以柔克刚:一种最新的爆炸防护专利技术

Brightstar20871

各种类型的爆炸装置(炮弹、地雷、手榴弹、简易自制炸弹、路边炸弹、汽车炸弹、人体炸弹、雷管、民用炸药等)已成为现代战争和恐怖袭击中最常见和最为危险的武器，对平民和军事人员生命造成日益严重的威胁。自从2001年以来，在伊拉克和阿富汗战争中，简易爆炸装置（路边炸弹、汽车炸弹和人体炸弹）已经导致数千名美军士兵和一万多名平民丧生，近30万美军士兵身患爆炸引起的创伤性脑损伤(TBI)和创伤后应激障碍(PTSD)。

长期以来，人体的爆炸防护是让全世界科研人员困扰的技术难题和最困难的挑战。与枪弹导致的单一高速投射物损伤不同，炸弹爆炸产生的冲击波、高热和弹片是导致人体损伤的三个主要原因。高热并不是爆炸中重要的杀伤因素，因为当爆炸产生的冲击波迅速朝外扩张时，热能会迅速转换成动能而使温度迅速降低，除非位于爆炸中心，否则高热这项杀伤因素几乎可以忽略不计。具有质量的弹片在炸弹爆炸时会获得一定的能量，在有效射程内具有杀伤力，但现行的高科技防弹服已经能有效防护弹片对人体的损害。而爆炸产生的冲击波则是最难防护的杀伤因素，也是爆炸所致死亡和人体损伤最重要的原因。当爆炸时,爆炸中心压力急剧升高,形成一个球形高压区并迅速扩大，使周围空气猛烈震荡而形成波动，这就是爆炸冲击波的起因。爆炸冲击波以一种不连续锋的形式在空气介质中传播，导致介质的压强、温度、密度等物理性质发生跳跃式改变。爆炸冲击波是以超音速的速度(约3,000-8,000米/秒)从爆炸中心向周围冲击的超强(60-80psi)压力波,具有很强的破坏力。其传播特点是先出现一个超强的正压波，然后紧随一个负压波。正压波是造成人体损伤的主要因素，但负压波会将人体回吸向爆炸中心而造成摔伤或撞伤。爆炸冲击波的动能在空气中会随着传播距离的增加而较快消失。当爆炸冲击波与固体或液体介质相互作用时，冲击波的能量会被吸收和转化为介质的动能，使介质从静止状态转化为快速运动状态，从而导致介质的快速物理运动，位移，变形或破损。

现有的军用高性能纤维防弹服已经被证明能成功地防护枪弹和弹片所导致的高速投射物损伤，但难以防护爆炸冲击波对人体的伤害。原因是爆炸冲击波会产生对人体的快速挤压和撞击作用，使穿着在身上的防弹服在非常短的时间内(1-2微秒)向身体方向快速位移并急烈撞击人体，从而导致防弹服后严重的身体钝性撞击伤(BABT)。这就是为什么现有防弹服不仅不能防护爆炸性损伤，反而会加重爆炸性损伤的主要原因。因此，对于任何国家来说，迅速研发出一种既能防护爆炸冲击波又能防护枪弹和弹片等高速投射物的高科技防护服是当前国防和国家安全的迫切需要。

以柔克刚是中华民族传统的哲学思想和独具特色的智慧。以硬碰硬，往往会两败俱伤；以柔克刚，则能化险为夷。基于以柔克刚的指导原则，美国华裔科学家创立的BrightstarTech科技公司(http://www.brightstartechinc.com)成功研发出采用软管道系统内流动液体的重新导向和释放技术防护爆炸冲击波的高科技创新防护服。经在美国海军研究所的爆炸冲击实验证明，该防护服样品能防护至少97％的爆炸冲击波的撞击动能，有效地防止爆炸冲击波对人体的损伤。这一创新技术的原理为：将充满流动液体的U形软管道系统装在Kevlar纤维板(现有军用防弹服的主要材料)外面，U形软管道系统下端具有活塞式开口以便液体受压后顺利流出。当爆炸冲击波撞击防护服时，冲击波产生的作用力和Kevlar纤维板产生的反作用力相互作用而压迫软管道系统，软管道内快速升高的压力使液体很快从静态改变为运动状态，产生急剧移位，并在液压的驱动下经下端的活塞开口快速流出。这些充满流动液体的U形软管道如同爆炸冲击波的动能转换器，其将冲击波的动能有效转换为软管道中的液体压力(液压)。经过软管道系统在防护服外表面的重新平行导向，液体从下端开口快速流出，致使软管道中的液压迅速降低，从而阻断了爆炸冲击波直接对防护服后面身体的撞击和挤压。

该创新技术不仅能用于新一代防爆炸及防枪弹服、防护头盔和防雷靴，还能用于装甲车、坦克、飞机、军舰、潜艇、防空洞及建筑物的爆炸防护。具有显着的社会和经济效益，对国防建设和保障国家安全具有重大作用。美国学术杂志PLOSONE已于2012年6月20日刊登了该技术发明的研究结果(http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0039353)。该创新技术于2013年9月3日被美国专利局授予发明专利(美国专利号：8,522,664)(http://patft1.uspto.gov/netacgi/ ... 4&RS=PN/8522664)。该创新技术已经申请涵盖146个国家和地区的国际专利PCT(申请号：PCT/US2012/050810；公告号：WO/2013/081678)(http://patentscope.wipo.int/sear ... &tab=PCT+Biblio)。

在防护爆炸冲击波的实践中，该创新技术也帮助我们初步解开了一个长期困扰各国科学家的重大谜团，即什么是爆炸引起的创伤性脑损伤和创伤后应激障碍的罪魁祸首。揭示了由爆炸冲击波撞击人体后引起的胸腹腔血管中血液快速向头部的激涌是创伤性脑损伤和创伤后应激障碍的主要原因。当爆炸冲击波作用于人体后，冲击波高压会导致突然而短暂(1-2毫秒)的胸腹腔内心血管系统整体压力升高，血管内血液产生快速物理运动或位移(即血液激涌)。由于液体的流动特点是从高压区向低压区流动，高压的胸腹腔内血液将向相应的低压区激涌。因为人的大脑有严密封闭的颅骨保护，而坚固的颅骨又具有一定的抵御爆炸冲击波撞击的功能，颅腔内压力不会像胸腹腔压力那样快速而急剧增高。因此颅腔与胸腹腔相比必然属于低压区。胸腹腔内的血液因此沿血管向颅腔激涌，导致脑血管压力增高，像高血压引起的脑出血那样造成细小脑血管的破裂和血脑屏障通透性增加，从而引起创伤性脑损伤和创伤后应激障碍(http://www.frontiersin.org/blog/ ... ic_brain_injury/327)。这一发现将为爆炸引起的脑损伤和创伤后应激障碍的研究开辟一个全新并有可能产生丰硕成果的领域。