В предыдущей главе было рассмотрено движение дискретных тел с учетом действия сил инерции, причем эти тела рассматривались не как материальные точки, а как протяженные объекты, имеющие свою форму и размеры. Эти тела не считались абсолютно жесткими, т.е. недеформируемыми, что дало возможность объяснить необходимость использования сил инерции. Кроме того твердые тела рассматривались не как совокупность материальных точек, а как сплошные cреды, что позволило ввести понятие полей скоростей и кинетической энергии и использовать их для определения инерционных сил.
Такая постановка проблемы роднит механику твердых тел с механикой сплошных сред, изучающей движение жидких и газообразных сред, позволяет использовать одни и те же законы механики и методику исследования движения этих сред, а также их взаимодействие с дискретными объектами. Более того, дискретные объекты, взаимодействуя со сплошными средами, получают возможность взаимодействовать друг с другом через посредство этих сред. Практически большинство задач механики связано с таким взаимодействием, однако, во многих случаях взаимодействие тел с окружающей средой не учитывается, ввиду незнания механизма такого взаимодействия. Такие задачи изучаются в разделах механики, называемых газо- и гидродинамикой. Мы объединим эти задачи под одним общим названием гидромеханики, рассматривая газ как один из видов жидкости, тем более, что к ним будет применяться один и тот же метод исследования.
Практика показала, что свойства жидкостей и газов отличаются от свойств твердых тел ввиду их большей внутренней подвижности. Это приводит к значительному усложнению их реальных движений, которые трудно поддаются теоретическому исследованию. Поэтому многие явления, обнаруженные экспериментально, не имеют достоверного объяснения и рассматриваются как парадоксы. В настоящее время почти вся гидродинамика представляет собой набор различных парадоксов. Мы попытаемся дать объяснения многим существующим парадоксам, выявить их физическую сущность, показать наличие новых эффектов. Конечно, при этом придется идти на определенные упрощения задач, делать определенные допущения. Так, например, нигде не будут рассматриваться турбулентные движения, все движения жидкости будут считаться ламинарными. Поэтому все решения рассматриваемых задач следует считать приближенными. Однако, эти решения, по нашему мнению, достаточно хорошо раскрывают физическую сущность явлений.
Прежде чем рассматривать задачи гидромеханики, выясним физическую сущность сил инерции, возникающих в жидких и газообразных средах. В первой главе для твердых тел было установлено, что силами инерции являются упругие силы, возникающие при их деформации. Несомненно, что такое определение должно относиться и к сплошным средам. Докажем это на примере цилиндра, вращающегося в жидкой или газообразной среде (рис. 1). Для доказательства используем те же рассуждения, что и для твердых тел (см. главу I).
Вращающийся цилиндр приведет во вращение частицы окружающей среды, причем, чем дальше будут находиться частицы, тем меньше будет их линейная скорость и соответственно меньше кинетическая энергия их движения. Энергии частиц, находящихся рядом друг с другом на расстоянии dr
, определяются выражениями:
; (1)
, (2)
где dm
- масса частиц, и - их окружные скорости.
Для определения конкретных значений этих энергий необходимо знать характер распределения скоростей частичек среды по координате r.
Из литературных источников известно , что изменение скорости жидкости по радиусу r
для тела цилиндрической формы описывается выражением:
, (3)
где - окружная скорость на поверхности цилиндра, R
- радиус цилиндра. Поэтому выражения (1) и (2) примут вид:
; (4)
(5)
Разность энергий у соседних частиц жидкости будет равна:
(6)
Таким образом, при передаче движения от ближайшей частицы к соседней следующей частице часть кинетической энергии теряется. Очевидно, она затрачивается на преодоление радиальной силы dF
, направленной навстречу, т.е. к центру цилиндра. При этом должно выполняться соотношение:
, (7)
откуда получаем:
, (8)
т.е. уже известное нам выражение, характеризующее градиент поля кинетической энергии.
Используя выражение (6), получим:
(9)
Сила dF
, определяемая выражением (9), будет действовать постоянно и будет поддерживать частицу среды в деформированном состоянии, причем деформация сжатия частицы будет больше со стороны тела, чем с противоположной стороны, так как сила dF
увеличивается при приближении к цилиндру. Характер деформации частицы показан на рис. 1, упругие силы dF
l и dF
2 , действующие на частицу, не равны друг другу, причем , а их результирующая сила 
направлена к телу. Характер деформации частицы можно определить и по картине изменения скоростей в среде- деформация растяжения в касательном направлении будет большей со стороны большей скорости, в радиальном же направлении сжатие будет больше с внутренней стороны.
Таким образом сила dF
, представляющая собой упругую силу деформации частиц среды, а следовательно, и силу инерции, может быть определена через изменение кинетической энергии частиц среды по пространственной координате.
Аналогичная картина будет иметь место и при обтекании движущейся средой дискретных твердых тел, например, цилиндра (рис. 2). За счет торможения о тело скорость движения частиц среды уменьшается, поэтому часть кинетической энергии переходит в потенциальную энергию деформации, характер которой показан на рис. 2. Поэтому результирующая внутренняя упругая сила частицы 
будет направлена во внешнюю сторону, т.е. от цилиндра. Величина этой силы определится производной от потенциальной энергии деформации, взятой со знаком минус:
(10)
где - потенциальная энергия деформации частиц среды, определяемая разностью кинетических энергий в зависимости от радиуса r
, - невозмущенная (неискаженная) начальная скорость среды, постоянная по величине, - текущее значение искаженной скорости среды.
