兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 231220-.doi: 10.12382/bgxb.2023.1220
贾时雨1, 王成1,*(), 徐文龙2,**(
), 马东1, 齐方方1
收稿日期:
2023-12-28
上线日期:
2024-04-19
通讯作者:
基金资助:
JIA Shiyu1, WANG Cheng1,*(), XU Wenlong2,**(
), MA Dong1, QI Fangfang1
Received:
2023-12-28
Online:
2024-04-19
摘要:
冲击波防护能力是单兵头盔的主要性能指标,对提高单兵战场生存能力具有重要意义。为了提高单兵头盔的冲击波防护性能,针对先进战斗头盔内衬的结构以及布置方式展开探索,提出环形聚脲-聚氨酯泡沫-海绵复合材料外沿内衬设计,并进行防护性能评估。通过激波管和实爆,针对有/无头盔以及装配不同结构及尺寸外沿内衬头盔的冲击波防护性能展开测试,对前额、颅顶及后脑3个重点区域位置表面的冲击波波形以及压力峰值进行对比分析。实验结果表明:佩戴头盔后冲击波主要通过头-头盔间隙以绕射的形式进入并作用于头部表面,间隙内冲击波聚集叠加反而可能会使压力增强,且由于叠加汇聚效应往往导致距离爆源较远的位点,容易形成局部高压区;环形聚脲-聚氨酯泡沫-海绵复合材料外沿内衬可以有效阻挡绕射波进入头盔内部、减弱绕射波叠加效应,各测点冲击波超压衰减率均可达40%以上;在所采用的入射冲击波(弱冲击波)条件下,冲击波作用过程中形成的间隙越小,防护效果越好;当聚脲-聚氨酯泡沫材料宽度为15mm时外沿内衬与头模贴合程度最好且防护效果最优,外场爆炸实验结果显示,前额、颅顶和后脑位置超压衰减率分别可高达92.26%、88.82%和87.19%。
中图分类号:
贾时雨, 王成, 徐文龙, 马东, 齐方方. 环形复合内衬头盔冲击波防护性能研究[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231220-.
JIA Shiyu, WANG Cheng, XU Wenlong, MA Dong, QI Fangfang. Protective Performance of Helmet with Annular Composite Liner[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(1): 231220-.
工况 | 名称 | 聚脲宽度/ mm | 泡沫宽度/ mm | 海绵宽度/ mm |
---|---|---|---|---|
1 | AL-10 | 10 | 10 | 10 |
2 | AL-15 | 15 | 15 | 5 |
3 | AL-20 | 20 | 20 | |
4 | AL-0 | 20 | ||
5 | No-AL | |||
6 | 裸头模 |
表1 不同工况内衬宽度参数
Table 1 Width parameters of different liners
工况 | 名称 | 聚脲宽度/ mm | 泡沫宽度/ mm | 海绵宽度/ mm |
---|---|---|---|---|
1 | AL-10 | 10 | 10 | 10 |
2 | AL-15 | 15 | 15 | 5 |
3 | AL-20 | 20 | 20 | |
4 | AL-0 | 20 | ||
5 | No-AL | |||
6 | 裸头模 |
名称 | 防护性能指标 | 前额 | 颅顶 | 后脑 |
---|---|---|---|---|
裸头模 | 超压/kPa | 45.46 | 20.64 | 18.56 |
No-AL | 超压/kPa | 46.74 | 9.51 | 31.59 |
超压衰减率/% | -2.82 | 53.92 | -70.20 | |
AL-10 | 超压/kPa | 6.72 | 5.12 | 9.77 |
超压衰减率/% | 85.22 | 75.19 | 47.36 | |
AL-15 | 超压/kPa | 1.18 | 4.45 | 9.07 |
超压衰减率/% | 97.40 | 78.44 | 51.13 | |
AL-20 | 超压/kPa | 3.68 | 5.62 | 10.24 |
超压衰减率/% | 91.90 | 72.77 | 44.83 | |
AL-0 | 超压/kPa | 12.39 | 8.68 | 14.38 |
超压衰减率/% | 72.75 | 57.95 | 22.52 |
