弹头、破片与创伤

■ 文/潇湘

喜爱看枪战片的朋友，大多热衷于火拼的热闹场面和强烈的视觉冲击，但并不清楚枪弹在人体内的运动规律和人体中弹后的致伤机理。实际上，早在枪弹和榴弹诞生的初期，很多人就想了解枪弹为什么能将人打死、致伤。于是，一门研究弹头、破片等物体侵彻人体规律的学科——创伤弹道学诞生了。

创伤弹道研究曾是二十世纪世界军事研究领域的重要课题之一，目前已经取得许多突破性成果。我国的创伤弹道研究始于二十世纪六七十年代，由于其特殊性，实验研究时只能采用模拟实验和生物实验，90年代初已取得许多世界领先的科研成果，为武器设计和伤员救治提供了丰富的经验和有力的理论支持。

枪弹和破片在空气中如何运动

弹丸和破片在空气中运动时，受到重力、空气阻力和风力的作用，就像抛掷石子的飞行轨迹一样是抛物线。由于受到空气阻力和风力作用，方形破片在运动中会出现不规则的偏转或翻转。球形破片则是滚动，类似将玻璃球在光滑的地面滑动时的情景。

旋转弹头和非旋转弹头在空气中的运动形式是有区别的。非旋转弹头由于质量分布误差和飞离枪口时弹底受力的不均匀性，在运动中出现一个以质量中心为轴心，与运动方向线产生一定偏离的偏转运动，亦称为“偏航”，偏航量的大小与长径比（弹头长与其直径之比）成反比。如果长径比大于6，基本就没有偏航运动了，就像在体育比赛中的标枪，长径比非常大（超过1 000），投掷后的标枪在飞行中就非常稳定。

旋转弹头在空气中的运动一般是由偏转（偏航）、进动（亦称为旋转）和章动三种运动形式组成的，比非旋转弹头多了旋进（进动）和章动两种运动。

由于弹头质量分布存在一定程度的非对称性，加上受到风偏影响，弹头在飞行中会出现围绕弹头长轴的偏转和摆动，这种明显偏离轴心的运动也称为偏航，一般会出现斜弹、横弹或偏弹。当弹头质量偏向一侧，产生过大偏转运动时，弹头还会出现翻转，弹尖向后的情况。

章动本来是一个天文学名词，在弹道学里是由于弹丸质量分布、膛内火药气体推力不均和膛线倒转侧力引起的，运动轨迹为玫瑰花结形。

进动是弹丸在枪的旋转膛线引导下，形成围绕弹头重心的环形旋转运动。其运动速度是递减的，运动轨迹呈渐小螺线形。弹头的旋转和章动组合起来是一种具有三维自由度的陀螺运动，与陀螺、直升机旋翼的原理是一样的，不同的只是转速和自由度不同。后两者受到地面或飞机本体限制，自由度只有两维。直升机的旋翼是每分钟一二百转，陀螺每分钟只有几十转，而现代枪弹至少是每分钟三四千转，有的甚至达每分钟八九千转或者更高。

从动能的角度看，相同速度的旋转弹头和非旋转弹头是相同的。旋转弹头的侵彻效果比非旋转弹头好，主要是因为在侵彻过程中，由于旋转体有离心力的作用，使物体对旋转弹头的侵彻阻力小于非旋转弹头，因而旋转侵彻消耗的能量相对要小一些。

枪弹、破片在肌体中的运动

弹丸和破片在人体组织内运动的环境，与在空气中有很大区别，因为人体肌肉组织的密度比空气大许多倍，加上还有骨头、内脏等密度相差很大的组织和器官。那么，弹头和破片等侵彻人体后的运动规律是什么样？它们对人体的致伤机理又会怎样呢？为摸清这些规律，人们进行了一系列模拟实验和生物实验，是设计师在创伤弹道学研究中至关重要的一个环节。

