CN110636767A - 截短头盔 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有外壳、内衬、多个通气孔和枕崖的头盔。其中，外壳包括由第一表面和第二表面组成的外表面，第一表面和第二表面通过从头盔的左侧到右侧穿过外表面的陡降部连接。陡降部的大部分长度相比头盔的后端更接近将头盔平分的冠状平面。陡降部被包含在由冠状平面限定的头盔的后段内。第一表面限定了陡降部的顶部，第二表面限定陡降部的底部，使得陡降部具有高度。枕崖位于头盔的后端，枕崖与接近陡降部的第二表面大体垂直。

Description

截短头盔

相关申请的交叉引用

本专利申请主张于2017年5月8日申请的题为截短头盔(Truncated Helmet)的美国临时专利申请案第62/503,200号的权利，该案的全部公开内容据此以引用方式并入本文。

技术领域

本文的各方面主要涉及空气动力头盔。

背景技术

空气动力学可以在诸如自行车的比赛和计时赛等赛事中发挥重要作用。以比赛速度，空气阻力可能占总阻力的90％。赛车者消耗的能量的很大一部分被用来克服这种阻力，并且已努力减少由车手的装备以及自行车本身引起的阻力。

先前为减少空气在车手头部上方和周围移动所造成的阻力，产生了比其他类型头盔大得多的计时赛头盔。常规的计时赛头盔通常具有泪滴形状，并具有细长的尾部，以促进空气在头盔和骑手上的有序流动，同时最大程度地减小阻力。但是，这种阻力的减少通常以增加重量，不舒适和笨拙为代价。此外，当佩戴者的头部转弯或有侧风时，常规计时赛头盔的长尾部可能会成为空气动力方面的问题。另外，有时会限制使用常规计时赛头盔；例如，在某些赛段比赛中，传统的计时赛头盔被禁止，部分原因是它们对其他骑手构成危险。

发明内容

根据本申请一方面提供一种头盔，该头盔可包括：前段和后段，该前段和该后段被一冠状平面界定，该冠状平面将头盔平分为具有相等纵向长度的两部分，后段包括远离前段的头盔的后端；外壳，该外壳具有外表面和内表面，该外表面可包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面通过从头盔的左侧到右侧穿过外表面的陡降部连接，并且第一表面和第二表面被包含在头盔的后段内，陡降部的大部分长度相比头盔的后端更接近冠状平面，其中第一表面限定陡降部的顶部，第二表面限定陡降部的底部，并且其中沿着整个陡降部，陡降部的底部相比陡降部的顶部更接近头盔的中心纵轴，使得陡降部具有高度；及至少三条凸脊，沿第一表面从陡降部向前延伸；枕崖，该枕崖位于头盔的后端，枕崖与接近陡降部的第二表面大体垂直；多个通气孔，该多个通气孔包括在头盔的前段中至少一个进气孔和在头盔的后段中的至少一个出气孔，该多个通气孔提供头盔外部和头盔内部之间的流通；及内衬，该内衬具有外表面和内表面，内衬的外表面与外壳的内表面相连接，内衬的内表面包括多个内部通道，多个内部通道将至少一个进气孔中的每一个与至少一个出气孔中的不同的出气孔连接。

本发明的实施例可包括下列一种或多种特征。至少一个通气孔可包括至少一个内嵌式通气孔和至少一个隐藏式通气孔，内嵌式通气孔具有一对表面，这对表面与接近外壳的第二表面大体平行，外壳的第二表面接近内嵌式通气孔，隐藏式通气孔位于枕崖上。第二表面可包括外部输出通道，该外部通道用于至少一个内嵌式通气孔的每一个内嵌式通气孔，该外部输出通道从内嵌式通气孔开始延伸并远离陡降部，并且其中每个外部输出通道形成在头盔的外表面中。至少三条凸脊中至少一条凸脊可在第一表面的前边缘之前终止。至少一个出气孔可在数量上超过至少一个进气孔。全部至少一个出气孔的总入射表面积可大于全部至少一个进气孔的总入射表面积。陡降部可从头盔的一个边缘至相对的头盔的另一个边缘连续。

根据本申请另一方面提供一种头盔，该头盔可包括：前段和后段，前段和后段被将头盔平分为具有相等纵向长度的两部分的冠状平面界定，后段包括远离前段的头盔的后端；外壳，该外壳具有外表面和内表面，该外表面包括：第一表面和第二表面，第一表面和第二表面通过从头盔的左侧到右侧穿过外表面的陡降部连接，并且第一表面和第二表面被包含在头盔的后段内，陡降部的大部分长度相比头盔的后端更接近冠状平面，其中第一表面限定陡降部的顶部，第二表面限定陡降部的底部，而且其中沿着整个陡降部，陡降部的底部相比陡降部的顶部更接近头盔的中心纵轴，使得陡降部具有高度；枕崖，该枕崖位于头盔的后端，并且枕崖与接近陡降部的第二表面大体垂直；多个通气孔，多个通气孔包括在头盔的前段中至少一个进气孔，在头盔的后段中的至少一个出气孔，多个通气孔提供头盔内部和外部之间的流通；内衬，该内衬具有外表面，内衬的外表面与外壳的内表面相连接。

