水下爆炸試驗(yàn)艦員及艦體監(jiān)測(cè)分析范文

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[摘要]目的監(jiān)測(cè)艦艇在遭受水下非接觸爆炸沖擊試驗(yàn)過(guò)程中所受沖擊作用大小及艦員的生理參數(shù)變化，為實(shí)船水下爆炸沖擊試驗(yàn)的安全防護(hù)提供依據(jù)。方法在水面艦艇遭受水下1000kgTNT當(dāng)量的沉底水雷相距100m的非接觸爆炸沖擊作用時(shí)，利用動(dòng)態(tài)多參數(shù)生理記錄檢測(cè)儀（簡(jiǎn)稱生參儀）對(duì)處在艦艇不同位置的9名艦員和1名模擬假人進(jìn)行生理指標(biāo)（心電圖、心率、呼吸率、體表溫度）及兩軸向加速度值（Gz、Gy）監(jiān)測(cè)記錄；假人只監(jiān)測(cè)Gz、Gy值。同時(shí)在艦艇內(nèi)多個(gè)部位安放生參儀檢測(cè)盒，監(jiān)測(cè)記錄艦體所受沖擊力的大小。結(jié)果人體表心臟水平所受沖擊力Gz值為（0.23～2.17）G，Gy值為（－0.39～0.66）G，在人體可承受的范圍內(nèi)。假人體胸部所受沖擊力Gz值為（0.13～1.92）G，Gy值為（－0.42～0.85）G，高于同一位置的真人體。艦體所受Gz值為（3.41～＞9）G～（－2.90～－5.45）G；Gy值為（0.91～2.98）G～（－0.49～－1.82）G，明顯高于人體所受的沖擊強(qiáng)度。爆炸前、后艦員的心率及呼吸率明顯增快，爆炸前最快心率（107～171）次/min，最快呼吸率（22～29）次/min；爆炸后最快心率（113～155）次/min，最快呼吸率（24～33）次/min，爆炸后30min內(nèi)平均心率和平均呼吸率均高于爆炸前，平均心率前后對(duì)比有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.929，P=0.019）。體表溫度爆炸前后無(wú)明顯變化。爆炸過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生人體損傷。結(jié)論水下爆炸沖擊試驗(yàn)對(duì)人體自主神經(jīng)功能有較大影響，本試驗(yàn)中艦員所受沖擊作用強(qiáng)度及生理參數(shù)變化在安全范圍內(nèi)。

[關(guān)鍵詞]非接觸水下爆炸；艦艇沖擊運(yùn)動(dòng)；加速度；心電描記術(shù)；心率；評(píng)估；人員防護(hù)

水面艦艇遭受水下非接觸爆炸作用時(shí)，整個(gè)艦體將發(fā)生劇烈的沖擊運(yùn)動(dòng)，尤其以向上的沖擊作用最為猛烈。這種由水下非接觸爆炸引起的艦艇沖擊運(yùn)動(dòng)不僅可以對(duì)船體、設(shè)備造成不同程度的破壞，而且經(jīng)船體和甲板傳導(dǎo)作用于艦艇上的人員，可導(dǎo)致船員骨骼、內(nèi)臟和軟組織等不同程度的損傷，嚴(yán)重影響艦艇戰(zhàn)斗力[1]。因此，許多國(guó)家對(duì)此開(kāi)展了大量的試驗(yàn)研究。但由于試驗(yàn)條件的限制，實(shí)船試驗(yàn)報(bào)道很少，在爆炸作用的同時(shí)對(duì)艦員及艦體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的研究報(bào)道更少[1]。本研究利用人體動(dòng)態(tài)多參數(shù)生理檢測(cè)儀（簡(jiǎn)稱生參儀），開(kāi)展了艦艇在非接觸性爆炸沖擊過(guò)程中艦載真人、模擬假人及艦體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)研究[1]，了解艦員及艦體所受沖擊作用的大小，評(píng)估艦員的防護(hù)狀況，了解水下爆炸沖擊對(duì)艦員的生理心理功能的影響，為艦員的抗沖擊防護(hù)與生理功能鑒定提供科學(xué)依據(jù)。

