КАСКА С АМОРТИЗАТОРОМ И КОЖУХОМ СВЕТОФИЛЬТРА ЗАЩИТНОГО ШЛЕМА ЛЕТЧИКА
HELMET WITH SHOCK ABSORBER AND CASING OF LIGHT FILTER OF PILOT SAFETY HELMET

Область техники
Изобретение относится к классу воздухоплавание, авиация, космонавтика, более конкретно к летным костюмам, а именно к защитным летным шлемам. Устройство может быть использовано для экипажей легкомоторной, транспортной и дальней авиации.
Уровень техники
Защитный шлем является составной частью высотного снаряжения летчика. В комплекте с кислородной маской, кислородным оборудованием самолета и самолетным переговорным устройством шлем обеспечивает летчику работоспособность и ведение двусторонней радиосвязи при выполнении полетов и на дежурстве в кабине самолета.
Шлем защищает голову от возможных ударов в кабине самолета во время полета и от аэродинамических и ударных нагрузок при аварийном покидании самолета.
Известно устройство «Шлем с эластичным гибким элементом, расположенным в нижней задней части» по патенту США №6131207, от 17 октября 2000 года, класс А62В 3/00. Согласно патенту, защитный шлем содержит каску, выполненную с лицевой, лобной, теменной, затылочной, боковыми зонами и шейной зоной, снабженной гибким эластичным элементом. Каска шлема выполнена сферической, симметричной относительно вертикальной оси симметрии самолета. Каска выполнена слоистой, из стеклянных, и/или угольных, и/или арамидных волокон, или иных подобных волокон, пропитанных связующим. Каска содержит лицевую зону, лобную зону, распространяющуюся назад к теменной зоне, которая продолжается книзу и переходит в затылочную зону, ограниченную снизу шейной зоной. Каска содержит две боковые зоны, снабженные областями для расположения шумозащитных наушников пользователя. Лобная зона соответствует зоне, занятой лбом летчика, и ограничена верхним краем открытой лицевой зоны. Лицевая зона сверху ограничена нижним краем лобной зоны, а по бокам - краями двух боковых зон. Теменная, затылочная и шейная зоны соответствуют зонам, занятым черепом и шеей летчика. Боковые зоны соответствуют зонам, занимаемым шумозащитными наушниками летчика, и ограничены краями лицевой зоны, переходя в шейную зону. Нижний край шейной зоны расположен под углом относительно горизонтальной плоскости самолета и содержит, по крайней мере, один открытый разрез, направленный вверх. Открытые разрезы на шейной зоне образуют гибкие участки каски. При помощи специальных элементов к гибким участкам шейной зоны каски и боковым стенкам монтируется эластичный гибкий элемент, повышающий комфортность шлема.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является защитный шлем ЗШ-7АП (Руководство по технической эксплуатации ОАО НПП «ЗВЕЗДА» «Защитные шлемы ЗШ-7АП, ЗШ-7АПН, ЗШ-7АПС, ЗШ-7АБ» 205-9022-00-06 РЭ, 10 мая 2007 года). Согласно руководству основным конструктивным элементом шлема является каска. Каска снабжена лобовым амортизатором, светофильтром, подвесной системой, системой связи и кожухом светофильтра. Каска выполнена из стеклопластика, по форме сферической, без площадок, карманов и выступов. Каска снабжена лицевой, лобной, теменной, затылочной зонами. По всему контуру обреза каска обклеена резиновой окантовкой. В теменной зоне на каске выполнены пять окантованных металлическими шайбами отверстий для уменьшения аэродинамических сил при катапультировании. В лобной зоне к кожуху каски с внутренней стороны прикреплен съемный амортизатор, который плотно облегает лобную и височные области головы, смягчая удары. В височной области амортизатор прикреплен текстильными застежками к подвеске, а в лобной - специальным ремнем, пропущенным поочередно через шлевки на подвеске и на амортизаторе.