本发明的实施例可包括下列一种或多种特征。陡降部可从头盔的一个边缘至相对的头盔的另一个边缘连续。面罩通过至少一个与第一表面连接的磁体磁连接到头盔的前端，头盔的前端与头盔的后端相对。面罩可终止于两条侧边缘，两条侧边缘在的陡降部分别与第一表面的左侧和右侧对齐。至少三条凸脊可沿第一表面从陡降部向前延伸。

根据本申请的又一方面提供一种头盔，该头盔可包括：外壳，该外壳具有外表面和内表面，该外表面包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面通过陡降部连接，该陡降部从头盔的左侧到右侧穿过外表面；冠状平面，该冠状平面与外壳的横截面共面，该外壳具有封闭在外壳的外表面内的最大面积，冠状平面垂直于头盔的中心纵轴；冠状平面之前的前段和冠状平面之后的后段，整个陡降部和远离头盔的前段的头盔的后端；具有内表面和外表面的内衬，外壳的内表面和外表面相连接；其中，陡降部的大部分长度相比头盔的后端更接近冠状平面；并且其中，第一表面限定陡降部的顶部，第二表面限定陡降部的底部，并且其中沿着整个陡降部，陡降部的底部相比陡降部的顶部更接近头盔的中心纵轴，使得陡降部具有高度。

本发明的实施例可包括下列一种或多种特征。枕崖可位于头盔的后端，且枕崖与接近陡降部的第二表面大体垂直。多个通气孔可包括头盔的前段中的至少一个进气孔和在头盔的后段中的至少一个出气孔，多个通气孔提供头盔外部与头盔内部之间的流通。至少一个出气孔可包括至少一个内嵌式通气孔和至少一个隐藏式通气孔，内嵌式通气孔具有与外壳的第二表面大体平行的一对表面，外壳的第二表面接近该内嵌式通气孔，隐藏式通气孔位于枕崖上，枕崖位于头盔的后端，枕崖与接近陡降部的第二表面大体垂直。第二表面可包括用于至少一个内嵌式通气孔中的每一个内嵌式通气孔的外部输出通道，该外部输出通道从内嵌式通气孔开始衍生并远离陡降部，并且每个外部输出通道可形成在头盔的外表面中。全部至少一个出气孔的总入射表面积可大于全部至少一个进气孔的总入射表面积。至少三条凸脊可沿着第一表面从陡降部向前延伸。陡降部可从头盔的一个边缘至相对的头盔的另个一边缘连续。

下面，将结合说明书与附图对本发明的要点及应用进行详细的描述。除非特别指出，否则本说明书和权利要求书中的词语和短语旨在阐明本领域普通技术人员通用、常用且惯用的含义。发明人也充分意识到，如果需要，发明人可自行定义词汇的含义。同时，发明人明确地选择自行定义词汇的含义，所以除另有明确阐释且进一步明确指出术语的“特殊”定义并解释它如何不同于通用和常用含义之外，在说明书和权利要求中仅使用这些术语的通用和常用含义。因此，当说明书和权利要求书并未明确阐释“特殊”定义时，发明人是意图并期望将这些术语的通用、常用且惯用的含义用于对说明书和权利要求进行解释。

发明人也了解正常的语法规则。因此，如果要以某种方式进一步表现、具化或是限缩对名词、术语或短语，则这些名词、术语或短语会当然地包括符合语法规则的其它形容词、描述性术语或其它修饰词。而在不使用上述形容词、描述性术语或其它修饰词的情况下，发明人旨在使用本领域技术人员所了解的普通含义解释这些名词、术语或短语。

此外，发明人也完全了解《美国法典》第35卷第112节第6条中的特别条款的准则及用法。因此，在本说明书的具体实施方式部分、附图说明部分或权利要求中所使用的“功能”、“装置”或“步骤”并不是希望通过援引《美国法典》第35卷第112节第6条中的特别条款来定义本说明书。反之，若发明人希望通过援引《美国法典》第35卷第112节第6条中的特别条款来定义本说明书，本说明书权利要求将具体而明确地限定出的短语“用于...的装置”或“用于...的步骤”并同时引入“功能”(即，将其限定为“用于执行…‘插入功能’的装置”)，但这些短语并不对指出上述功能的任何结构、任何材料或任何行为进行限定。因此，即使当权利要求限定“用于...的装置”或“用于...的步骤”时，如果权利要求也限定了用于支持上述装置或步骤或者用于执行所限定功能的任意结构、材料或行为，应当理解为：发明人明确地不援引《美国法典》第35卷第112节第6条的条款。此外，即使援引《美国法典》第35卷第112节第6条来限定所要保护的技术要点，发明人也不希望使上述技术要点仅仅地局限于本说明书优选实施例所描述的特定结构、材料或行为，因为除此之外，上述技术要点还包括本说明书替代实施例或替代方式中所描述的用于执行权利要求中所限定功能的所有结构、材料或行为，或者上述技术要点还包括用于执行权利要求中所限定功能的公知的或以后会被研发出来的同等结构、材料或行为。