1對(duì)象與方法

1.1對(duì)象選取某部艦艇士兵4人，指揮官1人，本課題組科研人員4人，統(tǒng)稱艦員，編號(hào)1～9，均為男性，年齡21～55歲，身高160～180cm，體質(zhì)量48～78kg。試驗(yàn)前對(duì)9名艦員進(jìn)行全面體檢，均身體狀況良好。此外對(duì)1名模擬假人及艦體的4個(gè)不同部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2試驗(yàn)設(shè)備及方法1.2.1試驗(yàn)設(shè)備采用空軍特色醫(yī)學(xué)中心（原空軍航空醫(yī)學(xué)研究所）研制的動(dòng)態(tài)多參數(shù)生理記錄檢測(cè)儀（簡(jiǎn)稱生參儀）進(jìn)行生理參數(shù)及沖擊加速度檢測(cè)。檢測(cè)儀呈一體式帶狀結(jié)構(gòu)，由主帶、副帶、數(shù)據(jù)記錄卡、時(shí)間設(shè)置卡及分析系統(tǒng)組成。佩帶要求部位一致，胸帶上緣距乳頭下2cm（男性），檢測(cè)盒位于胸部中央。檢測(cè)指標(biāo)包括：心電圖、心率、呼吸率、體表溫度、人體Gz、Gy值、艦體Gz、Gy值。加速度檢測(cè)范圍為+9G～－9G。加速度測(cè)試的采樣頻率為25Hz，濾波截止頻率10kHz。假人臀部鑲嵌傳感器。1.2.2試驗(yàn)科目實(shí)施在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定1000kgTNT當(dāng)量的沉底水雷在距離正常航行艦艇100m處實(shí)施引爆。艦員均穿戴專用防護(hù)靴、防護(hù)背心和防護(hù)頭盔，在艦艇上分別處于指揮室、駕駛室、主機(jī)艙控制室、后甲板等位置。1.2.3生理指標(biāo)及所受沖擊力檢測(cè)除位于指揮室的1號(hào)艦員取坐姿外，其余8人均為立姿。模擬假人置于指揮室1號(hào)艦員旁，取坐姿。爆炸前10s倒計(jì)時(shí)報(bào)警后，要求立姿者統(tǒng)一采取屈膝姿勢(shì)。生參儀分別佩戴于艦員及假人的胸壁心臟水平。另將4個(gè)生參儀記錄盒分別固定在指揮室、機(jī)艙控制室、后甲板及機(jī)艙主機(jī)旁地板上。爆炸前30min開(kāi)機(jī)開(kāi)始記錄，爆炸后30min停機(jī)摘下生參儀。1.2.4問(wèn)卷調(diào)查爆炸試驗(yàn)結(jié)束后被試人員統(tǒng)一填寫調(diào)查問(wèn)卷，內(nèi)容包括試驗(yàn)過(guò)程中所處位置；佩帶檢測(cè)儀的主觀感覺(jué)（明顯不適感、稍有不適感、無(wú)不適感、其他）；爆炸臨近時(shí)感覺(jué)呼吸及心率的變化（明顯增快、稍有增快、基本不變、其他）；爆炸后心率、呼吸恢復(fù)時(shí)間（很快、一般、較慢、其他）；佩帶生參儀對(duì)操作的影響等。試驗(yàn)后對(duì)9名艦員再次進(jìn)行身體檢查。1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理對(duì)爆炸點(diǎn)前后30min的生理信號(hào)及沖擊作用曲線進(jìn)行回放分析，分別記錄9名艦員在爆炸前后30min內(nèi)的心率、呼吸率及體表溫度變化（包括最大值、最小值、平均值），以及9名艦員、1名假人及4處不同艦體部位所受沖擊作用的大小（Gz、Gy）。應(yīng)用SPSS13.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料進(jìn)行自身配對(duì)t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

