МОДЕЛЬ ГОЛОВЫ НОРМИРОВАННАЯ 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 не пробитии (не разрушении) 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.

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") возможность получения ЧТМ существенно возрастает.

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

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.

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 С1, 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 применение пластичного материала с заданной, но не нормированной энергоемкостью деформации единицы объема для изготовления верхней съемной части. Использование для этих целей материалов с повышенной энергоемкостью деформации единицы объема и, следовательно, повышенной упругостью может вызвать искажение формы отпечатка в месте контакта шлема с моделью при ударе, а применение материалов с пониженной энергоемкостью приводит к общей пластической деформации верхней части модели.

Задачей изобретения является уменьшение влияния энергоемкости деформации единицы объема пластичного материала, используемого для изготовления модели головы. Технический результат, который будет получен в результате решения задачи, состоит в повышении точности получаемых результатов.

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 и укрепленной на нем верхней съемной части, выполненной из пластичного материала, имеющего оптимальную энергоемкость деформации единицы объема.

Авторам не известны технические решения с указанной в формуле изобретения совокупностью признаков, направленные на достижение той же цели, что и в заявляемом в качестве изобретения объекте, поэтому предлагаемое техническое решение отвечает критерию "существенные отличия".

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

Верхняя часть (1) модели головы имеет форму половины эллипсоида, выполнена из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость единицы объема. Пластичный материал представляет собой пластилин с энергоемкостью пластической деформации единицы объема Е = 2,5 ± 0,5 Дж. Верхняя часть (1) крепится на жестком основании (2), имеющем в поперечном сечении форму эллипса и выполненным из дерева.

Конструкция жесткого основания позволяет надежно фиксировать испытываемый защитный шлем (4) в требуемом положении и закреплять модель головы в сборе на опоре стенда (3).

Применение пластичного материала, обладающего фиксированной энергоемкостью пластической деформации единицы объема, находящейся в пределах Е = 2,5 ± 0,5 Дж, обеспечивает возможность получения достоверных данных о величине объема деформированного материала в результате взаимодействия шлема и модели головы. Материалы с энергоемкостью свыше Е = 3,0 Дж, например глицериновое мыло, обладают повышенной упругой деформацией и, следовательно, вносят искажения в конечный результат за счет упругой деформации в местах крепления подтулейных устройств, а также искажения и малого объема зоны деформации. Пластичные материалы с энергоемкостью ниже Е = 2,0 Дж обладают повышенной пластической деформацией и, следовательно, за счет этого происходит искажение конечного результата.

Таким образом, предлагаемая модель головы существенно повышает точность измерений в результате применения пластичного материала с оптимальной энергоемкостью пластической деформации единицы объема. Используя данное свойство при проведении испытаний шлемов, по наличию отпечатка в пластичном материале модели можно судить о контактном воздействии шлема на голову, а по объему образованной полости - о величине переданной энергии Е.

На основании вышеизложенного предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает достижение положительного эффекта и обладает критерием "положительный эффект".

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 испытания средств индивидуальной защиты человека, в частности 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. Верхняя часть модели головы имеет форму половины эллипсоида и выполнена из пластичного материала, имеющего оптимальную энергоемкость деформации единицы объема Е=2,5±0,5 Дж. 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 пластичный материал имеет энергоемкость деформации единицы объема Е=2,5±0,5 Дж.