一种多层自损式鞋底缓冲防护结构的制作方法

1.本发明涉及飞行极限运动或跳伞运动中着陆时足部防护技术领域，具体是一种多层自损式鞋底缓冲防护结构。


背景技术：

2.在伞兵跳伞着陆时，整个身体受到较大的冲击作用，虽然业界研究了各种着陆姿势，但仍常常导致软组织撕裂、骨折等运动损伤的发生。运动损伤学发现，足部的损伤占比例最大。流行病学调查也发现，跳伞着陆肢体损伤中，足部损伤占所有损伤的63.6％。同时由于足部承受较大的冲击力，跟骨及踝骨骨折时有发生，对于战斗能力和人身安全都是巨大的威胁，因此，合理有效地防护设计，对防止着陆时足部损伤至关重要。
3.目前针对着陆的足部防护，主要通过穿戴不同的护踝结构,例如弹性绷带、护踝袜、半刚性护踝等和不同军靴结构,使用时伞兵穿上护踝袜或者在足部缠上绷带，然后整个脚穿进军靴中，最后在军靴外侧穿上刚性或半刚性的靴外护具。整个流程比较繁琐耗时，但仍不能完全避免着陆时的足踝损伤。目前的防护结构存在结构复杂、穿戴不便、保护效果有限的问题，即使正确使用了护具保护，足踝部位损伤时有发生。
4.因此，本发明提供一种多层自损式的鞋底缓冲防护结构，提升防护效果，使用简单易于穿戴，且可靠性高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种多层自损式鞋底缓冲防护结构，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.本发明的技术方案是：一种多层自损式鞋底缓冲防护结构，包括：
7.防护结构本体，由多层弹性泡沫板和每层所述弹性泡沫板中间的减震气囊层组成，每层所述减震气囊层由多个独立气囊组成，各层所述减震气囊层中气囊内预充气体且气压值相同，所述独立气囊在受到压力达到预设值时发生破裂自损；
8.固定结构，用于将多层所述自损式鞋底缓冲防护结构本体固定于足部；
9.收缩边，用于包裹防护结构本体的侧边。
10.所述减震气囊层设置三层，下层所述减震气囊层由近似于长方体的独立气囊组成，中部具有凹陷，凹陷区域与上下层所述弹性泡沫板形成间隙；中层所述减震气囊层中独立气囊尺寸均小于下层气囊，至少包括一个形状与下层底层气囊相同的独立气囊，其余独立气囊呈球形；上层所述减震气囊层的气囊尺寸小于其他气囊尺寸，所有气囊形状均呈球形。
11.下层所述减震气囊层的气囊破裂临界压强为0.3mpa；中层所述减震气囊层的气囊破裂临界压强为0.2mpa；上层所述减震气囊层的气囊破裂临界压强为0.1mpa。
12.多层所述弹性泡沫板中，最底层的弹性泡沫板密度大于其他所述弹性泡沫板。
13.最底层所述弹性泡沫板材料密度为0.4g/cm3；其他弹性泡沫板密度在0.1—0.4g/
cm3之间。
14.收缩边由透气、可变形材料制成。
15.使用时，将多层所述自损式鞋底缓冲防护结构整体穿戴于军靴或护具外部，在着陆时，所述减震气囊层中的独立气囊破裂自损，多层所述弹性泡沫板断裂，缓冲着陆冲击。
16.与现有技术相比，本发明具有如下改进及优点：
17.其一：通过本结构的气囊破裂自损和弹性泡沫板破坏，吸收冲击能量，延长冲击力的卸载时间，降低着陆时足部的局部应力，基于目前防护结构的防护短板进行设计，能够加强保护伞兵着陆时的足部健康安全，具有较高的应用价值；
18.其二：减震气囊层和弹性泡沫板的参数设置合理，通过气囊受压破裂自损的形式实现主要的能量吸收，从原理上更可靠性，避免了采用复杂结构由于某部分启动失效导致无法正常发挥作用，同时也可降低生产加工难度；
19.其三：通过设置适当的临界冲击力，能够保证防护结构在受到冲击超过预设值时发乎作用，防止误触发，导致结构提前自毁失效；
20.其四：下层采用中间凹陷、尺寸更大的近似于长方体气囊，使得防护结构具有良好的支撑功能，同时与泡沫板之间的间隙有利于顺利破裂自损，同时也能够增加冲击的卸载冲程；
21.其五：本发明是在飞行极限运动员本身穿戴的军靴和护踝结构的基础上额外穿戴的防护装置，且穿戴和拆卸都十分简便，不会造成额外的负担。
附图说明
22.下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
23.图1是本发明的立体结构示意图；
