СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ БРОНЕШЛЕМОВ
RACK FOR HELMET PROTECTIVE PROPERTIES EVALUATION

Изобретение относится к устройствам для определения защитных свойств бронешлемов, в частности к устройствам для испытания касок защитных на амортизацию.
Известен стенд для испытаний защитных свойств бронешлема, который содержит платформу с установленным на ней основанием, ударный механизм, макет головы в виде емкости, заполненной жидкостью, с силоизмерительный датчиком, установленным внутри нее на стержне (Патент RU 2254544 С2, 20.09.2004, F41H 1/00) [1].
Известен также биомеханический имитатор головы человека "БИГ-2", заполненный жидкостью, с регистратором максимального давления [2, стр.341-343]. Имитатор не приспособлен для замеров импульсов давления и изменения положения имитатора головы к линии ударного воздействия.
Недостатком стенда, приведенного в патенте RU 2254544 С2, 20.09.2004, F41H 1/00 (2006.01) (прототипа), является недостаточная сходимость результатов от эксперимента к эксперименту при использовании способа определения амортизационной способности по характеру изменения давления, что не позволяет получить полную объективную оценку степени ударного воздействия на объект, а также невозможность фиксировать положение головы при производстве ударов под различными углами. На сходимость результатов в значительной степени влияют параметры жидкости, влияющие на показатель упругости макета. Изменение показателя упругости возможно путем изменения давления жидкости в макете.
В настоящее время установлено, что основным показателем разрушения является сила, которая связана с импульсом силы и количеством движения. Из курса физики известно, что при ударном воздействии передача количества движения происходит через импульс и что импульс силы при этом численно равен переданному количеству движения. В известном стенде количество движения передается массе оболочки макета головы и жидкости, и изменение ориентации силоизмерительного датчика относительно направления удара приводит к изменению его показаний. Это снижает точность определения параметра воздействия.
Задачей является создание возможности ориентации датчика к линии ударного воздействия путем изменения положения макета головы и сохранения положения датчика на линии передачи количества движения, а также обеспечить возможность изменения показателя упругопластических свойств имитатора головы.
Задачей, решаемой изобретением, является создания стенда для реализации способа, при котором основным показателем является точность регистрации отношения импульса давления ко времени его изменения в процессе развития временной полости непосредственно в макете головы при разных углах воздействия удара и при изменении внешних условий.
Для этого стенд для определения защитных свойств бронешлема, содержащий платформу с установленным на ней основанием, ударный механизм, макет головы в виде емкости, заполненной жидкостью, с установленным внутри нее на стержне силоизмерительным датчиком, содержит макет шеи, расширительный бачок, вход которого соединен трубопроводом через вентиль с эластичной емкостью макета головы, а выход - с источником избыточного давления, при этом платформа выполнена в виде цилиндрической поверхности с центром вращения на линии направления удара, основание содержит ось для установки макета шеи, установлено в пазах цилиндрической поверхности платформы и закреплено на ней с помощью фиксаторов, при этом макет шеи установлен с возможностью вращения на оси основания и закреплен на основании при помощи фиксаторов, емкость макета головы выполнена эластичной, содержит окантовку в нижней части, выполненную за одно с ней, и закреплена посредством окантовки на ограничителе ее перемещения на макете шеи, который удерживает макет головы в приподнятом состоянии от основания, силоизмерительный датчик выполнен сферической формы, причем центр датчика расположен на пересечении линии оси вращения цилиндрической поверхности платформы и линии направления удара. Ударный механизм для тарировки стенда выполнен в виде маятника и снабжен регистратором угла отскока, выполненным в виде подвижной стрелки и взаимодействующим с маятником посредством собачки.
Нижняя часть макета головы имеет штуцер с краником для заполнения полости жидкостью и имеет форму конуса для облегчения вытеснения воздуха при заполнении.
Для повышения точности замера давления и сходимости результатов при различных внешних условиях (например, при изменении атмосферного давления, которое может меняться в значительных пределах) необходимо обеспечивать постоянство упругопластических свойств имитатора головы. Это достигается или связью полости макета головы с атмосферой, или созданием определенного избыточного давления в его полости относительно внешнего давления. Для этого штуцер соединяют трубопроводом с дополнительной емкостью с жидкостью. При этом емкость может быть соединена с источником избыточного давления. Перед ударом кран на штуцере должен быть закрыт для исключения вытекания жидкости из полости макета головы.
