浅析轻武器杀伤效应的发展及展望

浅析轻武器杀伤效应的发展及展望

张南

（武警工程大学，西安， 710086）

摘 要：轻武器杀伤效应的研究与应用是轻武器技术发展到一定阶段的必然结果，其与创伤弹道学的发展是密不可分的，随着时代的进步，“水压力”效应、停止作用、能量评估方法、压力波致伤效应等，人们对轻武器杀伤效应的认识也在不断的加深，进入21世纪后，由于声、光、电、磁等杀伤技术和无人化、智能化等作战系统的发展应用，轻武器杀伤效应需要有针对性地开展新概念武器杀伤原理相关的研究工作。

关键词：创伤弹道学；水压力效应；停止作用；轻武器杀伤效应

一、水压力效应

19世纪中叶后，轻武器技术进入了快速发展阶段。研究人员经过大量的观察实验和总结分析，将其杀伤因素归结为三个方面：一、弹头在撞击侵彻机体过程中，部分铅熔化对机体的伤害；二、弹头自身旋转而产生的离心力作用于生物组织；三、“水压力”效应，即杀伤元借助于液体（水）传递压力，使伤道内组织向四周加速扩散，造成组织广泛损伤甚至产生“爆炸”效应。

科赫尔首次用肥皂和明胶作为软组织模拟物，得出结论：无论是弹头部分熔化还是离心力作用都不会造成机体明显损伤，而“水压力”效应才是造成机体损伤的决定性因素。19世纪80年代后，被甲弹头逐步取代了铅弹头，枪弹口径减小而速度得到提高。瑞士军医伯奇通过大量的实验,包括射击含有各种内容物的罐头盒子，在讨论分析了全被甲弹头和铅弹头的作用效果后，伯奇得出结论：全被甲弹头具有爆炸性杀伤效果，而且其杀伤机理仍是“水压力”效应。

随着近代科技不断的发展，高速摄像机的使用给“水压力”效应重新赋予了新的定义，即瞬时空腔效应，它是指弹丸在侵彻穿透组织过程中，如组织含水量较多，形成的轨迹空腔能扩大几倍至几十倍，并在非常短暂时间过后，空腔消失且留下较大范围的组织损伤致伤效应。

二、停止作用

停止作用是指轻武器杀伤有生目标并使其迅速丧失战斗力的能力，停止作用的概念起源于19世纪的殖民战争。进入20世纪后，停止作用逐渐成为轻武器选型的重要考量指标。1904年，美国军方为了解决.38in（1in=25.4mm）科尔特长手枪停止作用不足的问题，指派汤普森上校和拉加德少校共同组织完成军用新手枪的选型测试工作，即著名的汤普森-拉加德试验，试验靶标为活体牛、马和人员尸体，其中人员尸体悬挂起来用来测试弹头击中后的位移，拉加德称之为“冲击”。汤普森和拉加德得出的试验结论是：军用手枪口径只有不小于.45in时，才能在近距离获得冲击效应和停止效应,口径小于.45in的全被甲弹头均未呈现出所需要的上述效应。

1927年，著名的停止作用研究学者哈彻发表了《自动手枪、转轮手枪及其应用》一书。哈彻认为弹头必须具有一定能量才能侵彻到有效杀伤的深度(约为25cm),在侵彻过程中弹头能量传递量越大杀伤效果越好，且横截面较大的弹头要比横截面较小的弹头传递的能量更多。正如美军的勃郎宁11.43大威力手枪的停止作用无枪可比。实际上不管是军用或警用枪械都强调停止作用，区别在于军用枪械更加强调远距离杀伤力。而大口径弹在增大射程方面就不再满足军用枪械的需求。

直到现今，停止作用仍是轻武器设计师们追求的基本目标。从现代观点看，停止作用与弹头自身性能、命中部位及其杀伤效果等密切相关。命中脊柱、大脑等中枢神经系统通常可获得理想的停止作用效果，而命中其他部位，即使是致命器官，如果失血速度较慢并且血压不能迅速降低，也不易达到较理想的停止作用效果。

三、能量传递评估方法

1960年,Dziemian研究发现普通弹头、箭形弹头、多种形状破片等对步兵造成的丧失战斗力的条件杀伤概率与杀伤元侵彻明胶靶标(10°/C,20%含量)1~15cm深度时的能量传递量有关,这一评估准则被称为 法。美国阿伯丁靶场弹道研究实验室研究对比了高速摄影法、X射线摄影法和弹道摆法，得到的结论是弹道摆法测得的结果比高速摄影法精确，而且弹道摆法也比X射线摄影法更经济，效率更高，这就是著名的AKE法。1975年，Sturpan提出了一种估算杀伤效能的新方法EKE,将步兵一次随机命中时的丧失战斗力概率与在明胶靶标中杀伤元传递能量的期望值相关联，将侵彻深度作为变量，通过加权计算侵彻不同深度明胶靶标的杀伤元传递能量之和获得的在随机命中人员目标时杀伤元的能量传递量。 法、AKE法和EKE法的本质都是将杀伤元在目标中的能量传递量作为判定杀伤效能的基本参量，明确了杀伤元杀伤作用的本质物理因素是杀伤元传递给目标的能量。

能量传递评估方法与小口径轻武器是同期出现的。20世纪60-80年代，世界上掀起了小口径化浪潮。前苏联列装了5.45mm口径枪弹；北约列装了5.56mm口径的SS109枪弹，用以替代M193枪弹；我国则列装了5.8mm口径枪弹，轻武器榴弹也迈向了小质量化和高速化，破片质量最低达到0.1g,大大地增加了破片数量，提高了杀伤效率。小口径武器具有后坐力小、携弹量大等天然优势，但是枪口能量较低、弹头质量较小。小口径枪弹保证具有足够的杀伤力是小口径武器装备使用的必要条件。能量传递评估方法在推动小口径武器装备使用方面起到了关键作用，解决了小口径枪弹杀伤效能的理论基础和实验验证等问题。

