彈頭、破片與創傷
■ 文/瀟湘
喜愛看槍戰片的朋友，大多熱衷於火拼的熱鬧場面和強烈的視覺衝擊，但並不清楚槍彈在人體內的運動規律和人體中彈後的致傷機理。實際上，早在槍彈和榴彈誕生的初期，很多人就想了解槍彈為什麼能將人打死、致傷。於是，一門研究彈頭、破片等物體侵徹人體規律的學科——創傷彈道學誕生了。
創傷彈道研究曾是二十世紀世界軍事研究領域的重要課題之一，目前已經取得許多突破性成果。我國的創傷彈道研究始於二十世紀六七十年代，由於其特殊性，實驗研究時只能採用模擬實驗和生物實驗，90年代初已取得許多世界領先的科研成果，為武器設計和傷員救治提供了豐富的經驗和有力的理論支持。
槍彈和破片在空氣中如何運動
彈丸和破片在空氣中運動時，受到重力、空氣阻力和風力的作用，就像拋擲石子的飛行軌跡一樣是拋物線。由於受到空氣阻力和風力作用，方形破片在運動中會出現不規則的偏轉或翻轉。球形破片則是滾動，類似將玻璃球在光滑的地面滑動時的情景。
旋轉彈頭和非旋轉彈頭在空氣中的運動形式是有區別的。非旋轉彈頭由於質量分布誤差和飛離槍口時彈底受力的不均勻性，在運動中出現一個以質量中心為軸心，與運動方向線產生一定偏離的偏轉運動，亦稱為「偏航」，偏航量的大小與長徑比（彈頭長與其直徑之比）成反比。如果長徑比大於6，基本就沒有偏航運動了，就像在體育比賽中的標槍，長徑比非常大（超過1 000），投擲後的標槍在飛行中就非常穩定。
旋轉彈頭在空氣中的運動一般是由偏轉（偏航）、進動（亦稱為旋轉）和章動三種運動形式組成的，比非旋轉彈頭多了旋進（進動）和章動兩種運動。
由於彈頭質量分布存在一定程度的非對稱性，加上受到風偏影響，彈頭在飛行中會出現圍繞彈頭長軸的偏轉和擺動，這種明顯偏離軸心的運動也稱為偏航，一般會出現斜彈、橫彈或偏彈。當彈頭質量偏向一側，產生過大偏轉運動時，彈頭還會出現翻轉，彈尖向後的情況。
章動本來是一個天文學名詞，在彈道學裡是由於彈丸質量分布、膛內火藥氣體推力不均和膛線倒轉側力引起的，運動軌跡為玫瑰花結形。
進動是彈丸在槍的旋轉膛線引導下，形成圍繞彈頭重心的環形旋轉運動。其運動速度是遞減的，運動軌跡呈漸小螺線形。彈頭的旋轉和章動組合起來是一種具有三維自由度的陀螺運動，與陀螺、直升機旋翼的原理是一樣的，不同的只是轉速和自由度不同。後兩者受到地面或飛機本體限制，自由度只有兩維。直升機的旋翼是每分鐘一二百轉，陀螺每分鐘只有幾十轉，而現代槍彈至少是每分鐘三四千轉，有的甚至達每分鐘八九千轉或者更高。
從動能的角度看，相同速度的旋轉彈頭和非旋轉彈頭是相同的。旋轉彈頭的侵徹效果比非旋轉彈頭好，主要是因為在侵徹過程中，由於旋轉體有離心力的作用，使物體對旋轉彈頭的侵徹阻力小於非旋轉彈頭，因而旋轉侵徹消耗的能量相對要小一些。
槍彈、破片在肌體中的運動
彈丸和破片在人體組織內運動的環境，與在空氣中有很大區別，因為人體肌肉組織的密度比空氣大許多倍，加上還有骨頭、內臟等密度相差很大的組織和器官。那麼，彈頭和破片等侵徹人體後的運動規律是什麼樣？它們對人體的致傷機理又會怎樣呢？為摸清這些規律，人們進行了一系列模擬實驗和生物實驗，是設計師在創傷彈道學研究中至關重要的一個環節。
研究發現，在現代戰爭中使用的常規武器中，最終形成殺傷效果的是彈頭和破片。彈頭又有旋轉彈頭和非旋轉彈頭，破片有高速破片和低速破片。
旋轉運動的高速彈頭進入人體後，由於飛行介質的密度急劇增加，彈頭和破片便失去了原有的穩定性，速度高時一般發生側翻，小口徑旋轉彈頭還會出現翻滾。旋轉彈頭在產生軸向振動的同時形成側向攪動，使肌體產生出口大於入口的喇叭形創傷，甚至會使傷道的神經受損，或產生負壓區，把細菌吸入傷道,造成嚴重感染。因為彈頭翻滾產生的殺傷效果大，所以許多國家都在研究通過改進彈頭結構、選擇合適的彈頭長徑比（如發展小口徑槍及彈），以及將彈頭設計成不對稱形狀等途徑，來實現彈頭在肌體中的翻滾，提高殺傷效果。
