一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔

文档序号:32489 发布日期:2021-09-24 浏览:37次 >En<

阅读说明:本技术 一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔 (Helmet for weakening superposition effect of explosive shock waves in helmet ) 是由 柳占立 杨丰源 栗志杰 庄茁 于 2021-05-19 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔,涉及力学领域,所述头盔包括:盔壳系统,垫块系统,固定栓系统;其中,所述盔壳系统包括:前盔壳,中盔壳以及后盔壳;垫块系统固定于所述盔壳系统内,用于将所述头盔固定于被防护人员的头部;中盔壳与所述前盔壳、所述后盔壳之间,通过所述固定栓系统固定连接;前盔壳与所述后盔壳的顶部之间留有预设间距的第一间隙;中盔壳位于所述第一间隙下方预设距离处,使得所述中盔壳与所述前盔壳、所述后盔壳在空间上、下位置间形成第二间隙,且所述中盔壳的宽度大于所述预设间距。本发明实施例的头盔,有效减弱了爆炸冲击波在头盔内部的叠加效应,保障了被防护人员头部的安全,具有极高的实用性价值。(The invention discloses a helmet for weakening the superposition effect of explosive shock waves in the helmet, which relates to the field of mechanics, and comprises: the helmet shell system, the cushion block system and the fixing bolt system; wherein the shell system comprises: a front helmet shell, a middle helmet shell and a rear helmet shell; the cushion block system is fixed in the helmet shell system and used for fixing the helmet on the head of a protected person; the middle helmet shell is fixedly connected with the front helmet shell and the rear helmet shell through the fixing bolt system; a first gap with a preset distance is reserved between the top of the front helmet shell and the top of the rear helmet shell; the middle helmet shell is located at a preset distance below the first gap, so that a second gap is formed between the middle helmet shell and the front helmet shell as well as between the middle helmet shell and the rear helmet shell at the upper position and the lower position in space, and the width of the middle helmet shell is larger than the preset distance. The helmet provided by the embodiment of the invention effectively weakens the superposition effect of the explosive shock waves in the helmet, guarantees the safety of the head of a protected person, and has extremely high practical value.)

一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔

技术领域

本发明涉及力学领域,特别是涉及一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔。

背景技术

空气中爆炸物爆炸时会产生强烈的冲击波,会对周边的物体造成破坏,对人员的生命安全造成重大威胁,因此对爆炸冲击波的防护尤为重要。头盔式人员防护中典型的装备形式,对人员的头部提供有效的保护。然而,现行头盔主要针对提高弹道性能而设计,其防护爆炸冲击波的性能相对较弱。

对于佩戴头盔的人员来说,爆炸冲击波可以通过头盔的盔壳与人员头部之间的间隙,进入头盔的盔壳内部。爆炸冲击波在盔壳和人员头部之间有限空间内会不断反射叠加,使作用到人员头部的爆炸冲击波压力增加,这会对人员造成较大伤害。实验研究表明,对于从头部前方入射的爆炸冲击波,当佩戴头盔时,在头部后部区域的压力幅值显著地增大,这正是由于爆炸冲击波的叠加效应造成的。这些结果表明,佩戴传统头盔之后,在特定条件下作用到人员头部表面部分区域的冲击波压力幅值会增加,爆炸冲击波在头盔内的叠加效应会使其防护爆炸冲击波的作用显著降低。

发明内容

鉴于上述问题,本发明提供一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔,解决了上述的问题。

本发明实施例提供一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔,所述头盔包括:盔壳系统,垫块系统,固定栓系统;其中,所述盔壳系统包括:前盔壳,中盔壳以及后盔壳;

所述垫块系统固定于所述盔壳系统内,用于将所述头盔固定于被防护人员的头部;

所述中盔壳与所述前盔壳、所述后盔壳之间,通过所述固定栓系统固定连接;

所述前盔壳与所述后盔壳的顶部之间留有预设间距的第一间隙;

所述中盔壳位于所述第一间隙下方预设距离处,使得所述中盔壳与所述前盔壳、所述后盔壳在空间上、下位置间形成第二间隙,且所述中盔壳的宽度大于所述预设间距。

可选的,所述中盔壳为具有弧度的、宽度可调的宽条型长方体;

