Гражданская оборона (ГО) - Лекция 11 - Медико-тактическая характеристика поражающих факторов современных видов оружия. Огнестрельн.rar / Лекция № 11 по Гражданской Обороне на тему Медико-тактическая характеристика поражающих факторов современных видов оружия. Огнестрельное оружие

Разработка проблемы соответствия малокалиберных пуль нормам Международного гуманитарного права, а также рассмотрение принципов построения единой международной методики оценки и контроля баллистических параметров и характера повреждений, причиняемых высокоскоростными малокалиберными пулями, с 1975 года стали основными темами ежегодных международных симпозиумов по раневой баллистике. Достижениями симпозиумов по раневой баллистике следует считать выработку предложений по методике испытания повреждающего действия новых пуль. Было признано целесообразным проводить испытания повреждающего действия высокоскоростных малокалиберных пуль на трёх дальностях стрельбы -10, 100, 300 метров с использованием как биообъектов, так и имитаторов биологических тканей - блоков из 20 % желатина и глицеринового прозрачного мыла, плотность которых должна соответствовать плотности мышечных тканей тела, а размер блоков по длине соответствовать средней длине раневого канала в теле человека - 140 мм. В методику определения и контроля повреждающего действия новых пуль было предложено включить следующие основные разделы:

• исследование характера движения и фрагментации пуль в блоках-имитаторах (мыло, желатин);

• исследование размера временной пульсирующей полости (ВПП) в желатине и остаточной полости (ОП) в мыле в качестве показателей тяжести огнестрельного повреждения;

• исследование характера огнестрельных переломов длинных трубчатых костей конечностей.

На прошедших симпозиумах по раневой баллистике при обсуждении параметров, ответственных за повышенное повреждающее действие малокалиберных пуль, в силу крайне радикальной позиции ряда стран не удалось прийти к позитивным результатам.

Цель изучения раневой баллистики: разработка единой методологии определения поражающих свойств современного огнестрельного оружия, защитных свойств индивидуальной бронезащиты и механизмов формирования огнестрельных ранений, а также создание унифицированного лечебно-диагностического алгоритма боевой огнестрельной травмы.

Хотим мы это признавать или нет, но основное предназначение боевого стрелкового оружия заключается в эффективном поражении человеческого тела. В то же время, механизм воздействия пуль на ткани неясен даже для многих специалистов, занимающихся конструированием боеприпасов.

Наиболее изучен механизм повреждающего влияния пули. Благодаря наличию на внутренней поверхности ствола винтообразных нарезов пуля приобретает вращательное движение со скоростью около 3000 оборотов в секунду. Вращение пули в зависимости от направления нарезов у разных типов оружия может быть направлено в левую или правую сторону. Головной конец пули совершает вращательное движение (прецессия) и колебательные движения (нутация). Амплитуда этих движений попеременно то снижается, то возрастает. Расстояние между смежными точками наименьшей амплитуды вращения называют периодом прецессии. Он обычно не превышает нескольких метров.

Механизм повреждающего влияния пули (R1 – радиус нутации; α– угол нутации; R2 – радиус прецессии; β – угол прецессии; v – скорость прямолинейного движения пули; Ft – тангенциальная составляющая центробежной силы; Fn – нормальная составляющая центробежной силы; X – количество нутационных оборотов за 1 цикл прецессии) (Савостьянов В.В., 2004).

Выстрелянная пуля оказывает преимущественно механическое повреждающее действие. В настоящее время представление о взаимодействии огнестрельного снаряда с поражаемым биологическим объектом заключается в том, что после первичного контакта проникающий в тело огнестрельный снаряд начинает оказывать взрывоподобное действие, отслаивая кожу и формируя временную пульсирующую полость. Полость начинает формироваться в процессе прохождения пули. Зарегистрированная динамика изменения пульсирующей полости и колебаний давления в процессе образования огнестрельного ранения показывает, что они представляют собой волнообразный процесс, выражающийся в резком и высоком первичном подъеме, а затем в столь же резком снижении давления с последующими более пологими и постепенно затухающими волнами. Первичный высокий подъем давления называют ударной волной. С ней связано поступательное повреждающее действие непосредственно самого огнестрельного снаряда (Мураховский В.И., Федосеев С.Л., 1992).

