Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор (состояние вопроса) 13
1.1. Анализ этапов развития средств индивидуальной бронезащиты... 13
1.2. Анализ современных средств индивидуальной бронезащиты по патентной и нормативной документации 15
1.3. Анализ структурного построения современных бронежилетов для наружного ношения 22
1.3.1. Анализ конструктивного устройства бронежилетов 22
1.3.2. Анализ материалов и пакета материалов бронежилетов 32
1.4. Решение вопросов комфортности и эффективности защиты в современных бронежилетах 37
1.5. Анализ существующих методов и средств исследования показателей гигиенических свойств материалов и физиологических свойств готовых изделий 43
1.6. Формирование цели и задач исследований 49
2. Теоретические и экспериментальные исследования в области проектирования эргономичных бронежилетов 51
2.1. Исследование конструктивно-композиционного построения бронежилетов для наружного ношения 52
2.2. Эргономическое обоснование конструктивно-композиционного построения бронежилетов 63
2.2.1. Выбор и обоснование показателей эргономических свойств 64
2.2.2. Экспериментальное обоснование величин конструктивных прибавок 68
2.3. Экспериментальные и теоретические исследования давления бронежилета на опорную поверхность фигуры 83
Выводы 103
3. Исследование пошивочных и гигиенических свойств композиционных текстильных материалов для бронежилетов 105
3.1. Объекты исследования 105
3.2. Разработка и обоснование номенклатуры единичных показателей пошивочных свойств 108
3.3. Разработка методик измерений показателей пошивочных свойств 111
3.3.1. Методика определения отклонения материалов от направления стачивания 113
3.3.2. Методика определения коэффициента трудоёмкости выполнения стачивающих строчек 114
3.3.3. Методика определения усилия прокола материала иглой швейной машины 119
3.4. Разработка комплексного показателя технологичности 124
3.5. Экспериментальная оценка показателей гигиенических свойств композиционных текстильных материалов 130
Выводы 140
4. Разработка конструкции бронежилета для наружного ношения с высокой эффективностью защиты и повышенной комфортностью 142
4.1. Разработка методики проектирования эргономичных бронежилетов для наружного ношения 142
4.2. Разработка нового образца бронежилета с улучшенным комплексом защитных и эргономических свойств 148
Выводы 157
5. Физиолого-гигиеническая оценка образца разработанной констру кции 158
5.1. Объекты исследования 159
5.2. Первая серия испытаний 160
5.3. Вторая серия испытаний 169
5.4. Третья серия испытаний 170
Выводы 173
6. Производственная проверка результатов работы 174
Выводы и рекомендации 176
Список цитируемой литературы
- Анализ структурного построения современных бронежилетов для наружного ношения
- Эргономическое обоснование конструктивно-композиционного построения бронежилетов
- Разработка и обоснование номенклатуры единичных показателей пошивочных свойств
- Разработка нового образца бронежилета с улучшенным комплексом защитных и эргономических свойств
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в нашей стране и во всём мире вопрос повышения личной безопасности становится актуальной потребностью. Рост числа преступлений, вооружённые столкновения на национальной почве, массовые беспорядки потребовали совершенствования не только огнестрельного оружия, но и средств индивидуальной бронезащиты от него.
Бронежилет является наиболее эффективным средством индивидуальной бронезащиты, применяемым в силовых структурах и гражданским населением. Современный рынок предлагает бронежилеты широкого спектра (для скрытого и наружного, периодического и постоянного ношения, защиты от пуль и осколков). Однако опыт эксплуатации бронежилетов показывает, что многие из них не могут обеспечить требуемую защиту носчика и комфортность из-за нерационального формирования структуры пакета материалов и конструктивного решения отдельных узлов. Это особенно касается бронежилетов для наружного ношения, которые из-за большой массы, жёсткости, толщины пакета материалов, неравномерного распределения давления по опорной поверхности тела затрудняют процессы тепло- и воздухообмена, повышают утомляемость, вызывают болевые ощущения в позвоночнике и появление гематом на плечевом поясе фигуры, ограничивают амплитуду движений носчиков в профессионально-производственной и боевой ситуациях.
