Przegląd siedzeń, które łagodzą uderzenie fali uderzeniowej
Testy wybuchowe FV432. Narzędzia latają wokół manekina. Wskazuje to na niebezpieczeństwo luźnego wyposażenia w przypadku wybuchu. Szkolenie znacznie zwiększa prawdopodobieństwo przetrwania miny lub IED. Jednocześnie pasy mocujące i prawidłowe rozmieszczenie ekwipunku mają ogromne znaczenie, to podstawa bezpieczeństwa żołnierza.
Fotele przeciwwybuchowe, często uważane za oczywiste, zwiększają poziom przeżywalności z min i IED. Rozważane są nowe osiągnięcia w dziedzinie zwiększonej ochrony. Fotele z poduszką podmuchową nie są nowym zjawiskiem, ponieważ samochody z czasów radzieckich były wyposażone w siedzenia montowane na dachu i po bokach. Jednak w ostatnich latach rozwój technologii i konstrukcji przebiegał w tej dziedzinie szczególnie szybko, wraz z rozwojem pojazdów przeciwminowych, które stały się powszechne na polu bitwy.
Do niedawna bez wątpienia cała uwaga była kierowana na rozwiązania chroniące przed minami i improwizowanymi ładunkami wybuchowymi (IED) pojazdu, a nie ludzi znajdujących się w jego wnętrzu, ponieważ oczywiste jest, że zapobieganie penetracji pojazdu jest najważniejszym i najpilniejszym wymogiem w przypadku wybuchu.
Statystyki walk w Iraku i Afganistanie pokazują, że pojazdy stały się lepiej chronione i zdolne do przetrwania, a liczba rannych i zabitych w większości spadła. Jednak liczba niektórych rodzajów obrażeń faktycznie wzrosła, a liczba zgonów z powodu wtórnych uderzeń pozostaje zaskakująco wysoka, nawet w samochodach wyposażonych w siedzenia pochłaniające elementarną energię.
Jednym z najważniejszych i palących problemów w tej dziedzinie jest tzw. „efekt rzucania”, spowodowany ogromnym ujemnym przyspieszeniem samochodu wyrzucanego w powietrze, a następnie gwałtownie spadającego z powrotem na ziemię.
Statystyki dotyczące wypadków są zawsze klasyfikowane, ale niepotwierdzone dowody pochodzące od lekarzy w Afganistanie sugerowały, że liczba zgonów spadła, podczas gdy szpitale polowe i placówki medyczne głównego nurtu nadal zapewniają dużą ilość fizjoterapii i powiązanego leczenia dla osób, które przeżyły. Lekarze pomagali żołnierzom radzić sobie z urazami pleców, mięśni i stawów, które przez pewien czas pozostawały niezauważone, ponieważ żołnierze po prostu nie przeżyli w takich przypadkach.
Nowoczesne fotele przeciwwybuchowe są dostępne w szerokiej gamie typów i wzorów. Ogólnie rzecz biorąc, pierwszymi udanymi projektami były standardowe fotele załogi mocowane do boków lub dachu pojazdu. Zmniejszyły siłę uderzenia, która powstała w wyniku odkształcenia dna samochodu i działała bezpośrednio na siedzącą osobę.
W tym względzie inne podejście można zilustrować na przykładzie fotela, który konstrukcyjnie jest tak zwanym fotelem dynamicznym zawieszonym (Suspended Dynamic Seat), opracowanym przez firmę Autoflug. Firma ma duże doświadczenie z linkami spadochronowymi, a w tym projekcie stara się odizolować żołnierza od działania fali uderzeniowej i luźnych przedmiotów wewnątrz pojazdu, zawieszając siedzisko na paskach napinających z cewkami bezwładnościowymi. Inne tego typu fotele również wykorzystują mocowania tkaninowe i linowe, ponieważ nie przenoszą sił ściskających, które bardzo dobrze przenoszone są przez metal.
Siedzisko Autoflug może zabezpieczyć do siedmiu pasków, zapewniając swobodę ruchów i regulację, jednocześnie chroniąc żołnierza przed bezpośrednim uderzeniem podmuchu. Użytkownik jest unieruchamiany w siedzisku za pomocą czteropunktowych pasów bezpieczeństwa i pasów udowych, które po rozerwaniu służą do unieruchomienia kończyn poruszających się w górę, co może prowadzić do dodatkowych obrażeń i obrażeń.