На внутреннюю поверхность каски в лобной зоне установлен кожух светофильтра. Он защищает светофильтр от повреждений. Между каской и кожухом расположен светофильтр из дымчатого органического стекла. Светофильтр защищает глаза от воздействия солнечных и прожекторных лучей и от набегающего потока воздуха при катапультировании. Визирные устройства установлены снаружи на каску шлема через съемный промежуточный специальный кронштейн сложной формы, закрепленный на каске с помощью трех винтов. Кронштейн задает определенное положение визирного устройства относительно линии визирования и глаз оператора.
Недостатки данных конструкций заключаются в том, что из-за своей сферической формы каски плохо сбалансированы. При размещении на касках навесного оборудования они смещаются на лицо, чем уменьшают обзор и снижают комфортность использования. Сферическая форма каски не соответствует голове пилота и не является оптимальной с точки зрения занимаемых объемов и массы. Отсутствие площадок и карманов на касках требует монтажа переходных узлов установки навесного оборудования, светофильтра и т.д. Установка дополнительного оборудования и большие объемы каски увеличивают вес шлема и сложность его изготовления. Форма амортизатора в прототипе не является близкой форме головы пользователя, что приводит к недостаточной фиксации шлема на голове. Компоновка шлема с кожухом и светофильтром, размещенными под каской шлема, ограничивает его применение с более перспективными нашлемными визирными устройствами.
Сущность изобретения
Задача изобретения - разработать конструкцию каски шлема летчика, которая обеспечивала бы надежное закрепление и фиксацию каски на голове летчика, удобство пользования при различных эволюциях самолета с установленным на ней различным оборудованием. При этом каска должна иметь минимальные габариты, минимальную массу и высокую прочность.
1
1
2
2
2
1
1
2
1
Поставленная задача решается тем, что каска с амортизатором и кожухом светофильтра защитного шлема летчика содержит собственно каску, содержащую лобную, теменную, затылочную и боковые зоны, с установленной в ней амортизатором и кожухом светофильтра. Каска выполнена уплощенной, со смещенной назад и вверх затылочной зоной. Поверхность лобной зоны выполнена в виде торовой поверхности и сопряжена со сглаживающей зоной, сопряженной с затылочной зоной, поверхность которой выполнена в виде тора. Торовая поверхность лобной зоны образована поворотом дуги с заданным радиусом R вокруг оси О, радиусом R=1,15R. Торовая поверхность затылочной зоны образована поворотом дуги с заданным радиусом R вокруг оси О, радиусом R=(1,09R-1,11R). При этом ось радиуса R смещена вверх относительно оси радиуса R на L=0,09R и назад на L=0,065R. Величина радиуса R выбрана из условия обеспечения минимальных необходимых зазоров между каской и лобной частью головы летчика. Затылочная зона сопряжена с шейной зоной, образованной двумя конусными поверхностями с углами конусности α=70-74°, β=42-46°. Боковые зоны выполнены в виде усеченного тора, верхушка которого усечена плоскостью. Каска выполнена из арамидных высокопрочных волокон и снабжена кожухом светофильтра, установленным сверху каски. Кожух светофильтра выполнен в виде торовой поверхности эквидистантой поверхности лобной зоны каски. Кожух светофильтра снабжен выступом для установки узла крепления и регулировки визирных устройств. Узел крепления и регулировки визирных устройств установлен в прямоугольном сквозном отверстии, выполненном на выступе кожуха. Кроме того, каска снабжена амортизатором, установленным на внутренней поверхности каски. Средняя толщина амортизатора H=0,1R. Наружная поверхность амортизатора плотно прилегает к внутренней поверхности каски, тогда как внутренняя поверхность амортизатора выполнена эквидистантной поверхности головы, с учетом зазора между поверхностью головы и амортизатором, равным 0,07R-0,09R.
Решение поставленной задачи, таким образом, обеспечивает надежную фиксацию каски на голове летчика, комфортное ношение за счет меньших габаритов каски и лучшего центрирования.
