摘要：头盔作为重要的头部防护装备，主要用来抵御两种类型的伤害，一是钝物或投射物对头部的直接打击，二是可能对头部造成的非贯穿性伤害。早期头盔主要用藤皮革等制作，随着科学技术的发展和各行业需求的不同，现代头盔的种类较多，其中，防暴头盔的发展尤其值得关注。除了上述的防御伤害作用，头盔还能作为各类功能模块（摄像仪、手电筒、通信系统等）的承载平台，加装各类功能模块后，可以有效提升头盔应对不同任务需求的能力。文章以防暴功能为例，就防暴头盔的优化发展进行分析。

关键词：头盔；防护装备；防暴功能

传统的头盔能够抵御利器、棍棒及各种非爆炸性冷兵器的攻击，具备抵御锐器穿刺的能力，可以保证行动人员头部安全。头盔的防暴功能要求其必须具备足够的耐冲击和击打能量吸收性能。从抗老化需求上来看，在现实生活中，头盔必须具备抵御高温、低温、湿热及抗老化能力。从外观设计上来看，针对防暴头盔的任务受众，防暴头盔的外观结构设计必须具有威武、大气的视觉效果，能够给对方的心理产生强大的震撼和威慑力。

1 防暴头盔的现状及不足

（1）外观威慑性偏弱。外形不够威武，与现役制服配色不协调。

（2）佩戴耐受性较差。头盔重量重，舒适性、稳固性、适配性较差，内衬等配件无法拆洗。

（3）装备可靠性不足。面罩易磨损，透视性差，寿命偏短，部件易故障、老化。

（4）延伸实用功能性不强。无照明、摄录等拓展功能。

2 防暴头盔的优化方向及后续发展思路

2.1 提升佩戴耐受性

需要细化头盔型号划分，提升佩戴耐受性。防暴头盔一般只有大、小两个型号，这导致头盔设计时，必须尽最大可能扩大头盔的腔体容积，保证在最大范围内适配不同头型，其结果会导致头盔重量过重，与人员头型适配性很差^[1]。

近年来，头盔的个性化定制技术渐渐得到重视，尤其是飞行头盔的个性化定制技术，引领了头盔的发展趋势。经过个性化定制的头盔，降低了头盔的重量，提高了头盔佩戴的稳定性，适体性达90%以上，远超同类产品。

防暴头盔的设计应该借鉴以上设计思想，对号型的分布进行重新划分。为了解决头盔佩戴随动性较差的问题，同时避免型号过多带来的成本参制上升和装备保障困难问题，根据《中国成年人人体尺寸》（GB/T 10000-1988）中对头长、头宽、头圈的统计结果，防暴头盔应设计大、中长、中宽、小四个号型，并利用头围调节各进行连续调节，保证不同的头型都能佩戴稳定、舒适。

2.2 提升佩戴稳定性

将防暴头盔的佩戴转置由两点调节优化为四点调节，进一步提升头盔佩戴的稳定性。目前，防暴头盔普遍采用ABS、PC、PA等聚合物材料，以上单一聚合物材料经过注塑加工后制成的盔体，其抗穿刺性能比较差。为了解决这一问题，盔体材料基本需要进行二次改性。即使如此，头盔防护性能的实现仍然需要过量加厚盔体，这导致头盔重量急剧上升。同时，为了保证头盔的缓冲性能，在盔体顶部预留了很大的安全间距，这导致头盔无效体积和重量的进一步增大^[2]。

现阶段，头盔使用的先进材料主要为纤维织物类材料，纤维织物材料相较于聚合物材料有天然的优势，其耐候性佳，重量轻，并且抗穿刺、抗冲击性能优异，在受到外力打击时不会破碎。因此，可采用纤维织物材料替换原有的聚合物材料，实现头盔减重及防护性提升的目标。纤维织物与聚合物头盔结构如图1所示。

2.3 提升佩戴可靠性

现有的防暴头盔面罩耐磨性能较差，在后期设计中，一方面要调整面罩材料，另一方面应在面罩外表面增加钢化镀层，增强耐刮擦性能。同时，内表面要做防雾处理，保证在执行任务过程中的可视度要求。

3 防暴头盔的材料及结构优化

3.1 头盔耐穿透性试验

将芳纶、聚合物加工的头盔盔体配合发泡聚苯乙烯缓冲装置，进行头盔耐穿透性试验。通过比对两种材料头盔的损伤结果，评价材料性能是否适用于头盔，为头盔材料方案优化提供依据。

（1）试件检验前处理。在高温试验箱中存储6h，温度为+55C，储存完成后，在5min内进行试验。

（2）检验装置.从预定高度台架上坠落，采用钢锥穿刺头盔预定区域，进行测试。钢锥用工具钢（TIOA）制成，质量为（3士0.01） kg；锥角为60土30’，锥尖半径为（0.50士0.1）mm，锥底直径为（25+0.1）m，参与穿透的锥体高度应为（40士2）mm，锥尖硬度在HRC50以上。

