Действие пули. Виды действия пули Теория гидродинамического действия пули

Теория гидравлического (гидростатического) действия

Теория гидравлического (гидростатического) действия пули основана на работах немецких ученых конца XIX ст. Регера, Брунса и др. (поэтому ее называют еще немецкой теорией). В соответствии с этой теорией, при формировании огнестрельного повреждения имеют значение скорость снаряда, определяющая темп повышения давления в жидкости, а также его калибр, то есть ударная величина, действующая на жидкость поверхности тела. Теория гидравлического действия пули базируется на гидростатическом законе Паскаля, по которому давление, которое формируется в жидкости, находящейся в герметично закрытом сосуде, передается во все стороны с одинаковой силой. Эта теория способна объяснить только механизм огнестрельных повреждений полых органов, наполненных жидкостью или полужидким содержимым.

Теория гидродинамического действия пули

Теория гидродинамического действия пули состоит в том, что повреждение тела формируются за счет того, что снаряд (пуля или дробь), проникая в жидкую или полужидкую среду, передает ей свою большую скорость. Тем не менее, в этой среде энергия пули не распространяется равномерно во все стороны, а направлена, преимущественно, в сторону ее полета. Итак, определяющим фактором во взаимодействии пули с жидкой средой, есть жидкость с присущий ее физическими качествами, в частности передача энергии снаряда жидкой или полужидкой среде. Недостатком этой теории есть то, что повреждающее действие связывается, главным образом, с состоянием тканей, а точнее со степенью их насыщенности жидкостью, а не с особенностями действия самой пули или дроби.

Теория ударного действия пули

Теория ударного действия пули предложена русскими учеными П.И. Морозовым (1889), Е.В. Павловым (1892), В.А. Тиле (1894) и И.П. Ильиным (1894), в связи с чем имеет еще название русской теории. По этой теории разрушающее действие пули на любом расстоянии, относительно ко всем тканям тела, определяется огромной кинетической энергией и степенью твердости пули, а также сопротивлением тканей поражаемого тела. Правильность этой теории доказывают, в частности, эксперименты И.П. Ильина: делая выстрелы в голову трупа через два трепанационных отверстия в черепе, он наблюдал в 8 раз меньшие разрушения, чем при выстреле в целый череп. В соответствии с этой теорией, чем быстрее уменьшается скорость полета пули и чем быстрее передается энергия пули в момент ранения, тем значительнее повреждение тканей, то есть важнейшим фактором травмирующего действия пули есть величина энергии, переданная тканям.

Гидродинамических автоколебаний эффект

Анимация

Описание

Явление возникновения акустических волн в турбулентной затопленной струе жидкости при взаимодействии с препятствием определенной формы называется гидродинамическим автоколебательным эффектом.

Устройства, преобразующие кинетическую энергию струи жидкости в энергию акустических колебаний называется гидродинамическими излучателями.

Работа гидродинамического излучателя основана на генерировании возмущений в жидкой среде в виде некоторого поля скоростей и давлений при взаимодействии вытекающей из сопла струи с препятствием определенной формы и размеров, либо при принудительном периодическом прерывании струи. Эти возмущения оказывают обратное действие на основание струи у сопла, способствуя установлению автоколебательного режима. Механизм излучения звука возмущениями может быть различным в зависимости от конструкции гидродинамического излучателя, которая принципиально отличается от конструкции газоструйных излучателей для воздушной среды, хотя гидродинамические излучатели и называют жидкостными свистками.

Наибольшее распространение получили пластинчатые гидродинамические излучатели, состоящие из погруженных в жидкость прямоугольного щелевого сопла (рис. 1) и заостренной в сторону струи пластинки, которая крепится в узловых точках (рис. 1а) либо консольно (рис. 1б).

Схема пластинчатого гидродинамического излучателя с креплением пластинки в узловых точках

Рис. 1а

Обозначения:

2 - пластинка;

3 - точки крепления.

Схема пластинчатого гидродинамического излучателя с консольным креплением пластинки

Рис. 1б

Обозначения:

2 - пластинка.

При натекании на пластинку потока жидкости в ней возбуждаются изгибные колебания, основная собственная частота которых:

,

где a - коэффициент пропорциональности, зависящий от способа крепления пластинки;

l - длина пластинки;

t - толщина;

Е - модуль упругости;

r - плотность материала, из которого изготовлена пластинка.

Если все перечисленные величины выражены в единицах системы СГС, то при креплении пластинки в двух узлах a = 2,82, а консольно a = 0,162.

Наличие присоединенной массы несколько принижает значение f PL . В натекающей струе возникают автоколебания с частотой:

f c =k n /h,

где n - скорость струи;

h - расстояние между соплом и пластинкой;

k - коэффициент пропорциональности, зависящий от n и h .

Для возбуждения интенсивных колебаний необходимо совпадение f c и f PL . На практике настройка пластины в резонанс с колебаниями струны не представляет особых трудностей и осуществляется регулировкой скорости истечения струи и изменением расстояния между соплом и пластинкой. Пластинчатые гидродинамические излучатели генерируют колебания с частотами ~2ё 35 кГц. Излучение акустической энергии при работе пластинчатых гидродинамических излучателей осуществляется в основном за счет колеблющейся пластинки в направлении, перпендикулярном ее плоскости, с максимумом посредине опор (рис. 1а) либо вблизи свободного конца (рис. 1б).

Временные характеристики

Время инициации (log to от -1 до 0);

Время существования (log tc от 0 до 6);

Время деградации (log td от -1 до 0);

Время оптимального проявления (log tk от 1 до 5).

Диаграмма:

Технические реализации эффекта

Техническая реализация эффекта

Простейшая техническая реализация представлена на рис. 1а. В качестве сопла можно использовать бытовой пылесос со щелевой насадкой, в качестве пластины - полоску тонкой (0,1мм) стальной фольги, зажатую одним концом в массивное основание. Изменяя длину консольной части пластины (то есть резонансную частоту свободных колебаний пластины) можно получить различные частоты автоколебаний, меняя одновременно расстояние от сопла до пластины, как это описано в содержательной части. При этом частота автоколебаний будет всегда практически совпадать с частотой собственных колебаний.

Применение эффекта

Гидродинамические излучатели применяются для интенсификации различных технологических процессов, таких, как эмульгирование нерастворимых друг в друге жидкостей (например, получение высококачественных эмульсий вода-масло, вода-ртуть), диспергирование твердых частиц в жидкостях (например, графита в масле), ускорение процессов кристаллизации в растворах, расщепление молекул полимеров, очистка стального литья после прокатки и т.д.

Пример 1. Пластинчатый гидродинамический излучатель с кольцевым соплом.

В конструкции гидродинамического излучателя имеется кольцевое щелевое сопло 1 (рис. 2), образованное двумя коническими поверхностями, а колеблющимся препятствием служит полый цилиндр 2 , который разрезан вдоль образующих так, что создается система расположенных консольных пластин.

Схема пластинчатого гидродинамического излучателя

Рис. 2

Возможен и другой механизм излучения гидродинамического излучателя - за счет пульсации кавитационной области, образующейся между соплом и припятствием (рис. 3).