因此，结合本说明书、附图和权利要求书，本领域技术人员可以理解本说明书创造所具有的前述或其它技术要点、技术特征和技术优点。

附图说明

以下将结合附图，为本说明书创造给出书面说明，其中类似的标号代表类似的元件，并且：

图1是截短头盔的立体图；

图2是图1中截短头盔的俯视图；

图3是图1中截短头盔的仰视图；

图4是图1中截短头盔的侧视图；

图5是图1中截短头盔的前视图；

图6是图1中截短头盔的后视图；

图7是截短头盔的横截面的立体图；

图8A是突出显示截短头盔的进气孔的前视图；及

图8B是突出显示截短头盔的出气孔的后视图。

具体实施方式

本说明书公开的所有内容和实施例，不受具体实施例中披露的特定的材料类型、组件、方法或其他示例的限制。本领域内已知的许多其他材料类型、组件、方法和步骤，都可应用于本说明书所公开的具体实施例中。因此，举例来说，虽然本说明书公开了具体实施例，但是这些实施例和实施组件可包含：本领域所公知的任何组件、模块、类型、材料、变体实施例、数量和/或类似物，都适用于符合预期的实施例和实施组件中。

本说明书中所用到的“示意性”、“实例”或其他形式的词汇用于表达实例、表示范例或作为说明。而与其它特点或设计相比，本说明书所描述的“示意性”的或“实例”中的特点或设计，也无需被解读更为优异或更具优势的特点或设计。此外，本说明书中提供实例的目的仅在于使本说明书创造更为清晰易懂，但这并不意味着对本说明书创造所要保护的技术方案或相关部分进行任何方式的限制或限定。应当理解的是，本说明书可能已经体现出了不同保护范围内的种种附加性实例或可替代实例，但为了简洁起见本说明书省略了这些实例。

尽管本说明书可能包括了多种不同形式的实施例，而对于说明书中所详细描述且在附图中所示出的一些优选实施例而言，应当理解的是：本说明书所公开的这些内容，应视为对本说明书原理所作出的示意性说明，而这些所示出的实施例并不是要对本说明书所要保护的范围构成限制。

本说明书披露的是一种在空气中移动的、类似于带有细长尾部的传统计时赛头盔的头盔，只是本说明书公开的头盔具有截短的尾部。表面特征可以控制或延迟沿着头盔表层的空气层的分离，从而减少湍流和阻力。头盔前端、顶部和后端的一系列通气孔可以进一步稳定在头盔上方、周围以及通过头盔的空气流动，使其类似于细长尾部周围的气流，同时还可以让骑手凉爽。这些空气动力优势可以在不增加传统计时赛尾部的重量和体积、并且不牺牲通气的情况下获得。此外，在禁止使用传统计时赛头盔的比赛中，可以使用截短头盔。

图1至图6描绘了截短头盔的非限制性示例的各种视图。具体地说，图1至6分别示出了截短头盔100的立体图、俯视图、仰视图、侧视图、前视图和后视图。本发明中所描述的这些视图和其他视图以及使用情况和非限制性实施例都针对计时赛骑行头盔。然而，应当理解的是，在计时赛骑行头盔的上下文中所讨论的原理、结构、设计和其他要素，可应用于适合在其他有利于减少空气阻力的情况下所使用的头盔。

如图所示，根据各种实施例，截短头盔100包括外壳102、内衬144、陡降部110、枕崖112、多个通气孔114和多个凸脊120。上述的每一种技术特征以及它们对截短头盔100的空气动力优势的贡献，将在下面更详细地描述。

如图所示，截短头盔100可具有圆形的前部和突然变平的后部，这与传统的泪滴状计时赛头盔的设计大相径庭。图1至图6所示的非限制性示例包括具有外表面104的外壳102和具有内表面146的内衬144。图中未示出的是，外壳的内表面和内衬144的外表面104相互连接。在本说明书和随后的权利要求书的上下文中，外壳102可以是包括头盔的最外表面的组件，当骑行者使用时，空气流过头盔的最外表面。示例包括但不限于硬材料厚层(例如聚碳酸酯(PC))、能量吸收材料层(例如具有PC薄层的发泡聚苯乙烯(EPS)等)。

根据各种实施例，内衬144可以是与外壳102连接并且由能量吸收材料构成的头盔主体。在一些实施例中，截短头盔100可以进一步利用保持佩戴者头部和内衬144之间的空间以保持气流的适合系统(即，为佩戴者提供贴身、舒适、功能适合的系统)。

在一些实施例中，头盔100，或在特定实施例中，截短头盔100的外壳102，可以由两个或更多个部件形成，每个部件具有在能量吸收材料上至少部分光滑的外壳。另外，根据各种实施例，内衬144可以是单个或多个部件。在其他实施例中，头盔100可以是覆盖有光滑外壳的单个的能量吸收材料。

在骑行头盔的情况下，空气阻力可分为两个部分：表面摩擦力和压力阻力。表面摩擦力是头盔表面与边界层内的粘性空气相互作用而引起的阻力。边界层将在下面详细讨论。压力阻力是指由头盔前面的高静电压和头盔后面的低压区所引起的阻力，基本上是将头盔向后拉。虽然压力阻力对骑行者影响最大，但表面摩擦力是不可忽略的，并且是一个有效的优化领域。本文考虑的截短头盔100的元件解决这两种类型的阻力。

如图1、图2、图4和图6所示，头盔100的外表面104从前到后向内形成小而急剧的下降。陡降部110从左侧138到右侧140跨过头盔100的顶部，并且以有利的方式来操控空气流过头盔100的边界层。

在本说明书的上下文中，边界层是指在头盔100的外表面104的紧邻区域的空气层，其中在该紧邻区域中的粘性的影响是明显的。该边界层可被描述为具有厚度。边界层厚度是指从一个表面到一个点穿过边界层的距离，在该点处的流动速度基本上达到“自由流”速度(通常定义为自由流速度的99％)且粘度作用可忽略不计。边界层厚度的其他定义侧重于在无粘性流体中的表面所需的位移，以匹配实际流体中表面的速度、动量或动能。