Należy rozumieć, że pasy bezpieczeństwa są absolutnie niezbędną częścią konstrukcji fotela i jeśli nie są wygodne lub trudne do zrzucenia na kamizelkę kuloodporną lub sprzęt, żołnierze nie będą ich nosić, a jeśli zostaną wysadzone, natychmiast stracą korzyści z jakichkolwiek siedzisko przeciwwybuchowe.
Takie podwieszane konstrukcje są nadal popularne i rozpowszechnione, zwłaszcza w ciężkich pojazdach, takich jak walka główna czołgi (OBT). Takie maszyny w większości przypadków nie uzyskują dużego przyspieszenia, chyba że zostaną wysadzone przez bardzo duże ładunki. Swoboda poruszania się, jaką zapewniają w normalnej pracy, może być na początku niezwykłym przeżyciem, ponieważ oczywiste jest, że stery maszyny są statyczne, a użytkownik może się względem nich poruszać, ale załoga szybko przyzwyczaja się do takiej swobody ruch.
Problem staje się jednak znacznie trudniejszy w przypadku mniejszych pojazdów, gdzie projektanci zwykle borykają się z dwoma głównymi problemami. Po pierwsze mniejsza masa powoduje, że uderzenie wybuchu jest znacznie silniejsze i dlatego należy zredukować większe siły, a po drugie, będąc mniejszymi, siedziska muszą być montowane na stosunkowo niewielkiej powierzchni nośnej.
Jednak na całym świecie toczy się ogrom pracy nad stworzeniem odpowiednich miejsc, a nagrody finansowe dla nich są bardzo znaczące ze względu na fakt, że Stany Zjednoczone, między innymi, mają silną chęć zastąpienia wszystkich miejsc jego ogromna flota pojazdów opancerzonych typu HMMWV z opcjami przeciwwybuchowymi. Zdaniem ekspertów nie jest to łatwe zadanie, ponieważ takie pojazdy mają do pewnego stopnia ograniczoną objętość wewnętrzną i konieczne będzie bardzo efektywne wykorzystanie około 7,5 cala przestrzeni pod siedzeniem, aby zapewnić akceptowalny poziom ochrony. Jednak testy przeprowadzone w ramach tego programu wykazały, że ten problem ma rozwiązanie.
Kiedy Wielka Brytania zaczęła rozważać przeniesienie wszechobecnego obecnie pojazdu Jackal z sił czysto specjalnych do regularnej piechoty w Afganistanie, kontrakty zostały przyznane Supacat i Jankel Armouring, aby rozwiązać te problemy na prawdopodobnie najbardziej sprawdzonym typie pojazdu. Dyrektor zarządzający Jankel, Andrew Jankel, powiedział, że firma początkowo zajmowała się tylko dostarczaniem opancerzenia i chciała kupić gotowe fotele, ale badania rynku i doświadczenie w dostarczaniu takich produktów (bardzo negatywne) „skłoniły” firmę do opracowania własnego projektu.
Fotele te zostały zaprojektowane zgodnie z napiętym harmonogramem i pomyślnie przetestowane pod kątem wybuchu. Pod nazwą JBAS (Jankel Blast Attenuating Seats - Jankel Blast Attenuating Seats) zostały zatwierdzone i przyjęte do pilnego programu modernizacji firmy.
Były to stosunkowo proste, montowane na podłodze, amortyzujące siedzenia, które wykorzystywały przestrzeń pod siedzeniami do amortyzowania ruchu w górę i zmniejszania wpływu wybuchu na pasażerów.
Jankel kontynuował rozwój projektu, co w 2009 roku doprowadziło do wydania rodziny siedzeń Blastech. Siedzenia te są dostępne w różnych wersjach z różnymi mocowaniami dla szerokiej gamy maszyn. Wariant montowany na Jackalu, znany jako seria F, ma podstawę „przeciw okrętom podwodnym”, która zapobiega wyślizgiwaniu się pasażera spod czteropunktowych pasów bezpieczeństwa; Siedzisko jest regulowane do przodu i do tyłu, wysokość i obrót. Dostępne jest również składane siedzenie, które zwiększa przestrzeń w samochodzie.