Схема стержневого гидродинамического излучателя

Рис. 3

Основные элементы такого излучателя - конусно-цилиндрическое сопло 1 , препятствие-отражатель 2 и резонансная колебательная система в виде стержней 3 , расположенных вдоль образующих цилиндра с осью сопло - отражатель. Она может быть изготовлена либо в виде набора скрепленных по краям стержней, либо в виде пустотелого цилиндра с профрезерованными вдоль образующих пазами. Отражающие поверхности могут быть выпуклыми, плоскими и вогнутыми. Лучшим в энергетическом отношении является вогнутый отражатель в виде лунки, обеспечивающий образование кавитационной области, содержимое которой с определенной частотой (частотой основного тона) выбрасывается из зоны сопло - отражатель. Для возбуждения интенсивных колебаний необходимо определенное соотношение между диаметром лунки D на торце отражателя и диаметром сопла d при определенной форме отражающей поверхности. Пульсации кавитационной области создают переменные поля скоростей и давлений, которые возбуждают в стержнях 3 изгибные колебания на их собственной частоте, что дает вклад в излучение, повышая его интенсивность и монохроматичность. Собственная частота стержней f ст определяется по той же формуле, что и f пл (коэффициент a при двустороннем закреплении стержней равен 1,03, а при консольном -0,7). Гидродинамические излучатели подобной конструкции называются стержневыми.

Принцип излучения за счет пульсации кавитационной области возможен в конструкции гидродинамического излучателя, подобной изображенной на рис. 3, если в дне цилиндрического припятствия имеется отверстие диаметром d . Кавитационная область тороидальной формы образуется между торцами сопла и отражателя (сопла и цилиндра). Для этого необходима скорость истечения жидкости 20-30 м/с и напор примерно 2-10 атм. Спектр частот генерируемых колебаний - 0,3-25 кГц.

Возможны гидродинамические излучатели, действие которых основано на эффекте Бернулли. Они состоят из кругового сопла 1 (рис. 4) и защемленной по контуру мембраны 2 .

Схема гидродинамического излучателя

Рис. 4

Струя, вытекая из сопла, периодически меняет давление в зоне сопло - мембрана, вызывая колебания мембраны. При этом в жидкость излучаются мембраной низкочастотные колебания. Колебания излучаются с основным тоном, соответствующим собственной частоте изгибных колебаний мембраны.

Кроме перечисленных, существуют роторные излучатели, основными рабочими элементами которых являются соосно расположенные цилиндры - статор и ротор. Каждый из них на боковых поверхностях снабжен системой прорезей или отверстий. Работа их подобна работе сирен и сводится к периодическому прерыванию струи жидкости, что достигается чередованием прорезей статора и ротора при вращении и приводит к возникновению в рабочей среде пульсаций давления. Частота роторных гидродинамических излучателей определяется количеством прорезей и числом оборотов ротора.

Гидродинамические излучатели способны излучать акустические колебания в широком частотном диапазоне: от 0,3 до 35 кГц с максимальной интенсивностью ~1,5-2,5 Вт/см2 . Общими преимуществами гидродинамических излучателей являются дешевизна получаемой акустической энергии, простота конструкций и их эксплуатации, а так же тот факт, что струя жидкости является в них, с одной стороны, генератором колебаний, а с другой - объектом озвучивания. Преимущество пластинчатых гидродинамических излучателей - возможность работы при относительно низких напорах, начиная примерно с 2 атм.; недостатки - частые поломки пластин из-за усталостных напряжений, трудность расположения опор точно в узловых точках, затруднения при генерировании колебаний в вязких средах и средах с твердыми примесями. Стержневые гидродинамические излучатели лишены указанных недостатков, однако они работают при повышенных напорах, начиная примерно с 4 атм. Роторные гидродинамические излучатели существенно сложнее пластинчатых и стержневых как в конструктивном отношении (из-за необходимости обеспечения высокой соосности ротора и статора, наличие вращающихся элементов и т.д.), так и в эксплуатации, но они имеют наибольшую по сравнению с другими гидродинамическими излучателями производительность.

В момент выстрела не все порошинки воспламеняются и не все воспла­менившиеся сгорают. Это зависит от системы оружия, длины ствола, сорта пороха, формы порошинок, «старости пороха», условий его хранения, зна­чительных колебаний температуры, повышенной влажности, ослабления капсюля за счет частичного разложения капсюльного состава.

Выброшенные из канала ствола порошинки летят на разное расстояние в зависимости от сорта пороха, свойств порошинок, вида оружия, формы и массы порошинок, количества и качества пороха, величины заряда, усло­вий его сгорания, расстояния выстрела и свойств преграды, конструкции дульного среза оружия, массы частиц копоти и порошинок, соотношения калибра ствола и снаряда, материала гильзы, количества выстрелов, темпе­ратуры и влажности окружающей среды, материала и характера поверхно­сти, плотности преграды.

Каждую порошинку можно рассматривать как отдельный маленький снаряд, обладающий большой начальной скоростью и определенной «жи­вой» силой, позволяющей причинить те или иные механические поврежде­ния и внедриться на некоторую глубину в ткань или только прилипнуть к ней. Чем больше и тяжелее каждая порошинка, тем дальше она летит и глубже внедряется. Крупнозернистые пороха летят дальше и проникают глубже мелкозернистых; цилиндрические и кубические зерна бездымного пороха летят дальше и проникают глубже пластинчатых или чешуйчатых.

Вылетая из канала ствола, порошинки летят вслед за пулей, конусооб­разно рассеиваясь, что обусловлено большой затратой энергии на преодо­ление воздушной среды. В зависимости от дистанции выстрела, расстоя­ние между порошинками и радиус их рассеивания становятся больше.

Иногда порошинки сгорают полностью, при этом судить о дистанции выстрела не представляется возможным.

Летя с небольшой скоростью, поро­шинки оседают на коже, с большей - причиняют ссадины, изредка окруженные кровоподтечностью, с очень большой - полностью пробивают кожу (рис. 142), об­разуя неисчезающую татуировку из сине­ватых точек. У живых лиц после зажив­ления мест повреждений порошинками образуются буроватые корочки, отпадаю­щие вместе с включенными в них поро­шинками, которые необходимо изъять для определения дистанции выстрела в случа­ях самоповреждений и членовредитель­ства. Проникающие на большую глубину порошинки вызывают воспалительную реакцию, выражающуюся покраснением и образованием корочек в местах их вне­дрения.

Летящие порошинки и их частицы, достигая волос, отщепляют тонкие пластинки с их поверхности, иногда крепко внедряются в толщу волоса и даже перебивают его.

Температурное действие порошинок. Выстрел дымным порохом мо­жет опалить волосы, изредка причинить ожог кожи и даже воспламенить одежду.

Бездымный порох не дает ожога кожи и не опаляет волос, что позволяет судить о виде пороха в случаях отсутствия порошинок.

Пуля

Двигаясь по каналу ствола нарезного оружия, пуля, вращаясь по винто­вым нарезам, делает около одного оборота вокруг продольной оси. Враща­ющаяся в воздушной среде пуля впереди себя у головного конца уплотняет воздух, образуя головную баллистическую волну (волну сжатия). У доныш­ка пули образуется разреженное запульное пространство и вихревой след. Взаимодействуя со средой боковой поверхностью, пуля передает ей часть кинетической энергии, и пограничный слой среды вследствие трения при­обретает определенную скорость. Пылевидные частицы металла и копоть выстрела, следуя за пулей в запульном пространстве, могут переноситься в нем на расстояние до 1000 м и откладываться вокруг входного отверстия на одежде и теле. Такое наложение копоти возможно при скорости движе­ния снаряда свыше 500 м/с, на втором нижнем слое одежды или кожных покровах, а не на первом (верхнем), как это бывает при выстрелах с близко­го расстояния. В отличие от выстрела с близкого расстояния, наложение копоти менее интенсивно и имеет форму лучистого венчика вокруг отвер­стия, пробитого пулей (признак Виноградова).

Попадая в тело, пуля образует огнестрельную рану, в которой различа­ют: зону непосредственного раневого канала; зону ушиба тканей стенок раневого канала (от 3-4 мм до 1-2 см), зону комоции (сотрясения тканей) шириной 4-5 см и более.