Таким образом, из рассмотренных при-меров следует, что упругие силы, обусловлен-ные потенциальной энергией деформации частиц среды, могут выражаться через кинетическую энергию их движения в виде ее производной по пространственной координате. Это обстоятельство значительно облегчает исследование взаимодействия тел с окружающей средой.
Полученные нами формулы для сил инерции, действующих в объеме жидкости оказались точно такими же, что и для твердых тел. Однако, здесь есть одна существенная особенность. Дело в том, что в отличие от твердого тела частицы жидкости и газа при движении скользят друг по другу, что приводит их к нагреванию. Следовательно часть кинетической энергии будет тратиться не только на деформацию частицы, но и на нагрев. Тогда потенциальная энергия, приобретенная частицей, будет меньше потери всей энергии пусть и на небольшую величину. Закономерно возникает вопрос: будут ли в таком случае выполняться полученные нами зависимости (8) и (10)? На этот вопрос можно ответить утвердительно, так как нагрев частиц приводит к их расширению, а в условиях сплошной среды это расширение ограничено, что приведет к появлению дополнительных упругих сил, результирующая же сила (сила инерции) будет точно соответствовать полной потери кинетической энергии в соответствии с характером ее изменения. Поэтому можно сказать, что упругие силы, возникающие в жидкости и газе, обусловлены как потенциальной энергией деформации частиц, так и их нагревом.
ОСОБЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПОПУСКАХ ЧЕРЕЗ ГИДРОУЗЛЫ
© 2010 Е.М. Шумакова
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
© 2010 E.M. Shumakova
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.
В природе существует два вида трения - внешнее и внутреннее.Внешним называется трение между двумя телами, находящимися в контакте.Внутренним называется трение, возникающее при взаимодействии частей одного и того же тела. По характеру относительного движения контактирующих тел можно различать два вида внешнего трения – трение скольжения и трение качения.
Трение скольжения имеет место, когда поверхность одного из тел смещается относительно поверхности другого тела, входящего в пару тренияF тр = fN (рис 13.1,а).
Трение качения имеет место в том случае, когда относительное движение контактирующих тел можно представить, как вращение вокруг мгновенной оси, лежащей в плоскости, касательной к поверхности контакта (рис 13.1,б).
Виды трения скольжения
Чистое трение . Может иметь место при полном отсутствии на трущихся поверхностях каких-либо примесей даже в виде адсорбированных молекул жидкостей или газов. Оно возможно только в вакууме после специальной подготовки поверхностей.
Сухое трение . Оно проявляется в том случае, если поверхности покрыты пленками окислов, адсорбированными молекулами жидкости или газов.
Г
Смешанное трение. Существует в том случае, если на различных участках поверхности возникают различные виды трения. Это возможно, еслиh < R z 1 + R z 2 , гдеh – толщина слоя смазки,R z 1 , R z 2 – высоты микронеровностей (рис. 13.2).
Жидкостное трение. Возникает между смазанными поверхностями, если h > R z 1 + R z 2 . Нагрузка передается между контактирующими телами только через слой смазки. В этом случае нет износа и ресурс практически неограничен.
Гидродинамический эффект
О
При жидкостном трении взаимодействие между поверхностями трущихся тел уступает место взаимодействию между частицами смазки, то есть возникает внутреннее трение. Важнейшими характеристиками внутреннего трения являются липкость и вязкость.
Липкость – способность смазки образовывать граничные слои на поверхностях металлов.
Вязкость – свойство смазки сопротивляться сдвигающим силам. Она измеряется касательной силой, приходящейся на единицу площади одной из двух параллельных плоскостей, находящихся в смазке на единичном расстоянии друг от друга и двигающимися относительно друг друга с единичной скоростью.
Рассмотрим движение плоской пластины относительно неподвижной поверхности (рис. 13.3). В случае ламинарного движения F = S , где S – площадь поверхности пластины; - касательное напряжение сдвига в слое смазки.
Н
,
где - динамический коэффициент вязкости смазки, [Нс/м 2 ] (является функцией температуры и давления),h – толщина слоя смазки.
Рассмотрим теперь движение наклонной пластины относительно неподвижной поверхности. При этом условимся, что смазка несжимаема и нет скольжения на границе жидкость – твердое тело.
Рассмотрим распределение скоростей в трех сечениях a , b , c (рис 13.4). Скорости жидкости в сеченияхa , b иc у поверхностиА одинаковы и равныV .В сеченииc по мере движения от поверхностиА к поверхностиВ связь между слоями смазки (за счет сил вязкости) ослабевает и эпюра скорости носит вогнутый характер. В сеченииb толщина слоя смазки сократилась, и чтобы через него прошло то же количество смазки, необходимо, чтобы возросла её скорость, так как смазка несжимаема. Эпюра скорости носит здесь линейный характер. В сеченииа толщина слоя смазки ещё более сократилась и по той же причине эпюра скорости должна носить выпуклый характер.
При затягивании смазки в клиновидный зазор в ней возникает гидродинамическое давление, распределение которого описывается уравнением Рейнольдса
где h 0 – толщина слоя смазки в месте, гдеdP / dx = 0 .
Согласно этому уравнению эпюра давления имеет вид, показанный на рисунке. Это давление передается на ограничивающие смазочный слой твердые поверхности так, что одно из тел (тело А ) как бы всплывает на смазочной пленке, чем полностью предотвращается непосредственное касание контактирующих тел.