Pod oznaczeniem serii R dostępna jest opcja montażu na dachu lub rufie, przeznaczona głównie dla oddziałów desantowych na rufie i jest standardowo wyposażona w składaną podstawę. Seria E dla pojazdów inżynieryjnych (zaprojektowana dla brytyjskiego pojazdu blokującego przeszkody Talisman JCB) ma ochronę przed wybuchem, podobnie jak reszta siedzeń, ale ten wariant ma wbudowane zawieszenie pneumatyczne, aby złagodzić nierówny teren, na którym te pojazdy głównie działają.
Wreszcie ostatnia opcja to seria X, która zawiera kilka opcji, takich jak składane oparcie, duża regulacja wysokości do pozycji podróżnych i bojowych, a także opcje montażu na wieży, rufie, z mocowaniem do boków i dołu.
Wszystkie siedzenia oferują zasadniczo taką samą ochronę przed wybuchem, ale są zaprojektowane tak, aby spełnić różne wymagania dotyczące kosztów i wagi lub miejsca siedzącego. Chociaż Jankel utrzymuje poziom ochrony oferowany przez fotele w tajemnicy, jasne jest, że mogą one wytrzymać szczytowe przyspieszenia przekraczające 2000 G w ciągu 2 milisekund, przenosząc tylko część tych obciążeń na pasażera.
Wybuch jest pochłaniany przez wypełniony gazem „nabój odciążający” i prowadnice, które umożliwiają poruszanie się samochodu w górę w przestrzeni pod siedzeniem, podczas gdy nabój zmiękcza falę uderzeniową do akceptowalnego poziomu. Jednak kierownik sprzedaży Jankel Daniel Crosby powiedział, że głównymi cechami wyróżniającymi fotele Blastech są ich automatyczna regulacja wagi i funkcja resetowania.
Jankel opracował zaawansowane narzędzia analityczne do symulacji skutków eksplozji foteli rodziny Blastech; widać to w siedzeniach zainstalowanych w Supacat Szakal (powyżej). Firma posiada również własne manekiny narzędziowe oraz stanowisko uderzeniowe do potwierdzania obliczeń komputerowych.
Regulacja wagi
Crosby twierdzi, że wczesne fotele wybuchowe były projektowane głównie dla dość dużych żołnierzy piechoty, ale ponieważ zagrożenie ze strony IED wzrosło i każdy pojazd w teatrze stoi teraz w obliczu tego zagrożenia, podejście uniwersalne dla wszystkich nie usprawiedliwia mnie. Krótko mówiąc, ciężsi żołnierze mogą nie uzyskać wystarczającej ochrony, ponieważ pojazd podskakuje pod nimi, a siedzenie może się przewrócić pod koniec podróży, podczas gdy w przypadku lżejszych żołnierzy jest odwrotnie. Również rozmiar i waga żołnierza mogą się zmieniać ze względu na obecność kamizelek kuloodpornych, saszetek lub innego wyposażenia.
Aby rozwiązać ten problem, fotele Blastech zainstalowały automatyczną kontrolę wagi. Osoba siedząca może za pomocą dźwigni ustawić optymalny poziom redukcji siły uderzenia fali uderzeniowej dla swojej masy.
Funkcja odrzutu to opatentowana funkcja foteli, która pozwala zaabsorbować wstrząsy w górę, przesuwając się wzdłuż szyn, a następnie ponownie naładować poduszkę, aby zaabsorbować wtórne siły „odrzutu”, zapewniając jednocześnie ochronę w obu osiach. W rzeczywistości pozwala to na wykorzystanie co najmniej 160 procent przestrzeni pod siedzeniem, mówi Crosby.
Fotele są dostępne z cztero- lub pięciopunktowymi bezwładnościowymi pasami bezpieczeństwa lub taśmą stałą.