На чертеже представлена схема стенда для испытаний защитных свойств бронешлемов.
Стенд содержит платформу 1, которая имеет цилиндрическую поверхность 2 с пазами 3, на которой жестко с помощью фиксаторов 4 закреплено основание 5 с осью 6. На этой оси с возможностью вращения установлен макет шеи 7 головы, который с помощью фиксаторов 8 крепится к основанию 5. Ударник 9 выполнен в виде маятника и служит для тарировки. Маятник снабжен дополнительной стрелкой 10 регистрации угла его отскока от макета и собачкой 11, уставленной на маятнике. Стрелка установлена подвижно на оси вращения маятника, ограничитель 12 не позволяет стрелке перемешаться за вертикальную линию в сторону макета. На цилиндрической поверхности платформы 1 и основании 5 нанесены шкалы угломера для регистрации положения макета головы 13 относительно линии удара. Макет головы выполнен в виде эластичной емкости, заполненной жидкостью. В нижней части макет имеет окантовку 14, выполненную заодно с ним, и с помощью нее крепится хомутом 15 к имитатору шеи 7.
В центре площадки, ограниченной окантовкой, расположена горловина 16. Горловина перекрыта пробкой 17. В пробке закреплен стрежень, с силоизмерительным датчиком 18, и штуцер 19 с вентилем 20, выход которого соединен трубопроводом 21 со входом расширителя 22, выход которого соединен с источником избыточного давления 23. Датчик 18 соединен с регистрирующей аппаратурой 24. На макет головы одет бронешлем 25.
Стенд работает следующим образом.
Перед установкой макета заполняют внутреннюю полость головы 13 и расширительную емкость 22 жидкостью, закрывают вентиль. Воздух вытесняют за счет создания неплотности между пробкой и горловиной.
После установки макета открывают вентиль 20, включают источник избыточного давления 23 и создают некоторое избыточное давление в полости макета. После чего вентиль закрывают. Избыточное давление может контролироваться силоизмерительным датчиком 18 и регистрирующей аппаратурой 24.
Перед ударом производят установку основания на платформе 1 и поворачивают макет головы на оси для ориентации бронешлема по отношению к удару.
При тарировке производят удар по незащищенному макету головы. Отклоняют маятник на определенный угол и отпускают. При движении маятника по направлению к макету собачка 11 проходит стрелку 10, которая к этому времени упирается в упор 12. Маятник производит удар по макету, внедряется в него на некоторую глубину. При обратном движении собачка захватывает стрелку и, увлекая ее за собой, перемещает на угол отскока маятника. После остановки маятника он отходит от него, а стрелка оставляет показания. При ударе внутри емкости возникает импульс давления, который регистрируется с помощью аппаратуры 24. Производят удар по защищенному макету головы (например, метаемым элементом) и регистрируют переданный импульс давления. С использованием разработанных способов обработки импульсов давления при ударах по защищенному и незащищенному макету (например, по патенту RU 2254544 С2) производят оценку защитных свойств бронешлема. Стенд позволяет производить воздействия на бронешлем под разными углами, сохраняя положение регистрирующего элемента на линии производства удара и возможность изменения показателя упругопластических свойств макета головы за счет изменения избыточного давления, что позволяет повысить точность замера импульса давления и сходимость результатов при различных внешних условиях.
Источники информации
1. Патент RU 2254544 С2, 20.09.2004, F41H 1/1 (2006.01.) Способ определения защитных свойств средств индивидуальной защиты / П.В.Трофимов, В.А.Знахурко, Т.С.Романова, В.Г.Михеев, С.М.Логаткин, Е.П.Тырнов. - заявл. 25.03.2003.
2. Сладкевич В.А., Логаткин С.М., Тырнов Е.П., Альтов Д.А. Биомеханический имитатор головы для оценки ударостойкости бронешлемов при обстреле // Тезисы докладов V международной конференции "Новейшие технологии в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты". - г.Хотьково Моск. области: Б.и., 2000. - С.48-49.