CN112013717A - 一种军用仿生防护头盔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种军用仿生防护头盔，包括盔壳和设置在所述盔壳内的内衬，所述内衬具有与所述盔壳的内表面相配合的外轮廓和位于所述外轮廓的内侧并与人的头部相接触的内轮廓，所述外轮廓满足曲线方程y＝‑0.0054x²‑0.0091x+161.91，所述内轮廓满足曲线方程y＝‑0.0042x²‑0.0378x+103.54，所述外轮廓和所述内轮廓沿曲线y＝‑0.0108x²+1.831x+12.272从左向右延伸形成所述内衬。该军用仿生防护头盔结构简单，把具有缓冲吸能效果的生物体结构的特征应用到头盔的内衬的设计中去，从而可把受到的冲击载荷大部分进行分解，达到保护头部的作用。

Description

一种军用仿生防护头盔

技术领域

本发明涉及***冲击防护技术领域，具体涉及一种军用仿生防护头盔。

背景技术

目前国际反恐形式十分严峻，***、枪击以及小规模战争等恶性恐怖事件时有发生，严重的威胁到社会安定和人民的生命财产安全。为有效防止恐怖事件中人员的损伤，一个有效的防护装置必不可少，特别是对于头部的防护，更是重中之重。

现有的军用防护头盔多为一种材料支撑，或单一的多孔结构，不能实现很好的冲击吸收和缓冲作用，且大部分的防弹钢盔的重量很重，无论是在便携性、机动性以及舒适性上都存在缺点。同时，结构形式设计上较为单一，无法很好的解决根本需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种改进的军用仿生防护头盔。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种军用仿生防护头盔，包括盔壳和设置在所述盔壳内的内衬，所述内衬具有与所述盔壳的内表面相配合的外轮廓和位于所述外轮廓的内侧并与人的头部相接触的内轮廓，所述外轮廓满足曲线方程y＝-0.0054x²-0.0091x+161.91，所述内轮廓满足曲线方程y＝-0.0042x²-0.0378x+103.54，所述外轮廓和所述内轮廓均沿曲线y＝-0.0108x²+1.831x+12.272从左向右延伸形成所述内衬。

优选地，所述内衬呈从外向内设置的多层结构，每一层均包括多个顺序间隔设置的吸能晶胞和填充在各个所述吸能晶胞之间的填充物，相邻两层之间通过缓冲层分隔，每个所述吸能晶胞均包括第一轮廓面和位于所述第一轮廓面内侧的第二轮廓面，所述第一轮廓面和所述第二轮廓面的端部相交，每个所述吸能晶胞均具有中心平面，所述第一轮廓面和所述第二轮廓面均分别对称设置在所述中心平面的相对两侧，所述第一轮廓面满足曲线方程

所述第二轮廓面满足曲线方程

进一步地，位于同一层的各所述吸能晶胞的结构尺寸均相同，且位于同一层的各所述吸能晶胞的所述中心平面相平行设置。

更进一步地，从外向内，各层所述吸能晶胞的尺寸逐渐增大，和/或各层所述吸能晶胞的数量逐渐减小。

更进一步地，从外向内，各层所述吸能晶胞的高度尺寸以2的指数倍增大，和/或各层所述吸能晶胞的数量以2的指数倍减小。

进一步地，从外向内，各层所述吸能晶胞之间的所述填充物的填充密度逐渐增大。

更进一步地，所述内衬从外向内设置有三层，从外向内，各层所述吸能晶胞之间的所述填充物的填充密度比为1:2:7。

进一步地，所述缓冲层采用多层碳纤维填充夹层结构，所述填充物采用泡沫填充物，所述吸能晶胞采用弹性金属材料。

进一步地，所述吸能晶胞为空心结构，壁厚为0.6-1.2mm。

优选地，所述盔壳包括内层壳体和设置在所述内层壳体外部的外层壳体，所述内层壳体采用ABS树脂材料或玻璃钢材料制成，所述外层壳体采用低克芳纶布平纹织物制成。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的军用仿生防护头盔结构简单，把具有缓冲吸能效果的生物体结构的特征应用到头盔的内衬的设计中去，从而可把受到的冲击载荷大部分进行分解，达到保护头部的作用。

