Диссертация (Разработка научно обоснованных технических решений защиты экипажа автобронетанковой техники при минно-взрывном воздействии), страница 6

Основнымитипами энергопоглощающих элементов, используемых в травмобезопасныхкреслах, являются (Рис. 1.15):• деформирующийся столб;• прокатка валиков;• выворачивающаяся труба;• резка или срез;• труба и пуансон;• прокатка или сплющивание трубы;• прокатка проволоки, ленты или стержня;• деформирующееся звено цепи.Наиболее оптимальным является маятниковая подвеска кресла, котораяпозволяет «подстраиваться» под нагрузку действующую не строго вертикально.Ввиду короткого времени нарастания перегрузки (1-2 мс) при подрывеколесной и гусеничной АБТ существуют ограничения на конструкциюэнергопоглощающих элементов.

Энергопоглощающие элементы, связанные со39срезом или смятием материала, для таких скоростей нарастания нагрузки,имеют эффект запаздывания при существенном увеличении перегрузок вначальный момент срабатывания.40ГЛАВА 2.КРИТЕРИИПОРАЖЕНИЯЭКИПАЖААВТОБРОНЕТАНКОВОЙ ТЕХНИКИ ПРИ ПОДРЫВЕ НА МИНАХ ИСАМОДЕЛЬНЫХ ВЗРЫВНЫХ УСТРОЙСТВ2.1.Статистика травм, полученных в ходе ведения боевыхдействийКоличествовоенныхконфликтов,носящиххарактерконтртеррористических и контрпартизанских операций, гражданских войн,пограничных конфликтов, войн за независимость и оккупаций с каждым годомвозрастает.

Вместе с тем, возрастает и процентное соотношение использованиямин и СВУ которые используются для подрыва колесной и гусеничной АБТ какнепосредственно в боевых действиях, так и при передислокации войск. Так,военный контингент США в Ираке с 2003 по 2007 гг., в результате боевыхтравм потерял 28009 раненными и 3092 человек убитыми, при этом доляранений, приходящихся на мины и СВУ составила 69%, а доля смертей – 63%.В Афганистане с 2001 по 2007 гг. потеряно раненными 1607 и 251 убитыми, чтосоставляет 53% и 41% соответственно [31].

Основными частями тела,подвергнутыми опасности, являются ноги (стопа, голень, реже бедро),позвоночник, голова, а также глаза уши и легкие. При этом прослеживаетсяувеличение количества в процентном соотношении травм шеи и головы с 21%во Второй мировой войне до 30 % в Ираке и Афганистане, при этом существуеттенденция к снижению в процентном соотношении количества травм верхнейчасти тела при сохранении травматизма нижней части с 15% и 7% во Второймировой войне до 8% и 9% соответственно в войнах в Ираке и Афганистане[32].

По другим данным [33] ранения конечностей, полученные солдатамиСША во время операций «Иракская свобода» и «Несокрушимая свобода»вызваны в 40% случаях подрывами на минах и СВУ. Статистика, приведеннаядругим автором [34] показывает схожие данные, подрывы самодельных41взрывчатых устройств и мин являются причиной 34 % ранений нижнихконечностей военнослужащих США, полученных в результате первой фазыоперации «Иракская свобода».К сожалению статистика потерь военнослужащих и сил МВД РоссийскойФедерации, не является столь подробной. Так по данным, озвученнымНиколаем Рогожкиным (июль 2010) [35] потери российских внутренних войск входе первой и второй войн в Чечне составляют убитыми 2 тысячи 984 человека,9 тысяч раненными.Таким образом, возникает острая необходимость выяснения механизмовпоражения, а также уточнения критериев поражения отдельных частей тела квоздействию ударных перегрузок и избыточного давления.

Так как критериипоражения играют важную роль в определении травмобезопасности экипажаколесной и гусеничной АБТ при приемочных испытаниях, далее представленобзор всевозможных критериев для различных частей тела.2.2.Обзор критериев поражения нижних конечностейПри подрыве АБТ на мине, в результате контакта днища с ногамипередаетсяосевоеусилие.Прилобовыхстолкновенияхавтомобилейпроисходит несколько другой механизм воздействия: во-первых, приборнаяпанель производит удар по коленям переднего пассажира и водителя, врезультате чего возникает осевое усилие в бедре, во-вторых происходит удар поногам водителя со стороны педалей, в результате чего возникает не толькоосевое усилие в голени, но и изгибающий момент.

Поэтому результатыисследований, проводившихся для разработки травмобезопасности пассажировавтомобилей, не всегда подходят для разработки критерия поражения при МВВна АБТ. Модели получения травмы, разработанные Йогананданом [36],Бегеманом [37], Шулером [38], Фанком [39, 40], Китагавой [41] и Барбир [42],сосредоточены на исследовании динамического нагружения стопы, пятки,малоберцовой и большеберцовой костей. В испытаниях на образцах,42обрезанных ниже колена, у таких исследователей как Йоганандан [36], Бегеман[37], Робертс [43], нога была жестко закреплена на испытательном стенде, аизмерения усилия осуществлялись тензодатчиками, установленным в местеобреза ноги. Таким образом, невозможно определить какая часть замеренногоусилия приходится на большеберцовую кость, а какая на малоберцовую. Висследованиях Фанка и Барбир тензодатчик был вмонтирован непосредственнов большеберцовую кость.

