Гидродинамическое действие. Действие пули

Пробивное действие – когда пуля обладает огромной кинетической энергией и выбивает участок кожных покровов.

Гидродинамическое действие – при попадании пули в полые органы, заполненные жидким или полужидким содержимым (мочевой пузырь, желудок, кишечник, сердце в диастолу) возникают обширные разрывы, т.к. энергия пули передается жидкому содержимому, которое с огромной силой воздействует на стенки органа.

Клиновидное действие – когда кинетическая энергия пули не столь велика, чтобы осуществить пробивное действие, но достаточна для того, чтобы действуя, как тупой клин, раздвинуть (расслоить) ткани.

Контузионное действие – характерно для тех случаев, когда пуля на излете и кинетическая энергия ее очень мала, при этом пуля действует как обычный тупой предмет, причиняя в месте удара ссадину или кровоподтек.

В огнестрельной ране, возникающей при выстреле из пулевого оружия, различают: входное пулевое отверстие (ранение), раневой канал и, нередко, выходное ранение (отверстие).

Входное пулевое ранение

Форма круглая или овальная, при выстреле в упор – звездчатая или крестообразная

Наличие дефекта ткани (минус-ткань), признак описан еще в 1849 г. Пироговым – пальцами сводятся противоположные края раны, и если при сведении краев не образуется складок по краям, значит нет дефекта ткани, если складки образуются – значит имеет место дефект тканей.

Диаметр входного ранения обычно на 1-3 мм меньше диаметра пули за счет сокращения мышечных волокон и эластических волокон кожи

Края входной раны ровные или мелкофестончатые и завернуты внутрь нее (по ходу движения пули)

Поясок осаднения – кольцевидная ссадина темно-красного цвета, шириной 1-3 мм, возникает в результате того, что пуля, являясь тупым предметом, проходя через кожу, срывает ее поверхностный слой – эпидермис. Возникает при попадании пули под прямым углом по всей окружности раны, под острым углом – имеет полулунную форму

Если пуля попадает в часть тела, прикрытую одеждой, то ткань одежды сильно придавливается пулей к краям кожной раны, в связи с этим при ранениях через одежду поясок осаднения может быть более широким, чем в случаях попадания пули в неприкрытый одеждой участок кожи

Поясок обтирания (загрязнения) – поверхность пули обычно покрыта копотью и смазкой, и проходя через кожу, пуля оставляет бо́льшую часть этих загрязнений на краях входного отверстия в виде узкого пояска шириной 0,5-2 мм, который имеет темно-серый цвет. Может полностью совпадать с пояском осаднения и как бы наслаиваться на него. Следует помнить, что при ранении через одежду поясок обтирания образуется на краях отверстия верхнего слоя одежды, на коже его не будет

Металлизация краев раны (поясок металлизации ) – в пояске обтирания всегда имеются металлы. Если он оставлен свинцовой безоболочечной пулей, в нем обнаруживается свинец, а от оболочек пули в пояске обтирания остаются главным образом металлы оболочек: медь, цинк, железо, никель

Выходное пулевое ранение

Форма выходного отверстия может быть очень разнообразной (неправильная звездчатая, щелевидная, дугообразная, угловатая, а иногда округлая или овальная). Это зависит от ряда обстоятельств, например, пуля попадает в тело своей головной частью, а выходить может боковой частью или в виде отдельных фрагментов и т.д.

Дефекта ткани, как правило, нет – при сближении краев закрывается полностью. Лишь в некоторых случаях может иметь небольшой дефект тканей, что встречается достаточно редко, обычно когда пуля округлой или овальной формы

Размеры выходного отверстия, как правило, больше входного, это объясняется различными факторами, например, действием костных отломков, в результате изменения положения пули в момент выхода, деформацией пули. Если пуля не деформировалась и выходит из тела головной частью, то выходное отверстие небольших размеров округлой, овальной или щелевидной формы