Пуля оказывает преимущественно механическое действие. В зависимости от энергии, которой она обладает, пуля может вызвать разные повреждения. Пуля, обладающая большой кинетической энергией, при поражении кожи оказывает пробивное действие, т.е. образует отверстие, лишенное кожи. Впервые на наличие в огнестрельной ране такого дефекта кожи обратил внимание Н.И.Пирогов в своей книге «О путешествии по Кавказу», вышедшей в свет в 1849 году.

В настоящее время является общепризнанной теория «прямого и бокового удара», основанная на сформулированных в конце XIX века теории ударного действия Тиле и гидродинамической теории Шъернинга и Колера механизма образования огнестрельной раны. Действие прямого удара осуществляется на ткани на том участке, где ранящий снаряд непосредственно с ними соприкасается. Сила бокового удара действует на ткани за пределами раневого канала. Используя современную регистрационную аппаратуру (импульсную фотографию, высокоскоростную киносъемку, тензометрию и др.), удалось расшифровать механизм прямого и бокового удара. Было установлено, что вокруг пули формируется поток воздуха в виде клина. Направление движения этого потока параллельно и радиально траектории полета пули. Сжатый воздух, идущий впереди пули – головная ударная волна, является одним из факторов, повреждающих ткани. За ним следует сама пуля, которая также разрушает ткани (Гуманенко Е.К., 2004).

При поражении пулей с неустойчивой траекторией полета происходит ее кувыркание в тканях. Это порождает две основные особенности. Во-первых, движение пули не бывает прямолинейным, во-вторых, происходит более массивное повреждение тканей. Прямое действие снаряда вызывает разрывы, расщепление, размозжение тканей. Степень разрушения тканей зависит от их строения, а также скорости, калибра и формы снаряда.

Поток воздуха, идущий радиально траектории полета пули, формирует временную пульсирующую полость, которая может превышать диаметр ранящего снаряда в 30-50 раз. Достигнув максимальных размеров, она начинает спадаться – происходит ее «схлопывание». Время существования временной пульсирующей полости значительно превышает время прохождения пули в тканях. Перепады положительного и отрицательного давления в ней достигают 50 атм. Это способствует обширному повреждению тканей, попаданию микробов и инородных тел на значительное расстояние от раневого канала (Шапошников Ю.Г., Решетников Е.А., Михополус Т.А., 1986).

При высокой скорости полета снарядов могут возникать сильные ударные волны. Эти волны не вызывают тяжелых механических повреждений, а влияют на внутриклеточные процессы, приводящие к разрушению клеточных структур. Под воздействием ударных волн происходит изменение свертываемости крови, коагуляции белка.

Пуля, обладающая большой кинетической энергией, попав в полый орган с жидким содержимым или кровенаполненный паренхиматозный орган, вызовет гидродинамическое действие, а, поразив кость, разрушит ее, проявляя дробящее действие. Пуля, имеющая к моменту контакта с телом малую энергию, сможет оказать лишь клиновидное действие, которое проявится в раздвигании тканей, или только ушибающее действие, последствиями которого могут быть ограниченные ссадины, кровоподтеки или поверхностные ушибленные раны.

Осколки разорвавшегося огнестрельного снаряда также оказывают преимущественно механическое воздействие, последствия которого будут прямо связаны с их кинетической энергией.

Свойствами пули, влияющими на характер ранения, являются ее масса, калибр, форма, конструктивные особенности. Эти характеристики пули взаимосвязаны. Поэтому и принято рассматривать поражающие свойства пули применительно к ее отдельным конструктивным типам. Наибольшей устойчивостью в полете и при поражении биологической цели обладают пули с большей массой, длиной и калибром. Тупоконечные пули быстро передают энергию поражаемым тканям и приводят к так называемому останавливающему эффекту. Остроконечные удлиненные оболочечные пули нередко отдают поражаемым тканям лишь 1/10 часть своей кинетической энергии. Наиболее существенные повреждения возникают при формировании сверхзвукового потока в тканях при передаче энергии. Остроконечные пули образуют такой поток при скорости взаимодействия с мишенью около 1300 м/с, пули с закругленной головной частью — при 800 м/с (Мураховский В.И., Федосеев С.Л., 1992).

Мягкие безоболочечные пули обладают высокой пластичностью и при контакте с мягкими биологическими тканями тратят часть энергии на собственную деформацию, тем самым увеличивают время воздействия и мощность удара. Это обстоятельство послужило одной из причин того, что Гаагская декларация (1899 г.) запретила использование для поражения человека пуль, сплющивающихся в теле.