Зона непосредственного раневого канала. При попадании в тело пуля наносит мощный удар на очень малой площади, сжимает ткани и частично их выбивает, выбрасывая вперед. В момент удара в мягких тканях возника­ет ударная головная волна, которая устремляется в направлении движения пули со скоростью, значительно превышающей скорость полета пули. Ударная волна распространяется не только по направлению полета снаря­да, но и в стороны, вследствие чего формируется в несколько раз превыша­ющая объем пули пульсирующая полость, перемещающаяся вслед за пу­лей, которая спадается и превращается в обычный раневой канал. В мягких тканях возникают явления сотрясения среды (зона молекулярного сотрясе­ния), возникающие через несколько часов и даже суток. У живых лиц ткани, подвергшиеся молекулярному сотрясению, некротизируются, и рана заживает вторичным натяжением. Пульсации полости создают фазы отри­цательного и положительного давления, способствующие проникновению в глубину тканей инородных тел.

Быстрое спадение пульсирующей полости в начальной части раневого канала иногда выплескивает кровь и поврежденные ткани в обратном на­правлении движения пули. При выстрелах в упор и на дистанции выстрела 5-10 см капли крови могут попасть на оружие и даже в ствол.

Размер временной полости обусловлен не только энергией, переданной пулей тканям, но и скоростью ее передачи, в связи с чем пуля меньшей массы, летящая с большей скоростью, причиняет более глубокие повреж­дения. В зоне, граничащей с раневым каналом, ударная головная волна может вызвать значительные разрушения головы или груди без поврежде­ния крупных сосудов или жизненно важных органов самой пулей, а также переломы костей.

Одна и та же пуля, в зависимости от скорости кинетической энергии, пути, пройденного в теле, состояния органов, плотности тканей, наличия в них жидкости, действует различно. Для входа и выхода характерно конту-зионное, пробивное и клиновидное действие; выхода - контузионное и клиновидное; повреждений внутренних органов с наличием жидкости - гидродинамическое; костей, хрящей, мягких тканей и кожи противополож­ной стороны - контузионное.

В зависимости от величины кинетической энергии различают следую­щие виды действия пули на тело человека.

Пробивное действие пули возникает, когда кинетическая энергия рав­няется нескольким десяткам килограммометров. Пуля, движущаяся со ско­ростью свыше 230 м/с, действует как пробойник, выбивая ткань, вслед­ствие чего образуется определяемое углом вхождения пули отверстие той или иной формы. Выбитое вещество уносится пулей на значительное рас­стояние.

Входное отверстие в коже при выстреле под углом, близким к прямому или к 180°, и вхождении пули носиком или донышком имеет округлую или

неправильно-округлую (за счет сокращения тканей) форму и размеры, не­сколько меньше диаметра пули. Вхождение пули боком оставляет отвер­стие, соответствующее форме профиля пули. Если пуля до вхождения в тело деформировалась, то форма отверстия будет отображать форму деформированной пули. Края такого отверстия окружает равномерное осаднение, стенки раны отвесны.

Вхождение пули под острым углом оставляет осаднение со стороны острого угла, с этой же стороны выявляется и скошенность стенок, а на-висание - со стороны тупого угла.

Разрывное действие пули наблюдается, когда кинетическая энергия равняется нескольким сотням килограммометров. Мощный удар пулей, сила которого сосредоточена на малой площади, вызывает сжатие тканей, их разрыв, частичное выбивание и выброс, а также сдавление тканей вок­руг пули. Вслед за прохождением пули часть сжатых тканей продолжает свое движение в стороны, вследствие чего образуется полость, в несколько раз превышающая диаметр пули. Полость пульсирует, а затем спадается, превращаясь в обычный раневой канал. Морфологически разрывное дей­ствие пули проявляется в разрыве и растрескивании тканей на большей площади, чем величина пули. Это обусловливается очень большой «жи­вой» силой пули, ее гидродинамическим действием, повреждением пуле­вой оболочки, неправильным полетом пули, прохождением пулей различ­ных по плотности тканей человека, поражением специальными пулями (эксцентриками).

С разрывным действием пули не следует путать действие взрывных пуль, содержащих взрывчатое вещество, взрывающееся в момент удара пули о тело.

Клиновидным действием обладают пули, летящие со скоростью менее 150 м/с. Кинетическая энергия пули равняется нескольким килограммо­метрам. Достигнув цели, пуля действует как клин: сдавливает мягкие тка­ни, растягивая, выпячивает их в виде конуса, разрывает и, проникая во­внутрь, в зависимости от величины кинетической энергии, на ту или иную глубину, образует слепое ранение. Форма входного отверстия в коже зави­сит от угла вхождения пули в мягкие ткани, полоса осаднения будет боль­шей по сравнению с пробивным действием пули. Это объясняется меньшей скоростью вхождения пули в тело. Мягкие ткани и осколки костей пуля с собой не уносит, что обусловлено раздвиганием мягких тканей и спадени­ем стенок раневого канала.

Ударное, или контузионное действие пули проявляется в случаях утраты скорости и кинетической энергии пулей. В конце полета пуля уже не может причинить характерных огнестрельных ран и начинает действо­вать как тупой предмет. Удар пули на коже оставляет ссадину, ссадину, окруженную кровоподтеком, кровоподтек или поверхностную рану. Удар о близко расположенную кость деформирует пулю.

Гидродинамическое действие пули выражается в передаче энергии пули жидкой средой по окружности на ткани поврежденного органа. Такое действие проявляется при попадании пули, движущейся с очень большой

скоростью, в полость с жидким содержимым (в сердце, наполненное кро­вью, желудок и кишечник, заполненные жидким содержимым) или ткань, богатую жидкостью (головной мозг и пр.), что приводит к обширным разрушениям головы с растрескиванием костей черепа, выбрасыванию наружу мозга, разрыву полых органов.

Сочетанное действие пули проявляется в последовательном ее про­хождении через несколько областей тела.

Осколочно-пулееым действием обладает пуля, взрывающаяся вблизи тела с образованием множества осколков, наносящих повреждения.

Пуля, попавшая в кость, в зависимости от величины кинетической энер­гии причиняет разнообразные повреждения. Движущаяся с большой ско­ростью, она вызывает дополнительные повреждения в мягких тканях и органах, продвигающимися в направлении ее полета осколками костей и фрагментировавшимися осколками.

Факторы выстрела (сопутствующие продукты выстрела - СПВ (поро­ховые газы, копоть выстрела, остатки пороховых зерен и др.) в зависимо­сти от ряда условий причиняют всегда входную и иногда выходную раны, получившие название входного и выходного отверстий, соединенных ране­вым каналом.

Входное отверстие огнестрельного ранения

Впервые морфологию и механизм возникновения входного и выходного отверстий описал в 1849 г. Н.И. Пирогов. Он писал: «Отверстие входа отличается от выхода тем, что вход бывает всегда с потерею существа кожи. Отверстие выхода мы никогда не замечали круглым. Оно, очевидно, обра­зуется через один только разрыв кожи, без потери ее существа или, по крайней мере, с потерею несравненно меньшею, нежели отверстие входа». «...Пуля входа выбивает в ней круглое отверстие; выхода же - натягивает ее изнутри и раздирает».

П.П. Заблоцкий в 1852 г. констатировал, что «рана входа представляет вообще потерю вещества, рана же выхода - разрыв ткани».

Потерю существа кожи - дефект ткани, являющийся главным призна­ком входного огнестрельного отверстия, доказали М.И. Райский и Н.Ф. Жи­водеров (1935) путем экспериментального отстрела одинаковых по раз­мерам и весу кусочков кожи с последующим их взвешиванием после отстрела. На основании проведенных опытов были установлены уменьше­ние веса кусочков кожи и невозможность сведения противоположных кра­ев повреждения. Назвав этот признак «минус-ткань», они подтвердили выводы Н.И. Пирогова и П.П. Заблоцкого.