表2 不同工况各测点超压峰值及超压衰减率
Table 2 Peak value and attenuation rate of overpressure at eachmeasuring point under different conditions
名称 | 防护性能指标 | 前额 | 颅顶 | 后脑 |
---|---|---|---|---|
裸头模 | 超压/kPa | 45.46 | 20.64 | 18.56 |
No-AL | 超压/kPa | 46.74 | 9.51 | 31.59 |
超压衰减率/% | -2.82 | 53.92 | -70.20 | |
AL-10 | 超压/kPa | 6.72 | 5.12 | 9.77 |
超压衰减率/% | 85.22 | 75.19 | 47.36 | |
AL-15 | 超压/kPa | 1.18 | 4.45 | 9.07 |
超压衰减率/% | 97.40 | 78.44 | 51.13 | |
AL-20 | 超压/kPa | 3.68 | 5.62 | 10.24 |
超压衰减率/% | 91.90 | 72.77 | 44.83 | |
AL-0 | 超压/kPa | 12.39 | 8.68 | 14.38 |
超压衰减率/% | 72.75 | 57.95 | 22.52 |
名称 | 防护性能指标 | 前额 | 颅顶 | 后脑 |
---|---|---|---|---|
裸头模 | 超压/kPa | 184.13 | 124.01 | 181.25 |
No-AL | 正压/kPa | 97.17 | 44.78 | 64.68 |
负压/kPa | -97.36 | |||
超压衰减率/% | 47.23 | 63.89 | 64.31 | |
AL-10 | 正压/kPa | 22.54 | 26.48 | 32.08 |
负压/kPa | -117.52 | |||
超压衰减率/% | 87.76 | 78.65 | 82.30 | |
AL-15 | 正压/kPa | 14.26 | 13.87 | 23.21 |
负压/kPa | -103.77 | |||
超压衰减率/% | 92.26 | 88.82 | 87.19 | |
AL-20 | 正压/kPa | 19.86 | 17.32 | 18.97 |
负压/kPa | -136.24 | |||
超压衰减率/% | 89.21 | 86.03 | 89.53 | |
AL-0 | 正压/kPa | 41.83 | 37.30 | 105.05 |
负压/kPa | -47.24 | -123.38 | ||
超压衰减率/% | 77.28 | 69.92 | 42.04 |
表3 不同工况各测点超压峰值及超压衰减率
Table 3 Peak value and attenuation rate of overpressure at eachmeasuring point under different conditions
名称 | 防护性能指标 | 前额 | 颅顶 | 后脑 |
---|---|---|---|---|
裸头模 | 超压/kPa | 184.13 | 124.01 | 181.25 |
No-AL | 正压/kPa | 97.17 | 44.78 | 64.68 |
负压/kPa | -97.36 | |||
超压衰减率/% | 47.23 | 63.89 | 64.31 | |
AL-10 | 正压/kPa | 22.54 | 26.48 | 32.08 |
负压/kPa | -117.52 | |||
超压衰减率/% | 87.76 | 78.65 | 82.30 | |
AL-15 | 正压/kPa | 14.26 | 13.87 | 23.21 |
负压/kPa | -103.77 | |||
超压衰减率/% | 92.26 | 88.82 | 87.19 | |
AL-20 | 正压/kPa | 19.86 | 17.32 | 18.97 |
负压/kPa | -136.24 | |||
超压衰减率/% | 89.21 | 86.03 | 89.53 | |
AL-0 | 正压/kPa | 41.83 | 37.30 | 105.05 |
负压/kPa | -47.24 | -123.38 | ||
超压衰减率/% | 77.28 | 69.92 | 42.04 |
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