一种水下冲击伤实验模拟装置的制作方法

本发明属于潜水医学，具体涉及一种水下冲击伤实验模拟装置。

背景技术：

现代海战中，武器装备和作战方式都发生了重大变化，水下战位人员越来越多，鱼雷、水雷、深水炸弹等水中兵器大规模装备和应用。因此，水下爆炸冲击波致水下战位人员损伤越来越多，已成为世界军事医学关注的热点和难点。水的密度为空气的800倍，且具有相对的不可压缩性，与空气冲击波相比，水下冲击波具有传播速度快、传播距离远及无典型的压缩区和稀疏区等特点，所以其致伤机制和损伤特点不同于空气冲击波。

由于水下爆炸实施难度较高且水下动物呼吸困难，目前国际上尚无成熟、稳定的水下冲击伤实验动物模型。前期研究虽对水下爆炸冲击波致胸腹、四肢等脏器损伤有零星报道，但在其实验过程中，由于未解决动物水下呼吸问题，所以动物头部多在水面以上，无法研究水下冲击波致颅脑损伤的特点及机制。目前国内外对动物专用水下爆炸装置研究较少。中国专利文献cn101843529b公开了一种动物水下呼吸系统，用于保证动物在水下正常呼吸，但是也存在相应不足：1、装置稳定性、抗爆性均较低，可承受最大压力仅有5mpa；2、动物分组较少，可布放位点少，每次实验动物较少。中国专利文献cn201620984808.2公开了一种水下动物试验装置，可以保证动物在水下正常呼吸，但是该专利设计需要吊车等设备，适用于海上等大型作业平台且操作难度较大，无法满足实验室多次重复实验的要求。因此，为了研究水下爆炸冲击波致颅脑、胸腹、四肢等脏器的损伤特点及机制，保证水下动物实验的安全性、科学性及稳定性，亟须研究一种相对简单、稳定性高、抗爆性和可重复性均较好的水下冲击伤实验模拟装置。

技术实现要素：

本发明针对上述不足，提供一种水下冲击伤实验模拟装置，不仅可以保证动物在水下正常呼吸，而且可以根据实验需求进行拆卸组装，同时钢体结构大大增加了装置的稳定性及抗爆性。本装置结构简单、设计合理，稳定成熟、可重复性好，可供多只动物同时实验。

本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明包括水下实验支架、动物固定支具和水下呼吸系统。水下实验支架包括内固定圈、外固定圈、辐条和方梁；动物固定支具由钢管和下方的固定件焊接而成；水下呼吸系统由压缩空气罐、通气管、钢管和水下呼吸面罩依次连接而成。

进一步地，所述内固定圈和外固定圈呈同心圆排列，直径分别为900mm和2900mm，均由直径10mm的钢筋围成，用于稳定水下实验支架的结构；辐条由钢板制成，长1100mm，宽28mm，厚8mm，共16根，沿外固定圈直径方向均匀分布，相邻两根辐条之间成22.5度角，每根辐条两端分别与内固定圈和外固定圈焊接相连；在每根辐条上设置三个圆孔，分别位于辐条中心、两端内侧50mm处，直径均为22mm，用于固定动物固定支具；方梁为正方形结构，边长2140mm，由矩形钢围成，与辐条焊接相连，用于实验过程中吊装和定位水下实验支架；矩形钢宽60mm，厚20mm。

进一步地，所述动物固定支具共48套，根据实验要求选择所需数量并组装；钢管内部中空，用于输送压缩空气至水下呼吸面罩，长290mm，外径20mm，内径12mm，通体外螺纹，在辐条的三个圆孔处，使用螺母、垫片与辐条固定连接，螺纹规格为m20*2.5；固定件为工字形，包括上横杆、下横杆和竖杆，上、下横杆均长200mm，竖杆高180mm，均由直径为5mm的钢筋制成，在钢管内部与钢管垂直焊接相连，用于固定实验动物四肢，如大鼠；固定件位于钢管下端，上横杆与钢管下端间距30mm。