Дефект ткани в зависимости от дистанции выстрела образуют предпу-левой воздух, газы, снаряд, которые позволяют по особенностям раны и изменений вокруг нее решать такие важные вопросы, как дистанция выстрела, характер, форма и размеры снаряда.

Описывая огнестрельные раны, необходимо указать, образуется ли при сведении краев раны складка кожи, являющаяся главным признаком вход­ного огнестрельного отверстия и свидетельствующая о пробивном дей-

ствии. Колющие орудия хотя и образуют отверстия, но, в отличие от огне­стрельного, не пробивают, а растягивают, разрывают и раздвигают все слои тканей. Сопоставление краев таких ран не вызывает возникновения скла­док кожи, что позволяет устанавливать происхождение ран.

Форму входного отверстия определяют дистанция выстрела, действие предпулевого воздуха, газов, величина и форма снаряда, скорость, угол вхождения пули (рис. 143), баллистические свойства оружия и боеприпа­сов, наличие подлежащих костей.

Угол вхождения пули около 180° или 90° образует круглую или округ­лую рану, а около 70° и менее - приближает ее к овалу (рис. 144). В связи с неравномерным сокращением тканей, а главное, мышц, круглая форма переходит в той или иной степени в овальную.

Положение о том, что овальная форма раны всегда свидетельствует о выстреле под острым углом, является ошибочным. Подтверждением та­кого выстрела служит выраженное полулунное осаднение какой-либо ча­сти по краю раны, особенно если осаднению сопутствуют растрескивание эпидермиса и скошенность стенок на противоположной стороне.

Очень редко овальное отверстие может напоминать ромб (например, при неравномерном повреждении и последующем сокращении тканей, ок­ружающих отверстие).

Вхождение пули боковой поверхностью (плашмя) образует входное от­верстие продолговатой формы, и контуры пояска осаднения могут отра­жать профиль пули.

При выстреле в области тела с близко расположеной костью предпуле-вой воздух и газы распространяются вдоль кости, отслаивают мышцы, надкостницу, иногда причиняя разрывы кожи у входа, иногда частично прорываются в раневой канал, и могут доходить до выходного отверстия.

Размеры входного отверстия зависят от эластичности кожи, степени ее натяжения в различных областях тела, дистанции выстрела, особенностей анатомического строения травмируемой области тела, наличия подлежа­щих костей, естественных складок кожи, податливости тканей (грудь, жи­вот), и, как правило, они меньше калибра пули, ибо втянутая пулей кожа,

Рис. 143. Форма входного отверстия

углом 180" (по Н.С. Бокариусу, 1930)

Рис. 144. Форма входного отверстия

и наложения копоти при выстреле под

острым углом (по Н.С. Бокариусу, 1930)

особенно в областях с большим массивом мягких тканей, сокращается, и размеры отверстия уменьшаются. В проекции кости мягкие ткани незна­чительно вдавливаются вовнутрь, размер входного отверстия почти соот­ветствует диаметру пули или может быть несколько больше. Входные от­верстия в естественных складках кожи могут увеличиваться в момент расправления этих складок на трупе. Выстрелы в упор и с близкой дистан­ции (1 и 2 зоны) оставляют больших размеров входные отверстия, а с дальней - меньших.

Иногда от края отверстия отходят радиальные разрывы, которые как часть отверстия рассматривать нет основания, так как они образуются от действия не пули, а предпулевого воздуха, газов и, таким образом, инфор­мации о размерах пули не несут. Неправильный полет пули в случаях выстрелов из дефектного оружия и рикошетирования оставляет отверстия разнообразной формы. Пуля, выпущенная из обреза, нередко фрагментиру-ется, нанося несколько ранений, иногда принимаемых за дробовые. Пули специального назначения причиняют отверстия больших размеров, чем размеры пули, что объясняется их конструктивными особенностями.

На характер краев входного отверстия влияют форма, скорость полета и угол вхождения снаряда в тело. Края отверстий, нанесенных остроконеч­ными пулями, более ровные. Закругленные и тупоконечные пули сильнее ушибают, и края, образованные ими, неровные, мелкозубчатые, а от дро­бовых снарядов - фестончатые. Стенки раневых каналов покаты, неровны. По краю входного отверстия располагается ободок осаднения и обтирания. На одежде имеются разволокнения нитей материала вокруг дефекта тканей.

В результате ушиба и трения пули вокруг огнестрельной раны возникает участок, лишенный эпидермиса, получивший название пояска осаднения. Ободок (поясок) осаднения первым отметил русский хирург М.Ф. Криво-шапкин (1858), а в 1865 г. на него обратил внимание Н.И. Пирогов. В 70-х годах Э. фон Гофман объяснил возникновение пергаментного ободка вы­сыханием осадненного участка проникающей пулей. Форма его обусловле­на углом вхождения пули в тело, а размеры - скоростью кинетической энергии и поверхностью контакта пули с кожей. Поясок осаднения стано­вится заметным в среднем через 3,5 ч после травмы. Пуля, обладающая большой скоростью движения, пояска осаднения не образует, что позво­ляет полагать о причинении ранения из современного длинностволь­ного оружия. На коже головы поясок осаднения бывает неразличим, что И.В. Слепышков (1933) объясняет разрывом и отслоением краев раны.

Входя в кожу, пуля неодинаково действует на различные слои. Кожа более эластична, чем эпидермис, который разрывается раньше ее, увлека­ется пулей и сдирается в окружности раны на удалении 1-2 мм от ее краев. Вследствие этого образуется поясок осаднения (травматическое кольцо, контузионное кольцо, ободок высыхания, эрозивная кайма и пр.). Пуля, входящая под прямым углом, причиняет поясок осаднения одинаковой ширины, а под острым - шире со стороны полета пули. При ранениях большими закругленными пулями возникает не только осаднение, но не­редко и кровоподтек в ближайшей окружности раны, что объясняется из­гибом пули, имеющей большую поверхность. Микроскопическим иссле-

дованием в окружности ран выявляются экхимозы. Зарубежные авторы называют их экхимотическим экскориативным кольцом. Размеры пояска осаднения зависят от степени податливости кожи травмируемой области, характера подлежащих тканей, скорости, формы и угла вхождения пули в тело.

Наружный диаметр пояска осаднения примерно равен размерам пули. В случаях ранения через одежду ободок осаднения бывает шире в связи с придавливанием одежды пулей к телу.

На ладонях и подошвенных поверхностях стоп, имеющих толстый рого­вой слой, осаднения не образуются, а возникают радиальные разрывы длиной до 0,3 см и отслоение эпидермиса.

Поясок обтирания - след, оставленный пулей по краям входного отвер­стия, и в начальном отделе раневого канала вследствие обтирания с поверх­ности пули мельчайших частиц металлов и соединений, принадлежащих капсюлю, гильзе, пуле, металлу канала ствола, продуктам инициирующего вещества и продуктам взрывчатого разложения пороха.

Скользящая по каналу ствола пуля стирает смазку, ржавчину, металл, копоть, остающиеся на ее поверхности. Входя в тело, она конусообразно натягивает кожу, плотно охватывающую и стирающую с ее поверхности большую часть перечисленных наложений, оставляя по краям входного отверстия поясок серого или темно-серого цвета шириной от 0,05 до 0,2 см. Такой поясок называют пояском загрязнения (обтирания, металлизации). Он может наслаиваться на поясок осаднения или совпадать с ним. Пуля, проходя через одежду, оставляет поясок обтирания на лицевой поверхно­сти материала, иногда таковой может отсутствовать.

