СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ НЕПРОБИТИИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМИ ПОРАЖАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
METHOD FOR DETERMINING THE PROTECTIVE PROPERTIES OF PERSONAL PROTECTORS FOR HIGH-SPEED DEFEATABLE ELEMENTS

Изобретение относится к способам определения защитных свойств средств индивидуальной бронезащиты, преимущественно шлемов для головы, и может быть использовано также для определения защитных свойств других средств индивидуальной бронезащиты, например бронежилетов.
Основная особенность механического воздействия высокоскоростного поражающего элемента боеприпаса на современный композитный бронешлем проявляется в виде формирования выпучины со стороны тыльной поверхности шлема при его непробитии. Выпучина, преодолевая зазор между внутренней поверхностью шлема и наружной поверхностью головы, ударяет по ней так, что даже при отсутствии нарушения целостности костей черепа это приводит к изменению внутричерепного давления.
Известен способ определения ударостойкости бронешлемов с использованием биомеханического имитатора головы человека БИГ-2 (БИГ-1), при котором наносят удар телом с нормированной энергией по незащищенному макету головы человека, заполненному жидкостью, и удар телом с определенной энергией по защищенному средством индивидуальной защиты макету головы человека, регистрируют давление в жидкости, обусловленное ударом, и полученные значения максимальных давлений в жидкости используют для сравнения [1, 2].
Недостатком этого способа является то, что при ударах телом по незащищенному макету учитывается только максимальное давление в жидкости без определения импульса давления и его длительности, что не позволяет получить объективную оценку степени воздействия на объект при ударах. Это вызвано тем, что существующие методы записи и обработки быстропротекающих процессов приводят к появлению расходящихся результатов при использовании, например, различных фильтров для обработки сигналов. Кроме того, в этом способе не учитывается остаточная энергия ударного тела (ударника) после удара, что также снижает точность полученных результатов.
Известен также способ определения защитных свойств средств индивидуальной бронезащиты объекта [3], прототип, при котором наносят удар телом с нормированной энергией по незащищенному макету объекта, заполненному жидкостью, и удар телом с определенной энергией по защищенному средством индивидуальной защиты макету объекта, регистрируют давление в жидкости, обусловленное ударом, и сравнивают полученные результаты, дополнительно регистрируют положительный импульс давления в жидкости I и длительность положительного импульса t, рассчитывают отношение положительного импульса давления к длительности импульса I/t для каждого удара и полученные значения используют для сравнения.
Недостатком этого способа является то, что для реализации удара телом с нормированной энергией по незащищенному макету объекта, заполненному жидкостью, используют маятниковый копер, см. фиг. 1 [3], а для реализации удара телом с нормированной энергией по защищенному макету объекта, заполненному жидкостью, используют пули патронов стрелкового оружия, причем масса и скорость ударника копра существенно отличаются от массы и скорости поражающих элементов боеприпасов. Это приводит к некорректной оценке средней мощности воздействия высокоскоростных поражающих элементов как на незащищенный макет (модели БИГ-2 и БИГ-1 [4]), так и на защищенный бронешлемом.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение достоверности и совместимости результатов за счет, во-первых, использования для тарирования результатов воздействий по незащищенной модели головы патронов с пулями травматического оружия и, во-вторых, повышения точности измеряемых параметров существующими методами записи и обработки измерений с расчетом максимального из среднедействующих значений критерия внутриполостного (реже внутричерепного) давления для заданного интервала времени оценки:
0
2
1
где  - функция, отражающая изменение отношения величины избыточного давления Δр(t) внутри полости макета к атмосферному давлению р во времени (предлагаемая размерность, по аналогии с перегрузкой, когда результирующее ускорение делим на ускорение свободного падения и получаем размерность [g], здесь можно использовать размерность [атм]); w - показатель степени, равный 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 и 2,5; (t-t) - интервал времени, в течение которого оценивается максимальное из среднедействующих значений критерия внутриполостного давления, например, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, …, 36 мс.
2
1
i
2
1
w
Далее для каждого заданного значения показателя степени w и соответствующего массива данных значений функции  и аргумента (t-t) строится график функции максимального из среднедействующих значений критерия внутриполостного давления для заданных интервалов времени ICP=ICP(t-t) в виде кривой (реже ломаной), которые и используют для сравнения.
Применение пуль патронов травматического оружия для тарирования модели головы, в отличие от ударов маятникового копра, позволяет провести сопоставление известной (собранной) статистики по нелетальной травме пострадавших от пуль патронов травматического оружия и регламентированной производителем патронов энергии удара пуль, приводящих к повреждениям различной степени тяжести. Так, например, пусть для пуль заданного травматического оружия с величиной кинетической энергии удара 30, 60 и 90 Дж, статистически установлены вероятности (частости) нанесения травмы легкой, средней и тяжелой степени тяжести соответственно. Используя эти же пули патронов травматического оружия при воздействиях по незащищенной модели головы для каждой величины кинетической энергии удара 30, 60 и 90 Дж строятся нормированные графики функции , которые и будут соответствовать вероятности нанесения травмы той или иной установленной степени тяжести нанесения вреда здоровью пострадавшего.