进一步地，所述压缩空气罐置于地面，容积12.3l，公称工作压力20mpa，水压试验压力30mpa，高0.7m，外径0.3m，壁厚12.2mm，采用铝合金材料，重量15.3kg，通过减压阀、通气管、钢管与水下呼吸面罩相连接；通气管长2m，内径8mm，外径16mm，采用橡胶制成，内有编织钢丝支撑，一端通过螺纹与压缩空气罐上减压阀相连接，另一端置入钢管内10cm处，二者之间的空隙使用热熔胶枪密封；根据实验对动物数量的要求，通气管由四通快速接头、三通快速接头连接组成供气管路，1个压缩空气罐可供应16只大鼠在水下1m处呼吸20分钟。

进一步地，所述水下呼吸面罩为漏斗形，高70mm，壁厚3mm，采用超高分子量聚乙烯制成，材料拉伸强度3-3.5gpa；面罩上端设内螺纹，与钢管外螺纹相匹配，螺纹规格m20*2.5，长度20mm，下端为圆形，直径为50mm，稍伸出外沿10mm，采用橡胶圈包裹，与动物嘴部皮毛紧密接触，保证面罩密闭，同时降低动物不适感。动物水下试验装置采用正压通气，在保证呼吸的同时，可以保持水下呼吸面罩内有一定压力，可将意外漏进面罩内的水排出。面罩侧面安装有单向通气阀，水进入面罩时，可因气压作用通过单向通气阀及时排出；使用时，水下呼吸面罩通过内螺纹旋转至钢管下端、上横杆上方5cm处，保证动物固定后头部在面罩内，压缩空气罐输出的空气经通气管至钢管，再通过钢管下端输出至水下呼吸面罩，排出面罩内部的水，供给动物呼吸。

本发明的有益效果如下：(1)本发明的这种水下冲击伤实验模拟装置，将水下呼吸系统和动物固定支具结合，采用热熔胶枪密封，气密性好，能够保证动物在水下的正常呼吸；(2)装置采用钢体作为主体结构，通气管内有编织钢丝支撑，稳定性高，抗爆性强，通过1-10gtnt水下爆炸实验证实，该装置可至少承受水下10mpa的冲击压力；(3)本装置中压缩空气罐储气量大，可供气时间长，大大延长了实验时间；(4)本装置在辐条不同位置设置圆孔，即可以将动物布放在距爆源不同距离处，从而研究不同距离条件下的水下冲击伤；(5)该装置设16根辐条，每根可布放3只动物；最多可同时装吊48只动物进行实验，远多于前期发明；(6)通过多批次重复试验证明，本发明成熟稳定、可重复性好，适用于小当量爆炸实验。本发明的这种水下冲击伤实验模拟装置，不仅结构简单、设计合理、可操作性强，而且爆源当量较小，模型可控、安全性高，适用于水下冲击伤等潜水医学科研试验中。

附图说明

图1为本发明的水下冲击伤实验模拟装置平面结构示意图；

图2为本发明的水下冲击伤实验模拟装置呼吸系统结构示意图。

附图中的标号分别为：1、水下实验支架，2、动物固定支具，3、水下呼吸系统，4、内固定圈，5、外固定圈，6、辐条，7、方梁，8、钢管，9、固定件，10、压缩空气罐，11、通气管，12、水下呼吸面罩，13、圆孔，14、外螺纹，15、螺母，16、垫片，17、上横杆，18、下横杆，19、竖杆，20、减压阀，21、四通快速接头，22、内螺纹，23、单向通气阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本发明的实施例如图1至图2所示，本发明包括水下实验支架1、动物固定支具2和水下呼吸系统3。水下实验支架1包括内固定圈4、外固定圈5、辐条6和方梁7；动物固定支具2由钢管8和下方的固定件9焊接而成；水下呼吸系统3由压缩空气罐10、通气管11、钢管8和水下呼吸面罩12依次连接而成。

