Травмозащитный костюм / Снаряжение / Полезное / Mountain.RU

Назначение: горный туризм связан с повышенным травматизмом в результате падения человека с высоты, либо падения на него камней, либо попадания в лавину. Защитная экипировка могла бы уменьшить риск серьезных и смертельных травм.

Рассмотрим специализированный костюм, который мог бы сколько-нибудь защитить тело человека при падении на скалы с некоторой высоты (например срыв при потере самостраховки или падение в трещину и т.д.). Падая с определенной высоты, тело ударяется о скалы (ровные или с выступом), лед (острые осколки) и т.д. В результате падения травмы могут быть настолько сильными, что человек погибнет.

В то же время современные технологии в области разработки материалов позволяют создавать исключительно прочные (на разрыв, перегиб) материалы, которые могли бы послужить защитой при таком ударе. Например известны ткани, которые нельзя пробить ножом либо даже пулей на излете.

Принцип защиты напоминает действие подушки безопасности автомобиля. То есть двухслойный костюм разделен на отдельные герметичные надувные камеры, которые надуваются при контакте с поверхностью или до него и действуют в качестве а) амортизаторов, которые гасят энергию удара, б) изменяют динамику удара, то есть один сильный удар превращают в несколько более слабых. в) распределяют энергию удара по большей площади тела, что также уменьшает риск травмы, г)могут изменять траекторию падения или положение тела в момент удара.

Надувная конструкция применяется потому, что она может быстро менять свои механические свойства – упругость, жесткость, объем и т.д. Жесткая статичная конструкция (типа бронежилета) не предоставляет такой гибкости, хотя ее отдельные элементы также могут быть использованы.

Кроме того, необходимо, чтобы такой костюм не сковывал движения в нормальном режиме работы и сам не служил одной из причин падения, был достаточно легким и автономным.

Предлагаемая здесь концепция дана только в общих чертах, с указанием используемых принципов и конструкций.

Костюм по конструкции напоминает пуховку с отдельными емкостями, только вместо пуха туда закачивается воздух.

Он состоит из следующих систем: механическая система – т.е. сами амортизирующие надувные подушки, надувающая подсистема: например емкости со сжатым воздухом (как вариант) +клапаны и воздуховоды, управляющая система: набор датчиков, блок обработки информации, автоматического принятия решения и управления, система "климат-контроля" (отвод влаги, теплоизоляция, вентиляция – должна быть пассивной, т.е. работать без подачи доп. энергии)

В качестве фиксатора проще всего использовать "липучку", т.к. она легко застегивается и расстегивается при определенной нагрузке, а также очень простая по конструкции.

имеет бОльшие размеры, давление в надутом состоянии относительно небольшое, т.к. при продавливании препятствием давление автоматически увеличится. Кроме того, ей необязательно быть надутой всегда

разделена на отдельные мешочки, давление выше, соответственно больше жесткость и твердость

Способы надува подушек:

Использование баллонов со сжатым воздухом (предусмотреть их размещение. т.к. они сами являются жесткими предметами). В нужный момент газ из них надувает подушки.
пиропатроны (для надува, например, моноподушки на короткое время)
эффективный насос (требует внешнего источника питания), способный очень быстро надуть подушку (наименее предпочтительный вариант)

Мы не можем предложить в данный момент схему подачи воздуха, но она не обязательно должна быть очень сложной.

Так как костюм должен быть "активирован" только в нужный момент, необходима управляющая система, которая сможет самостоятельно принять решение о надуве и т.д.

Для падения характерно резкое ускорение (равное уск. своб падения) в течение определенного времени. Эти датчики (трехмерные)отслеживают движение человека и динамику этого движения. Основные параметры: опасная скорость и ускорение в течение опасного промежутка времени.

Датчики расстояния до ближайших препятствий. Измеряют расстояние до ближайших предметов и его изменение. Радиус действия – (10) метров, измеряют в 6 направлениях (верх/низ/лево/право/вперед/назад). Принцип действия излучение и анализ отраженного ультразвука. Скорее всего не являются очень сложными приборами.

Поверхностные (линейные) датчика деформации поверхности подушек (вспомогательные).

Информация от датчиков поступает в микрокомпьютер управляющего блока и анализируется в режиме реального времени. На самом деле эта система не должна быть очень сложной.

Должны быть установлены некоторые параметры движения человека, на которые реагирует система. Например, падение с высоты 3 метра будем считать не опасным для жизни (хотя и травматичным)

Конечно, предусмотрена возможность включения костюма человеком или дистанционно, руководителем группы.

Управляющая система может открыть клапаны на газовых баллонах, которые наполнят подушки. С настоящее время мы не обладаем необходимыми возможностями, чтобы рассчитать, необходимые параметры (размер, давление и т.д.) баллонов/подушек. Но можно ориентроваться на баллоны для ныряльщиков – они выдерживают давление до 200 атм. соответственно, 1 баллона объемом 1 л. должно хватить для надува 100-200 л. подушек (в зависимости от давления)

Стоит отметить, что такой костюм не сможет защитить человека, падающего с высоты в сотни метров

Представим себе падение человека со скалы. Высота падения – 5 метров. Время "полета" – более 0.6 секунды. за это время система вполне может сработать.

Датчики скорости движения активируют систему при ускорении G в течение 0.5 секунд.

Надуваются внутренние подушки (многокамерные). (из емкостей со сжатым воздухом. объем подушек небольшой. поэтому это не должно быть большой тех. трудностью)

Датчики препятствий анализируют возникающие препятствия. Измеряя сразу в 6 направлениях, они могут установить, с какой стороны препятствия приближаются, в какую удаляются. Если макс. измеряемая дальность 10 метров, то максимальное время реакции датчиков – 0.06 секунды (20/300), при приближении препятствия это время резко сокращается (т.к. меньше расстояние прохождения звука).

Если человек съезжает по склону, система может определить, что это является безопасным (т.к. с этой стороны расстояние до препятствия меньше 0.5 м. и оно не приближается)

При приближении дна, либо препятствия, система вычисляет момент и производит надув внешней моноподушки (подрыв пиропатрона) в момент удара или незадолго от него. (Аналог активной брони в танках). Это как раз-таки превращает удар по телу в два более слабых. Причем линейные датчики давления на подушку подают доп. информацию. необходимую для принятия решения.

Если представить себе группу людей в таких костюмах, блоки управления которых связаны по радио, получится распределенная система небольших ультразвуковых локаторов, которые могут хорошо реагировать на летящие камни.

Если внутренние подушки остаются надутыми после падения, то в случае переломов или повреждения конечностей (при слишком сильном ударе, к-рый они просто не в состоянии погасить) они же могут служить шиной для их фиксации, что облегчает мед. помощь.
Если в костюме присутствует такая сложная система датчиков, то конечно, он может измерять параметры человека – пульс, температуру (в нескольких точках), давление, и передавать ее по радио.
Можно предусмотреть доп. подушки (2 или 3), в виде труб (как-бы доп.рука), которые будут способствовать наиболее правильному падению (например плашмя, а не на ноги, не на голову, т.е. они первыми коснутся поверхности и повернут человека так. чтобы он упал наиболее безопасным образом. Они первыми упрутся в поверхность и развернут человека.
Для амортизации удара можно предусмотреть в наружных подушках выпускные клапаны, срабатывающие при опред. давлении и пропускающие воздух с большим сопротивлением (аналог силы трения в тормозах), чтобы энергию удара частично превратить в тепло и, значит, погасить. Понятно, что они будут действовать в течение доли секунды.