2
1
i
Используя пули патронов штатного стрелкового оружия (или имитаторы осколков, например по Stanag 2920) для воздействия по защищенной бронешлемом модели головы, при условии непробития бронешлема поражающим элементом боеприпаса, регистрируют изменение величины внутриполостного давления во времени также с расчетом максимального из среднедействующих значений критерия внутриполостного давления для заданного интервала времени по формуле (3). Для каждого заданного значения показателя степени w и соответствующего массива данных значений функции  и аргумента (t-t) строятся графики функции  в виде кривых, которые и сравнивают с нормированными по вероятности (частости) нанесения травмы заданной степени тяжести графиками функции . Если выполняется неравенство , т.е. кривая  находится выше кривой , то вероятность (частость) прогнозируемой степени тяжести нанесения вреда здоровью объекту защиты при условии непробития бронешлема поражающим элементом боеприпаса будет не ниже нормированной.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображен схематично стенд для осуществления предлагаемого способа, а на фиг. 2 изображены зависимости давления в жидкости, заполняющей имитатор, от времени протекания процесса.
Стенд для осуществления предлагаемого способа (фиг. 1) содержит имитатор головы человека 1, состоящий из эллипсоидной оболочки 2 с внутренним объемом, соответствующим среднему объему полости черепа, и заполненный жидкостью, и основания 3, закрепленного жестко на подставке 4. Внутри жидкости в оболочке 2 установлен преобразователь давления 5, который соединен с регистрирующей аппаратурой 6.
Для нанесения ударов с нормированной энергией по имитатору 1 применяется травматическое оружие, например пистолет МР-80-13Т «Макарыч», и 9-мм патроны РА с резиновой пулей и энергией удара по объекту не более 30, 60 и 90 Дж. Средство индивидуальной защиты (бронешлем) 7 устанавливается на имитаторе 1 при проверке его защитных свойств.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
На первом этапе осуществляется сбор статистического материала о пострадавших в результате применения пуль травматического оружия с энергией удара по объекту 30, 60, 90 Дж и устанавливается соответствие энергии удара вероятности (частости) травмы той или иной степени тяжести причинения вреда здоровью пострадавшего.
2
1
i
На втором этапе выполняют выстрелы по незащищенному шлемом баллистическому имитатору головы 1 из травматического оружия пулями с заданной энергией удара, например 30, 60 и 90 Дж. Во время проведения опытов регистрируют: скорость пули V и с помощью аппаратуры 6 измерение величины избыточного давления внутри полости с жидкостью Δp(t) во времени (фиг. 2) и рассчитывают максимальное из среднедействующих значений критерия внутриполостного давления для заданного интервала времени оценки по формуле (3). Далее для каждого заданного значения показателя степени w и соответствующего массива данных значений функции  и аргумента (t-t) строятся нормированные графики функции , которые соответствуют вероятности (частости) нанесения травмы той или иной установленной степени тяжести вреда здоровью пострадавшего.
у
Дополнительно рассчитывают энергию удара пули травматического оружия по имитатору Е (она должна соответствовать заданной производителем) и величину переданной энергии удара имитатору (модели) головы, например, определяя скорость отскока пули от имитатора головы с помощью скоростной видеосъемки.
2
1
i
На третьем этапе на имитатор 1 устанавливают средство индивидуальной защиты (например, бронешлем) и производят выстрел из штатного образца стрелкового оружия (или используют имитатор осколка). В процессе удара пули (имитатора осколка) по шлему и его непробитии также регистрируют скорость пули V и с помощью аппаратуры 6 измерение величины избыточного давления внутри полости с жидкостью во времени и рассчитывают максимальное из среднедействующих значений критерия внутриполостного давления для заданного интервала времени оценки по формуле (3). Для каждого заданного значения показателя степени w и соответствующего массива данных значений функции  и аргумента (t-t) строятся графики функции  в виде кривых (реже ломаных, см. фиг. 3), которые и сравнивают с нормированными по вероятности нанесения травмы заданной степени тяжести графиками функции . Если выполняется неравенство , т.е. кривая находится  выше кривой , то вероятность (частость) прогнозируемой степени тяжести нанесения вреда здоровью объекту защиты при условии непробития бронешлема поражающим элементом боеприпаса будет не ниже нормированной. Если выполняется неравенство , т.е. кривая  находится ниже кривой , то вероятность (частость) прогнозируемой степени тяжести нанесения вреда здоровью объекту защиты при условии непробития бронешлема поражающим элементом боеприпаса будет равна нулю.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить достоверность и совместимость результатов испытаний бронешлемов на имитаторе головы с обоснованием ожидаемой (прогнозируемой) вероятности степени тяжести зашлемной травмы при условии его непробития поражающим элементом боеприпаса. За счет, во-первых, использования для тарирования результатов воздействий по незащищенной модели головы патронов травматического оружия с известной статистикой вероятности травмирования и, во-вторых, повышения точности измеряемых параметров существующими методами записи и обработки измерений с расчетом функции максимального из среднедействующих значений критерия внутриполостного давления для заданных интервалов времени оценки.
Источники информации
1. Патент (полезная модель) 7537. Модель головы человека биомеханическая. / А.В. Морозкин, Д.К. Швайков, Ю.Г. Ивлиев, НИИстали, заявл. 97110792 от 04.07.97, опубл. 16.08.98.
2. Сильников М.В., Химичев В.А. Средства индивидуальной бронезащиты // Учебное пособие // под общ. ред. В.П. Сильникова. – СПб.: Фонд "Университет", 2000. - С. 341…343.
3. Патент RU 2254544 С2. 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, опубл. 20.09.2004.
4. Разработка стенда для оценки контузионной травмы головы при непробитии общевойскового шлема / И.И. Грачев, А.А. Котосов, Д.Ю. Ковалев, М.В. Тюрин; под общ. ред. А.А. Котосова. - Пенза: ПАИИ, 2013. - 308 с.