Края выходного отверстия обычно неровные, часто вывернуты кнаружи

Поясок обтирания отсутствует

Поясок осаднения, как правило, отсутствует, но иногда может иметь место в результате удара и прижатия краев раны к плотной одежде или к какому-либо плотному предмету в момент прохождения пули на выходе

Металлизация краев раны, как правило, отсутствует, изредка может иметь место при ранении свинцовой пулей

Раневой канал

Может быть прямым, дугообразным или в виде ломаной линии. Раневой канал дугообразной формы или в виде ломаной линии возникает при внутреннем рикошете пули от плотных тканей или вследствие определенной позы человека в момент ранения. Канал может оказаться прерывистым, если он проходит через различные органы и ткани, которые могут смещаться по отношению друг к другу (петли кишечника). Просвет раневого канала обычно выполнен обрывками поврежденных тканей и излившейся кровью. Во внутренних органах вследствие гидродинамического действия пули могут быть обширные звездчатые раны.

На плоских костях черепа от действия пули возникает дырчатый перелом, а раневой канал в костях свода черепа имеет конусовидную форму, причем входное отверстие по диаметру меньше выходного (конус расширяется в сторону движения пули). При выходе из полости черепа форма раневого канала также конусовидная, размер отверстия на ВКП меньше, чем на НКП.

От пулевых отверстий в костях черепа могут отходить радиальные трещины, причем у выходного отверстия таких трещин обычно больше, чем у входного. Наряду с радиальными трещинами нередко возникают и концентрические трещины. При одновременном наличии радиальных и концентрических трещин перелом на своде черепа приобретает характер дырчато-оскольчатого. При обширных дырчато-оскольчатых переломах для объективного выявления места вхождения пули, его измерения и определения направления раневого канала в костях, рекомендуется извлечь все костные отломки, а затем сложить их на кучке сырого песка или на пластилине. По диаметру отверстия в кости нередко можно приблизительно установить калибр пули.

В эпифизарных отделах трубчатых костей , которые приближаются по строению к плоским, пуля часто оставляет дырчатый перелом с конусовидным каналом, а в диафизах этих костей от действия пули возникают оскольчатые или дырчато-оскольчатые переломы. При повреждениях трубчатых костей также рекомендуется извлечение отломков с их последующим склеиванием. При этом четко определяются места входа и выхода пули и направление раневого канала.

На трубчатых костях со стороны входа пули обычно имеется дефект неправильной округлой формы, от которого отходят и радиальные и концентрические трещины, но в отличие от плоских костей, часть трещин имеет косое направление по отношению к длиннику диафиза кости, а поэтому образует на боковых сторонах диафиза осколки треугольной или трапециевидной формы. Эти осколки внешне напоминают контуры крыльев бабочки (бабочковидный перелом). Со стороны выхода пули образуется дефект большего размера, чем со стороны входа. От него также отходят трещины, причем многие из них имеют продольное направление.

Бо́льшая часть осколков любой поврежденной кости располагается или в раневом канале, или в окружающих мягких тканях за костью. Некоторая часть осколков может быть выброшена из тела через выходное отверстие. Отдельные осколки, наоборот, внедрены в мягкие ткани, находящиеся перед поврежденной костью, но количество их значительно меньше. Такое распределение осколков в сочетании с различным размером дефектов на входе и выходе пули с учетом различного направления трещин обычно используется для рентгенографического определения входного и выходного отверстий и направления раневого канала.

Касательное пулевое ранение

Если пуля повреждает тело по касательной к его поверхности, то образуется продолговатая рана или ссадина – т.н. касательные повреждения.

Касательная рана имеет вид узкого желобка, форма чаще продолговатая, но может быть и ромбовидная, края ее, как правило, неровные, с небольшими надрывами кожи. Очень часто надрывы имеют косое направление по отношению к длиннику раны, и они отклонены в сторону движения пули.

Конец раны со стороны входа пули, как правило, закруглен и осаднен, при этом осаднение имеет полулунную форму. Одновременно здесь же может быть поясок обтирания (загрязнения), также полулунной формы. Выходной конец раны более острый, осаднен в меньшей степени, а иногда представляет собой узкий надрыв кожи.