В момент выстрела не все порошинки воспламеняются и не все воспламенившиеся сгорают. Это зависит от системы оружия, длины ствола, сорта пороха, формы порошинок, «старости пороха», условий его хранения, значительных колебаний температуры, повышенной влажности, ослабления капсюля за счет частичного разложения капсюльного состава.
Выброшенные из канала ствола порошинки летят на разное расстояние в зависимости от сорта пороха, свойств порошинок, вида оружия, формы и массы порошинок, количества и качества пороха, величины заряда, условий его сгорания, расстояния выстрела и свойств преграды, конструкции дульного среза оружия, массы частиц копоти и порошинок, соотношения калибра ствола и снаряда, материала гильзы, количества выстрелов, температуры и влажности окружающей среды, материала и характера поверхности, плотности преграды.
Каждую порошинку можно рассматривать как отдельный маленький снаряд, обладающий большой начальной скоростью и определенной «живой» силой, позволяющей причинить те или иные механические повреждения и внедриться на некоторую глубину в ткань или только прилипнуть к ней. Чем больше и тяжелее каждая порошинка, тем дальше она летит и глубже внедряется. Крупнозернистые пороха летят дальше и проникают глубже мелкозернистых; цилиндрические и кубические зерна бездымного пороха летят дальше и проникают глубже пластинчатых или чешуйчатых.
Вылетая из канала ствола, порошинки летят вслед за пулей, конусообразно рассеиваясь, что обусловлено большой затратой энергии на преодоление воздушной среды. В зависимости от дистанции выстрела, расстояние между порошинками и радиус их рассеивания становятся больше.
Иногда порошинки сгорают полностью, при этом судить о дистанции выстрела не представляется возможным.
Летя с небольшой скоростью, порошинки оседают на коже, с большей - причиняют ссадины, изредка окруженные кровоподтечностью, с очень большой - полностью пробивают кожу (рис. 142), образуя неисчезающую татуировку из синеватых точек. У живых лиц после заживления мест повреждений порошинками образуются буроватые корочки, отпадающие вместе с включенными в них порошинками, которые необходимо изъять для определения дистанции выстрела в случаях самоповреждений и членовредительства. Проникающие на большую глубину порошинки вызывают воспалительную реакцию, выражающуюся покраснением и образованием корочек в местах их внедрения.
Летящие порошинки и их частицы, достигая волос, отщепляют тонкие пластинки с их поверхности, иногда крепко внедряются в толщу волоса и даже перебивают его.
Температурное действие порошинок. Выстрел дымным порохом может опалить волосы, изредка причинить ожог кожи и даже воспламенить одежду.
Бездымный порох не дает ожога кожи и не опаляет волос, что позволяет судить о виде пороха в случаях отсутствия порошинок.
Пуля
Двигаясь по каналу ствола нарезного оружия, пуля, вращаясь по винтовым нарезам, делает около одного оборота вокруг продольной оси. Вращающаяся в воздушной среде пуля впереди себя у головного конца уплотняет воздух, образуя головную баллистическую волну (волну сжатия). У донышка пули образуется разреженное запульное пространство и вихревой след. Взаимодействуя со средой боковой поверхностью, пуля передает ей часть кинетической энергии, и пограничный слой среды вследствие трения приобретает определенную скорость. Пылевидные частицы металла и копоть выстрела, следуя за пулей в запульном пространстве, могут переноситься в нем на расстояние до 1000 м и откладываться вокруг входного отверстия на одежде и теле. Такое наложение копоти возможно при скорости движения снаряда свыше 500 м/с, на втором нижнем слое одежды или кожных покровах, а не на первом (верхнем), как это бывает при выстрелах с близкого расстояния. В отличие от выстрела с близкого расстояния, наложение копоти менее интенсивно и имеет форму лучистого венчика вокруг отверстия, пробитого пулей (признак Виноградова).
Попадая в тело, пуля образует огнестрельную рану, в которой различают: зону непосредственного раневого канала; зону ушиба тканей стенок раневого канала (от 3-4 мм до 1-2 см), зону комоции (сотрясения тканей) шириной 4-5 см и более.
Зона непосредственного раневого канала. При попадании в тело пуля наносит мощный удар на очень малой площади, сжимает ткани и частично их выбивает, выбрасывая вперед. В момент удара в мягких тканях возникает ударная головная волна, которая устремляется в направлении движения пули со скоростью, значительно превышающей скорость полета пули. Ударная волна распространяется не только по направлению полета снаряда, но и в стороны, вследствие чего формируется в несколько раз превышающая объем пули пульсирующая полость, перемещающаяся вслед за пулей, которая спадается и превращается в обычный раневой канал. В мягких тканях возникают явления сотрясения среды (зона молекулярного сотрясения), возникающие через несколько часов и даже суток. У живых лиц ткани, подвергшиеся молекулярному сотрясению, некротизируются, и рана заживает вторичным натяжением. Пульсации полости создают фазы отрицательного и положительного давления, способствующие проникновению в глубину тканей инородных тел.
Быстрое спадение пульсирующей полости в начальной части раневого канала иногда выплескивает кровь и поврежденные ткани в обратном направлении движения пули. При выстрелах в упор и на дистанции выстрела 5-10 см капли крови могут попасть на оружие и даже в ствол.
Размер временной полости обусловлен не только энергией, переданной пулей тканям, но и скоростью ее передачи, в связи с чем пуля меньшей массы, летящая с большей скоростью, причиняет более глубокие повреждения. В зоне, граничащей с раневым каналом, ударная головная волна может вызвать значительные разрушения головы или груди без повреждения крупных сосудов или жизненно важных органов самой пулей, а также переломы костей.
