阅读说明：本技术 弹道保护头盔 (Ballistic protective helmet ) 是由 乔治·沙尔皮纳克 于 2019-01-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种弹道保护头盔(1),包括：由金属材料形成的头盔圆顶(2),其中所述头盔圆顶(2)包括面向穿戴者头部的内侧和相反的外侧(4)。而且,所述弹道保护头盔(1)包括布置在所述头盔圆顶(2)的外侧(4)上的层(3),所述层由纤维复合材料形成。(The invention relates to a ballistic protective helmet (1) comprising: a helmet dome (2) formed from a metal material, wherein the helmet dome (2) comprises an inner side facing the head of a wearer and an opposite outer side (4). Furthermore, the ballistic protection helmet (1) comprises a layer (3) arranged on an outer side (4) of the helmet dome (2), the layer being formed from a fibre composite material.)

弹道保护头盔

技术领域

本发明涉及一种弹道保护头盔。

背景技术

弹道保护头盔保护其穿戴者头部免受***直接射击，而且还保护免受碎片和切屑或推力武器的撞击。因此，此类头盔由特种作战部队穿戴以进行自我保护，而且也日益由先到现场的警察(所谓的“第一响应者”)穿戴。

保护头盔的基本保护作用在于阻止撞击弹丸(诸如子弹或碎片)并且防止弹丸穿透保护头盔的穿戴者头部。保护作用的另一重要方面在于使弹丸动能对穿戴者头部的影响保持尽可能小。特别地，意图是为了防止弹丸使保护头盔凹陷到相当大的残余能量撞击头部的程度。这在头盔的边缘区中尤成问题，因为边缘在受攻击时往往向内弯曲。

在现有技术中，由芳族聚酰胺和/或聚乙烯制成的头盔是已知的，然而，这些头盔主要提供防止碎片的保护，并且特别是在子弹(来自手持武器)直接射击下没有足够的保护作用，这是因为在子弹射击下，头盔容易发生严重变形而使残余能量撞击头部(这常常是致死的)。尤其在宽度为高达30毫米的边缘区中，边缘弯曲使得弹丸能够通过并直接伤害头部。在射击高于此边缘区(高达约50毫米)的情况下，头盔通常变形使得相当大的残余能量撞击头部。因此，芳族聚酰胺/聚乙烯头盔主要适合作为防止碎片的保护，而在子弹射击下不太合适。

钛头盔被证明在射击下有效得多，因为它们能够将弹丸动能转化成更大面积上的塑性变形，因此头盔不会向内变形到头部遭受致死撞击的程度。此外，此类头盔对弹丸和/或其碎片具有偏转作用，使得不会将弹丸的全部动量转移到头盔。这两种作用在边缘区中特别明显。因此，钛头盔的有效保护面积比芳族聚酰胺/聚乙烯头盔的有效保护面积大得多。

基本上，对于任何类型的弹道保护头盔，目的都是为了改进头盔抵御外部弹道撞击的保护作用，即为了在弹丸的更高动能/能量密度(由更大的质量和/或更高的撞击速度引起)的情况下防止致死作用。在现有技术中已知供由特种部队和警察使用的保护头盔仅能够提供针对从***发射的子弹(或等效动能的碎片)的保护。保护头盔未提供针对长枪的任何保护。术语长枪是指其包括后膛的枪管超过一定长度(例如300毫米)的枪。长枪的替代定义以枪的总长度(例如600毫米)为基础。根据定义，***全部是其他枪。长***具有更高的枪口速度，并且时常具有穿透作用更高的更硬材料(例如铁而不是铅)。长***的动能通常高于***子弹的动能。

发明内容

因此，本发明的目的是为了改进现有技术中已知的弹道保护头盔，特别是特种部队和警察用弹道保护头盔，使得当预期以更高动能的弹丸、尤其是从长枪进行射击时，该保护头盔提供足够的保护作用。同时，头盔的重量不应增加到穿戴舒适性和可掌握性大大受损的程度。

