爆炸是某种物质系统在发生迅速的物理或化学变化时，系统本身的能量借助于气体的急剧膨胀而转化为对周围介质做机械功，同时伴随有强烈的放热、发光和声响等效应。爆炸是一种常见的现象，比如锅炉爆炸，汽车或自行车的轮胎爆炸，燃放鞭炮，原子弹、氢弹的爆炸等。就爆炸的性质而言，可分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸，这三种情况都可引起冲击伤。

是指物质形态发生变化，而化学成分和性质没有改变的爆炸。常见的蒸汽锅炉或高压气瓶的爆炸属于此类。前一种是因过热的水迅速转变为过热的蒸汽，造成高压后冲破容器的阻力引起爆炸。后一种是因充气的压力过高，超过了气瓶所能耐受的程度，致使气瓶发生破裂而爆炸。其他如地震、强火花放电（闪电）或高压电流通过金属能所引起的爆炸等，也属于此类。

是指物质发生极迅速的化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸。化学爆炸不仅使物质的形态发生变化，而且使物质的成分和性质也发生了变化。炸药爆炸是最为典型的化学爆炸。此外，细煤粉悬浮于空气中的爆炸，甲烷、乙炔以一定的比例与空气混合所产生的爆炸，也属于此类。

化学爆炸按爆炸时所产生的化学变化，可分三类：①简单分解爆炸：引起简单分解爆炸的爆炸物在爆炸时并不一定发生燃烧反应，爆炸所需的热量，是由于爆炸物质本身分解时产生的。属于这一类的有叠氮铅、乙炔银、乙炔铜、碘化氮、氯化氮等。这类物质是非常危险的，受轻微震动即引起爆炸。②复杂分解爆炸：这类爆炸性物质的危险性较简单分解爆炸物低，所有炸药均属之。这类物质爆炸时伴有燃烧现象。燃烧所需的氧由本身分解时供给。各种氮及氯的氧化物、苦味酸等都是属于这一类。③爆炸性混合物爆炸：所有可燃气体、蒸气及粉尘与空气混合所形成的混合物的爆炸均属于此类。这类物质爆炸需要一定条件，如爆炸性物质的含量、氧气含量及激发能源等。因此其危险性虽较前二类为低，但极普遍，造成的危害性也较大。

核爆炸是指核裂变（如原子弹爆炸）或核聚变（如氢弹爆炸）时突然释放出极其巨大能量的过程。便于和普通炸药比较，核武器的爆炸威力，即爆炸释放的能量，用释放相当能量的TNT炸药的重量表示，称为TNT当量。

原子弹爆炸时，其核装料 ²³⁵铀或 ²³⁹钚在中子作用下，在不到1μs内，发生连锁裂变反应，释放出巨大的能量。1kg铀或钚完全裂变时所释放出的能量约等于2万吨TNT炸药爆炸时所释放出的能量。氢弹爆炸时，在用原子弹引爆所产生的极高温度和中子的共同作用下，其核装料氘、氚、锂等轻原子核聚变成为较重的原子核，同时释放出巨大的能量。1kg氘完全聚变时所放出的能量，约等于6万吨TNT炸药爆炸时所产生的能量。或者说，1kg氘的爆炸当量为6万吨。

核爆炸时，弹体内可产生几千万度的高热和几百亿个大气压，由此形成的高温高压气体，迅速向四周膨胀，就形成了核爆炸冲击波。

爆炸产生的冲击波是立体冲击波，它以爆炸点为中心，以球面或半球面向外扩展传播。随着半径增大，波阵面表面积增大，超压逐渐减弱。

炸药爆炸时，瞬间产生大量的爆炸产物，即高压气体，同时释放出大量的热。高热、高压气体迅速向四周膨胀，并将其能量传给周围的空气介质，由此使得爆炸产物周围形成了初始冲击波（图3-1）。这时，初始冲击波尚未形成完整的球形。紧接着，因爆炸产物不断高速膨胀而将能量进一步传给周围的介质，此时初始冲击波才基本上形成了完整的球形。在这段距离内（即爆点附近），爆炸产物的前端和冲击波重合在一起，形成一个整体，以相同的速度同时运动，共同对周围起破坏作用。但在此范围内，爆炸产物的密度比冲击波波阵面空气的密度大20倍，故此时破坏效应主要由爆炸产物所致。爆炸产物在膨胀过程中，不断将能量传给冲击波，因而本身的压力和能量不断减少，膨胀的速度也相应地减慢，最后停止膨胀。根据爆炸产物的压力 P与其膨胀半径的关系（ P≈1/ r ⁹）计算，当爆炸产物的半径因膨胀增大1倍时，其压力下降到原来压力的1/512。由此推算，爆炸产物膨胀到最大体积时的半径，只能达到装药半径的10～15倍。爆炸产物停止膨胀后，冲击波就脱离出来，单独在空气中传播。由于冲击波从爆炸产物中得到大约75%的能量，故在向四周传播的过程中仍有很大的能量和杀伤破坏作用。

核爆炸时，由于突然释放出极其巨大的能量，因而使得爆心周围所有的物质都化为炽热的高压气体，并形成一个内部温度均匀的高温火球。高温高压气体迅速向周围膨胀时，形成一个压缩波，此波很快就变成了波阵面非常陡峭的冲击波。起初冲击波波阵面落在火球的后面。不久其波阵面就超过了火球的表面。在向四周传播的过程中，波阵面处的超压不断下降。经一定距离后，开始在超压之后出现负压。从而形成典型的核爆炸冲击波。