所述中盔壳位于所述被防护人员头部的顶部;

可选的,所述前盔壳与所述后盔壳前后对称分布,分别位于被防护人员头部的前部和后部。

可选的,所述垫块系统包括:五块垫块;

所述五块垫块中四块大小和形状均相同,其余一块固定于所述中盔壳内壁的顶部,与所述中盔壳的形状相同,且宽度、长度小于所述中盔壳的宽度、长度。

可选的,所述四块大小和形状均相同的垫块分别固定于所述前盔壳、所述后盔壳内壁的下部。

可选的,所述五块垫块的厚度均可调,以使得所述头盔固定于被防护人员的头部。

可选的,所述固定栓系统包括:六个固定栓;

所述六个固定栓中的三个固定栓,分别在所述前盔壳和所述中盔壳的两侧位置,以及顶部位置使两者固定连接;

所述六个固定栓中的另外三个固定栓,分别在所述后盔壳和所述中盔壳的两侧,以及顶部位置使两者固定连接;

所述六个固定栓为可调距离的固定栓,以使得所述前盔壳与所述中盔壳之间的距离,以及所述后盔壳与所述中盔壳之间的距离均可调。

可选的,所述第二间隙的大小通过以下方式调节:

调整所述中盔壳的宽度;

当所述中盔壳的宽度变大时,所述第二间隙变小;

当所述中盔壳的宽度变小时,所述第二间隙变大;

或者,

调整所述六个固定栓,以使得所述前盔壳与所述中盔壳之间的距离,以及所述后盔壳与所述中盔壳之间的距离变化;

当所述前盔壳与所述中盔壳之间的距离,以及所述后盔壳与所述中盔壳之间的距离变小时,所述第二间隙变小;

当所述前盔壳与所述中盔壳之间的距离,以及所述后盔壳与所述中盔壳之间的距离变大时,所述第二间隙变大。

可选的,所述第二间隙的大小符合预设条件,所述预设条件为所述第二间隙的大小满足爆炸物不能通过所述第二间隙进入所述头盔内部的条件;

增大所述第一间隙和所述第二间隙,以提高所述头盔减弱所述爆炸冲击波在所述头盔内的叠加效应的性能。

所述第一间隙和所述第二间隙,在被防护人员正常佩戴头盔时,增大所述被防护人员的头部顶部与外界的空气流通,提高所述被防护人员的佩戴舒适性。

可选的,所述头盔佩戴于所述头部时,所述头盔减弱所述爆炸冲击波在所述头盔内的叠加效应的原理为:

所述爆炸冲击波通过所述头盔边缘与所述头部之间的间隙进入所述头盔内部,在所述头盔内部和所述头部之间的间隙内反射叠加,经过反射叠加的所述爆炸冲击波向所述被防护人员头部的顶部位置汇聚,汇聚后的所述爆炸冲击波中的部分冲击波通过所述第二间隙和所述第一间隙传播至所述头盔外部,以减弱所述爆炸冲击波在所述头盔内的叠加效应。

本发明提供的减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔,将防护爆炸冲击波的头盔分为三个部分:前盔壳,中盔壳以及后盔壳,前盔壳与后盔壳的顶部之间留有预设间距的第一间隙;中盔壳位于该第一间隙下方预设距离处,使得中盔壳与前盔壳、后盔壳在空间上、下位置间形成第二间隙,这样,不断反射叠加的爆炸冲击波通过该第二间隙和第一间隙部分地传播出头盔内部,减弱了爆炸冲击波在头盔内的叠加效应,保障了人员头部的安全,并且中盔壳的宽度大于预设间距,阻止了爆炸物从预设间距的第二间隙和第一间隙处进入头盔内部的可能性,具有极高的实用性价值。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:

图1是本发明实施例一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔的侧视示意图;

图2是本发明实施例一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔的正视示意图;

图3是本发明实施例一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔的俯视示意图;

图4是本发明实施例中头盔防护子弹侵袭的示意图;

图5是本发明实施例中头盔减弱爆炸冲击波在头盔内的叠加效应的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,并不用于限定本发明。

