МОДЕЛЬ ГОЛОВЫ КОМБИНИРОВАННАЯ Российский патент 2004 года по МПК G09B23/30 

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 не пробитии 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. 2177180. опубл. 20.12.01 г.).

Модель головы состоит из двух частей: жесткого основания и укрепленной на нем верхней съемной части. Жесткое основание имеет выступ в виде половины элипсоида, а съемная часть имеет форму полого элипсоида с внутренними размерами, соответствующими внешним размерам элипсоидной части жесткого основания, и выполнена из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость деформации единицы объема с толщиной, равной 3-5 калибрам поражающего элемента. 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 то, что верхняя съемная часть, выполненная из пластичного материала, устанавливается на выступе в виде половины элипсоида жесткого основания. В результате этого возможно искажение деформация пластичного материала верхней части при обстреле за счет влияния жесткого основания по границе соприкосновения полуэлиптического выступа с верхней съемной частью, что может привести к снижению точности получаемых результатов.

Задачей изобретения является уменьшения эффекта влияния жесткого основания по границе соприкосновения с верхней съемной частью. 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 основания с выступом в виде половины эллипсоида, изготовленного из пластичного материала, 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 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. В качестве пластичного материала может быть использовано глицериновое мыло.

Верхняя часть (1) крепится на жестком основании (2), имеющем выступ в виде половины эллипсоида и выполненным из пластичного материала с энергоемкостью пластической деформации единицы объема 10-20 Дж. Выступ в виде половины элипсоида крепится в пазу жесткого основания, выполненного 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 для изготовления выступа основания пластичного материала с энергоемкость пластической деформации единицы объема: ΔЕ=10-20 Дж (для формирования полости объемом W=1 см³ необходимо затратить энергию ΔЕ=10-20 Дж) обусловлено тем, что данная характеристика соответствует прочностным свойствам костей черепа, например порогу перелома костей черепа (Е≥14 Дж. Громов А.П., Биомеханика травмы. М.: Медицина, 1979, 109 с.) и растрескиванием костей черепа (Е=10...20 Дж. Парашин В.Б. Критерии повреждения организма человека при ударных воздействиях. “Конверсия в машиностроении”, 1993, № 1, с. 31-39.), а также позволяет исключить влияние выступа жесткого основания на точность получаемых результатов.

Проведенные авторами экспериментальные стрельбы с целью испытания бронешлемов с использованием данной модели головы показали, что применение пластичного материала с определенной пластичностью для изготовления полуэлиптического выступа жесткого основания существенно повышают точность измерения объема деформированного пластичного материала верхней съемной части.

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 относится к устройствам для испытания средств индивидуальной защиты человека, в частности к испытательным стендам для оценки защитных свойств шлемов от воздействия высокоскоростных поражающих элементов и вторичных осколков. Модель головы для оценки защитных свойств шлемов выполнена в соответствии с антропометрическими параметрами головы человека. Модель головы состоит из верхней съемной части, закрепленной на жестком основании, имеющем выступ в виде половины эллипсоида. Выступ в виде эллипсоида выполнен из пластичного материала, имеющего энергоемкость деформации единицы объема равную 10-20 Дж. Технический результат состоит в повышении точности получаемых результатов испытаний. 1 ил.

Модель головы для оценки защитных свойств шлемов, выполненная в соответствии с антропометрическими параметрами головы человека, состоящая из верхней съемной части, выполненной из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость деформации единицы объема, закрепленной на жестком основании, имеющим выступ в виде половины эллипсоида, отличающаяся тем, что выступ в виде эллипсоида выполнен из пластичного материала, имеющего энергоемкость деформации единицы объема, равную 10-20 Дж.