云爆弹/温压弹的杀伤因素及杀伤特点的研究进展

李 越，李兵仓

1.空军986医院神经外科，西安 710054;2.陆军军医大学大坪医院武器生物杀伤效应评估研究室，创伤烧伤复合伤国家重点实验室，重庆 400042

云爆弹又称为燃料空气炸弹(fuel air explosive，FAE)，是一款多因素的面杀伤武器。自20世纪60年代初问世以来[1]，美军曾在越南战争、海湾战争、阿富汗战争中多次使用，俄军也在20世纪90年代的车臣战争中使用了这种武器。温压弹(themobaric bomb)于20世纪80年代问世[2]，也称为热压弹(heat-pressure bomb)，是FAE的改进型，其杀伤威力更强[3]。云爆弹/温压弹既可是身管武器发射的榴弹、火箭弹，也可是机载的炸弹和导弹，可单兵使用，也可班组应用。鉴于这类武器主要杀伤隐藏于各种建筑和山洞内的人员目标(对地面人员有规模化杀伤作用)，而城市/山地作战又和阵地战不同，故笔者以“fuel air explosive” “themobaric bomb” “heat-pressure bomb” “killing efficiency”为关键词，检索PubMed和SinoMed文献数据库。以“云爆弹” “燃料空气炸弹” “温压弹” “热压弹” “杀伤效应”为关键词，检索万方、维普、中国知网等数据库。检索时限为2002年1月—2021年6月。文献纳入标准为与云爆弹/温压弹相关的论著和综述，以及与动物或人有关的武器定型、现场测试和战伤调查；文献排除标准为重复发表的文献和无法获取全文以及无论文摘要的文献。共获得中、英文文献各20篇，最终纳入中文文献12篇，英文文献4篇。另外，笔者采用了典型动物病理标本，以便更形象地说明这类武器的杀伤因素和特点。

1 弹药简介

FAE内装填的主要是液体燃料，如环氧乙烷、环氧丙烷、甲基乙炔、丙二烯等，或这些燃料的混合物，另有少量高爆炸药。它们在离地面一定高度(1.2m左右)时，高爆炸药炸开弹体以向空中抛撒燃料形成气溶胶云雾，再予引爆形成爆轰，从而在形成强大冲击波(爆心约3Mpa,100m处约0.1MPa[4])和高温的同时，也因燃烧而大量耗氧，其威力为等量TNT炸药的5～10倍。云爆弹的毁伤威力受燃料配方、燃料抛洒均匀性、引信结构和弹体结构的影响[5-6]，需两次起爆才能发挥杀伤作用，首次起爆用以炸开弹体抛洒燃料形成云雾，二次起爆用以引爆燃料云雾，故1枚云爆弹依稀可听到两次爆炸声，第2次爆炸声更震撼人心。两次起爆的主要技术问题是如时间控制不当会影响杀伤效果，为此采用化学催化等方法将两次起爆合并为一次是提高杀伤效果的关键，同时也简化云爆弹结构，降低研制成本。

温压弹内装填的是温压炸药(混合炸药，含铝、硼、硅、钛、镁、锆等纳米级金属粉末[7-9])，它兼具高爆炸药和燃料空气炸药的特点，也可以认为是富含燃料的高爆炸药。其爆速(3～4km/s)比高爆炸药(8km/s)慢，爆炸过程最初是无氧爆炸(产生燃料，决定高压性能)，然后是无氧燃烧(燃料粒子燃烧，决定中压性能)，最后是有氧燃烧(消耗氧气，决定高压冲击和热性能)。30kg的含铝温压炸药其爆炸火球直径可达17.4m，火球中心温度在3 800K左右；3.0kg温压炸药可形成半径3.0m的云雾团，边界处压力可达2.10Mpa[10]。温压炸药可以是液体，也可以是固体，抛撒后可在空中形成温压炸药云雾团。以云雾团方式扩散的细微炸药颗粒比油气炸弹(FAE)的液态燃料有更强的毁伤力[3]，特别是在风力、风向、温度变化以及雨天环境下，温压弹的杀伤效果比云爆弹更可靠。温压炸药主要产生高温和高压冲击波，这些杀伤因素在相对密闭的环境中威力比在开放空间中提高50%～100%。温压弹和FAE的爆炸原理具有相似性，有学者据此认为两者没有本质区别，温压弹只是FAE的提高型而已。

