FR2949648A1 - HELMET COMPRISING A VARIABLE RIGIDITY PROTECTION SHELL - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un casque comprenant une coque de protection. La coque de protection est constituée d'une partie supérieure (1) et d'une partie inférieure (2) s'étendant vers le bas du casque. La partie supérieure est constituée d'un matériau composite du type sandwich comprenant deux peaux (12, 13), disposées de part et d'autre d'une âme (11), comprenant elles-mêmes plusieurs couches de tissus composites. La partie inférieure est constituée d'un matériau composite du type monolithique. L'invention s'applique de façon générale aux casques de protection et plus particulièrement dans le domaine de l'aéronautique où la structure rigide permet de fixer directement sur la coque de protection les équipements de tête.The invention relates to a helmet comprising a protective shell. The protective shell consists of an upper part (1) and a lower part (2) extending downwards from the helmet. The upper part consists of a composite material of the sandwich type comprising two skins (12, 13), disposed on either side of a core (11), themselves comprising several layers of composite fabrics. The lower part consists of a composite material of the monolithic type. The invention is generally applicable to protective helmets and more particularly in the field of aeronautics where the rigid structure allows to fix directly on the protective shell head equipment.
Description
CASQUE COMPRENANT UNE COQUE DE PROTECTION A RIGIDITE VARIABLE HELMET COMPRISING A VARIABLE RIGIDITY PROTECTION SHELL
Le domaine de l'invention concerne les casques de protection et plus particulièrement les casques portant un système optique de projection d'images sur visière. The field of the invention relates to protective helmets and more particularly to helmets carrying an optical system for projection of images on a visor.
Dans le domaine de l'aéronautique et notamment des avions d'armes, les pilotes portent généralement un casque de protection. Les casques de protection sont constitués d'une coque de protection, réalisée dans un matériau composite performant, entourant une couche de protection intérieure épaisse et rigide. La couche de protection intérieure est destinée à protéger le crâne du pilote des chocs, tandis que la coque de protection est destinée à protéger le pilote des agressions de type perforation telles que les agressions balistiques. Les casques pour pilote d'aéronefs d'arme sont également destinés à porter un système électronique optique. Le montage et l'intégration d'un tel système sur un casque de pilote est problématique pour les raisons suivantes. In the field of aeronautics, and in particular military aircraft, pilots usually wear a helmet. The protective helmets consist of a protective shell, made of a high performance composite material, surrounding a thick and rigid inner protection layer. The inner layer of protection is intended to protect the skull of the driver from shocks, while the protective shell is intended to protect the pilot from puncture type attacks such as ballistic assaults. Helmets for weapon aircraft pilots are also intended to carry an optical electronic system. Mounting and integrating such a system on a pilot's helmet is problematic for the following reasons.
Une fonction de visualisation ainsi qu'un collimateur sont montés dans le but d'afficher des informations visuelles sur la visière. La fonction de visualisation est réalisée par une source d'image, de type tube à rayonnement cathodique ou de type afficheur à écran plat, située sur le dessus de la tête. L'optique de collimation est montée sur le haut du front pour la projection d'image sur la visière. Pour cela, la visière est traitée sur sa surface avec une couche de matière réfléchissante permettant d'afficher dans le champ visuel du pilote des images synthétiques de visée et de navigation ou des images provenant d'une caméra thermique pour le vol lors de conditions de faible visibilité. Pour des raisons de précisions optiques et de qualité de l'image affichée, il est important que la visière du casque et le système optique présentent peu de jeu dans leur maintien vis-à-vis de l'un et de l'autre. Cependant, l'environnement du cockpit de l'aéronef présente de nombreuses contraintes de vibrations et de forts écarts thermiques par exemple. Le casque est également sujet à des déformations lors de sa mise en place ou de l'accrochage d'un masque à oxygène. On connaît des solutions d'intégration de la structure mécanique d'un système électronique optique et de la visière associée. Par exemple, le brevet européen EP 0651952B1 décrit une structure mécanique de support du système optique ainsi que de la visière. Cette solution permettant d'isoler le système optique des déformations de la coque de protection comprend des armatures mécaniques lourdes et encombrantes positionnées sur le haut du casque. Cette solution augmente fortement la masse de l'ensemble du système optique et par conséquent présente un danger pour le pilote et réduit également le confort d'utilisation du casque. La demande de brevet français FR 2717045A1 décrit un casque comprenant une structure mécanique permettant de monter un équipement optronique sur la coque du casque. Cette structure mécanique rigide est liée à la coque par un ensemble de liaisons déformables. Elle a pour but de permettre les déformations nécessaires du casque tout en gardant une partie rigide permettant d'isoler l'équipement optronique des déformations de la coque. De la même façon, cette structure mécanique rigide montée sur la coque du casque augmente la masse du système optronique. A visualization function and a collimator are mounted for the purpose of displaying visual information on the visor. The display function is performed by an image source, cathode-ray tube type or flat-screen display type, located on the top of the head. Collimation optics are mounted on the top of the forehead for image projection on the visor. For this, the visor is treated on its surface with a layer of reflective material for displaying in the pilot's visual field synthetic images of sighting and navigation or images from a thermal camera for the flight during conditions of low visibility. For reasons of optical precision and quality of the displayed image, it is important that the visor of the helmet and the optical system have little play in their maintenance vis-à-vis the one and the other. However, the cockpit environment of the aircraft has many vibration constraints and strong thermal differences, for example. The helmet is also subject to deformations during its installation or the attachment of an oxygen mask. Solutions for integrating the mechanical structure of an optical electronic system and the associated visor are known. For example, the European patent EP 0651952B1 describes a mechanical support structure of the optical system and the visor. This solution for isolating the optical system deformations of the protective shell includes heavy mechanical and bulky frames positioned on the top of the helmet. This solution greatly increases the mass of the entire optical system and therefore presents a danger for the driver and also reduces the comfort of use of the helmet. French patent application FR 2717045A1 describes a helmet comprising a mechanical structure for mounting optronic equipment on the helmet shell. This rigid mechanical structure is linked to the shell by a set of deformable links. It aims to allow the necessary deformations of the helmet while keeping a rigid part to isolate the optronic equipment deformations of the hull. In the same way, this rigid mechanical structure mounted on the shell of the helmet increases the mass of the optronic system.
