兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 231119-.doi: 10.12382/bgxb.2023.1119
李冈1, 胡钟铃1, 胡滨1, 李智宇2, 蔡萌1,*(), 黄土顺1
收稿日期:
2023-11-16
上线日期:
2024-03-15
通讯作者:
LI Gang1, HU Zhongling1, HU Bin1, LI Zhiyu2, CAI Meng1,*(), HUANG Tushun1
Received:
2023-11-16
Online:
2024-03-15
摘要:
为研究冲击波作用下的人耳动态响应特性,设计并开展基于某单兵火箭类武器发射环境的有/无佩戴护听器装置试验研究。在分析发射冲击波特性的基础上,设计制作人耳测试装置模型,形成耳内冲击波防护试验测试方法。通过在射手位置处布设人耳测试装置模型以获取人耳内压力-时间变化曲线,并采用超压传感器测量对比位置处的自由场冲击波压力。利用小波分析法对测到的数据进行分析,对比分析2种发射冲击波安全限值的评价方法。研究结果表明:发射时的高声强冲击波具有不稳定性,超压峰值高,持续时间短,具有多个脉冲;高声强冲击波频带宽,成分复杂,有明显的低频率高声压特性;无护听器装置时耳内压力有所增强;佩戴护听器装置后可大幅度削弱冲击波对人耳的作用,正射手右耳超压峰值削弱95.7%、声压级峰值削弱14.8%;改进后的国家军用标准GJB 2A—1996“常规兵器发射或爆炸时脉冲噪声和冲击波对人员听觉器官损伤的限值”和美军标MIL-STD-1474E“Department of defense design criteria standard noise limits”中AHAAH模型2种方法得到的单日允许射击数范围接近,对佩戴护听器装置后的冲击波测量曲线评估的方法是可行的。研究结果可为单兵火箭类武器发射冲击波测试系统优化及改进提供理论基础和实践指导。
中图分类号:
李冈, 胡钟铃, 胡滨, 李智宇, 蔡萌, 黄土顺. 高声强冲击波作用人耳动态响应特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231119-.
LI Gang, HU Zhongling, HU Bin, LI Zhiyu, CAI Meng, HUANG Tushun. Dynamic Response Characteristics of Human Ear Subjected to High-intensity Sound Shock Wave[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(1): 231119-.
类别 | 名称 | 口径/ mm | 发射冲击波 | |
---|---|---|---|---|
超压 峰值/kPa | 噪声/dB | |||
国外 | M72轻型反装甲武器 | 66 | 8.83 | 173 |
LAW80火箭筒 | 80 | 19.62 | 180 | |
阿匹拉斯火箭筒 | 112 | >34.92 | >185 | |
M119榴弹炮 | 105 | >28.10 | 183 | |
卡尔·古斯塔夫无后坐力炮 | 84 | >31.10 | >184 | |
国内 | 78式82毫米无坐力炮 | 82 | 14.91 | 177.6 |
PF89式单兵火箭筒 | 80 | 15.70 | 178 |
表1 国内外若干武器系统发射冲击波(耳部)[17-18]
Table 1 Shock waves generated by launching of several domestic and foreign weapon systems[17-18]
类别 | 名称 | 口径/ mm | 发射冲击波 | |
---|---|---|---|---|
超压 峰值/kPa | 噪声/dB | |||
国外 | M72轻型反装甲武器 | 66 | 8.83 | 173 |
LAW80火箭筒 | 80 | 19.62 | 180 | |
阿匹拉斯火箭筒 | 112 | >34.92 | >185 | |
M119榴弹炮 | 105 | >28.10 | 183 | |
卡尔·古斯塔夫无后坐力炮 | 84 | >31.10 | >184 | |
国内 | 78式82毫米无坐力炮 | 82 | 14.91 | 177.6 |
PF89式单兵火箭筒 | 80 | 15.70 | 178 |
工况 | 人耳测试装置防护情况 | 试验发数 |
---|---|---|
1 | 未佩戴防护设备 | 2 |
2 | 佩戴头盔、耳塞、耳罩 | 4 |
表2 试验工况
Table 2 Test conditions
工况 | 人耳测试装置防护情况 | 试验发数 |
---|---|---|
1 | 未佩戴防护设备 | 2 |
2 | 佩戴头盔、耳塞、耳罩 | 4 |
工况 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | 射手1 | 射手2 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