由云爆弹/温压弹的爆炸特性可知，风力、风向、温度、降雨对它们的作战效果有不同程度的影响。但由于燃料/温压炸药气溶胶的比重大于空气，容易散落地面并向低洼处漂移，因而除对地/海面目标具有面杀伤作用外，能更有效杀伤躲藏在地堡、隧道、堑壕、地下工事等相对密闭环境中的有生目标[3]。特别是其严重耗氧(集群使用效果更佳)特性，不仅造成人员低氧窒息(通常3～4min)，也能使机动战车因低氧导致发动机熄火。

2 杀伤因素

FAE的主要杀伤因素有冲击波、高温、低氧，温压弹的主要杀伤因素和FAE相同，但从“温”、“压”名称可以判断，其温度更高，压力也更持久，加之低氧，其对人体的杀伤效果更佳。不言而喻，云爆弹/温压弹产生的烟雾、有毒有害气体以及建筑物倒塌无疑会造成人员窒息和各种压砸伤。

2.1破片 一般情况下，破片不是云爆弹/温压弹的主要杀伤因素。特殊情况下，为强化面杀伤效果，它也可以通过预置不同类型的破片进行更远距离上的杀伤。破片的数量和质量与弹壁厚度及破片是否预置有关，而弹壁厚度又与冲击波强度和破片形成有密切关系。薄壁温压弹冲击波威力大，但破片数量和杀伤威力小，厚壁温压弹反之。综合考虑弹壁厚度与杀伤威力是温压弹的重要设计内容之一。冲击波作用后飞溅的石子、碎砖块、玻璃等也被视作具有杀伤作用的破片。下面简单列出了破片初速、破片在某距离上的速度、破片命中概率和人员致伤/致死数量等计算公式，以供读者初步了解。

圆柱形战斗部的破片初速度计算公式[11]：

破片在某距离上的速度：

式中:v=破片在某飞行距离上的速度;cw=阻力系数;ρa=空气密度;ρm=破片密度;D=破片直径。

爆炸场内人员目标被破片命中的概率:

式中:ρ=破片平均密度。

爆炸场内人员致死数和人员致伤数：

N(致死)=PkπR221ρ21;

N(致伤)=Pkπ(R222-R221)ρ22 。

2.2冲击波 云爆弹/温压弹的冲击波比普通高爆炸药的峰值高，上升快，持续时间长。在相同装药量的情况下，前者冲击波的毁伤威力比后者的提高2.72～4.67 倍[12]，对生物的损伤程度也更重(图1、2)。以装药量72kg的温压弹为例[11]，其在不同距离上的超压值平均为：929kPa/6m、514kPa/8m、 327kPa/10m、235kPa/12m、193kPa/14m、120kPa/17m 、87kPa/20m、66kPa/22m。在相对密闭环境内，冲击波具有反射、折射和叠加作用，故其杀伤力比开放空间内更强。有文献指出，超压>100kPa时可致人员全部死亡，50～100kPa造成人员重伤， 20～50kPa时人员为轻伤[11]。这一报道与以往冲击波致伤实验有所不同，以往实验表明[13]，冲击波超压为522.4～690kPa时，可导致50%的动物发生严重肺损伤，690.6kPa则个别致死，897.8～1 243.1kPa可致死50%的动物，1 381.2～1 726.6kPa一般均致死。

图1 云爆弹/温压弹造成动物严重肺冲击伤(装药量120kg，超压约2.2MPa，动物现场死亡)。a.肺脏背侧;b.肺脏腹侧;c.肺脏切面，可见大量泡沫样液体

2.3高温 高温是云爆弹/温压弹的重要杀伤物理因素，可造成体表和呼吸道的严重烧伤(图3、4)。装药量72kg云爆弹/温压弹火球表面最高温度为2 629°C，其表面1 000°C的持续时间为2.083s，1 500°C和2 000°C持续时间分别为1.232s和0.821s，而高温火球的直径可达16.8m[11]，并以2 000～2 500m/s的速度迅速膨胀[14]。