研究发现，在现代战争中使用的常规武器中，最终形成杀伤效果的是弹头和破片。弹头又有旋转弹头和非旋转弹头，破片有高速破片和低速破片。

旋转运动的高速弹头进入人体后，由于飞行介质的密度急剧增加，弹头和破片便失去了原有的稳定性，速度高时一般发生侧翻，小口径旋转弹头还会出现翻滚。旋转弹头在产生轴向振动的同时形成侧向搅动，使肌体产生出口大于入口的喇叭形创伤，甚至会使伤道的神经受损，或产生负压区，把细菌吸入伤道,造成严重感染。因为弹头翻滚产生的杀伤效果大，所以许多国家都在研究通过改进弹头结构、选择合适的弹头长径比（如发展小口径枪及弹），以及将弹头设计成不对称形状等途径，来实现弹头在肌体中的翻滚，提高杀伤效果。

■小口径旋转枪弹在肥皂靶中的侵彻效果

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■非旋转弹头侵彻肥皂后形成的喇叭形空腔

在我们的模拟实验中，用肥皂做靶标，子弹侵彻（穿透）后，空腔（出口）最大直径比进口大十几倍甚至几十倍，高速小口径枪弹的侵彻效果尤佳。在用北约5.56毫米M193式小口径枪弹进行肥皂模拟试验中，弹头侵彻肥皂后，入口很小，出口也不大，形成一个中间直径很大的葫芦形空腔。我们又用北约5.56毫米的M193式小口径枪弹进行生物试验，射击猪臀部，除形成永久性伤道外，还在伤道外有一层临时性受伤肌体（现场解剖肌肉呈深红色，次日解剖深红色基本消失），解剖学上称为“临时伤道”。弹头侵彻12~13 厘米后开始出现翻滚，空腔直径急剧增大，在18~19厘米处空腔直径达到最大值，到侵入25~26 厘米时弹头停止翻滚，形成伤道空腔的最大处直径达100毫米以上。比筷子尖还小的弹头，在肌肉中形成的空腔直径比成人的拳头还要大，且伤道周围的组织损伤严重。对猪的大腿部射击时，入口很小，形成的伤道中心直径也只有50毫米，出口直径高达100毫米以上，产生的出口几乎有巴掌大，就像张开大口的狼嘴，看上去非常恐怖。

在侵彻过程中，弹头在旋转和翻滚过程中还会出现破碎，并将与其接近的肌体搅碎，形成的小破片和碎肉在肌肉中四处飞溅，对肌体造成严重的二次损伤。这些效果主要是由子弹旋转与翻滚造成的，我国小口径枪弹的创伤效果与此基本相同。

我们在试验中，发现非旋转弹头和破片侵彻肌体的效果和形成的伤道空腔形状，与其侵彻时的初始速度有关：高速效果好，低速效果差。低速非旋转弹头和破片进入肌体后，尽管因飞行介质的密度急剧增加，运动形式也出现变化，如速度剧减等，但发生侧旋的几率很小，因而形成的伤道是管状。我们在肥皂模拟实验中发现，重0.3克的低速（200 米/秒）小破片侵彻肥皂后，形成管状空腔，入口和内腔的变化不大；在生物试验中，用滑膛枪发射低速（200米/秒）7.62毫米非旋转弹头射击猪腿，形成的空腔是一条管形通道，伤道的入口和出口相差无几，比弹头直径大不了多少。低速（200 米/秒）球形破片形成的伤道空腔也是管状的。

高速非旋转弹头和破片侵彻肌体后，由于在高速段弹头能量迅速向肌体传递，伤道入口比弹头和破片大许多，呈喇叭状。我们在模拟试验中，用0.3克的高速（500米/秒）小破片侵彻肥皂后，形成的空腔就是喇叭状，用弹道枪射击高速（700 米/秒）非旋转弹头也是这样。这说明球形破片的侵彻效果和空腔形状与方形破片相差不大。我们在生物试验的解剖中发现，重0.3克、长宽2毫米、厚2.5毫米的高速（1 800米/秒）小破片，形成的伤道皮下入口在40毫米以上，伤口面积是破片面积的300多倍，但伤道比较浅，不到30毫米。可见比米粒还小的破片，能形成杯口大的伤口。高速（500米/秒）球形破片侵彻肥皂后形成喇叭形空腔，深度也很浅。