（3）试验结果比对。试验结果如表1所示。纤维织物头盔、聚合物头盔、发泡聚苯乙烯缓冲装置损伤形态分别如图2、图3、图4所示。试验结果表明，聚合物材料头盔产生明显的塑性变形，被穿透，损伤面直径为13m，此结果会导致头盔失去防护性能；纤维织物材料头盔在受到中击后，产生明显的多路径冲击波分散线，未被穿透，损伤面直径小，头盔内表面基本无损伤，这表明此类材料对头盔防护性能有极大提升；发泡聚苯乙烯反面出现明显的收缩压溃痕迹，是其吸收冲击能量的具体特征，日从正面的损伤形态来看，其具有一定程度的冲击止损作用^[3]。

通过综合比对，在受到环境应力作用后，聚合物头盔防护性能相较纤维织物头盔有较大差距，且纤维织物头盔重量更轻，有利于提供头盔佩戴的舒适性。同时，高效吸收冲击能量，需要多种材料的共同作用来完成，以起到对冲击能量层层过滤的作用。

3.2 缓冲层材料优化

缓冲层应取消原有的大尺寸安全间距结构，采用高效吸能、无毒、无害、吸汗、透气的发泡聚苯乙烯（EPS）、发泡聚丙烯(EPP)、 发泡聚乙烯（EP0）等缓冲材料。模具成型为与头盔内表面弧度一致的、可紧密贴合的整体式缓冲垫，如图5所示。在缓冲垫上设计导热排汗通道，在提供缓冲保护的同时，提高其散热性能^[4]。

将EPP、EPO、 EPS 加工的100mmX 100mmX 100mm的试验样品，使用同一冲击装置进行材料抗冲击性试验，试验结果如表2所示。通过比对三种材料的试验结果，可以评价材料性能是否适用于缓冲，为缓冲材料方案优化提供依据。试验结果表明，EPO的缓冲性价比比EPP低，比EPS略高；EPO、EPS的尺寸稳定性好，而EPP的尺寸不稳定，稳定性好是作为缓冲装置结构件的有利条件；等体积下，EPO的重量比EPS、EPP 高，作为头部防护装备，重量过重的装置在长时间佩戴后会导致人员颈部损伤^[5]。综合以上条件，在头部防护装备中，EPS具有重量、缓冲性等综合性优势。

3.3 结构优化

防暴头盔多采用全包裹盔型，导致头盔结构模块化程度低，无法根据任务需要进行调整，后期头盔的设计充分考虑任务的切换需要。基础盔型具有较大的拓展空间，可采用类似fast头盔的半盔结构作为基础盔型，并设置模块式护耳，通过快速拆装结构实现半盔、全盔转化，如图6所示。

同时，面罩也应该作为一个独立模块，在头盔上预留接口，按任务状态选择装拆，而并非像原有的防暴头盔那样固定在头盔上，无法拆装，模块化程度极低^[6]。

另外，人员在外界气温比较高的情况下长时间佩戴头盔，会产生严重的闷热感，甚至会导致人员晕厥，影响任务的顺利完成。因此，头盔结构设计要充分考虑到头盔的通风散热问题，与此同时，散热装置也要注意对液体泼溅的防护^[7]。在具体设计时，可考虑在头盔顶部设置可开合的透气孔，在保证防护性能的同时，提升头盔的透气散热性^[8] 。

4 结束语

防暴头盔设计要重点围绕头盔的可靠性、功能性及舒适性等短板问题展开，设计理念顺应现代头盔发展趋势，采用模块化、组合式设计。设计的头盔可以根据不同任务、地域、气候条件，快速转换状态，适应不同类型任务的要求。

参考文献：

[1] 肖志，张云飞，庞通.等功能梯度仿生头盔防护性能与头部损伤分析[J].湖南大学学报（自然科学版），2021，48(10)：29-38.

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[3] 陈薇薇.智能护颈头盔的创新设计研究[D].武汉：湖北工业大学.2021.

[4] 韩泽佳，肖秦琨，张立旗.基于改进SSD安全头盔反光衣检测算法[J].自动化与仪表，202136(9)：63-68.

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[6] 贺帅.供气式安全头盔呼吸微环境特性研究[D].北京：北京科技大学2020.

[7] 张雨，林炳辉，李雨墨.等.基于树莓派的安全头盔视频稳像模块设计与实现[J].工业技术创新.2020.7(1)：17-22.

[8] 熊玉梅，孔元元.一种智能安全头盔的研究与设计[J].福建电脑，201733(9)：37+39.