图2 云爆弹/温压弹造成动物胃肠道冲击伤(装药量120kg，超压约2.2MPa，动物现场死亡)。a.肠壁广泛出血;b.肠壁穿孔，穿孔周围出血

图3 云爆弹/温压弹造成动物的体表烧伤。a.动物现场濒临死亡;b.动物现场死亡

图4 云爆弹/温压弹造成动物的气管烧伤。a.气管壁黏膜下广发出血，组织坏死;b.支气管分支处黏膜下广泛出血

火球的热辐射剂量可用下式计算：

式中:Q=热辐射剂量(J/m2)，D=火球直径(m)，T=火球温度(K)，F=常数(161.7)，bG=常量(2.04×104)，r=测点到火球中心距离(m)，M=装药量(kg)。

根据热剂量 592kJ/m2致人死亡，392kJ/m2致人重伤，172kJ/m2致人轻伤[11]，则致人死亡、重伤、轻伤人数为：

死亡人数N31=πR231ρ31 ;

重伤人数N32=π(R232-R231)ρ32 ;

轻伤人数N33=π(R233-R232)ρ33 。

综上所述，为了使得外国游客在中国境内旅游的时候能够清楚地明白我们想要传递和表达的旅游知识，就要求我们把自身的文化进行类比，是其和国外的文化形成联系，让外国人能够接受即可。但是这样做的前提是，一定要在保证不动摇我国文化特色的基础上，借助外部的旅游宣传手段来进行旅游知识的弘扬。这将使得我国高校的旅游英语翻译专业如火如荼，也加强了文化之间的传递性和促进性提升。

式中：ρ31=死亡半径内人员密度(人/m2)；ρ32=重伤半径内人员密度(人/m2)；ρ33=轻伤半径内人员密度(人/m2)。

2.4低氧 正常情况下空气中氧浓度为20.9%(体积)；一般情况下，低于19.5%可呼吸加速、疲劳无力；<17%则呼吸困难和喘息；<15%呼吸加速、心跳加快、耳鸣目眩、判断力降低；<12%嘴唇发紫、判断力丧失；<9%则恶心呕吐、意识丧失，如不及时抢救可迅速死亡。

在相同装药条件下，云爆/温压炸药比TNT导致人体低氧窒息的能力高5.51倍。爆轰区的氧气含量可在4min内降至正常含量的1/3，乃至耗尽[15]。以装药量70kg温压弹为例，氧浓度自爆炸后17s开始下降,22.8s浓度最低(15.3%),持续时间为4s，此后随着新鲜空气补充,氧气浓度逐渐恢复正常[16]。

温压弹氧平衡计算公式如下[11]：

式中:M=装药量;NOiAVi=炸药中被还原原子数与相应化合价乘积;NRiAVi=炸药中被氧化原子数与相应化合价乘积。

计算爆炸场窒息死亡人数的公式为N=πR42ρ4，式中ρ4=人员密度(人/m2)，R42 =火球半径(m)。

2.5有毒有害气体 云爆弹/温压弹爆炸产生的有毒有害气体主要有一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)和氮氧化物(NOX)。CO为无色无味气体，浓度在13%～75%时可发生爆炸。CO与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力高250～300倍，因而人体吸入CO后血红蛋白失去携氧能力，造成组织和细胞低氧，当空气中CO浓度达0.4%时，短时内人会失去知觉，若不及时抢救即会死亡。H2S是易燃性气体，无色，低浓度时有臭鸡蛋味，极低浓度时有硫磺味。它是一种神经毒素，对黏膜有强烈刺激作用，高浓度H2S可短时致人毙命，低浓度则刺激眼睛和呼吸系统，麻痹嗅神经，抑制中枢神经系统。常见NOX有一氧化氮(NO，无色)、二氧化氮(NO2，红棕色)、一氧化二氮(N2O)、五氧化二氮(N2O5)等，其中除N2O5常态下呈固体外，其他均为气态。NOX对呼吸系统有毒性，轻者可引起咳嗽，重者可发生呼吸困难和肺水肿。实测表明，装药量为70kg的云爆弹/温压弹爆炸15s开始CO急剧升高,21.3s达最高值(2 104μL/L，持续时间2s),30s后恢复到平衡态。NOX浓度无明显变化[16]。