Отсутствие на сегодняшний день научно-обоснованных принципов проектирования бронежилетов с позиций обеспечения функционально-эргономических требований к данному виду одежды, а также отсутствие систематизированных рекомендаций по обоснованию применимости композиционных текстильных материалов для изготовления чехлов бронежилетов не позволяют решать названные проблемы в полном объёме. В связи с этим разработка методологии проектирования эргономичных бронежилетов для наружного ношения является актуальной задачей повышения комфортности и эффективности защиты носчиков.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическими планами научных исследований в Ивановской государственной текстильной академии в 2001-2003 гг. и в рамках НИОКР по заказам Минобороны РФ для НПО «Конверсипол».
Цель работы заключалась в теоретическом и экспериментальном обосновании процесса проектирования бронежилетов для наружного ношения с позиций обеспечения функционально-эргономических требований к данному виду одежды.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
- изучены основные требования к бронежилетам в соответствии с нормативной документацией;
- изучены особенности структурного построения современных бронежилетов для наружного ношения, эксплуатируемых в силовых структурах РФ;
- определены закономерности, существующие между основными конструктивными параметрами бронежилетов;
- экспериментально обоснованы основные конструктивные параметры с позиций обеспечения эргономического соответствия и требований защиты;
- разработаны конструктивные предложения по оптимизации давления бронежилета на опорную поверхность фигуры на основе теоретического описания и экспериментального изучения топографии его распределения;
- определена номенклатура показателей пошивочных свойств композиционных текстильных материалов с дискретным полимерным покрытием и разработаны методики их измерения;
- разработан комплексный показатель технологичности для оценки пошивочных свойств, позволяющий оценить поведение композиционных текстильных материалов в процессах проектирования и изготовления бронежилетов для наружного ношения;
- разработана методика и экспериментальная установка для оценки показателя вентилируемости пододёжного пространства бронежилетов, предназначенная для выбора рациональных параметров элементов покрытия композиционных текстильных материалов;
- разработана и адаптирована к САПР «Грация» методика проектирования эргономичных бронежилетов;
- проведены опытная носка и физиолого-гигиенические испытания бронежилетов разработанной конструкции;
- выполнена производственная проверка результатов работы. Общая характеристика объектов и методов исследования.
Объектами исследования служили бронежилеты для наружного ношения, эксплуатируемые в силовых структурах РФ, чертежи конструкций, композиционные текстильные материалы состава «хлопкополиэфирная основа и поливинилхлоридное одностороннее дискретное покрытие».
Поставленные в работе задачи решены с использованием комплексного подхода, объединяющего методы теоретических и экспериментальных исследований: методологию системного подхода к проектированию одежды специального назначения; антропометрические, органолептические, экспертные, инструментальные методы, в том числе динамометрические; методы теоретического расчёта на устойчивость элементов конструкции упругих стоек; методы лабораторных физиолого-гигиенических исследований показателей функционального состояния организма человека и опытной носки по оригинальным и стандартным методикам.
Эксперименты по исследованию свойств композиционных текстильных материалов выполнены на стандартных приборах, оригинальных u лабораторных установках, промышленном оборудовании в лаборатории кафедры конструирования швейных изделий ИГТА и в научно-производственном объединении «Конверсипол». Физиолого-гигиеническая оценка бронежилетов проведена в микроклиматической камере Ивановского НИИ охраны труда, а опытная носка - в Отделе специального назначения УИН Минюста России по Ивановской области.
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, обеспечена проведением многократных измерений, использованием поверенных средств измерений и стандартных методик исследований, статистически обоснованных нестандартных методик, согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований. і При обработке результатов экспериментальных исследований использованы методы корреляционного и регрессионного анализа, математической статистики и теории погрешностей с применением ПЭВМ и пакета прикладных программ «Statgraphics».
Построение чертежей конструкций выполнено в САПР «Грация».
Научная новизна состояла в установлении закономерностей взаимодействия элементов в системе «человек - бронежилет», обусловленных влиянием используемых материалов, конструктивных параметров и решений, с позиций обеспечения функционально-эргономических требований к бронежилетам для наружного ношения.