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■小口徑旋轉槍彈在肥皂靶中的侵徹效果
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■非旋轉彈頭侵徹肥皂後形成的喇叭形空腔
在我們的模擬實驗中，用肥皂做靶標，子彈侵徹（穿透）後，空腔（出口）最大直徑比進口大十幾倍甚至幾十倍，高速小口徑槍彈的侵徹效果尤佳。在用北約5.56毫米M193式小口徑槍彈進行肥皂模擬試驗中，彈頭侵徹肥皂後，入口很小，出口也不大，形成一個中間直徑很大的葫蘆形空腔。我們又用北約5.56毫米的M193式小口徑槍彈進行生物試驗，射擊豬臀部，除形成永久性傷道外，還在傷道外有一層臨時性受傷肌體（現場解剖肌肉呈深紅色，次日解剖深紅色基本消失），解剖學上稱為「臨時傷道」。彈頭侵徹12~13 釐米後開始出現翻滾，空腔直徑急劇增大，在18~19釐米處空腔直徑達到最大值，到侵入25~26 釐米時彈頭停止翻滾，形成傷道空腔的最大處直徑達100毫米以上。比筷子尖還小的彈頭，在肌肉中形成的空腔直徑比成人的拳頭還要大，且傷道周圍的組織損傷嚴重。對豬的大腿部射擊時，入口很小，形成的傷道中心直徑也只有50毫米，出口直徑高達100毫米以上，產生的出口幾乎有巴掌大，就像張開大口的狼嘴，看上去非常恐怖。
在侵徹過程中，彈頭在旋轉和翻滾過程中還會出現破碎，並將與其接近的肌體攪碎，形成的小破片和碎肉在肌肉中四處飛濺，對肌體造成嚴重的二次損傷。這些效果主要是由子彈旋轉與翻滾造成的，我國小口徑槍彈的創傷效果與此基本相同。
我們在試驗中，發現非旋轉彈頭和破片侵徹肌體的效果和形成的傷道空腔形狀，與其侵徹時的初始速度有關：高速效果好，低速效果差。低速非旋轉彈頭和破片進入肌體後，儘管因飛行介質的密度急劇增加，運動形式也出現變化，如速度劇減等，但發生側旋的機率很小，因而形成的傷道是管狀。我們在肥皂模擬實驗中發現，重0.3克的低速（200 米/秒）小破片侵徹肥皂後，形成管狀空腔，入口和內腔的變化不大；在生物試驗中，用滑膛槍發射低速（200米/秒）7.62毫米非旋轉彈頭射擊豬腿，形成的空腔是一條管形通道，傷道的入口和出口相差無幾，比彈頭直徑大不了多少。低速（200 米/秒）球形破片形成的傷道空腔也是管狀的。
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高速非旋轉彈頭和破片侵徹肌體後，由於在高速段彈頭能量迅速向肌體傳遞，傷道入口比彈頭和破片大許多，呈喇叭狀。我們在模擬試驗中，用0.3克的高速（500米/秒）小破片侵徹肥皂後，形成的空腔就是喇叭狀，用彈道槍射擊高速（700 米/秒）非旋轉彈頭也是這樣。這說明球形破片的侵徹效果和空腔形狀與方形破片相差不大。我們在生物試驗的解剖中發現，重0.3克、長寬2毫米、厚2.5毫米的高速（1 800米/秒）小破片，形成的傷道皮下入口在40毫米以上，傷口面積是破片面積的300多倍，但傷道比較淺，不到30毫米。可見比米粒還小的破片，能形成杯口大的傷口。高速（500米/秒）球形破片侵徹肥皂後形成喇叭形空腔，深度也很淺。
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■方形小破片以5000米/秒（上）和200米/秒速度侵徹後形成的空腔