При выстреле в волосистую часть головы концы волос, свисающие в просвет раны, размозжены, разделены на тяжи, наподобие метелки, от­дельные волосы размозжены по длине. Волосы покрыты черноватым нале­том и отдельными черноватыми глыбками.

Иногда рядом с поясками осаднения и обтирания располагается поясок вдавления, возникающий от давления ствола и прилежащих деталей ору­жия (шомпола) на ткани в окружности раны при выстрелах в упор.

Выстрел из смазанного оружия сопровождается выбросом из канала ствола частиц оружейной смазки, которые оседают на преграде. Наиболее четко следы смазки выражены после первого выстрела. Количество смазки прогрессивно уменьшается с увеличением числа выстрелов. Смазка распо­лагается по краю входного отверстия в виде отдельных брызг на дистанции до 45 см. Наряду с этим следы смазки можно обнаружить и от прикоснове­ния дульного конца оружия к преграде. Наличие смазки позволяет судить о входном отверстии, площадь расположения - о дистанции, а количест­во - об очередности выстрелов. Следы смазки при осмотре в УФЛ имеют вид ярко светящихся пятнышек.

Раневой канал

Раневым каналом называют путь, который предпулевой воздух, снаряд и пороховые газы проходят в теле. В зависимости от дистанции выстрела его образуют те или иные факторы выстрела (предпулевой воздух, газы,

пуля). Пороховые газы, содержащие окись углерода, соединяющуюся с ге­моглобином крови и мышц, превращают их соответственно в карбоксиге-моглобин и карбоксимиоглобин, окрашивающие ткани в светло-красный цвет в диаметре до 5 см чаще всего вокруг раневого канала. Форма и размер раневого канала определяются поперечным сечением, скоростью, характером движения пули и свойствами поражаемой ткани, дистанцией выстрела. Боковое вхождение снаряда в тело и его «кувыркание» в полете оставляют раневые каналы больших размеров, чем при прямолинейном его движении. Прохождение снаряда через эластические ткани (сухожилия, фасции) образует щелевидные каналы меньших размеров. Величина кана­ла в мышцах обусловлена степенью их кровенаполнения и напряжения в момент травмы.

Наиболее часто канал представляет собой более или менее прямую линию, являющуюся продолжением направления полета пули до входа ее в тело, но иногда бывают и отклонения от этого направления. Они опреде­лены свойствами тканей, поражаемым снарядом, кинетической энергией пули, ее целостью, углом вхождения в тело, особенностями анатомической области тела, поражаемой снарядом.

По направлению и расположению канала в теле различают:

прямые - имеют вид более или менее прямой линии, сохраняющей направление выстрела. Их оставляют снаряды, проходящие через неболь­шое количество компактных, близлежащих тканей и органов;

косые - имеют вид косой линии, проходящей в направлении ветрела;

ломаные (зигзагообразные) каналы образуются от прохождения снаряда через несколько органов, которые могут легко смещаться или изменять свое положение в теле;

тангенциальные (касательные) каналы возникают в случаях вхождения пули в округлую область тела под очень острым углом и выхода ее вблизи входа;

опоясывающие каналы наносятся незначительной энергией пули, при­чиняющей канал, соответствующий форме рельефа, опоясываемой им об­ласти тела;

отклоненные каналы образуются в случаях встречи пули в теле с непре­одолимым для нее препятствием, в связи с чем она изменяет свой путь и прокладывает канал в другом направлении. Такое отклонение возможно только при наличии острого угла соударения или применении пуль со смещенным центром тяжести так называемых эксцентриков;

прерванные каналы возникают при прохождении пули через полые органы или раздвигании ею легко смещающихся органов. Различают внеш­ние и внутренние прерванные каналы. Первые наблюдаются во время про­хождения через две и более областей тела, вторые - в случаях прохожде­ния во внутренних органах и между ними;

множественные (разветвляющиеся) каналы возникают вследствие раз­рыва в теле одного снаряда на несколько частей. Входящий в тело снаряд вначале оставляет один канал, который на некотором удалении от входа в результате разрыва снаряда разветвляется на несколько каналов. Мно-

жество каналов образуется от действия дробового снаряда и взрывной травмы.

Кроме того, они наносятся выстрелом из оружия пулей со смещенным центром тяжести. Вследствие неустойчивого равновесия пуля, проходя че­рез границу двух сред различной плотности, теряет устойчивость, изменя­ет направление полета, кувыркается, и раневой канал не только становится ломаным, но и различной ширины.

По сообщению с внешней средой раневые каналы бывают слепые и сквозные. Слепой раневой канал - это канал, сообщающийся с внешней средой одним концом, сквозной раневой канал - это канал, сообщающий­ся с внешней средой обоими концами.

Направление раневых каналов в тканях и органах

Важное значение для практики имеет установление направления ране­вых каналов, по которым судят о направлении выстрела, положении и членорасположении пострадавшего. На направление раневого канала в теле человеке влияет анатомическое строение травмируемых тканей. Мозговое вещество мягко, и поэтому канал имеет прямолинейное направ­ление. По его ходу ткань размозжена и унесена снарядом (пробивное дей­ствие снаряда). Реже он образуется только при раздвигании ткани мозга. В окружности его много точечных кровоизлияний. Стенки канала неров­ные. Диаметр часто больше калибра пули.

Мышцы более плотные, чем мозг, и оказывают малое сопротивление снаряду. Они имеют волокнистое строение, обычно раздвигаются и раз­рываются снарядом в зависимости от направления его движения. Чаще преобладает клиновидное действие. Вследствие подвижности мышц и из­менения положения конечностей канал меняет свое направление и перво­начальная прямая линия может стать ломаной или зигзагообразной.

В полых тонкостенных органах, если они не наполнены (желудок, киш­ки, мочевой пузырь), возникают отверстия, подобные кожным, несколько меньше диаметра пули, за счет сокращения мышц и эластичности серозной оболочки. Отверстия могут образовываться как за счет пробивного, так и клиновидного действия пули. В этом случае они имеют вид узких щелей. При перекрещивании мышц отверстие принимает четырехугольную фор­му. В зависимости от наполнения органов, форма отверстий звездчатая или крестообразная, а вследствие гидродинамического эффекта орган разрыва­ется в различных направлениях.

Оболочки внутренних органов и мышц (фасции, связки, околосустав­ные сумки, околосердечная сумка, твердая мозговая оболочка) довольно прочны, эластичны и по характеру сопротивления сходны с кожей. Вслед­ствие эластичности тканей величина отверстия меньше калибра пули.

Стенки крупных сосудов, трахеи и крупных бронхов очень плотны и мало эластичны. При попадании в них пули они рвутся, принимая звездо­образную форму. Пуля, движущаяся с малой скоростью, может оставить округлое отверстие с дефектом артерии или бронха. Концы разорвавшегося сосуда иногда сокращаются и смещаются.

В легких канал прямой, что обусловлено клиновидным действием пули. Вследствие повреждения легочной ткани канал спадается.

В сердце раневой канал причиняется гидродинамическим, пробивным, клиновидным и разрывным действием пули. Канал бывает прямым и ка­сательным. Околосердечная сумка иногда не повреждается, так как кине­тическая энергия незначительна и снаряд не может ее пробить. В этих случаях пуля выталкивается натянувшейся околосердечной сумкой и обна­руживается где-нибудь поблизости. Отверстие в сумке часто не соответ­ствует отверстию в сердце.

В печени, селезенке, почке каналы обычно прямые, возникают от кли­новидного и разрывного действия. Отверстия звездообразные.

Повреждения костей связаны с кинетической энергией пули. Она может причинить трещину, вдавленный, оскольчатый и дырчатый переломы. Для плоских костей типичен дырчатый перелом, имеющий вид усеченного конуса. Основание конуса всегда обращено в направлении раневого канала, что позволяет определить направление полета пули.

