本發(fā)明屬于被動(dòng)安全防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種抗垂向沖擊的自適應(yīng)多級(jí)緩沖吸能機(jī)構(gòu)及頭盔。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代非對(duì)稱作戰(zhàn)環(huán)境中，車輛面臨著一系列嚴(yán)峻的安全挑戰(zhàn)，其中，由ied(簡(jiǎn)易爆炸裝置)等車輛底部爆炸物構(gòu)成的威脅尤為突出。爆炸物爆炸瞬間產(chǎn)生巨大沖擊波作用于車輛底甲板，造成底板迅速且大量隆起變形，還會(huì)傳遞極高的沖擊加速度至車身，使得乘員座椅產(chǎn)生很大位移，導(dǎo)致乘員頭盔和車頂結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈碰撞，這種碰撞會(huì)產(chǎn)生劇烈垂向沖擊。

2、現(xiàn)有防護(hù)頭盔的主流設(shè)計(jì)主要聚焦于防彈性能的提升，其中，帽頂襯作為限制頭部過(guò)度運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵組件，采用的材質(zhì)彈性差，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受到上述劇烈垂向沖擊時(shí)會(huì)對(duì)乘員頭頂施加巨大的向下壓力，無(wú)法起到很好的緩沖作用，進(jìn)而極大地增加了頭頸部受損的風(fēng)險(xiǎn)。

3、鑒于上述問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一種能夠在劇烈垂向沖擊下，提供卓越緩沖吸能效果、保持結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定且具備重復(fù)使用能力的防護(hù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高頭盔在劇烈垂向沖擊下對(duì)乘員頭頸部的安全防護(hù)性能是極其必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種抗垂向沖擊的自適應(yīng)多級(jí)緩沖吸能機(jī)構(gòu)及頭盔，通過(guò)多級(jí)緩沖吸能機(jī)制相互協(xié)同，構(gòu)建一個(gè)寬范圍、高效率以及高度穩(wěn)定的能量吸收耗散體系，進(jìn)而保證在劇烈垂向沖擊下乘員頭頸部能受到極佳的保護(hù)。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：抗垂向沖擊的自適應(yīng)多級(jí)緩沖吸能機(jī)構(gòu)，包括下部的壓扭緩沖模塊以及位于壓扭緩沖模塊上的自適應(yīng)氣流沖擊緩沖模塊；

3、自適應(yīng)氣流沖擊緩沖模塊包括形變調(diào)控氣流閥、花型氣流沖擊緩壓墊，形變調(diào)控氣流閥下表面外周均布多個(gè)凸塊，花型氣流沖擊緩壓墊包括中部的大氣腔和邊緣花瓣型小氣腔，裝配后花型氣流沖擊緩壓墊的一個(gè)小氣腔位于形變調(diào)控氣流閥兩個(gè)相鄰?fù)箟K之間；

4、受到垂向沖擊時(shí)，壓扭緩沖模塊將壓縮變形轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)變形，實(shí)現(xiàn)壓扭耦合效應(yīng)使得沖擊能量轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)變形能；同時(shí)壓扭緩沖模塊向上擠壓形變調(diào)控氣流閥與花型氣流沖擊緩壓墊，花型氣流沖擊緩壓墊的小氣腔受壓，內(nèi)部氣體被擠出并沿引導(dǎo)結(jié)構(gòu)沖擊花型氣流沖擊緩壓墊中心，與上移的壓扭緩沖模塊中心區(qū)域碰撞對(duì)抗，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂向沖擊的第一次削弱；隨著壓扭緩沖模塊的持續(xù)擠壓，花型氣流沖擊緩壓墊中心氣流被反向擠回小氣腔，使小氣腔膨脹，對(duì)壓扭緩沖模塊邊緣產(chǎn)生反作用力，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂向沖擊的二次削弱；花型氣流沖擊緩壓墊受壓的同時(shí)，形變調(diào)控氣流閥的凸塊發(fā)生橫向變形，既通過(guò)彈性變形吸能緩沖，又?jǐn)D壓小氣腔側(cè)壁，減小出氣口截面積，加劇擠壓變形，提高噴射氣流流速，強(qiáng)化對(duì)垂向沖擊第一次削弱的效果。