24.图2是图1中a
‑
a处的剖视图；
25.图3是图1中b
‑
b处的剖视图。
26.附图标记说明：
27.1、减震气囊层；2、中后足粘带；3、前足粘带；4、防护结构本体；5、收缩边；6、弹性泡沫板。
具体实施方式
28.下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.首先需要说明的是，针对跳伞的着陆方式，业界采用了不同的姿势，本发明重点研究了国内常用的“双足平行着陆”这种方式的力学特点，针对该跳伞着陆方式过实验测试和评估，提出了一种有效的附加防护结构。
30.通过开展相应的力学测试实验，测试伞兵着陆时足部受到的冲击力。通过离地面52cm、82cm和152cm等不同高度的着陆冲击测试，发现随着陆高度的增加，地面对足底的反冲击力逐渐增大，如图1所示。经过进一步的力学模拟研究，结果发现应力较大的集中位置
为骨骼位置为腓骨远端和跟腓韧带近端，即冲击力较大的情况下，容易造成腓骨远端骨折或跟腓韧带的撕裂，一旦发生伤害，对伞兵着陆后继续作战产生很大的安全隐患。通过分析跳伞着陆过程的足部受力情况，可以看出现有的防护用具无法解决冲击大导致的瞬时局部应力过大的问题，本发明设计的防护结构就是着力于减轻着陆冲击时足部过大的局部应力。
31.本发明提供一种多层自损式缓冲防护结构，包括：
32.防护结构本体4，包括多层弹性泡沫板6和每层弹性泡沫板6之间的减震气囊层1，其中减震气囊层1包含多个独立气囊，每层减震气囊层1中的独立气囊预充气体且气压值是相同的，每个气囊在受到压力达到预设值时破裂自损；在竖直方向上由底部向上，气囊尺寸逐渐减小。
33.前足粘带3和中后足粘带2作为防护结构的固定部分，用于将防护结构本体4固定在足部；具体可选择魔术贴、扣带、弹性带等方式，满足将防护结构稳定的固定于鞋底即可。
34.收缩边5，用于包裹防护结构本体4侧边周围。
35.优选的，减震气囊层设置三层，下层所述减震气囊层由近似于长方体的独立气囊组成，中部具有凹陷，凹陷区域与上下层所述弹性泡沫板形成间隙；中层所述减震气囊层中独立气囊尺寸均小于下层气囊，至少包括一个形状与下层底层气囊相同的独立气囊，其余独立气囊呈球形；上层所述减震气囊层的气囊尺寸小于其他气囊尺寸，所有气囊形状均呈球形。
36.具有最大尺寸气囊的底层减震气囊层，其中气囊破裂临界压强0.3mpa；具有中等大小尺寸的中层减震气囊层，其中气囊破裂临界压强为0.2mpa；上层减震气囊层中气囊尺寸小于其他气囊尺寸，气囊破裂临界压强为0.1mpa。为实现可靠的破裂临界压强，气囊的尺寸、采用的材质以及预充的气压值等可综合调整选用合适的参数；对于多层弹性泡沫板6，最底层与地面接触层为低发泡沫板，优选的，材料密度为0.4g/cm3；其他层的弹性泡沫板为中发泡沫板，密度在0.1—0.4g/cm3之间。
37.上述结构设计使得本发明中的防护结构发挥就作用的临界冲击力为5000n，即当着陆冲击力大于5000n时，气囊、弹性泡沫板才会自损，防护结构发挥作用。适当的临界冲击力能够保证防护结构在受到一定程度的冲击时保护脚踝，在未达到临界冲击力，防护结构不工作，防止误触发，导致结构提前自毁导致防护失效。一个70kg的正常人在站立时，即使单脚站立，保持前脚掌直立着地，较小的接触面积时，对鞋底的作用力在3500n
‑
4000n之间。而对于正常步态行走时，对鞋底的作用力远远小于5000n，即穿上本发明中的防护结构后进行常规行走，不会触发启动防护作业。另一方面，实验测试结果表明，正常人体重约70kg的正常人从不同高度(52cm、82cm和152cm)跳下，着陆于压力板上，测得的峰值冲击力分别是7100n、10000n和14960n，由于随着高度增加，冲击力将增大，伞兵着陆时的冲击力将远大于上述测试值，因此5000n能够保证着陆时防护结构发挥作用；因此，本发明根据实际使用可能的各种情况综合考虑，选取设置工作临界冲击力为5000n。
38.在跳伞着陆时，上述减震气囊层和泡沫板的结构能够有效降低瞬时冲击下足踝区域的局部应力，具体原理为：各层中的独立气囊设置了不同破裂临界压强，使得防护结构受到临界冲击力时，每层减震气囊层都能够达到各自临界破裂压强，使得各独立气囊破裂泄气，收缩边5通过其褶皱收缩变形，每层泡沫板均被破坏断裂。在实际情况下，由于下层气囊