根据本发明的第一方面，此目的是用一种弹道保护头盔来实现的，该弹道保护头盔包括：(a.)由金属材料形成的头盔圆顶，其中该头盔圆顶包括面向穿戴者头部的内侧和相反的外侧；和(b.)布置在头盔圆顶的外侧上的层，所述层由纤维复合材料形成。

发明人已经认识到，在弹丸首先击中由纤维复合材料制成的层并击中由金属制成的头盔圆顶的情况下，可大大改进本领域中已知的金属头盔(如钛头盔)的保护作用。在更高动能的、即更大质量(口径)和/或撞击速度的弹丸，尤其是在从长枪射击时预期种类的弹丸的情况下，这样的材料组合也防止头盔圆顶的致死变形。

出人意料地，这种作用由布置在头盔圆顶的外侧上的纤维复合材料来实现，出人意料的原因是因为根据专家的普遍看法，这不会产生相当大的改进，这是因为根据这种看法，硬材料上的软材料将仅被撞击子弹打进。因此，如果本领域中已知的保护头盔包括软材料和硬材料，则将软材料布置在硬材料下方以便防止假定的“打进”。发明人进行的测试表明，在纤维复合材料和下方的金属圆顶的组合中，不会发生打进，而是出乎意料地，即使针对来自长枪的射击，也仍然实现了相当好的保护。

在本公开的范围内，保护作用是指弹道保护头盔以如下方式接收和/或偏转撞击弹丸的动量的能力，该方式即，子弹不会穿透穿戴者头部并且由于头盔变形而作用于头部的能量保持在通常认为致死的特定阈值以下。因此，与另一保护头盔比具有更高的保护作用的保护头盔可保护头部不受更高动能和/或穿透作用的弹丸的影响。在任何情况下，如果弹丸的质量和/或速度更高，则该弹丸与另一弹丸比具有更高的动能。通常，动能是质量和速度平方的乘积除以二。

在这方面通过金属圆顶和纤维复合层的组合而实现的保护作用超过单独考虑的金属和纤维复合材料的总保护作用，达到意想不到的程度。根据本发明，与现有技术的头盔相比，根据本发明的头盔的重量不与所实现的保护作用成比例地增加，而是达到可接受的水平。穿戴舒适性和可掌握性也相同。例如，在根据本发明的头盔中，与现有技术的头盔相比，通过使每面积单位增加一倍，可在以至少三倍动能的弹丸射击下实现极好的保护作用。因此，本发明不是一方面保护作用与另一方面重量、穿戴舒适性和可掌握性之间的折衷。相反，本发明实现了意想不到的协同作用；最重要的是，首次提供了重量比较轻的头盔针对从长枪射击的保护。

层可以基本上覆盖保护头盔的整个外侧。在优选实施例中，层覆盖保护头盔的外侧的80％以上，更优选为90％以上并且甚至更优选为95％以上。这样，保护头盔就可针对来自所有方向的射击起到全方位保护作用。

层可以牢固地连接到头盔圆顶。例如，层可以用粘结剂胶合到头盔圆顶。此外，层可以形成在一个部分中。在替代实施例中，层由两个或更多个部分组成。这两个或更多个部分可以布置在头盔圆顶上，使得这些部分彼此邻接。这样，由若干分段组成的基本上不间断的纤维复合材料层可由两个或多个部分形成。例如，可以在头盔的前额区中布置一分段，在头盔左侧布置一分段，并且在头盔右侧布置一分段。

本发明的另一方面涉及一种弹道保护头盔，包括：(a.)由金属材料形成的头盔圆顶，其中该头盔圆顶包括面向穿戴者头部的内侧和相反的外侧；以及(b.)布置在头盔圆顶的外侧上的第一安装装置，该安装装置被设计为使得由纤维复合材料制成的层可以被可拆卸地安装在头盔圆顶的外侧上。