Перпендикулярное вхождение пули в кость наносит округлой формы перелом наружной костной пластинки, диаметр которой примерно соответ­ствует диаметру пули. Внутренняя костная пластинка отламывается на большей площади. Края отверстия соединены каналом со скошенными стенками. При вхождении пули с малой скоростью, но достаточной для образования перелома по его краю, возникают небольшие отколы, благода­ря чему он приобретает зубчатый вид. В отличие от входного отверстия, основание выходного обращено кнаружи, что позволяет судить о направле­нии движения пули.

Вхождение пули под острым углом со стороны тупого угла сопровожда­ется сколом наружной костной пластинки. Внутренняя костная пластинка со стороны острого угла откалывается на большей площади (рис. 145).

В эпифизах длинных трубчатых костей пуля, движущаяся с большой скоростью, причиняет дырчатый перелом, а с малой - пробив со стороны входа кость, остается в губчатом веществе. В диафизах трубчатых костей пуля, движущаяся с очень большой скоростью, вызывает дырчатый пере­лом, а с меньшей - оскольчатые переломы. После реконструкции кости можно выявить место входа и выхода пули и иногда установить ее размеры.

Рис. 145. Пробивание пулей черепа (по Н.С. Бокариусу, 1930):

а - вхождение пули перпендикулярно к поверхности кости; 6 - вхождение пули под острым углом

Со стороны входа кость имеет отверстия, по конфигурации соответствую­щие форме пули. От краев отверстия отходят трещины, имеющие косое направление по отношению к длиннику кости, образующие на боковых поверхностях от входного отверстия осколки треугольной или трапецие­видной формы, напоминающие крылья бабочки. В этой связи такой пере­лом называют бабочковидным. На противоположной входу пули стороне кости отверстие имеет большие размеры, чем на стороне входа. От него отходят трещины, большая часть которых имеет продольное направление.

Величина входного отверстия зависит от эластичности костей. Она мо­жет равняться величине снаряда, быть меньше или больше его. Диаметр входного отверстия перпендикулярно входящей пули обычно соответству­ет ее диаметру, что имеет важное значение для следственной практики при определении калибра оружия.

Пуля может раздвигать органы, ткани и оболочки, проскальзывать меж­ду петлями кишек, огибать более плотные органы, не производя суще­ственных изменений. Поэтому прослеживать ход раневого канала надле­жит до извлечения внутренних органов.

По ходу раневого канала прослеживаются наложения копоти, а при поражении безоболочечной пулей - иногда и частицы свинца.

Форма и размеры поперечного сечения раневого канала обусловлены размерами недеформированной, или деформированной, или разорвавшей­ся пули, скоростью, характером ее движения и свойствами повреждаемых тканей. Как правило, раневой канал приобретает форму усеченного конуса, вершиной обращенного по направлению полета пули. Стенки раневого канала неровны, с множественными надрывами, пропитаны кровью. След­ствием гидродинамического действия пули, проходящей сквозь внутрен­ние органы являются звездчатые разрывы стенок.

Исследование раневых каналов производят послойным последователь­ным препарированием мягких тканей, через которые проходит канал. Зон­дирование раневых каналов с целью определения глубины и направ­ления запрещается.

По направлению раневых каналов выясняют направление и место про­изводства выстрела, что необходимо для раскрытия преступления.

Выходное отверстие

Проходя через тело, пуля образует канал, подходя к коже с внутренней стороны. Обладающая большой кинетической энергией пуля образует в коже отверстия по типу пробойника или клина и выходит наружу. Это отверстие называется выходным и заканчивает раневой канал.

Форма выходного отверстия зависит от кинетической энергии пули, ее деформации или фрагментации и поворота вследствие внутреннего рико­шета или других причин, осколков кости, гидродинамического действия, направления линий Лангера, толщины поражаемой области (кости), плот­ности одежды и контакта тела с предметом.

При пробивном действии пули в выходном отверстии может образо­ваться дефект ткани, меньший по размерам, чем во входном отверстии, и оно имеет округлую или овальную форму. Такие отверстия бывают вслед-

ствие прижатия тела к твердой преграде и плотной одежде, прохождения пули через кисть и предплечье.

Наиболее часто недеформированная пуля, обладающая малой кинети­ческой энергией и выходящая из тела головным концом, действует клино­видно, раздвигая кожу и не выбивая ее. Выходное отверстие приобретает щелевидную, звездчатую, крестообразную форму (рис. 146, 147).

Разрывное действие пули оставляет отверстие рваной, неправильно-лоскутной и звездчатой формы.

Размеры выходного отверстия могут быть меньше пули, равны ей или больше ее. Такие колебания размеров выходного отверстия обусловлены кинетической энергией пули, механизмом образования отверстий, дефор­мацией и фрагментацией пули, действием осколков костей, гидродинами­ческим действием пули в мягких тканях в области выхода, изменением положения пули на выходе.

Края выходного отверстия неровны, нередко с разрывами, а в случаях соприкосновения с твердыми предметами и нахождения в тесной одеж­де - осаднены. Иногда осаднение путают с высыханием.

Высыхание у выходных отверстий обусловливается до выхода снаряда сильным сдавлением, растяжением и истончением кожи. На высыхание влияют жировая клетчатка, кровь и кориум, заполняющие отверстие. Осад­нение краев выходного отверстия встречается в случаях выхода пули под углом менее 60°. Поясок осаднения по краям выходных ран наблюдается у лиц с одетым головным убором, в плотной, застегнутой одежде, контакти­ровавших повреждаемой областью тела с каким-либо твердым предметом.

Сведенные края раны полностью закрывают просвет, не образуя склад­ки кожи, что, учитывая перечисленное выше, позволяет диагностировать выходное отверстие.

Рис. 146. Выходное отверстие на голове Рис. 147. Выходное отверстие на животе

Стенки раневого канала неровны, как бы вывернуты наружу. В просвете раны могут быть осколки костей и мягкие ткани.

Поясок обтирания по краям выходной раны всегда отсутствует. Повреж­денные волосы под микроскопом напоминают концы недавно острижен­ных волос; лишь вблизи свободных концов обнаруживаются порогообраз-ные уступы, характерные для выходных отверстий.

ОСОБЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПОПУСКАХ ЧЕРЕЗ ГИДРОУЗЛЫ

© 2010 Е.М. Шумакова

Институт водных проблем РАН, г.Москва

Поступила в редакцию 14.12.2010

При попусках через гидроузлы возникают гидродинамические эффекты. Исследованы гидродинамические эффекты в районе Жигулевской ГЭС.

Ключевые слова: гидроузлы, гидродинамические эффекты, береговая деформация

Исследования, проведенные в последние десятилетия в районах некоторых гидроузлов показали, что попуски при зарегулированной работе ГЭС приводят к возникновению целого ряда гидродинамических эффектов. В 60-70-х годах в районе Жигулевской ГЭС Тольяттинской ГМО исследовались волны попуска, связанные с режимом работы ГЭС , а в конце 90-х-начале 2000-х гг. аналогичные исследования проводились в районе Рыбинской ГЭС Институтом водных проблем РАН.

Эти исследования выявили, возникновение длинноволновых возмущений, вызывающих значительное повышение скоростей течения в связи с прохождением волн попусков. Однако всегда имелось в виду волновое возмущение с периодом, соответствующим периоду возмущения (режиму работы ГЭС). При этом следует отметить, что подобные волновые возмущения не рассматривались как фактор русловых или береговых деформаций.