的自损，将会对上层气囊实际受到的冲击造成卸载，上层气囊设置较小的临界破裂压强，有利于各层气囊的顺利破裂自损，在极端情况下也能发挥作用。此外，着陆时若底层弹性泡沫板的断裂先于其他结构的破坏，将导致紧挨底层弹性泡沫板的减震气囊层直接与地面接触，此时很容易出现该减震气囊层各部位受力不均的情况，从而造成使用人员足部失稳，形成伤害；底层弹性泡沫板选用密度更大的泡沫板，就是为了有效避免这一现象的出现，使得结构自损过程稳定可控，同时也保护防护结构不会在跳伞前的准备工作时因踩踏或地面不平坦等受到提前破坏；另一方面人体足底压力的峰值在0.23mpa—0.27mpa之间，底层气减震气囊层和底层弹性泡沫板作为整体支撑层，这样的设置能提供有效的支撑。在气囊形状的设计上，下层采用中间凹陷、尺寸更大的近似于长方体气囊，使得防护结构具有良好的支撑功能，凹陷区域与泡沫板之间的间隙有利于气囊顺利破裂自损气体溢出，同时也能够增加冲击的卸载冲程，延长冲击作用时间；中层气囊包括至少一个中部凹陷的长方体气囊，进一步增强整体的支撑功能。
39.通过气囊的破裂自损和多个泡沫板的断裂，最大程度吸收冲击能量，延长冲击过程，本发明的防护结构能够延长着陆时冲击作用时间，对落地瞬间强大的冲击力进行有效卸载，从而保护足踝不受损伤。在通过着陆跳高的测试实验中，实验防护结构中的每层气囊均实现破裂自损、每层泡沫板均断裂，破坏过程对测试人员的落地稳定性未造成影响，证明了上述参数设计是合理的。另外，通过破裂自损的方式进行吸收能量卸载冲击，从原理上实现的可靠性高，在生产加工中需要控制的参数也比较少，容易达到设计要求，只需要将气囊各参数例如材质、形状大小等控制好，就可获得预期效果，生产难度显著降低。
40.收缩边5为可变形材料，例如可采用织物、纤维或皮革等柔软材料，能够透气，使得气囊顺利破裂泄气，从而顺应褶皱结构变形；与底层弹性泡沫板下表面和最上层弹性泡沫板上表面固定连接，维持整体的形态。在本发明中的防护结构受到冲击发挥作用时，收缩边由于是柔软可变形材料，能够顺应结构的变化而变化。
41.本发明的多层自损式鞋底缓冲防护结构使用时需配合现有使用的军靴和护踝结构，军靴和护踝作为伞兵的一级防护结构仍然需要正确穿戴，本技术的多层自损式缓冲结构上述结构外增设防护结构，但其增设过程非常简单，在跳伞前将防护结构整体穿戴于军靴外部，通过中后足粘带2和前足粘带3把本技术的缓冲结构固定在军靴底部，安装非常简单。着陆后，能够快速拆卸，不给使用者造成额外的使用负担，不影响着陆后的迅速作战。
42.优选的，防护结构本体4形状为近似的椭圆形结构，如图2所示，具体尺寸依据使用者穿戴鞋的尺寸进行调整，厚度为30cm左右。宽度即a
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a方向的尺寸为军靴宽度的2倍左右，长度即b
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b方向的尺寸为军靴长度的1.5倍。比如鞋码为42的鞋，其长度为26—28cm，则其匹配的多层缓冲结构长度为39
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42cm，由于防护结构的尺寸依据鞋大小设置，而鞋码具有通用的标准，因此本发明中的防护结构可以实现批量化生产。本发明中的防护结构虽然只能一次性使用，但由于结构简单，成本很低，用完即弃，也不会给使用人员带来额外负重，适合大范围推广应用。
43.本技术的多层自损式足底缓冲防护结构，通过本结构的气囊破裂和弹性泡沫板结构破坏，吸收冲击能量，延长冲击力的卸载时间，减轻冲击力对足部的直接冲击损伤，进一步加强保护伞兵着陆时的足部健康安全，方便的穿脱有利于快速进行下一步作战。
44.上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种
修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。