Впервые получены следующие результаты:
- определены и математически описаны закономерности между основными конструктивными параметрами бронежилетов;
- проведено эргономическое обоснование основных конструктивных параметров с позиций обеспечения статического и динамического соответствия конструкции условиям профессионально-трудовой и боевой ситуаций;
- проведено теоретическое описание, экспериментальное изучение и предложена методика расчёта давления бронежилета на опорную поверхность фигуры;
- разработана номенклатура показателей пошивочных свойств композиционных текстильных материалов, влияющих на содержание и условия этапов проектирования и изготовления бронежилетов для наружного ношения;
- разработан комплексный показатель технологичности, обосновывающий возможность переработки композиционных текстильных материалов на промышленном швейном оборудовании;
- разработан показатель вентилируемости пододёжного пространства бронежилетов и экспериментальная установка для его оценки;
- разработана методика проектирования эргономичных бронежилетов для наружного ношения, адаптированная для ручного и автоматизированного режимов построения.
Конструктивное решение защищено свидетельством на полезную модель (свидетельство №25513 РФ, МПК D 05 В 1/00, G 01 L 5/00 «Устройство для определения усилия прокола материалов иглой швейной машины» от 26.03.02), а программное обеспечение - свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003611837 от 06.08.03 «Программа построения базовой конструкции бронежилета для наружного ношения».
Автор защищает:
- установленные закономерности между основными конструктивными параметрами бронежилетов и их влияние на
эргономическое соответствие изделия характеру привычных движений человека;
- оригинальные методики и устройства для оценки показателей пошивочных и гигиенических свойств новых композиционных текстильных материалов;
- методику проектирования эргономичных бронежилетов для наружного ношения.
Практическая значимость и реализация результатов работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований создана методология проектирования эргономичных бронежилетов, реализация которой улучшает результаты конструкторских решений в направлении повышения эффективности защиты и комфортности данного вида одежды.
Разработанные методики и устройства для определения показателей пошивочных и гигиенических свойств композиционных текстильных материалов с дискретным полимерным покрытием позволили обосновать их применимость для массового производства бронежилетов.
Результаты апробации опытных образцов бронежилетов для наружного ношения в условиях лаборатории специальной одежды Ивановского НИИ охраны труда и в Отделе специального назначения УИН Минюста России по Ивановской области позволили сделать вывод об их соответствии комплексу требований, предъявляемых к бронежилетам. Бронежилеты разработанной конструкции превосходят существующие аналоги по показателям давления на плечевую область, удобству при выполнении привычных движений и пользовании изделием.
Результаты работы внедрены в учебный процесс Ивановской государственной текстильной академии при подготовке инженеров по специальности 280900 «Конструирование швейных изделий» и производственный процесс на базе НПО «Коиверсипол» путём выпуска серии моделей бронежилетов.
Апробация работы. Материалы по теме диссертации были доложены на следующих конференциях:
- третьей международной научно-методической конференции «Непрерывное профессиональное образование в области технологии,
, конструирования изделий лёгкой промышленности», г. Москва, МГУДТ,
2001 г.;
- межвузовской научно-технической конференции аспирантов, магистров и студентов «Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности» (ПОИСК-2001), г. Иваново, ИГТА, 2001 г.;
- международной научно-технической конференции «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности» (ПРОГРЕСС-2001), г. Иваново, ИГТА, 2001 г.;
- 53-й межвузовской научно-технической конференции молодых учёных и студентов, г. Кострома, КГТУ, 2001 г.;
- международной научно-технической конференции «Современные 5), наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности» (ПРОГРЕСС-2002), г. Иваново, ИГТА, 2002 г.;
- межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и лёгкой промышленности», г. Москва, РОСЗИТЛП, 2002 г.;
- 2-й международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы создания и использования новых материалов и оценки их качества» (Материаловедение-2002), г. Москва, МГУС, 2002 г.;
- международной научно-технической конференции «Роль предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека», г. Москва, МГУДТ, 2002 г.;
- межвузовской научно-технической конференции аспирантов, магистров и студентов «Молодые учёные - развитию текстильной и лёгкой промышленности» (ПОИСК-2003), г. Иваново, ИГТА, 2003 г.
Содержание представленных докладов отражено в тезисах вышеперечисленных конференций.