В настоящей работе рассмотрены волновые возмущения, возникающие во время попусков, но имеющих несравнимо меньшие периоды. Для прибрежной зоны морей и крупных озер достаточно изучены проявляющиеся в виде флуктуа-ций уровня на мелководье, длинноволновые движения с периодами от нескольких секунд до нескольких минут - т.н. инфрагравитационные волны (ИГ-волны). Показано, что именно они определяют поле скорости у берега . Причины возникновения их носят природный характер, а переформирование дна в прибрежной зоне и прилегающих берегов могут быть весьма значительными, поскольку в колебания вовлечены значительные массы воды. На долю этих волн приходится до 80% энергии. Предыдущими исследованиями было установлено, что аналогичные динамические эффекты возникают при попусках через гидроузлы.

Елена Михайловна Шумакова, кандидат технических наук, научный сотрудник. E-mail: [email protected]; [email protected]

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ, СВЯЗАННЫЕ С РЕЖИМОМ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Для района Жигулевской ГЭС в верхнем бьефе на фоне изменений уровня воды, согласующихся с режимом выработки электроэнергии, проявляются сложные колебания уровня в 10-20 см с периодами ~ 60 мин. и колебания уровня ~0,5 м и периодами ~15-20 мин. (рис. 1), более выраженные непосредственно у ГЭС. В нижнем бьефе преобладают колебания уровня от 5-10 до 30 см с периодом ~10-15 мин. (рис. 2).

Дополняет картину прохождение одиночных длинных волн с амплитудами до 50 см в моменты включения и выключения гидроагрегатов ГЭС (обычно отмечаемое два раза в сутки утром и вечером).

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПРОПУСКОМ ПОЛОВОДЬЯ ЧЕРЕЗ ВОДОСЛИВНУЮ ПЛОТИНУ ЖИГУЛЕВСКОЙ ГЭС

Попуски через водосливную плотину сопровождаются сложным полимодальным волновым процессом в водной среде, имеющим наибольшую интенсивность и изменчивость в непосредственной близости к водосливной плотине и затухающим на расстоянии приблизительно 8 км от нее.

Изменения уровня с периодами, лежащими в минутном диапазоне (наиболее ярко выражены периоды 6-7 и 12-15 мин.) достигают ~ 1-1,2 м. Во время подъема уровня (прохождения гребня волны) происходит усиление стокового течения до скоростей более 2 м/с. Проявляются также изменения с периодами 1-2 мин. и амплитудами в 15-20 см.

Рис. 2. Уровень воды. НБ. ОАО "Жигулевская ГЭС". Правый берег

На фоне колебаний уровня возникает интенсивное волнение (рис. 3). Визуально оно схоже с ветровым (периоды составляют несколько секунд, амплитуды до 1-1,2 м). Это волнение имеет сложную структуру - одновременно наблюдаются волны с периодами 3-5 и 10-12 с, визуально воспринимаемые как малые и большие, волны с периодами менее 1 с и амплитудами 510 см, схожие с "рябью". Волны образуют единый фронт, разворачивающийся на подходе к берегу.

Таким образом, во время попусков через водосливную плотину на участке берега, который по проектным расчетам находится в зоне установившегося потока, и потому не укреплен, наблюдается целый комплекс разномасштабных волновых процессов. Они проявляются в виде колебаний уровня с различными - от нескольких секунд до десятков минут - периодами и амплитудами от первых десятков сантиметров до нескольких дециметров.

Исходя из интенсивности гидродинамических процессов, связанных с попусками, можно разделить область влияния водосливной плотины (табл. 1):

Границы зон обусловлены особенностями русла канала водосливной плотины. Первая зона

соответствует границе сооружений водосливной плотины, включая яму размыва. Вторая зона обусловлена очертаниями левого берега и окончанием канала водосливной плотины. Третья зона соответствует единому руслу Волги. Четвертая зона начинается у разделения Волги на два рукава.

Таким образом, процесс диссипации энергии падающей воды, проходящей через гидроагрегаты, и особенно через водосливную плотину (поверхностный водосброс), сопровождается сложными полимодальными волновыми явлениями различной амплитуды и частоты (ИГ-волны), которые прослеживаются в радиусе не менее 7 км от гидроузла.

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ РАЗВИТИЯ

РУСЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В СВЯЗИ С ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМИ ЭФФЕКТАМИ,

СОПРОВОЖДАЮЩИМИ ПОПУСКИ.

Данные о характерных высотах и периодах волн, глубинах русловой и прибрежной части, позволяют определить количественные характеристики динамического воздействия, в первую очередь, скорости возникающих течений.

Для волн с периодами >5 минут значения

Рис. 3. Волнение в нижнем бьефе Жигулевского гидроузла, возникающее при попусках

через водосливную плотину

Таблица 1. Зоны интенсивного влияния водосливной плотины Жигулевской ГЭС

Расстояние от ВСП Перепады уровня (максим.) Высота волн, схожих с ветровыми Дополнительные явления

менее 1 км >0,7м >1 м Водовороты, обрушение волн.

1-3 км 0,7м 0,7м Фронт волнения разворачивается веером при выходе на мелководье. Обрушение волн.

3-7 км 0,2-0,3 0,2-0,3 Единый фронт волнения постепенно исчезает.

более 8 км - отсутствует -

максимальной придонной скорости течения можно оценить [Айбулатов Н.А.] с помощью соотношения:

и = тгЛДтяВДлЯ/Л)],

где }г, X и Т - высота, длина и период волны, соответственно.

Для волн с периодами несколько часов критические донные скорости не превышают 1 см/с во всем возможном диапазоне изменения уровня воды, транспортирующая способность потока лежит в районе 0,01-0,02 см (при характерном размере части грунта 0,05 см).

Для волн с периодами 5-30 мин. и амплитудами до 0,5 м в межень и до 1 м в половодье могут возникать существенные придонные скорости при выходе волн на левобережное мелководье как выше, так и ниже ГЭС - более 5 см/с, в заливе 7,512,5 см/с. Волны с периодом ~1,5 минут и изменениями уровня 0,15 - 0,3 м также могут создавать существенные придонные скорости 3,7-7,5 см/с.

Таким образом, при попусках через гидроагрегаты ГЭС в результате возникновения ИГ-волн в мелководной части могут возникать значительные придонные скорости, превышающих критические размывающие для свойственного данной территории типа грунтов.

Если возможность такого явления в нижнем бьефе гидроузла ранее показана экспериментально на примере Рыбинска , то для верхнего бьефа подобное явление показано впервые на примере Жигулевской ГЭС . При сбросах воды через водосливную плотину на левобережном мелководье возникают ИГ-волны с периодами 7-25 мин. приводят к возникновению придонных скоростей более 10 см/с вблизи плотины.

Авторами была сделана попытка оценить гидродинамические эффекты, производимые волнами, схожими с ветровыми. Для этого были использованы методы расчета, разработанные для ветровых волн. В случае, когда волны при выходе на мелководье набегают на откос, использовалось соотношение [Б.А. Пышкин] :

г- п- 0,3(1 + у> .

где п - коэффициент шероховатости ~0,75,

Для высот волн Ь=0.75м при подходе к откосу, практически во всем диапазоне разброса характеристик волнения (Х= 1...6 м) и изменения глубин (Н=1... 6 м) максимальные придонные скорости

многократно превышают критическую, достигая при Н=6 м на пике половодья значения 1 м/с -критического для частиц крупностью > 10 см.

При взаимодействии волны с отвесным берегом, для расчета максимальной донной скорости использовалось соотношение [Б.А. Пышкин]:

д.таХ ПЯЯ H -sh 4п- , i 4g Я

где h - высота волны, Н - глубина, l- длина волны, Н>Hк¡¡ - глубина, при которой волна разрушается.