Одна и та же пуля, в зависимости от скорости кинетической энергии, пути, пройденного в теле, состояния органов, плотности тканей, наличия в них жидкости, действует различно. Для входа и выхода характерно конту-зионное, пробивное и клиновидное действие; выхода - контузионное и клиновидное; повреждений внутренних органов с наличием жидкости - гидродинамическое; костей, хрящей, мягких тканей и кожи противоположной стороны - контузионное.
В зависимости от величины кинетической энергии различают следующие виды действия пули на тело человека.
Пробивное действие пули возникает, когда кинетическая энергия равняется нескольким десяткам килограммометров. Пуля, движущаяся со скоростью свыше 230 м/с, действует как пробойник, выбивая ткань, вследствие чего образуется определяемое углом вхождения пули отверстие той или иной формы. Выбитое вещество уносится пулей на значительное расстояние.
Входное отверстие в коже при выстреле под углом, близким к прямому или к 180°, и вхождении пули носиком или донышком имеет округлую или
неправильно-округлую (за счет сокращения тканей) форму и размеры, несколько меньше диаметра пули. Вхождение пули боком оставляет отверстие, соответствующее форме профиля пули. Если пуля до вхождения в тело деформировалась, то форма отверстия будет отображать форму деформированной пули. Края такого отверстия окружает равномерное осаднение, стенки раны отвесны.
Вхождение пули под острым углом оставляет осаднение со стороны острого угла, с этой же стороны выявляется и скошенность стенок, а на-висание - со стороны тупого угла.
Разрывное действие пули наблюдается, когда кинетическая энергия равняется нескольким сотням килограммометров. Мощный удар пулей, сила которого сосредоточена на малой площади, вызывает сжатие тканей, их разрыв, частичное выбивание и выброс, а также сдавление тканей вокруг пули. Вслед за прохождением пули часть сжатых тканей продолжает свое движение в стороны, вследствие чего образуется полость, в несколько раз превышающая диаметр пули. Полость пульсирует, а затем спадается, превращаясь в обычный раневой канал. Морфологически разрывное действие пули проявляется в разрыве и растрескивании тканей на большей площади, чем величина пули. Это обусловливается очень большой «живой» силой пули, ее гидродинамическим действием, повреждением пулевой оболочки, неправильным полетом пули, прохождением пулей различных по плотности тканей человека, поражением специальными пулями (эксцентриками).
С разрывным действием пули не следует путать действие взрывных пуль, содержащих взрывчатое вещество, взрывающееся в момент удара пули о тело.
Клиновидным действием обладают пули, летящие со скоростью менее 150 м/с. Кинетическая энергия пули равняется нескольким килограммометрам. Достигнув цели, пуля действует как клин: сдавливает мягкие ткани, растягивая, выпячивает их в виде конуса, разрывает и, проникая вовнутрь, в зависимости от величины кинетической энергии, на ту или иную глубину, образует слепое ранение. Форма входного отверстия в коже зависит от угла вхождения пули в мягкие ткани, полоса осаднения будет большей по сравнению с пробивным действием пули. Это объясняется меньшей скоростью вхождения пули в тело. Мягкие ткани и осколки костей пуля с собой не уносит, что обусловлено раздвиганием мягких тканей и спадением стенок раневого канала.
Ударное, или контузионное действие пули проявляется в случаях утраты скорости и кинетической энергии пулей. В конце полета пуля уже не может причинить характерных огнестрельных ран и начинает действовать как тупой предмет. Удар пули на коже оставляет ссадину, ссадину, окруженную кровоподтеком, кровоподтек или поверхностную рану. Удар о близко расположенную кость деформирует пулю.
Гидродинамическое действие пули выражается в передаче энергии пули жидкой средой по окружности на ткани поврежденного органа. Такое действие проявляется при попадании пули, движущейся с очень большой
скоростью, в полость с жидким содержимым (в сердце, наполненное кровью, желудок и кишечник, заполненные жидким содержимым) или ткань, богатую жидкостью (головной мозг и пр.), что приводит к обширным разрушениям головы с растрескиванием костей черепа, выбрасыванию наружу мозга, разрыву полых органов.
Сочетанное действие пули проявляется в последовательном ее прохождении через несколько областей тела.
Осколочно-пулееым действием обладает пуля, взрывающаяся вблизи тела с образованием множества осколков, наносящих повреждения.
Пуля, попавшая в кость, в зависимости от величины кинетической энергии причиняет разнообразные повреждения. Движущаяся с большой скоростью, она вызывает дополнительные повреждения в мягких тканях и органах, продвигающимися в направлении ее полета осколками костей и фрагментировавшимися осколками.
Факторы выстрела (сопутствующие продукты выстрела - СПВ (пороховые газы, копоть выстрела, остатки пороховых зерен и др.) в зависимости от ряда условий причиняют всегда входную и иногда выходную раны, получившие название входного и выходного отверстий, соединенных раневым каналом.
Входное отверстие огнестрельного ранения
Впервые морфологию и механизм возникновения входного и выходного отверстий описал в 1849 г. Н.И. Пирогов. Он писал: «Отверстие входа отличается от выхода тем, что вход бывает всегда с потерею существа кожи. Отверстие выхода мы никогда не замечали круглым. Оно, очевидно, образуется через один только разрыв кожи, без потери ее существа или, по крайней мере, с потерею несравненно меньшею, нежели отверстие входа». «...Пуля входа выбивает в ней круглое отверстие; выхода же - натягивает ее изнутри и раздирает».