参照图1,示出了本发明实施例一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔的侧视示意图,参照图2,示出了本发明实施例一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔的正视示意图,参照图3,示出了本发明实施例一种减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔的俯视示意图,该头盔包括:盔壳系统,垫块系统,固定栓系统;其中,盔壳系统包括:前盔壳,中盔壳以及后盔壳,垫块系统固定于盔壳系统内,当该头盔佩戴于被防护人员头部时,垫块系统中的垫块可以将头盔固定于被防护人员的头部,同时垫块也提升了佩戴人员的舒适感。

盔壳系统中的中盔壳与前盔壳、后盔壳之间,通过固定栓系统固定连接,可以理解的是,由于头盔是分为三个部分的为了便于组装以及更换,使用固定栓系统进行固定连接,假若中盔壳与前盔壳、后盔壳中任意盔壳需要更换,只需要打开固定栓,更换成新的即可,一定程度上缩减了头盔的使用成本成本;当然,本发明实施例中的头盔也可以基于3D打印等工艺一体成型制作而出,优势是相较于固定栓连接的分体式结构,一体成型的结构更加牢固,耐久性更好,劣势是制作和使用成本较高。

本发明实施例中,在前盔壳与后盔壳的顶部之间留有预设间距的第一间隙;中盔壳位于第一间隙下方预设距离处,从而使得中盔壳与前盔壳、后盔壳在空间的上、下位置间形成第二间隙,且中盔壳的宽度大于前盔壳与后盔壳的顶部之间的预设间距。第一间距和第二间距为经过大量仿真、实地测试之后得出的一个最优值,结合被防护人员头部的大小差异、头盔防护的性能、可靠性、耐操性等诸多因素,才最终设计出满足防护大多数被防护人员头部的头盔。

本发明实施例中,中盔壳为具有弧度的、宽度可调的宽条型长方体;中盔壳位于被防护人员头部的顶部,可以理解为,中盔壳填补了前盔壳和后盔壳之间的第一间隙,且由于中盔壳的宽度大于预设间距,因此保证了整个头盔防护在空间上无死角。前盔壳与后盔壳前后对称分布,分别位于被防护人员头部的前部和后部,可以理解为将传统的头盔沿头顶百会穴至左、右两耳的位置切割分为前、后两部分,之后各自沿切割处再切割掉一定宽度,即形成本发明实施例中的前盔壳、后盔壳。

分为前盔壳、中盔壳、后盔壳三部分的头盔需要通过固定栓系统来固定连接,固定栓系统包括:六个固定栓;六个固定栓中的三个固定栓,分别在前盔壳和中盔壳的两侧位置,以及顶部位置使两者固定连接,可以理解为,在被防护人员的头顶位置以及两耳位置处,使用三个固定栓将前盔壳与中盔壳固定连接在一起。六个固定栓中的另外三个固定栓,分别在后盔壳和中盔壳的两侧,以及顶部位置使两者固定连接,固定连接位置与前盔壳和中盔壳的连接位置相对应。上述六个固定栓为可调距离的固定栓,可调距离的固定栓可以使得前盔壳与中盔壳之间的距离,以及后盔壳与中盔壳之间的距离均可调,这样在一定程度上可以使得头盔适应被防护人员的头部大小,也有助于头盔防止爆炸物体通过第二间隙侵入头盔内部。

本发明实施例中,垫块系统包括:五块垫块;五块垫块中四块大小和形状均相同,该四块大小和形状均相同的垫块分别固定于前盔壳、后盔壳内壁的下部;剩余的一块固定于中盔壳内壁的顶部,该块垫块与中盔壳的形状相同,且宽度、长度小于中盔壳的宽度、长度。上述五块垫块的厚度均可调,以使得头盔可以根据被防护人员的头部大小,更好的固定于被防护人员的头部,同时也使得被防护人员更舒适的佩戴头盔。

