СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ Российский патент 2005 года по МПК F41H1/00 

Изобретение относится к способам определения защитных свойств средств индивидуальной защиты, преимущественно касок или шлемов для головы, и может быть использовано также для определения защитных свойств других средств индивидуальной защиты, например бронежилетов.

Известен способ определения амортизационной способности бронешлемов при рассредоточенном ударе, при котором наносят удары по незащищенному макету головы и макету головы, защищенному шлемом, и измеряют усилия, вызываемые ударом заданной энергии по незащищенному макету головы, и усилие, переданное макету головы, защищенному бронешлемом, при воздействии удара той же энергии, и полученные значения усилий используют для расчета амортизации /1, стр.341-343/.

Недостатком этого способа являются ограниченная область его применения и низкая информативность.

Известен также способ определения ударостойкости бронешлемов для головы с использованием биомеханического имитатора головы человека "БИГ-2", при котором наносят удар телом с нормированной энергией по незащищенному макету головы человека, заполненному жидкостью, и удар телом с определенной энергией по защищенному средством индивидуальной защиты макету головы человека, регистрируют давление в жидкости, обусловленное ударом, и полученные значения максимальных давлений в жидкости используют для сравнения /2, стр.341-343, прототип/.

Недостатком этого способа является то, что при ударах телом по незащищенному макету учитывается только максимальное давление в жидкости без определения импульса давления и его длительности, что не позволяет получить объективную оценку степени воздействия на объект при ударах. Это вызвано тем, что существующие методы записи и обработки быстропротекающих процессов приводят к появлению расходящихся результатов при использовании, например, различных фильтров для обработки сигналов. Кроме того, в этом способе не учитывается остаточная энергия ударного тела после удара, что также снижает точность полученных результатов.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение совместимости результатов за счет повышения точности измеряемых параметров существующими методами записи и обработки измерений и учета только той части энергии, которая передана при ударе телом макету.

Для этого в известном способе определения защитных свойств средств индивидуальной защиты объекта, при котором наносят удар телом с нормированной энергией по незащищенному макету объекта, заполненному жидкостью, и удар телом с определенной энергией по защищенному средством индивидуальной защиты макету объекта, регистрируют давление в жидкости, обусловленное ударом, и сравнивают полученные результаты, дополнительно регистрируют положительный импульс давления в жидкости J и длительность положительного импульса t, рассчитывают отношение положительного импульса давления к длительности импульса для каждого удара и полученные значения используют для сравнения.

Также в этом способе определяют остаточную энергию ударного тела Е_о при ударе по незащищенному объекту и рассчитывают энергию, переданную при ударе телом незащищенному макету, по формуле

где Е₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж;

Е_у - энергия удара по незащищенному макету, Дж;

Е_о - остаточная энергия ударного тела, Дж,

рассчитывают поправочный коэффициент по формуле

где k - поправочный коэффициент;

E_ном - номинальное значение энергии, переданной телом при ударе незащищенному макету, Дж;

E₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж,

и умножают на него рассчитанное отношение положительного импульса давления к длительности импульса для удара по незащищенному объекту, и полученное значение используют для сравнения.

В другом варианте выполнения способа определяют остаточную энергию ударного тела Е_о при ударе по незащищенному объекту и рассчитывают энергию, переданную при ударе телом незащищенному макету, по формуле

Е₁=Е_у-Е_о

где Е_ном - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж;

Е₁ - энергия удара по незащищенному макету, Дж;

Е_о - остаточная энергия ударного тела, Дж,

и, изменяя значения Е_у, находят такое, при котором выполняется равенство

Е₁=Е_ном

где Е_ном - номинальное значение энергии, переданной телом при ударе незащищенному макету, Дж;

Е₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж,

и при этом значении Е_у определяют отношение положительного импульса давления к длительности импульса для удара по незащищенному объекту, и полученное значение отношения используют для сравнения.

Кроме того, в предложенном способе рассчитывают среднюю мощность воздействия на незащищенный макет за время действия положительного импульса по формуле

где N₁ - средняя мощность воздействия на незащищенный макет за время действия положительного импульса, Вт;

E₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж;

t₁ - длительность положительного импульса давления в жидкости макета при ударе по незащищенному макету, с,

а среднюю мощность воздействия на защищенный макет рассчитывают по формуле

где N₂ - средняя мощность воздействия на защищенный макет за время действия положительного импульса, Вт;

E₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж;

J₂ - положительный импульс давления в жидкости макета при ударе по защищенному макету, Па·с,

J₁ - положительный импульс давления в жидкости макета при ударе по незащищенному макету, Па·с,

t₂ - длительность положительного импульса давления в жидкости макета при ударе по защищенному макету, с,

и полученные значения мощностей используют для сравнения.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг.1 изображен схематично стенд для осуществления предлагаемого способа, а на фиг.2 изображены зависимости давления в жидкости, заполняющей имитатор, от времени в процессе удара по имитатору, совмещенные по оси абсцисс для наглядности.

