新材料和制造方法为未来的士兵提供了改进的头盔衬垫

改进的士兵头盔衬垫

约翰尼·博尼拉中士(Sgt. Johnny Bonilla)是第173空降旅(173 Airborne Brigade)的一名炮手和炮手,他戴着一顶战斗头盔,首次亮相于上世纪80年代。陆军研究人员探索3d打印和新材料的目标是在减少钝器冲击伤害方面取得更大的性能。来源:美国陆军摄影:Thomas Mort中士

陆军研究人员和工业合作伙伴最近发表了一项研究,展示了他们如何开发新材料和制造方法来制造性能更高的头盔衬垫,以降低在战斗和休闲头盔中头部受伤的可能性。

美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的一个团队及其HRL实验室的合作伙伴利用3d打印技术的进步,制造了由高度调整的开孔晶格结构组成的新型头盔衬垫。

该实验室项目负责人Thomas Plaisted博士表示:“与目前最先进的泡沫衬垫相比,格子设计的精心控制赋予了衬垫新颖的压缩特性,可在钝器冲击事件中降低峰值头部加速度。”“测试表明,与目前性能最好的泡沫垫相比,插入战斗头盔的能量衰减效率提高了27%。”

士兵头盔防冲击

增材制造可以创建灵活的晶格结构,以保护冲击。图片来源:HRL实验室提供

Plaisted表示,防护垫的设计面临的一个重大挑战是,在提供最高水平的冲击保护的同时,最大限度地减少头盔内的重量和空间。这种衬垫必须舒适,以便士兵长时间佩戴战斗头盔。

他说:“典型的多重冲击衰减材料包括膨胀的聚丙烯和乙烯基丁腈闭孔泡沫塑料,它们在被压缩时通过内部孔隙的坍塌吸收冲击能量。”“该材料经过精心调整,使其在阈值力或加速度下屈服,这取决于头部的耐受性,从而减轻了损伤。”

近年来,增材制造技术的发展使制造具有结构晶格拓扑结构的蜂窝材料成为可能。

Plaisted表示:“通过蜂窝结构的设计,我们演示了对弹性晶格坍塌过程的改进控制,无论是在单次撞击还是多次撞击的情况下,其衰减冲击性能都超过了最先进的泡沫材料。”“在标准头盔测试中,我们比最先进的乙烯腈泡沫头盔垫取得了进步,降低了头部加速度。这一突破将为头盔的损伤保护铺平道路。格子的开孔设计进一步提高了头部的舒适性和透气性,使头部的热量得以散去。”

弹性LatticePadding

弹性点阵衬垫可以制作成符合头盔曲率的大片。来源:美国陆军照片

研究人员最近向他们的过渡伙伴介绍了新型衬垫材料和头盔悬挂技术的性能,以减轻钝器冲击头部损伤。该实验室正在将这项技术转移到未来头盔系统的进一步评估和实施中心。

“在这项工作的基础上,中钢协SC已经开始了自己的研究工作,开发和评估添加剂制造的头盔垫,”Plaisted说。“与此同时,我们提供了一种替代头盔悬挂技术的更新,即由ARL发明的速率激活系绳,该技术在减少钝器撞击伤害方面表现出了更出色的性能。我们正与该中心合作,寻找头盔行业的合作伙伴,整合新的速率激活缆绳技术。”

陆军官员称,陆军的基本职责是为士兵提供装备、训练和野战的工具和资源,以对抗和摧毁敌人,同时提供世界级的保护。摘要士兵杀伤力作为军队现代化建设的重点,通过提高杀伤力、机动性、防护能力和态势感知能力,缩小能力差距,提高士兵的作战、取胜和生存能力,以促进快速获取增强的能力。

引用:2019年11月27日,Eric C. Clough, Thomas A. Plaisted, Zak C. Eckel, Kenneth Cante, Jacob M. Hundley and Tobias A. Schaedler的《Elastomeric Microlattice Impact attenators》
DOI: 10.1016 / j.matt.2019.10.004

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