Смещение центра тяжести пули к ее хвостовой части значительно снижает устойчивость ее движения в воздушной среде и по ходу раневого канала. В сходных условиях контакт остроконечной пули с поверхностью повреждаемой части тела приводит к возникновению сверхзвукового ударного потока в тканях при угле встречи 90 градусов на скорости 1300 м/с, а при угле 45 градусов — 600 м/с. При этом нередки разрушения пули и ее внутренние рикошеты. Следует заметить, что пули среднего калибра теряют стабильность только на расстоянии 1800-2000 м, в то время как малокалиберные пули неустойчивы уже на начальных участках траектории. Высокоскоростные пули в имитаторах биологических тканей существенно теряют устойчивость, разворачиваясь продольной осью на 90 градусов и более по отношению к направлению баллистической траектории. При этом возникают временные полости, размеры которых в десятки раз превышают калибр ранящего снаряда. Энергия малокалиберных и высокоскоростных пуль, как правило, ниже энергии пуль калибра 7,62 мм на всех дистанциях выстрела. Однако объем переданной энергии выше (Гуманенко Е.К., 2004).

Малокалиберная пуля обладает большим поражающим действием, так как способна отдавать поражаемому объекту большую долю кинетической энергии по сравнению c пулей среднего калибра. Данный тип пуль позволяет говорить о новой, качественно отличной совокупности конструктивных и баллистических свойств, обеспечивающих интегрирующее поражающее действие: высокая начальная скорость, малая устойчивость в полете и в тканях, малая масса, смещенный к хвостовой части центр тяжести, мягкий сердечник.

Советская пуля к боеприпасу 5,45×39 мм. Пуля применяется в боеприпасе к автомату АК-74, который принадлежит к новому поколению оружия уменьшенного калибра. Она имеет сплошную металлическую оболочку из стали с медным покрытием. Внутри расположен большой стальной сердечник. Характерной особенностью является свободное пространство длиной около 5 мм в головной части. Его назначение – в смещении центра тяжести в сторону донной части, что заставляет пулю менять положение в начальной стадии пути в тканях человека. Кроме того, в момент удара, имеющийся внутри пули свинец перемещается вперед, в свободное пространство. Перемещение свинца происходит не симметрично, и это служит одной из причин резкого искривления траектории пули при прохождении через ткани. Однако, такое поведение пули не слишком увеличивает ее поражающее действие. Хотя пуля изменяет положение уже через 7 см после проникновения в тело, значительный разрыв возникает лишь на конечном участке.

Поражающее действие пули АК-74 (Мураховский В.И., Федосеев С.Л., 1992).

Все малокалиберные остроконечные пули, которые не подвергаются деформации заканчивают свой путь через ткани донной частью вперед, так как там расположен центр тяжести. При попадании в ткани такие факторы, как форма пули и расположение центра тяжести оказываются сильнее эффекта стабилизации от вращения.

Американская пуля к боеприпасу 5, 56×45 мм М193. Как видно на профиле раны, эта пуля со сплошной металлической оболочкой проходит в тканях расстояние около 12 см головной частью вперед. Затем она разворачивается на 90 градусов, сплющивается и разламывается в районе кольцевой канавки, предназначенной для соединения пули с гильзой. Головная часть пули составляет около 60 % от ее первоначального веса. Тыльная часть распадается на множество осколков, которые разлетаются в стороны и проникают в ткани на глубину до 7 см. При попадании в мягкие ткани возникает такой же эффект временной полости, как и при поражении пулей югославского производства для АК-47. Кроме этого, наблюдается значительный разрыв тканей. Это объясняется тем, что сначала они пробиваются осколками, а затем подвергаются воздействию временной полости. Поэтому отверстия в полых органах, например, в кишке, могут достигать диаметра 7 см.

Поражающее действие американского боеприпаса М 193 (Мураховский В.И., Федосеев С.Л., 1992).

Пули НАТО к боеприпасам 5,56×45 мм М855 и SS109. Американская пуля М855 имеет несколько большие вес и длину, чем пуля М193. В Европе известен такой же боеприпас SS109. Хотя пули не являются идентичными, их поведение в тканях практически не отличается. Фирма «FМ», разработчик боеприпаса SS109, утверждает, что высокая скорость вращения снижает тяжесть ранения пулей. Однако, это не соответствует действительности. Практика показывает, что характер ранений по существу такой же, как и от пули М193.

Поражающее действие боеприпаса М855 (SS109) (Мураховский В.И., Федосеев С.Л., 1992).

