СКОРОСТНОЙ ЗАЩИТНЫЙ ШЛЕМ

Полезная модель относится к индивидуальным средствам защиты мотоциклиста или летчика спортивного самолета. Полезная модель «Скоростной защитный шлем» предназначена для использования при больших скоростях движения, как в мотоспорте, так и в качестве индивидуального средства защиты пилота спортивной авиации или пилота при катапультировании на большой скорости.
Специальные аэродинамические исследования показали наличие циклических вихревых образований на тыльной стороне круглых обтекаемых тел типа шаровидных.
Известно техническое решение по патенту SU №1784498, 1993 г. для предотвращения опрокидывания транспортного средства включающее наклономер, выполненный в виде маятника груза, укрепленного на опоре, связанной с корпусом транспортного средства и электрический сигнализатор предельно допустимого угла наклона. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, за счет предупреждения аварийных ситуаций при засыпании водителя, а также при ударных воздействиях. Действительно, в данном изобретении существенно расширяются функциональные возможности устройства. Однако, даже без засыпания на скорости превышающую 90 км и тем более на скорости современных гоночных мотоциклов 250-300 км в час и более, появляется аэродинамическое явление неупорядоченного турбулентного обтекания шлема с отрывом обтекаемого потока то слева, то справа (пульсирующая «дорожка Кармана»), Фиг.1. Сила знакопеременных пульсаций достигает 12-16 кг. Создается аварийная ситуация, устранение которой аналогом не предусмотрено.
Известно техническое решение по патенту RU 2100946, 1998 г., которое «при аварийных ситуациях позволяет быстро и безболезненно освободить голову пострадавшего. Легкость монтажа и демонтажа без применения специальных инструментов создает удобства пользования в дороге. На шлеме монтируется ограждающая сигнализация, которая дублирует сигнализацию, находящуюся на мотоцикле, и работает с ней синхронно». Действительно, легкость монтажа и демонтажа этого технического решения (аналога) позволяет быстро и безболезненно освободить голову пострадавшего, однако оно не предусматривает снижения интенсивности и величины знакопеременных нагрузок на защитный шлем, т.е. не предусматривает устранения аварийной ситуации на высокой скорости движения.
Известно техническое решение по патенту SU 1356282, 1993 г, принятое за прототип, в котором устранение аварийных ситуаций происходит за счет «защиты защитного стекла шлема от конденсации влаги, а также увеличения равномерности теплосъема с поверхности лица оператора, работающего в шлеме». В прототипе срезы выходных торцов щелевых струйных насадок для выравнивания полей скоростей выполняют по дугам окружностей, центры которых совпадают с вершинами струйных насадок и осью вращения образующей защитного стекла. Выйдя из струйных насадок, вентилирующий газ распространяется по поверхности защитного стекла, создавая защитную газовую пелену около его поверхности. Таким образом, обеспечивается чистое защитное стекло и уменьшается возможность аварийных ситуаций за счет улучшения видимости при движении. Недостатком прототипа является наличие больших воздушных знакопеременных нагрузок на шлем при скорости движения более 90 км/ч, создающих аварийную ситуацию. Устранение этих пульсаций прототипом не предусмотрено. Исключить этот недостаток можно за счет уменьшения разности давлений в зонах зарождения вихрей на поверхности шлема.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является уменьшение интенсивности и устранение цикличности вихрей отрывающихся от шлема с силой 30-40 кг (что следует из эксперимента), при скорости движения около 300 км/ч. Согласно полезной модели заявляемый технический результат достигается тем, что скоростной шлем, содержащий конструктивные наружные насадки снабжен аэродинамической поверхностью в виде системы вертикальных и горизонтальных профилированных гребней, не менее одного в каждой плоскости.
Полезная модель поясняется следующими фигурами чертежей:
Фиг.1 - Циклический отрыв вихрей, «дорожка Кармана», с круглого обтекаемого тела.
Фиг.2 - Снижение разности давлений на шаровидной поверхности при установке разделительной пластины (шайбы).
Фиг.3 - Физическая картина обтекания шара при установке разделительной пластины («дорожка Кармана» практически отсутствует).
Фиг.4 - Скоростной защитный шлем по предмету полезной модели и эпюра воздушных и эпюры скоростей на нем.
Фиг.5 - Результаты математического моделирования горизонтального гребня по предмету полезной модели при скорости потока 50 м/сек (180 км/ч).
Фиг.6 - Результаты математического моделирования вертикального гребня по предмету полезной модели при скорости потока 50 м/сек (180 км/ч).
Скоростной защитный шлем 1, по предмету полезной модели, содержит на наружной поверхности горизонтальные профилированные гребни 2 и вертикальные профилированные гребни 3.
Работает скоростной защитный шлем следующим образом. При воздействии набегающего потока 4 на шлем 1, поток 4 разделяется на зоны (Фиг.2, 3), определенными аэродинамическими поверхностями в виде гребней 2 и 3 (Фиг.4). Так, в горизонтальной плоскости поток 4 делится на потоки 5 и 6, а в вертикальной - на потоки 7, 8, 9 на левой стороне шлема, если смотреть на шлем сверху, навстречу потоку, и - на симметричные потоки 10, 11, 12, на правой стороне (не показаны). Каждая из этих зон имеет самостоятельный участок течения от разделенного набегающего потока 4 и не взаимодействует с сопряженной рядом расположенной зоной, по крайней мере, на толщине пограничного слоя шлема в отдельной зоне. Следовательно, возникший местный отрыв пограничного слоя в одной зоне не провоцирует отрыв пограничного слоя в другой и, не имея соседней подпитки энергии (дорожка Кармана) затухает. Имеет место процесс безотрывного саморегулирования, который виден на фотографиях (Фиг.5, 6) процесса обтекания шаровидной поверхности на скорости потока 50 м/сек при вертикальной горизонтальном гребне. Видно полное отсутствие пульсации на эпюре скоростей и сжатие спутной струи за моделью. Таким образом, созданная система разделения набегающего потока на специально обтекаемые аэродинамические зоны исключает циклическую передачу энергии из зоны в зону и исключает провоцирование местного отрыва потока. При этом, знакопеременные циклические нагрузки на шлем исключаются, и исключается дополнительная опасность от таких нагрузок, т.е. аварийная ситуации при движении с большой скоростью. Необходимо отметить, что при установке гребней по предмету полезной модели вес шлема по сравнению с гладким возрастает на 5-7% а прочность на 200-220% за счет увеличения строительной высоты местных сечений шлема с гребнями.
Таким образом, заявленная полезная модель решает проблему исключения аварийной ситуации при движении с большой скоростью, когда возникают циклические воздушные нагрузки.