Публикации. Основные результаты выполненных исследований представлены 6 статьями, 9 тезисами докладов, 1 свидетельством РФ на полезную модель, 1 свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ, 1 методическими указаниями, 1 рабочей программой учебной дисциплины «Комфортность и безопасность одежды» (код ОПД.В.01) по направлению подготовки 656100 Технология и конструирование изделий лёгкой промышленности (специальность 280900).
Структура и объём диссертационной работы. Диссертационная работа содержит 212 страниц и состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка из 125 наименований, 9 приложений, включающих результаты экспериментальных исследований, программу для ЭВМ, заключения промышленных предприятий, свидетельство РФ на полезную модель, свидетельство об официальной регистрации программы \ для ЭВМ. Диссертация содержит 40 таблиц и 44 рисунка.
Анализ структурного построения современных бронежилетов для наружного ношения
Российский стандарт, помимо того, что не регламентирует требования по эргономичное бронеодежды, также не предоставляет достаточной информации о конструкции. С целью исследования особенностей конструктивного устройства современных бронежилетов для наружного ношения нами был проведён комплексный анализ по различным источникам информации, в первую очередь по патентам на изобретения, каталогам ведущих фирм-производителей, готовым изделиям, имеющимся на вооружении в силовых структурах РФ [1-4, 20-23].
Конструктивно бронежилет состоит из двух разъёмных секций -грудки и спинки, соединение которых осуществляют посредством верхних и боковых регуляторов (рис. 1.1). В зависимости от класса защитной структуры бронежилет дополнительно может быть снабжён фартуком (бандажом) для защиты паховой области и шейно-плечевой накладкой для защиты, соответственно, области шеи и плеч.
Ранее было отмечено, что в целом бронеодежду по конструктивному исполнению подразделяют на три типа в соответствии с [19]. Производители бронежилетов ввели упрощённую классификацию конструкций, в основу которой, как и в первом варианте, заложены защитные свойства. Выделяют два типа конструкций в зависимости от защищаемых областей тела человека: - защита «грудь-спина»; - защита «грудь-спина-бока». Представленные классификации бронежилетов не позволяют в полном объёме раскрыть особенности конструктивной проработки.
Посредством приведения формы исследуемых моделей бронежилетов различных отечественных и зарубежных фирм-производителей к условному структурному изображению были изучены основные морфологические качества (форма, конфигурация срезов деталей, размеры, расположение частей) основных деталей бронежилетов.
В результате исследования выявлены и систематизированы данные, которые позволили классифицировать бронежилеты по конструктивно-композиционным признакам (рис. 1.2).
Разработанная классификация представляет набор исходных данных о бронежилетах и может быть положена в основу разработки, например конструктивного ряда изделий с применением принципов комбинаторного синтеза на базе САПР. Использование этих принципов даёт возможность при сохранении одного конструктивного решения, например грудки и спинки бронежилета, получить сколько угодно большое число альтернативных вариантов решения графического образа за счет варьирования морфологическими качествами, например формой, размерами верхних и боковых регуляторов и бандажа [24].
Выполненные исследования отражают лишь внешнее восприятие конструктивного устройства бронежилетов. Для получения наиболее информативных результатов, позволяющих выявить достоинства и недостатки современных модификаций бронежилетов и потребительские предпочтения, была проведена потребительская оценка бронежилетов для наружного ношения, находящихся на вооружении в силовых структурах (МВД, ФСБ, УИН) Ивановской, Владимирской, Костромской и Ярославской областях [25].
Методом анкетирования опрошено более 100 респондентов в возрасте от 20 до 45 лет со стажем службы не менее 6 лет, в числе которых 55% -представители рядового и 45% - офицерского состава.
Вопросы анкеты были сгруппированы в четыре блока. Это вопросы по обеспечению равнопрочности защиты, комфортности, оперативности носчиков и блок вопросов по материалам для наружного чехла. Анкета приведена в приложении 1.
Эргономическое обоснование конструктивно-композиционного построения бронежилетов
Задачей эргономического обоснования конструктивно композиционного построения бронежилетов является определение влияния основных конструктивных параметров, рассмотренных в разд. 2.1, на статическое и динамическое соответствие изделий и установление их оптимальных значений с позиций функционально-эргономических требований.