激波管是一种特制的冲击波发生器，用于满足实验室内开展爆炸冲击波的相关研究。通常激波管是由几节钢管连接起来的一个长管，用1个膜片将长管分为两段：一段充以高压气体，叫“高压段”；另一段与大气相通，气压较低，故称“低压段”。低压段又可分为过渡段（经此段后形成稳定的激波）、量测段（作压力测试或标定）和管尾部试验段（常作生物实验用）。当膜片承受不了高压段内的气体压力而发生破裂时，管腔内立即发生气体的高速流动，高压段中形成稀疏波，其运动方向是背离膜片侧。低压段中形成激波，其运动方向与稀疏波相反，朝向管尾侧。激波与核爆炸或炸药爆炸时产生的冲击波相比，虽然有时在波形上有所不同，但性质上是相同的。

激波管的高压段与低压段长度之比一般为1∶（5～10），量测段距膜片的距离需大于激波管直径的30倍以上，以保证所测的激波稳定而均匀。高压段的长度决定着激波作用时间的长短。例如，模拟核爆炸冲击波时，需要长的高压段。通常，每米高压段可产生5毫秒的平台作用时间（指处于平稳峰值状态所持续的时间）。低压段的长度要适当，才能保证形成稳定的激波波形。如过长，不仅激波会不断衰减，而且平台作用时间将缩短，总的作用时间将延长，甚至激波变成三角形波形。因此，根据一般的设计要求，高压段长2.4～6m，低压段长15～30m。生物实验时所用的膜片多为A00纯铝，此种膜片被击破后不会产生飞散的碎片，故碰坏传感器或使动物造成破片伤的机会极少。多数情况下，在高压段内充以压缩空气作为驱动源。

冲击波在空气中运行的过程中，形成了好似双层球形的两个区域。外层为压缩区，内层为稀疏区（图3-2）。压缩区内，因空气受到压缩，故压力超过正常大气压，同时空气向前流动。超过正常大气压的那部分压力称为超压，空气流动所产生的冲击压力称为动压。波阵面上的超压和动压均最大，分别称为超压峰值和动压峰值，一般所说的超压值和动压值就是指超压峰值和动压峰值，单位为kg/cm ²。

在稀疏区内，由于空气被压缩后所产生的真空作用，使该区域内空气高度稀疏，低于正常的大气压，空气向相反的方向（朝向爆心一侧）流动。低于正常大气压的那部分压力称为冲击波负压，最大的负压称为负压峰值，通常所说的负压，就是负压峰值。稀疏区内，因空气流速较小，故动压很小。一般地说，负压的破坏作用较超压和动压轻。

冲击波到达某一地点时，该地的空气因突然受到压缩而于瞬间达到最大值，同时空气向前迅速运动。波阵面通过该地后，空气压力和流速均逐渐减低，当压缩区尾部经过该地时，空气压力已降至正常大气压，空气停止流动。紧接着是稀疏区通过该地，空气压力此时降至正常大气压之下，形成负压，同时空气向爆心侧流动。当稀疏区通过该地后，该地的空气又恢复正常。最初，冲击波以极高的速度（每秒数千米）向四周传播。随着传播距离的增加，波阵面的压力值迅速下降，传播速度也迅速降低。当其速度减至声速（在1个标准大气压、15℃的条件下约为340m/s）时，冲击波就变为声波。

核爆炸和炸药爆炸都是在有限的空间内急剧释放大量能量的结果。由于能量的突然释放，使得温度和压力迅速上升，从而使所有爆炸物成为炽热的高压气体，并向周围膨胀，这些能量传给周围的介质（如空气、水）就可产生冲击波。

不论核爆炸还是炸药爆炸性，两者产生的冲击波都具有相似的基本物理特性和变化规律，其致伤因素（如动压、超压和负压）和致伤原理都是相同的。此外，不论核武器或普通炸弹，其破坏作用（指对建筑物、工事、桥梁、车辆、兵器等的破坏）都主要是冲击波引起的。

炸药爆炸时产生的冲击波，是爆炸物中原子（如TNT中的氢、碳、氧、氮原子）之间重新排列而释放出能量的结果。核爆炸冲击波的能量，产生于原子核内质子与中子的重新分配或重新结合。也就是说，这种能量是由于特定的核子之间相互作用而产生的。

核爆炸比常规炸弹爆炸时释放出的能量大几千倍至几百万倍，由此产生的冲击波，自然要比常规炸弹爆炸时大得多。就直接杀伤区而言，核爆炸时冲击波杀伤范围可达数平方千米至一千平方千米。而普通炸弹冲击波的杀伤范围一般不会超过0.1～0.2平方千米。

就能量比例而言，两者有很大的不同。通常，核爆炸时，约50%的能量变为冲击波，35%变为光辐射，5%变为早期核辐射，10%变为放射性沾染（或称剩余核辐射）；而普通炸药爆炸时，全部或几乎全部的能量均变为冲击波。

