стенд для определения защитных свойств бронежилетов

Формула изобретения

1. Стенд для определения защитных свойств бронежилета, содержащий горизонтально расположенную и заполненную жидкостью цилиндрическую емкость с размещенной с фронтальной стороны мембраной, установленный перед цилиндрической емкостью со стороны мембраны ударный механизм с линией удара, расположенной по оси цилиндрической емкости, и расположенный в цилиндрической емкости датчик давления сферической формы с центром на линии удара, отличающийся тем, что он содержит расширительную емкость с источником давления, соединенную через вентиль с цилиндрической емкостью, а ударный механизм выполнен в виде маятника и снабжен устройством регистрации отскока маятника и внедрения маятника в цилиндрическую емкость.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что он содержит горизонтальные направляющие с установленной на них рамой, снабженной вертикальными направляющими с установленной на них вешалкой для крепления бронежилета.

3. Стенд по п.1, отличающийся тем, что мембрана выполнена из резины толщиной 2-2,5 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для определения защитных свойств бронежилетов, в частности к устройствам для испытания амортизационной способности бронежилета при воздействии ударной нагрузки.

Известно устройство для испытаний защитных свойств бронежилетов, которое включает блок, ударный механизм, при этом блок может изготавливаться из пластилина, глины, а ударный механизм выполнен в виде цилиндрического груза, при этом наконечник имеет сферическую форму [1, стр.23-29].

Недостатком является то, что определение воздействия производят по глубине отпечатка. А ударный механизм служит только для определения пригодности блока (глубина отпечатка должна лежать в определенном интервале). То есть конкретная величина внедрения не учитывается. После производства удара через бронежилет требуется восстановление блока, т.е. блок предназначен только для однократного применения.

Известен также биомеханический имитатор туловища, заполненный жидкостью, с регистратором давления (прототип) [2, стр.217-224].

При изменении атмосферного давления и окружающей температуры это устройство дает значительные расхождения результатов от опыта к опыту. Хотя для сравнительных испытаний (по величине импульса давления от нормированного удара) дает удовлетворительные результаты.

Задачей является создать стенд, позволяющий передавать усилия воздействия в емкость, заполненную жидкостью, через бронежилет, с последующей регистрацией возникающего в жидкости импульса. При этом основной параметр, влияющий на передачу импульса, должен сохранять свое значение от опыта к опыту. Теоретические и экспериментальные исследования позволили установить зависимость жесткости системы от соотношения между упругими и пластичными ее свойствами. Конструкция стенда должна позволять регулировать значения, характеризующие эти свойства, и сохранять их при производстве ударов.

Так как жидкость практически несжимаема, то упругие и пластичные свойства имитатора туловища будут определяться свойствами оболочки, в которую она помещена, а также избыточным давлением в емкости.

Для осуществления поставленной цели известный стенд для определения защитных свойств бронежилета, содержащий горизонтально расположенную емкость с размещенной с фронтальной стороны мембраной, установленный перед цилиндрической емкостью со стороны мембраны ударный механизм с линией удара, расположенной по оси цилиндрической емкости, и расположенный в цилиндрической емкости датчик давления сферической формы с центром на линии удара, снабжен расширительной емкостью с источником давления, соединенной через вентиль с цилиндрической емкостью, при этом ударный механизм выполнен в виде маятника и снабжен устройством регистрации отскока маятника и внедрения маятника в цилиндрическую емкость. Кроме того, стенд содержит горизонтальные направляющие с установленной на них рамой, снабженной вертикальными направляющими с установленной на них вешалкой для крепления бронежилета.

На чертеже представлена схема стенда для испытаний защитных свойств бронежилетов. Стенд включает жесткую емкость 1, выполненную в виде цилиндра 2, ось которого расположена горизонтально, фронтальная сторона цилиндра перекрыта мембраной 3, выполненной из листового эластичного материала, например резины. Таким образом, свойства материала цилиндра и мембраны определяют упругопластические свойства стенда. В нижней части цилиндра установлен стержень, на котором помещен датчик давления 4 сферической формы, центр которого расположен на линии производства удара, т.е. по оси цилиндра. Чувствительный элемент датчика находится на расстоянии 20... 30 мм от задней стенки цилиндра, что обеспечивает более достоверное измерение давления в точке замера. Датчик электрически соединен с регистрирующей аппаратурой 5. В нижней части цилиндра установлен штуцер 6 и вентиль 7 для заполнения емкости жидкостью. В верхней части установлен вентиль 8 для удаления воздуха из системы при заполнении емкости жидкостью. Перед емкостью со стороны мембраны установлен ударник 9. Ударник выполнен в виде маятника и служит для производства удара с нормированной энергией. Кроме того, в непосредственной близости к мембране установлена рама 10 с вешалкой 11, на которую надевается бронежилет (не показан). Рама установлена на направляющих 12, что позволяет перемещать ее вправо или влево, а вешалка установлена на вертикальных направляющих 13 рамы 10, что позволяет перемещать ее вверх или вниз.