Jankel dokładnie przetestował swoje foteliki pod kątem upadku, podnoszenia i uderzenia. Sprawdziły się, gdy są instalowane na różnych maszynach eksploatowanych w gorących punktach. Firma opracowała również zaawansowane testy wspomagane komputerowo w celu walidacji modeli CAD i przewidywania słabości, a wyniki, które Crosby opisał jako bardzo zbliżone do tych z testów terenowych.
Siedzenia są wielokrotnego użytku i mają zainstalowane chipy kontrolne, aby sprawdzić, czy nie są uszkodzone. Jednak codziennie należy przeprowadzać kilka prostych kontroli w celu zapisania w profilu użytkownika w celu zapewnienia odpowiedniej odpowiedzi. Jankel powiedział, że opracowali szereg zestawów zamiennych do naprawy i konserwacji siedzeń.
Innym graczem na rynku blast seat jest Creation UK, którego chęć uruchomienia siedziby na początku 2010 roku była bardzo podobna do Jankela.
CTO Robin Hall mówi, że firma jest sfrustrowana istniejącymi projektami i producentami, którzy dostarczyli fotele dla Rangera. Creation stworzyło ten samochód wspólnie z Universal Engineering, a następnie wykorzystało to doświadczenie do opracowania swojego lekkiego samochodu patrolowego Zephyr.
„Po prostu nie mogliśmy znaleźć fotela o odpowiedniej wadze i wydajności”, powiedział, dodając, że „istniejące projekty również wydawały się dość drogie”.
W rezultacie firma Creation zaczęła projektować własne siedzisko na komputerze w Catia v5, opierając się na pracy wykonanej przez ich dział Iliac Design w zakresie siedzisk ortopedycznych i osteopatycznych. Davies powiedział, że wstępne testy makiety stalowej ramy podczas dwóch prób wybuchowych zgodnie ze STANAG 4569 Poziom 2 „nie zgadzały się dokładnie” z analizą komputerową, więc firma przygotowuje własne stanowisko do kontynuowania testów udarności i udoskonaleń. jako dalszy rozwój i walidacja metody elementów skończonych i analizy dynamicznej.
Ostateczna konstrukcja główna wykonana jest z aluminium (w celu zmniejszenia wagi), wykorzystuje sprężyny, amortyzatory i gumowy zderzak, aby zredukować skutki wybuchu. Sprężyna i amortyzator są produktami z półki, ale wszystko inne jest robione na zamówienie.
Hall odmówił podania poziomu ochrony zapewnianej przez siedzenia, ale powiedział, że zostały przetestowane na zgniatanie. Testy potwierdziły wyliczenia o stopniowej awarii tych foteli i „jest całkiem oczywiste, że w przypadku wybuchu fotel spełni swoje funkcje”.
Powiedział, że projekt opiera się na nieodkształcalnych częściach, dzięki czemu można go naprawdę dostosować i odbudować po „normalnym” użytkowaniu, w tym w wypadkach drogowych i „skokach przez most”, bez żadnej konserwacji ani napraw. W normalnej pozycji siedzisko montowane jest na szynach w górnym położeniu skoku roboczego; z silnym ciosem lekko się po nich poruszy, ale potem powróci do swojej pierwotnej pozycji. Hall wyjaśnił, że dzięki temu jest skuteczny w pękaniu i trzaskaniu.
Stojak jest przeznaczony do wielokrotnego użytku, a po rozbiórce siedzisko jest sprawdzane za pomocą kątomierza, aby upewnić się, że główne elementy nie są zgięte i nie wymagają konserwacji.
Amortyzator jest strukturalnie podobny do amortyzatorów w zawieszeniu samochodu drogowego i bez wątpienia „powinien wytrzymać całe życie fotelika”. Poduszki siedziska są mocowane za pomocą zapięć na rzepy, dzięki czemu można je łatwo wymienić.