Таким образом, объем и характер огнестрельного повреждения зависит от множества разнообразных факторов. Среди них масса и калибр пули, ее скорость и устойчивость, особенности движения пули в теле и многое другое.

Взаимодействие огнестрельного снаряда с поражаемой частью тела рождает качественно новые динамические характеристики: поглощенную энергию, ударные волны, время контакта, форму и протяженность раневой траектории, временную пульсирующую полость, устойчивость или неустойчивость движения снаряда, образование вторичных снарядов биологической природы, положение снаряда в момент удара, мощность ударного воздействия и другие.

Для определения связи между вышеперечисленными динамическими характеристиками в научно-исследовательской лаборатории боевой патологии Государственного института усовершенствования врачей МО РФ было использовано физико-математическое моделирование механизма формирования огнестрельного ранения, основанное на фундаментальных положениях механики.

Физико-математическая модель формирования огнестрельного ранения.

При этом основное уравнение раневой баллистики, описывающее возникающие при ранении волновые процессы, показало, что возникающие в момент соприкосновения ранящего снаряда с тканями ударные волны представляют собой вынужденные, затухающие, механические колебания:

b = - ln {(A₀ × ω) / υ} / t , где

• b – коэффициент затухания волн упругой деформации;

• A₀ – начальная амплитуда волн упругой деформации (м);

• ω – частота волн упругой деформации (Гц);

• υ – скорость распространения волн упругой деформации (м/с);

• t – время существования волн упругой деформации (с).

Следует акцентироваться на том факте, что волны упругой деформации (ВУД), регистрируемые при баллистических исследованиях, являются по своей природе аудиоколебаниями, собственная частота и скорость распространения которых в мишени- имитаторе определяются свойствами распространения звука в веществе (или композиции), из которого сделана мишень, а характер распространения зависит от выраженности торможения ранящего снаряда в веществе. ВУД ни в коем случае нельзя путать с волнами упругого напряжения (или сжатия) (ВУН), которые напрямую связаны с давлением, возникающим во временной пульсирующей полости. Тем не менее, по величине и динамике изменения волн упругой деформации расчетным путем можно судить о количестве кинетической энергии, переданной на единицу площади раневого канала.

Поэтому в описании механизма повреждающего действия ранящего снаряда используются абсолютные величины и физические характеристики ВУД, регистрируемые баллистическими установками. Их амплитуда уменьшается с течением времени тем быстрее, чем больше коэффициент затухания среды, в которой они распространяются.

Для описания поражающего действия огнестрельного ранящего снаряда в настоящее время используется понятие – сфера поражения.

Структура сферы поражения, создаваемой огнестрельным снарядом в объекте (R1 – радиус сферы поражения; R2 – радиус временной пульсирующей полости; R3 – радиус зоны первичного некроза; R4 – радиус зоны молекулярного сотрясения).

Сфера поражения – это временное патологическое образование, создаваемое высокоскоростным огнестрельным ранящим снарядом в объекте, включающее в себя временную пульсирующую полость, зону первичного некроза и зону молекулярного сотрясения.

Структура сферы поражения, представленная на рис. 5, наглядно показывает, что наружная граница сферы поражения – это воображаемая линия, отделяющая здоровые ткани от тканей, поврежденных огнестрельным ранящим снарядом.

Физико-математическое моделирование показало, что в биологических тканях в момент выстрела объем временной пульсирующей полости (R2) равен 2/3 объема сферы поражения (R1), причем после выстрела величина радиуса зоны первичного некроза (R3) приблизительно будет равна величине радиуса зоны молекулярного сотрясения (R4), а в сумме они дадут радиус сферы поражения (R1).

Размеры зоны первичного некроза определяются характером торможения ранящего снаряда в тканях, зависящим от момента инерции, что приводит изменению величины и характера его прецессионно-нутационных колебаний, которое проявляется в резком изменении траектории движения снаряда.

Размер сферы поражения зависит от размеров временной пульсирующей полости. В пластичном веществе мишени-имитатора (баллистический пластилин, петролатум) после выстрела размеры остаточной полости будут соответствовать размерам ВПП.

Известно, что скорость полета и устойчивость – две важнейшие баллисти­ческие характеристики ранящих снарядов, во многом определяю­щие характер повреждения тканей, как в момент ранений, так и в последующем. Именно эти два фактора приводят к тому, что мно­гие ранящие снаряды, обладающие высокой скоростью полета в момент ранений, при движении в тканях часто деформируются и разрушаются.