П.П. Заблоцкий в 1852 г. констатировал, что «рана входа представляет вообще потерю вещества, рана же выхода - разрыв ткани».
Потерю существа кожи - дефект ткани, являющийся главным признаком входного огнестрельного отверстия, доказали М.И. Райский и Н.Ф. Живодеров (1935) путем экспериментального отстрела одинаковых по размерам и весу кусочков кожи с последующим их взвешиванием после отстрела. На основании проведенных опытов были установлены уменьшение веса кусочков кожи и невозможность сведения противоположных краев повреждения. Назвав этот признак «минус-ткань», они подтвердили выводы Н.И. Пирогова и П.П. Заблоцкого.
Дефект ткани в зависимости от дистанции выстрела образуют предпу-левой воздух, газы, снаряд, которые позволяют по особенностям раны и изменений вокруг нее решать такие важные вопросы, как дистанция выстрела, характер, форма и размеры снаряда.
Описывая огнестрельные раны, необходимо указать, образуется ли при сведении краев раны складка кожи, являющаяся главным признаком входного огнестрельного отверстия и свидетельствующая о пробивном дей-
ствии. Колющие орудия хотя и образуют отверстия, но, в отличие от огнестрельного, не пробивают, а растягивают, разрывают и раздвигают все слои тканей. Сопоставление краев таких ран не вызывает возникновения складок кожи, что позволяет устанавливать происхождение ран.
Форму входного отверстия определяют дистанция выстрела, действие предпулевого воздуха, газов, величина и форма снаряда, скорость, угол вхождения пули (рис. 143), баллистические свойства оружия и боеприпасов, наличие подлежащих костей.
Угол вхождения пули около 180° или 90° образует круглую или округлую рану, а около 70° и менее - приближает ее к овалу (рис. 144). В связи с неравномерным сокращением тканей, а главное, мышц, круглая форма переходит в той или иной степени в овальную.
Положение о том, что овальная форма раны всегда свидетельствует о выстреле под острым углом, является ошибочным. Подтверждением такого выстрела служит выраженное полулунное осаднение какой-либо части по краю раны, особенно если осаднению сопутствуют растрескивание эпидермиса и скошенность стенок на противоположной стороне.
Очень редко овальное отверстие может напоминать ромб (например, при неравномерном повреждении и последующем сокращении тканей, окружающих отверстие).
Вхождение пули боковой поверхностью (плашмя) образует входное отверстие продолговатой формы, и контуры пояска осаднения могут отражать профиль пули.
При выстреле в области тела с близко расположеной костью предпуле-вой воздух и газы распространяются вдоль кости, отслаивают мышцы, надкостницу, иногда причиняя разрывы кожи у входа, иногда частично прорываются в раневой канал, и могут доходить до выходного отверстия.
Размеры входного отверстия зависят от эластичности кожи, степени ее натяжения в различных областях тела, дистанции выстрела, особенностей анатомического строения травмируемой области тела, наличия подлежащих костей, естественных складок кожи, податливости тканей (грудь, живот), и, как правило, они меньше калибра пули, ибо втянутая пулей кожа,
Рис. 143. Форма входного отверстия
углом 180" (по Н.С. Бокариусу, 1930)
Рис. 144. Форма входного отверстия
и наложения копоти при выстреле под
острым углом (по Н.С. Бокариусу, 1930)
особенно в областях с большим массивом мягких тканей, сокращается, и размеры отверстия уменьшаются. В проекции кости мягкие ткани незначительно вдавливаются вовнутрь, размер входного отверстия почти соответствует диаметру пули или может быть несколько больше. Входные отверстия в естественных складках кожи могут увеличиваться в момент расправления этих складок на трупе. Выстрелы в упор и с близкой дистанции (1 и 2 зоны) оставляют больших размеров входные отверстия, а с дальней - меньших.
Иногда от края отверстия отходят радиальные разрывы, которые как часть отверстия рассматривать нет основания, так как они образуются от действия не пули, а предпулевого воздуха, газов и, таким образом, информации о размерах пули не несут. Неправильный полет пули в случаях выстрелов из дефектного оружия и рикошетирования оставляет отверстия разнообразной формы. Пуля, выпущенная из обреза, нередко фрагментиру-ется, нанося несколько ранений, иногда принимаемых за дробовые. Пули специального назначения причиняют отверстия больших размеров, чем размеры пули, что объясняется их конструктивными особенностями.
На характер краев входного отверстия влияют форма, скорость полета и угол вхождения снаряда в тело. Края отверстий, нанесенных остроконечными пулями, более ровные. Закругленные и тупоконечные пули сильнее ушибают, и края, образованные ими, неровные, мелкозубчатые, а от дробовых снарядов - фестончатые. Стенки раневых каналов покаты, неровны. По краю входного отверстия располагается ободок осаднения и обтирания. На одежде имеются разволокнения нитей материала вокруг дефекта тканей.
В результате ушиба и трения пули вокруг огнестрельной раны возникает участок, лишенный эпидермиса, получивший название пояска осаднения. Ободок (поясок) осаднения первым отметил русский хирург М.Ф. Криво-шапкин (1858), а в 1865 г. на него обратил внимание Н.И. Пирогов. В 70-х годах Э. фон Гофман объяснил возникновение пергаментного ободка высыханием осадненного участка проникающей пулей. Форма его обусловлена углом вхождения пули в тело, а размеры - скоростью кинетической энергии и поверхностью контакта пули с кожей. Поясок осаднения становится заметным в среднем через 3,5 ч после травмы. Пуля, обладающая большой скоростью движения, пояска осаднения не образует, что позволяет полагать о причинении ранения из современного длинноствольного оружия. На коже головы поясок осаднения бывает неразличим, что И.В. Слепышков (1933) объясняет разрывом и отслоением краев раны.
