Способ определения формы герметичной камеры защитной одежды

 

Изобретение относится к средствам защиты человека, например высотным компенсирующим жилетам, противоперегрузочным костюмам пилота, от неблагоприятного воздействия авиационного полета и другого скоростного перемещения и направлено на повышение их эффективности. Способ определения формы герметичной камеры защитной одежды заключается в испытаниях путем наддува герметичной камеры, расположенной в кармане защитной одежды, надетой на испытуемого и имеющей в области кармана внешнее покрытие из нерастягивающегося материала. Перед наддувом камеры из нее откачивают воздух до остаточного давления 10-100 Па, наддув осуществляют путем заполнения камеры легкоплавким или самозатвердевающим веществом в жидком состоянии, направляемым под давлением газа 210⁴-10⁵ Па, в процессе затвердевания вещества обеспечивают поверхностное дыхание испытуемого, давление поддерживают постоянным до полного затвердевания вещества внутри камеры, далее давление снимают, вскрывают карман защитной одежды и герметичную оболочку камеры и извлекают слепок внутреннего объема наддутой камеры, по которому в выбранных точках определяют их координаты и измеряют геометрические параметры поверхности. 5 ил.

Изобретение относится к средствам защиты человека от неблагоприятного воздействия авиационного полета и другого сверхскорстного перемещения, более точно к производству компенсирующего жилета, противоперегрузочного костюма и других подобных защитных средств, и более конкретно касается способа определения формы герметичной камеры защитной одежды, например средств противоперегрузочной защиты.

Данное изобретение может быть использовано для изготовления защитной одежды пилота, защитных жилетов машинистов и пассажиров сверхскоростных поездов, пилотов гоночных автомобилей.

В известных способах изготовления защитной одежды пилота производят пошив мягкой оболочки в форме, например, комбинезона, закрывающего часть тела пользователя, либо защитного жилета. Мягкая тканевая оболочка выполнена с плечевыми и поясными ремнями для фиксации на теле и снабжена карманами, в каждый из которых устанавливают объемный регулируемый защитный элемент в виде герметичной камеры из воздухонепроницаемого материала с отверстием для подачи воздуха под давлением.

Карманы защитной одежды выполняют с внешним покрытием из нерастягивающегося материала, и их контуры и расположение определяются теми участками тела пользователя, которые необходимо сдавливать для обеспечения компенсационного воздействия от неблагоприятных факторов скоростной перегрузки.

Одним из существенных этапов является процесс изготовления герметичной камеры, основными параметрами которой является ее прочность, способность выдерживать многократные воздействия высокого давления газа внутри камеры и сохранять при наддуве требуемые контуры, обеспечивающие сдавливание в процессе полета конкретных участков тела пользователя, например пилота.

В процессе проектирования и изготовления опытных вариантов высотной одежды пилота (компенсирующего жилета, противоперегрузочного костюма и др.) возникла необходимость расчетов их на прочность и давлений на тело пилота. Для этого было важно установить, какую форму принимает наддутая оболочка герметичной камеры, выполненной из резины или, например, ткани, покрытой полиуретановой пленкой, и тканевого защитного слоя или кармана, нашитого на одежду. Последний и принимает на себя всю нагрузку, возникающую при наддуве камеры.

Процесс изготовления и испытания герметичной камеры защитного костюма пилота, одним из этапов которого является способ определения формы объемного защитного элемента - герметичной камеры, регламентирован и описан в "Технических условиях на изготовление и приемку противоперегрузочного костюма ППК-3, АП-9020-00ТУ".

При проверке прочности защитного костюма и герметичной камеры костюм надевают на тело испытуемого либо на манекен, подгоняют плечевые и поясные ремни так, чтобы костюм плотно облегал тело испытуемого, через штуцер шланга подсоединяют герметичную камеру к источнику давления и, плавно открывая вентиль, создают в герметичной камере давление около 100 кПа, поддерживают его в течение 1 минуты, при этом измеряют линейные размеры камеры в наддутом состоянии. Далее закрывают вентиль, сбрасывают давление из камеры и отсоединяют штуцер шланга от источника давления.

Указанный цикл испытаний и измерений производят многократно, при этом система защитных противоперегрузочных средств должна обеспечивать прочность при давлении воздуха около 100 кПа и не должна разрушаться при избыточном давлении 170 кПа после 2000 циклов испытаний.

