一种人员防护穿戴的头盔

1.本发明涉及力学领域，特别是涉及一种人员防护穿戴的头盔。


背景技术：

2.在现代战场环境中，子弹或破片的侵彻作用以及爆炸产生的冲击波是造成人员伤亡的两类主要威胁。新一代人员防护装备需要兼顾防侵彻载荷功能和防爆炸冲击波功能，用以对人员提供全面有效的保护。现行传统头盔主要针对抵抗侵彻威胁而设计，具有较强的防侵彻性能，但是其防护爆炸冲击波性能相对较弱，甚至会产生负面作用。研究结果表明，爆炸冲击波可以通过在头盔的盔壳与人员头部之间的间隙不断反射叠加，使作用到人员头部的爆炸冲击波压力增加，这可能会对人员造成较大伤害。
3.弹击和碎片等产生的侵彻载荷具有整体冲击能量较小但集中载荷大的特点，而爆炸冲击波一般具有作用面积较大、作用时间相对较长以及整体冲击能量较大的特点。侵彻和爆炸冲击波迥异的载荷特点，决定了兼具防侵彻和防爆炸冲击波载荷的头盔设计的复杂性，这是一个具有挑战性的研究方向。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明提供一种人员防护穿戴的头盔，解决了上述的问题。
5.本发明实施例提供一种人员防护穿戴的头盔，所述头盔包括：盔壳系统，固定栓系统；
6.所述盔壳系统包括：外盔壳和内盔壳；
7.所述外盔壳与所述内盔壳之间，通过所述固定栓系统固定连接；
8.所述外盔壳顶部开设有圆形的孔洞；
9.所述内盔壳位于所述孔洞正下方预设距离处，所述内盔壳为圆形，所述内盔壳的直径大于所述孔洞的直径；
10.其中，所述内盔壳的直径与所述孔洞的直径之间的比值满足预设条件；
11.所述比值越小，所述预设距离越小。
12.可选的，所述预设条件为：
13.所述比值不小于1.2，且所述比值不大于1.5。
14.可选的，所述头盔还包括：垫块系统；所述垫块系统包括：五块垫块；
15.所述五块垫块中四块大小和形状均相同，其余一块位于所述内盔壳内壁的顶部，与所述内盔壳的形状相同，且直径小于所述内盔壳的直径。
16.可选的，所述四块大小和形状均相同的垫块分别位于所述外盔壳内壁的下部，且对称分布。
17.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。
18.可选的，所述内盔壳为具有弧度的圆形；
19.所述孔洞的边缘的各个位置处与所述内盔壳的距离保持相等。
20.可选的，所述固定栓系统包括：至少三个固定栓；
21.所述至少三个固定栓，均垂直于所述外盔壳和所述内盔壳；
22.所述至少三个固定栓均匀分布于所述内盔壳的圆周上，以实现所述外盔壳与所述内盔壳之间的固定连接。
23.可选的，所述头盔在设计上需要满足防侵彻设计要求和防爆炸冲击波设计要求；
24.所述防侵彻设计要求为：所述预设距离的大小必须满足侵彻物不能通过所述预设距离形成的缝隙进入所述头盔内部；
25.所述防爆炸冲击波设计要求：通过所述头盔边缘与所述被防护人员头部之间的间隙进入所述头盔内部，并发生反射叠加的爆炸冲击波，通过所述预设距离和所述孔洞传播至所述头盔外部。
26.可选的，所述预设距离的大小通过以下方式调节：
27.调整所述至少三个固定栓，以使得所述预设距离的大小变化。
28.可选的，减小所述预设距离，或者增大所述比值时，所述头盔的侵彻性能增加；
29.增大所述预设距离，或者减小所述比值时，所述头盔的防爆炸冲击波性能增加。
30.本发明提供的人员防护穿戴的头盔，将头盔分为两个部分：外盔壳和内盔壳，外盔壳可以取自传统盔壳的相应部分，不同之处是在外盔壳的顶部正上方开设一个圆形的孔洞。内盔壳位于外盔壳开设孔洞正下方预设距离处，其为圆形，内盔壳也可以取自传统盔壳的相应部分。设计外盔壳开设孔洞的直径小于圆形内盔壳的直径，内盔壳的直径与孔洞的直径之间的比值满足预设条件，且比值越小，预设距离越小。
31.通过这样的设计，在头盔内不断反射叠加的爆炸冲击波可以通过预设距离形成的缝隙传播出头盔内部，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，并且内盔壳的直径大于外盔壳开设孔洞的直径，保障了不可能有侵彻物从预设距离形成的缝隙处进入头盔内部，实现对从前侧、后侧、左侧、右侧等各个方向入射的侵彻载荷和爆炸冲击波都可以实现有效的防护。既减弱爆炸冲击波在头盔内的叠加效应，又保障头盔的正常防护性能的目标。