Входя в кожу, пуля неодинаково действует на различные слои. Кожа более эластична, чем эпидермис, который разрывается раньше ее, увлекается пулей и сдирается в окружности раны на удалении 1-2 мм от ее краев. Вследствие этого образуется поясок осаднения (травматическое кольцо, контузионное кольцо, ободок высыхания, эрозивная кайма и пр.). Пуля, входящая под прямым углом, причиняет поясок осаднения одинаковой ширины, а под острым - шире со стороны полета пули. При ранениях большими закругленными пулями возникает не только осаднение, но нередко и кровоподтек в ближайшей окружности раны, что объясняется изгибом пули, имеющей большую поверхность. Микроскопическим иссле-
дованием в окружности ран выявляются экхимозы. Зарубежные авторы называют их экхимотическим экскориативным кольцом. Размеры пояска осаднения зависят от степени податливости кожи травмируемой области, характера подлежащих тканей, скорости, формы и угла вхождения пули в тело.
Наружный диаметр пояска осаднения примерно равен размерам пули. В случаях ранения через одежду ободок осаднения бывает шире в связи с придавливанием одежды пулей к телу.
На ладонях и подошвенных поверхностях стоп, имеющих толстый роговой слой, осаднения не образуются, а возникают радиальные разрывы длиной до 0,3 см и отслоение эпидермиса.
Поясок обтирания - след, оставленный пулей по краям входного отверстия, и в начальном отделе раневого канала вследствие обтирания с поверхности пули мельчайших частиц металлов и соединений, принадлежащих капсюлю, гильзе, пуле, металлу канала ствола, продуктам инициирующего вещества и продуктам взрывчатого разложения пороха.
Скользящая по каналу ствола пуля стирает смазку, ржавчину, металл, копоть, остающиеся на ее поверхности. Входя в тело, она конусообразно натягивает кожу, плотно охватывающую и стирающую с ее поверхности большую часть перечисленных наложений, оставляя по краям входного отверстия поясок серого или темно-серого цвета шириной от 0,05 до 0,2 см. Такой поясок называют пояском загрязнения (обтирания, металлизации). Он может наслаиваться на поясок осаднения или совпадать с ним. Пуля, проходя через одежду, оставляет поясок обтирания на лицевой поверхности материала, иногда таковой может отсутствовать.
При выстреле в волосистую часть головы концы волос, свисающие в просвет раны, размозжены, разделены на тяжи, наподобие метелки, отдельные волосы размозжены по длине. Волосы покрыты черноватым налетом и отдельными черноватыми глыбками.
Иногда рядом с поясками осаднения и обтирания располагается поясок вдавления, возникающий от давления ствола и прилежащих деталей оружия (шомпола) на ткани в окружности раны при выстрелах в упор.
Выстрел из смазанного оружия сопровождается выбросом из канала ствола частиц оружейной смазки, которые оседают на преграде. Наиболее четко следы смазки выражены после первого выстрела. Количество смазки прогрессивно уменьшается с увеличением числа выстрелов. Смазка располагается по краю входного отверстия в виде отдельных брызг на дистанции до 45 см. Наряду с этим следы смазки можно обнаружить и от прикосновения дульного конца оружия к преграде. Наличие смазки позволяет судить о входном отверстии, площадь расположения - о дистанции, а количество - об очередности выстрелов. Следы смазки при осмотре в УФЛ имеют вид ярко светящихся пятнышек.
Раневой канал
Раневым каналом называют путь, который предпулевой воздух, снаряд и пороховые газы проходят в теле. В зависимости от дистанции выстрела его образуют те или иные факторы выстрела (предпулевой воздух, газы,
пуля). Пороховые газы, содержащие окись углерода, соединяющуюся с гемоглобином крови и мышц, превращают их соответственно в карбоксиге-моглобин и карбоксимиоглобин, окрашивающие ткани в светло-красный цвет в диаметре до 5 см чаще всего вокруг раневого канала. Форма и размер раневого канала определяются поперечным сечением, скоростью, характером движения пули и свойствами поражаемой ткани, дистанцией выстрела. Боковое вхождение снаряда в тело и его «кувыркание» в полете оставляют раневые каналы больших размеров, чем при прямолинейном его движении. Прохождение снаряда через эластические ткани (сухожилия, фасции) образует щелевидные каналы меньших размеров. Величина канала в мышцах обусловлена степенью их кровенаполнения и напряжения в момент травмы.
Наиболее часто канал представляет собой более или менее прямую линию, являющуюся продолжением направления полета пули до входа ее в тело, но иногда бывают и отклонения от этого направления. Они определены свойствами тканей, поражаемым снарядом, кинетической энергией пули, ее целостью, углом вхождения в тело, особенностями анатомической области тела, поражаемой снарядом.