Il peut également s'ajouter sur le casque du pilote un système de détection de posture (DDP). La fonction DDP la plus légère est la DDP électromagnétique. Pour les mêmes raisons de précision précitées, les fonctions optiques et DDP sont rattachées à une structure mécanique indépendante des déformations de la coque de protection. Ainsi, le système de visualisation est isolé des déformations du casque intervenant lors de sa mise en place et des sollicitations du masque à oxygène et du système de rétention sur la coque du casque sous facteur de charge. Le capteur de la fonction DDP est attaché sur la structure mécanique de l'optique pour des raisons de précision, donc sur l'avant et le haut du casque. Certains casques intègrent une détection de posture électro-optique dont les LEDs (pour light-emitting diode en langage anglo-saxon) sont situées à l'arrière et le coté du casque. L'avantage de ce principe est de déplacer la masse de la fonction DDP vers l'arrière pour un meilleur équilibre mais l'inconvénient majeur est la masse supérieure de la structure mécanique du visuel. En effet, la surface de la structure est étendue vers l'arrière pour maintenir les LEDs en position précise et stable par rapport à l'optique. Dans ce cas, la structure mécanique du visuel s'apparente à une deuxième coque superposée à la coque de protection. It can also add on the helmet of the driver a posture detection system (DDP). The lightest DDP function is the electromagnetic DDP. For the same reasons of precision mentioned above, the optical and DDP functions are attached to a mechanical structure independent of the deformations of the protective shell. Thus, the display system is isolated from the deformations of the helmet intervening during its installation and the demands of the oxygen mask and the retention system on the helmet shell under load factor. The sensor of the DDP function is attached to the mechanical structure of the optics for reasons of precision, so on the front and the top of the helmet. Some helmets incorporate an electro-optical posture detection whose LEDs (for light-emitting diode in English language) are located at the back and the side of the helmet. The advantage of this principle is to shift the mass of the DDP function backward for a better balance but the major disadvantage is the higher mass of the mechanical structure of the visual. Indeed, the surface of the structure is extended towards the rear to maintain the LEDs in precise and stable position relative to the optics. In this case, the mechanical structure of the visual is similar to a second shell superimposed on the protective shell.
En définitive il est important de rappeler que la masse et le centrage d'un viseur de casque sont des paramètres critiques pour la sécurité. En effet, une masse trop élevée peut entraîner des lésions du rachis cervical lors d'efforts répétés liés aux facteurs de charge ou lors d'une éjection. Le centre de masse du casque agit sur sa stabilité sur la tête du pilote lors des évolutions et lors d'une éjection où un centrage trop avancé et/ou trop haut peut provoquer des lésions irréversibles. Il en résulte qu'il est nécessaire, autant que possible, de réduire la masse du casque et de positionner le centre de gravité du casque au niveau du centre de gravité de la tête du porteur. En parallèle, les systèmes électroniques montés sur le casque nécessitent d'être isolés des déformations du casque pour des raisons de précisions des fonctions optiques. Or, jusqu'à maintenant les solutions existantes proposent la mise en place de structures mécaniques supplémentaires permettant de rigidifier la structure du casque mais en contrepartie d'une augmentation de la masse. Pour la conception de casque de visée, l'homme du métier est donc confronté à un dilemme entre d'une part isoler l'équipement d'affichage afin de maintenir une bonne précision optique et d'autre part réduire la masse du casque. De plus, il est nécessaire que le casque présente des capacités de déformation réversible suffisantes pour le confort du pilote lorsque celui-ci coiffe le casque ou accroche le masque à oxygène. Ces déformations ne devant pas se répercuter sur la structure de maintien du système optique. Finally it is important to remember that the weight and balance of a helmet viewfinder are critical safety parameters. In fact, a mass that is too high can cause cervical spine injuries during repeated efforts related to load factors or during ejection. The center of mass of the helmet acts on its stability on the pilot's head during the evolutions and during an ejection where a centering too advanced and / or too high can cause irreversible injuries. As a result, it is necessary, as far as possible, to reduce the weight of the helmet and to position the center of gravity of the helmet at the center of gravity of the wearer's head. In parallel, the electronic systems mounted on the helmet need to be isolated from the deformations of the helmet for the sake of clarification of the optical functions. However, until now existing solutions propose the establishment of additional mechanical structures to stiffen the structure of the helmet but in return for an increase in mass. For the aiming helmet design, the skilled person is therefore faced with a dilemma between isolating the display equipment in order to maintain good optical precision and, on the other hand, reducing the weight of the helmet. In addition, it is necessary that the helmet has sufficient reversible deformation capabilities for the comfort of the driver when it cap the helmet or hangs the oxygen mask. These deformations should not affect the holding structure of the optical system.
L'invention a pour objectif de palier aux problèmes précités et de s'affranchir d'une structure mécanique lourde et encombrante pour le montage d'équipements électroniques tels qu'un dispositif de projection sur visière et qu'un dispositif de détection de posture. The invention aims to overcome the aforementioned problems and to overcome a heavy and bulky mechanical structure for mounting electronic equipment such as a projection device visor and a posture detection device.
Plus précisément, l'invention concerne un casque comprenant une 35 coque de protection, caractérisé en ce que la coque de protection est constituée d'une partie supérieure disposée au niveau de la partie haute du casque et d'une partie inférieure, la partie supérieure étant constituée d'un matériau composite du type sandwich comprenant deux peaux, disposées de part et d'autre d'une âme, comprenant elles-mêmes plusieurs couches de tissus composites, la partie inférieure étant constituée d'un matériau composite du type monolithique. Selon un mode de réalisation préférentiel, le casque comprend une couche de protection intérieure disposée au niveau de la partie haute du casque, et avantageusement la partie supérieure de la coque de protection est disposée face à la couche de protection intérieure et la partie inférieure s'étend vers le bas du casque au delà de la couche de protection intérieure. De préférence, la partie supérieure de la coque de protection couvre sensiblement la partie pariétale, frontale et occipitale haute de la boîte crânienne du porteur. More specifically, the invention relates to a helmet comprising a protective shell, characterized in that the protective shell consists of an upper part disposed at the upper part of the helmet and a lower part, the upper part being composed of a composite material of the sandwich type comprising two skins disposed on either side of a core, themselves comprising several layers of composite fabrics, the lower part consisting of a composite material of the monolithic type. According to a preferred embodiment, the helmet comprises an inner protective layer disposed at the upper part of the helmet, and advantageously the upper part of the protective shell is arranged facing the inner protective layer and the lower part extends down the helmet beyond the inner protective layer. Preferably, the upper part of the protective shell substantially covers the parietal, frontal and occipital upper part of the skull of the wearer.