核爆炸时，爆心附近的冲击波压力值非常高。以一百万吨当量核武器触地爆炸为例，距爆心0.4km以内的地区，冲击波的超压值和动压值均在100kg/cm ²以上。而普通炸弹爆炸时，爆区附近的压力值却小得多。例如，1 000kg TNT炸药地面爆炸时，距爆心10m处的超压值为10.54kg/cm ²，100m处为0.118kg/cm ²。对于破坏浅地下或地面的目标（如一般的工事、建筑物、集群坦克等）来说，通常超压值达3～6kg/cm ²就可达到目的。至于造成人员的杀伤，所需的压力值更低。通常超压值达1～2kg/cm ²，动压值超过0.5kg/cm ²，就可使人员致死。由此看来，核爆炸时，有相当一部分冲击波能量是无作用的。若与相同当量的炸药爆炸相比，其有效的杀伤破坏作用反而小得多。

从理论上说，在开阔的空间爆炸时，两种爆炸都在1微秒（1微秒=10 ^-6秒）内使大气压增大至最大值。但实测表明，40kg TNT炸药爆炸时，压力上升时间约在0.5毫秒，而核爆炸时，约在几毫秒或十几毫秒之间。就正压作用时间而言，两者的差异更为显著。炸药爆炸时，其正压作用时间约为十分之几毫秒至几十毫秒，普通炸弹、鱼雷等为3～15毫秒；而核爆炸时却长达十分之几秒至十几秒（1秒=1 000毫秒）。正因为如此，在核爆炸时，造成一定伤情所需的压力值要比炸药爆炸时小。

炸药爆炸后，压力随距离而衰减的幅度较核爆炸时为大，以1 000kg TNT炸药地面上空爆炸为例，距爆心10m处的超压值高达 10.54kg/cm ²，而 20m处就迅速衰减至1.97kg/cm ²，70m 处已降至 0.20kg/cm ²（安全阈值）以下。相比之下，核爆炸时压力值的衰减则缓慢得多（表3-1）。

冲击波对人员的杀伤主要是在正压作用时间内超压和动压作用的结果，负压也有明显的致伤作用。影响冲击波致伤的物理参数包括压力峰值、压力作用时间、压力上升时间、负压、冲量、土中压缩波和地震波等。冲击波的致伤作用常用压力峰值、压力作用时间和冲量三个特征参数衡量。

指冲击波压力（超压或动压）的最高值，单位是 kg/cm ²，或千帕（kilopascal，kPa），1kg/cm ²约等于 97.98kPa。 在多数情况下，压力峰值是决定伤情的主要因素，压力峰值越高，伤情越重。一般认为，造成人员轻度冲击伤（如鼓膜破裂或内脏轻度出血），所需的最小压力峰值为0.14～0.351kg/cm ²，造成人员死亡的最小压力峰值为1.0～2.6kg/cm ²。

压力作用时间包括正压作用时间和负压作用时间。正压作用时间是指冲击波压缩区通过某一作用点（如人体）的时间，负压作用时间则是指冲击波稀疏区通过某一作用点的时间，单位都是毫秒或秒。压力作用的时间愈长，伤情愈重。普通炸弹或炸药爆炸时，正压作用时间仅有数毫秒至数十毫秒；而核爆炸时，可达数百毫秒至十几秒。因此，普通炸弹爆炸时，造成一定伤情所需的压力峰值，一般都比核爆炸时高。

表3-2显示不同正压作用时间下造成6种动物50%死亡（LD ₅₀）所需要的超压值。根据6种动物的实验结果，依体重推算出，在正压作用时间为400毫秒的条件下，造成70kg体重的人员24小时内50%死亡（LD ₅₀）所需的压力值为3.7kg/cm ²。在此基础上，可进一步算出在不同正压作用时间条件下，造成70kg体重的人员伤后24小时内1%、10%、50%、90%和99%死亡所需的超压峰值（即 LD _{1、10、50、90、99}，表3-3）。 据文献报告，正压作用时间较长（如大当量核爆核爆炸）时，造成同样伤情所需的超压值常比正压作用时间短（如小当量核爆炸）。

不论是空爆还是地爆，地面冲击波的正压作用时间，均遵守以下规律：在距离相同时，当量越大，正压作用时间越长。在比高相同的条件下，在同一超压值和动压值的距离上，其正压作用时间和当量的立方根成正比。例如，1千吨当量的核武器地面爆炸，在超压值为0.45kg/cm ²和动压值为0.066kg/cm ²处，正压作用时间为0.296秒。而100万当量核武器地爆时，同一超压值和动压值处的正压作用时间为2.98秒，即当量增大1 000倍，正压作用时间增加10倍。

指某作用点从开始受冲击波作用至达到压力峰值所经历的时间，单位是毫秒或秒。一般说，压力上升时间愈短，伤情愈重。在开阔空间，压力上升的时间极短（炸药爆炸时约在1毫秒以内，核爆炸时约在数毫秒至十几毫秒之间）。但在密闭空间，如建筑物或坦克内，压力上升时间则大为延长（可达100毫秒以上）。在后一种情况下，即使压力峰值较同距离的开阔空间为高，正压作用时间也长，其中人员的伤情却因压力上升时间的延长而明显减轻。

据文献报道，在超压峰值为1.52～1.64kg/cm ²、正压作用时间为1.04～1.10秒的条件下，由于压力上升时较长（200～237毫秒），6只狗无1例发生冲击伤。用激波管进行的动物实验中也可看到，在瞬间达到压力峰值，正压作用时间为400毫秒时，狗的LD ₅₀为3.5kg/cm ²。但压力上升时间延缓至30～150毫秒的条件时，即使正压作用时间持续5～10秒，压力峰值达到10.6～12.0kg/cm ²，也不致造成动物死亡，且伤情很轻。因此，压力上升时间的长短对于冲击波的致伤作用有重要影响。