После наддува герметичной камеры ее визуальное наблюдение со стороны тела испытуемого невозможно, так как она закрыта наддутой частью одежды, а после снятия давления камера теряет форму.

Форму герметичной камеры в наддутом состоянии определяют лишь в той ее части, которая доступна для измерения, фиксируя координаты точек поверхности.

Существенным недостатком является невозможность измерения линейных размеров нижних частей наддутой камеры, прилегающих к телу испытуемого и вблизи него.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа определения формы герметичной камеры защитной одежды, в котором путем фиксации наддутого состояния камеры было бы обеспечено измерение визуально не наблюдаемых, скрытых в наддутом состоянии геометрических параметров, по которым в дальнейшем определяют прочностные характеристики напряжений в тканях и швах, коэффициент запаса прочности ткани и швов и величину давления ткани защитной одежды на участки контактирующего с ней тела испытуемого.

Это достигается тем, что в способе определения формы герметичной камеры защитной одежды путем наддува герметичной камеры, расположенной в кармане защитной одежды, надетой на испытуемого и имеющей в области кармана внешнее покрытие из нерастягивающегося материала, согласно изобретению перед наддувом камеры из нее откачивают воздух до остаточного давления 10-100 Па, наддув осуществляют путем заполнения камеры легкоплавким или самозатвердевающим веществом в жидком состоянии, направляемым под давлением газа 210⁴-10⁵ Па, в процессе затвердевания вещества обеспечивают поверхностное дыхание испытуемого, давление поддерживают постоянным до полного затвердевания вещества внутри камеры, далее давление снимают, вскрывают карман защитной одежды и оболочку камеры и извлекают слепок внутреннего объема наддутой камеры, по которому в выбранных точках определяют их координаты и измеряют геометрические параметры поверхности.

Этот способ дает возможность определить длины дуг и кривизну поверхности всей наддутой камеры, в том числе и нижних ее частей, прилегающих к телу испытуемого и вблизи него. Эти дополнительные параметры позволяют более достоверно определить прочностные характеристики напряжений в тканях и швах защитной одежды, коэффициент запаса прочности ткани и швов и давление ткани защитной одежды на участки тела, повышая эффективность противоперегрузочной защиты в условиях сверхскоростного перемещения.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного примера выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг.1 изображает схематично установку для реализации способа определения формы герметичной камеры защитной одежды согласно изобретению на примере высотного компенсирующего жилета; фиг. 2 - разрез фиг.1 по линии II-II согласно изобретению в области жилета в наддутом состоянии герметичной камеры; фиг. 3 - конфигурация слепка внутренней полости герметичной камеры, согласно изобретению в аксонометрии; фиг.4 - указанный слепок внутренней полости герметичной камеры, согласно изобретению вид сверху с множеством узловых точек, предназначенных для измерения, и измерительным инструментом; фиг.5 - упомянутый слепок внутренней полости герметичной камеры, согласно изобретению в сечении фиг.4 по линии V-V.

Способ определения формы герметичной камеры защитной одежды заключается в следующем.

Защитную одежду, в данном примере высотный компенсирующий жилет 1 (фиг. 1), надевают на испытуемого (пилота) так, чтобы она плотно облегала тело. Жилет 1 снабжен тканевым карманом 2, состоящим из двух секций. Внешнее покрытие кармана 2 выполнено из нерастягивающегося материала. Внутрь кармана 2 заправлена герметичная камера 3 (условно показана пунктиром).

Камера 3 снабжена впускным отверстием 4 для сжатого газа (воздуха), присоединенным к подводящему шлангу 5. Через переходной тройник 6 шланг 5 подключают к трубопроводам 7 и 8 с вентилями 9 и 10. Трубопровод 7 подведен к нижней части емкости 11 с жидким самозатвердевающим веществом 12, верхняя часть которой сообщена через редуктор 13 с компрессором (на чертеже не показан), а трубопровод 8 сообщен с форвакуумным насосом (на чертеже не показан). Емкость 11 снабжена средствами поддержания вещества 12 в жидкой фазе.