Avantageusement, le matériau composite du type monolithique de la partie inférieure est formé avec au moins une peau du matériau composite du type sandwich de la partie supérieure de la coque, ladite peau étant prolongée au-delà de l'âme. De préférence, le matériau composite de type monolithique est formé par les deux peaux prolongées au-delà de l'âme, les deux peaux étant alors liées ensemble par polymérisation. Avantageusement, les couches de tissus de la partie inférieure de la coque comprennent des fibres dont l'orientation est décalée d'environ 45° par rapport à un axe vertical du plan de symétrie du casque. Selon un mode de réalisation préférentiel, le bord de l'âme du matériau composite du type sandwich au niveau de la zone entre la partie supérieure et la partie inférieure de la coque de protection est taillé en biseau. Selon un premier mode de réalisation de casque comprenant un équipement de tête monté sur la coque de protection, le dit équipement est fixé sur la surface extérieure de la peau du matériau composite du type sandwich . Selon un second mode de réalisation de casque, au moins un équipement de tête est fixé entre les deux peaux du matériau composite du type sandwich, une partie de l'âme dudit matériau composite étant évidée de sorte à insérer le dit équipement de tête. Advantageously, the composite material of the monolithic type of the lower part is formed with at least one skin of the sandwich-type composite material of the upper part of the shell, said skin being extended beyond the core. Preferably, the monolithic type composite material is formed by the two skins extended beyond the core, the two skins then being bonded together by polymerization. Advantageously, the tissue layers of the lower part of the shell comprise fibers whose orientation is shifted by about 45 ° with respect to a vertical axis of the plane of symmetry of the helmet. According to a preferred embodiment, the edge of the core of the sandwich-type composite material at the zone between the upper part and the lower part of the protective shell is bevelled. According to a first embodiment of a helmet comprising a head equipment mounted on the protective shell, said equipment is fixed on the outer surface of the skin of the sandwich-type composite material. According to a second embodiment of the helmet, at least one head gear is fixed between the two skins of the sandwich-type composite material, a portion of the core of said composite material being hollowed out so as to insert said head gear.
Selon un troisième mode de réalisation de casque, la partie supérieure de la coque de protection comprend deux sous-parties, une sous-partie arrière reliée à la partie inférieure de la coque de protection et fixée à la couche de protection intérieure et une sous-partie avant amovible, des éléments de fixation montés sur les dites sous-parties permettant de solidariser et de désolidariser les dites sous-parties. Selon l'un quelconque des deux derniers modes de réalisation, l'âme du matériau composite de la sous-partie avant de la partie supérieure de la coque de protection comprend une épaisseur de matériau supérieure à l'âme du matériau composite de la sous-partie arrière. Selon un mode de réalisation particulier, le casque est un casque pour pilote d'avion d'arme comportant une visière et l'équipement de tête est un dispositif de projection d'images sur la dite visière, et avantageusement, le dispositif de projection et la visière sont montés sur la partie frontale de la partie supérieure de la coque de protection. Avantageusement, pour ce dernier mode de réalisation, un second équipement de tête est un système de détection de posture. Selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, l'âme du premier matériau composite est un matériau de type mousse destiné à la 20 protection au choc. According to a third embodiment of the helmet, the upper part of the protective shell comprises two sub-parts, a rear sub-part connected to the lower part of the protective shell and fixed to the inner protective layer and a sub-part. detachable front part, fixing elements mounted on said sub-parts for securing and separating said sub-parts. According to any one of the last two embodiments, the core of the composite material of the front subpart of the upper part of the protective shell comprises a material thickness greater than the core of the composite material of the subframe. rear part. According to a particular embodiment, the helmet is a helmet for a weapon pilot with a visor and the head equipment is an image projection device on said visor, and advantageously, the projection device and the visor are mounted on the front part of the upper part of the protective shell. Advantageously, for this latter embodiment, a second head equipment is a posture detection system. According to any of the previous embodiments, the core of the first composite material is a foam-type material for impact protection.
