模擬直升機垂直向碰撞傷的初步研究.pdf

1、直升機機動性好，但事故發(fā)生率高，駕乘人員傷亡比例高。既住直升機事故損傷數(shù)據(jù)資料流行病學(xué)調(diào)查多，實驗性研究少。人體垂直向損傷耐限低，且垂直向是直升機碰撞事故傷主要分量。有限的垂直向碰撞損傷實驗性研究往往局限于尸體、假人的低能量碰撞，所用模型缺乏生理學(xué)響應(yīng)，以致目前尚不明確直升機垂直墜落事故駕乘人員損傷特點。
　　目的:
　　本研究在生物碰撞實驗平臺基礎(chǔ)上，用成體香豬展開頭盆向減速碰撞實驗，模擬直升機垂直向碰撞事故，研究其損傷特

2、點以及力學(xué)響應(yīng);并通過計算機軟件分析，研究直升機墜落事故的頭頸部損傷的風(fēng)險因素。
　　材料與方法:
　　第一部分直升機垂直向碰撞損傷特點的動物實驗研究:成年從江香豬21只，簡單隨機抽樣法選擇3只設(shè)置為對照組。其余18只根據(jù)碰撞速度變化隨機平均分為2組，n=9;豬以“仰臥位”固定，進行垂直向剛性碰撞模擬直升機垂直墜落，碰撞速度分別設(shè)置為Ⅰ組8m/s，Ⅱ組11m/s。觀察碰撞后即刻至傷后6小時兩組動物的一般情況，高速攝像記錄碰撞

3、過程動物軀干形態(tài)變化，血氣指標(biāo)的變化，采用ELISA法檢測血清神經(jīng)免疫標(biāo)記物，包括神經(jīng)元特異性烯醇化酶(neuron-specific enolase，NSE)，膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP），髓鞘堿性蛋白(myelin basic protein，MBP)和S100B，簡單隨機抽樣法每組隨機選擇2頭做影像學(xué)檢查，所有動物均進行解剖病理觀察，并用簡明損傷評分(Abbrevia

4、te Injury Score，AIS)和損傷嚴重程度評分(Injury Severe Score，ISS)評估傷情。第二部分直升機垂直向碰撞力學(xué)響應(yīng)的動物實驗研究:成年從江香豬14只，分別在顱骨及骨盆上安裝加速度傳感器;在腦正中溝、腹腔（肝后）及腰大池內(nèi)植入壓力傳感器，根據(jù)速度變化隨機平均分為兩組，每組7只。碰撞速度與第一部分相同。記錄碰撞瞬間各傳感器的響應(yīng)輸出，獲得并分析不同速度碰撞下的各部位壓力與加速度的大小及變化趨勢。第三部分直

5、升機墜落事故飛行員頭頸部損傷的風(fēng)險分析:對不同墜落環(huán)境因素、墜落方向以及墜落速度通過Minitab(R)軟件進行DOE(Design of Experiment)設(shè)計，使用MADYMOR軟件(V6.22)的航空數(shù)字人模型。對DOE分組用MADYMO(R)軟件進行模擬求解計算，用獲取頭部損傷標(biāo)準HIC36(head injury criterion)數(shù)值、頭部角加速度(Angular-Y)和頸部損傷標(biāo)準Nij（neck injury cr

6、iterion）等傷害指標(biāo)，分別對速度8m/s和11m/s在不同地面環(huán)境下和墜落方向碰撞進行DOE分析，探討頭頸部損傷的影響因素。
　　結(jié)果:
　　第一部分:碰撞過程中動物脊柱呈“S”型變化，其中，Ⅱ組脊柱變形程度較Ⅰ組更大;Ⅰ組所有動物均存活至6小時，Ⅱ組動物均在2小時內(nèi)死亡，死亡原因為脾臟破裂導(dǎo)致的失血性休克。血氣分析未發(fā)現(xiàn)呼吸衰竭現(xiàn)象。Ⅰ組實驗動物NSE，MBP,S100B，GFAP分別均在4h，3h，4h和2h出現(xiàn)顯