Стенд для осуществления предлагаемого способа (фиг.1) содержит имитатор головы человека 1, состоящий из эллипсоидной оболочки 2 с внутренним объемом, соответствующим среднему объему полости черепа и заполненным жидкостью, и основания 3, закрепленного жестко на подставке 4. Внутри жидкости в оболочке 2 установлен преобразователь давления 5, который соединен с регистрирующей аппаратурой 6. Для нанесения ударов с нормированной энергией по имитатору 1 применяется маятниковый копер (полностью не показан), ударник 7 которого взаимодействует при ударе с имитатором 1. Для определения энергии ударника 7 до и после удара используют углы подъема ударника 7 до и после удара, измеренные по шкале 8 копра. Средство индивидуальной защиты (защитный шлем или каска) 9 устанавливается на имитаторе 1 при проверке его защитных свойств.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. До начала опыта ударник 7 устанавливают с помощью шкалы 8 на необходимый угол подъема, соответствующий нормированной энергии удара (например, 14 Дж по ГОСТ 12.4.128-83). После этого производят удар по незащищенному имитатору 1, в процессе которого регистрируют с помощью аппаратуры 6 положительный импульс давления в жидкости, заполняющей внутренний объем имитатора 1, и длительность этого импульса (кривая 1 на фиг.2). После удара по шкале 8 определяют угол отскока от имитатора 1 остановившегося ударника 7 и таким образом определяют остаточную энергию ударника 7. Затем на имитаторе 1 устанавливают средство индивидуальной защиты (например, каску) и производят удар определенной энергии по нему другим ударным телом (например, метаемым элементом - не показан). В процессе удара также регистрируют положительный импульс давления в жидкости, заполняющей внутренний объем имитатора 1, и длительность этого импульса (кривая 2 на фиг.2).

Используя полученные в процессе опытов значения положительного импульса давления в жидкости и длительности положительного импульса t₁₍₂₎, рассчитывают отношение положительного импульса давления к длительности импульса для каждого удара и полученные значения используют для сравнения между собой. При этом средство индивидуальной защиты считается пригодным, если это отношение меньше при ударе по защищенному имитатору, чем по незащищенному.

Для повышения сходимости результатов измерений используют определенное ранее значение остаточной энергии ударного тела Е_о при ударе по незащищенному объекту и рассчитывают энергию Е₁, переданную при ударе телом незащищенному макету, по формуле (1) и по формуле (2) рассчитывают поправочный коэффициент, где Е_ном - номинальное значение энергии, переданной телом при ударе незащищенному макету (полученное в условиях, принятых для данного стенда в качестве нормальных). После этого умножают на поправочный коэффициент k рассчитанное отношение положительного импульса давления к длительности импульса для удара по незащищенному объекту и полученное значение используют для сравнения с рассчитанным отношением положительного импульса давления к длительности импульса для удара по защищенному объекту, которое должно быть меньше при использовании пригодного средства защиты.

Для повышения сходимости результатов измерений в другом варианте предлагаемого способа используют определенное ранее значение остаточной энергии ударного тела Е_о при ударе по незащищенному объекту и рассчитывают энергию Е₁, переданную при ударе телом незащищенному макету, по формуле (1) и, изменяя значения Е_у, находят такое, при котором выполняется равенство Е₁=Е_ном, и при этом значении Е_у определяют отношение положительного импульса давления к длительности импульса для удара по незащищенному объекту, и полученное значение используют для сравнения с рассчитанным отношением положительного импульса давления к длительности импульса для удара по защищенному объекту, которое должно быть меньше при использовании пригодного средства защиты.

Дополнительно по формуле (3) рассчитывают среднюю мощность N₁ воздействия на незащищенный макет за время действия положительного импульса, а по формуле (4) рассчитывают среднюю мощность N₂ воздействия на защищенный макет и сравнивают полученные значения. В том случае, если N₁≥N₂, считают, что использованное средство индивидуальной защиты пригодно для применения.