По направлению и расположению канала в теле различают:
прямые - имеют вид более или менее прямой линии, сохраняющей направление выстрела. Их оставляют снаряды, проходящие через небольшое количество компактных, близлежащих тканей и органов;
косые - имеют вид косой линии, проходящей в направлении ветрела;
ломаные (зигзагообразные) каналы образуются от прохождения снаряда через несколько органов, которые могут легко смещаться или изменять свое положение в теле;
тангенциальные (касательные) каналы возникают в случаях вхождения пули в округлую область тела под очень острым углом и выхода ее вблизи входа;
опоясывающие каналы наносятся незначительной энергией пули, причиняющей канал, соответствующий форме рельефа, опоясываемой им области тела;
отклоненные каналы образуются в случаях встречи пули в теле с непреодолимым для нее препятствием, в связи с чем она изменяет свой путь и прокладывает канал в другом направлении. Такое отклонение возможно только при наличии острого угла соударения или применении пуль со смещенным центром тяжести так называемых эксцентриков;
прерванные каналы возникают при прохождении пули через полые органы или раздвигании ею легко смещающихся органов. Различают внешние и внутренние прерванные каналы. Первые наблюдаются во время прохождения через две и более областей тела, вторые - в случаях прохождения во внутренних органах и между ними;
множественные (разветвляющиеся) каналы возникают вследствие разрыва в теле одного снаряда на несколько частей. Входящий в тело снаряд вначале оставляет один канал, который на некотором удалении от входа в результате разрыва снаряда разветвляется на несколько каналов. Мно-
жество каналов образуется от действия дробового снаряда и взрывной травмы.
Кроме того, они наносятся выстрелом из оружия пулей со смещенным центром тяжести. Вследствие неустойчивого равновесия пуля, проходя через границу двух сред различной плотности, теряет устойчивость, изменяет направление полета, кувыркается, и раневой канал не только становится ломаным, но и различной ширины.
По сообщению с внешней средой раневые каналы бывают слепые и сквозные. Слепой раневой канал - это канал, сообщающийся с внешней средой одним концом, сквозной раневой канал - это канал, сообщающийся с внешней средой обоими концами.
Направление раневых каналов в тканях и органах
Важное значение для практики имеет установление направления раневых каналов, по которым судят о направлении выстрела, положении и членорасположении пострадавшего. На направление раневого канала в теле человеке влияет анатомическое строение травмируемых тканей. Мозговое вещество мягко, и поэтому канал имеет прямолинейное направление. По его ходу ткань размозжена и унесена снарядом (пробивное действие снаряда). Реже он образуется только при раздвигании ткани мозга. В окружности его много точечных кровоизлияний. Стенки канала неровные. Диаметр часто больше калибра пули.
Мышцы более плотные, чем мозг, и оказывают малое сопротивление снаряду. Они имеют волокнистое строение, обычно раздвигаются и разрываются снарядом в зависимости от направления его движения. Чаще преобладает клиновидное действие. Вследствие подвижности мышц и изменения положения конечностей канал меняет свое направление и первоначальная прямая линия может стать ломаной или зигзагообразной.
В полых тонкостенных органах, если они не наполнены (желудок, кишки, мочевой пузырь), возникают отверстия, подобные кожным, несколько меньше диаметра пули, за счет сокращения мышц и эластичности серозной оболочки. Отверстия могут образовываться как за счет пробивного, так и клиновидного действия пули. В этом случае они имеют вид узких щелей. При перекрещивании мышц отверстие принимает четырехугольную форму. В зависимости от наполнения органов, форма отверстий звездчатая или крестообразная, а вследствие гидродинамического эффекта орган разрывается в различных направлениях.
Оболочки внутренних органов и мышц (фасции, связки, околосуставные сумки, околосердечная сумка, твердая мозговая оболочка) довольно прочны, эластичны и по характеру сопротивления сходны с кожей. Вследствие эластичности тканей величина отверстия меньше калибра пули.
Стенки крупных сосудов, трахеи и крупных бронхов очень плотны и мало эластичны. При попадании в них пули они рвутся, принимая звездообразную форму. Пуля, движущаяся с малой скоростью, может оставить округлое отверстие с дефектом артерии или бронха. Концы разорвавшегося сосуда иногда сокращаются и смещаются.
В легких канал прямой, что обусловлено клиновидным действием пули. Вследствие повреждения легочной ткани канал спадается.
В сердце раневой канал причиняется гидродинамическим, пробивным, клиновидным и разрывным действием пули. Канал бывает прямым и касательным. Околосердечная сумка иногда не повреждается, так как кинетическая энергия незначительна и снаряд не может ее пробить. В этих случаях пуля выталкивается натянувшейся околосердечной сумкой и обнаруживается где-нибудь поблизости. Отверстие в сумке часто не соответствует отверстию в сердце.
В печени, селезенке, почке каналы обычно прямые, возникают от клиновидного и разрывного действия. Отверстия звездообразные.
Повреждения костей связаны с кинетической энергией пули. Она может причинить трещину, вдавленный, оскольчатый и дырчатый переломы. Для плоских костей типичен дырчатый перелом, имеющий вид усеченного конуса. Основание конуса всегда обращено в направлении раневого канала, что позволяет определить направление полета пули.
Перпендикулярное вхождение пули в кость наносит округлой формы перелом наружной костной пластинки, диаметр которой примерно соответствует диаметру пули. Внутренняя костная пластинка отламывается на большей площади. Края отверстия соединены каналом со скошенными стенками. При вхождении пули с малой скоростью, но достаточной для образования перелома по его краю, возникают небольшие отколы, благодаря чему он приобретает зубчатый вид. В отличие от входного отверстия, основание выходного обращено кнаружи, что позволяет судить о направлении движения пули.