7、著性升高(P＜0.05)。兩組動物主要器官損傷情況如下:①脾破裂（Ⅰ組:n=9vs.Ⅱ組:n=9）;②中軸骨骨折(Ⅰ組:n=9vs.Ⅱ組:n=9);③肺出血（Ⅰ組:n=2vs.Ⅱ組:n=8）。④心內(nèi)膜下出血（subendocardial hemorrhage，SEH，Ⅰ組:n=4vs.Ⅱ組:n=4）;⑤腎包膜下血腫（Ⅰ組:n=0vs.Ⅱ組:n=1）;兩組動物胸腔損傷最大AIS值為4（Ⅰ組:n=1）和5（Ⅱ組:n=8），腹部損傷最大AIS

8、值均為5（Ⅰ組:n=8vs.Ⅱ組:n=9）。Ⅰ、Ⅱ組ISS值分別為26.67±5.02，52.71±6.13(P＜0.05)。第二部分:Ⅰ、Ⅱ組臺車加速度最大值(maximum acceleration，Amax)分別為(27.12±1.70)g和(34.07±13.56)g;Ⅰ、Ⅱ組骨盆處Amax為(108.92±58.87)g和(139.13±78.54)g，頭部為(28.17±10.87)g和(47.41±28.54)g;Ⅰ、Ⅱ組

9、骨盆處加速度均大于頭部(P＜0.05)。Ⅰ、Ⅱ組腦正中溝腦脊液(cerebrospinal fluid，CSF)出現(xiàn)的最大壓力值(maximum pressure，Pmax)分別為(15.34±4.28)kpa和(34.93±9.84)kpa;腰大池內(nèi)出現(xiàn)的Pmax值分別為(130.49±128.73)kpa和(267.34±137.99)kpa。Ⅰ、Ⅱ組腰大池CSF壓力均大于顱內(nèi)(P＜0.05)。腹腔兩組的Pmax分別為(41.24±

10、16.89)kpa和(63.61±65.83)kpa，兩組間腹部壓力對比無顯著性差異。第三部分:當(dāng)直升機墜落撞擊速度為11m/s時，松軟地面對頭部線性合成加速度峰值為133.96g;堅硬地面加速度峰值為102.54g;理想地面加速度峰值約為57.26g。松軟地面和堅硬地面的Angular-Y均為2582.9rad/s2。理想地面的Angular-Y為2075.9rad/s2;當(dāng)撞擊速度為8m/s時，松軟地面和堅硬地面對應(yīng)的Angular

11、-Y均為2019.6rad/s2，理想地面對應(yīng)的Angular-Y為1566.5rad/s2當(dāng)直升機墜落撞擊速度為11m/s時，墜落區(qū)域為松軟地面和堅硬地面時，頭部Angular-Y值范圍為(2549.4-3412.6)rad/s2，Nij范圍為0.88256-1.07100。當(dāng)直升機墜落區(qū)域為理想地面或墜落撞擊速度為8m/s時，頭部Angular-Y值范圍為(1566.5-2562.3)rad/s2，Nij值最大為0.83706。

12、r>　　結(jié)論:
　　在直升機垂直墜落事故中最常見的損傷為脾臟損傷、中軸骨損傷、肺挫傷以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷;動物致死的最主要因素為繼發(fā)于脾臟破裂的失血性休克;肝破裂、肋骨骨折等未出現(xiàn)。損傷隨著碰撞速度的增加而增加，8m/s和11m/s垂直向減速碰撞損傷程度分別達到重度、危重度，其對應(yīng)的加速度載荷分別為(108.92±58.87)g和(139.13±78.54)g。直升機墜落地面類型、墜落速度和墜落方向?qū)︼w行員頭頸部損傷有影響。直升機