本發(fā)明涉及防彈設(shè)備領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及一種輕質(zhì)仿生防彈頭盔。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，防彈頭盔作為單兵主要防護(hù)裝備之一，其使用顯著降低了戰(zhàn)場傷亡率。隨著反恐作戰(zhàn)和城市作戰(zhàn)需求的不斷提升，防彈頭盔不僅需要避免刺穿、子彈侵徹等帶來的貫穿傷害，同時應(yīng)避免非貫穿傷對作戰(zhàn)人員帶來的頓傷沖擊。

2、如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，提供一種小凹陷抗沖擊仿生防彈頭盔，其自外層至內(nèi)層依次放置硬質(zhì)抗沖擊層01、軟質(zhì)吸能層02、復(fù)合層03和內(nèi)襯層04，層與層間采用膠接的方式連接。其中最外層選用硬質(zhì)陶瓷緩沖子彈的大部分沖擊能。軟質(zhì)吸能層受到?jīng)_擊時，通過中部大變形，外部小變形吸收沖擊能。復(fù)合層選用柔性材料通過大變形吸收沖擊能，內(nèi)襯層選用形狀記憶聚合物纖維，受沖擊時溫升變化使其在彈著點附近向外凸起，使沖擊應(yīng)力向四周擴(kuò)散以減小對頭部的沖擊。但該裝置硬質(zhì)抗沖擊層采用陶瓷或輕質(zhì)合金，子彈易貫穿陶瓷或輕質(zhì)合金，增大其余層的抗沖擊壓力，降低頭盔整體的防彈性能。同時，層與層間膠接使頭盔結(jié)構(gòu)在抗沖擊時易發(fā)生異位，使結(jié)構(gòu)易崩潰，防彈過程極不穩(wěn)定。另外，頭盔的輕量化空間為多層結(jié)構(gòu)設(shè)計提出挑戰(zhàn)。

3、對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，如何對子彈的非貫穿頓傷具有更好的防護(hù)作用，是目前需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的核心是提供一種輕質(zhì)仿生防彈頭盔，設(shè)置外復(fù)合材料層、負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層、內(nèi)復(fù)合材料層，依靠中間負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層對子彈動能進(jìn)行緩沖吸收并減小頭盔整體的震動變化，緩釋外復(fù)合材料層所傳遞的應(yīng)力，大幅減少鈍擊所帶來的沖擊，對子彈的非貫穿頓傷具有更好的防護(hù)作用，具體方案如下：

2、一種輕質(zhì)仿生防彈頭盔，包括從外向內(nèi)依次層疊固定的外復(fù)合材料層、負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層、內(nèi)復(fù)合材料層；所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層包括若干微結(jié)構(gòu)面，若干所述微結(jié)構(gòu)面相互交叉形成負(fù)泊松比空間微結(jié)構(gòu)；

3、所述微結(jié)構(gòu)面包括若干層疊固定排列的微結(jié)構(gòu)排，每個所述微結(jié)構(gòu)排包括若干固定連接的微結(jié)構(gòu)單元，所述微結(jié)構(gòu)單元包括外箭頭模塊和內(nèi)箭頭模塊，所述外箭頭模塊和所述內(nèi)箭頭模塊的底邊為內(nèi)凹邊，所述外箭頭模塊的三個頂角分別連接于所述內(nèi)箭頭模塊的三個頂角形成內(nèi)外嵌套；

4、所述每個所述微結(jié)構(gòu)排中相鄰的兩個所述外箭頭模塊的底角相對固定，相鄰的兩個所述微結(jié)構(gòu)排中下層的所述外箭頭模塊的頂角固定于上層所述外箭頭模塊底邊向內(nèi)凹陷極點、或者固定于上層所述外箭頭模塊的底角。

5、可選地，所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層由微結(jié)構(gòu)面相互垂直交叉形成。