根据本发明的第一方面和第二方面，层因此可以可拆卸地连接到头盔圆顶。这使得能够根据情形适配头盔的保护作用。例如，如果预期从长枪射击，则层可以像护罩一样被安装到头盔圆顶。如果预期具有较小口径的射击，则可以在没有护罩的情况下穿戴保护头盔，以减少重量并提高穿戴舒适性。此方面也有助于解决作为本发明基础的问题。

层可以具有5至30毫米的厚度。优选地，层具有6至20毫米的厚度，进一步优选地，层具有10至15毫米的厚度，进一步优选为12毫米。发明人认识到，在这些厚度范围内，在头盔的重量或其穿戴舒适性未达到不可接受的水平的情况下很好地改进了保护作用。由这种厚度的纤维复合材料引起的重量增加远胜于由大大改进的保护作用(例如对长枪射击的保护作用)引起的重量增加。

层的纤维复合材料可以包括聚乙烯纤维。由聚乙烯制成的纤维复合材料与由金属制成的头盔圆顶组合被证明是极好的，并且将作用于头部的残余能量减小到意想不到的低水平。优选地，纤维复合材料因此基本上(即，在所有类型的纤维的一半以上中)包括聚乙烯纤维。进一步优选地，纤维复合材料包括90％的聚乙烯纤维。

除了纤维之外，层还可以包括用于结合纤维的其他组分，诸如树脂或人造树脂、或溶剂或它们的残余物。

头盔圆顶的金属材料可以是钛或钛合金。发明人发现了钛与层的纤维复合材料组合具有极好的保护作用。

根据本发明的弹道保护头盔可以进一步包括第一安装装置，该第一安装装置被设计为使得由纤维复合材料形成的层可以被可拆卸地安装在头盔圆顶的外侧上。如已经说明的那样，这使得能够根据情形适配头盔的保护作用。

在头盔圆顶的前额区中，可以像护罩一样布置层。这提高了头盔尤其在正面射击下的保护作用，并且允许头盔的穿戴者以较低的风险更直接应对危险情形。

可以将第一安装装置布置在头盔圆顶的前额区中。这使得能够以已经提及的优点将层安装在前额区中。

弹道保护头盔可以进一步包括金属条，该金属条以与层重叠的方式布置并且牢固地连接到头盔圆顶。可以特别将金属条布置在头盔圆顶的边缘区中。这样的金属条附加地提高保护作用，在有问题的边缘区中尤其如此。尤其在与由纤维复合材料制成的层或护罩相互作用时，这样的金属条被证明是非常有利的。

保护头盔可以被设计为使得当头盔被穿戴时，头盔圆顶的内侧与穿戴者头部之间的最小距离为至少10毫米。优选地，距离为10毫米至40毫米，进一步优选为15毫米至30毫米。在与由纤维复合材料制成的层相互作用时，头盔圆顶到头部的距离具有防止或至少减少由于头盔圆顶在射击下变形而撞击头部的作用。

根据本发明的弹道保护头盔可以进一步包括连接到头盔圆顶的头带，当头盔被穿戴时，该头带使头盔圆顶与穿戴者头部保持一定距离。如已经提及的，这样的距离对保护作用是有利的。此外，头带提高了穿戴舒适性，这是因为保护头盔不会直接搁置在头部上。这样，避免或至少减少了压力点，并且确保了头部的通风，这在高温下尤其有利。

层可以包括第二安装装置，该第二安装装置被设计为使得层可以被可拆卸地安装在头盔圆顶的外侧上。第二安装装置可以是与第一安装装置相互作用的装置。例如，第一安装装置和第二安装装置一起可以形成钩环紧固件。然而，第一安装装置和/或第二安装装置也可以是至少一个钮扣、磁体、卡扣接头等。

本发明的另一方面涉及一种用于弹道保护头盔的护罩，其中该保护头盔包括由金属材料形成的头盔圆顶，其中该头盔圆顶包括面向穿戴者头部的内侧和相反的外侧，其中该护罩由纤维复合材料形成，并且其中该护罩被设计为使得它可以被可拆卸地安装在头盔圆顶的外侧上。