La coque de protection du casque présente une structure réagissant de façon différente aux sollicitations selon les zones du casque sollicitées. La forte rigidité de la partie supérieure de la coque, due à 25 l'utilisation d'un matériau composite du type sandwich, permet de s'affranchir de l'utilisation d'une structure mécanique supplémentaire pour le maintien d'un ou plusieurs équipements électroniques ainsi que de la visière. De cette façon, l'invention propose une solution permettant de diminuer la masse du casque et d'améliorer le positionnement du centre de gravité de l'ensemble 30 du casque par rapport au centre de gravité de la tête du porteur. La partie inférieure présente des capacités en déformation réversible permettant d'améliorer le confort du pilote lors du coiffage du casque, de l'utilisation du masque à oxygène, pour le maintien des écouteurs et également lors de l'ajustement du système de rétention. L'élasticité et la 35 souplesse du matériau de la partie inférieure de la coque de protection permettent au casque de réagir aux sollicitations sans transmettre les déformations de structure aux équipements électroniques. En effet, la rigidité de la partie supérieure de la coque est bien plus élevée que celle de la partie inférieure et permet d'isoler les dits équipements électroniques de toute déformation. Ainsi la précision requise pour le positionnement et le maintien des équipements électroniques et de la visière en mode de travail est améliorée et suffisante pour obtenir une bonne qualité d'affichage. La coque de protection constituée de deux parties présentant des capacités de déformation variables selon les zones du casque, et plus particulièrement une rigidité forte sur la partie supérieure, permet de monter les équipements électroniques directement sur la coque de protection. Ainsi il n'est pas nécessaire d'utiliser une structure mécanique supplémentaire ou une double coque de protection à rigidité forte. The protective shell of the helmet has a structure that responds differently to the stresses according to the areas of the helmet solicited. The high rigidity of the upper part of the shell, due to the use of a composite material of the sandwich type, makes it possible to dispense with the use of an additional mechanical structure for the maintenance of one or more equipment. electronic devices as well as the visor. In this way, the invention proposes a solution for reducing the weight of the helmet and for improving the positioning of the center of gravity of the helmet assembly with respect to the center of gravity of the wearer's head. The lower part has reversible deformation capabilities to improve the comfort of the driver when styling the helmet, the use of the oxygen mask for holding the earphones and also when adjusting the retention system. The elasticity and flexibility of the material of the lower part of the protective shell allow the helmet to respond to stresses without transmitting structural deformations to electronic equipment. Indeed, the rigidity of the upper part of the shell is much higher than that of the lower part and allows to isolate said electronic equipment of any deformation. Thus the accuracy required for the positioning and maintenance of the electronic equipment and the visor in working mode is improved and sufficient to obtain a good display quality. The protective shell consists of two parts with varying deformation capabilities according to the areas of the helmet, and more particularly a strong rigidity on the upper part, allows to mount the electronic equipment directly on the protective shell. Thus it is not necessary to use an additional mechanical structure or a double protective shell with strong rigidity.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 est une vue en perspective du casque selon l'invention représentant la partie supérieure et inférieure de la coque de protection. Des sollicitations sont exercées sur la coque et la partie inférieure est représentée par endroit en trait double pour symboliser les déformations de la partie inférieure de la coque. La figure 2 représente un premier mode de réalisation du casque selon une coupe réalisée dans le plan de symétrie du casque. La coupe permet de représenter les matériaux constituant la coque de protection du casque. Le casque coiffe la tête d'un porteur et un équipement électronique est monté sur la surface extérieure de la coque de protection. La figure 3 représente un second mode de réalisation dans lequel l'équipement électronique est intégré à l'intérieur du matériau du type sandwich. La partie supérieure de la coque de protection comprend une sous-partie avant et sous-partie arrière. La figure 4 représente un troisième mode de réalisation modulaire du casque comprenant une sous-partie avant amovible de la coque de protection supportant les équipements électroniques. Les couches de matériaux constituant la coque de protection sont représentées en transparence. The invention will be better understood and other advantages will become apparent on reading the following description given by way of non-limiting example and with reference to the appended figures in which: FIG. 1 is a perspective view of the helmet according to the invention representing the upper and lower part of the protective shell. Stresses are exerted on the hull and the lower part is represented by place in double line to symbolize the deformations of the lower part of the hull. FIG. 2 represents a first embodiment of the helmet in a section made in the plane of symmetry of the helmet. The cut represents the materials constituting the protective shell of the helmet. The helmet covers the head of a wearer and electronic equipment is mounted on the outer surface of the protective shell. Fig. 3 shows a second embodiment in which the electronic equipment is integrated within the sandwich type material. The upper part of the protective shell comprises a front subpart and a rear subpart. FIG. 4 represents a third modular embodiment of the helmet comprising a removable front sub-portion of the protective shell supporting the electronic equipment. The layers of materials constituting the protective shell are represented in transparency.
L'invention se destine particulièrement aux casques de pilote d'avion d'armes pour le maintien des équipements électroniques sur la coque de protection. Toutefois, la portée de l'invention ne se limite pas à ce type de casque et s'applique à tout type de casque de protection, qu'il comporte des équipements de tête ou non. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous, l'invention propose ~o une solution technique au maintien de précision nécessaire pour les systèmes électroniques de projection d'image sur visière. La coque de protection constituée de plusieurs parties possédant des capacités en déformation variable permet d'isoler les équipements et la visière des sollicitations liées à l'utilisation du casque. La figure 1 illustre par des flèches 15 les sollicitations mécaniques s'exerçant sur un casque. Ces sollicitations mécaniques agissent la plupart du temps sur la partie inférieure 2 du casque lorsqu'il est mis en place sur la tête du porteur. Dans ce cas-ci, il s'agit surtout des parties latérales inférieures qui travaillent. En effet lors de sa mise en place, le porteur a tendance à écarter les côtés du casque. Le 20 masque à oxygène est également accroché à cette partie inférieure. Le pilote dans ses mouvements provoque des déformations sur la partie inférieure de la coque de protection. Les déformations s'exerçant sur le casque peuvent être orientées vers l'avant, l'arrière ou dans le sens latéral. La constitution de la partie inférieure 2 de la coque de protection présente des propriétés de 25 souplesse et flexibilité accrue dans ses directions. La nature du matériau de la partie inférieure est présentée plus en détail dans la suite de la description. La partie supérieure 1 de la coque de protection est réalisée selon une structure différente de celle de la partie inférieure 2. La coque présente une jonction de structure entre la partie supérieure 1 et la partie inférieure 2. 30 Cette jonction est sensiblement positionnée au niveau du bord de la couche de protection intérieure. Toutefois, la dite jonction peut être localisée soit un peu plus haut ou soit un peu plus bas que le bord de la couche de protection intérieure. Généralement, la couche de protection intérieure rigide couvre sensiblement la partie pariétale, frontale et la partie occipitale haute de la 35 boîte crânienne du porteur car il s'agit des zones critiques à protéger. La figure 1 ne représente pas cette couche de protection intérieure. Cette dernière sera représentée dans les figures suivantes. La coupe A-A réalisée au niveau du plan de symétrie du casque, représentée à la figure 2, décrit les couches des matériaux formant la coque de protection. The invention is particularly intended for weapons pilot helmets for the maintenance of electronic equipment on the protective shell. However, the scope of the invention is not limited to this type of helmet and applies to any type of helmet, whether it includes head equipment or not. In the embodiment described below, the invention proposes ~ o a technical solution to the maintenance of precision necessary for electronic image projection systems visor. The protective shell consists of several parts with variable deformation capabilities can isolate the equipment and visor solicitations related to the use of the helmet. Figure 1 illustrates by arrows 15 the mechanical stresses exerted on a helmet. These mechanical stresses act mostly on the lower part 2 of the helmet when it is placed on the wearer's head. In this case, it is mostly the lower side parts that work. Indeed, during its implementation, the wearer tends to spread the sides of the helmet. The oxygen mask is also attached to this lower part. The pilot in his movements causes deformations on the lower part of the protective shell. The deformations acting on the helmet can be oriented forwards, backwards or in the lateral direction. The constitution of the lower portion 2 of the protective shell has properties of flexibility and increased flexibility in its directions. The nature of the material of the lower part is presented in more detail in the following description. The upper part 1 of the protective shell is made according to a structure different from that of the lower part 2. The shell has a structural junction between the upper part 1 and the lower part 2. This junction is substantially positioned at the edge of the inner protective layer. However, said junction may be located either a little higher or a little lower than the edge of the inner protective layer. Generally, the rigid inner protective layer substantially covers the parietal, frontal and upper occipital portion of the wearer's skull as these are the critical areas to be protected. Figure 1 does not represent this inner protective layer. The latter will be represented in the following figures. The cut A-A made at the plane of symmetry of the helmet, shown in Figure 2, describes the layers of the materials forming the protective shell.