右耳 | 左耳 | 右耳 | 左耳 | |||||
1-1 | 29.0 | 33.5 | 25.2 | 21.9 | 47.8 | 14.0 | 124.3 | 39.5 |
1-2 | 24.1 | 32.6 | 25.1 | 22.2 | 32.5 | 15.4 | 79.4 | 36.9 |
2-1 | 23.8 | 29.4 | 24.8 | 21.4 | 3.0 | 1.1 | 5.0 | 3.7 |
2-2 | 26.2 | 42.4 | 27.3 | 23.1 | 1.3 | 2.3 | 8.9 | 2.1 |
2-3 | 21.1 | 28.1 | 27.4 | 26.9 | 1.0 | 2.3 | 7.7 | 2.6 |
2-4 | 28.6 | 33.4 | 26.0 | 23.9 | 1.5 | 3.3 | 7.0 | 2.2 |
表3 冲击波超压峰值测量结果
Table 3 Measured results of shock wave peak overpressure kPa
工况 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | 射手1 | 射手2 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
右耳 | 左耳 | 右耳 | 左耳 | |||||
1-1 | 29.0 | 33.5 | 25.2 | 21.9 | 47.8 | 14.0 | 124.3 | 39.5 |
1-2 | 24.1 | 32.6 | 25.1 | 22.2 | 32.5 | 15.4 | 79.4 | 36.9 |
2-1 | 23.8 | 29.4 | 24.8 | 21.4 | 3.0 | 1.1 | 5.0 | 3.7 |
2-2 | 26.2 | 42.4 | 27.3 | 23.1 | 1.3 | 2.3 | 8.9 | 2.1 |
2-3 | 21.1 | 28.1 | 27.4 | 26.9 | 1.0 | 2.3 | 7.7 | 2.6 |
2-4 | 28.6 | 33.4 | 26.0 | 23.9 | 1.5 | 3.3 | 7.0 | 2.2 |
工况及平均值 | 传播速度/(m·s-1) |
---|---|
1-1 | 404.0 |
1-2 | 404.0 |
2-1 | 363.6 |
2-2 | 425.5 |
2-3 | 425.5 |
2-4 | 431.0 |
平均值 | 408.9 |
表4 测点3、测点4区间内冲击波传播速度
Table 4 Shock wave propagation speed between measuring points 3 and 4
工况及平均值 | 传播速度/(m·s-1) |
---|---|
1-1 | 404.0 |
1-2 | 404.0 |
2-1 | 363.6 |
2-2 | 425.5 |
2-3 | 425.5 |
2-4 | 431.0 |
平均值 | 408.9 |
频段 | 范围/kHz | 频段 | 范围/kHz |
---|---|---|---|
d1 | 100~200 | d6 | 3.125~6.25 |
d2 | 50~100 | d7 | 1.5625~3.125 |
d3 | 25~50 | d8 | 0.7813~1.5625 |
d4 | 12.5~25 | d9 | 0.3906~0.7813 |
d5 | 6.25~12.5 | a9 | 0~0.3906 |
表5 小波分解频带
Table 5 Corresponding frequency band of wavelet decomposition
频段 | 范围/kHz | 频段 | 范围/kHz |
---|---|---|---|
d1 | 100~200 | d6 | 3.125~6.25 |
d2 | 50~100 | d7 | 1.5625~3.125 |
d3 | 25~50 | d8 | 0.7813~1.5625 |
d4 | 12.5~25 | d9 | 0.3906~0.7813 |
d5 | 6.25~12.5 | a9 | 0~0.3906 |
工况 | 超压准则 | Richmond曲线 | James曲线 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
射手1 | 射手2 | 射手1 | 射手2 | 射手1 | 射手2 | |
1-1 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 | 有损伤 | 50%鼓膜破裂 |
1-2 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 | 有损伤 | 50%鼓膜破裂 |
2-1 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 | ||
2-2 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 | ||
2-3 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 | ||