负压是指冲击波稀疏区内低于正常大气压的那部分压力，最大的负压称为负压峰值。负压作用时间约为正压作用时间的数倍至十倍。曾经人们认为，冲击波致伤发生在最大压力值或压力上升时期而不是在负压期。20世纪90年代，作者实验室首次发现，一定程度的负压也可以造成严重的肺损伤。

冲量包括压力峰值和压力作用时间两个因素，是指压力作用下各个瞬间压力值的总和。虽然冲量是确切反映冲击波物理量与生物致伤关系的指标，但由于测量上较为困难，应用不便，一般都用压力峰值和压力作用时间参数来代替冲量。

空气中传播的冲击波传至地面时，会压缩土壤，并产生向下传播的土中压缩波。触地爆炸时，还产生直接传入地下的地震波，使爆心附近的地下产生强烈的震动。压缩波在土中传播时，比冲击波在空气中传播衰减要快得多。例如，在砾质砂土中传播，当地面超压为2.7kg/cm ²时，经3m厚的土层，超压被削弱到1.12kg/cm ²，经4.5m厚的土层时，超压降至0.4kg/cm ²。因此，工事如构筑于上层很深的地下，则可减轻或避免冲击波造成的破坏，工事内的人员也可减轻或避免发生冲击伤。

土中压缩波作用于浅埋工事或坑道顶部时，会发生反射，反射后的超压可比入射超压增大2倍以上，由此会使工事遭到不同程度的震动和破坏。触地爆炸时产生的地震波，则可使爆心附近的地下建筑产生较严重的破坏。有时工事虽完好无损，但工事内的人员可能会发生损伤，工事内构设备也可能受到损坏。

核爆炸和炸药爆炸虽在产生冲击波和造成冲击伤方面有许多共同点，但也有一些不同之处。一个重要的差别就在于正压作用时间的长短。核爆炸时，冲击波正压作用的时间为十分之几秒至十几秒，持续时间长，相当于炸药爆炸时的数十倍至数百倍，因此，同样的压力峰值，核爆炸造成的损伤明显大于炸药爆炸。

炸药的重量或当量不同，所产生的冲击波压力峰值和正压作用时间也不同，由此造成的伤情也会有所差异。不言而喻，炸药量愈多，或核武器的当量愈大，在同一距离上的压力峰值愈高，所致损伤也愈重。另一方面，在造成同样压力峰值的条件下，炸药量或核武器当量愈大，则正压作用时间愈长。例如，压力峰值为0.07kg/cm ²，22.7kg TNT炸药爆炸，正压作用时间为2毫秒；1 816kg炸药，正压作用时间10毫秒；1千吨当量核爆炸时为400毫秒；1万吨当量时为900毫秒；10万吨当量时为2秒；100万吨当量时为2.4秒。因此，在压力值相等的情况下，大当量核爆炸或大量炸药爆炸造成伤情要明显重于小当量核爆炸或小量炸药水爆炸所造成的损伤。

不同的爆炸方式也要影响冲击波的致伤作用。空爆形成合成波，超压在爆心投影点处最大，向远处逐渐随距离增大而减小；而地面动压，在爆心投影点处为零向远处逐渐增大，到马赫点处最高，再向远处，又逐渐减小。因此，超压所致的损伤以爆心处最重，动压所致的损伤以马赫点处最重。由于地面暴露人员冲击伤的伤情主要取决于动压的作用，所以整个说来，冲击伤伤情在爆心投影点处稍轻，至马赫点处最重，再往远处，又逐渐减轻，伤情呈峰形分布（图3-3）。地爆不形成合成波，超压和动压都是以爆心处最高，向四周随距离增大而逐渐减低。因此，整个伤情，也是由重到轻，呈阶梯形分布（图3-4）。因此，空爆时冲击波的杀伤范围要比地爆大。

爆炸时的比例爆高，简称比高，是确定爆炸方式的主要因素（表3-4）。比高为实际爆炸高度（m）与爆炸当量（kg）立方根的比值。即使同样都是空爆，由于比高不同，其杀伤效应也有所不同。当量不同而比高相同时，爆心投影点处的超压值都是一样的。距爆心投影点接近1倍爆高处最高动压也相等，因此对该地区目标的杀伤破坏作用也大致相等。例如，比高同为120时，1千吨和100万吨两种核爆炸，在爆心投影点处的超压均为10.2kg/cm ²；比高同为60时，在爆心投影点处的超压值均为128kg/cm ²。这是因为，在比高相同的条件下，当量如果增大，实际爆炸高度也相应地增大，故爆心投影点实际所受的压力值是一样的。当量相同而比高降低时，近爆心区冲击波的杀伤破坏作用会显著加强，但总的杀伤范围却有所缩小。例如：1颗当量为100万吨的核武器在比高为120（实际爆炸高度为1 200m）的条件下爆炸时，地面的最高动压值可达5kg/cm ²以上（距爆心投影点1 054m处的地面动压值最高，为5.15kg/cm ²），约有1km的地段（距爆心投影点600～1 600m），地面动压值在1.50kg/cm ²以上。在此地段内的地面暴露人员，可因强大的动压作用而造成肢体离散，并可被抛掷数百米远。将近2km的地段（距爆心投影点300～2 200m），地面动压值在0.6kg/cm ²以上，在此地段内的地面暴露人员，可发生体腔破裂和内脏外露，并可被抛掷数十米以上。可是，同是100万吨当量的核武器，若在比高为200（实际爆炸高度为2 000m）的条件下爆炸，地面的最高动压值尚不足0.6kg/cm ²（距爆心投影点2 240m处的动压值最高，为0.57kg/cm ²），地面暴露人员一般不会或极少发生严重的损伤，而只可能发生内脏（如肝脾）破裂或骨折，人员被抛掷的概率和距离也要小得多。

