤区占9.10%。见表3。

表2 试验船各次爆炸试验船员冲击安全性评估等级

表3 不同工况下试验船舱室部位船员冲击安全性比较

3 讨论

水下非接触爆炸时船舶的冲击响应取决于爆炸当量、爆炸距离和水深3个重要参数。本实验中反映水下爆炸严酷程度的参数中爆炸距离是变量，爆炸距离越近冲击能量越大，船舶的冲击响应越明显。也就是说，船员的冲击环境条件越差，受到的冲击作用越大。不同工况下各舱室部位船员冲击安全性比较表明，随着爆炸距离的逐渐缩小，试验船上各舱室部位船员冲击安全性逐渐降低，即属于安全区部位的百分比逐渐降低，中伤区和重伤区部位的百分比逐渐增高。评估结果与爆炸距离有关。

联邦德国1989年颁布的《舰艇建造规范》［6](BV0430冲击安全性)对人员因冲击载荷受伤害的极限曲线作了规定，划分出不受伤害区、受伤危险区和受伤害区。参照该规范中有关冲击载荷对立姿人员的损伤曲线值，对试验船各舱室部位船员冲击安全性进行评估与分析，结果表明:随着爆炸距离的逐渐缩小，不受伤害区的比例逐渐降低，受伤危险区和受伤害区的比例逐渐升高。与按国军标GJB 2689-96和船员冲击损伤阈值评估结果基本一致。

船员冲击安全性评估结果表明，某一当量爆炸物距船舷水平近、中、远3种距离爆炸均可造成试验船某些舱室部位船员的冲击损伤。因此，对容易引起船员冲击损伤的舱室部位，在总体设计时应加强抗冲击设计，以解决船员的冲击防护问题。

［1] 柯文棋，乐秀鸿，杨军，等.水雷爆炸对舰船上动物冲击损伤的试验观察与评价［J] .中华航海医学与高气压医学杂志，2001，8(3):136-140.

［2] 李政年，柯文棋，乐秀鸿，等.模拟舰艇冲击运动对兔损伤的实验观察［J] .海军医学杂志，2004，25(3):201-204.

［3] 黄建松，柯文琪，乐秀鸿，等.模拟非接触水下爆炸时舰船人员中击损伤的安全性评估及防护措施［J] .中华航海医学与高气压医学杂志，2005，12(3):133-135.

［4] 国防科学技术工业委员会.GJB2689-96.水面舰艇冲击对人体作业安全限值.北京:国防科工委军标出版发行部出版，1996.

［5] 柯文棋.现代舰船卫生学［M] .北京:人民军医出版社，2005:158.

［6] 中国舰船研究院科技发展部.联邦德国国防军舰艇建造规范文集-BV043冲击安全性，1998.