■方形小破片以5000米/秒（上）和200米/秒速度侵彻后形成的空腔

在试验中我们还发现，破片的侵彻深度与破片的密度成正比，而伤道空腔的容积与破片的密度无关。低密度破片侵彻后形成的伤道短浅，但空腔直径大。如我们在试验中，高速橡胶球侵彻肥皂后形成比较浅的碗状空腔，但直径很大，形成的空腔容积与相同重量的钢珠破片形成的空腔容积相差无几。从形成的伤道空腔分析，破片侵彻后形成的__空腔容积与其具备的能量相关，与本身的密度相关性不强。但杀伤效果与本身密度是有关的，伤道太浅，杀伤效果就差。

损伤类型及致伤机理

旋转弹头形成的伤道一般是管状，贯穿伤的空腔大多为喇叭管状，盲道伤的空腔为不规则葫芦状。非旋转弹头形成的伤道一般也是管状，贯穿伤的空腔大多为直管状，盲道伤的空腔为盲管状。还有一种侵彻性致伤的子弹，它在击中目标后会产生极大的冲击力，作用于人体所产生的伤害常常是致命的。这种伤害不呈现贯穿性，但会造成内伤，重者危及生命。

■肌肉组织内形成的伤道示意图

破片对人体的致伤机理与子弹单体相同，但破片有球形、椭球形、方形、三角形和不规则形等形状，其中不规则形破片大多都是自然形成的破片。球形和椭球形破片形成的伤道空腔与子弹形成的空腔大体相同，其余破片形成的伤道空腔都是不规则的。

在弹头和破片的致伤效应中，主要是侵彻作用和空腔效应。对于骨骼等坚固组织，可直接侵彻出永久性原发贯通伤道或盲管伤道，甚至使它碎裂。对于软组织，由于侵彻压力波的作用，原发伤道将急剧扩张形成暂时空腔，并使空腔剧烈地反复胀缩运动。这不仅会严重损伤肌肉、血管和神经，还可折断未直接命中的骨骼。对于颅脑、肝脏等稠粘性组织，高速弹头和破片产生的压力波可引起器官的广泛损伤，甚至粉碎。创伤的严重程度取决于弹头或破片在目标内释放能量的速度和大小。

可见，破片伤、枪弹损伤的伤情五花八门，归纳起来有三种损伤类型。

撕裂与挤压 当子弹或破片以音速（340米/秒）传入组织时，组织被挤压与推开，形成伤道或撕裂。如果没有直接损伤重要器官或血管，创伤与手持动能武器（如小刀）造成的损伤相似。

暂时伤腔 当子弹或破片以超过2.3倍音速（782米/秒）传入组织时，在肌肉组织内可形成明显的暂时空腔。

冲击波传播 抛射体进入肌肉组织后，压迫其前面及周围的组织，在被压的组织内形成球形波，以水下音速（1 500米/秒）的速度向四周或沿血管传播，使远离伤道的器官受到损伤。

子弹和破片的主要致伤机理有以下四种。

侵彻作用 高速弹头和破片撞击人体，直接形成杀伤。比如，穿越骨骼，穿过各个组织。动能大的子弹如果没有击中特别硬的人体组织，如骨骼，将从人体穿越，留下一个贯通的空腔。子弹经过之处，如果碰到血管，会将血管撕破或打断，造成人体大量失血，引起死亡。如果没有伤及重要器官或血管，贯通伤一般不会致人死亡。在生物试验中，高速破片从猪大腿射入，形成贯通伤，没有伤及骨头时，将猪从实验架上放下后照样能奔跑。

■橡胶球侵彻肥皂后形成的碗形空腔

■7.62毫米枪弹射击肥皂靶后形成的入口、出口侵彻效果

旋转弹头的旋转效应 高速自旋转将增加子弹头在人体内的能量释放，弹头经过的通道将形成比弹头直径大许多的空腔。

翻转效应 高速的轻质旋转弹头在侵彻人体时，遇到人体组织的阻力后，会在组织内出现连续翻转，在人体内形成直径是弹径几倍、十几倍甚至几十倍的不规则空腔。高速小口径步枪就依靠弹丸的翻转在人体内形成巨大空腔，从而形成更大的杀伤力。旋转和空腔效应也称为侵彻和空腔效应。

感染效应 速度较低的弹丸不能在人体形成贯通伤，子弹就留在人体内，如果不及时清除会带来感染等问题，增加救护难度，提高伤残和死亡率。