从超压方面说，比高为120时，地面最高超压值（爆心投影点处）为3.55kg/cm ²，而比高为200时，地面最高超压值为2.66kg/cm ²。由此可以推断，比高降低时，超压造成的损伤也会有所加重。

就杀伤半径而言，比高为120的条件下，100万吨当量核爆炸时，冲击波的最远直接杀伤边界为8.2km；而比高为200时，最远边界则为9.4km。

核爆炸时，在爆心投影点附近的地域内，因强烈光辐射的作用，可形成一个超过常温的空气层，即“热层”。在比高低于300的条件下，地面上的空气会形成热层。如热层在冲击波到达之前形成，当冲击波进入热层后会发生热效应，表现为：冲击波的超压降低，动压增加，正压作用时间也略有增加。在热层影响下，地面冲击波超压最大可降低30%左右；地面的动压，空爆时在规则反射区内可增加3～4倍。在非规则反射区，因热层温度不很高，故对动压的影响不大。在大面积冰层、雪层覆盖的地面上核爆炸或超高空核爆炸时，地面上不会形成热层。

在爆炸冲击波作用下，人员有无准备和防护，损伤情况会大不相同。处在不同工事内的人员，可减轻或避免冲击波损伤。

爆炸时，杀伤区内人员的体位对伤情有一定的影响。面向爆心时，迎风面大，被抛掷的距离远；侧向爆心时，迎风面小，被抛掷的距离小；卧位时迎风面最小（约为直立时的1/5），一般不会产生位移，基本上可以避免动压所致的损伤。

体质不同对冲击波的耐受性差异也很大，年轻力壮与年老体弱者，在受到同样冲击波的作用后，伤情可能大不相同。如原先有心肺或其他内脏疾病时，伤情势必更加严重。动物实验中也曾看到，同一地段的狗，瘦弱者伤情更重些，死亡率也较高。但是，如发生被抛掷的情况，则体重大者损伤常更重。就动物种类而言，一般来说，小动物对冲击波的耐受性比大动物差，压力作用时间的差异对小动物伤情的影响不明显。

冲击波在沿地面传播的过程中，当遇到高地、土丘、山峰时，在朝向爆心侧的正斜面上，冲击波因受阻而发生反射，致使超压增加（图3-5A）。冲击波沿高地、土丘或山峰的两侧和顶部绕过时，其背面的超压和动压都有所降低，从而形成了一个减压区（图3-5C），在减压区以外的地域，冲击波汇合在一起时，超压又有所增加，形成一个增压区（图3-5D）。一般来说，高地的正斜面坡度愈大（即愈陡峭），超压增加愈大；反斜面坡度愈大，减压区内超压和动压减低得也愈多。利用地形的这一特点，人员或武器装备等可进入高地反斜面的减压区内，以减轻或停止冲击波的杀伤和破坏。

谷地对冲击波的传播也有一定影响。谷地与冲击波传播方向垂直时，超压和动压均有所降低。若冲击波顺着谷地传播时，由于谷地侧面对冲击波的反射作用，会使冲击波超压和动压都有所增加。

在城镇居民点或建筑物比较密集的地区，人员发生间接冲击伤的比例要大得多；开阔地面上暴露的人员，发生直接冲击伤的比例会明显增加。森林、山地、土丘、凹地等能不同程度地削弱冲击波的作用，从而可减轻该地段内人员的伤情。

冲击波的致伤作用与当时的环境压力也有很大关系。有人用小鼠做实验，爆前分别置于爆室内，使之保持在 0.49、0.85、1.27、1.69和2.96kg/cm ²的环境压力下，爆后迅速调至爆前的压力值，爆后1小时再置于平时的大气压环境中，结果表明，爆后1小时死亡50%所需的压力值分别为 1.43、2.20、3.13、3.89 和6.46kg/cm ²，这就表明，随着环境压力的增高，动物对冲击波的耐受性也相应增加。对于人员来说，在受到爆炸冲击波作用前，多半均处于约1个大气压的环境中，此时环境压力的因素可不予考虑。但对处在大气压力较低的高原地区人员，有可能因爆前环境压力较低而使爆后的伤情加重。

风速随高度的增加而增大。核爆炸时，在上风向处压力减弱，在下风向处压力增强。由于风速总是小于冲击波的传播速度，所以风对冲击波压力的影响很小。在超压值大于0.1kg/cm ²的地域，风力对冲击伤的伤情影响很小，故可不予考虑。

空气温度以地面上最高，随着高度的增加而逐渐降低。夏天中午，这种关系尤为明显，此时，远距离上冲击波作用会有所减弱；在严寒的冬季和夏天的夜间，常出现相反的情况，即地面空气层的温度随高度增加而增加，此时，远距离上冲击波的作用会有所增强。一般情况下，空气温度的变化对杀伤区内人员冲击伤伤情无明显影响。