Перед наддувом камеры 3 из нее посредством форвакуумного насоса откачивают воздух до остаточного давления 10-100 Па, при этом вентиль 9 закрывают, а вентиль 10 открывают. Затем положение вентилей 9 и 10 меняют на противоположное и производят наддув герметичной камеры 3 путем ее заполнения легкоплавким или самозатвердевающим веществом 12 в жидком состоянии, направляемым под давлением газа, выбранным из диапазона 210⁴-10⁵ Па. В качестве вещества 12 может быть использован жидкий гипс (водный раствор гипса), парафино-стеариновая смесь в равных долях, а также в некоторых случаях жидкая эпоксидная смола. Давление газа поддерживают постоянным до полного затвердевания вещества 12 внутри герметичной камеры 3. Для уменьшения искажений при затвердевании и исключения образования дефектов в материале необходимо, чтобы дыхание испытуемого на этом этапе имело бы как можно меньшую амплитуду, то есть было бы поверхностным. По окончании процесса затвердевания закрывают вентиль 9, отсоединяют шланг 5 от переходного тройника 6 и вскрывают тканевый карман 2 и герметичную оболочку камеры 3, извлекают слепок внутреннего объема наддутой камеры 3, по которому определяют координаты выбранных точек и измеряют геометрические параметры поверхности.

На фиг.2 изображена в разрезе форма наддутой камеры 3.

Способ определения формы герметичной камеры защитной одежды более подробно изложен на примере заполнения герметичной камеры 3 высотного компенсирующего костюма жидким гипсом (водным раствором гипса). Камеру 3 заполняли под давлением газа 0.910⁵ Па, которое поддерживали в течение 10 минут. При этом гипс полностью затвердел. Сняли давление, раскрыли камеру 3 и извлекли гипсовый слепок 14 ее внутренней полости, конфигурация которого показана на фиг. 3. Положили слепок 14 на гладкую поверхность стола. Поверхность слепка 14 в проекции на плоскость стола расчертили карандашом, закрепленным в 3-координатном измерителе 15 (фиг.4), в виде сетки с ячейками размером 33 см.

С помощью того же прибора измерили координаты x, у, z каждого ij-го узла сетки (ij - номера узлов по осям x и у) (фиг.4, 5), взяв начало координат на плоскости стола в среднем продольном сечении на расстоянии 10 см от ближайшей точки участка живота испытуемого.

Перевернули слепок 14 и таким же способом измерили координаты всех узловых точек сетки, изображенной на обратной поверхности слепка 14.

По измеренным координатам с помощью известных формул дифференциальной геометрии численным методом с погрешностью не более 1% определили радиусы кривизны поверхности в поперечном и продольном направлениях во всех узловых точках поверхности.

Сравнили измеренные величины радиусов кривизны с полученными по теоретической методике. Расхождение результатов во всех сечениях, кроме 3-х крайних с обеих сторон в продольном направлении и 2-х крайних с обеих сторон в поперечном направлении, составило не более 5%, а в указанных крайних сечениях 8...10%. Эти данные показывают правильность в целом теоретической методики и возможность ее применения в инженерных расчетах.

В предложенном способе за счет фиксаций наддутого состояния герметичной камеры возможно измерение визуально не наблюдаемых геометрических параметров, например определение координат выбранных точек нижних частей наддутой камеры, прилегающих к телу испытуемого и вблизи него. Это в дальнейшем позволяет правильно выбирать прочностные характеристики ткани и швов одежды, величину давления ткани на участки контактирующего с ней тела пилота, что в конечном итоге повышает защитный эффект средств противоперегрузочной защиты в условиях сверхскоростного перемещения.

Формула изобретения

Способ определения формы герметичной камеры защитной одежды, заключающийся в испытаниях путем наддува герметичной камеры, расположенной в кармане защитной одежды, надетой на испытуемого и имеющей в области кармана внешнее покрытие из нерастягивающего материала, и дальнейшего измерения, отличающийся тем, что перед наддувом камеры из нее откачивают воздух до остаточного давления 10-100 Па, наддув осуществляют путем заполнения камеры легкоплавким или самозатвердевающим веществом в жидком состоянии, направляемым под давлением газа 210⁴-10⁵ Па, в процессе затвердевания вещества обеспечивают поверхностное дыхание испытуемого, давление поддерживают постоянным до полного затвердевания вещества внутри камеры, далее давление снимают, вскрывают карман защитной одежды и герметичную оболочку камеры и извлекают слепок внутреннего объема наддутой камеры, по которому в выбранных точках определяют их координаты и измеряют геометрические параметры поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5