Отсутствие системы формализованных функционально эргономических требований к бронежилетам вызвало необходимость на данном этапе исследовательской работы формирования комплекса наиболее информативных показателей эргономических свойств.
Выбор и обоснование номенклатуры показателей эргономических свойств бронежилетов базировались на изучении процессов взаимодействия элементов системы «человек - бронежилет (БЖ) - внешняя среда» (рис. 2.4) в соответствии с [49, 52, 54, 67-70].
Примечание: на рис. 2.4 обозначены: 1) первый уровень - показано взаимодействие элементов системы «человек - БЖ - внешняя среда»; 2) второй уровень - показан механизм воздействия со стороны конструкции бронежилета (К) и со стороны обеспечения защиты (3); 3) третий уровень - эргономические показатели, характеристики и свойства взаимодействия элементов системы; 4) четвертый уровень - характеристики, на которые оказывают влияние показатели и свойства третьего уровня.
Для разработки эргономически рациональной конструкции бронежилета были рассмотрены процессы взаимодействия всех элементов системы. Внешняя среда оказывает на человека опосредованное (через бронежилет) влияние, причем, чем выше защитные свойства бронежилета, тем меньшее влияние оказывает внешняя среда на человека. Однако увеличение степени защиты приводит к усложнению конструкции, что, в
Схема взаимодействия элементов эргономической системы «человек - БЖ - внешняя среда» конечном итоге, влияет на физиологическое и психологическое состояние носчиков. В связи с этим изучение влияния внешней среды на человека и отдельно на бронежилет явилось необходимым этапом исследования.
С позиций эргономического обоснования конструктивно-композиционного построения бронежилетов наиболее весомыми являются эргономические показатели, определённые в результате взаимодействия элементов системы «человек - бронежилет (БЖ)».
Первостепенное значение из приведенных на рис. 2.4 показателей имеет антропометрическое соответствие бронежилетов в статике и динамике. При несоответствии изделия человеку по этому показателю рассмотрение всех остальных теряет смысл [49, 52, 54].
Для характеристики статического соответствия конструкции использовали существующие единичные показатели, в числе которых соразмерность изделия и соответствие фигуре на опорной поверхности [49, 52]. Однако оценку статического соответствия по этим показателям проводят при проверке качества посадки готового изделия на манекене внешней формы или носчике и характеризуют отсутствием (или наличием) дефектов. При этом в ряде случаев возникает необходимость уточнения конструкции и повторного изготовления изделия. Поэтому явилось наиболее целесообразным ввести предпроектную проверку соразмерности для основных параметров конструкции бронежилетов, рассмотренных в разд. 2.1. Такой подход даст возможность на основе компромиссного удовлетворения антропометрического соответствия конструкции в статике и динамике скорректировать величины прибавок, рационализировать значения основных конструктивных параметров.
Ввиду большой массы и жёсткости бронежилетов в качестве единичных показателей динамического соответствия конструкции выбраны наиболее информативные, характеризующие как внутреннее, так и внешнее динамическое взаимодействие элементов системы «БЖ — человек», соответственно: давление, которое оказывает бронежилет на тело человека и степень ограничения движений. Оценка этих показателей позволит не только уточнить значения параметров, но и разработать конструктивные предложения по перераспределению давления с верхней опорной поверхности на нижнюю.
Наиболее часто применяемым интегральным эргономическим показателем специальной одежды является удобство пользования изделием в целом и его отдельными элементами [54]. Для бронежилетов значимость этого показателя возрастает ввиду особых условий эксплуатации, когда от продолжительности надевания или снятия изделия в ряде ситуаций зависит жизнь носчиков. Таким образом, удобство пользования применительно к бронежилетам можно рассматривать как показатель, характеризующий оперативность носчиков.
В числе названных не указаны гигиенические и физиологические показатели, поскольку в большей степени они определяются свойствами материалов, а количественная оценка их единичных показателей, наряду с вышеназванным показателем, осуществляется уже в готовом изделии при его испытании в лабораторных условиях и во время опытной носки. Также не учтён показатель, характеризующий степень вентилируемости пододёжного пространства. Наличие разъёмных секций в бронежилете позволяет носчикам самостоятельно регулировать степень вентилируемости. Поэтому в отличие от других видов одежды в бронежилете определить этот показатель через рациональность конструктивного решения не представляется возможным. Скорее он будет обусловлен свойствами материалов и дополнительными конструктивными элементами, способствующими формированию вентиляционных каналов.
