我国创伤弹道学领域的自主性研究成果：轻武器杀伤效应
轻武器杀伤效应属于兵器科学与技术的学科范畴，是一门具有明确工程应用背景的综合性交叉学科。轻武器杀伤效应主要研究轻武器对有生目标作用的规律，研究成果主要应用于轻武器杀伤效能评估、杀伤元设计以及轻武器系统效能和作战效能研究等。轻武器杀伤效应的研究目标是掌握杀伤作用规律、建立杀伤效能评估标准、创新发展杀伤技术，并使之服务于论证、设计、鉴定和评估等轻武器装备研发全过程。
▲ 杀伤元侵彻靶标过程
轻武器杀伤效应脱胎于创伤弹道学。20 世纪70 年代末，在我国改革开放和“科学春天” 的大背景下，以轻武器领域为主的兵器领域研究团队与军事医学研究团队跨学科合作，开展了系统的创伤弹道学研究工作。在老一代科研工作者的不懈努力下，我国创伤弹道学研究获得了丰硕的理论和应用成果，并在20 世纪80年代末进入世界先进行列。轻武器杀伤效应实际上是对创伤弹道学相关内容的继承和发展，从某些方面看也体现了创伤弹道学在轻武器技术领域的延伸与应用。如果说创伤弹道学属于兼顾武器方面和医学方面的科学技术领域，那么，轻武器杀伤效应则主要面向轻武器装备，并将轻武器的杀伤效能评估、杀伤元设计方法等研究内容也纳入其中，从而成为体系相对完整的工程应用学科。
▲ 20世纪80年代中国兵器工业第二〇八研究所团队的工作照。以马玉媛（左3）研究员、刘荫秋研究员、王正国院士为代表的老一代科研工作者，为轻武器杀伤效应研究奠定了坚实的基础。
轻武器杀伤效应与轻武器装备技术发展状况、科学技术水平等密切相关。面向21 世纪，轻武器装备创新与遂行任务多样化赋予了轻武器杀伤效应更为广阔的发展空间。随着防弹衣、头盔的防护性能不断增强，轻武器杀伤效应的研究重点从“杀伤元–机体” 的二元作用效应转变为更为复杂的“杀伤元–防护–机体” 的多元作用效应。
2008 年后，在原总装备部、国家国防科技工业局、国家自然科学基金委员会的支持下，中国兵器工业第二〇八研究所联合南京理工大学、第三军医大学、原总装备部31 基地、原总装备部轻武器论证研究所、浙江大学、中北大学等单位，组织开展了轻武器杀伤效应研究工作。研究团队在朵英贤院士、马玉媛研究员、付小兵院士以及相关专家学者的悉心指导下，借助于计算机模拟仿真、瞬态高精度数字化测试等现代技术方法，针对杀伤效应模拟与实验测试，对有防护目标杀伤机理、杀伤作用理论模型和数值仿真、杀伤效能评估和杀伤设计方法等进行了深入研究。研究工作是在继承国内外既有学术理论和研究成果的基础上，与国际上相关科学研究同步发展，获得了对杀伤作用规律较为系统全面认识的自主性研究成果，构建了学科结构体系。《轻武器杀伤效应》（王光华等著. 北京：科学出版社，2021.3）的绝大部分内容都是来源于上述研究工作。
《轻武器杀伤效应》一书继承和发展了创伤弹道学，这是一门面向轻武器装备的交叉应用学科。本书从生物损伤效应、实验测试、理论建模、仿真分析、杀伤效能评估以及轻武器杀伤设计等六个方面，总结了我国轻武器杀伤效应近十年来的研究成果，也构建了较为完整的学科结构体系。书中基于现代测试技术建立的杀伤效应多参数一体化测试方法，阐明了杀伤元在靶标内运动、翻滚、变形、破碎等侵彻过程, 以及靶标瞬时空腔膨胀收缩规律, 压力传递变化规律等，与生物实验结果相互验证；详细阐述了典型杀伤元与明胶靶标相互作用理论模型以及仿真分析模型，提出了弹头翻滚和破碎的准则，深刻揭示了杀伤作用机理；基于数字化人体模型得到了易损性特征函数，并以此建立了针对无防护目标的杀伤效能评估模型；首次针对有防护目标建立了基于钝击能量传递的杀伤评估模型，为轻武器装备的效能评估提供了技术支撑；详细阐述了枪弹、小口径榴弹等杀伤效能设计方法，为新一代轻武器装备杀伤效能论证、评估和产品研制等提供了技术方法及实用工具。
中国工程院院士
2020.12.8
全书共九章。
第1 章绪论。阐述了轻武器杀伤效应的定义、内涵和研究方法，国内外研究发展阶段、状况及其标志性成果，与国际人道主义法的关系及其对轻武器杀伤效应的发展推动作用，21 世纪面临的发展需求与研究重点。
第2 章杀伤元与模拟靶标。在介绍国内外常用杀伤元特征参数的基础上，重点阐述了破片、弹头的实验模拟方法；在模拟靶标方面，重点阐述了影响明胶靶标性能的主要因素、与肌肉的相似效应、明胶靶标制备与检测方法，以及基于明胶靶标的防护靶标；最后简要介绍了新型模拟靶标的发展状况。