可能会对气动造成负面影响的流体动力学事件，是边界层的非特意的分离。在所有条件相同的情况下，边界层在表面上继续延伸时往往会变厚。像反作用力这样的不稳定性和/或竞争力，可能会导致边界层以一定角度从表面剥离，从而有效增加头盔在空气动力上的尺寸，这可能会大大增加头盔承受的压力。通过控制边界层间距，可以避免此类后果。

外壳102的外表面104包括第一表面106和第二表面108。如图4的侧视图所示，在第一表面106和第二表面108的接合处形成陡降部110，第一表面106(在接合点附近)是陡降部110的顶部160，第二表面108(在接合点附近)是陡降部110的底部162，使得陡降部110具有高度164。在一些实施例中，陡降部110的高度164可以与边界层的厚度在大致相同的数量级。

在一些实施例中，陡降部110可以具有对于整个陡降部110来说为恒定的高度164。在其他实施例中，陡降部110的高度164是可变化的。作为选择，高度164可以基于由于头盔100的形状引起的边界层厚度的变化而变化。

在一些实施例中，在相互作用力和不稳定性能够使边界层以一定角度与外表面104分离之前，陡降部110的尺寸可以引起边界层发生特意的分离，从而导致边界层持续接近外表面104但又从外表面104分离。这种分离的边界层的重新定向，可以减小头盔100的空气动力外形(与非特意的边界层的情况相比)，并且也可以减小头盔100后面的低压区的尺寸。

在其他实施例中，陡降部110的尺寸可使边界层的转变出现在分离点之前。该边界层可以分为层流或湍流。在头盔100的前端附近，该边界层可以是层流，这就意味着非常平滑、有序的流动。层流的边界层是有利于降低表面摩擦。但是，它们倾向于不稳定，并且容易受到不利的压力和分离的影响。湍流边界层是由漩涡和涡流组成，使得表面摩擦增加，但总能量也增加，使湍流边界层更能抵抗相互作用力，并且不太可能与表面分离。

陡降部110可触发从层流边界层到湍流边界层的过渡，该湍流边界层可以阻止或延迟非特意的分离。在一些实施例中，从空气动力学角度而言，边界层可以继续围绕在超过陡降部110的头盔100的表面，直到从头盔100的后段136以比非特意的分离呈更大的角度分离。

在其他实施例中，陡降部110可以执行这两种功能，使边界层的一部分(例如，远离头盔100的边界层的较高速度的部分)分离出来并沿着有利的轨迹继续，并且使剩余部分的边界层过渡到湍流边界层，从而防止分离并继续围绕外表面104。此外，控制分离点和/或边界层的性质还可降低佩戴者骑行时经历的风噪声。

陡降部110的“陡降”，出现在从头盔的前端向后的位置变化时。也就是说，沿着整个陡降部110，陡降部110的底部162相对陡降部110的顶部160更接近头盔100的中心纵轴126。在本说明书和随后的权利要求书的上下文中，中心纵轴126是纵向(即，从前到后)并且在外壳102的轮廓内大体居中的轴线。

根据各种实施例，可根据头盔100的整体形状的各个方面来描述陡降部110穿过外壳102的外表面104的顶部的位置。例如，在一些实施例中，对于头盔100的特定方向，陡降部110被定位在头盔100上，接近且在边界层的非特意的分离点之前(例如，比赛时与骑行者头部的理想角度相关的方向等)。边界层的非特意的分离的位置可取决于头盔100的形状和材料、头盔所处的方向以及流过表面的空气的速度。

在其他实施例中，陡降部110的位置可结合穿过头盔100的冠状平面128来描述。在本说明书和随后的权利要求书的上下文中，冠状平面128垂直于中心纵轴126并穿过头盔100的平面，该冠状平面128将头盔分为前段130和后段132，前段130包含头盔100的前端134，后段132包括头盔100的后端136。根据一些实施例，陡降部110的位置使得至少陡降部110的大部分长度，相对头盔100的后端136更接近冠状平面128。

在一些实施例中，冠状平面128可最恰当地定义为将头盔100平分为具有相等纵向长度的两部分的平面。例如，参见图2和图4的冠状平面128。这些实施例可包括倾向于具有较大的纵向对称的头盔100。在其他实施例中，可更恰当的将冠状平面128定义为在纵向位置与外壳102的横截面168共面，该纵向位置具有被封闭在外壳102的外表面104内的最大横截面平面区域170，例如参见图7。这些实施例可包括具有较低的纵向对称的头盔100。如何最恰当的定义冠状面128，取决于所要控制的边界层分离的位置，边界层的非特意的分离的位置又取决于先前讨论的因素。在某些情况下，冠状平面128的任一定义都可以是有效的。在其他实施例中，一个不同的冠状平面128可能更适合于提供空气动力优势。

与冠状面128的定义方式无关，陡降部110至少部分位于后段132内，或者换句话说，陡降部110至少部分位于冠状面128的后面。在一些实施例中，陡降部110可以完全位于冠状平面128的后面(即在后段132中)。