雨天冲击波的传播范围有所减小，杀伤区内人员的伤情也可能略有减轻。

核爆炸后，离爆心数十千米甚至数百千米远的地方，有时可以听到巨大的爆炸响声，甚至可打碎门窗的玻璃。这种现象是因弱冲击波“聚焦”所造成的，即由于冲击波受到大气层的反射后折回地面所致。由此可见，是否产生聚焦现象、聚焦的位置和轻重程度，取决于爆炸时数十千米高度内的气象条件。

冲击波破坏伤害准则主要有超压准则、冲量准则和超压-冲量准则等，其中最常用的是超压准则。定量分析爆炸冲击波的伤害破坏作用，先要确定爆炸产生的冲击波超压与爆炸能量间的关系，进而分析不同爆炸情形下产生的能量及伤害破坏作用。

该准则认为，当冲击波超压大于或等于某一临界值时，就会对目标（建筑物、设备设施以及人员等）造成一定程度的破坏或伤害（表3-5）。 它的适应范围为：ωT+>40，式中。 ω为目标响应角频率（1/s），T+为正相持续时间（s）。超压准则只适用于凝聚炸药点源爆炸的特定情况。由于爆炸源不同，即使同样的超压所具有的破坏效应也是不相同的。例如，和炸药相比，蒸汽云爆炸产生的同样超压具有更大的破坏作用。超压准则的一个致命弱点是只考虑超压，未考虑超压持续时间。理论分析和实验研究均表明，同样的超压值，如果持续时间不同，破坏效应也不相同，而持续时间与爆炸量有关。

破坏效应不但取决于冲击波超压，而且与超压持续时间直接相关，于是有人建议以冲量 I（P _a，s）作为衡量冲击波破坏效应的参数，这就是冲量准则。冲量的定义为 ，式中Δ P（ t）为超压。该准则认为，当作用于目标的冲击波冲量达到某一临界值时，就会引起该目标相应等级的破坏。由于该准则同时考虑了超压与超压作用持续时间以及波形，因此比超压准则更全面。但该准则也忽略了一种情况，即超压低于某个最小临界值，即使作用时间再长，冲量再大，目标也不会遭受破坏。事实上，冲量准则的适应范围为： ωT+<0.4。此外，不同的爆炸波形，同样冲量值产生的破坏作用也可能会显著不同。

20世纪70年代，美国海军武器实验室和弹道研究实验室经过大量实验和理论研究，逐步形成了一套压力-冲量破坏模型。该模型认为破坏效应由超压ΔP与冲量I共同决定。它们的不同组合如满足如下条件，就可以产生相同的破坏效应。图中P _cr、I _cr分别为目标破坏的临界超压与临界冲量。ΔP<P _cr或I<I _cr，代表安全区，其余区域为破坏区。越靠近平面的右上方，所产生冲击波的破坏作用越大（图3-6）。通常认为，超压-冲量准则对凝聚炸药爆炸产生的冲击波适用，对蒸汽云爆炸、粉尘爆炸等也适用。

爆炸冲击波对人的伤害作用，包括直接伤害效应、位移伤害效应、爆炸火球的热辐射效应、房屋倒塌的伤害效应、高速飞行的爆炸碎片对人体的伤害效应等。根据其致伤因素，爆炸冲击伤一般分为四类损伤（表3-6），即由冲击波直接伤害引起的原发（或一级）冲击伤，爆炸碎片等投射物引起的二级冲击伤，冲击波抛掷人体引起的三级冲击伤，以及烧伤、窒息、中毒引起的四级冲击伤。爆炸冲击波的损伤类型与爆炸发生的环境密切相关。

是指爆炸产生的冲击波直接作用于人体而引起的伤亡效应。含气器官，如肺、听器、胃肠道，是冲击波致伤的主要靶器官。超压还可以造成内脏破裂和骨折等。冲击波直接作用引起的损伤又称为爆震伤。单纯冲击伤致伤时，体表多完好无损，但常有不同程度的内脏损伤，表现为外轻内重的特点。当冲击伤合并其他损伤时，体表损伤常较显著，而内脏损伤却容易被掩盖，易造成漏诊、误诊。肺是最易遭受直接伤害的致命器官，耳是最易遭受直接伤害的非致命器官。因此，分析直接伤害应从对肺和耳的伤害入手。

肺是人体最容易遭受爆炸波直接伤害的致命器官。爆炸时胸腔和肺泡在超压作用下受到压缩，正压作用后，因负压的作用，一方面使肺过度扩张，撞击胸廓，使肺表面出现典型的平行性出血条带。另一方面，肺泡内压缩气体急速膨胀，引起肺内血液动力发生急剧变化，肺泡壁破裂，肺实质出血。据此，作者课题组提出冲击波致肺损伤的“过牵效应”理论。

冲击波对人体的伤害程度除和冲击波特性（波形、超压、冲量等）有关外，还和环境气压、人体与爆炸波的几何方位、人的体重和年龄以及人体附近有无障碍物等因素相关。实际情况下，人通常呈站立姿势，冲击波与人体的相对方位大体上分为两种：①人体站在地面上，冲击波的传播方向与身高方向垂直，周围无障碍物。这种情形最常见。此时作用于人体的总超压 P为： P= P _a+5 P _a ²/（2 P _a+14×10 ⁶）。 P _a为入射冲击波的峰值超压。②人体站在地面上，冲击波的传播方向与身高方向垂直，身体靠近一垂直障碍物（相当于一反射墙面）。这种暴露情形最危险。此时作用于人体的总超压 P为： P=（8 P _a ²+14 P _a×10 ⁶） /（ P _a+7×10 ⁶）。