Description du premier mode de réalisation du casque : La figure 2 représente un premier mode de réalisation du casque selon la coupe A-A. La coque est constituée d'une partie supérieure 1 et d'une partie inférieure 2. La partie supérieure 1 est réalisée dans un matériau ~o composite du type sandwich . On appelle communément un matériau composite du type sandwich un matériau formé de deux couches également appelées peaux, pouvant être identiques ou différentes, étroitement liées par une substance intermédiaire également appelée âme. La partie supérieure 1 de la coque comprend une première peau 12 et une 15 deuxième peau 13 disposées de part et d'autre d'une âme 11. La partie inférieure 2 est réalisée dans un matériau composite qui est constitué du prolongement des peaux 12 et 13 vers la partie basse du casque. Les parties prolongées des deux peaux du sandwich sont directement liées dans le but de former un matériau composite du type monolithique. On entend par 20 monolithique une couche de matériau en général, ou la couche de la coque dans le présent mode de réalisation, composée de plusieurs plis associés et solidarisés directement les uns aux autres, sans interposition d'une âme. Le casque comprend une couche interne de protection 3 rigide servant de couche de protection antichoc. Cette couche est de forme 25 bombée disposée au niveau de la partie haute du casque. La partie supérieure 1 est disposée face à la couche de protection intérieure 3. La partie inférieure 2 de la coque correspond à la partie s'étendant vers le bas du casque et qui ne fait pas face à la couche intérieure de protection 3. Cette couche de protection est généralement recouverte d'une couche 4 de type 30 mousse en contact avec la tête du porteur pour améliorer le confort du porteur. Une mousse souple 9 de confort et de maintien de la tête, non rigide, est fixée au niveau de la partie inférieure de la coque de protection. Description of the First Embodiment of the Helmet FIG. 2 shows a first embodiment of the helmet according to section A-A. The shell consists of an upper part 1 and a lower part 2. The upper part 1 is made of a material ~ o composite sandwich type. A composite material of the sandwich type is commonly called a material formed of two layers also called skins, which may be identical or different, and are closely bound by an intermediate substance also called a core. The upper part 1 of the shell comprises a first skin 12 and a second skin 13 disposed on either side of a core 11. The lower part 2 is made of a composite material which consists of the extension of the skins 12 and 13 towards the lower part of the helmet. The extended portions of the two skins of the sandwich are directly bonded in order to form a composite material of the monolithic type. Monolithic means a layer of material in general, or the layer of the shell in the present embodiment, composed of several folds associated and secured directly to each other, without the interposition of a core. The helmet comprises a rigid inner protective layer 3 serving as a protective layer of shock. This layer is curved in shape at the top of the helmet. The upper part 1 is arranged facing the inner protective layer 3. The lower part 2 of the shell corresponds to the part extending downwards from the helmet and which does not face the inner protective layer 3. This layer protection is generally covered with a layer 4 of foam type in contact with the wearer's head to improve the comfort of the wearer. A soft foam 9 comfort and support of the head, not rigid, is fixed at the bottom of the protective shell.
Ce paragraphe décrit la constitution de la partie supérieure 1 de la 35 coque. Le matériau du type sandwich comprend la peau 12 et la peau 13 disposées de part et d'autre de l'âme 11. Les peaux 12 et 13 sont constituées de plusieurs couches (également appelées plis), elles-mêmes comprenant plusieurs couches stratifiées de tissus composites de type carbone et de type aramide ou polyéthylène. Ainsi, les peaux 12 et 13 présentent des performances élevées en élasticité et en résistance à la perforation. D'autres types de matériau peuvent être utilisés pour former les plis dans le but d'obtenir des performances similaires ou supérieures. Le nombre de plis formant les peaux 12 et 13 répondent aux contraintes imposées pour les applications militaires de casque. Sur la partie supérieure 1 de la coque, les plis des peaux 12 et 13 sont constitués de plusieurs morceaux de tissu de fibres croisées 17 et 18. La figure 2 représente un échantillon grossi de la disposition des morceaux de tissus orientés dans le sens longitudinal et transversal par rapport au plan de symétrie du casque (plan de coupe A-A). Les deux peaux 12 et 13 sont liées indirectement par l'âme 11 de type mousse antichoc. L'âme 11 peut être faite dans le même matériau que la mousse antichoc intérieure 3 ou dans un matériau aux propriétés de rigidité, de déformation et de performance en résistance aux chocs sensiblement similaires. La formation du matériau composite du type sandwich avec une âme de forte rigidité et des peaux composites performantes en souplesse et en résistance à la perforation permet d'obtenir une coque de protection présentant de bonne performance en rigidité et à la fois en perforation. Cette partie de la coque présente l'avantage d'une forte résistance aux sollicitations extérieures et notamment aux contraintes de déformation. This paragraph describes the constitution of the upper part 1 of the shell. The sandwich-type material comprises the skin 12 and the skin 13 disposed on either side of the core 11. The skins 12 and 13 consist of several layers (also called plies), themselves comprising several stratified layers of composite fabrics of carbon and aramid type or polyethylene. Thus, the skins 12 and 13 have high performance in elasticity and resistance to perforation. Other types of material may be used to form the plies for the purpose of achieving similar or better performance. The number of folds forming the skins 12 and 13 meet the constraints imposed for military helmet applications. On the upper part 1 of the shell, the folds of the skins 12 and 13 consist of several pieces of cross-fiber fabric 17 and 18. FIG. 2 shows an enlarged sample of the arrangement of longitudinally oriented fabric pieces and transverse to the plane of symmetry of the helmet (cutting plane AA). The two skins 12 and 13 are indirectly linked by the core 11 of the shock-resistant foam type. The core 11 may be made of the same material as the inner shockproof foam 3 or in a material with substantially similar properties of stiffness, deformation and impact resistance performance. The formation of the composite material of the sandwich type with a core of high rigidity and composite skins that perform well in flexibility and in resistance to perforation makes it possible to obtain a protective shell having good performance in rigidity and both in perforation. This part of the hull has the advantage of a high resistance to external stresses and in particular to deformation stresses.