Перечень фигур на чертежах
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
на фиг.1 показан общий вид сбоку шлема, с установленным кожухом;
на фиг.2 показан общий вид спереди шлема, с установленным кожухом;
на фиг.3 показано сечение А-А шлема, с установленным кожухом и амортизатором;
на фиг.4 показана каска шлема, вид сверху;
на фиг.5 показана каска шлема, вид сбоку;
на фиг.6 показана каска шлема, вид спереди;
на фиг.7 показан амортизатор, вид спереди;
на фиг.8 показано сечение А-А амортизатора;
на фиг.9 показан кожух светофильтра;
на фиг.10 показан вид Б, узел крепления визирных устройств;
на фиг.11 сечение В-В узла крепления визирных устройств;
на фиг.12 показан вид А, сечение узла крепления визирных устройств.
Осуществление изобретения
Защитный шлем летчика в первую очередь предназначен для защиты головы летчика в полете от ударов, от солнечных и прожекторных лучей, а также для защиты головы летчика от набегающего воздушного потока при аварийном покидании самолета (катапультировании). Защитный шлем летчика в сочетании с кислородной маской и другим летным снаряжением обеспечивает выполнение летчиком работы в полете на различных высотах и скоростях, двухстороннюю радиосвязь и, с установленными на него нашлемными визирными устройствами, наблюдение, слежение за целью и прицеливание.
Защитный шлем летчика включает в себя каску шлема 1 (фиг.1, 2), светофильтр, кожух светофильтра 2 с узлом крепления визирных устройств 4, амортизатор 5, (фиг.3) установленный в каску 1 на текстильных застежках 6 (на «ворсовых молниях»). Кроме того, каска может быть снабжена мягкими элементами, компенсатором подтяга, подвесной системой, ригельными замками, системой связи.
Каска содержит (фиг.4, 5, 6) лобную зону 8, теменную, затылочную 9, шейную 18 и боковые 11 зоны. Каска по форме выполнена уплощенной при виде сверху и со смещенной назад и вверх затылочной зоной. В своей верхней части каска геометрически образована сопряженными между собой лобной 8, затылочной 9 зонами, включающей в себя и теменную зону. Каска выполнена из арамидных высокопрочных волокон.
1
1
Поверхность лобной зоны 8 представляет собой тор, образованный поворотом дуги с заданным радиусом R (фиг.4, 5), вокруг оси O радиусом R=1,15R. Величина радиуса R лобной зоны каски выбрана из условия обеспечения минимальных необходимых зазоров между каской и лобной частью головы летчика. Лобная зона ограничена лицевой зоной 7.
2
2
1
2
1
1
2
Поверхность затылочной зоны 9 представляет собой тор, образованный поворотом дуги с заданным радиусом R (фиг.4, 5), вокруг оси О радиусом R, при этом R выбирается равным 1,09R-1,11R (фиг.5). Ось радиуса R смещена вверх относительно оси радиуса R на величину L=0,09R, и назад на L=0,065R. Затылочная зона сопряжена с шейной зоной.
4
Поверхность лобной зоны 8 сопряжена с затылочной зоной 9 со сглаживающей поверхностью 10 с радиусом поверхности, равным R.
4.
При этом радиус поверхности сглаживающей зоны R выбирается равным 1,74R (фиг.5).
6
6
Боковые зоны 11 выполнены в виде усеченного тора, размеры которого выбирают из условия размещения шумозащитных наушников и ригельных замков (фиг.4, 5, 6). Верхушка тора 11 усечена плоскостью 14, образуя ширину каски от одной боковой зоны до другой L. При этом L выбирают равным 2,22R-2,30R. Боковые зоны ограничены лицевой зоной 7 и переходят в затылочную 9 и шейную 18 зоны. С левой и правой сторон каски в боковых зонах 11 выполнены площадки 15. Площадки 15 параллельны между собой и плоскостью симметрии каски. Площадки 15 предназначены для установки левого и правого механизмов поворота защитного щитка (светофильтра) или других визирных устройств. С лицевой стороны в боковых зонах 11 выполнены карманы 16 для размещения в них ригельных замков крепления кислородной маски.