Вхождение пули под острым углом со стороны тупого угла сопровождается сколом наружной костной пластинки. Внутренняя костная пластинка со стороны острого угла откалывается на большей площади (рис. 145).
В эпифизах длинных трубчатых костей пуля, движущаяся с большой скоростью, причиняет дырчатый перелом, а с малой - пробив со стороны входа кость, остается в губчатом веществе. В диафизах трубчатых костей пуля, движущаяся с очень большой скоростью, вызывает дырчатый перелом, а с меньшей - оскольчатые переломы. После реконструкции кости можно выявить место входа и выхода пули и иногда установить ее размеры.
Рис. 145. Пробивание пулей черепа (по Н.С. Бокариусу, 1930):
а - вхождение пули перпендикулярно к поверхности кости; 6 - вхождение пули под острым углом
Со стороны входа кость имеет отверстия, по конфигурации соответствующие форме пули. От краев отверстия отходят трещины, имеющие косое направление по отношению к длиннику кости, образующие на боковых поверхностях от входного отверстия осколки треугольной или трапециевидной формы, напоминающие крылья бабочки. В этой связи такой перелом называют бабочковидным. На противоположной входу пули стороне кости отверстие имеет большие размеры, чем на стороне входа. От него отходят трещины, большая часть которых имеет продольное направление.
Величина входного отверстия зависит от эластичности костей. Она может равняться величине снаряда, быть меньше или больше его. Диаметр входного отверстия перпендикулярно входящей пули обычно соответствует ее диаметру, что имеет важное значение для следственной практики при определении калибра оружия.
Пуля может раздвигать органы, ткани и оболочки, проскальзывать между петлями кишек, огибать более плотные органы, не производя существенных изменений. Поэтому прослеживать ход раневого канала надлежит до извлечения внутренних органов.
По ходу раневого канала прослеживаются наложения копоти, а при поражении безоболочечной пулей - иногда и частицы свинца.
Форма и размеры поперечного сечения раневого канала обусловлены размерами недеформированной, или деформированной, или разорвавшейся пули, скоростью, характером ее движения и свойствами повреждаемых тканей. Как правило, раневой канал приобретает форму усеченного конуса, вершиной обращенного по направлению полета пули. Стенки раневого канала неровны, с множественными надрывами, пропитаны кровью. Следствием гидродинамического действия пули, проходящей сквозь внутренние органы являются звездчатые разрывы стенок.
Исследование раневых каналов производят послойным последовательным препарированием мягких тканей, через которые проходит канал. Зондирование раневых каналов с целью определения глубины и направления запрещается.
По направлению раневых каналов выясняют направление и место производства выстрела, что необходимо для раскрытия преступления.
Выходное отверстие
Проходя через тело, пуля образует канал, подходя к коже с внутренней стороны. Обладающая большой кинетической энергией пуля образует в коже отверстия по типу пробойника или клина и выходит наружу. Это отверстие называется выходным и заканчивает раневой канал.
Форма выходного отверстия зависит от кинетической энергии пули, ее деформации или фрагментации и поворота вследствие внутреннего рикошета или других причин, осколков кости, гидродинамического действия, направления линий Лангера, толщины поражаемой области (кости), плотности одежды и контакта тела с предметом.
При пробивном действии пули в выходном отверстии может образоваться дефект ткани, меньший по размерам, чем во входном отверстии, и оно имеет округлую или овальную форму. Такие отверстия бывают вслед-
ствие прижатия тела к твердой преграде и плотной одежде, прохождения пули через кисть и предплечье.
Наиболее часто недеформированная пуля, обладающая малой кинетической энергией и выходящая из тела головным концом, действует клиновидно, раздвигая кожу и не выбивая ее. Выходное отверстие приобретает щелевидную, звездчатую, крестообразную форму (рис. 146, 147).
Разрывное действие пули оставляет отверстие рваной, неправильно-лоскутной и звездчатой формы.
Размеры выходного отверстия могут быть меньше пули, равны ей или больше ее. Такие колебания размеров выходного отверстия обусловлены кинетической энергией пули, механизмом образования отверстий, деформацией и фрагментацией пули, действием осколков костей, гидродинамическим действием пули в мягких тканях в области выхода, изменением положения пули на выходе.
Края выходного отверстия неровны, нередко с разрывами, а в случаях соприкосновения с твердыми предметами и нахождения в тесной одежде - осаднены. Иногда осаднение путают с высыханием.
Высыхание у выходных отверстий обусловливается до выхода снаряда сильным сдавлением, растяжением и истончением кожи. На высыхание влияют жировая клетчатка, кровь и кориум, заполняющие отверстие. Осаднение краев выходного отверстия встречается в случаях выхода пули под углом менее 60°. Поясок осаднения по краям выходных ран наблюдается у лиц с одетым головным убором, в плотной, застегнутой одежде, контактировавших повреждаемой областью тела с каким-либо твердым предметом.
Сведенные края раны полностью закрывают просвет, не образуя складки кожи, что, учитывая перечисленное выше, позволяет диагностировать выходное отверстие.
Рис. 146. Выходное отверстие на голове Рис. 147. Выходное отверстие на животе
Стенки раневого канала неровны, как бы вывернуты наружу. В просвете раны могут быть осколки костей и мягкие ткани.
Поясок обтирания по краям выходной раны всегда отсутствует. Поврежденные волосы под микроскопом напоминают концы недавно остриженных волос; лишь вблизи свободных концов обнаруживаются порогообраз-ные уступы, характерные для выходных отверстий.