肺冲击伤的病理改变包括肺泡和肺实质的出血、肺泡内积血或间质水肿、胸膜下气肿、肺破裂等，可导致气胸、血胸和肺不张。临床表现：伤后有胸痛、胸闷、咳嗽、咯血等，严重者有明显呼吸困难、发绀、咯血性泡沫痰等，并在24～48小时后发展为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory dysfunction syndrome，ARDS）。 胸部听诊可发现呼吸音减弱、湿性啰音、捻发音等。X线胸部摄片可有肺纹增强、点状或片状阴影等。超声波检查可帮助诊断胸腔积液。

人耳是最易遭受冲击波伤害的非致命性器官，人耳对极小的压力变动都能感觉到，冲击波对耳的严重伤害表现为耳鼓膜破裂、鼓室积血、听骨链离断等。内耳也可能有渗血、出血、耳蜗结构紊乱等。临床表现有耳聋、耳鸣、耳痛、眩晕、头痛等。耳聋多为传导性，也可为混合性。外耳道可流出浆液或血性液体等。人们对冲击波伤害耳的研究远不如对肺研究深入，不同研究人员得出的结果相差较大。有人认为，入射超压只需44kPa即可造成50%耳鼓膜破裂。有研究则认为，入射超压必须达到103kPa才能造成50%耳鼓膜破裂。鼓膜破裂百分率和峰值超压之间的关系式：P _r=-12.6+1.524InP _a。该方程式可计算得到爆源附近某一距离处人的耳鼓膜破裂百分率。例如，当P _a=400kPa时，人的耳鼓膜破裂百分率为98%。

冲击波的超压作用于腹部时，肠胃或膀胱可发生破裂。巨大的超压和动压还可使肝、脾等实质脏器或肠系膜血管发生破裂出血。临床上腹痛为主要症状，伴有恶心、呕吐等。腹部检查有触痛、反跳痛和肌紧张等腹膜炎体征。严重的腹膜炎和出血可能引起休克。X线腹部透视可发现胃肠穿孔后的腹腔游离气体。腹腔穿刺可吸出胃肠内容物、尿液或血液等。

冲击波可经颅骨传入颅内，引起颅压改变，还可以使躯干血液从颈静脉、椎静脉涌向脑部。主要病理改变是脑和软脑膜的充血、点状出血和水肿。合并肺冲击伤时，能发生脑血管气栓。合并机械性损伤时，可能有颅骨骨折、颅内血肿、脑挫伤等。临床表现为：意识丧失，持续时间数分钟至数日。清醒后还可出现表情淡漠、抑郁、激怒、失眠、记忆力减退等。严重时发生颅内压增高症、局灶性症状等。脑电图可呈现异常波形。

在较大型的常规武器爆炸或核爆炸时，人员受到的创伤中，绝大部分是由冲击波的间接作用引起的。冲击波的间接致伤作用包括两个方面：一是在冲击波动压的作用下，使某些物体（如碎玻片、砂石等）具有动能，或爆炸物的碎片，以投射物的形式击中人体而致伤；二是冲击波使建筑物、工事等遇到破坏，其中的人员受到压砸而致伤。

多次大型爆炸事故的调查和日本受核袭击后的统计资料表明，各种开放性损伤主要是由继发性投射物的作用所致。在城镇工厂或居民区，继发投射物多为飞散的门窗碎玻片，在开阔地面，则多为“飞沙走石”。据 1次4 462kg硝酸铵爆炸后的现场调查所见，距爆点20m内的简易木屋完全破坏，屋内的木制家具和衣物等均变成碎片，死者的尸体因炸成碎块而无法辨认。距爆点185m处三层大楼的职工宿舍，门窗玻璃全部破碎，部分门窗被冲至数米以外，楼内的部分人员发生多处玻片伤或其他外伤。距爆点300m处的另一职工宿舍，部分门窗玻璃被打碎，少数人员也发生了玻片伤。距爆点1 000m处的办公大楼，也有部分门窗玻璃被冲碎，因室内无人（夜间爆炸）故未造成损伤。在核试验场常看到，布放在爆后动压较高的开阔地面上的动物，因被多个飞石击中而有多处外伤，有时伤口密集呈筛孔状或麻点状。动能较大的飞石可穿入动物体腔内。

一定强度的动压可表现为一种冲击力或抛射力，作用于人体后，可使人员发生位移（不离开地面），或被抛掷（离开地面）至空中再摔向地面，由此而造成各种损伤，国外文献常将此称为第三级冲击伤或冲击波的第三效应。

机体在被抛掷的过程中，起初是加速，落地或撞击到物体上时则突然减速。高速摄影所得的资料显示，人员开始被抛掷时受到的是加速度的影响，表现为机体和内脏各部分相互间明显的移位。当触地时，则受到极大的减速作用。此时所发生的损伤，其严重程度取决于抛掷的轨道、冲击速度和一系列偶然因素，如撞击的部位、角度和相撞的表面特性、减速的时间等。被抛掷的人体在加速期和减速期均可发生损伤，但主要是在减速期受伤。因抛掷或位移而引起的损伤，主要表现为皮肤擦伤、皮下软组织挫伤、内脏出血和破裂、骨折等，类似于自然跌落或交通事故时所发生的损伤。