3
1
3
7
7
Шейная зона 18 формирует в нижней части контур обреза 17 каски, а сверху переходит в затылочную зону 9. Шейная зона 18 образована двумя конусными поверхностями 12, 13 (фиг.5). Конусная поверхность 12 опирается на затылочную зону 9 и имеет угол конусности α=70-74°. Конусная поверхность 13 опирается на контур обреза и имеет угол конусности β=42-46°. Шейная зона 18 расположена ближе к шее, контур образа в шейной зоне расположен под углом относительно горизонтальной плоскости самолета и смещен на расстояние L от оси радиуса R. При этом L выбирается равным 0,84R-0,91R. Ширина шейной зоны выполнена равной L, при этом L выбирается равной 1,46R-1,60R, что уменьшает зазор между шейной зоной каски и шеей летчика, при этом конусные поверхности образуют «выемку». Такая конструкция позволяет размещать в шейной области снаружи каски 1 дополнительное оборудование, противовесы и т.д., не выступающие за наружные габариты каски и не зацепляющиеся за заголовник катапультного кресла.
Все поверхности зон, образующие форму каски, сопряжены между собой радиусами перехода. По всему периметру контур обреза 17 каски окантован кантом 17 (местным утолщением каски).
8
9
6
Высота каски L выбирается равной 2,16R (2,15-2,17R), глубина каски L выбирается равной 2.20R-2,30R, ширина каски L выбирается равной 2,22R-2,30R.
В результате того, что геометрия верхней части каски представляет собой торовую лобную поверхность, сопряженную сглаживающей поверхностью с торовой затылочной поверхностью, сдвинутой назад и вверх относительно лобной поверхности, каска вытянута назад. Это приводит к тому, что центр масс каски расположен ближе к центру масс головы летчика, увеличивает зазор между головой и каской в затылочной области. Увеличенный зазор между головой летчика и каской в затылочной зоне позволяет размещать в ней амортизатор 5, подвесную систему, затылочную подушку с установленным в нее компенсатором притяга кислородной маски и другого необходимого оборудования. При этом смещение затылочной зоны каски назад (т.е. смещение части массы каски назад) в комплексе со смещением других узлов шлема назад значительно улучшает центровку шлема на голове, что значительно улучшает эксплуатационные свойства шлема. Затылочная зона 9 сопряжена со сглаживающей зоной 10 с одной стороны и переходит в шейную зону 18 с другой стороны. С боков затылочная зона 9 ограничена боковыми зонами 11.
Указанные диапазоны размеров каски выбраны из условия ее оптимальности: при увеличении диапазонов увеличивается масса каски и снижается комфортность каски, а при уменьшении диапазонов также снижается ее комфортность.
Каска снабжена амортизатором 5. Амортизатор служит для поглощения энергии удара при сжатии и дублирует работу подвесной системы по защите от ударов. Второе его назначение - это резервирование объема для размещения плоских элементов дополнительного и необходимого оборудования, т.е. возможность интеграции дополнительных узлов оборудования в защитный шлем лишь с незначительной доработкой каски шлема.
Амортизатор установлен на внутреннюю поверхность каски 1. Наружная поверхность амортизатора 5 (фиг.3) плотно прилегает к внутренней поверхности каски. В теменной и затылочной областях амортизатор 5 прикреплен текстильными застежками 6 к каске.
1
Амортизатор 5 каски 1 (фиг.7, 8) отформован из пористого материала - пенополистирола и повторяет форму черепа пользователя, с учетом зазора для размещения комфортной подвесной системы шлема. Средняя толщина амортизатора H=0,1R.
10
1
1
3
Размеры амортизатора выбирают с учетом зазора между черепом и амортизатором. Ширина L амортизатора 5 выполнена равной 1,67R. Наружная поверхность 19 амортизатора 5 совпадает с внутренней поверхностью каски 1. Передняя кромка амортизатора расположена под углом α=122-130° относительно вертикали, проходящей через O радиуса R.