在一些实施例中，包括图1至图6中所示的实施例，陡降部110可以是非平面的。例如，如图所示，陡降部110可在凸脊120之间呈弧形。在其他实施例中，陡降部110可直接穿过头盔100，而在其他实施例中，陡降部110可以沿着不同路径穿过外表面104。另外，在一些实施例中，陡降部110可以从头盔100的一个边缘124延伸到相对的另一边缘124。而且，陡降部110可以是连续的，这意味着陡降部110被定义为(例如具有高度164)穿过外表面104的整体。在其他实施例中，陡降部110可以仅穿过头盔顶部的一部分。在其他实施例中，陡降部110可具有一个或多个不存在的点(例如，该点处的第一表面106和第二表面108是平滑的)。

在一些实施例中，头盔100的截短的后端136或枕崖112，也可作为额外的陡降部，这意味着后端136或枕崖112可以用于操纵边界层。作为选择，当头盔100的偏航角/俯仰角不同于为陡降物110设定的偏航角/俯仰角时，枕崖112可被调整以执行其功能。这可有助于扩展截短头盔100的功能，在陡降部110的位置和尺寸的指标条件之外的条件下(例如，方向、空气速度等)，提供空气动力学优势。

如图4和图6所示，枕崖112在头盔100的后端136处急剧下降。在一些实施例中，枕崖112(或非平面的枕崖112的平均拓扑的代表平面)可大体垂直于接近陡降部110的外表面104的第二表面108。在本说明书和所附的权利要求书的上下文中，大体垂直的意思是指与垂直偏差在20度以内。在其他实施例中，枕崖112可与第二表面108相交，相交的角度大致相同于陡降部110的顶部160与陡降部110本身相交的角度，尽管陡降部110和枕崖112不一定平行。

根据各种实施例，虽然截短头盔100可以实现常规计时赛头盔的一些空气动力学优势，但在其他方面，截短头盔100也可在空气动力学方面优于常规计时赛头盔。例如，具有长尾部的常规头盔，在理想的零俯仰/零偏航方向上表现良好。然而，长尾部可能会在其他方向上成为一种负担，实际上它可能会增加阻力。截短头盔100缺少长尾部，可能在这些方向或在不受欢迎的强侧风的情况下表现更好。

参考图1至图6，截短头盔100可具有多个通气孔114，多个通气孔114位于头盔100的前端、沿顶部和后端，以提供在头盔100外部和头盔100内部之间的流动通道。根据各种实施例，这些通气孔114的形状和/或位置使得通气孔产生尽可能小的湍流。一些通气孔114，诸如后段132中的出气孔118，通过位于陡降部110之后并避开边界层来实现该目标，而其他通气孔，诸如在前段130中的进气孔116，则可以被设置在与迎面而来的气流对齐的位置来实现该目标。

在一些实施例中，截短头盔100可具有引导关于通气孔114的气流的形状。如图1、图2、图4和图5所示，接近进气孔116的外表面104可具有使空气有序地进入通气孔的形状，同时最小化湍流并避免中断在外表面104上的持续的边界层。此外，如图所示，在一些实施例中，进气孔116可沿头盔100上方的气流方向延长。在其他实施例中，进气孔116(以及其他通气孔114)可具有本领域已知的其他形状。

图4和6示出头盔100顶部的内嵌式通气孔114可与外部输出通道166成对设置，该外部输出通道166从头盔向后并向内倾斜，朝着不存在的尾部逐渐变窄。根据各种实施例，该些通道166可形成在外壳102的第二表面108中，通道166始于内嵌式通气孔142并从陡降部110延伸。这些通道166可用于将气流引导到有益的方向。根据一些实施例，内嵌式通气孔142可通过沿空气流动方向向边界层注入空气(和动量)以帮助稳定边界层，尽量减少任何干扰。在通过陡降部110的边界层为湍流边界层的实施例中，这样的功能可能特别有利。如图所示，在一些实施例中，内嵌式通气孔142可以小于隐藏式通气孔150。

参考图6的非限制性实施例，截短头盔100具有隐藏式通气孔150，隐藏式通气孔150位于头盔100的后端且在枕崖112上。在一些实施例中，包括图6所示的实施例，后端的通气孔可大于内嵌式通气孔142。图6示出了具有两个隐藏式通气孔150的实施例。其他实施例可具有一个或多个隐藏式通气孔150。如图所示，隐藏式通气孔150稍微倾斜，位于内嵌式通气孔142的后面并指向不存在的尾部的尖端，类似于形成在外壳102的外表面104中的外部输出通道166。根据各种实施例，内嵌式通气孔142可包括至少部分在该通气孔内的一对表面156，该对表面156与接近内嵌式通气孔142的外壳102的第二表面108大体平行。换句话说，这些表面156指向沿着第二表面108的流出气流，这可以防止边界层的中断和/或向边界层注入动量，边界层可正在过渡或不在过渡。在本说明书和随后的权利要求书的上下文中，当内嵌式通气孔142的该对表面156与第二表面108的夹角在20度以内时，就认为该对表面156大体平行于第二表面108。

根据各种实施例，出气孔118(例如：内嵌式通气孔142、隐藏式通气孔150)通过增加头盔100后面区域中的气压可提供空气动力上的优势，头盔100后面的区域通常是明显的压力阻力的位置。此外，进气孔116可用于减小头盔100前面的高压。截短头盔100较传统的计时赛头盔的另一个优势在于，通气孔114在提供有益的空气动力学性能的同时，也为骑手提供通气，增加骑手的舒适度。传统的计时赛头盔通常以牺牲通气来改善空气动力性能；但截短头盔100不必进行这种折衷。