При касательном ранении на одежде часто имеются самостоятельные входное и выходное отверстия, расположенные на некотором расстоянии друг от друга. Такие специфические повреждения одежды помогают диагностировать ранение как огнестрельное.

Ранение автоматической очередью

Автоматическую очередь выстрелов дают автоматы, пистолеты-пулеметы. При близких дистанциях от очереди могут возникать множественные огнестрельные ранения, но они имеют ряд признаков, по которым отличаются от множественных ранений, нанесенных одиночными выстрелами:

Характерное взаиморасположение входных отверстий.

Одинаковое направление раневых каналов

Соединенный характер повреждений.

Входные отверстия множественных ранений от одиночных выстрелов располагаются на теле беспорядочно, а раневые каналы их имеют различное направление, иногда перекрещиваются или даже могут идти во взаимопротивоположных направлениях. У автоматического оружия очень высокий темп стрельбы (примерно 500-900 выстрелов в минуту), за малый промежуток времени, в течение которого выпускаются пули короткой очереди, ни оружие, ни тело пострадавшего не успевают значительно изменить свое положение, поэтому все входные отверстия располагаются на какой-либо одной поверхности тела в виде цепочки, треугольника или четырехугольника.

Все раневые каналы имеют одинаковое направление, перекреста раневых каналов при одной короткой очереди не наблюдается. Нередко раневые каналы в теле расходятся веерообразно под очень небольшим углом, что обусловлено дрожанием оружия во время выстрелов (если этого не наблюдается, раневые каналы идут параллельно).

При выстрелах одной короткой очередью отдельные пули могут попадать практически в одно и то же место, при этом образуется соединенное , общее для нескольких пуль входное повреждение. Такое повреждение может иметь общее входное и/или выходное отверстие, а иногда общий раневой канал на всем его протяжении. Общее входное отверстие для двух пуль по своей форме нередко напоминает цифру «8», форма отверстий для трех и более пуль сложнее: его контуры составляются из нескольких дуг, соединенных под разными углами. Особенно четко эти контуры обозначаются поясками осаднения и обтирания.

Феномен Виноградова

Иногда при выстреле с неблизкой дистанции (через одежду) на кожных покровах или на втором слое одежды может откладываться копоть. Но для возникновения феномена Виноградова необходимы следующие условия:

Высокая скорость полета пули (не менее 500 м/с)

Наличие воздушной прослойки между одеждой и телом или двумя слоями одежды в пределах от 0,5 до 5 см.

Механизм возникновения : вокруг летящей пули, особенно спереди от нее, возникает уплотнение воздуха, а за пулей появляется зона разреженного воздушного пространства, куда увлекается копоть выстрела за счет притягивающего эффекта. Таким образом, копоть перемещается за пулей. После пробивания первого слоя одежды копоть вместе с пулей устремляется в пулевую пробоину, это пространство как бы отсекает копоть от пули, поэтому пуля движется дальше, а копоть откладывается на коже или на внутреннем слое одежды. От копоти, которая откладывается при выстреле с близкой дистанции, это отложение отличается более бледным оттенком, небольшими размерами (диаметр 1,5-3 см), зубчатой или лучистой периферической границей, иногда наличием узкого светлого промежутка около краев отверстия. Главное отличие – отсутствие следов близкого выстрела на первом слое одежды.

Определение последовательности причинения огнестрельных ранений

Повреждения полых органов брюшной полости: первое огнестрельное ранение вследствие гидродинамического действия пули сопровождается обширным разрывом обычно задней стенки органа, которое имеет звездчатую форму. При последующих выстрелах гидродинамический эффект резко уменьшается или исчезает, поэтому последующие отверстия значительно меньше, форма их округлая

Если ранения были нанесены через достаточно большой промежуток времени, то можно определить их очередность по степени выраженности воспалительной реакции в области ран

Можно ориентироваться на степень выраженности кровоизлияния в области ран, т.к. рана, образовавшаяся позднее, кровоточит меньше, и интенсивность кровоизлияния будет также меньше.