本发明实施例中,第二间隙的大小符合预设条件,该预设条件为第二间隙的大小满足爆炸物不能通过第二间隙进入头盔内部的条件。另外,在复合预设条件的情况下,增大第一间隙和第二间隙,可以以提高头盔减弱爆炸冲击波在头盔内的叠加效应的性能,同时第一间隙和第二间隙的存在,使得被防护人员正常佩戴头盔时,增大被防护人员的头部顶部与外界的空气流通,一定程度上提高了被防护人员的佩戴舒适性。

参照图4,示出了本发明实施例中头盔防护子弹侵袭的示意图。由于头盔分为三个部分,中盔壳与前盔壳、后盔壳在空间上、下位置之间形成的第二间隙是传统头盔没有的,因此需要考虑该第二间隙可能带来的头盔防护问题,如图4,假设子弹代表任意爆炸物,对于各个方向运动的子弹,如果头盔的盔壳材质不做改变的话,那么头盔的防子弹侵袭性能将不发生变化。但对于①方向运动的子弹,这种情况下,该子弹有可能穿过第二间隙进入头盔内部,对被防护人员造成伤害,针对这种情况,就需要对第二间隙的大小进行调节,使得①方向运动的子弹无法通过第二间隙进入头盔内部,但同时,第二间隙又需要满足对叠加的爆炸冲击波的对外传播释放,所以,第二间隙的大小尤为重要,该大小更是经过严格的仿真、计算、实地测试才最终得到。

本发明实施例中,第二间隙的大小通过以下方式调节:

1)、调整中盔壳的宽度;当中盔壳的宽度变大时,第二间隙自然变小;当中盔壳的宽度变小时,第二间隙自然变大。

2)、调整六个固定栓,以使得前盔壳与中盔壳之间的距离,以及后盔壳与中盔壳之间的距离变化;当前盔壳与中盔壳之间的距离,以及后盔壳与中盔壳之间的距离变小时,第二间隙自然变小;当前盔壳与中盔壳之间的距离,以及后盔壳与中盔壳之间的距离变大时,第二间隙自然变大。

最后,分析一下头盔佩戴于被防护人员头部时,头盔减弱爆炸冲击波在头盔内的叠加效应的原理,参照图5,示出了本发明实施例中头盔减弱爆炸冲击波在头盔内的叠加效应的原理示意图,图5中为省略了垫块系统和固定栓系统,其原理为:

爆炸冲击波通过头盔边缘与被防护人员头部之间的间隙进入头盔内部,其在头盔内部和被防护人员头部之间的间隙内传播,在传播的过程中,爆炸冲击波会不断发生反射叠加,使得爆炸冲击波的压力增大,由于传播额汇聚效应,经过反射叠加的爆炸冲击波向被防护人员头部的顶部位置汇聚,使得被防护人员头部的顶部压力很大,而传统的头盔因为顶部是封闭式的,该压力很高的爆炸冲击波就会对被防护人员头部造成极大伤害,但本发明实施例中的头盔,由于第二间隙和第一间隙的存在,汇聚后的爆炸冲击波中会有部分的冲击波通过第二间隙和第一间隙传播至头盔外部,从而减弱了爆炸冲击波在头盔内的叠加效应,保证了叠加后的爆炸冲击波减弱到被防护人员头部可以承受的爆炸冲击波压力阈值以下,从而保障了被防护人员的安全。

综上所述,本发明实施例的减弱爆炸冲击波在头盔内叠加效应的头盔,将防护爆炸冲击波的头盔分为三个部分:前盔壳,中盔壳以及后盔壳,前盔壳与后盔壳的顶部之间留有预设间距的第一间隙;中盔壳位于该第一间隙下方预设距离处,使得中盔壳与前盔壳、后盔壳在空间上、下位置间形成第二间隙,这样,不断反射叠加的爆炸冲击波通过该第二间隙和第一间隙部分地传播出头盔内部,减弱了爆炸冲击波在头盔内的叠加效应,保障了人员头部的安全,并且中盔壳的宽度大于预设间距,阻止了爆炸物从预设间距的第二间隙和第一间隙处进入头盔内部的可能性,本发明实施例的头盔,在满足防护爆炸物侵袭的同时,减弱了爆炸冲击波在头盔内部的叠加效应,保障了被防护人员头部的安全,具有极高的实用性价值。

还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法所固有的要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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