2.1爆炸前后艦員的生理指標(biāo)變化在結(jié)果顯示，爆炸前30min部分試驗(yàn)人員心率明顯增快，最快瞬時(shí)心率增至107～171次/min，相當(dāng)于最大心率的55%～96%[最大心率按（220－年齡）計(jì)算]，最快心率（125.67±14.26）次/min，最高心率值出現(xiàn)于試驗(yàn)指揮人員。爆炸后30min最快瞬時(shí)心率113～155次/min，相當(dāng)于最大心率的60%～88%，最快心率（129.44±14.26）次/min，與爆炸前比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.838，P=0.426），最高心率值出現(xiàn)于科研負(fù)責(zé)人員。爆炸后30min平均心率較爆炸前30min明顯增快。9名艦員爆炸前30min有3人出現(xiàn)8次室性期前收縮，爆炸后30min有4人出現(xiàn)5次室性期前收縮。爆炸前后30min呼吸率均有增快，爆炸前30min最快呼吸率22～28次/min，爆炸后30min，最快呼吸率24～33次/min。爆炸后的最快呼吸率（28.00±2.74）次/min，高于爆炸前的（25.89±2.57）次/min。但爆炸前后最慢、最快及平均呼吸率自身對(duì)比差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。爆炸前后體表溫度變化差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。

2.2沖擊作用及強(qiáng)度人體表心臟水平所受沖擊作用Gz值為（0.23～0.63）G～（1.29～2.17）G，Gy值為（－0.18～－0.39）G～（0.00～0.66）G。坐姿假人臀部鑲嵌傳感器測(cè)得最大Gz值為4.47G，Gy最大值為0.01G；胸部佩帶生參儀記錄Gz值為（0.13～1.92）G，Gy值為（－0.42～0.85）G。坐姿假人胸部最大Gz值高于鄰近位置的坐姿真人。艦體所受Gz、Gy值均明顯高于人體所受的沖擊強(qiáng)度（表2）。

2.3試驗(yàn)后問(wèn)卷調(diào)查佩帶檢測(cè)儀的主觀感覺(jué)：無(wú)不適感7人，稍有不適感2人。爆炸臨近時(shí)：心率明顯增快5人，稍有增快2人，基本不變2人；呼吸明顯增快3人、稍有增快3人、基本不變4人。爆炸后：心率恢復(fù)很快3人、一般2人、較慢4人；呼吸恢復(fù)很快4人、一般2人、較慢2人。爆炸后9名艦員均無(wú)受傷，除自感心率、呼吸增快以外無(wú)其他不適；艦體及檢測(cè)儀器設(shè)備均無(wú)受損。