Hall powiedział, że fotelik został opracowany na podstawie danych z Dstl (Laboratorium Nauki i Technologii Obronnych), które zaproponowało podparcie bioder i czteropunktowe uprzęże Securon o szerokości 3 cali, które zostały włączone do projektu. Steve Burgis z Dstl pomógł również w projektowaniu oparcia siedzenia, którego można teraz wygodnie używać z włączonym lub nawet wyłączonym sprzętem, jeśli żołnierz czuje się niekomfortowo podczas długiej jazdy. Fotele od Creation można montować w różnych miejscach na pojazdach, w kierunku jazdy lub prostopadle do niego. Hall wyjaśnił, że konstrukcyjnie siedzenia są w zasadzie identyczne, ale są zamontowane w ramie pomocniczej, która ma mocowania do spodu, boków lub dachu.
Obecnie prace rozwojowe i testy wybuchowe są zakończone.
Jednak w razie potrzeby pewne modyfikacje można wprowadzić w przyszłości. Na przykład teoretycznie mogą być chronione kuloodpornymi obudowami, jeśli zostaną zainstalowane w otwartym samochodzie, ale nie powinno to być konieczne, ponieważ samochody powinny być wystarczająco chronione.
Pan Hall powiedział, że podnóżki mogą być również dołączone do siedzenia. W tej chwili uważa, że nie są one konieczne, ponieważ Zephyr i Ranger mają podwójne dno, które pochłania część energii fali uderzeniowej, a nawet składane struktury utrudniają dostęp i zmniejszają przestrzeń wewnętrzną.
Fotele przeciwwybuchowe firmy Creation zamontowane w samochodzie Zephyr. Podwójne dno eliminuje potrzebę stosowania podnóżków, ale ponieważ są one przymocowane po bokach, siedzenia mają pasywne zagłówki.
Jankel BLASTech Fotele
Fotele Jankel mogą być wyposażone w podnóżki, ale firma opracowała również panel podłogowy J-PAD (Jankel Pulse Attenuation Device), który znajduje się bezpośrednio przed siedzeniem i pochłania energię uderzenia, która może uszkodzić piszczel osoby siedzącej.
David Kiernan, rzecznik amerykańskiej firmy Global Seating Solutions (GSS), zajmującej się fotelami przeciwwybuchowymi, powiedział: „Podnóżki są dużym kontrowersją w branży; mamy różnorodne wzory i dokładamy wszelkich starań, aby były wygodne i wydajne w użyciu. Stałe podnóżki utrudniają wsiadanie i zsiadanie oraz mogą potencjalnie spowodować obrażenia, ponieważ znajdują się w przestrzeni między podnóżkiem a dnem. W momencie wybuchu pod autem najpierw zaczyna się poruszać dno, a potem noga (stopa) może zostać złamana.
„Opracowaliśmy dwa podnóżki, które zostały dobrze przyjęte przez użytkowników. Niektóre posiadają składane elementy, drugie wyzwalają się przy podważaniu i zdejmują nogi siedzącej osoby od dołu. Jeśli pozycja, zastosowanie i funkcja podnóżka nie są odpowiednio przemyślane, to jeśli siły są niewłaściwie przyłożone do osoby siedzącej, może to spowodować pewne problemy w momencie wybuchu.
Przeciwna część osoby - głowa również wymusza rozwój różnych zagłówków, choć projektanci już teraz oferują wiele różnych uchwytów, które zapobiegają nadmiernemu obracaniu się głowy w hełmie podczas detonacji. Są one szczególnie potrzebne żołnierzom siedzącym prostopadle do ruchu, a zatem szczególnie narażonym na urazy szyi, pleców lub kręgosłupa, dlatego siedzenia znajdujące się z tyłu są wyposażone w zabezpieczenia w kształcie pręta lub obręczy.
Fotelik Battlesafe 208 australijskiej firmy Stratos Seating jest dobrym przykładem tego dość prymitywnego stylu ochrony, z bocznymi skrzydłami, które ograniczają ruch głowy i ramion. Oprócz tego pasywnego rozwiązania na rynku znany jest co najmniej jeden producent, który obecnie testuje system poduszek powietrznych.
Kiernan dodał, że „aktywne zagłówki mają swoje zalety w wypadku i wybuchach. Jest kilka rozwiązań, a jednym z nich są poduszki powietrzne, ale tutaj mamy do czynienia z dość trudnym problemem, jakim jest mechanizm sensoryczny. Każde uruchomienie poduszki powietrznej w niewłaściwym czasie może prowadzić do poważnych konsekwencji, ale przy precyzyjnej pracy stanowią doskonały system bezpieczeństwa.”