Для повышения сходимости результатов дополнительно среднюю мощность воздействия на незащищенный макет за время действия положительного импульса приводят к номинальному значению путем изменения энергии, переданной при ударе телом незащищенному макету, и полученное значение используют для сравнения.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить совместимость результатов испытаний средств индивидуальной защиты за счет повышения точности регистрации измеряемых параметров существующими методами записи и обработки измерений и учета только той части энергии, которая передана при ударе телом макету, и тем самым повысить качество проводимых работ по определению объективных параметров, характеризующих степень тяжести черепно-мозговых травм при ударных воздействиях на защищенный объект.

Источники информации

1. Сильников М.В., Химичев В.А. Средства индивидуальной бронезащиты //Учебное пособие // Под общ. редакц. В.П. Сальникова. -СПб: Фонд "Университет", 2000. -С.341-343.

2. Сладкевич В.А., Логаткин С.М., Тырнов Е.П., Альтов Д.А. Биомеханический имитатор головы для оценки ударостойкости бронешлемов при обстреле // Тезисы докладов V международной конференции "Новейшие технологии в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты". г. Хотьково Моск. Области: Б.и., 2000. -С.48-49.

Изобретение относится к способам определения защитных свойств средств индивидуальной защиты, преимущественно касок или шлемов для головы. В предлагаемом способе наносят удар телом с нормированной энергией по незащищенному макету объекта, заполненному жидкостью, и удар телом с определенной энергией по макету объекта, защищенному средством индивидуальной защиты. После удара регистрируют давление в жидкости, обусловленное ударом, и сравнивают полученные результаты. Дополнительно регистрируют положительный импульс давления в жидкости и длительность положительного импульса, рассчитывают отношение положительного импульса давления к длительности импульса для каждого удара и полученные значения используют для сравнения. Кроме этого, сравнение ведут с учетом поправочных коэффициентов, рассчитываемых с использованием соответствующих математических зависимостей. Предлагаемый способ позволяет повысить точность регистрации измеряемых параметров и качество проводимых работ по определению объективных параметров, характеризующих степень тяжести черепно-мозговых травм при ударных воздействиях на защищенный объект. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения защитных свойств средств индивидуальной защиты объекта, при котором наносят удар телом с нормированной энергией по незащищенному макету объекта, заполненному жидкостью, и удар телом с определенной энергией по защищенному средством индивидуальной защиты макету объекта, регистрируют давление в жидкости, обусловленное ударом, и сравнивают полученные результаты, отличающийся тем, что регистрируют положительный импульс давления в жидкости J и длительность положительного импульса t, рассчитывают отношение положительного импульса давления к длительности импульса для каждого удара и полученные значения используют для сравнения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют остаточную энергию ударного тела Е_о при ударе по незащищенному объекту и рассчитывают энергию, переданную при ударе телом незащищенному макету, по формуле

Е₁=Е_у-Е_о,

где E₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж;

Е_у - энергия удара по незащищенному макету, Дж;

E_о - остаточная энергия ударного тела, Дж,

рассчитывают поправочный коэффициент по формуле

где k - поправочный коэффициент;

Е_ном - номинальное значение энергии, переданной телом при ударе незащищенному макету, Дж;

Е₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж;

умножают на него рассчитанное отношение положительного импульса давления к длительности импульса для удара по незащищенному объекту и полученное значение используют для сравнения.

Е₁=Е_у-Е_о,

где Е₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж;

Е_у - энергия удара по незащищенному макету, Дж;

Е_о - остаточная энергия ударного тела, Дж,

и, изменяя значения Е_у, находят такое, при котором выполняется равенство

Е₁ = Е_ном,

где Е_ном - номинальное значение энергии, переданной телом при ударе незащищенному макету, Дж;

E₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж,

и при этом значении Е_у определяют отношение положительного импульса давления к длительности импульса для удара по незащищенному объекту и полученное значение используют для сравнения.

где N₁ - средняя мощность воздействия на незащищенный макет за время действия положительного импульса, Вт;

Е₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж;

t₁ - длительность положительного импульса давления в жидкости макета при ударе по незащищенному макету, с,

а среднюю мощность воздействия на защищенный макет рассчитывают по формуле

где N₂ - средняя мощность воздействия на защищенный макет за время действия положительного импульса, Вт;

E₁ - энергия, переданная при ударе телом незащищенному макету, Дж;

J₁ - положительный импульс давления в жидкости макета при ударе по незащищенному макету, Па·с;

J₂ - положительный импульс давления в жидкости макета при ударе по защищенному макету, Па·с;

t₂ - длительность положительного импульса давления в жидкости макета при ударе по защищенному макету, с,

и полученные значения мощностей используют для сравнения.