3討論

水下爆炸沖擊試驗(yàn)是軍事人-機(jī)-環(huán)境工程領(lǐng)域中的重大科研活動(dòng)，目的是驗(yàn)證艦船設(shè)計(jì)是否符合作戰(zhàn)要求，以及是否滿足艦員作業(yè)及防護(hù)的要求。水下沖擊波經(jīng)艦船底部向上傳導(dǎo)引起艦船甲板瞬時(shí)響應(yīng)，不僅可以直接造成艦船的損傷和破壞，也可能造成艦員的機(jī)體損傷、功能下降、心理障礙，甚至危及艦員生命，從而影響戰(zhàn)斗力的發(fā)揮[2-3]。為此，許多國(guó)家開(kāi)展了相關(guān)研究。但由于實(shí)船爆炸試驗(yàn)的危險(xiǎn)性及復(fù)雜性，以往對(duì)沖擊損傷的研究往往通過(guò)非直接方法（尸體測(cè)試、動(dòng)物測(cè)試、計(jì)算機(jī)模擬、碰撞假人試驗(yàn)等）來(lái)進(jìn)行[4-7]，并且多為對(duì)組織器官損傷的研究，對(duì)人體志愿者在實(shí)船試驗(yàn)過(guò)程中生理及心理指標(biāo)變化的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。此外，由于水下爆炸的巨大沖擊及其危險(xiǎn)性預(yù)期引起的焦慮情緒，也可以可能對(duì)艦員的生理、心理功能產(chǎn)生重大影響[8-9]，監(jiān)測(cè)艦員在不同航行階段、不同作業(yè)科目以及不同應(yīng)激環(huán)境下的生理、心理指標(biāo)變化，評(píng)定其在不同情況下生理心理負(fù)荷的變化規(guī)律，特別是在艦船遭受水下非接觸爆炸沖擊這種特殊危險(xiǎn)情況下，了解艦員所受爆炸沖擊力的大小及生理心理指標(biāo)變化規(guī)律，對(duì)保護(hù)艦員的生命安全、保證有效戰(zhàn)斗力、了解艦員防護(hù)狀況，具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。然而，受傳統(tǒng)的生理參數(shù)檢測(cè)設(shè)備使用環(huán)境和設(shè)計(jì)參數(shù)的限制，以往不能方便地在爆炸試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)和在不影響艦員作業(yè)情況下對(duì)人體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也缺少?zèng)_擊性加速度的檢測(cè)方法，致使該類研究受到不同程度的影響。本研究借鑒航空醫(yī)學(xué)的研究經(jīng)驗(yàn)[10-11]，將適用于飛行狀態(tài)的生理參數(shù)記錄檢測(cè)儀，用于航行中的艦船遭受水下非接觸爆炸的沖擊試驗(yàn)中，獲得了9名艦員在實(shí)船試驗(yàn)中所受沖擊作用的強(qiáng)度，心率、呼吸率、體表溫度等生理指標(biāo)變化，以及模擬假人及多處艦體所受沖擊作用大小等指標(biāo)。從試驗(yàn)結(jié)果可知，生參儀能夠準(zhǔn)確記錄爆炸過(guò)程中艦員生理參數(shù)變化的全過(guò)程和受沖擊作用的強(qiáng)度，并能準(zhǔn)確確定爆炸時(shí)間點(diǎn)，為分析受爆炸沖擊作用前后時(shí)間段內(nèi)的人體生理參數(shù)變化提供了準(zhǔn)確依據(jù)。分析爆炸前后艦員心率、呼吸率等生理指標(biāo)變化發(fā)現(xiàn)，9名艦員于爆炸前及爆炸后的心率、呼吸率普遍增快，個(gè)別人出現(xiàn)室性期前收縮，表現(xiàn)出較高的交感神經(jīng)興奮水平，表明受試人員處于緊張應(yīng)激狀態(tài)[12]。爆炸后30min內(nèi)平均心率甚至高于爆炸前，但是最高瞬時(shí)心率趨于平均化，不同艦員之間的差別縮小。爆炸前后的最高瞬時(shí)心率均出現(xiàn)于肩負(fù)重大責(zé)任的指揮人員中，特別是爆炸前，最高瞬時(shí)心率甚至達(dá)到人體最大心率的95%以上，表明責(zé)任的重大使試驗(yàn)人員表現(xiàn)出更高的交感神經(jīng)興奮水平和腦力負(fù)荷[13]。分析本次爆炸試驗(yàn)所產(chǎn)生的沖擊作用可知，人體所受沖擊作用的強(qiáng)度均在安全范圍內(nèi)[13]，明顯低于艦體所受的沖擊作用強(qiáng)度。坐姿假人從臀部到胸部Gz值有明顯減小，而胸部Gz值高于鄰近位置的相同坐姿真人，表明沖擊波通過(guò)假人體有一定程度的衰減，而防護(hù)設(shè)施和人體組織的彈性對(duì)沖擊波的緩沖作用更為明顯。與人體及假人體比較，剛性無(wú)防護(hù)的艦體沖擊響應(yīng)較大，達(dá)到了可造成人體損傷的強(qiáng)度，特別是置于艦艇主構(gòu)架上的1號(hào)檢測(cè)盒，所檢測(cè)到的沖擊加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了檢測(cè)盒的檢測(cè)范圍，提示，剛性構(gòu)架對(duì)沖擊力的緩沖作用小，人員在爆炸過(guò)程中應(yīng)避免靠近剛性構(gòu)架。由于艦船的生命力是一個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題，對(duì)于艦船本身來(lái)說(shuō)要在敵方武器的破壞下保持有效的戰(zhàn)斗能力，對(duì)于艦船人員來(lái)說(shuō)必須保持足夠的安全，保有有效操作艦船武器系統(tǒng)的能力。因此，本試驗(yàn)在以往試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，確定在非損傷級(jí)暴露水平下進(jìn)行，受試人員在測(cè)試過(guò)程中采取了一些防護(hù)性姿態(tài)[2，8]。本研究結(jié)果表明，艦員通過(guò)穿戴防護(hù)裝備和掌握正確的防護(hù)姿勢(shì)，可以有效防護(hù)本次試驗(yàn)當(dāng)量級(jí)的沖擊作用損傷。

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作者：曹淑玉 郭云 黃士霖 吳靜波 呂曉東 葛宏 景百勝 單位：空軍特色醫(yī)學(xué)中心