6、可選地，所述外箭頭模塊和所述內(nèi)箭頭模塊兩者的側(cè)邊為直邊，底邊為兩個直邊形成的鈍角。

7、可選地，所述外箭頭模塊和所述內(nèi)箭頭模塊為相似外形。

8、可選地，每個所述內(nèi)箭頭模塊包括兩個“y”型的組合部，每個所述組合部包括匯集于一點的兩個分叉和一個連桿；

9、構(gòu)成一個所述微結(jié)構(gòu)排的若干個所述外箭頭模塊包括均呈波浪形的第一單箭頭桁架和第二單箭頭桁架，所述第一單箭頭桁架和所述第二單箭頭桁架之間、所述第一單箭頭桁架與所述內(nèi)箭頭模塊之間、所述第二單箭頭桁架與所述內(nèi)箭頭模塊之間相互固定；

10、兩個組合部對應(yīng)的所述分叉的末端相互接觸配合；所述第一單箭頭桁架和所述第二單箭頭桁架接觸形成的夾角能夠與所述連桿的末端匹配嵌合。

11、可選地，所述分叉的末端設(shè)置插接柱，呈中心對稱分布的多個所述插接柱能夠與所述第一單箭頭桁架對應(yīng)設(shè)置的插孔配合插裝鎖定；

12、所述第一單箭頭桁架和所述第二單箭頭桁架之間通過插塊與插孔配合插裝鎖定。

13、可選地，所述外復(fù)合材料層與所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層之間、所述內(nèi)復(fù)合材料層與所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層之間具有1~2mm的空隙。

14、可選地，構(gòu)成所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層的微結(jié)構(gòu)面當(dāng)中，靠內(nèi)設(shè)置有孔隙率大的微結(jié)構(gòu)面，靠外設(shè)置有孔隙率小的微結(jié)構(gòu)面。

15、可選地，所述微結(jié)構(gòu)面的不同區(qū)域存在孔隙率差，所述微結(jié)構(gòu)面不同位置的孔隙率與子彈分布概率呈反比。

16、可選地，所述外復(fù)合材料層和所述內(nèi)復(fù)合材料層包括若干復(fù)合材料層層疊形成，相鄰的兩層所述復(fù)合材料層之間存在夾角，多層所述復(fù)合材料層依次按照同一旋向形成螺旋分布；

17、所述復(fù)合材料層為壓制成型的無緯布，層疊后用樹脂固化。

18、可選地，所述外復(fù)合材料層外表面噴涂陶瓷材料和超韌性的防護(hù)材料；

19、所述防護(hù)材料包括碳化硼、碳化硅和氧化鋁。

20、可選地，所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層采用鋁合金、鈦合金或鎂合金中的任意一種或多種作為基體材料。

21、本發(fā)明提供一種輕質(zhì)仿生防彈頭盔，從外向內(nèi)依次層疊固定設(shè)置外復(fù)合材料層、負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層、內(nèi)復(fù)合材料層；負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層由若干微結(jié)構(gòu)面相互交叉形成負(fù)泊松比空間微結(jié)構(gòu)；微結(jié)構(gòu)面包括若干層疊固定排列的微結(jié)構(gòu)排，進(jìn)而每個微結(jié)構(gòu)排包括若干固定連接的微結(jié)構(gòu)單元；微結(jié)構(gòu)單元包括外箭頭模塊和內(nèi)箭頭模塊，外箭頭模塊和內(nèi)箭頭模塊的底邊為內(nèi)凹邊，外箭頭模塊的三個頂角分別連接于內(nèi)箭頭模塊的三個頂角形成內(nèi)外雙層嵌套結(jié)構(gòu)，每個微結(jié)構(gòu)排中相鄰的兩個外箭頭模塊的底角相對固定，相鄰的兩個微結(jié)構(gòu)排中下層的外箭頭模塊的頂角固定于上層外箭頭模塊底邊向內(nèi)凹陷極點；通過外復(fù)合材料層、負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層、內(nèi)復(fù)合材料層之間的相互配合，外復(fù)合材料層首先與子彈相接觸，使子彈動能大幅降低；中間負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層對繼續(xù)進(jìn)入的子彈動能進(jìn)行緩沖吸收并減小頭盔整體的震動變化，緩釋外復(fù)合材料層所傳遞的應(yīng)力，大幅減少鈍擊所帶來的沖擊；內(nèi)復(fù)合材料層消耗子彈的剩余動能；具有良好的防彈、防鈍傷和隔震的性能，對子彈的非貫穿頓傷具有更好的防護(hù)作用。