Par conséquent, le principal avantage de cette structure de la partie supérieure 1 de la coque de protection est la possibilité d'y fixer l'équipement électronique de projection d'images 7, un équipement de détection de posture en tout endroit de cette partie de la coque et également la visière 6. La forte rigidité de cette partie de la coque permet d'obtenir une grande précision optique et d'utiliser la même structure mécanique de maintien pour ces trois équipements du casque. Dans les solutions antérieures, les différents équipements sont fixés sur des structures mécaniques distinctes pouvant présenter lors de déformations de la coque un décalage de positionnement entraînant une dégradation de la précision des calculs de position de posture et de la qualité des images affichées sur la visière. Pour protéger, les équipements électroniques une coque supplémentaire de protection 8 est positionnée sur le dessus. Cependant, il n'est pas nécessaire que cette coque présente de forte capacité en rigidité. La partie supérieure 1 de la coque de protection comprend des moyens de fixation des équipements électroniques et optiques, les dits moyens de fixation étant positionnés entre les deux peaux 12 et 13 de la partie supérieure 1 de la coque de protection et fixés à l'aide d'une résine d'une densité et d'une rigidité supérieure à l'âme 11 afin de transmettre les efforts aux deux peaux 12 et 13. Selon le mode de réalisation, ces moyens de fixation sont taraudés pour recevoir des vis de fixation ou comportent des pieds ou des alésages de positionnement des équipements optiques nécessitant une bonne précision. Ces moyens de fixation sont généralement en métal ou en matériau composite. Therefore, the main advantage of this structure of the upper part 1 of the protective shell is the possibility of attaching the electronic image projection equipment 7, a posture detection equipment at any location of this part of the hull and also the visor 6. The high rigidity of this part of the shell provides high optical precision and use the same mechanical structure of maintenance for these three headphone equipment. In previous solutions, the different devices are fixed on separate mechanical structures that may present during positioning of the shell a positioning offset resulting in a degradation of the accuracy of postural position calculations and the quality of the images displayed on the visor. To protect, the electronic equipment an additional protective shell 8 is positioned on the top. However, it is not necessary that this shell has high capacity in rigidity. The upper part 1 of the protective shell comprises means for fixing the electronic and optical equipment, said fixing means being positioned between the two skins 12 and 13 of the upper part 1 of the protective shell and fixed by means of a resin with a density and rigidity greater than the core 11 in order to transmit the forces to the two skins 12 and 13. According to the embodiment, these fastening means are tapped to receive fastening screws or have feet or bores for positioning optical equipment requiring good accuracy. These fixing means are generally made of metal or composite material.
Ce paragraphe décrit la constitution de la partie inférieure 2 de la coque. La partie inférieure 2 de la coque de protection est faîte dans un matériau composite du type monolithique. Ce matériau est constitué de plusieurs couches stratifiées de tissus composites de type fibre de carbone et de type fibre d'aramide, de verre ou de polyéthylène. Bien entendu, d'autres types de matériau aux performances supérieures ou similaires peuvent être utilisés sans pour autant être exclus de la portée de l'invention. Cette partie de la coque est formée avec le prolongement d'au moins une des peaux 12 et 13 au delà de l'âme du matériau du type sandwich de la partie supérieure 1. Toutefois, la partie inférieure est de préférence formée avec les deux peaux 12 et 13 ensembles qui sont directement liées l'une à l'autre par polymérisation. Ainsi cette partie de la coque présente les mêmes performances en résistance à la perforation que la partie supérieure de la coque. Toutefois, l'orientation des fibres des tissus de cette partie de la coque diffère de celle des fibres des tissus de la partie supérieure. Un grossissement des fibres 21 et 22 est représenté sur la figure 2. Des fibres 21 sont disposées en parallèle et en décalé d'un angle d'environ 45° par rapport à un axe vertical 23 du plan de symétrie du casque. Des fibres 22 sont également disposées en parallèle, en décalé d'un angle d'environ 45° par rapport à l'axe vertical 23 et en perpendiculaires aux fibres 21. Ce décalage d'orientation des fibres par rapport à un axe vertical du plan de symétrie du casque permet d'augmenter la souplesse du matériau composite. En effet, lorsque le porteur met en place le casque, il écarte les flancs de la coque, perpendiculairement au plan de symétrie, en particulier pour faire passer les écouteurs. This paragraph describes the constitution of the lower part 2 of the hull. The lower part 2 of the protective shell is made of a composite material of the monolithic type. This material consists of several laminated layers of composite fabrics of carbon fiber type and aramid fiber type, glass or polyethylene. Of course, other types of material with higher performance or the like can be used without being excluded from the scope of the invention. This part of the shell is formed with the extension of at least one of the skins 12 and 13 beyond the core of the sandwich-type material of the upper part 1. However, the lower part is preferably formed with the two skins 12 and 13 sets that are directly bonded to one another by polymerization. Thus this part of the hull has the same performance in puncture resistance as the upper part of the hull. However, the fiber orientation of the tissues of this part of the shell differs from that of the fibers of the tissues of the upper part. A magnification of the fibers 21 and 22 is shown in Figure 2. Fibers 21 are arranged in parallel and offset by an angle of about 45 ° with respect to a vertical axis 23 of the symmetry plane of the helmet. Fibers 22 are also arranged in parallel, offset by an angle of approximately 45 ° with respect to the vertical axis 23 and perpendicular to the fibers 21. This orientation shift of the fibers with respect to a vertical axis of the plane of symmetry of the helmet makes it possible to increase the flexibility of the composite material. Indeed, when the wearer sets up the helmet, it spreads the flanks of the hull, perpendicular to the plane of symmetry, especially to pass the headphones.