附图说明

附图1为螳螂虾前鳌正面简化轮廓曲线；

附图2为螳螂虾前鳌侧面简化轮廓曲线。

附图3为本发明的军用仿生防护头盔的正视图；

附图4为附图3中沿A-A线的剖视图(只示意出部分吸能晶胞)；

附图5为附图4中A处局部放大图；

附图6为本发明的军用仿生防护头盔的侧视图；

附图7为附图6中沿B-B线的剖视图；

附图8为本发明的军用仿生防护头盔的内衬的展开图；

附图9为附图8中B处局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

如图3～图7所示，本发明的军用仿生防护头盔包括盔壳1和设置在盔壳1的内侧的内衬2。

内衬2具有外轮廓2a和内轮廓2b，外轮廓2a与盔壳1的内表面相配合，内轮廓2b位于外轮廓2a的内侧，人在佩戴头盔时，内轮廓2b与人的头部相接触。

内衬2的外形轮廓曲线类似于螳螂虾的前鳌的外形。具体的，外轮廓2a满足曲线方程y＝-0.0054x²-0.0091x+161.91，内轮廓2b满足曲线方程y＝-0.0042x²-0.0378x+103.54，外轮廓2a和内轮廓2b均沿曲线2c y＝-0.0108x²+1.831x+12.272从左向右延伸，从而形成本申请的内衬2，如图1和图2所示。

具体的，如图4、图5、图8和图9所示，内衬2呈由外向内设置的多层结构，每一层均包括多个顺序间隔设置的吸能晶胞21和填充在各个吸能晶胞21之间的填充物22，相邻两层之间通过缓冲层23分隔。

每个吸能晶胞21均为空心结构，其截面为类铃铛形。具体的，每个吸能晶胞21均包括第一轮廓面21a和位于第一轮廓面21a内侧的第二轮廓面21b，第一轮廓面21a和第二轮廓面21b的端部相交。每个吸能晶胞21均具有中心平面，第一轮廓面21a和第二轮廓面21b均分别对称设置在中心平面的相对两侧。

吸能晶胞21类似于螳螂虾的前鳌的内腔结构，具体的，第一轮廓面21a满足曲线方程

第二轮廓面21b满足曲线方程

螳螂虾的虾螯能够承受较高强度的冲击，并能够通过自身结构吸收冲击能量，呈现出优异的高强、止裂、耐冲击等特性。具体的，虾螯能够承受超过700N的瞬时冲击力，最大冲击速度和加速度分别达到23m/s和1.02×105m/s2。螳螂虾的前鳌的前端趾顶部为与外界载荷接触部分，其最外层结构由类似水晶矿物质组成，内层由平行的层叠状纤维结构组成，坚硬的外层和稍软的内层共同组成抗冲击区域。通过断面显微观察，可以发现前鳌的内部存在一个类似于铃铛一样的腔体结构。本发明的内衬2的结构类似于螳螂虾的前鳌的的结构，同样能够承受较高强度的冲击。

优选位于同一层的各吸能晶胞21的尺寸均相同，且位于同一层的各吸能晶胞21的中心平面均相平行设置。

从外向内，各层吸能晶胞21的尺寸逐渐增大，优选各层吸能晶胞21的高度尺寸以2的指数倍增大。

从外向内，各层吸能晶胞21的数量逐渐减少，优选各层吸能晶胞21的数量以2的指数倍减小。

从外向内，各层吸能晶胞21之间的填充物23的填充密度逐渐增大。

具体的，在本实施例中，从外向内，内衬2共设置有三层，从外向内各层吸能晶胞21的高度的比值为L1：L2：L3＝1：2：4，从外向内各层吸能晶胞21之间的填充物22的密度的比值为ρ1：ρ2：ρ3＝1：2：7。

柚子的中果皮结构是一种具有密度渐变过程的结构，在孔径大小的变化过程中无明显分界线，属于一种连续过渡的形式，本申请中，各层吸能晶胞21的高度尺寸以2的指数倍增大的结构形式与柚子皮中的孔径增大的趋势相近，各层吸能晶胞21之间的填充物22的密度的梯度变化形式与柚子皮中的各孔径厚度分布趋势相近。柚子是果实最大的柑橘类果实，柚子树能长到15m高，最重的柚子能有6kg。在自然条件下，柚子皮能保护饱含水分的柚子囊，从树上掉落而不损坏，柚子皮的缓冲性能可见一斑。本申请中，各层吸能晶胞21的高度的梯度变化趋势及各层吸能晶胞21之间的填充物22的密度的变化梯度是通过仿柚子的中果皮梯度变化得到，其具有很好的缓冲保护作用。