Разработка и обоснование номенклатуры единичных показателей пошивочных свойств
Анализ литературы [81, 83-88] показал, что в системе государственных и отраслевых стандартов и материаловедении швейного производства крайне мало разработок, относящихся к изучению пошивочных свойств тканей. В частности, отсутствует единая номенклатура пошивочных свойств.
В работе [89] проведены исследования по изучению пошивочных свойств льносодержащих тканей. Автором была предложена номенклатура показателей, характеризующих поведение этих тканей в процессах влажно-тепловой обработки, ниточного и клеевого соединения деталей мужского пиджака. Применение разработанной номенклатуры не представляется возможным для композиционных текстильных материалов ввиду значительных отличий в показателях свойств самих материалов и процессах проектирования и изготовления мужского пиджака и бронежилетов.
Это потребовало на первом этапе исследования выбрать свойства (качественные характеристики) композиционных текстильных материалов, которые необходимо учитывать на этапах проектирования и изготовления бронежилетов для наружного ношения (рис. 3.2). Принимая во внимание особенности конструктивного устройства бронежилетов и оформления лицевой поверхности композиционных текстильных материалов, свойства, характеризующие их поведение при операциях влажно-тепловой обработки и клеевого соединения, в представленной на рис. 3.2 схеме отсутствуют.
В результате была сформирована номенклатура единичных показателей (количественных характеристик) пошивочных свойств композиционных текстильных материалов (табл. 3.2).
В направлении расширения базы исходных данных для разработки лекал и принятия решений по обеспечению бесперебойной переработки композиционных текстильных материалов на швейном оборудовании, при настилании и раскрое в номенклатуру были введены дополнительные показатели (в табл. 3.2 выделены):
1) коэффициент трудоёмкости выполнения стачивающих строчек, необходимый для нормирования времени выполнения операций ниточного соединения;
2) усилие прокола материала иглой швейной машины, необходимое для правильного выбора формы заточки острия иглы;
3) величина отклонения от направления стачивания материалов, позволяющая оценить влияние вида материала прижимной лапки швейной машины на величину смещения деталей изделия при стачивании.
В сформированную номенклатуру не включены: поверхностная плотность, вид переплетения, волокнистый состав и вид отделки, поскольку их значения регламентированы техническими условиями на композиционные текстильные материалы [43].
Вторым этапом исследования пошивочных свойств композиционных текстильных материалов явилось создание комплекса нестандартных методик и средств измерений, позволяющего оценить особенности поведения материалов в процессах производства одежды и разработать рекомендации по рациональным режимам их переработки.
Для измерения показателей пошивочных свойств композиционных текстильных материалов использованы стандартные, а также разработаны оригинальные методики, моделирующие условия изучаемых процессов.
Перечень оригинальных и стандартных методик измерений показателей пошивочных свойств представлен в табл. 3.3. Для расчёта погрешностей использованы положения теории измерений [66, 76, 90, 91].
Методика реализована с использованием проб, выкроенных по нити основы, размером 500x400 мм, универсальной швейной машины 1022 кл. АО «Орша» и линейки [95]. Порядок испытания был следующим.
Пробы испытуемых композиционных текстильных материалов укладывали друг на друга, причём моделировали три варианта их расположения: лицом к лицу, лицом вверх и лицом вниз. За конечный результат принимали величину отклонения (верхней пробы по отношению к нижней или наоборот) по горизонтали после прокладывания на швейной машине стачивающей строчки без уравнивания вручную срезов проб.
Минимальное число повторных испытаний определено по динамике убывания случайной погрешности и составило 10.
Для повышения достоверности результатов параллельно с композиционными текстильными материалами проводили испытания хлопкополиэфирной основы этих материалов (ткани без покрытия) (Т).
Результаты испытания приведены на рис. 3.3.
Из рис. 3.3 видно, что при стачивании проб композиционных текстильных материалов при расположении их лицом вверх и лицом вниз происходит значительное, по сравнению с пробой, выкроенной из текстильной основы, отклонение от направления стачивания, что может привести к различным дефектам (изменению длины и ширины шва, искривлению строчки). При расположении проб лицом к лицу величина отклонения меньше.