Передача большого количества энергии за чрезвычайно корот­кий промежуток времени приводит к передаче энергии в виде импульса и обусловливает эффект «внутритканевого взрыва», что является характерной и отличительной чертой современных высо­коскоростных и неустойчивых в полете ранящих снарядов. Таким образом, скорость полета ранящего снаряда оказывает существенное влияние не только на величину общей и передавае­мой энергии в момент ранения, но в значительной степени опре­деляет характер передачи энергии, ее трансформацию в тканях, обусловливая принципиальное отличие структуры и патогенеза боевой огнестрельной травмы от всех других видов ране­ний и повреждений.

Таким образом, поражающее действие огнестрельного стрелкового оружия зависит от веса, скорости и момента инерции ранящего снаряда, которые определяют траекторию его движения в веществе объекта и выраженность торможения, характеризующую полноту передачи энергии.

Поэтому для комплексной оценки тяжести механического повреждения, вызванного ранящим снарядом или пулей, важно знать объем сферы поражения или объем временной пульсирующей полости, которые определяют не только состояние пострадавшего в данный момент времени, но и позволяют прогнозировать течение и исход повреждения.

Для экспериментальных и клинических исследований было создано уникальное оборудование, представляющее собой медицинский многофункциональный аппаратно-программный комплекс (АПК), предназначенный для диагностики в полевых условиях:

• степени тяжести боевой травмы;

• вида критических волемических нарушений;

• жизнеспособности поврежденных тканей.

АПК состоит из четырех модулей, используемых совместно и по отдельности:

1. Для экспериментальных исследований:

• модуль баллистика;

• модуль реаниматолога;

1. Для клинических исследований:

• модуль хирурга;

• модуль интенсивной терапии.

Модуль баллистика АПК

Для определения поражающей эффективности огнестрельных боеприпасов используется модуль баллистика (МБ).

По мишеням имитаторам (блоки из петролатума в смеси с парафином) и/или экспериментальным биологическим объектам (свиньям) производятся выстрелы из огнестрельного оружия с выбранного расстояния.

Для определения защитных свойств средств индивидуальной бронезащиты (бронежилетов) выстрелы из огнестрельного оружия производятся с выбранного расстояния по мишени имитатору и/или в проекцию средней линии живота экспериментальным животным (свиньям), укрытых выбранным бронежилетом.

В процессе выстрела фотоблокирующими устройствами регистрируют скорость подлета и скорость вылета поражающего элемента (ранящего снаряда). Одновременно несколькими пьезодатчиками регистрируют волны давления (волны упругой деформации) в веществе или тканях.

Вычисляют энергию поражающего фактора (Е_к), характеристики волн упругой деформации (Р_t), возникающих при торможении ранящего снаряда в тканях, по формулам:

Кинетическая энергия снаряда, затрачиваемая на повреждение тканей, определяется уравнением:

Е_k = М × (V₁² – V₂²) / 2g (Дж) , где

• М – вес снаряда (кг × м/с2);

• V1 – скорость снаряда в момент контакта с объектом (м/с);

• V2 – скорость за пределами объекта (м/с);

• g – ускорение силы тяжести (м/с2).

Р_t = S(P)/t (Па) , где

• t – время существования волн упругой деформации (ВУД) (с)

• S(P) – площадь под модулем кривой ВУД (Па × с).

Расчет объема сферы поражения (временная пульсирующая полость + зона молекулярного сотрясения + зона первичного некроза) осуществляется по уравнению:

V= Е_k / Р_t (м³).

В таблице приведены критические величины радиуса и объема сферы поражения (V).

Критические величины радиуса и объема сферы поражения

Радиус сферы поражения (см)	V ≤ (м3)	Степень тяжести поражения
2	0,0001	легкая
4	0,0005	средняя
8	0,0022	тяжелая
> 8	> 0,0022	крайне тяжелая

В результате проведенных в научно-исследовательской лаборатории боевой патологии ГИУВ МО РФ экспериментальных исследований по изучению поражающей эффективности пули боеприпаса 7Н22 (калибр 5.45) было установлено, что повреждающее действие огнестрельного оружия определяется следующими факторами:

• непосредственным повреждающим действием ранящего снаряда (пули);

• повреждающим действием комбинации волн упругой деформации (ВУД), возникающей при торможении ранящего снаряда в тканях.

При этом были выделены три этапа формирования огнестрельного ранения, которые соответствуют фазам движения ранящего снаряда (пули) в тканях.