附图说明
32.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：
33.图1是本发明实施例一种人员防护穿戴的头盔的侧视示意图；
34.图2是本发明实施例一种人员防护穿戴的头盔的正视示意图；
35.图3是本发明实施例一种人员防护穿戴的头盔的俯视示意图；
36.图4是本发明实施例中头盔防侵彻设计的示意图；
37.图5是本发明实施例中头盔防爆炸冲击波设计的示意图。
具体实施方式
38.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。
39.参照图1，示出了本发明实施例一种人员防护穿戴的头盔的侧视示意图，参照图2，示出了本发明实施例一种人员防护穿戴的头盔的正视示意图，参照图3，示出了本发明实施例一种人员防护穿戴的头盔的俯视示意图，该头盔包括：盔壳系统，固定栓，以及系统垫块系统。
40.其中，盔壳系统包括：外盔壳和内盔壳，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。
41.盔壳系统中的外盔壳和内盔壳之间，通过固定栓系统固定连接，可以理解的是，由于头盔是分为两个部分，为了便于组装以及更换，使用固定栓系统进行固定连接，假若外盔壳和内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。
42.本发明实施例中，外盔壳可以取自传统盔壳的相应部分，在外盔壳顶部正上方开设有圆形的孔洞；内盔壳也可以取自传统盔壳的相应部分，内盔壳位于孔洞正下方预设距离处，内盔壳为圆形，且具有弧度，孔洞的边缘的各个位置处与内盔壳的距离保持相等，内盔壳的直径大于孔洞的直径。
43.内盔壳的直径与孔洞的直径之间的比值满足预设条件，并且比值越小，预设距离就越小。假设外盔壳圆形孔洞的直径为d1，内盔壳的直径为d2，那么内盔壳的直径与孔洞的直径之间的比值满足预设条件为：
[0044][0045]
本发明实施例中，内盔壳位于被防护人员头部的顶部，内盔壳填补了外盔壳圆形孔洞形成的缝隙，且由于内盔壳的直径大于外盔壳孔洞的直径，因此保证了整个头盔在空间上防护无死角。
[0046]
本发明实施例中，垫块系统包括：五块垫块；当然根据实际需求，还可以设置更多的垫块，但更多数量的垫块势必会加重整个头盔的重量。因此一种较优的选择是五块垫块。
[0047]
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位于外盔壳内壁的下部，且对称分布；剩余的一块固定于内盔壳内壁的顶部，与内盔壳的形状相同，且直径小于内盔壳的直径。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。
[0048]
本发明实施例中，外盔壳和内盔壳两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：至少三个固定栓；较优的选择为3～6个固定栓，当然也可以设置更多的固定栓。但过多的固定栓会影响内盔壳的防护性能，以及增加整个头盔的重量。
[0049]
至少三个固定栓，均垂直于外盔壳和内盔壳，至少三个固定栓均匀分布于内盔壳的圆周上，以实现外盔壳与内盔壳之间的固定连接。上述至少三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外盔壳与内盔壳之间的预设距离可调，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，也有助于头盔防护侵彻物通过预设距离形成的缝隙侵入头盔内部。即，预设距离的大小必须满足侵彻物不能通过预设距离形成的缝隙进入头盔内部。
[0050]
本发明实施例中，头盔在设计上需要满足防侵彻设计要求和防爆炸冲击波设计要求。其中，防侵彻设计要求为：预设距离的大小必须满足侵彻物不能通过预设距离形成的缝隙进入头盔内部；防爆炸冲击波设计要求：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，并发生反射叠加的爆炸冲击波，通过预设距离和孔洞传播至头盔外部。