技術(shù)特征：

1.一種輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，包括從外向內(nèi)依次層疊固定的外復(fù)合材料層（1）、負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層（2）、內(nèi)復(fù)合材料層（3）；所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層（2）包括若干微結(jié)構(gòu)面，若干所述微結(jié)構(gòu)面相互交叉形成負(fù)泊松比空間微結(jié)構(gòu)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層（2）由微結(jié)構(gòu)面相互垂直交叉形成。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，所述外箭頭模塊（21）和所述內(nèi)箭頭模塊（22）兩者的側(cè)邊為直邊，底邊為兩個直邊形成的鈍角。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，所述外箭頭模塊（21）和所述內(nèi)箭頭模塊（22）為相似外形。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，每個所述內(nèi)箭頭模塊（22）包括兩個“y”型的組合部，每個所述組合部包括匯集于一點的兩個分叉（221）和一個連桿（222）；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，所述分叉（221）的末端設(shè)置插接柱（223），呈中心對稱分布的多個所述插接柱（223）能夠與所述第一單箭頭桁架（211）對應(yīng)設(shè)置的插孔配合插裝鎖定；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，所述外復(fù)合材料層（1）與所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層（2）之間、所述內(nèi)復(fù)合材料層（3）與所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層（2）之間具有1~2mm的空隙。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，構(gòu)成所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層（2）的微結(jié)構(gòu)面當(dāng)中，靠內(nèi)設(shè)置有孔隙率大的微結(jié)構(gòu)面，靠外設(shè)置有孔隙率小的微結(jié)構(gòu)面。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)面的不同區(qū)域存在孔隙率差，所述微結(jié)構(gòu)面不同位置的孔隙率與子彈分布概率呈反比。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，所述外復(fù)合材料層（1）和所述內(nèi)復(fù)合材料層（3）包括若干復(fù)合材料層層疊形成，相鄰的兩層所述復(fù)合材料層之間存在夾角，多層所述復(fù)合材料層依次按照同一旋向形成螺旋分布；

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，所述外復(fù)合材料層（1）外表面噴涂陶瓷材料和超韌性的防護(hù)材料；

12.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的輕質(zhì)仿生防彈頭盔，其特征在于，所述負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層（2）采用鋁合金、鈦合金或鎂合金中的任意一種或多種作為基體材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種輕質(zhì)仿生防彈頭盔，涉及防彈設(shè)備領(lǐng)域，負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層由若干微結(jié)構(gòu)面相互交叉形成；微結(jié)構(gòu)面包括若干微結(jié)構(gòu)排，微結(jié)構(gòu)排包括若干微結(jié)構(gòu)單元；微結(jié)構(gòu)單元包括外箭頭模塊和內(nèi)箭頭模塊，外箭頭模塊和內(nèi)箭頭模塊的底邊為內(nèi)凹邊，外箭頭模塊的三個頂角分別連接于內(nèi)箭頭模塊的三個頂角形成內(nèi)外雙層嵌套結(jié)構(gòu)；外復(fù)合材料層首先與子彈相接觸，使子彈動能大幅降低；中間負(fù)泊松比微結(jié)構(gòu)層對繼續(xù)進(jìn)入的子彈動能進(jìn)行緩沖吸收并減小頭盔整體的震動變化，緩釋外復(fù)合材料層所傳遞的應(yīng)力，大幅減少鈍擊所帶來的沖擊；內(nèi)復(fù)合材料層消耗子彈的剩余動能；具有良好的防彈、防鈍傷和隔震的性能，對子彈的非貫穿頓傷具有更好的防護(hù)作用。

技術(shù)研發(fā)人員：趙穎,郝紀(jì)波,胡建鋒,周科名,王月強(qiáng),楊杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23