第3 章无防护生物损伤效应。总结分析了典型轻武器杀伤元对无防护生物损伤效应特点及主要影响因素，阐述了小破片损伤效应特点、超高速杀伤元的生物损伤效应，以及高原、海水、干热等特殊环境因素对损伤效应的影响，介绍了生物损伤效应的评估模型、评估标准等。
第4 章有防护生物损伤效应。介绍了典型手枪弹和步枪弹穿透与非穿透防弹衣、头盔所致生物损伤效应特点，并分析了相关病理、病理生理学意义，阐述了弹头速度、动能以及弹头结构在有防护生物损伤效应中的作用及机制。
第5 章杀伤效应模拟实验。介绍了杀伤元侵彻明胶靶标过程和明胶靶标内压力测试方法，提出了杀伤元在明胶靶标内运动速度、能量传递量和明胶靶标内瞬时空腔的数据处理方法，列举了典型杀伤元侵彻明胶靶标过程的图像序列；阐述了有或无防护两种情况下压力传感器的植入方法，分析了明胶靶标内压力传递特点。
第6 章典型杀伤元与模拟靶标相互作用理论模型。针对无防护明胶靶标，建立了典型杀伤元侵彻明胶靶标的平面弹道运动模型和瞬时空腔模型，分析了杀伤元参数对运动规律的影响，提出了弹头翻滚和破碎的准则，构建了基于弹头微元面受力的三维运动模型；针对有防护明胶靶标，构建了手枪弹侵彻有软防护明胶靶标、步枪弹与有硬防护明胶靶标相互作用理论模型、弹头钝击压力波模型；针对每一个模型都提供了算例，并与实验结果进行了比较。
第7 章轻武器杀伤作用仿真方法。重点阐述了枪弹侵彻明胶靶标、明胶骨骼复合靶标、有防护明胶靶标和有防护数字化人体靶标等四种有限元模型构建方法，包括网格划分、材料本构模型和计算方法，并给出了这四种有限元模型仿真获得的完整杀伤过程物理图像和各种瞬态数据。
第8章轻武器杀伤效能评估。在介绍杀伤效能概念和体系的基础上，阐述了人员目标创伤特性、创伤评分方法、基于数字化人体创伤模型的易损性特征函数等；构建了针对无防护目标的杀伤效能评估模型，讨论了典型杀伤元的杀伤效能特点；推导了防护后钝击损伤效应的压力波传播模型，构建了针对钝击能量传递的杀伤评估模型，分析了典型杀伤元钝击杀伤效能评估特点。
第9 章轻武器弹药杀伤设计。以杀伤效应理论模型和杀伤效能评估模型为基础，重点介绍了轻武器弹药设计的一般流程及方法，详细阐述了枪弹、破片参数对杀伤效能的影响规律，以及枪弹、小口径榴弹杀伤效能的优化设计方法，并分别给出了枪弹和小口径榴弹的设计实例。
王光华 吴志林 赖西南 王舒
2020 年8 月
作者团队是我国轻武器评价领域的重要力量，在轻武器杀伤效应理论建模、仿真分析、实验研究以及效能评估等方面开展了大量深入细致的研究，具有十分丰富的实践经验和较高的理论造诣。本书涉及创伤弹道学研究历程与沿革、生物效应与实测数据、理论模型与数值仿真、杀伤评估与优化设计等多个方面，既有创新理论研究，也有完整的数据支撑，基本构成了轻武器杀伤效应这一学科完整的结构体系。本书具有重要的学术与实用价值，值得广大从业人员参考应用。相信本书的出版发行，对进一步提升轻武器研发水平、指导战创伤救治等都将起到积极的推动与促进作用。
中国工程院院士
法国医学科学院外籍院士
中华医学创伤学分会名誉主任委员
2020 年11 月25 日
本文摘编自《轻武器杀伤效应》（王光华等著. 北京：科学出版社，2021.3）一书“前言”“序”， 有删减，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-067377-0
责任编辑: 赵敬伟 孔晓慧
本书是一本系统论述轻武器杀伤效应的专著，阐述了轻武器杀伤效应的定义、内涵、研究方法、国内外研究发展状况及未来发展需求与研究重点，介绍了典型杀伤元实验模拟方法及模拟靶标制备和检测方法、无/有防护生物损伤效应、杀伤元侵彻靶标过程和靶标内压力测试方法、典型杀伤元侵彻靶标的平面弹道运动模型和瞬时空腔模型、枪弹侵彻明胶/明胶骨骼/有防护明胶/有防护数字化人体靶标有限元模型构建方法、针对无/有防护目标杀伤效能评估方法以及枪弹杀伤优化设计方法。
本书可供轻武器领域研究人员、设计人员，军事医学领域研究人员、军医，高等院校相关专业教师、学生参考使用，亦可为力学、材料、测试等领域研究人员、轻武器爱好者提供有益的参考。
（本文编辑：刘四旦）
一起阅读科学!
科学出版社│微信ID：sciencepress-cspm
专业品质 学术价值
原创好读 科学品味
科学出版社 视频号
硬核有料 视听科学
传播科学，欢迎您点亮★星标，点赞、在看▼