盔壳1包括内层壳体和设置在内层壳体外部的外层壳体，内层壳体采用ABS树脂材料或玻璃钢材料制成，外层壳体采用低克芳纶布平纹织物制成。

吸能晶胞21的材料可采用弹性的弹簧钢等弹性金属材料，吸能晶胞21的壁厚为0.6-1.2mm。

填充物22的材料可采用泡沫填充物，如聚氨酯、EPS、EPP、EPO等硅橡胶材等。

缓冲层23采用多层碳纤维填充夹层结构。

综上所述，本发明将螳螂虾前鳌的腔体结构及其与外部接触面的轮廓曲线应用于头盔的内衬的设计中去，并结合柚子皮分层梯度变化的晶胞尺寸特点，设计了一种耦合仿生缓冲内衬结构，应用于军用防护头盔。该头盔的防护性能有较大的提升，有效地提高了结构的缓冲防护能力。内部仿生缓冲内衬结构能够有效地降低冲击产生的瞬间载荷，同时延缓冲击作用的时间，保护头部不受到巨大的损伤；另一方面，分层的多孔结构在一定程度上减轻了头盔的重量，佩戴更为舒适。本发明的仿生防护头盔，重量轻，强度高，载荷传递平稳，缓冲吸能效果好，可以有效起到保护人员头部的作用。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种军用仿生防护头盔，包括盔壳和设置在所述盔壳内的内衬，其特征在于：所述内衬具有与所述盔壳的内表面相配合的外轮廓和位于所述外轮廓的内侧并与人的头部相接触的内轮廓，所述外轮廓满足曲线方程y＝-0.0054x²-0.0091x+161.91，所述内轮廓满足曲线方程y＝-0.0042x²-0.0378x+103.54，所述外轮廓和所述内轮廓均沿曲线y＝-0.0108x²+1.831x+12.272从左向右延伸形成所述内衬。

2.根据权利要求1所述的军用仿生防护头盔，其特征在于：所述内衬呈从外向内设置的多层结构，每一层均包括多个顺序间隔设置的吸能晶胞和填充在各个所述吸能晶胞之间的填充物，相邻两层之间通过缓冲层分隔，每个所述吸能晶胞均包括第一轮廓面和位于所述第一轮廓面内侧的第二轮廓面，所述第一轮廓面和所述第二轮廓面的端部相交，每个所述吸能晶胞均具有中心平面，所述第一轮廓面和所述第二轮廓面均分别对称设置在所述中心平面的相对两侧，所述第一轮廓面满足曲线方程

所述第二轮廓面满足曲线方程

3.根据权利要求2所述的军用仿生防护头盔，其特征在于：位于同一层的各所述吸能晶胞的结构尺寸均相同，且位于同一层的各所述吸能晶胞的所述中心平面相平行设置。

4.根据权利要求3所述的军用仿生防护头盔，其特征在于：从外向内，各层所述吸能晶胞的尺寸逐渐增大，和/或各层所述吸能晶胞的数量逐渐减小。

5.根据权利要求3所述的军用仿生防护头盔，其特征在于：从外向内，各层所述吸能晶胞的高度尺寸以2的指数倍增大，和/或各层所述吸能晶胞的数量以2的指数倍减小。

6.根据权利要求2所述的军用仿生防护头盔，其特征在于：从外向内，各层所述吸能晶胞之间的所述填充物的填充密度逐渐增大。

7.根据权利要求6所述的军用仿生防护头盔，其特征在于：所述内衬从外向内设置有三层，从外向内，各层所述吸能晶胞之间的所述填充物的填充密度比为1:2:7。

8.根据权利要求2所述的军用仿生防护头盔，其特征在于：所述缓冲层采用多层碳纤维填充夹层结构，所述填充物采用泡沫填充物，所述吸能晶胞采用弹性金属材料。

9.根据权利要求2所述的军用仿生防护头盔，其特征在于：所述吸能晶胞为空心结构，壁厚为0.6-1.2mm。

10.根据权利要求1所述的军用仿生防护头盔，其特征在于：所述盔壳包括内层壳体和设置在所述内层壳体外部的外层壳体，所述内层壳体采用ABS树脂材料或玻璃钢材料制成，所述外层壳体采用低克芳纶布平纹织物制成。

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