基于人体解剖结构的防护装备性能及武器杀伤效能评估

为评估防护装备性能以及杀伤元冲击有防护人体时的杀伤效能,考虑到人体结构的复杂性,构建了基于中国可视化人体数据集、含有402种解剖结构的虚拟人体体素模型,提出基于解剖学结构的装备防护性能及武器杀伤效能评估算法,在易损性软件中开发了装备防护性能评估模块和武器杀伤效能评估模块,得到了5.8×42 mm步枪弹以不同速度冲击NIJⅢ级防护时的杀伤特征量变化,以及9 mm手枪弹冲击MICH型头盔时不同头-盔间隙与人员生存率之间的关系。研究结果表明:5.8×42 mm步枪弹以850 m/s冲击人体时,穿戴防护前后的致死率分别为80%和4%,弹丸杀伤能力随着靶速度的提升而提高,950 m/s时致死率超50%(未击穿);9 mm手枪弹冲击头部的情况下,无头盔时生存率约为40%,当佩戴头盔且头-盔间隙为25 mm时生存率约为84%,较大的头-盔间隙能更有效的保护头部;研究结果可为典型杀伤元(弹丸、破片)的杀伤效能评估和防护装备性能评估提供依据,并为武器弹药设计和防护装备研制提供参考。

典型7.62 mm狙击弹对有生目标的杀伤效应

为了研究典型7.62 mm狙击弹在不同距离上对有生目标造成的杀伤效应,采用自适应光滑流体动力学方法(Adaptive Smoothed Particle Hydrodynamics,ASPH)构建数值计算模型,获得不同距离上该弹丸对弹道明胶造成的瞬时空腔尺寸,并与相应实验结果进行验证;基于自主开发的人体易损性评估软件,获得该狙击弹在200 m、400 m和800 m上命中人体胸部时可能造成的损伤严重度。研究结果表明:ASPH方法兼顾了计算精度和计算效率,适用于求解侵彻大变形问题;相同侵彻速度下攻角大的弹丸在明胶中翻滚更早,受到的加速度作用力更大,靶标厚度对弹丸运动过程和杀伤效果也有着重要影响;2°攻角下,射击距离为200 m时造成的瞬时空腔直径分别为400 m和800 m时的1.14倍和1.44倍;2°攻角下,7.62 mm狙击弹200 m时侵彻初始阶段加速度峰值分别为400 m和800 m时的1.63倍和3.8倍;基于人体易损性评估软件,当射击距离分别为200 m、400 m和800 m时,命中人体胸部剑突右上方情况下造成的最大简明创伤评分分别为6(死亡)、5(危重伤)和4(严重),新损伤严重度评分分别为75、57和48,随着命中距离的增加,人员死亡概率从96.8%下降到60.3%。

人员易损性评估技术综述

人员易损性是典型的医工交叉领域,在战伤救治和毁伤评估等方面有重大意义。分析了各国构建的基于人体解剖结构的人体易损性模型异同;从动能弹药造成的人体创伤伤道构建、基于AIS(abbreviated injury scale)的人员损伤评估、基于ECV(elemental capability vector)的失能评估、弹药对人员的杀伤效能评估和单兵防护装备效能评估等5个方面对人员易损性评估技术进行了综述;重点对美国ORCA (operational requirement-based casualty assessment)软件的典型损伤评估模块进行了介绍,并给出3个基于ORCA软件的人员易损性评估应用案例。研究成果可为弹药论证、研制、效能评估和人员战场生存力评估、单兵防护设计与优化等研究提供参考。