图3描绘了截短头盔100的非限制性实施例的仰视图。如图所示，内衬144的内表面146可包括一系列内部通道148，该些内部通道148在头盔100的前端的每一个进气孔116和位于头盔100的后段132中的出气孔之间操作。作为选择，内部通道148可以是专用的，这意味着每个进气孔116都连接到一个出气孔118，并且没有出气孔118连接到一个以上的进气孔116。根据各种实施例，这些内部通道148可具有为空气流动提供干净的路径的形状和位置，以减少引入湍流的流量。如图所示，内部通道148可从前面到后面变大，以降低气压并进一步促进通过头盔100的气流。另外，内部通道148可以具有一个或多个引导装置以进一步减少湍流。

在一些实施例中，内部通道148的尺寸可使空气离开内嵌式通气孔142的速度不同于空气离开隐藏式通气孔150的速度。根据一些实施例，内部通道148也可促进佩戴者头部的通气，增加在高强度运动所需的凉爽的舒适度。

具有比进气孔更多的出气孔也可促进降低空气压力。图1至图6示出的非限制性实施例，在总共六个出气孔118的前面具有四个进气孔116。在一些实施例中，如图8A和8B所示，所有出气孔118的总的入射表面积174，大于所有进气孔116的总的入射表面积172。在本说明书和随后的权利要求书的上下文中，一个通气孔的入射表面积是指垂直于气流的通气孔的横截面的面积。一组通气孔的总的入射表面积则是每个通气孔入射表面积的总和。

根据各种实施例，一系列的凸脊120或凸骨线，可沿截短头盔100的外表面104的顶部和各侧面纵向延伸。根据各种实施例，凸脊120可沿头盔100的顶部从陡降部110向前延伸。这些凸脊120还可用于打破头盔100的前端的圆形形状，通过给头盔100定向带来稳定并促进头盔100上的空气运动。此外，凸脊120可使边界层分离点更加可预测，从而增加陡降部110的功能。

图1至图6中所示的非限制性实施例具有五条凸脊；其他的实施例可具有多于五条凸脊或更少的数量(例如三条凸脊等)，并且可具有不同的形状和弯曲程度，这取决于头盔的整体形状和预期的使用条件(例如头盔方向、空气速度特征等)。凸脊是两个表面的交线，并形成一个表面到另一个表面的方向变化，例如在船体上的方向变化。如图1和图5所示，凸脊120在到达外壳102的第一表面106的前边缘122之前，可以终止或成环。在其他实施例中，凸脊120可以一直延伸到前边缘122。

如图所示，截短头盔100可包括在头盔100的前端134的下边缘附近的一系列磁体154(例如，图1、图4和图5中的圆圈和条)。在一些实施例中，磁体154可被嵌入在头盔100的外壳102下方的能量吸收材料内。在其他一些实施例中，磁体154可连接到外壳102的第一表面106。作为具体示例，磁体154可被嵌入外壳102的能量吸收材料中，并且随后与施加到外壳102上的塑料层结合，从而形成一个光滑的、减少摩擦的外表面104。这些磁体154可用于将面罩152可释放地连接至头盔100，以保护佩戴者的眼睛免受气流影响，并进一步使头盔100周围的空气流线型运动。在其他实施例中，可在面罩152和头盔100之间使用本领域已知的其他附接方式。

图1示出截短头盔100的非限制性实施例的立体图，该截短头盔100具有处于展开位置的面罩152。面罩152通过在面罩152内的磁体或铁磁材料从而被固定在适当位置，该磁体或铁磁材料被吸引到截短头盔100的主体内(例如：外壳102、内衬层144等)的磁体154上。这允许方便地释放附件，当面罩152被移除时，不会中断面罩152或头盔100的任一个的符合空气动力学的光滑外表面。当面罩152安装在展开位置，并且头部戴着头盔的骑手处于骑行位置时，面罩152有助于引导空气围绕头盔100并向下滑过骑手胸部，同时避开了空气动力学不足骑手的面部。

根据各种实施例，面罩152可以在存放位置附接到头盔100，从而允许佩戴者在不比赛时具有不受阻碍的视野，而不必担心刮擦或可能丢失面罩152。在一些实施例中，面罩152可以倒置地附接到在以展开位置使用的头盔100中的同一组磁体154。在其他实施例中，包括图1所示的非限制性示例，可以在头盔100中进一步包括第二组磁体154。使用第二组磁体154可能是有利的，因为这允许将“展开的”一组磁体154设置在唇部内，使得当面罩152处于展开位置时，磁体154与面罩152的边缘附近的外壳102的外表面104齐平。

图4示出了面罩152处于展开位置的截短头盔100的非限制性实施例的侧视图。如图所示，面罩152的侧边缘158与陡降部110成一直线，侧边缘158继续向下跨过骑手面部的侧面。具体地说，处于展开位置时，面罩152的侧边缘158在陡降部110处(即陡降部110的顶部160)与第一表面106的左侧和右侧对齐。通过将面罩152的侧边缘158与陡降部110对齐，由陡降部110提供的空气动力学优势可以延伸到围绕骑手头部的更多区域，而不必增加头盔100本身的尺寸或重量。此外，沿着面罩152的侧面延伸的陡降部110，可以进一步保护佩戴者的耳朵免受气流的影响，从而增加舒适度并减少噪音、湍流和阻力。