5、進(jìn)一步的，壓扭緩沖模塊采用樹(shù)脂一體成型，由下圓環(huán)板、若干扭桿以及異形上圓板組成；

6、下圓環(huán)板外徑d1，內(nèi)徑d1；

7、異形上圓板外徑d1，下端為平面，上端結(jié)構(gòu)中間呈現(xiàn)直徑為d1和最高深度h1小于異形上圓板厚度的弧形內(nèi)凹，邊緣呈高低起伏的梯臺(tái)面，異形上圓板梯臺(tái)面的凹槽用于與形變調(diào)控氣流閥下表面的凸塊配合，異形上圓板梯臺(tái)面的凸起和花型氣流沖擊緩壓墊的多個(gè)花瓣型小氣腔形狀相匹配；

8、扭桿傾斜設(shè)置于下圓環(huán)板與異形上圓板之間，扭桿軸線與下圓環(huán)板以及異形上圓板交于直徑d2的中間圓上，d2＝(d1+d1)/2，扭桿與下圓環(huán)板夾角為45°±15°，扭桿沿圓環(huán)均布陣列，旋向一致。

9、進(jìn)一步的，壓扭緩沖模塊采用pp合成樹(shù)脂。

10、進(jìn)一步的，自適應(yīng)氣流沖擊緩沖模塊還包括緩變米字支撐盤以及變形控制環(huán)；

11、形變調(diào)控氣流閥材質(zhì)為橡膠、俯視呈圓環(huán)形、直徑d1，頂部為弧面或平面，形變調(diào)控氣流閥中心開(kāi)有直徑為d1的通孔，下端外周有若干高度為h2的凸塊，凸塊下底面與異形上圓板上端面梯臺(tái)面的凹槽相配合，且通過(guò)膠粘連接；

12、花型氣流沖擊緩壓墊材質(zhì)為橡膠，整體呈花型，最大直徑d1，內(nèi)部中空，形成邊緣若干“花瓣”小氣腔與中間大氣腔的連通結(jié)構(gòu)，“花瓣”小氣腔的下表面與異形上圓板上端面梯臺(tái)面的凸起相匹配，中間大氣腔上表面為直徑為d2、最大高度為h1的內(nèi)凹圓弧曲面，下表面與上表面平行，形成氣體流動(dòng)引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，花型氣流沖擊緩壓墊被夾放于形變調(diào)控氣流閥與異形上圓板之間；

13、變形控制環(huán)通過(guò)膠粘方式套設(shè)于形變調(diào)控氣流閥的側(cè)面外壁，用于抑制形變調(diào)控氣流閥與花型氣流沖擊緩壓墊在徑向上的變形；

14、緩變米字支撐盤置于花型氣流沖擊緩壓墊上方，緩變米字支撐盤底面中間開(kāi)有米字切口，為下方花型氣流沖擊緩壓墊被過(guò)度擠壓時(shí)釋放頂部空間，起到過(guò)載保護(hù)作用。

15、進(jìn)一步的，形變調(diào)控氣流閥和花型氣流沖擊緩壓墊的材質(zhì)為聚氨酯橡膠，形變調(diào)控氣流閥每一個(gè)凸塊靠中心通孔一側(cè)開(kāi)有兩孔，每一個(gè)孔的側(cè)壁中段開(kāi)有變形誘導(dǎo)槽。

16、進(jìn)一步的，變形控制環(huán)材質(zhì)為不銹鋼，環(huán)高為h3，h3＝1.3*h2，內(nèi)徑為d2，d2＝0.9*d1。

17、進(jìn)一步的，緩變米字支撐盤材質(zhì)為pp合成樹(shù)脂，上段為圓柱面，外徑d1，下段為外凸圓弧曲面，下段外凸圓弧曲面與花型氣流沖擊緩壓墊中間大氣腔上表面貼合。

18、一種頭盔，包括上述的抗垂向沖擊的自適應(yīng)多級(jí)緩沖吸能機(jī)構(gòu)、盔殼，緩震圓墊以及若干彈性帶；

19、自適應(yīng)多級(jí)緩沖吸能機(jī)構(gòu)利用形變調(diào)控氣流閥的頂端涂膠于盔殼內(nèi)側(cè)頂部，形變調(diào)控氣流閥頂端為與盔殼內(nèi)側(cè)頂部相匹配的弧面；

