防暴头盔的优化发展趋势研究.docx

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1、摘要：头盔作为重要的头部防护装备，主要用来抵御两种类型的伤害，一是钝物或投射物对头部的直接打击，二是可能对头部造成的非贯穿性伤害.早期头盔主要用藤皮革等制作，随着科学技术的发展和各行业需求的不同，现代头盔的种类较多，其中，防暴头盔的发展尤其值得关注。除了上述的防御伤害作用，头盔还能作为各类功能模块(摄像仪、手电筒、通信系统等)的承载平台，加装各类功能模块后，可以有效提升头盔应对不同任务需求的能力。文章以防暴功能为例，就防暴头盔的优化发展进行分析。关键词：头盔：防护装备：防暴功能传统的头盔能够抵御利器、棍棒及各种非爆炸性冷兵器的攻击，具备抵御锐器穿刺的能力，可以保证行动人员头部安全。头盔的防暴功

2、能要求其必须具备足够的耐冲击和击打能量吸收性能。从抗老化需求上来看，在现实生活中，头盔必须具备抵御高温、低温、湿热及抗老化能力。从外观设计上来看，针对防暴头盔的任务受众，防暴头盔的外观结构设计必须具有威武、大气的视觉效果，能够给对方的心理产生强大的震撼和威慑力。1防粤头盔的现状及不足(I)外观威慑性偏弱。外形不够威武，与现役制服配色不协调。(2)佩戴耐受性较差。头盔重量重，舒适性、稔固性、适配性较差，内衬等配件无法拆洗。(3)装备可旅性不足。面罩易磨损，透视性差，寿命偏短，部件易故障、老化。(4)延伸实用功能性不强。无照明、摄录等拓展功能。2防暴头盔的优化方向及后续发展思路2.1 提升佩戴耐受

3、性需要细化头盔型号划分，提升佩戴耐受性。防暴头盔一般只有大、小两个型号，这导致头盔设计时，必须尽最大可能扩大头盔的腔体容积，保证在最大范围内适配不同头型，其结果会导致头盔重量过垂，与人员头型适配性很差。近年来，头盔的个性化定制技术渐渐得到重视，尤其是飞行头盔的个性化定制技术，引领了头盔的发展趋势。经过个性化定制的头盔，降低了头盔的重量，提高了头盔佩战的稔定性，适体性达90%以上，远超同类产品。防暴头盔的设计应该借鉴以上设计思想，对号型的分布进行重新划分。为了解决头盔做戴随动性较差的问题，同时避免型号过多带来的成本参制上升和装备保障困难问题，根据中国成年人人体尺寸(GBI(X)Oo-1988)中

4、对头长、头宽、头圈的统计结果，防暴头盔应设计大、中长、中宽、小四个号型，并利用头围调节各进行连续调节，保证不同的头型都能佩戴稳定、舒适。2.2 提升佩戴稳定性将防暴头盔的佩戴转置由两点调节优化为四点调节,进一步提升头盔佩蛾的稳定性。目前，防暴头盔普遍采用ABS,PC、PA等聚合物材料，以上单一聚合物材料经过注覆加工后制成的盔体，其抗穿刺性能比较差。为了解决这一问题，盔体材料基本需要进行二次改性。即使如此，头盔防护性能的实现仍然需要过量加厚盔体，这导致头盔重后急剧上升。同时，为了保证头盔的缓冲性能，在盔体顶部预留了很大的安全间距，这导致头盔无效体枳和由量的进一步增大?。现阶段，头盔使用的先进材料

5、主要为纤维织物类材料，纤维织物材料相较于聚合物材料有天然的优势，其耐候性佳，重量轻，并且抗穿刺、抗冲击性能优异，在受到外力打击时不会破碎。因此，可采用纤维织物材料替换原有的聚合物材料，实现头盔减重及防护性提升的目标。纤维织物与聚合物头盔结构如图1所示。(b)聚合物头盔图1纤维织物与聚合物头盔结构2.3 提升佩戴可靠性现有的防暴头盔面罩耐磨性能较差，在后期设计中，一方面要调整面罩材料，另一方面应在面罩外表面增加钢化镀层，增强耐刮擦性能。同时，内表面要做防雾处理，保证在执行任务过程中的可视度要求。2.4 头盔的材料及结构优化3.1 头盔耐穿透性试验将芳纶、聚合物加工的头盔盔体配合发泡聚苯乙烯缓冲装

6、置，进行头盔耐穿透性试验。通过比对两种材料头盔的损伤结果，评价材料性能是否适用于头盔，为头盔材料方案优化提供依据。(1)试件检验前处理。在高温试验箱中存储6h,温度为+55C,储存完成后，在5min内进行试验。(2)检验装置.从预定高度台架上坠落，采用钢锥穿刺头盔预定区域，进行测试。钢锥用工具钢(T1OA)制成，质量为(30.01)kg：锥角为60土3(,锥尖半径为(0.500.1)mm,锥底直径为(25+0.1)m,参与穿透的锥体高度应为(402)mm,锥尖硬度在HRC50以上。(3)试验结果比对。试验结果如表1所示。纤维织物头盔、聚合物头盔、发泡聚苯乙烯缓冲装置损伤形态分别如图2、图3、图