Внутренняя поверхность 21 амортизатора эквидистантна поверхности головы и выполнена с учетом зазора между поверхностью головы и амортизатором 0,07R-0,09R для размещения в зазоре элементов регулируемой подвесной системы (лент, подушек).
С боковых сторон (в зонах ушных раковин) выполнены полукруглые вырезы 23 для установки в этой области корпусов наушников в защитном шлеме.
На наружной поверхности 19 амортизатора (вдоль плоскости симметрии) от лобной до затылочной части выполнен паз 20 прямоугольного сечения (продольное неглубокое углубление). В пазу 20 расположены (приклеены) элементы 6 (фиг.8) текстильных застежек («ворсовых молний») для его крепления к каске 1 шлема и фиксации амортизатора от смещения или сдвига относительно каски. В лобной и затылочной части амортизатора выполнены прямоугольные сквозные отверстия 24, сквозь которые к каске крепят ленты (растяжки) мягкой комфортной подвесной системы шлема, исключающей местные (локальные) давления на голову пользователя при плотной подгонке шлема.
Каска снабжена кожухом светофильтра 2 (фиг.2). Кожух светофильтра 2 предназначен для защиты смотрового щитка (светофильтра) от царапин, потертостей и других мелких повреждений, возникающих при касании за интерьер и остеклении кабины пилота, ухудшающих оптические свойства. А также предназначен для установки и закрепления на нем как существующих серийных визирных устройств, так и перспективных визирных устройств, устанавливаемых на тот же узел крепления и регулировки.
Кожух светофильтра 2 установлен сверху каски и закреплен винтами 27 на боковых зонах 11 (фиг.5, 6) и на теменной зоне 10 (фиг.3). Кожух выполнен в виде (фиг.9) торовой поверхности эквидистантной поверхности лобной зоны 8 каски шлема. Кожух светофильтра 2 образован лобной зоной кожуха 28, сопряженной с конусной зоной кожуха 29. Задний обрез конусной зоны 29 прилегает к каске 1 шлема. Лицевой обрез кожуха 2 выполнен эквидистантным к лицевому вырезу каски 1 шлема.
Кожух светофильтра 2 выполнен из нескольких слоев ткани из высокопрочных арамидных нитей, пропитанных связующим. Такая структура материала обеспечивает достаточную жесткость и малую массу кожуха.
Кожух снабжен узлом крепления и регулировки визирных устройств 4, установленным на выступе 26 поверхности лобной зоны 28 кожуха (фиг.1, 2).
На поверхности лобной зоны кожуха 28 выполнен выступ 26 для установки узла крепления и регулировки визирных устройств 4 (фиг.1, 9, 10). Узел крепления и регулировки визирных устройств 4 установлен в прямоугольном сквозном отверстии 30, выполненном на плоской площадке выступа кожуха 26. Площадка расположена к кожуху 2 под заранее заданным углом, который обеспечивает установку устройств дополнительного оборудования, не требуя применения дополнительных промежуточных кронштейнов.
На поверхности кожуха 2 в трех точках его крепления к каске 1 выполнены полукруглые, вдавленные внутрь площадки 31 (фиг.1, 2, 9), прилегающие к каске 1. На площадках выполнены круглые отверстия под крепежные невыпадающие винты 27. Кожух светофильтра 2 закреплен на наружной поверхности каски в трех точках тремя невыпадающими винтами 27 (фиг.1), что позволяет устанавливать на каску шлема (на те же самые точки крепления) единые блоки визирных устройств других конструкций, включающих в себя визирные экраны, светофильтры, оптические и электронные устройства, установленные внутри кожуха. Что значительно расширяет возможность изготовления различных исполнений шлема. С левой стороны лицевого обреза кожуха выполнен трапецеидальный вырез 32 (фиг.1, 9), под рукоятку управления светофильтра в верхнем (поднятом) его положении.
