Page 17 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 王俊龙，等： 不同气压环境下冲击波对人体头颈致伤力学指标的影响规律 第 11 期

velocity in the y direction and the peak neck torque in the y direction—increase overall with decreasing ambient pressure.
These findings indicate that, under the present test conditions, low ambient pressure exerts opposite effects on the translational
and rotational responses of the head-neck system. The study reveals that the injury quantification assessment method
established under normothermic and normobaric conditions exhibits applicability bias in high-altitude (hypobaric)
environments. This bias arises because high-altitude (hypobaric) conditions can alter human physiological functions (e.g.,
hypoxia and hypothermia reduce tissue tolerance). Under identical blast loading conditions, injuries tend to be more severe
than those at plain levels. Therefore, the method requires calibration and validation under hypobaric conditions. In summary,
this study provides a mechanics-based reference for blast-induced injury research and for evaluating the applicability of injury
criteria in plateau (low-ambient-pressure) environments.
Keywords: explosion shock wave; low-pressure environment; peak overpressure; injury indicators; dynamic response; shock
tube testing

近年来，受全球与地区性武装冲突增多影响，爆炸冲击致创伤性脑损伤（blast-induced traumatic brain
[4]
injury, bTBI）的发生风险与病例数量呈上升趋势 [1-3] ，并被认为是现代战争中最具有代表性的伤病类型 。
然而，现有针对爆炸冲击伤的研究主要以常温常压条件为主 [5-6] ，针对高原及类似低气压环境下爆炸冲击
伤的发生机制、伤情特征（阈值）及救治策略等关键科学问题尚缺系统研究。
调研发现，前期相关研究工作多聚焦于低气压环境下冲击波特征参数的演化规律探索，研究结果显
示，不同工况下，环境气压降低使冲击波峰值超压和冲量呈下降趋势 [7-9] 。Yang 等 [10] 通过数值模拟研究
发现，相同实验条件下，当海拔高度由 0 km 增至 4 km 时冲击波峰值超压显著降低；Wang 等 [11] 通过实验
与数值模拟研究发现，在相同 TNT 当量与测距条件下，高海拔环境冲击波峰值超压低于低海拔环境，且
随传播距离的增大，高海拔冲击波峰值超压的衰减更慢，但在比例距离（r）（爆炸半径与 TNT 装药量的三
1/3
分之一次方的比值）增大时其衰减效应呈增强趋势。庞春桥等 [12] 发现，当 2 m/kg ≤r≤10 m/kg 1/3 时，随
着 r 的增大，高原环境对冲击波峰值超压的影响呈增强趋势，即当海拔由 200 m 提高到 4 500 m 时，爆炸
冲击波峰值超压衰减可达 20% 以上。李福龙等 [13] 研究发现，在相同实验条件下，随海拔的升高（环境气
压降低），冲击波峰值超压和比冲量均呈减小趋势，且冲击波峰值超压到达的时刻随测点距离的增大而
逐步提前。陈龙明等 [14] 开展了密封容器内不同环境气压条件下的测试实验，并结合数值模拟分析发现，
环境气压每下降 20%，冲击波峰值超压和比冲量分别平均降低约 9% 和 10%，冲击波到达时间平均提前
约 6%。李孝臣等 [15] 基于可调真空度球形爆炸容器开展了实验，发现在比例距离分别为 2.51、2.87、
3.16 和 3.62 m/kg 1/3 的工况下，环境压力每降低 20 kPa，冲击波峰值超压平均下降约 8.66%。Wang 等 [16] 利
用压力可调的爆炸容器开展了现场测试，发现爆炸冲击波峰值超压随初始环境压力的降低而整体递减，
且在初始压力约为 60 kPa 时，超压参数表现出与环境压力参数较强的相关性。
此外，科研工作者还针对包含有气压、温度和湿度等综合低压环境场景下冲击波的传播规律进行了
研究。Veldman 等 [17] 、Liu 等 [18] 和李志敏等 [19] 研究发现，随海拔高度的升高冲击波传播速度呈上升趋
势。李瑞等 [20] 利用量纲分析与数值模拟研究发现，冲击波传播速度在近场与远场的主导因素存在差异，
即近场传播速度随海拔升高（气压降低）呈增大趋势；而在远场冲击波的传播速度更受环境温度影响，且
随海拔升高（温度降低）呈下降趋势。Li 等 [21] 、李瑞等 [22] 和 Chen 等 [23] 研究发现，在高海拔环境中，相较
于温度降低，环境压力降低对冲击波演化规律的影响更显著。邓国强 [24] 研究发现，中低海拔区间标准大
气参数（压力、密度、温度等）随海拔的增高而减小，但波阵面参数（波速、密度、温度等）却随海拔的增高
而增大。朱冠南等 [25-26] 和康越等 [27] 也针对低压环境中的膛口/炮口冲击波开展了研究，发现随环境压力
的降低，冲击波强度呈现线性递减规律。
总体而言，现有研究已较充分地揭示了高原（低气压）条件对爆炸冲击波关键特征参数的影响规
律 [21-23] 。由于高原环境属于多因素耦合环境，在真实高原条件下开展爆炸冲击波致伤实验，结果还会受到
环境温度、水汽浓度及地形边界条件等因素的影响，干扰单一因素对致伤指标的影响分析。需要指出的

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