При выстрелах очередью наименьшее расстояние будет между первым и вторым входными отверстиями, а между последующими постепенно возрастает.

Повреждения при выстреле из охотничьих дробовых ружей

Патроны снаряжаются дробью или картечью. При выстреле дробь или картечь вместе с пыжами вылетает из ствола как единый компактный снаряд, который затем начинает распадаться на составные части. Максимальная дальность полета дроби 200-400м, картечи до 500-600м, войлочные пыжи могут лететь до 40м. Наиболее тяжелые повреждения возникают при выстреле в упор или с близкого расстояния, когда дробовой заряд действует еще компактно.

При выстреле в голову в упор отмечается почти полное ее разрушение. При этом мягкие покровы головы разорваны на несколько крупных лоскутов, череп сломан на много осколков, часть из которых удерживается на фрагментах мягких тканей. Головной мозг полностью или частично разрушен и выброшен из полости черепа. В подобных случаях трудно установить, где расположено входное отверстие и каково было направление выстрела. Однако при тщательном исследовании могут быть обнаружены отдельные дробины, застрявшие в мягких тканях или в волосах, что указывает на огнестрельный характер травмы. На отломках костей с их внутренней поверхности могут быть обнаружены мелкие вдавления от ударов отдельных дробин, а на обрывках ТМО можно найти мелкие пробоины. Соответственно входному отверстию на кожных лоскутах обнаруживают дефект ткани округлой или овальной формы с закопченными краями. То же можно обнаружить на костях, если собрать отломки на песке (пластилине).

При выстреле в упор в случае герметического упора в других частях тела наблюдаются обширные разрывы кожи, отпечаток дульного среза ствола, дополнительные факторы выстрела располагаются в глубине раневого канала. Мышцы по ходу раневого канала местами окрашены в светло-красный цвет.

При неплотном упоре (соприкосновении) характерными являются ожоги кожи или опаление пушковых волос (ворса одежды) от термического действия.

При выстрелах на расстоянии до 1 м образуется одна входная огнестрельная рана диаметром 2-4 см с неровными фестончатыми краями.

При выстреле с расстояния от 1 до 2-5 м образуется одно входное огнестрельное отверстие (основное), которое имеет тоже округлую или овальную форму и фестончатые края, вокруг него на коже имеются отдельные круглые ранки с небольшим дефектом ткани, пояском осаднения и металлизации за счет начинающегося рассеивания дроби.

При выстреле с расстояния свыше 5 м одного центрального отверстия не наблюдается, а возникают лишь множественные отдельные ранки от дробин, разбросанные на той или иной площади. Чем больше эта площадь, тем большее было расстояние.

При выстреле с нескольких десятков метров в тело попадают лишь отдельные дробины.

Дробовые ранения, как правило, являются слепыми. В раневом канале помимо дроби или картечи могут быть обнаружены фрагменты пыжа.

Повреждения при выстреле из газового и газово-дробового оружия

Газовое ствольное оружие по своему внешнему виду, размерам и конструктивным особенностям, как правило, копирует соответствующие образцы револьверов и пистолетов. Но существенными конструктивными особенностями газового оружия являются:

отсутствие в стволе полей нарезов

наличие в стволе газового оружия т.н. рассекателя, который представляет собой чаще всего металлическую пластину толщиной 2-3,5 мм, идущую вертикально вдоль всего ствола, назначение его состоит в том, что он препятствует возможности произвести выстрел боевым патроном.

Отличительной чертой газового ствольного оружия является то, что вместо пули применяются отравляющие вещества раздражающего действия – ирританты. Они предназначены для временного лишения человека способности к активным целенаправленным агрессивным действиям.

Устройство газового патрона :

гильза и капсюль

пороховой заряд

вместо пули – пластиковый контейнер, содержащий ирритант в кристаллическом виде.

Этот контейнер отделяется от порохового заряда узкой перегородкой в сочетании с прокладкой из тонкого волокнистого материала. Гильзы патронов изготавливают из латуни или бронзы.