[0051]
参照图4，示出了本发明实施例中头盔防侵彻设计的示意图。由于头盔分为外盔壳和内盔壳两个部分，外盔壳上开设孔洞形成的圆形缝隙，以及外盔壳与内盔壳之间的预设距离形成的缝隙是传统头盔没有的，因此需要考虑上述缝隙可能带来的头盔防护问题，如图4，类似子弹形状代表任意侵彻物，对于
①
，
②
两个方向运动的侵彻物，可由外盔壳阻挡，对于
④
，
⑤
方向运动的侵彻物，可由内盔壳阻挡，如果头盔的盔壳材质不做改变的话，那么对于上述方向运动的侵彻物，头盔的防侵彻物侵袭性能将不发生变化。但对于
③
方向运动的侵彻物，这种情况下，该侵彻物有可能穿过上述缝隙进入头盔内部，对被防护人员造成伤害，针对这种情况，就需要对外盔壳与内盔壳之间的预设距离的大小进行调节，使得
③
方向运动的侵彻物无法通过外盔壳与内盔壳之间的预设距离形成的缝隙进入头盔内部，但同时，外盔壳与内盔壳之间的预设距离形成的缝隙又需要满足对叠加的爆炸冲击波的对外传播释放，所以，外盔壳与内盔壳之间的预设距离的大小尤为重要。
[0052]
本发明实施例中。预设距离的大小，受制于内盔壳的直径与外盔壳开设孔洞的直径之间的比值，比值越小，预设距离越小，比值越大，预设距离越大。即，内盔壳的直径越大，外盔壳开设孔洞的直径越小，预设距离越大；内盔壳的直径越小，外盔壳开设孔洞的直径越大，预设距离越大，但依然必须保证内盔壳的直径大于外盔壳开设孔洞的直径。
[0053]
参照图5，示出了本发明实施例中头盔防爆炸冲击波设计的示意图，图5中为省略了垫块系统和固定栓系统，其设计原理为：
[0054]
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，由于外盔壳开设孔洞形成的圆形缝隙，以及外盔壳和内盔壳之间预设距离形成的缝隙存在，汇聚后的爆炸冲击波通过上述缝隙传播至头盔外部。另外，由于外盔壳开设的孔洞是圆形的，内盔壳也是圆形的，因此，头盔内部任意方向汇聚而来的爆炸冲击波均可以利用上述缝隙传播至头盔外部，从而有效的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。
[0055]
虽然预设距离越大，对叠加的爆炸冲击波对外传播释放的性能越好，但是同时削弱了头盔防护侵彻物侵袭的性能。而假若预设距离较小，虽然提高了头盔防护侵彻物侵袭的性能，但是又会削弱对叠加的爆炸冲击波对外传播释放的性能。因此综合上述情况，经过大量研究、实测、计算，最终确定：内盔壳的直径与孔洞的直径之间的比值满足：
的条件，是一个优选的条件，在这个优选的条件内，减小预设距离，或者增大比值时，头盔的侵彻性能增加；增大预设距离，或者减小比值时，头盔的防爆炸冲击波性能增加。可以根据实际需求做具体的调整。
[0056]
综上所述，本发明实施例的人员防护穿戴的头盔，将头盔分为两个部分：外盔壳和内盔壳，外盔壳可以取自传统盔壳的相应部分，不同之处是在外盔壳的顶部正上方开设一个圆形的孔洞。内盔壳位于外盔壳开设孔洞正下方预设距离处，其为圆形，内盔壳也可以取自传统盔壳的相应部分。设计外盔壳开设孔洞的直径小于圆形内盔壳的直径，内盔壳的直径与孔洞的直径之间的比值满足预设条件，且比值越小，预设距离越小。
[0057]
通过这样的设计，在头盔内不断反射叠加的爆炸冲击波可以通过预设距离形成的缝隙传播出头盔内部，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，并且内盔壳的直径大于外盔壳开设孔洞的直径，保障了不可能有侵彻物从预设距离形成的缝隙处进入头盔内部，实现对从前侧、后侧、左侧、右侧等各个方向入射的侵彻载荷和爆炸冲击波都可以实现有效的防护。本发明实施例的头盔，在满足防护侵彻物侵袭的同时，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。
[0058]
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。
[0059]
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。