Расчеты для высоты волны 0,75 м, типичных значений длины волны 3-5 м и глубине 1-3 м дают максимальные значения придонных скоростей ~ 1 м/с.

Таким образом, несмотря на то, что достаточно сложно соотнести деформации берегов с действием конкретного фактора, уже сейчас можно

сказать, что протяженность берегоукреплений в районе гидроузлов, рассчитанных без учета длинноволновой составляющей переноса энергии попусков, будет недостаточна. Планирование мероприятий по дальнейшему укреплению берегов должно проводиться с учетом гидродинамических эффектов, связанных с этой составляющей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дебольский В.К., Ещенко Л.А., Котляков А.В. и др. Динамика течений в нижнем бьефе Рыбинского гидроузла и ее экологическая оценка. Водные ресурсы, 2005, Т.32, №3, с.274-281.

2. Ещенко Л.А., Шипилова Л.В. Низкочастотные волновые движения и их связь с рельефами мелководий. Геоморфология, 1994, №3, с.62-69.

3. Котляков А.В. Переформирование берегов в русле нижнего бьефа гидроузла. Дисс... канд. геогр. наук. М., 2003.

4. Куйбышевское и Саратовское вдхр. Под ред. П.Ф.Чигиринского и В.А.Знаменского. Серия Гидрометеорологический режим озер и вдхр. Л., Гидро-метеоиздат. 1978 г.

5. Шумакова Е.М. Особенности береговых процессов на приплотинных участках ГЭС (на примере Жигулевской ГЭС). Дисс... канд. техн. наук. М., 2008.

SPECIAL HYDRODYNANIC EFFECTS CAUSING DURING THE LETTINMG IN WATER THROUGH THE HYDROMOUNTS

© 2010 E.M. Shumakova

Institute of Water Problems of Russian Academy of Science, Moscow

On hydroknots there are hydrodynamic effects. Hydrodynamic effects around Zhigulevsk hydroelectric power station are investigated.

Key words: hydro-mounts, hydrodynamic effects, bank deformation

Elena Shumakova, Candidate of Technical Science, Scientific Collaborator. E-mail: [email protected]; [email protected]

Т.к. ткани организма человека на 60-70% состоят из воды, то на них действуют законы физики, применимые для жидких сред. Поэтому, во время контакта пули с тканями возникает явление кавитации. При этом формируется временная пульсирующая полость , расположенная позади движущегося снаряда, динамический цикл которой состоит из двух фаз: спадения и расширения. Весь цикл занимает не более нескольких миллисекунд. Первоначально достигнув максимальных размеров, эта полость начинает спадаться, происходит ее «схлопывание», однако давление в полости раневого канала к этому моменту не успевает сравняться с давлением окружающей среды, поэтому вновь происходит расширение полости, но уже с меньшей амплитудой. Таким образом, стенки пульсирующей полости многократно смыкаются и размыкаются за счет перепадов положительного и отрицательного давлений. Частота пульсаций зависит от скорости полета пули, так при скорости 400 м/с – их 2, при 700 м/с – 5, при 900 м/с – 8 в секунду. Объем пульсирующей полости прямо пропорционален частоте пульсаций (в 4 –12 раз больше объема пули). Длительность пульсаций в десятки раз превышает время прохождения пули через тело. Кроме того, объем пульсирующей полости определяется прочностными характеристиками самого ранящего снаряда. Установлено, что безоболочечные свинцовые пули и пули с мягким покрытием обладают большим повреждающим действием вследствие их дополнительной деформации в мягких тканях, а в ряде случаев и фрагментации на мелкие осколки. При этом временная пульсирующая полость гораздо более обширная и долговременная, чем при использовании пуль такого же калибра, но с твердой оболочкой.

Биологические ткани более устойчивы к положительному давлению и в меньшей степени способны противостоять отрицательному. В динамической фазе схлопывания пульсирующей возникают так называемые волны давления значительной силы, приводящие к барометрическим перепадам в несколько сотен и даже тысяч килопаскалей (для сравнения следует отметить, что силы кавитации столь велики, что способны разрушить стальные и железобетонные конструкции).

В связи с этим временная пульсирующая полость огнестрельного раневого канала является важным травмирующим фактором. Она может вызвать не только обширные разрушения мягких тканей в зоне раневого канала, но и повлечь перелом рядом расположенных костей, даже без их непосредственного контакта с огнестрельным снарядом.

Нервные стволы относительно мало подвержены воздействию временной пульсирующей полости, хотя нарушения проводимости наблюдаются часто.

Касательные ранения высокоскоростными пулями головы и грудной клетки, в том числе и без повреждения внутренних органов и крупных сосудов, практически всегда оказываются смертельными, вследствие повреждающего действия временной пульсирующей полости.

В то же время полые органы (желудок, кишечник) и органы, содержащие значительное количество воздуха (легкие), в меньшей степени подвержены воздействию сил кавитации.

Быстрое спадение полости в начальной части раневого канала выталкивает его содержимое (преимущественно фрагментированные мягкие ткани и кровь), брызги которого летят в направлении, обратном движению пули, а при близком выстреле (5–10 см) могут попасть на руку стрелявшего, оружие и даже в ствол.

3. Формирование постоянного раневого канала.

Время существования пульсирующей полости определяется скоростью пули, ее калибром, характеристиками поражаемой поверхности и рядом других факторов. После того, как стенки временной пульсирующей полости, являющиеся одновременно и стенками временного раневого канала, спадаются, временный канал закрывается и образуется постоянный огнестрельный канал, характеризующийся отсутствием полости. В этот момент заканчивается динамическая фаза огнестрельного ранения, и дальнейшее расширение зоны повреждения определяется главным образом анатомо-физиологическими особенностями поврежденной ткани.

Различают 5 видов травмирующего действия пули

1. Пробивное действие: Формируется входная огнестрельная рана округлой или овальной формы, при сведении краев которой всегда образуются складки кожи (признак «минус-ткань»).

2. Клиновидное действие : во время полета пуля растрачивает свою кинетическую энергию, теряет скорость и уже не способна оказывать пробивное действие. В этом случае при контакте с тканями пуля сначала растягивает их, затем разрывает и раздвигает, действуя подобно клину. При этом формируется щелевидное отверстие. В частности, такое действие пули проявляется у выходного отверстия в коже при сквозных ранениях.

3. Разрывное (гидродинамическое) действие. Проявляется в тех случаях, когда пуля, попадая в полый, наполненный жидкостью орган (желудок, мочевой пузырь), сообщает ему большую часть своей кинетической энергии. При этом, ввиду малой сжимаемости жидкости, полый орган разрывается. Аналогичное действие пуля оказывает и на органы, богатые жидкостью (головной мозг).

4. Контузионное действие. Когда кинетическая энергия пули минимальна, то пуля обладает лишь ударным (контузионным) действием. Такое действие пуля причиняет на излете, когда она действует как брошенный тупой твердый предмет. В результате на теле образуются ссадины, кровоподтеки, ушибленные раны.

5. Дробящее действие – действие пули на кость с локальным разрушением костной ткани (дроблением).

Дистанция выстрела

В судебной медицине, при экспертизе огнестрельных повреждений, одним из основных вопросов является определение дистанции выстрела.

Дистанция выстрела – качественная характеристика расстояния от дульного среза ствола оружия до поражаемой поверхности, определяемая пределом действия дополнительных факторов выстрела.

В судебной медицине различают 2 дистанции выстрела:

1. Выстрел с близкой дистанции - в пределах действия дополнительных факторов выстрела. Разновидностью выстрела с близкой дистанции является выстрел в упор (плотный и неплотный: на соприкосновение и под углом).

2. Выстрел с неблизкой дистанции - вне пределов действия дополнительных факторов выстрела.