L'avantage de la structure de la partie inférieure 2 est de présenter une rigidité moindre que celle de la partie supérieure 1 de la coque. La souplesse dans cette zone du casque améliore le confort lors de son coiffage et offre des capacités en déformation réversible permettant d'augmenter la durée de vie de la coque. La partie inférieure de la coque subit ainsi les sollicitations sans les transmettre à la partie supérieure plus rigide. Le système de rétention du casque est également fixé sur cette partie inférieure et est également à l'origine de déformations de la coque. Pour des raisons de confort et d'augmentation de durée de vie de la coque, il est avantageux que cette zone du casque présente des capacités en souplesse. II en est de même pour le maintien du masque à oxygène. Cette zone du casque intègre également des écouteurs 5 pour lesquels il est préférable d'avoir des possibilités de souplesse de la coque. The advantage of the structure of the lower part 2 is to have a lower stiffness than that of the upper part 1 of the hull. The flexibility in this area of the helmet improves comfort when styling and offers reversible deformation capabilities to increase the life of the hull. The lower part of the hull thus undergoes the stresses without transmitting them to the more rigid upper part. The retention system of the helmet is also fixed on this lower part and is also at the origin of deformations of the hull. For reasons of comfort and increased life of the hull, it is advantageous that this area of the helmet has flexible capabilities. It is the same for the maintenance of the oxygen mask. This area of the helmet also incorporates earphones 5 for which it is preferable to have possibilities of flexibility of the hull.
La zone de jonction 24 entre la partie supérieure et la partie inférieure de la coque est déterminée par le bord de l'âme du matériau du type sandwich. De préférence, l'épaisseur de l'âme 11 diminue progressivement dans la direction vers la partie inférieure 2. Le bord 14 de l'âme est alors de la forme d'un biseau. Cette forme particulière présente l'avantage d'éviter les concentrations de contrainte et le cisaillement entre l'âme 11 et les peaux 12 et 13. L'ensemble de la couche extérieure de la coque de protection, constitué de la peau 12 de la partie supérieure 1 et de la couche de matériau composite de la partie inférieure 2, forme un ensemble unique polymérisé. La couche de matériau composite de la partie inférieure 2 est formée avec la peau 12 et/ou la peau 13. Dans le cas où elle est formée avec les deux peaux, celles-ci sont alors polymérisées au niveau de la partie inférieure 2.35 Description du second mode de réalisation du casque : La figure 3 représente une version du casque intégrant les équipements de tête entre les deux peaux du matériau du type sandwich. La coque de protection comporte trois parties : une partie inférieure 60 conçue de la même façon que la partie inférieure du casque selon le premier mode de réalisation et une partie supérieure comprenant une sous-partie avant 70 et une sous-partie arrière 50. Le casque comprend une couche de protection intérieure 54 et une mousse de confort 55 fixée sur la surface intérieure de la couche de protection 54. The junction zone 24 between the upper part and the lower part of the shell is determined by the edge of the core of the sandwich type material. Preferably, the thickness of the core 11 decreases progressively in the direction towards the lower part 2. The edge 14 of the core is then in the form of a bevel. This particular form has the advantage of avoiding stress concentrations and shear between the core 11 and the skins 12 and 13. The entire outer layer of the protective shell, consisting of the skin 12 of the part upper 1 and the layer of composite material of the lower part 2, forms a single polymerized assembly. The layer of composite material of the lower part 2 is formed with the skin 12 and / or the skin 13. In the case where it is formed with the two skins, these are then polymerized at the bottom 2.35 Description of the second embodiment of the helmet: Figure 3 shows a version of the helmet incorporating the head equipment between the two skins of the sandwich type material. The protective shell has three parts: a lower part 60 designed in the same way as the lower part of the helmet according to the first embodiment and an upper part comprising a front subpart 70 and a rear subpart 50. The helmet comprises an inner protective layer 54 and a comfort foam 55 fixed on the inner surface of the protective layer 54.
La conception de la partie inférieure 60 est similaire à celle du casque décrit dans le premier mode de réalisation. Cette partie est constituée d'un matériau composite monolithique dont les fibres 63 et 62 des couches de tissus composites sont orientées d'environ 45° par rapport à un axe vertical dans le plan de symétrie du casque. La partie inférieure présente également des propriétés de rigidité faible. La sous-partie arrière supérieure 50 est constituée d'un matériau composite du type sandwich similaire à celui décrit dans le premier mode de réalisation. Ce matériau comprend une âme 51, de type mousse antichoc, et deux peaux 52 et 53 constituées de plusieurs couches de tissus composites. The design of the lower portion 60 is similar to that of the helmet described in the first embodiment. This part consists of a monolithic composite material whose fibers 63 and 62 of the composite fabric layers are oriented approximately 45 ° with respect to a vertical axis in the plane of symmetry of the helmet. The lower part also has low stiffness properties. The upper rear subpart 50 is made of a sandwich type composite material similar to that described in the first embodiment. This material comprises a core 51, of anti-shock foam type, and two skins 52 and 53 made of several layers of composite fabrics.