四、压力波致伤效应

压力波致伤是指高速杀伤元侵彻机体过程中，在软组中所产生的压力波对目标所造成的损伤，国外也称之为静水压力冲击或弹道压力波。20世纪40年代，普林斯顿大学的哈维•牛顿和他的研究团队首次在学术文献中探讨了软组织中压力波致伤的情况。考特尼等学者认为压力波在人员失能和损伤方面具有作用，并且达到手枪弹的能量传递量(约680J)水平，就能够出现远达中枢神经损伤效应。以法克勒博士为代表的一些学者则认为没有证据表明压力波具有致伤作用，认为既然碎石机发出声压波能够击碎人员肾结石，其强度超过了大部分手枪弹所产生的压力波，而且没有造成人体软组织损伤，那么压力波就不具有致伤作用。

我国自1979年起开始了系统的轻武器杀伤效应研究工作，在枪弹杀伤效应方面，开展了M43枪弹、M193枪弹、SS109枪弹、7N6枪弹等步枪弹在生物靶标和肥皂靶标中杀伤效果及其作用特性等研究工作。1986年后，我国轻武器杀伤效应研究进入了全面发展阶段。武器弹药、军事医学以及院校等科研机构从多方面开展了深入细致的专项研究工作，尤其在间接损伤效应、实验测试技术等方面取得突破性进展，系统地提出了压力波致伤机理和致伤阈值。采用灰色系统理论方法，建立了SS109枪弹致伤的椎管内压力与测压点与伤道距离的微分拟合灰色模型，得出了弹头在介质内损失能量与压力关联度最大,是影响压力值的主要因素等结论。

我国科研人员在压力波远达效应的专项研究中揭示出压力波在机体内四个时域上的作用形式：一、在最初几十微秒内的表面的冲击波瞬间作用；二、在几百微秒内的弹前压力波致伤作用；三、在几十毫秒内的弹后瞬时空腔压力震荡和牵拉作用；四、在几百毫秒内的质点加速与位移的压力作用。此研究提出了弹头压力波的超压作用是产生远达效应的主要因素且有效作用距离一般不超过30cm,伴随弹后瞬时空腔及冲击振动等的综合作用，是高速杀伤元造成间接损伤效应的致伤机理等研究结论。

五、总结与展望

当前轻武器装备主要承担城市、山地以及其他复杂环境的作战任务，除了必须能够有效杀伤有防护目标、轻装甲防护后目标外，还要增强对躲藏在门窗、轻墙体后面或树丛之中人员目标的杀伤能力。轻武器装备的主要发展应用方向是单兵作战系统、班组作战系统和无人（机器兵）作战系统，加强己方防护力与提升武器杀伤力因其协同互补的重要关联作用而日益受到重视。轻武器装备的作战模式也已不再是敌我双方作战人员较大规模的直接对抗，而是寓于作战系统之中，对敌方人员及同样寓于作战系统中的敌方人员实施打击。因此，对轻武器杀伤效应的发展需求重点是对各种防护条件下有生目标的杀伤作用规律，以及基于系统效能和实战任务的杀伤效能评估。轻武器杀伤效应需要开展以侵彻为核心的多效应耦合杀伤作用研究工作。对轻型防护目标的杀伤作用研究。轻型防护目标是指在轻型装甲或其他轻型掩体（沙袋、墙、门窗等）防护下的人员目标。轻武器装备必须在其力所能及的范围内对轻型装甲、轻质墙体、普通门窗等防护后目标具有有效命中和杀伤作用。

杀伤效能是轻武器系统效能的基础性核心内容，而现在主要工作还基本停留在杀伤元对目标作用结果这一基本层面。杀伤效能服务于轻武器实战任务是其应用价值的基本体现。在轻武器杀伤效应中，冲击波杀伤研究应主要针对较小装药当量所产生的冲击波场特性，深化研究冲击波作用机制并建立相应的杀伤阈值，研究冲击波透射或绕射防弹衣、头盔等特征规律以及对防护后的目标作用效果，发展较弱冲击波对头部(颅脑)作用的理论模型以及致脑损伤作用机理。

未来几十年，轻武器装备仍是以枪弹弹头、榴弹破片和冲击波为主要杀伤元素。轻武器杀伤效应研究也就仍是以这些杀伤元对多种目标的杀伤作用规律研究为主要内容。同时，由于声、光、电、磁等杀伤技术和无人化、智能化等作战系统的发展应用，需要有针对性地开展相关新概念杀伤原理研究工作。

参考文献：

[1]刘荫秋,王正国,马玉媛.创伤弹道学[M].北京：人民军医出版社，1991.

[2]温垚珂,徐诚,陈爱军等.步枪弹侵彻明胶靶标的数值模拟[J].兵工学报，2013(1):14-19.

[3]金永喜,陈波等.低侵彻步枪弹翻滚破碎机理研究[J].兵工学报，2013,34(10):1221-1226.

[4]刘坤,吴志林，徐万和等.3种小口径步枪弹的致伤效应[J],爆炸与冲击，2014,34(5):608-614

作者简介：姓名：张南（1993.02--）；性别：男，民族：汉，籍贯：河北邯郸，学历：硕士；现有职称：助教；研究方向：自动化。