Шулер [38] в своих исследованиях вообще не мерилусилие в голени.Еще одно отличие в исследованиях – это масса и скорость ударника. ВТаблице 3 представлены сводные данные о скорости и кинетической энергииудара.Таблица 3.Сравнительная скорость и кинетическая энергия ударника в различныхисследованиях.Описание образцов1Образцы,обрезанные нижеколенаСкоИсследова-ростьтельударника (м/с)23Карр [44]5,4Робертс [43]4,6Массаударника(кг)Кинети-боль-ческаяшебер-энергияцовой(Дж)костиВозраст(г)Количествообразцов(кН)56100-464н/дн/дн/д7,8-13,03,4-7,625145-7224,3-11,4Бегеман3-8,116,373-5351,85-3,1618[37]4-9,216,3130-6906,9-8,720Йогандан[36]4Усилие в6,831,878927852643Таблица 3 – продолжение123Китагава2,37-[41]3,99Бун [45]Сейпель[46]МакМастер[47]4561851-1435,7-9,1н/дн/дн/д1,1-8,92,2-7,61639-4622,4-5,51 кН/мсн/дн/дГалленбергер[48]Образцы,обрезанные выше коле-5,7,66-499до 812,326,7-12,538853-2,9697,7-20,5Клопп[49]5 кН/мсн/дн/д1,8-10,92-73366-8092,7-7,8*5334132,6-10,8Барбир [42]3,8-7,136,7265-9262,3-6,4Маккей [50]7-1229,3900-26451,4-11,340]на и трупцеликом83277481622231,8Шулер[38]Фанк [39,59-6,3 +/-3,3,2-97ср.542467151250417441744566448092301018*Усилие разрушенияВ работах Йоганандана [36], Бегемана [37], Робертса [43], и Фанка [39,40] действие осевого усилия в голени длится 20-60 мс, что характерно длялобового столкновения автомобиля.

Тем временем время действия усилия приподрыве на минах составляет менее 10 мс [12], а по данным Барбир [42], от 5 до4415 мс. Многолетний опыт испытаний, проведенных НТЦ «Спецтехника»показывает, что время действия усилия в голени длится 20-40 мс.На основе проведенного обзора в качестве критерия травмобезопасностиэкипажа при подрыве на минах было решено использовать критерий,разработанный Йогананданом [36] при использовании стандартной ногиманекена Гибрид 3 и Маккеем [50] при использовании «военной» ноги MIL-LX.Для стандартной ноги манекена Гибрид 3 максимально допустимое осевоеусилие, измеренное у нижнем тензодатчике составляет 5,4 кН (для возраста 45лет) Рис.

2.1, что соответствует 10 % вероятности получения травмы по шкалеAIS 2 [51].Рис. 2.1. Кривые вероятности травмирования ног по Йогананданудля 25, 45 и 65 летДля «военной» ноги MIL-LX максимально допустимое значение,замеренное в верхнем тензодатчике, распложенном посередине голенисоставляет 2,6 кН (Рис. 2.2). Хотя количество испытанных образцов непозволяет выявить зависимость вероятности перелома от возраста, образцыбыли подобраны таким образом, чтобы соответствовать возрасту 30-40 лет(образцы выбирались по плотности минеральных веществ в кости). Значение2,6 кН соответствует 10% вероятности повреждения ноги по шкале AFIS 4 [52]45(или шкале AIS 2 [51]). Оценка 4 по шкале AFIS предполагает «серьезныенарушения», что подразумевает оказание помощи человеку при передвижении.Рис.

2.2. Вероятность повреждения нижней части ногДругим возможным критерием травмобезопасности является скоростьудара днища (или пола) АБТ по ногам в момент подрыва. Критическоезначение скорости удара было выбрано из многократно провереннойбезопасной скорости удара ног о землю при приземлении на аварийномпарашюте. Допустимая скорость приземления [53] равняется 8,5 м/с, при этомсуммарная потерянная скорость за счет отскока будет значительно больше, чтоидет в некоторый запас по травмобезопасности.2.3.Обзор критериев поражения грудного и поясничного отделапозвоночника при действии вертикальных перегрузокПервые исследования по прочности позвоночного столба человекаотносятся к началу ХХ века [54]. Однако более детально изучать предельнодопустимые динамические вертикальные воздействия на человека начали вовремяВтороймировойвойны[55,56],когдапоявилисьпервыекатапультируемые кресла.

Так как АИМ еще не были разработаны, аизмерительно-регистрирующаяаппаратурапозволялаизмеритьтолькоперегрузку на конструкции, то были предприняты попытки связать пиковоезначение вертикальной перегрузки с травмобезопасностью позвоночного46столба человека [57, 58]. Другим критерием повреждения позвоночника сталDRI (dynamic response index (индекс динамической реакции)) [59, 60, 61].Модель позвоночника представляет собой одномассовую систему с упругим ивязким элементом подключенными параллельно. Движение массы описываетсядифференциальным уравнением второго порядка (2.1):z̈ (t) = δ̈ + 2 · ζ · ωn · δ̇ + ω2n · δ(2.1)Решая уравнение, находится сжатие позвоночного столба, затем поформуле (2.2) находится DRI, что фактически является перегрузкой:ω2n ·δmax δmaxDRIz ===ggтяж(2.2)Коэффициент демпфирования ζ=0,223 и собственная частота ωn =�/ =52,91 (8,4 Гц) , (масса верхней части тела равна 34,51кг, жесткость нижнейчасти позвоночника равна 96,6 кН/м) подобраны для лётного составаамериканских военных воздушных сил с учётом среднего возраста 27,9 лет.Стеч и Пэйн [60] определили индекс динамической реакции для 50 %вероятности повреждения позвоночника для пилотов при среднем возрасте 27,9лет равным 21,3 (то есть фактически перегрузка 21,3 g).