Les fibres 57 et 58 des tissus sont orientées dans le sens longitudinal et transversal du plan de symétrie du casque. La sous-partie avant 70 du casque correspond à la partie supérieure frontale du casque sur laquelle sont fixés les équipements de tête, le dispositif d'affichage 74, le dispositif à collimation 76 et 77 et la visière 75. Cette sous-partie avant est réalisée dans un matériau composite du type sandwich de même nature que celui de la sous-partie arrière, ce matériau comprenant une peau 72 et une peau 73 disposées de part et d'autre d'une âme 71. Elle présente donc les mêmes performances de rigidité permettant de fixer les équipements de tête directement au niveau de la coque de protection, la rigidité de la structure de la coque étant suffisante pour s'affranchir d'une structure mécanique dédiée. L'équipement de projection d'image 74 est inséré entre les deux peaux 72 et 73. Ainsi il n'est pas nécessaire d'utiliser une deuxième coque pour protéger l'équipement électronique. Dans cette variante de fixation du dispositif d'affichage, l'épaisseur de l'âme 71 est supérieure à celle de l'âme 51 de la sous-partie arrière. La zone entre les deux peaux 72 et 73 intègre les pièces de fixation de la visière, de l'optique de collimation 76 et 77 et du capteur ou les LEDs de la fonction DDP. La géométrie des peaux internes et externes ainsi que l'épaisseur de l'âme peuvent être adaptées à l'encombrement des éléments optiques et de la fonction DDP insérés entre les peaux de manière à obtenir des surfaces lisses, en particulier pour une répartition homogène des efforts côté intérieur du casque issus d'un impact et pour éviter les risques d'accrochage avec le cockpit côté extérieur. II est en effet nécessaire que la surface de la coque de protection en contact avec la mousse absorbante soit la plus lisse possible pour réduire la pénétration de la coque dans la mousse absorbante (une coque aux formes anguleuses pénétrera plus facilement la mousse absorbante et risquera d'entrer en contact avec la tête, d'où un effort important sur la tête). La densité de la mousse constituant l'âme peut également être adaptée en fonction de son épaisseur. Plus l'épaisseur est importante, plus la densité de la mousse absorbante sera faible et plus l'effort transmis à la tête en cas de choc sera faible. Dans ce mode de réalisation, les moyens de fixations des équipements électroniques sont fixés sur une des peaux 72 ou 73 de la 20 partie supérieure de la coque pour monter les équipements. The fibers 57 and 58 of the fabrics are oriented in the longitudinal and transverse direction of the plane of symmetry of the helmet. The front subpart 70 of the helmet corresponds to the upper frontal part of the helmet on which are fixed the head equipment, the display device 74, the collimation device 76 and 77 and the visor 75. This front subpart is made of a composite material of the sandwich type of the same nature as that of the rear subpart, this material comprising a skin 72 and a skin 73 disposed on either side of a core 71. It therefore has the same performance characteristics as rigidity to fix the head equipment directly to the level of the protective shell, the rigidity of the hull structure being sufficient to overcome a dedicated mechanical structure. The image projection equipment 74 is inserted between the two skins 72 and 73. Thus it is not necessary to use a second shell to protect the electronic equipment. In this variant of attachment of the display device, the thickness of the core 71 is greater than that of the core 51 of the rear subpart. The zone between the two skins 72 and 73 integrates the fasteners of the visor, the collimation optics 76 and 77 and the sensor or the LEDs of the DDP function. The geometry of the internal and external skins as well as the thickness of the core can be adapted to the bulk of the optical elements and the DDP function inserted between the skins so as to obtain smooth surfaces, in particular for a homogeneous distribution of the skins. forces inside the helmet from an impact and to avoid the risk of collision with the cockpit outside. It is indeed necessary for the surface of the protective shell in contact with the absorbent foam to be as smooth as possible in order to reduce the penetration of the shell into the absorbent foam (a shell with angular shapes will penetrate the absorbent foam more easily and will risk 'get in touch with the head, hence a significant effort on the head). The density of the foam constituting the core can also be adapted according to its thickness. The greater the thickness, the lower the density of the absorbent foam and the lower the force transmitted to the head in case of impact. In this embodiment, the fastening means of the electronic equipment are fixed on one of the skins 72 or 73 of the upper part of the shell to mount the equipment.
Description d'un troisième mode de réalisation du casque : La figure 4 représente une version modulaire de la coque de protection. La sous-partie avant 70 et la sous-partie arrière 50 sont conçues 25 des mêmes matériaux que ceux de la partie supérieure de la coque de protection du second mode de réalisation. Les équipements de tête sont également insérés entre les deux peaux du matériau du type sandwich constituant la coque de protection. A la différence du deuxième mode de réalisation du casque décrit précédemment, la sous-partie avant 70 du 30 casque peut se désolidariser de la sous-partie arrière 50. La sous-partie arrière 50 est liée à la partie inférieure 60 de la coque de protection. Les matériaux composites de la partie inférieure 60 sont constitués des mêmes matériaux que ceux des peaux du matériau de la sous-partie arrière 50, à la différence de l'orientation des fibres de tissus composants ces matériaux. 35 Des éléments de fixation 81, 82, 83 et 84 sont montés sur la partie supérieure de la coque de protection. Ils permettent de solidariser et de désolidariser la sous-partie avant 70 et la sous-partie arrière 50. Les inserts de fixation de la visière sont également montés sur la sous-partie avant 70 amovible. Cette version modulaire de la coque a pour avantage de pouvoir réaliser une partie standard du casque, constituée de la sous-partie arrière et de la partie inférieure de la coque, et de modifier ou de remplacer facilement la partie frontale du casque portant les équipements de tête. Description of a Third Embodiment of the Helmet FIG. 4 shows a modular version of the protective shell. The front subpart 70 and the rear subpart 50 are made of the same materials as those of the upper part of the protective shell of the second embodiment. The head equipment is also inserted between the two skins of the sandwich-type material constituting the protective shell. Unlike the second embodiment of the helmet described above, the front sub-portion 70 of the helmet can separate from the rear sub-portion 50. The rear sub-portion 50 is bonded to the lower portion 60 of the hull. protection. The composite materials of the lower part 60 consist of the same materials as those of the skins of the material of the rear subpart 50, unlike the orientation of the fabric fibers composing these materials. Fasteners 81, 82, 83 and 84 are mounted on the upper part of the protective shell. They make it possible to secure and detach the front subpart 70 and the rear subpart 50. The visor attachment inserts are also mounted on the removable front subpart 70. This modular version of the hull has the advantage of being able to make a standard part of the helmet, consisting of the rear subpart and the lower part of the hull, and to easily modify or replace the front part of the helmet carrying the equipment. head.
L'invention se destine particulièrement aux casques pour pilote ~o d'aéronef. Cependant, elle s'applique également à tout casque de protection sur lesquels sont montés ou non des équipements de tête, comme par exemple les casques dans le domaine de l'automobile. The invention is particularly intended for aircraft pilot helmets ~ o. However, it also applies to any helmet on which are mounted or not head equipment, such as helmets in the automotive field.
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