7、4所示。试验结果表明，聚合物材料头盔产生明显的塑性变形，被穿透，损伤面直径为13m,此结果会导致头盔失去防护性能：纤维织物材料头盔在受到中击后，产生明显的多路径冲击波分散线，未被穿透，损伤而直径小，头盔内表面基本无损伤，这表明此类材料对头盔防护性能有极大提升；发泡聚苯乙烯反而出现明显的收缩压溃痕迹，是其吸收冲击能搔的具体特征，日从正面的损伤形态来看，其具Tf一定程度的冲击止损作用。(a)正面(b)反面图2纤维织物头盔损伤形态(a)正面(b)反面图3聚合物头盔损伤形态（a）正面（b）反面图4发泡聚苯乙烯缓冲装置损伤形态通过综合比对，在受到环境应力作用后，聚合物头盔防护性能相较纤维织物头盔有较大差

8、距，且纤维织物头盔重量更轻，有利于提供头盔佩戴的舒适性。同时，高效吸收冲击能量，需要多种材料的共同作用来完成，以起到对冲击能量层层过滤的作用。表1试验结果材料盔彳量穿刺位置穿刺能量/J纤维织物头盔430头盔顶部预定区域88（钢锥落高3m）产生塑性变聚合物头盔465头盔顶部预定区域88（钢锥落高3m）产生明显由3.2 缓冲层材料优化缓冲层应取消原有的大尺寸安全间距结构，采用高效吸能、无毒、无吉、吸汗、透气的发泡聚苯乙烯（EPS）、发泡聚丙烯（EPP）、发泡聚乙烯（Ep0）等缓冲材料。模具成型为与头盔内表而弧度一致的、可紧密贴合的整体式缓冲垫，如图5所示。在缓冲垫上设计导热排汗通道，在提供缓冲保护

9、的同时，提高其散热性能闾。图5缓冲垫结构图将EPP、EPOsEPS加工的IOommXIoOmmX1oOmm的试验样品，使用同一冲击装宜进行材料抗冲击性试验，试验结果如表2所示。通过比对三种材料的试验结果，可以评价材料性能是否适用于缓冲，为缓冲材料方案优化提供依据。试验结果表明，EPO的缓冲性价比比EPP低，比EPS略高：EPO、EPS的尺寸稳定性好，而EPP的尺寸不稳定，稔定性好是作为缓冲装性结构件的有利条件：等体积下，EPO的重量比EPS、EPP高，作为头部防护装备，重量过重的装置在长时间佩戴后会导致人员颈部损伤。综合以上条件，在头部防护装备中，EPS具有重量、缓冲性等综合性优势。表2冲击试

10、验结果试验样件及条件试验阶段EPP冲击后恢复稳定状EPO产态厚度试块：100un100nnIOOmm试验温度：23试验速度：8kmh重锤：45kg20min后第一次冲击96.220Inin后第二次冲击95.620min后第三次冲击94.13.3 结构优化防暴头盔多采用全包裹篮型，导致头盔结构模块化程度低，无法根据任务需要进行调整，后期头盔的设计充分考虑任务的切换需要。基础盔型具有较大的拓展空间，可采用类似fast头盔的半盔结构作为基础盔型，并设置模块式护耳,通过快速拆装结构实现半盔、全盔转化，如图6所示。(b)全盔图6防暴头盔结构图同时，面罩也应该作为一个独立模块，在头盔上预留接口，按任务状态

11、选择装拆，而并非像原有的防暴头盔那样固定在头盔上，无法拆装，模块化程度极低冏。另外，人员在外界气温比较高的情况下长时间佩戴头盔，会产生严重的闷热感，甚至会导致人员晕厥，影响任务的顺利完成。因此，头盔结构设计要充分考虑到头盔的通风散热问题，与此同时，散热装置也要注意对液体泼溅的防护171在具体设计时，可考虑在头盔顶部设置可开合的透气孔，在保证防护性能的同时，提升头盔的透气散热性网。4结束语防暴头盔设计要重点闱绕头盔的可匏性、功能性及舒适性等短板问题展开，设计理念顺应现代头盔发展趋势，采用模块化、组合式设计。设计的头盔可以根据不同任务、地域、气候条件，快速转换状态，适应不同类型任务的要求，叁考文献

12、：1肖志，张云飞，庞通等功能梯度仿生头盔防护性能与头部损伤分析JJ湖南大学学报(自然科学版)，2023,48(10)：29-38.2檀江涛，蒋高明，高哲等.抗低速冲击纺织复合材料头盔壳体研究进展J.纺织学报，2023.42(8)：185-193.31陈薇薇.料能护颈头盔的创新设计研窕D.武汉：湖北工业大学.2023.(4)韩泽佳，肖秦琨，张立旗.基于改进SSD安全头盔反光衣检测算法J)自动化与仪表，202336(9)：63-68.5刘兴安全头盔的高效成型叫.现代塑料.2023(4)：32+35.6贺帅.供气式安全头盔呼吸微环境特性研究D.北京：北京科技大学2023.7|张雨，林炳辉，李雨墨.等.基于树薇派的安全头盔视频稳像模块设计与实现U1工业技术创新.2023.7(1)：17-22.8J熊玉梅，孔元元.一种智能安全头盔的研究与设计IJ1福建电脑，201733(9)：37+39.