Французский шлем времен Первой мировой войны сидит под ударной трубкой, чтобы проверить, насколько хорошо он защищает манекен под ударной волной. Гребень вниз по центру шлема, предназначенный для отклонения осколков, но, возможно, также помог отклонить ударную волну, позволяя шлему превосходить даже современные боевые шлемы.
Биомедицинские инженеры сообщают, что один из типов военных шлемов времен Первой мировой войны лучше, чем современные шлемы, защищает мозг от ударных волн.
Современные военные шлемы предлагают существенные улучшения в защите от баллистики и ударов, но французский шлем Адриана показал себя лучше, чем современные конструкции в защите от имитации взрыва над головой.
Исследования могут помочь улучшить защиту от взрыва будущих шлемов путем выбора различных материалов, наложения нескольких материалов с различным акустическим импедансом или изменения их геометрии.
«Хотя мы обнаружили, что все шлемы обеспечивают существенную защиту от взрыва, мы были удивлены, обнаружив, что 100-летние шлемы работают так же хорошо, как и современные», — говорит Джост Опт Эйнде, аспирант-биомедицинский инженер. в университете Дьюка и первый автор исследования в PLOS ONE. «Действительно, некоторые исторические шлемы работали лучше в некоторых отношениях».
Исследователи только недавно начали изучать повреждения головного мозга, которые ударная волна может причинить сама по себе — и не без причины. Изначально шлемы были разработаны для защиты от проникающих предметов, таких как пули и осколки, а взрывные волны убивают легочную травму задолго до того, как они причинят даже незначительное повреждение головного мозга.
С появлением бронежилетов, однако, легкие солдат были намного более защищены от таких взрывов, чем раньше. Это привело к тому, что в современных военных конфликтах частота травм легких после взрыва значительно снизилась по сравнению с травмами головного мозга или позвоночника, несмотря на разницу в толерантности к взрывам.
Несмотря на то, что были проведены исследования, которые позволяют предположить, что современные шлемы обеспечивают определенную степень защиты от ударных волн, в настоящее время ни один развернутый шлем не был специально разработан для защиты от взрыва. И поскольку сегодня солдаты, испытывающие ударные волны при ношении бронежилетов, ничем не отличаются от солдат, которые 100 лет назад испытывали ударные волны, когда находились в окопах, Op ‘t Eynde решил посмотреть, дают ли эти старые конструкции какие-то уроки.
«Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором оцениваются защитные возможности этих исторических боевых шлемов против взрывов», — говорит Опт Эйнд.
ПОД УДАРНОЙ ТРУБКОЙ
Работая с Кэмероном «Дейлом» Бассом, доцентом кафедры биомедицинской инженерии в Duke, Опт Эйнд создал систему для испытания характеристик шлемов Первой мировой войны из Великобритании / США (Броди), Франции (Адриан), Германии. (Штальхельм) и текущий боевой вариант США.
Исследователи по очереди надевали различные шлемы на голову манекена, оснащенные датчиками давления в разных местах. Затем они поместили головку прямо под ударную трубку, которая находилась под давлением гелия до тех пор, пока стенка мембраны не лопнула, выпустив газ в ударной волне. Они испытали шлемы с ударными волнами различной силы, каждая из которых соответствовала разному типу немецкого артиллерийского снаряда, взрывающегося на расстоянии от одного до пяти метров.
Величину давления, испытываемого в макушке головы, сравнивали с диаграммами риска травмы головного мозга, созданными в предыдущих исследованиях. В то время как все шлемы обеспечивали снижение риска умеренного кровотечения в 5–10 раз, риск для человека, носящего французский шлем «Адриан» примерно 1915 года, был меньше, чем для любого другого испытанного шлема, включая современный усовершенствованный боевой шлем.
ЭТО ГРЕБЕНЬ ШЛЕМА ПЕРВОЙ МИРОВОЙ ВОЙНЫ?
«Результат интригует, потому что французский шлем был изготовлен с использованием материалов, аналогичных его немецким и британским аналогам, и даже имел более тонкую стенку», — говорит Опт Эйнд. «Основное отличие состоит в том, что у французского шлема на макушке был гребень. Хотя она была разработана для отклонения осколков, эта функция может также отражать ударные волны».
Возможно также, что, поскольку датчик давления был установлен непосредственно под гребнем, гребень обеспечивал дополнительный первый слой для отражения ударной волны. И французский шлем не показал того же преимущества в датчиках давления в любом другом месте. Для таких мест, как уши, производительность, казалось, продиктована шириной края шлема и тем, сколько головы он на самом деле покрывал.
Что касается современного шлема, Op ‘t Eynde предполагает, что его многослойная структура может иметь важное значение в его производительности. Поскольку ударная волна отражается каждый раз, когда она сталкивается с новым материалом с другим акустическим импедансом, многослойная структура современного шлема может способствовать его защите от взрыва.
Но независимо от того, какой шлем был протестирован, результаты ясно показывают, что шлемы могут играть особенно важную роль в защите от легкой мозговой травмы, вызванной взрывом. По словам исследователей, один этот вывод показывает важность продолжения этого типа исследований для разработки шлемов, которые могут лучше поглощать ударные волны от ближайших взрывов над головой.
«Различие, которое простой гребень или более широкий край может сделать в защите от взрыва, показывает, насколько важным может быть это направление исследований», — говорит Опт Эйнде, который первоначально пришел к Дюку на стипендию от Бельгийско-американского образовательного фонда, который начал со средств американской помощи в Бельгии во время Первой мировой войны
«Обладая всеми современными материалами и производственными возможностями, которыми мы обладаем сегодня, мы сможем усовершенствовать конструкцию шлема, которая защищает от взрывных волн лучше, чем шлемы сегодня или 100 лет назад».