„Istnieje kilka mechanicznych sposobów na dodanie aktywnego zagłówka do zespołu siedzenia, które są bardzo zależne od rzeczywistego zdarzenia i ruchu pasażera w siedzeniu” – dodał. „Poduszki powietrzne wykazują ogromny potencjał w innych obszarach, takich jak pasy bezpieczeństwa z poduszkami powietrznymi czy fotele z amortyzacją boczną”.
GSS ma kilka projektów foteli, a jego najnowszy projekt to rodzina foteli XYZVR Generation II ze zintegrowanymi pięciopunktowymi uprzężami, opracowana we współpracy z Techno Sciences Inc (TSI). Skrót XYZVR obejmuje ochronę wzdłuż trzech osi X, Y i Z, redukcję drgań (Wibracje) i ochronę przed przewróceniem (Rollover).
TSI ma duże doświadczenie w projektowaniu foteli lotniczych, takich jak fotele kubełkowe załogi stosowane w śmigłowcach SH-60 Seahawk amerykańskiej marynarki wojennej. Fotele te są wyposażone w aktywne środki antywibracyjne poprawiające komfort. Technologia ta, oparta na adaptacyjnej absorpcji energii magnetoreologicznej, została wbudowana w najnowsze foteliki XYZVR.
Zasadniczo technologia magnetoreologiczna działa w taki sam sposób, jak aktywne zawieszenie w niektórych samochodach, aby uzyskać bardziej stabilną jazdę za naciśnięciem jednego przycisku. Przepuszczając prąd elektryczny przez tłumik cieczy z opiłkami metalowymi, można w razie potrzeby zwiększyć lub zmniejszyć opór.
Kiernan wyjaśnił: „Nasz system akceptuje różne masy dla znanego pędu uderzenia, a jeśli pęd się zmieni, może zmienić poziom ochrony. W niedalekiej przyszłości będziemy dysponować systemem, który dostosuje się do ciężaru osoby siedzącej, zareaguje na przyspieszenia samochodu i zredukuje do minimum drgania samochodu przenoszone na ludzkie ciało”.
Fotele są przeznaczone do wielokrotnego użytku, a poszczególne siedzenia przeszły liczne testy wybuchowe. „Po aktywacji wystarczy wymienić tylko jeden element, a ta wymiana zajmuje bardzo mało czasu”.
Kiedyś próbowano wprowadzić tę technologię do wozów bojowych Marine Corps EFV, ale program został zamknięty. Inne fotele GSS są już montowane na lekkich i ciężkich pojazdach wojskowych LHTV oraz pojazdach MRAP.
Pomimo całej tej pracy źródło w firmie produkującej pojazdy wojskowe Force Protection powiedziało, że istnieje ogromne pole do ulepszeń, ale zdecydowana większość producentów siedzeń nie ma dostępu do wielu danych na temat skutków eksplozji pojazdów. Dlatego niezależnie badają bezpośredni wpływ na siedzenie i samego siedzącego.
Uważa, że producenci pojazdów i systemów ochronnych mogliby w przyszłości rozpocząć ścisłą współpracę dzięki szerokiej wymianie danych z testów wybuchowych.
Pan Kiernan z GSS zgodził się, stwierdzając, że najlepiej byłoby, gdyby projektowanie zaczynało się na poziomie użytkownika i przechodziło na wyższe poziomy. W obecnym stanie rzeczy samochód jest najpierw projektowany, a następnie montowane są w nim fotele. Powiedział, że „gdybyśmy mieli producenta, który chciałby zbudować ciężarówkę w oparciu o optymalne rozwiązania w zakresie przeżywalności, byłoby świetnie. Ale w rzeczywistości pracujemy z przestrzenią, która jest nam dana i jesteśmy zobowiązani do stworzenia najbardziej wydajnego i bezpiecznego miejsca w tych granicach.
Użyte materiały:
www.janes.com
www.sjhprojects.com
www.jankel.com
www.autoflug.net
www.creationteam.co.uk
www.usscgroup.com
informacja