根据本说明书公开的内容，防护头盔的各种实施方式和实施例包括了一个防护壳。该防护壳可以由能量吸收材料制成，例如发泡聚苯乙烯(EPS)，发泡聚氨酯(EPU)，发泡聚苯乙烯聚乙烯混合体(EPO)，发泡聚丙烯(EPP)或其他合适的材料。能量吸收材料可包括一个布置在保护壳外部或上方的附加外部保护壳。作为一个模制头盔中的一层能量吸收层，保护壳可以包含刚性材料，例如EPS和EPU。可以在头盔的保护壳的一个外表面上包括一个外壳层，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)层或聚碳酸酯壳，并将其直接粘结到膨胀泡沫上(例如EPS发泡时，将泡沫模制在外壳中)。在一些实施例中，截短头盔100可以由不止一个模制件组成，每个模制件都有其自己的至少部分的外壳层。

图1至图6示出非限制性实施方案的具体实例，骑手戴上头盔并开始骑行。空气在头盔100周围和上方流动，并流入前端的进气孔116。通过进气孔116进入头盔100的空气气流，沿着内衬144的内表面146中的内部通道148移动，在流过头盔100的内部时阻止湍流进入气流。除了为骑手的头部提供增加的通气之外，该气流还通过沿第二表面108顶部的多个内嵌式通气孔142以及枕崖112中的两个隐藏式通气孔150离开头盔100。从内嵌式通气孔142出来的空气，与进入进气孔116时的空气一样呈层流状，继续沿着第二表面108远离陡降部110，而不会过度扩展头盔100的有效尺寸。从后面的隐藏式通气孔150流出的空气会有些湍流，但可用于减少在头盔后面形成的低压区域，有助于减轻压力阻力并分散离开第二表面108的气流及加强有效的尾部。

对于在头盔100的上面和周围流动的空气，当骑手接近一个特征速度时，他们的头部保持在最佳方位(针对最佳位置头盔100进行了校准)，陡降部110操纵边界层，使得边界在可能发生湍流的边界层分离之前触发层分离。边界层分离的提早触发，产生了一分离的层，该分离的层由于引入了湍流而具有稳定性，但是还具有沿着第二表面108继续所需的动量和相干性，从而减小了表面阻力。当分离的边界层到达枕崖112时，其在向内渐缩的路径上继续以形成有效尾部的外部。

本说明书的各个实施例，总体效果是降低压力和表面阻力，并抑制了会导致头盔有效尺寸增加的非特意的边界层的分离。由陡降部110引起的特意的边界层的分离，在第二表面108上的流动的空气中保持一定程度的有序，而不会明显增加头盔的有效尺寸。这允许自由流动的空气，有效地在头盔100上移动，从而减少了阻力。此外，头盔后端的气流减少了不利的作用力，并进一步抑制了边界层的非特意的分离。

在以上示例、实施例和实施方式参考示例的情况下，本领域普通技术人员应当理解，其他头盔和示例可以与所提供的头盔混合或替换。在上面的描述涉及截短头盔和定制方法的特定实施例的地方，应该显而易见的是，在不脱离其精神的情况下可以进行多种修改，并且这些实施例和实施方式，可以应用于头盔优化技术的其他方面。因此，所公开的主题，旨在涵盖落入本说明书公开的精神和范围以及本领域普通技术人员的知识范围内的所有这样的变更、修改和变化。

Claims (20)

1.一种头盔，包括：

前段和后段，所述前段和所述后段被将所述头盔平分为具有相等纵向长度的两部分的冠状平面界定，所述后段包括远离所述前段的所述头盔的后端；

外壳，所述外壳具有外表面和内表面，所述外表面包括：

第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面通过陡降部接合，所述陡降部从所述头盔的左侧到右侧穿过所述外表面，并且所述第一表面和所述第二表面被包含在所述头盔的后段内，所述陡降部的大部分长度相比所述头盔的后端更接近所述冠状平面，其中所述第一表面限定所述陡降部的顶部，所述第二表面限定所述陡降部的底部，并且其中沿着所述陡降部的整体，所述陡降部的底部相比所述陡降部的顶部更接近所述头盔的中心纵轴，使得所述陡降部具有高度；及

至少三条凸脊，所述至少三条凸脊沿所述第一表面从所述陡降部向前延伸；

枕崖，所述枕崖位于所述头盔的后端，并且所述枕崖与接近所述陡降部的所述第二表面大体垂直；

多个通气孔，所述多个通气孔包括在所述头盔的前段中的至少一个进气孔和在所述头盔的后段中的至少一个出气孔，所述多个通气孔提供头盔外部和头盔内部之间的流通；及

内衬，所述内衬具有外表面和内表面，所述内衬的外表面与所述外壳的内表面相连接，所述内衬的内表面包括多个内部通道，所述多个内部通道将所述至少一个进气孔中的每一个与所述至少一个出气孔中的不同的出气通气孔连接。

2.如权利要求1所述的头盔，其中，所述至少一个出气孔包括至少一个内嵌式通气孔和至少一个隐藏式通气孔，所述内嵌式通气孔具有与所述外壳的第二表面大体平行的一对表面，其中所述外壳的第二表面接近所述内嵌式通气孔，所述隐藏式通气孔位于所述枕崖上。