在試驗中我們還發現，破片的侵徹深度與破片的密度成正比，而傷道空腔的容積與破片的密度無關。低密度破片侵徹後形成的傷道短淺，但空腔直徑大。如我們在試驗中，高速橡膠球侵徹肥皂後形成比較淺的碗狀空腔，但直徑很大，形成的空腔容積與相同重量的鋼珠破片形成的空腔容積相差無幾。從形成的傷道空腔分析，破片侵徹後形成的__空腔容積與其具備的能量相關，與本身的密度相關性不強。但殺傷效果與本身密度是有關的，傷道太淺，殺傷效果就差。
損傷類型及致傷機理
旋轉彈頭形成的傷道一般是管狀，貫穿傷的空腔大多為喇叭管狀，盲道傷的空腔為不規則葫蘆狀。非旋轉彈頭形成的傷道一般也是管狀，貫穿傷的空腔大多為直管狀，盲道傷的空腔為盲管狀。還有一種侵徹性致傷的子彈，它在擊中目標後會產生極大的衝擊力，作用於人體所產生的傷害常常是致命的。這種傷害不呈現貫穿性，但會造成內傷，重者危及生命。
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■肌肉組織內形成的傷道示意圖
破片對人體的致傷機理與子彈單體相同，但破片有球形、橢球形、方形、三角形和不規則形等形狀，其中不規則形破片大多都是自然形成的破片。球形和橢球形破片形成的傷道空腔與子彈形成的空腔大體相同，其餘破片形成的傷道空腔都是不規則的。
在彈頭和破片的致傷效應中，主要是侵徹作用和空腔效應。對於骨骼等堅固組織，可直接侵徹出永久性原發貫通傷道或盲管傷道，甚至使它碎裂。對於軟組織，由於侵徹壓力波的作用，原發傷道將急劇擴張形成暫時空腔，並使空腔劇烈地反覆脹縮運動。這不僅會嚴重損傷肌肉、血管和神經，還可折斷未直接命中的骨骼。對於顱腦、肝臟等稠粘性組織，高速彈頭和破片產生的壓力波可引起器官的廣泛損傷，甚至粉碎。創傷的嚴重程度取決於彈頭或破片在目標內釋放能量的速度和大小。
可見，破片傷、槍彈損傷的傷情五花八門，歸納起來有三種損傷類型。
撕裂與擠壓 當子彈或破片以音速（340米/秒）傳入組織時，組織被擠壓與推開，形成傷道或撕裂。如果沒有直接損傷重要器官或血管，創傷與手持動能武器（如小刀）造成的損傷相似。
暫時傷腔 當子彈或破片以超過2.3倍音速（782米/秒）傳入組織時，在肌肉組織內可形成明顯的暫時空腔。
衝擊波傳播 拋射體進入肌肉組織後，壓迫其前面及周圍的組織，在被壓的組織內形成球形波，以水下音速（1500米/秒）的速度向四周或沿血管傳播，使遠離傷道的器官受到損傷。
子彈和破片的主要致傷機理有以下四種。
侵徹作用 高速彈頭和破片撞擊人體，直接形成殺傷。比如，穿越骨骼，穿過各個組織。動能大的子彈如果沒有擊中特別硬的人體組織，如骨骼，將從人體穿越，留下一個貫通的空腔。子彈經過之處，如果碰到血管，會將血管撕破或打斷，造成人體大量失血，引起死亡。如果沒有傷及重要器官或血管，貫通傷一般不會致人死亡。在生物試驗中，高速破片從豬大腿射入，形成貫通傷，沒有傷及骨頭時，將豬從實驗架上放下後照樣能奔跑。
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■橡膠球侵徹肥皂後形成的碗形空腔
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■7.62毫米槍彈射擊肥皂靶後形成的入口、出口侵徹效果
旋轉彈頭的旋轉效應 高速自旋轉將增加子彈頭在人體內的能量釋放，彈頭經過的通道將形成比彈頭直徑大許多的空腔。
翻轉效應 高速的輕質旋轉彈頭在侵徹人體時，遇到人體組織的阻力後，會在組織內出現連續翻轉，在人體內形成直徑是彈徑幾倍、十幾倍甚至幾十倍的不規則空腔。高速小口徑步槍就依靠彈丸的翻轉在人體內形成巨大空腔，從而形成更大的殺傷力。旋轉和空腔效應也稱為侵徹和空腔效應。
感染效應 速度較低的彈丸不能在人體形成貫通傷，子彈就留在人體內，如果不及時清除會帶來感染等問題，增加救護難度，提高傷殘和死亡率。