纤维复合材料在由金属材料制成的头盔圆顶的外侧上的这种布置的优点已经得到了说明并且也适用于本发明的这个方面。

护罩可以被设计为使得它被可拆卸地安装到头盔圆顶。这附加地使得能够根据情形适配头盔的保护作用。例如，如果预期从长枪射击，则可以将护罩安装到头盔圆顶。如果预期威胁不大，则可以在没有护罩的情况下穿戴保护头盔以减少重量并提高穿戴舒适性。这个方面也有助于解决作为本发明基础的问题。

护罩的可拆卸安装可用上面已经说明的装置实现，例如借助于钩环紧固件、钮扣或磁体来实现。

护罩可以被设计为使得它可布置在头盔圆顶的前额区中。这提高了头盔尤其在正面射击的情况下的保护作用，并且允许头盔的穿戴者以较低的风险更直接应对危险情形。

根据本发明的所有方面，由纤维复合材料制成的层或护罩可以具有与头盔圆顶的外侧的凸区相对应的凹表面，在该凸区中布置有护罩。层或护罩因此具有头盔圆顶表面的负向形式。在层或护罩与头盔圆顶之间，仅保留了最小距离，这基本上是由安装装置(例如钩环紧固件或粘结剂层)引起的。这样，获得了紧凑的弹道保护头盔。

附图说明

将在下面参考附图基于优选实施例说明本发明的各方面。附图示出：

图1A：根据本发明的保护头盔的实施例的正视图，其在前额区中布置有纤维复合层；

图1B：图1A中所示的保护头盔的横截面；

图2A：根据本发明的保护头盔的实施例的正视图，其在三个部分中具有纤维复合层；

图2B：图2A中所示的保护头盔的横截面；

图3A：根据本发明的保护头盔的实施例的正视图，其具有基本上覆盖整个头盔圆顶的纤维复合层；以及

图3B：图3A中所示的保护头盔的横截面。

具体实施方式

图1A示出了根据本发明的保护头盔1的实施例的正视图。图1B示出了与纸平面正交的、在图1A中以附图标记A标明的平面的横截面。保护头盔1包括根据本发明的由金属制成的头盔圆顶2。在图1A和图1B的实施例中，所述金属是钛。然而，基本上也可以使用其他金属，诸如钢或铝。金属可以作为合金存在。

头盔圆顶2是在拉深工艺中制造的，优选地由单件钛片材制造。在图1A和图1B的实施例中，头盔圆顶2被设计为一层并且具有1毫米至5毫米的片材厚度。多层结构也是可能的。

保护头盔1进一步包括由纤维复合材料制成的层3。由超高分子量聚乙烯纤维(UHMW PE)制成的层的纤维复合材料已被证明是特别有利的。在优选实施例中，将芳族聚酰胺纤维添加到所述纤维复合材料。UHMW PE是由分子链非常长的聚乙烯制造的热塑性聚合物。各个纤维具有比较高的比强度。

纤维被加工成层，其中各个纤维基本上平行对齐。除了纤维之外，这样的层还可以包括基质材料，例如树脂。为了制造在图1A和图1B实施例中的层3，将两个或更多个纤维层基本上彼此正交地接合并缠绕在卷上。由于分子链的正交取向，因此创建了在基本上所有方向上具有高拉伸强度的薄层。典型的层厚度是200μm。从缠绕在卷上的薄层，例如用CNC切割机或激光切出切口，然后装订成包。通常，出于此目的，70至120个薄层彼此叠置，然后在通常为50至330bar的高压力和通常为100℃至150℃的高温下压制成层压体。出于此目的，使用了可加热的压力机。在压制之后，从层压体切出层3的最终轮廓。在该实施例中，层3具有6毫米至20毫米的厚度14。

基本上，也可以在本发明的范围内使用其他纤维复合材料，例如包括芳族聚酰胺纤维。热塑性纤维在这方面已被证明是特别有效的。也能够使用其他类型的纤维(例如聚乙烯和芳族聚酰胺)的混合物。