2-4 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 |
表6 评估结果
Table 6 Evaluated results
工况 | 超压准则 | Richmond曲线 | James曲线 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
射手1 | 射手2 | 射手1 | 射手2 | 射手1 | 射手2 | |
1-1 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 | 有损伤 | 50%鼓膜破裂 |
1-2 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 | 有损伤 | 50%鼓膜破裂 |
2-1 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 | ||
2-2 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 | ||
2-3 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 | ||
2-4 | 有损伤 | 有损伤 | 1%的中度破裂 | 1%的中度破裂 |
工况及 平均值 | 正射手 | 副射手 | ||
---|---|---|---|---|
声压级 峰值/dB | C-持续 时间/ms | 声压级 峰值/dB | C-持续 时间/ms | |
2-1 | 181.51 | 1.39 | 181.87 | 1.08 |
2-2 | 182.35 | 1.18 | 182.69 | 1.39 |
2-3 | 180.47 | 1.61 | 182.73 | 1.57 |
2-4 | 183.12 | 1.07 | 182.28 | 1.53 |
平均值 | 181.86 | 1.31 | 182.39 | 1.39 |
表7 测点1和测点3处的声压级峰值和C-持续时间
Table 7 Peak sound pressure level and C-duration at measuring points 1 and 3
工况及 平均值 | 正射手 | 副射手 | ||
---|---|---|---|---|
声压级 峰值/dB | C-持续 时间/ms | 声压级 峰值/dB | C-持续 时间/ms | |
2-1 | 181.51 | 1.39 | 181.87 | 1.08 |
2-2 | 182.35 | 1.18 | 182.69 | 1.39 |
2-3 | 180.47 | 1.61 | 182.73 | 1.57 |
2-4 | 183.12 | 1.07 | 182.28 | 1.53 |
平均值 | 181.86 | 1.31 | 182.39 | 1.39 |
工况 | 射手1 | 射手2 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
未警告 | 警告 | 未警告 | 警告 | |||||
ARUs | 次数 | ARUs | 次数 | ARUs | 次数 | ARUs | 次数 | |
2-1 | 54.63 | 3 | 8.90 | 22 | 67.75 | 2 | 11.43 | 17 |
2-2 | 146.70 | 1 | 14.42 | 13 | 166.80 | 1 | 21.41 | 9 |
2-3 | 133.20 | 1 | 13.54 | 14 | 119.80 | 1 | 14.79 | 13 |
2-4 | 116.00 | 1 | 22.99 | 8 | 119.10 | 1 | 19.73 | 10 |
表8 基于AHAAA模型计算的允许日暴露次数
Table 8 Allowable exposure times per day calculated by the AHAAA model
工况 | 射手1 | 射手2 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
未警告 | 警告 | 未警告 | 警告 | |||||
ARUs | 次数 | ARUs | 次数 | ARUs | 次数 | ARUs | 次数 | |
2-1 | 54.63 | 3 | 8.90 | 22 | 67.75 | 2 | 11.43 | 17 |
2-2 | 146.70 | 1 | 14.42 | 13 | 166.80 | 1 | 21.41 | 9 |
2-3 | 133.20 | 1 | 13.54 | 14 | 119.80 | 1 | 14.79 | 13 |
2-4 | 116.00 | 1 | 22.99 | 8 | 119.10 | 1 | 19.73 | 10 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.11.003 |
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