МОДЕЛЬ ГОЛОВЫ УНИВЕРСАЛЬНАЯ Российский патент 2001 года по МПК G09B23/30 G01M7/08 

Изобретение относится к устройствам для испытания средств индивидуальной защиты человека, в частности к испытательным стендам для оценки защитных свойств шлемов от воздействия высокоскоростных поражающих элементов (ПЭ) и вторичных осколков.

Для оценки жизнедеятельности и безопасности человека при использовании средств защиты головы практический интерес представляет исследование процесса формирования тупой черепно-мозговой травмы (ЧМТ) при непробитии (неразрушении) шлема различными высокоскоростными элементами и оценки возможных последствий.

Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют, что нанесение ЧМТ различной тяжести возможно и без пробития защитного шлема, и соответственно без непосредственного воздействия ПЭ на голову. Формирование тупой ЧМТ при этом происходит по причине динамического контактного воздействия защитного шлема на голову вследствие смещения как конструкции в целом, так и локального - местного деформирования купола шлема в области удара ПЭ, которые сопровождаются контактом и передачей части энергии на голову.

Существующие методы испытаний защитных шлемов ориентированы, главным образом, на определение скорости сквозного пробития и степени амортизации шлема, используя при этом жесткие массово- габаритные макеты головы. Именно поэтому данные методы не позволяют оценить величину энергии динамического воздействия передаваемой в локальной области контакта шлема с головой и тем самым не позволяют судить об эффективности защиты испытываемой конструкции.

С использованием в материалах индивидуального бронирования тканей на основе арамидов (кевлар, ткань синтетическая высокомодульная, тварон и др.), а также тканей на основе полиэтиленовых волокон ("Спектра", "Дайнема") проблема возможности получения ЧТМ существенно возрастает.

Данные шлемы обладают высокой противопульной стойкостью, а жесткость купола недостаточна, и это приводит к рассмотренным выше последствиям при непробитии данной защиты.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является модель головы для оценки динамического воздействия шлема, выполненная в соответствии с антропометрическими параметрами головы человека (см. Модель головы, патент RU 2115957. опубл. 20.07.98 г.).

Модель головы состоит из двух частей, жесткого основания и установленной на нем верхней съемной части, имеющей форму половины эллипсоида и выполненной из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость деформации единицы объема. В нижней части жесткого основания имеется цилиндрический паз, который позволяет крепить модель головы в сборе к платформе стенда. Жесткое основание дает возможность надежно фиксировать шлем в требуемом положении относительно направления стрельбы.

Основным недостатком известной модели является способ крепления верхней съемной части к жесткому основанию. Верхняя съемная часть выполнена полностью из пластичного материала, а крепление осуществляется путем ее установки в цилиндрическом пазе жесткого основания. В результате этого возможна не только деформация пластичного материала верхней части в месте контакта шлема при обстреле, но и общее смещение верхней части в направлении стрельбы, что может привести к искажению получаемых результатов.

Задачей изобретения является уменьшения эффекта общей деформации пластичного материала, вызванного отсутствием жесткого каркаса, имитирующего костную ткань головы. Технический результат, который будет получен в результате решения задачи, состоит в повышение точности получаемых результатов испытаний.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемая модель головы для оценки динамического воздействия шлема, выполненная в соответствии с антропометрическими параметрами головы человека, согласно изобретению, состоит из жесткого основания с выступом в виде половины эллипсоида и укрепленной на нем верхней съемной части, выполненной из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость деформации единицы объема.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид модели головы универсальной.

Верхняя часть 1 модели головы имеет форму половины полого эллипсоида с внутренними размерами, соответствующими внешним размерам эллипсоидной части жесткого основания, выполнена из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость единицы объема, с толщиной пластичного материала, равной 3 - 5 калибров поражающего элемента. Толщина пластичного материала выбрана опытным путем исходя из того, что ее уменьшение может привести к влиянию жесткой основы на объем деформированного материала, а увеличение - к возможности искажения формы и объема впадины. Пластичный материал представляет собой глицериновое мыло.

Верхняя часть 1 крепится на жестком основании, 2 имеющем выступ в виде половины эллипсоида и выполненном из дерева.

Нижняя часть жесткого основания имеет цилиндрический паз, который позволяет крепить модель головы в сборе к платформе 3. Жесткое основание также позволяет надежно фиксировать испытываемый защитный шлем 4 в требуемом положении.

Применение глицеринового мыла в качестве формообразующего элемента модели обусловлено тем, что оно имеет в пределах реальных условий постоянную и определенную экспериментально энергоемкость пластической деформации единицы объема: Δ E = 5,3 Дж (для формирования полости объемом W = 1 см³ необходимо затратить энергию Δ E = 5,3 Дж). Используя данное свойство при проведении испытаний шлемов, по наличию отпечатка в мыльном блоке модели возможно судить о контактном воздействии шлема на голову, а по объему образованной там же полости - о величине переданной энергии Δ E. Сравнение величины переданной энергии Δ E с известными критериями, например, с порогом сотрясения головного мозга (E ≥ 14 Дж, ГОСТ 12.4.128-83 ССБТ. Каски защитные. Общие технические требования и методы испытаний), порогом перелома костей черепа (E ≥ 14 Дж, А.П.Громов. Биомеханика травмы.- М.: Медицина, 1979, 109 с.) и растрескиванием костей черепа (E = 10 - 20 Дж, В.Б.Парашин. Критерии повреждения организма человека при ударных воздействиях. Конверсия в машиностроении, 1993, N 1, с. 31-39) позволяет с достаточной степенью надежности устанавливать уровни динамического воздействия на испытываемое изделие, при которых либо не происходит потери жизнедеятельности (боеспособности) человека, либо формируется тупая ЧМТ конкретной степени тяжести при непробитии (неразрушении) шлема.

Проведенные авторами экспериментальные стрельбы с целью испытания бронешлемов с использованием данной модели головы показали, что их порог непробития, фиксируемый вышеописанными способами, нередко выше установленного порога безопасного воздействия.

Это дает возможность внесения ряда изменений в существующие методики испытаний шлемов.

Таким образом, использование в составе испытательного стенда данного технического решения позволит повысить достоверность проводимых испытаний шлемов и выработать практические рекомендации по дальнейшему совершенствованию испытуемых изделий в плане снижения вероятности возникновения тупой ЧМТ.

Изобретение предназначено для использования при испытании средств индивидуальной защиты человека, в частности в испытательных стендах для оценки защитных свойств шлемов от воздействия высокоскоростных поражающих элементов и вторичных осколков. Модель головы выполнена из двух частей - жесткого основания и укрепленной на нем верхней съемной части. Жесткое основание имеет выступ в виде половины эллипсоида, а съемная часть имеет форму половины полого эллипсоида с внутренними размерами, соответствующими внешним размерам эллипсоидной части жесткого основания, и выполнена из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость деформации единицы объема с толщиной, равной 3 - 5 калибра поражающего элемента. Обеспечивается повышение точности получаемых результатов испытаний. 1 ил.

Модель головы для оценки защитных свойств шлемов, выполненная в соответствии с антропометрическими параметрами головы человека, состоящая из жесткого основания и укрепленной на нем верхней съемной части, выполненной из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость деформации единицы объема, отличающаяся тем, что жесткое основание имеет выступ в виде половины эллипсоида, а съемная часть выполнена в виде половины полого эллипсоида с внутренними размерами, соответствующими внешним размерам эллипсоидной части жесткого основания, и толщиной пластичного материала, равной 3-5 калибрам поражающего элемента.