应当说明，云爆弹/温压弹爆炸产生的有毒有害气体浓度受装药量、投放数量、环境风速、温度、湿度等多种因素的影响，加之短暂的爆轰时间(微秒级)难以和测量仪器响应时间同步,因此武器试验时的测量结果很难完全反映有毒有害气体的真实情况。

3 损伤特点

根据云爆弹/温压弹的杀伤因素和特性，总结这类弹药的损伤特点如下。

3.1冲击波损伤重 典型的冲击波损伤是“外轻内重”，即生物体表虽无明显创伤，内部器官(肺、胃肠道、中耳)却损伤严重。这一损伤特点主要和云爆/温压炸药的冲击波峰值更高、上升更快以及持续时间更长有关，这就决定了冲击波对生物的毁伤能力更强。爆炸后距爆心近的动物现场死亡或迅速死亡的主要原因和极重度冲击波损伤有关。

3.2烧伤重 装药量120kg云爆弹/温压弹致伤实验表明，距爆心10m处体表烧伤发生率为100%，平均烧伤面积约80%，Ⅲ度烧伤面积可达50%；吸入性损伤的发生率也为100%(5/5)，其中80%为极重度损伤，表现为咽喉部和气管、支气管内有大量泡沫样粉红色液体，气管和支气管壁全层出血。云爆弹/温压弹的这一损伤特点主要和其形成的高温火球有关，且高温持续时间较长，如爆炸现场有其他助燃/易燃物，则烧伤发生率更高，烧伤程度也更重。

3.3低氧窒息重 云爆弹/温压弹爆炸后大量消耗空气中的氧是低氧窒息的重要原因。应该说明，这一损伤特点在山洞、坑道等相对密闭空间内体现的更为明显，而开放空间内如单发云爆弹/温压弹爆炸，因耗氧面积和程度有限，加之空气流动可迅速补充氧气，低氧窒息不一定很突出。但严重的肺冲击伤、吸入性损伤以及伴随的有毒有害气体，必然会严重影响伤者呼吸，多种因素的叠加，即使在开放空间内，伤者低氧窒息的可能性也会大大增加。

3.4“洞内”损伤重 所谓“洞内”损伤重是指隐蔽于山洞、坑道、战壕、地下工事等相对密闭或低洼处的人员损伤更重。这一特点主要和云爆/温压炸药形成的气溶胶的比重大于空气，容易散落地面和漂移有关，特别是在相对密闭环境中内其爆炸威力比在开放空间中更强，加之密闭环境内氧气消耗快，空气流动受限，氧气补充慢，因而形成越躲避越容易受伤、且损伤程度更重的“反常”现象。

3.5复合伤多 云爆弹/温压弹毁伤人体是多因素综合作用的结果，最容易造成烧-冲复合伤，典型表现是除严重烧伤外，口鼻处有大量血性泡沫样液体，距离爆心越近，损伤程度越重。如弹体内没有预置破片，弹壁形成的破片较少，因而形成弹-烧-冲复合伤的概率不高，如若发生，则发生距离远比烧-冲复合伤远得多(破片、碎石飞行距离更远)。远距离上的烧-冲复合伤变轻，但破片打击往往是致命性的，若击中重要器官会导致现场死亡。低氧窒息虽然致命，但在烧伤、冲击伤和破片伤的掩盖下，现场表现并不突出。

云爆弹/温压弹是一类特殊装药的面杀伤武器，高温、低氧是其突出的杀伤因素，因而对隐蔽目标杀伤力更强。未来城市作战的可能性大，人员目标多隐蔽，因而无论军队还是地方医务工作者，均应了解云爆弹/温压弹的杀伤因素和特点，从而在战时面对伤员时做到备而不乱。

作者贡献声明：李越：文献检索、逻辑整理、全文写作；李兵仓：修改文稿、学术把关