Механизм выстрела: при ударе байка по капсюлю воспламеняется порох и, в результате выделяемого при этом тепла, за доли секунды ирритант из кристаллического состояния переходит в газообразное. Пороховые газы выталкивают из ствола газообразное облако ирританта, при этом ширина его до 1,5 м, а длина до 6 м. Максимальный эффект наблюдается на расстоянии 2-3 м от дульного среза до преграды.

Ирританты в зависимости от того, воздействуют они на органы зрения, дыхательные пути или кожные покровы, разделяются на :

Лакриматоры (слезоточивые газы) – ирританты, которые избирательно действуют на чувствительные окончания глазничного нерва. Действие развивается в течение первых нескольких секунд: появляется жжение, резь в глазах, боль в области глазных яблок, чувство попадания песка в глаза, обильное слезотечение, светобоязнь (функциональные расстройства). Если лакриматоры воздействуют в высокой концентрации на близком расстоянии, возможны и органические поражения в виде химического ожога глаз. Попытки промыть глаза водой лишь усиливают токсический эффект. Через 40-60 минут эффекты постепенно исчезают, и если были лишь функциональные расстройства, никаких изменений можно не обнаружить. Поэтому чем раньше осматривается пострадавший, тем лучше.

Стерниты – действуют преимущественно на слизистую оболочку верхних дыхательных путей. При их действии эффект может наступить через 30 сек – 30 мин после выстрела, время зависит от концентрации стернита. Симптомы: жжение и боль в носу, носоглотке, в области лобных пазух, за грудиной, и даже в животе. Характерны головная боль, кашель, тошнота, рвота. Из органических изменений могут наблюдаться химические ожоги слизистой оболочки верхних дыхательных путей различной глубины, иногда развивается токсическая пневмония.

Ирританты смешанного действия представлены двумя группами:

раздражающие преимущественно оболочки глаз и верхних дыхательных путей,

раздражающие оболочки глаз, верхних дыхательных путей и кожные покровы.

В случае действия ирритантов на оболочки глаз и ВДП возникают эффекты, похожие на действие лакриматоров и стернитов. При попадании ирритантов смешанного действия на кожу дополнительно отмечается зуд, жжение боль, эритема кожи. Следует помнить, что при воздействии на увлажненную кожу эффект резко усиливается, может возникнуть даже химический ожог кожи.

Все перечисленные ирританты, как правило, не вызывают наступления смерти, но при действии в больших концентрациях могут привести к летальному исходу. Наиболее частой причиной летального исхода является токсический отек легких. Как осложнения могут возникать кератоконъюнктивиты, кератиты, различной глубины некрозы слизистой глаз, поражения дыхательных путей в форме бронхитов, трахеитов, пневмоний. Может наблюдаться поверхностный некроз кожных покровов.

Наиболее тяжелые повреждения наблюдаются при выстреле в упор или с близкой к нему дистанции, при этом могут формироваться проникающие раны различных областей тела с дырчатыми переломами плоских костей, обычно слепым раневым каналом длиной 4-5 см.

При выстреле в упор из газового ствольного оружия калибра 8-9 мм раны имеют округлую или овальную форму с небольшим дефектом кожи в центре. Края их неровные, с множественными небольшими разрывами, отслоениями и расслоениями мягких тканей. Штанц-марка слабо выражена и носит фрагментированный характер. В раневом канале определяются многочисленные полусгоревшие пороховые частицы и другие фрагменты снаряжения патрона.

Если выстрел производится в область, где мягкие ткани тонкие и прилежит кость, при выстреле в упор образуются раны преимущественно звездчатой формы, выражены краевые разрывы и расслоение тканей. Дырчатые переломы плоских костей, как правило, имеют неправильную округлую форму, края их неровные, мелко или крупнозубчатые. При упоре-соприкосновении могут возникать линейные переломы на плоских костях до 2-3 см в длину.