本实施例中，所述内固定圈4和外固定圈5呈同心圆排列，直径分别为900mm和2900mm，均由直径10mm的钢筋围成，用于稳定水下实验支架1的结构；辐条6由钢板制成，长1100mm，宽28mm，厚8mm，共16根，沿外固定圈5直径方向均匀分布，相邻两根辐条6之间成22.5度角，每根辐条6两端分别与内固定圈4和外固定圈5焊接相连；在每根辐条6上设置三个圆孔13，分别位于辐条6中心、两端内侧50mm处，直径均为22mm，用于固定动物固定支具2；方梁7为正方形结构，边长2140mm，由矩形钢围成，与辐条6焊接相连，用于实验过程中吊装和定位水下实验支架1；矩形钢宽60mm，厚20mm。

本实施例中，所述动物固定支具2共48套，根据实验要求选择所需数量并组装；钢管8内部中空，用于输送压缩空气至水下呼吸面罩12，长290mm，外径20mm，内径12mm，通体外螺纹14，在辐条6的三个圆孔13处，使用螺母15、垫片16与辐条6固定连接，螺纹规格为m20*2.5；固定件9为工字形，包括上横杆17、下横杆18和竖杆19，上、下横杆均长200mm，竖杆19高180mm，均由直径为5mm的钢筋制成，在钢管8内部与钢管8垂直焊接相连，用于固定实验动物四肢，如大鼠；固定件9位于钢管8下端，上横杆17与钢管8下端间距30mm。

本实施例中，所述压缩空气罐10置于地面，容积12.3l，公称工作压力20mpa，水压试验压力30mpa，高0.7m，外径0.3m，壁厚12.2mm，采用铝合金材料，重量15.3kg，通过减压阀20、通气管11、钢管8与水下呼吸面罩12相连接；通气管11长2m，内径8mm，外径16mm，采用橡胶制成，内有编织钢丝支撑，一端通过螺纹与压缩空气罐10上减压阀20相连接，另一端置入钢管8内10cm处，二者之间的空隙使用热熔胶枪密封；根据实验对动物数量的要求，通气管11由四通快速接头21、三通快速接头连接组成供气管路，1个压缩空气罐10可供应16只大鼠在水下1m处呼吸20分钟。

本实施例中，所述水下呼吸面罩12为漏斗形，高70mm，壁厚3mm，采用超高分子量聚乙烯制成，材料拉伸强度3-3.5gpa；面罩12上端设内螺纹22，与钢管8外螺纹14相匹配，螺纹规格m20*2.5，长度20mm，下端为圆形，直径为50mm，稍伸出外沿10mm，采用橡胶圈包裹，与动物嘴部皮毛紧密接触，保证面罩12密闭，同时降低动物不适感。动物水下试验装置采用正压通气，在保证呼吸的同时，可以保持水下呼吸面罩12内有一定压力，可将意外漏进面罩12内的水排出。面罩12侧面安装有单向通气阀23，水进入面罩12时，可因气压作用通过单向通气阀23及时排出；使用时，水下呼吸面罩12通过内螺纹22旋转至钢管8下端、上横杆17上方5cm处，保证动物固定后头部在面罩12内，压缩空气罐10输出的空气经通气管11至钢管8，再通过钢管8下端输出至水下呼吸面罩12，排出面罩12内部的水，供给动物呼吸。

本发明的这种水下冲击伤实验模拟装置，将水下呼吸系统和动物固定支具结合，采用热熔胶枪密封，气密性好，能够保证动物在水下的正常呼吸；装置采用钢体为主体结构，通气管内有编织钢丝支撑，稳定性高，抗爆性强，通过1-10gtnt水下爆炸实验证实，该装置可至少承受水下10mpa的冲击压力。本装置在辐条不同位置设置圆孔，即可以将动物布放在距爆源不同距离处，从而研究不同距离条件下的水下冲击伤；通过多批次重复试验证明，本发明成熟稳定、可重复性好，适用于小当量爆炸实验。本发明的这种水下冲击伤实验模拟装置，不仅结构简单、设计合理、可操作性强，而且爆源当量较小，模型可控、安全性高，适用于水下冲击伤等潜水医学科研试验中。

以上所述是本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明之权利范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，除上述实例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明保护的范围。