20、緩震圓墊通過(guò)膠粘固定于下圓環(huán)板底部，直接與乘員頭頂接觸；下圓環(huán)板周緣設(shè)有若干環(huán)扣，環(huán)扣與連接彈性帶一端連接，彈性帶另一端釘在頭盔內(nèi)側(cè)，利用彈性帶的拉伸與回彈機(jī)制應(yīng)對(duì)初始垂向沖擊，有效吸收并耗散沖擊能量，避免壓扭緩沖模塊被過(guò)快壓縮，輔助壓扭緩沖模塊在經(jīng)歷扭轉(zhuǎn)變形后迅速恢復(fù)至初始狀態(tài)。

21、進(jìn)一步的，緩震圓墊為聚酯pu海綿外包聚氨酯皮形成，直徑為d1，在中間直徑為d1的圓形范圍內(nèi)布置若干透氣孔；彈性帶材質(zhì)為聚氨酯橡膠。

22、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

23、本發(fā)明的自適應(yīng)氣流沖擊緩沖模塊，通過(guò)擠壓花型氣流沖擊緩壓墊，巧妙地利用小氣腔內(nèi)部氣流的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)了高效的垂向沖擊削弱機(jī)制；當(dāng)受到垂向沖擊時(shí)，花型氣流沖擊緩壓墊的小氣腔受到擠壓，其內(nèi)部氣流迅速噴出并沖擊至緩壓墊中心，與向上運(yùn)動(dòng)的異形上圓板中間區(qū)域形成直接對(duì)抗，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂向沖擊的第一次削弱；隨著異形上圓板的進(jìn)一步壓縮，緩壓墊中心氣流被反向擠壓回小氣腔，導(dǎo)致小氣腔迅速膨脹，對(duì)異形上圓板邊緣產(chǎn)生強(qiáng)烈的反作用力，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂向沖擊的二次削弱；這一設(shè)計(jì)不僅形成了氣體的往返沖擊機(jī)制，更在普通空腔緩壓墊的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地增加了兩次額外的緩沖吸能過(guò)程；相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，本發(fā)明不僅提高了能量吸收效率，還顯著增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力與穩(wěn)定性。

24、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)氣流沖擊緩沖模塊，能夠針對(duì)異形上圓板的不同沖擊速度與強(qiáng)度，精準(zhǔn)地觸發(fā)形變調(diào)控氣流閥中的下凸塊，促使其以相應(yīng)的變形速率及特定的橫向形變程度進(jìn)行響應(yīng)；這一動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制，進(jìn)一步作用于花型氣流沖擊緩壓墊中的小氣腔出氣口，通過(guò)靈活調(diào)整其截面變化速率及尺寸，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴射氣流沖擊速度的自適應(yīng)調(diào)控；上述動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)氣流輸出的特性配合氣體的往返沖擊機(jī)制，確保在任何垂向沖擊情境下，該模塊均能展現(xiàn)出卓越的沖擊吸收與分散能力，有效提升了整體的緩沖性能與穩(wěn)定性。

25、本發(fā)明融合多級(jí)緩沖吸能機(jī)制，構(gòu)建出一個(gè)卓越的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)；該系統(tǒng)集成了彈性變形、壓扭耦合、空氣阻尼、氣流往返沖擊以及自適應(yīng)氣流沖擊等多重機(jī)制，彈性變形機(jī)制能夠迅速吸收并分散能量，還可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)性使用；壓扭耦合機(jī)制則進(jìn)一步鞏固結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效抵抗外力作用；空氣阻尼機(jī)制減緩沖擊速度，延長(zhǎng)能量吸收時(shí)間；氣流往返沖擊機(jī)制提供額外兩次緩沖吸能過(guò)程，提高能量吸收率；而自適應(yīng)氣流沖擊機(jī)制則根據(jù)沖擊速度與強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整，確保能量被高效耗散；這些機(jī)制相互協(xié)同，形成了一個(gè)寬范圍、高效率且高度穩(wěn)定的能量吸收耗散體系，面對(duì)不同程度垂向沖擊載荷，能夠?qū)崿F(xiàn)吸能效果卓越、結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定與重復(fù)使用能力，有效保護(hù)人體頭頸部免受損傷。