Газово-дробовое оружие . Если используются патроны снаряженные дробью, то поражающее действие резко усиливается. Фирменные дробовые патроны для использования в газовом ствольном оружии содержат от 40-50 до 200 дробин правильной круглой формы около 1мм в диаметре. При выстрелах из газового ствольного оружия патронами, снаряженными дробью наблюдаются следующие особенности огнестрельных ранений:

Слепой характер ранений

Небольшой объем повреждений при выстреле в упор

Наличие фрагментов пыжа в раневом канале

Формирование параллельных желобообразных повреждений в дерме по ходу раневого канала

Сколы и вмятины на наружной костной пластинке от действия дробин

Форма раны на коже характеризуется как «карточное сердце» – по центру участок неповрежденной кожи в проекции рассекателя

Большое количество фрагментированной дроби в раневом канале (разбивается от удара о рассекатель)

Граненость поверхности отдельных дробин за счет контакта с рассекателем

Слипание 2-3 дробин с гранеными поверхностями в конгломераты.

ОСОБЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПОПУСКАХ ЧЕРЕЗ ГИДРОУЗЛЫ

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

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]

Одной из опаснейших навигационных ситуаций является расхождение судов на небольших траверзных расстояниях. В этом случае на их корпусы могут воздействовать дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов. В результате действия этих сил суда могут терять управляемость и может возникать аварийная ситуация, происходить столкновения судов. Морская практика зарегистрировала достаточно большое количество столкновений, которые произошли в результате гидродинамического взаимодействия судовых корпусов. В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного положения судов возникающие при гидродинамическом контакте на корпусах судов поперечные силы Y г и моменты М г могут менять свой знак и может происходить не только «притяжение», но и «расталкивание» судов. Поперечная сила Y г положительна по знаку, если она направлена в сторону борта встречного или обгоняемого судна. Момент зарыскивания М г считается положительным по знаку, если он стремится развернуть носовую оконечность рассматриваемого судна в сторону борта встречного или обгоняемого судна. Физическая сущность явления гидродинамического взаимодействия двух судовых корпусов принципиально может быть изложена следующим образом. Из гидромеханики известно, что в идеальной жидкости вдоль линия потока выполняется закон сохранения энергии, который записывается в виде уравнения Бернулли, Р + ρV 2 /2g=const, где р - давление в произвольной точке линии тока. Па; ρ - плотность воды, т/м 3 .Предположим, что два одинаковых судна движутся в идеальной (невязкой) жидкости параллельно с одинаковой скоростью при расстоянии между бортами. Этот случай равносилен гидромеханически случаю обращенного движения, когда оба судна неподвижны, а на них набегает однородный поток жидкости, имеющий на бесконечном удалении от судов скорость u 0 . Применим уравнение Бернулли к линиям потока жидкости, обтекающим корпус рассматриваемого судна l. Для линии тока АВ: р 0 + u 0 2 /2g=p b + u b 2 /2g p b - р 0 =ρ/2g для линии тока АС; р 0 + u 0 2 /2g=p c + u b 2 /2g; p c - р 0 =ρ/2g Поскольку корпус судна обладает определенными размерами, а жидкость неразрывна, то скорости частиц жидкости в точке С вблизи борта судна будут больше, чем в точке А на удалении от судна. Таким образом, в точке С давление будет понижено по сравнению с давлением на удалении от судна, т.е. возникает разрежение. В точке потока В. расположенной на стороне борта судна, обращенного к судну-партнеру 2, поток жидкости имеет скорость u b , которая больше скорости u c , поскольку между корпусами судов поток поднимается. Следовательно, разрежение со стороны борта, обращенного к судну-партнеру, будет еще большим. За счет перепада давления нa внешнем и внутреннем бортах на корпус судна будет действовать поперечная гидродинамическая сила присасывания. В случае, если корпус судна обладает заметной несимметрией относительно миделя, то поперечная сила присасывания Yг может быть приложена на некотором отстоянии от ЦТ, т.ч. на корпус судна будет действовать момент зарыскивания Мг определенного знака.

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.

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.

Главная » Словарный запас » Гидродинамическое действие. Действие пули