Узел крепления и регулировки визирных устройств 4 (фиг.1, 2, 10, 11, 12) представляет собой суппорт 3, установленный в прямоугольном отверстии 30 выступа 26. Суппорт 3 состоит из направляющей 33, сухаря 34, рамки 35, планки 36, плоской пружины 37, тянущих винтов 38, 39.
Направляющая 33 и сухарь 34 установлены на плоскости выступа 26 кожуха, сухарь 34 при этом вставлен в отверстие 30. Рамка 35, планка 36, плоская пружина 37 установлены на внутренней поверхности кожуха 2. Полученный пакет деталей скреплен крепежными винтами. Винт горизонтальной регулировки 38 соединяет направляющую 33 с сухарем 34, обеспечивая горизонтальное перемещение направляющей по стрелке Г при вращении винта 38. Винт вертикальной регулировки 39 соединяет сухарь 34 с рамкой 35, обеспечивая вертикальное перемещение сухаря 34 с направляющей 33 по стрелке Д при вращении винта 39 (фиг.10, 11, 12).
Пазы 25, выполненные в направляющей 33, предназначены для установки посадочного элемента визирного устройства, фиксируемого фиксаторами устройства в пазах 25 (фиг.10, 11).
Узел крепления и регулировки 4 (фиг.10) обеспечивает регулировку положения визирного устройства относительно глаза оператора в пределах ±6 мм по горизонтали, ±8 мм по вертикали.
Кожух светофильтра 2 с узлом крепления и регулировки 4 позволяет применять шлем как с серийными визирными устройствами, так и с перспективными устройствами различной конструкции и компоновки.
Каску изготавливают методом послойной выкладки в металлической матрице с последующим формованием. Формование каски производят давлением воздуха, подаваемого в герметичный резиновый мешок, вводимый во внутреннюю полость матрицы, при этом выдавливаются излишки связующего (смолы) и обеспечивают точную форму и толщину каски.
Устройство работает следующим образом. Амортизатор 5 служит для поглощения энергии удара при сжатии. При внешнем ударе уменьшается зазор между головой и каской 1, т.е. происходит сжатие пористого материала амортизатора, при этом поглощается энергия удара.
Использование предложенного решения обеспечивает надежную фиксацию каски на голове летчика, комфортное ношение за счет меньших габаритов каски и лучшего центрирования.
Спроектированная функциональная уплощенная и продолговатая форма каски минимально необходимых габаритов делает каску легкой и хорошо сцентрированной. Позволяет устанавливать на нее (в области шеи) и в нее (в области затылка) различные узлы визирных и электронных устройств без промежуточных кронштейнов или параллельных бобышек. При этом устройства, установленные снаружи каски, не будут выступать за ее обводы и будут незначительно изменять центровку шлема в целом. Внутренний объем каски 1 позволяет устанавливать амортизатор, регулируемые подвесные системы, наушники, ригельные замки креплений кислородной маски, мягкие комфортные элементы (подушки) и узлы размещенных визирных и электронных устройств. Такая компоновка каски существенно улучшает эксплуатационные свойства шлема, его функциональность, комфортность ношения и надежность фиксации на голове (в том числе и при установке различных устройств) вообще и особенно при возникающих перегрузках (до 9g).
Съемность амортизатора, обеспеченная ворсовыми молниями, позволяет устанавливать его различные исполнения, в том числе антропоадаптивный амортизатор, не требующий применения подвесной системы, то есть амортизатор, близкий к форме черепа пользователя, что существенно улучшает фиксацию шлема на голове и не требует регулировки подвесной системы по линии визирования и по размеру головы пользователя, кроме того, существенно упрощает конструкцию подвесной системы шлема.
Представленная компоновка шлема обеспечивает применение с ним как штатных серийных визирных устройств, так и перспективных, устанавливаемых как на штатный узел крепления, так и на места крепления кожуха (вместо кожуха светофильтра) при блочной конструкции визирного устройства.