在图1A和图1B的实施例中，层3包括与头盔圆顶2的外侧4的凸区相对应的凹表面，在该凸区中布置有层3。层3的轮廓因此遵循头盔圆顶2的轮廓。在头盔圆顶2与层3之间，存在钩环条5。层3因此可拆卸地连接到头盔圆顶2。基本上，代替钩环条，也可以使用其他安装装置，诸如钮扣或磁体，或者层3可以例如借助于粘结剂永久地连接到头盔圆顶2。

在图1A和图1B的实施例中，层3具有222毫米的宽度6和124毫米的高度7。作为示例，层3的表面为300cm²至500cm²。保护头盔1具有225毫米的宽度8和269毫米的深度9。作为示例，头盔的表面为1000cm²至1500cm²。所示的标准头部10具有尺寸62。尺寸规格、尤其是长度规格仅用作示例。此外，根据本发明，层3不一定必须以护罩型式布置在前额区中。在其他实施例中，层布置在头部的侧面或后部中。层3也可以包括多个包含纤维复合材料的元件，这些元件在头盔圆顶2上彼此挨着布置。例如，保护头盔可以在周围包括纤维复合层3，以便从所有侧面实现增强的保护作用。

在其他实施例中，类似于图1A和图1B的实施例中所示的层3，以至少部分重叠的方式布置了两个纤维复合层。例如，在预期主要直接射击的区中，例如在前额区中，可以以重叠方式布置两个纤维复合层，然而在其他区中，头盔圆顶2被仅一个纤维复合层覆盖。

在图1A和图1B的实施例中，保护头盔1进一步包括头带11，从而使头盔圆顶与头部10保持10毫米至40毫米、优选15毫米至30毫米的距离12。头盔1的另一可选特征是布置在层3下方的头盔前额区的边缘处并在那里加强头盔圆顶的金属条13。金属条13从右颞区向左颞区延伸并且优选地具有大约20毫米至30毫米的高度。金属条13附加地提高了头盔1在距边缘达大约15毫米的距离的边缘区中遭受射击的能力。金属条13可以借助于两组分粘结剂和玻璃纤维垫胶合到头盔圆顶2。

图2A示出了根据本发明的保护头盔1的另一实施例的正视图。图2B示出了与纸平面正交的、在图2A中以附图标记B标明的平面的横截面。保护头盔1包括与来自图1A和图1B的实施例的头盔圆顶2相当的头盔圆顶2。因此，关于头盔圆顶2对图1A和图1B所示的实施例所做出的陈述适用。

与图1A和图1B的实施例相反，图2A和图2B的实施例中的保护头盔1包括由三个分段3a、3b和3c组成的纤维复合材料层。分段3a布置在保护头盔1的前额区中，分段3b在保护头盔1的右侧并且分段3c在保护头盔1的左侧。由三个分段3a、3b和3c形成的层的厚度为6毫米至20毫米。关于纤维复合材料，基本上对图1A和图1B的实施例所做出的陈述适用。

纤维复合层的三个分段3a、3b和3c经由钩环条5连接到头盔圆顶2。诸如钮扣或磁体的其他安装装置是可能的。在其他实施方式中，三个分段3a、3b和3c例如借助于粘结剂永久地连接到头盔圆顶。在其他实施例中，一些分段可以永久地连接到头盔圆顶2，然而其他分段可以可拆卸地连接到头盔圆顶2。例如，分段3a可以在前额区中永久地连接到头盔圆顶2，然而侧向分段3b和3c可以可拆卸地连接到头盔圆顶2。

三个分段3a、3b和3c不邻接，即，在它们之间保持小间隙。在其他实施例中，三个分段3a、3b和3c可以邻接并且因此形成连续的纤维复合材料层。图2A和图2B的实施例中的分段的数量也仅用作示例。在其他实施例中，保护头盔可以包括纤维复合材料层的两个或多于三个分段。