Величина импульса давления зависит, в том числе, и от свойств мембраны. Материал и толщина мембраны первоначально подбираются по глубине внедрения ударника в емкость. Эта глубина должна быть соразмерна с глубиной внедрения в желатинный блок. Указанное условие выполняется, когда толщина резиновой мембраны лежит в пределах от 2,0 до 2,5 мм.

Жесткость всей системы определяется отношением энергии удара Е_н к энергии отскока Е_о маятника после производства удара. Это соотношение назовем коэффициентом упругости стенда. Для желатинного блока при энергии удара от 5 до 35 Дж этот коэффициент лежит в пределах 1,4-1,8 и зависит от температуры блока. На стенде при нормальной температуре (20°С) и калибровочном ударе с энергией 15 Дж он составляет 1,53-1,55. Для обеспечения единства измерений это соотношение должно устанавливаться перед каждым опытом. Для этого емкость имитатора соединена трубопроводом с расширительной емкостью 14. Расширительная емкость так же трубопроводом соединена с источником давления 15. Изменение избыточного давления в емкости имитатора туловища приводит к изменению отношения Е _н/Е_о. Это позволяет устанавливать заданное значение коэффициента упругости стенда при изменении атмосферного давления и температуры жидкости в имитаторе туловища. Для регистрации Е_о и глубины внедрения маятник снабжен двумя стрелками 16 и 17. Стрелка 16 взаимодействует с маятником посредством собачки 18, установленной на маятнике 9.

Стенд работает следующим образом.

Перед работой заполняют внутреннюю полость емкости 1 жидкостью и после заполнения закрывают вентиль 8. Включают источник давления 15 и создают в емкости некоторое избыточное давление, например 100 мм рт.ст.

Для подготовки стенда к работе производят удар по мембране. Для чего отклоняют маятник 9 на определенный угол, соответствующий нормированной энергии, и отпускают. Ударник 9 производит удар по центру мембраны 3. Глубину внедрения ударника маятника в имитатор определяют по отклонению стрелки 17. Отскок маятника регистрируют по отклонению стрелки 16, которая при обратном движении маятника захватывается собачкой 18. По отклонениям стрелок определяют энергию отскока и энергию удара и рассчитывают коэффициент упругости стенда. Если он больше принятой величины, то избыточное давление снижают, если меньше - увеличивают, добиваясь определенной величины. После этого производят калибровку. Для этого отклоняют маятник 9 на определенный угол и отпускают. При ударе в жидкой среде емкости имитатора возникает импульс давления, который регистрируется с помощью аппаратуры 5. После калибровки на вешалку 11 одевают бронежилет. Путем перемещения рамы 10 по горизонтальным направляющим, а вешалки по вертикальным направляющим производят сопоставление точки удара на бронежилете с центром мембраны 3. И производят удар по бронежилету (например, метаемым элементом). Переданный импульс давления регистрируют аппаратурой и сохраняют показания. С помощью разработанных способов обработки импульсов давления при ударах по защищенной и незащищенной мембране стенда производят оценку защитных свойств бронежилетов при ударах в различные зоны бронежилета (например, по способу патент № RU 2254544 С2).

Таким образом, стенд обеспечивает единство количественной оценки защитных свойства бронежилета при ударах в различные его зоны и при различных условиях эксплуатации как температурных, так и при изменении атмосферного давления.

Источники информации

1. Логаткин С.М. Существующие критерии и методы оценки бронежилетов по параметру заброневого динамического воздействия // Вопросы оборонной техники. - М.: НТЦ «Информтехника». - 2007. - Сер.16, вып.3-4. - С.23-29.

2. Romanova T.S. Role of impulse pressure parameters in behind armour blunt trauma (BABT). / T.S. Romanova, S.M. Logatkin, P.V.Trophimov // Proceedings of Personal Armour Systems Symposium (PASS 2004). - Hague, Netherlands, 2004. - P.217-224.

3. Патент № RU 2254544 C2. 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.