为什么机体在动压作用下会被抛掷呢？这是因为，机体在受到冲击波作用时，朝向爆心侧的体表承受的压力相当于超压和动压的总和，两侧所受到的压力相当于波阵面的超压，而反向一侧所受到的压力就更小了。由于机体四周出现这种压力差，因而产生了与地面平行而背离爆心的位移力。在机体被“吹动”的过程中，其上方空气的稀散性较下方高，因此形成了一种向上举起的力量。向上和向前方的力复合作用后，就使人体被抛掷。如在2吨硝胺炸药爆炸后曾看到，近爆炸点的人员，部分被抛至数十米至1百余米以外。有的尸体被抛至70m远的屋顶上，并将屋顶砸了1个大洞，尸体经此洞口而落入大门锁着的房间内；有的断离肢体被抛至120m远的办公大楼楼顶上。

核爆炸时，动压引起的冲击风更大。众所周知，12级强飓风可使房屋倒塌和人员致伤，此时的风速一般仅40～50m/s。但在核爆炸条件下，当动压峰值达到0.1kg/cm ²时气流速度就达到100m/s左右，动压值为1kg/cm ²时，气流速度竟达到300m/s以上。在这种情况下，暴露人员很容易被抛掷或发生位移而致伤。

据理论推算，1个 72kg体重的人，以每秒3.048m的速度发生位移时就可致伤。一般而言，在其他条件（如着落地面的坚硬度和平滑程度等）相似的情况下，抛掷距离愈远，致伤率愈高，伤情也愈重。体重不同，抛掷后的伤情可能有所不同。体重重者多损伤较重，体重轻者多损伤较轻。

动压较小时，机体可不被抛掷或发生位移，但却可能被就地“吹”倒而致伤。多数情况下，“吹”倒所造成的损伤较抛掷或位移所致的损伤要轻得多，但发生的机会却多得多。

距爆心较近的地面建筑物或地下简易工事，常因强大冲击波的作用而造成部分或完全倒塌，从而使其中的人员受到压砸，由此引起体表软组织和内脏挫伤及骨折等损伤。重者可发生挤压综合征。覆有厚土层的工事倒塌后，可使其中的人员被掩埋，并因呼吸道内塞有大量泥土而造成窒息。在城镇遭受核袭击时，通过物体间接致伤作用所造成的继发损伤，受害地域很大，伤员数量很多，成为核武器损伤中的突出问题。据日本长崎和广岛的调查资料，在所有冲击伤伤员中，室内损伤者占80.3%，其中绝大部分都是属于这类继发损伤。

为了预测爆炸所造成的人员伤亡情况，可将爆炸危险源周围由里向外依次划分为4个区域，距爆源不同水平距离超压Δ P可按下式计算：

式中 Z= R/（ E/ P ₀） ^1/3， R 目标到爆源的水平距离（m）， E 为爆源总能量（J）， P ₀为环境压力。

该区内的人员如缺少防护，则被认为将无例外地遭受严重伤害或死亡，其内径为零，外径记为 R _0.5，表示外圆周处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为50%，它与爆炸量间的关系由下式确定： ，式中 W _TNT为爆源的TNT当量（kg）。

该区内的人员如缺少防护，则绝大多数人员将遭受严重伤害，极少数人可能死亡或受轻伤。其内径就是死亡半径 R _0.5，外径记为 Re _0.5，代表该处人员因冲击波作用而耳膜破裂的概率为50%，它要求的冲击波峰值超压为44kPa。

该区内的人员如缺少防护，则绝大多数人员将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或平安无事，死亡的可能性极小。该区内径为 Re _0.5，外径记为 Re _0.01，表示外边界处耳膜因冲击波作用而破裂的概率为1%，它要求的冲击波峰值超压为17kPa。

该区内人员即使无防护，绝大多数人也不会受伤，死亡的概率几乎为零。该区内径为 Re _0.01，外径为无穷大。

假定环境压力为101.3kPa，利用前述方法对几种常见炸药爆炸的伤害破坏半径进行模拟计算，结果如表3-7所示。相同质量的TNT、硝化棉和发射药爆炸时，TNT的伤害/破坏半径最大，硝化棉的伤害/破坏半径次之，发射药的伤害/破坏半径最小。例如，药量为10t时，TNT、硝化棉和发射药的死亡半径分别为39.6m、38.0m和34.9m，财产损失半径分别为144.4m、138.6m和126.8m。随着药量的增加，伤害/破坏半径显著增大。例如，10t、20t和30t TNT爆炸时，死亡半径分别为39.6m、51.2m和59.5m，财产损失半径分别为144.4m、184.1m和211.3m。

1.王正国.冲击伤.北京：人民军医出版社，1983.

2.DEPALMA RG，BURRIS DG，CHAMPION HR，et al.Blast Injuries.N Engl J Med，2005，352：1335-1342.

3.FERRARO DM，HILES PD.Blast-related lung injuries.Curr Pulmonol Rep，2016，5：70-76.

4.杨鑫，石少卿，程鹏飞，等.爆炸冲击波在空气中传播规律的经验公式对比及数值模拟.岩土工程，2007，25（7）：71-73.

5.康建毅，王建民，喻永敏，等.爆炸冲击波载荷下的人体胸部有限元模型数值模拟研究.第三军医大学学报，2011，33（2）：173-176.

6.李丽萍，孔德仁，苏建军，等.基于能量谱的爆炸冲击波毁伤特性研究.振动与冲击，2015，34（21）：71-81.

7.段晓瑜，崔庆忠，郭学永，等.炸药在空气中爆炸冲击波的地面反射超压实验研究.兵工学报，2016，37（12）：2277-2283.