图2A和图2B的实施例的保护头盔具有253毫米的宽度8和225毫米的内部尺寸15。深度9为271毫米，并且从头盔圆顶2的内侧到标准头部10(尺寸62)的距离为15至40毫米。在图1A和图1B的实施例中，此距离是由头带11引起的。在此实施例中，分段3a、3b和3c的表面介于300cm²与500cm²之间。保护头盔1的表面介于1000cm²与1500cm²之间。所有前述尺寸都是示例并且在其他实施例中可以具有其他值。

在图2A和图2B的实施例中，保护头盔1还包括金属条13，对图1A和图1B所做出的陈述适用于金属条13。

图3A示出了根据本发明的保护头盔1的另一实施例的正视图。图3B示出了与纸平面正交的、在图3A中以附图标记C表明的平面的横截面。保护头盔1包括与来自图1A、图1B、图2A和图2B的实施例的头盔圆顶2相当的头盔圆顶2。因此，关于头盔圆顶2对图1A、图1B、图2A和图2B中所示的实施例所做出的陈述适用。

在图3A和图3B的实施例中，纤维复合层3基本上布置在头盔圆顶2的整个外侧4上，即层3基本上完全覆盖头盔圆顶。在此实施例中，层3被设计为一层的纤维复合层。为了制造这样的纤维复合层，对图1A、图1B、图2A和图2B的实施例所做出的陈述适用。

在图3A和图3B的实施例中，层3借助于连接层5永久地连接到下方的头盔圆顶2。例如，这样的连接层可以基于诸如两组分粘结剂的粘结剂，并且在适当情况下基于玻璃纤维垫。

图3A和图3B的实施例的保护头盔具有253毫米的宽度8和225毫米的内部尺寸15。深度9为269毫米，并且从头盔圆顶2的内侧到标准头部10(尺寸62)的距离为15至40毫米。在图1A和图1B的实施例中，此距离是由头带11引起的。头盔的高度7为202毫米。保护头盔1的表面介于1000cm²与1500cm²之间。所有前述尺寸都是示例并且在其他实施例中可以具有其他值。

在图3A和图3B的实施例中，保护头盔1也包括金属条13，对图1A、图1B、图2A和图2B所做出的陈述适用于金属条13。

根据本发明的保护头盔可以包括护目镜和/或护颈(在图中未示出)。出于此目的，保护头盔可以包括一个或若干个用于将护目镜和/或护颈可拆卸地连接到保护头盔的安装装置。或者，护目镜和/或护颈可以牢固地连接到头盔圆顶。

例如，可以根据防攻击材料和结构测试中心协会(Vereinigung der Prüfstellenfür angriffshemmende Materialien und Konstruktion，VPAM)的测试指南“带有护目镜和护颈的弹道头盔(Durchschusshemmender Helm mit Visier und Nackenschutz)”来测试弹道保护头盔的保护作用。根据此测试指南，在射击时转移到测量头部(通常为肥皂)的能量不得超过25焦耳。取决于不超过此限制的口径和弹丸速度，弹道保护头盔被分类为保护等级。尽管本领域中已知的弹道保护头盔被分类为高达保护等级3，但是可将根据本发明的保护头盔的实施例分类为保护等级6(“VPAM 6”)。具体地，根据VPAM测量头部在口径为7.62x 39FeC/M43并且弹丸速度为720m/s的射击时承受了仅2焦耳的能量。这样的口径通常是从长枪射击的。

当然，其他残余能量可以产生本发明的其他实施例。此外，也可以依照其他测试指南和/或规范和/或标准来测试本发明的实施例。

本发明的实施例涉及特种部队和警察用弹道保护头盔。然而，本发明不限于此，而是也可以被用于军事用途的保护头盔。

附图标记列表：

1 保护头盔

2 头盔圆顶

3 纤维复合层

4 头盔圆顶的外侧

5 安装装置

6 层宽度

7 高度

8 宽度

9 深度

10 标准头部

11 头带

12 头部到头盔圆顶的距离

13 金属条

14 层厚度

15 内部尺寸