Разработка нового образца бронежилета с улучшенным комплексом защитных и эргономических свойств
Жёсткие требования по пулестойкости в целом к бронеодежде в соответствии с ГОСТ Р 50744-95 [19] не позволяют полностью изменять состав пакета. Сформирована так называемая типовая «начинка» бронежилета, состоящая из слоистого защитного пакета, амортизационного слоя и бронеэлементов (разд. 1). Модификация последних определяется классом защитной структуры бронежилета. В связи с этим оптимизация состава пакета материалов предполагает разработку новых решений направленных на повышение, как комфортности, так и эффективности зашиты носчиков, но не способствующих снижению пулестойкости и значительному увеличению массы изделия.
Для изготовления внешнего и внутреннего чехлов бронежилета серии «Патруль» выбран композиционный материал с условным номером 5. Использование его в качестве материала внешнего чехла обеспечивает требуемый комплекс защитных свойств, а применение в качестве материала внутреннего чехла (подкладки бронежилета) способствует формированию стабильных вентиляционных каналов для вывода продуктов тепло- и влагообмена из пододёжного пространства. Однако воздушный зазор, образованный элементами покрытия, обеспечит достаточную вентилируемость воздуха в случае лёгкого бронежилета (первого и второго классов защитной структуры), когда толщина пакета материалов не слишком велика. В бронежилетах более высоких классов защиты такой способ является менее эффективным, ввиду значительного увеличения толщины пакета, а значит массы, способствующей более сильному прижатию бронежилета на опорных участках фигуры (разд. 2). За счёт элементов покрытия в тяжёлых бронежилетах обеспечить вентилируемость возможно лишь на участках с незначительным потоотделением и неплотно прилегающих к телу носчика.
Для создания условий, способствующих движению воздуха на участках с наиболее интенсивным потоотделением (область груди и спины), амортизационный слой в бронежилете серии «Патруль» был выполнен с нарушенной сплошностью в виде отдельных демпферных полос (рис. 4.4).
Ширина полос определена конструктивно, исходя из площадей секций бронежилета, и составила 2,СИ-2,5 см. Расстояние между полосами выбрано равным средней толщине демпферной прокладки. Эта величина является достаточной для придания конструкции гибкости и снижения контузионного воздействия, поскольку при пробитии бронепластины пулей, обращенная к телу носчика выпучина вероятнее придётся на демпферную полосу.
По данным работы [112] в качестве исходных данных для расчёта показателя комфортности демпферных прокладок приняты толщины мягких покровных тканей на участках тела человека из числа подвергающихся механическим воздействиям. В частности, области груди и спины относятся к четвёртой зоне риска [113] с толщиной покровных тканей 3,5+7,0-10 м. Этой толщине по [111] соответствует значение Кк равное 3,5+4,5-10 6 м/Па. Таким образом, толщина используемой в бронежилете серии «Патруль» демпферной прокладки с модулем упругости =2,0-103 Па, составила 7,0-9,0-10 3 м.
Представленные на рис. 4.4 варианты членения амортизационного слоя отличаются от существующих аналогов тем, что демпферные полосы расположены в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, а не строго вертикально как, например, в бронежилетах производства НПП «Класс» [21]. Такое решение способствует не только обеспечению гибкости конструкции и приданию дополнительных амортизационных свойств, но и более эффективному выводу продуктов обмена из пододёжного пространства через неплотное прилегание изделия в области пройм (горизонтальное направление движения воздуха) и шейно-грудного треугольника и низа изделия (вертикальное направление).
Ввиду того, что в зависимости от боевой ситуации часто требуется изменить степень защиты в бронежилете серии «Патруль» предусмотрены карманы, расположенные на внешних чехлах секций изделия и предназначенные для размещения дополнительных бронепластин, позволяющих увеличить (или уменьшить) класс защитной структуры со второго по пятый (рис. 4.3). По этой же причине крепление амортизационного слоя в новой модели бронежилета осуществлено с помощью ленты «velcro» (рис. 4.5).
Похожие диссертации на Разработка методологии проектирования эргономичных бронежилетов с использованием композиционных текстильных материалов