3.如权利要求2的头盔：

其中，所述第二表面包括用于至少一个内嵌式通气孔中的每一个内嵌式通气孔的外部输出通道，所述外部输出通道从所述内嵌式通气孔开始延伸并远离所述陡降部；及

其中，每个所述外部输出通道形成在所述头盔的外表面中。

4.如权利要求1所述的头盔，其中，所述至少三条凸脊中的至少一条凸脊在所述第一表面的前边缘之前终止。

5.如权利要求1所述的头盔，其中，所述至少一个出气孔的数量多于所述至少一个进气孔的数量。

6.如权利要求1所述的头盔，其中，全部至少一个出气孔的总入射表面积大于全部至少一个进气孔的总入射表面积。

7.如权利要求1所述的头盔，其中，所述陡降部从头盔的一个边缘至相对的所述头盔的另一个边缘连续。

8.一种头盔，包括：

前段和后段，所述前段和所述后段被将所述头盔平分为具有相等纵向长度的两部分的冠状平面界定，所述后段包括远离所述前段的所述头盔的后端；

外壳，所述外壳具有外表面和内表面，所述外表面包括：第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面通过陡降部接合，所述陡降部从所述头盔的左侧到右侧穿过所述外表面，并且所述第一表面和所述第二表面被包含在所述头盔的后段内，所述陡降部的大部分长度相比所述头盔的后端更接近所述冠状平面，其中所述第一表面限定所述陡降部的顶部，所述第二表面限定所述陡降部的底部，并且其中沿着所述陡降部的整体，所述陡降部的底部相比所述陡降部的顶部更靠近所述头盔的中心纵轴，使得所述陡降部具有高度；

枕崖，所述枕崖位于所述头盔的后端，并且所述枕崖与接近所述陡降部的所述第二表面大体垂直；

多个通气孔，所述多个通气孔包括在所述头盔的前段中的至少一个进气孔和在所述头盔的后段中的至少一个出气孔，所述多个通气孔提供头盔内部和头盔外部之间的流通；及

内衬，所述内衬具有外表面，所述内衬的外表面与所述外壳的内表面相连接。

9.如权利要求8所述的头盔，其中，所述陡降部从所述头盔的一个边缘至相对的所述头盔的另一个边缘连续。

10.如权利要求8所述的头盔，还包括：

面罩，所述面罩通过至少一个与所述第一表面连接的磁体，磁连接到所述头盔的前端，所述头盔的前端与所述头盔的后端相对。

11.如权利要求10所述的头盔，其中所述面罩终止于两条侧边缘，所述两条侧边缘在所述陡降部分别与所述第一表面的左侧和右侧对齐。

12.如权利要求8所述的头盔，还包括至少三条凸脊，所述三条凸脊沿所述第一表面从所述陡降部向前延伸。

13.一种头盔，包括：

外壳，所述外壳具有外表面和内表面，所述外表面包括：第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面通过陡降部接合，所述陡降部从所述头盔的左侧到右侧穿过所述外表面；

冠状平面，所述冠状平面与所述外壳的横截面共面，所述外壳具有封闭在所述外壳的外表面内的最大面积，并且所述冠状平面垂直于所述头盔的中心纵轴；

前段、后段、整个陡降部和后端，所述前段在所述冠状平面之前，所述后段在所述冠状平面之后，并且所述后端远离所述前段；

内衬，所述内衬具有内表面和与所述外壳的内表面相连接的外表面；

其中，所述陡降部的大部分长度相比所述头盔的后端更靠近所述冠状平面；及

其中，所述第一表面限定所述陡降部的顶部，所述第二表面限定所述陡降部的底部，并且其中沿着整个所述陡降部，所述陡降部的底部相比所述陡降部的顶部更靠近所述头盔的中心纵轴，使得所述陡降部具有高度。

14.如权利要求13所述的头盔，还包括位于所述头盔的后端的枕崖，并且所述枕崖与接近所述陡降部的第二表面大体垂直。

15.如权利要求13所述的头盔，还包括多个通气孔，所述多个通气孔包括在所述头盔的前段中的至少一个进气孔和在所述头盔的后段中的至少一个出气孔，所述多个通气孔提供头盔外部和头盔内部之间的流通。

16.如权利要求15所述的头盔，其中，所述至少一个出气孔包括至少一个内嵌式通气孔和至少一个隐藏式通气孔，所述内嵌式通气孔具有与所述外壳的第二表面大体平行的一对表面，其中所述外壳的第二表面接近所述内嵌式通气孔，所述隐藏式通气孔位于一枕崖上，所述枕崖位于所述头盔的后端，并且所述枕崖与接近所述陡降部的所述第二表面大体垂直。

17.如权利要求16所述的头盔：

其中，所述第二表面包括用于至少一个内嵌式通气孔中的每一个内嵌式通气孔的外部输出通道，所述外部输出通道从所述内嵌式通气孔开始延伸并远离所述陡降部；及

其中，每个所述外部输出通道形成在所述头盔的外表面中。

18.如权利要求15所述的头盔，其中，全部至少一个出气孔的总入射表面积大于全部至少一个进气孔的总入射表面积。

19.如权利要求13所述的头盔，还包括至少三条凸脊，所述至少三条凸脊沿所述第一表面从所述陡降部向前延伸。

20.如权利要求13所述的头盔，其中，所述陡降部从所述头盔的一个边缘至相对的所述头盔的另一个边缘连续。