石凌飛 劉春美 王勁 王懷穎 公安部第一研究所

引言

2020式警用防暴頭盔是由公安部裝備財務(wù)局組織，公安部第一研究所牽頭研發(fā)?，F(xiàn)役警用防暴頭盔（GA 294-2019[1]）已經(jīng)在實(shí)戰(zhàn)中使用了十余年，在維護(hù)社會穩(wěn)定中發(fā)揮了巨大作用。實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中也出現(xiàn)了質(zhì)量重、悶熱不透氣、透聲效果不好等問題。公安部裝備財務(wù)局根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)的執(zhí)勤執(zhí)法形勢，提出了防暴頭盔的改進(jìn)研制要求，并于2020年底正式立項(xiàng)啟動，歷經(jīng)需求調(diào)研、方案征集、指標(biāo)論證、立項(xiàng)研制、基層試用、第三方檢測和定型審查等全過程研發(fā)流程，經(jīng)報部領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)，命名為“2020式警用防暴頭盔”，并于2022年1月正式列入警用裝備序列。2020式警用防暴頭盔分為FBK-A和FBK-B兩個型號，在外型、功能和技術(shù)指標(biāo)上，與原GA 294頭盔均有較大改進(jìn)，本文將從外型樣式、緩沖層、內(nèi)襯、懸掛佩戴系統(tǒng)、盔體、面罩和防割護(hù)頸等方面進(jìn)行技術(shù)分析。

一、研發(fā)背景

在調(diào)研論證階段，項(xiàng)目組邀請了國內(nèi)警用裝備技術(shù)、檢測和警務(wù)訓(xùn)練等方面專家，各地警保管理、特警、交巡警、鐵路公安等單位代表，共同就現(xiàn)役防暴頭盔在訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)使用中出現(xiàn)的各類問題和改進(jìn)方向進(jìn)行探討，根據(jù)頭盔部位和結(jié)構(gòu)總結(jié)歸納為六大類14項(xiàng)問題（見表1）。2020式警用防暴頭盔的改進(jìn)研制工作從實(shí)戰(zhàn)需求出發(fā)，通過使用新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)和新工藝，逐一解決了上述問題，其中最主要的改進(jìn)點(diǎn)在于頭盔外型樣式、透氣性設(shè)計、內(nèi)襯、懸掛佩戴系統(tǒng)、盔體、面罩和防割護(hù)頸等幾個方面。

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二、研制改進(jìn)內(nèi)容及特點(diǎn)

（一）外型樣式

防暴頭盔的外型樣式是本項(xiàng)目的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一，主要存在通聲透氣性差、無法佩戴外掛設(shè)備或黏貼外掛標(biāo)識、戴眼鏡無法正常佩戴頭盔等問題，同時也與盔體結(jié)構(gòu)、佩戴系統(tǒng)、功能性等密切相關(guān)。因此項(xiàng)目攻關(guān)組在外型結(jié)構(gòu)上參考了國內(nèi)外大量頭盔外型，并組織了“新型警用防暴頭盔設(shè)計方案征集評選”活動，結(jié)合調(diào)研一線實(shí)戰(zhàn)需求，發(fā)現(xiàn)一線警員對頭盔的需求差別很大，如果在現(xiàn)役防暴頭盔的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，很難同時滿足適用于全警配備的設(shè)計任務(wù)要求和一線實(shí)戰(zhàn)需求。考慮到裝備的特殊性和普適性，因此借鑒了伸縮警棍、強(qiáng)光手電等單警裝備研發(fā)思路，針對不同警種、不同需求設(shè)計不同外型樣式的防暴頭盔。

1. FBK-A型警用防暴頭盔

FBK-A型警用防暴頭盔主要用于日常執(zhí)勤執(zhí)法時使用，采用半盔結(jié)構(gòu)，正面鑲嵌警用帽徽；面罩防霧氣、防滲漏、可拆裝；組合式護(hù)頸防割、阻燃，內(nèi)含隱蔽式護(hù)帶；戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)軌可掛載照明、通訊、攝錄等設(shè)備；佩戴松緊度可旋鈕式調(diào)節(jié)，如圖1所示。

在研發(fā)過程中，半盔結(jié)構(gòu)的設(shè)計難點(diǎn)主要在于盔殼是否應(yīng)覆蓋耳部。就此問題，調(diào)研結(jié)果顯示，普通民警在執(zhí)勤執(zhí)法時更加注重輕便性和透氣性，不建議增加護(hù)耳；特警、巡警等隨時面對危險的警員更加注重安全性和全面性，建議保留護(hù)耳結(jié)構(gòu)。經(jīng)過分析，從適用于全警日常執(zhí)勤執(zhí)法的設(shè)計初衷出發(fā)，項(xiàng)目組確定了不帶護(hù)耳的半盔型結(jié)構(gòu)。

總體來說，半盔結(jié)構(gòu)的警用防暴頭盔外形綜合運(yùn)用凹凸流線型，整體形象上更能凸顯公安干警挺拔剛毅的氣質(zhì)，小帽檐設(shè)計提升威猛感和榮譽(yù)感，同時起到橫向加強(qiáng)、有效提升抗擊側(cè)向壓力的作用。后部橫向和縱向棱線，更好地提升了整個頭盔的剛性，同時可根據(jù)需要黏貼尼龍搭扣，實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展。

2. FBK-B型警用防暴頭盔

FBK-B型警用防暴頭盔主要用于執(zhí)行反恐防暴任務(wù)，采用全盔結(jié)構(gòu)，正面鑲嵌警用帽徽，兩側(cè)分別噴涂“警察”“POLICE”標(biāo)識；面罩具有一鍵開合功能；分體式護(hù)頸防割、阻燃；盔體設(shè)通聲、透氣孔；襯墊可拆卸、換洗，如圖2所示。

總體來說，全盔結(jié)構(gòu)防暴頭盔的結(jié)構(gòu)設(shè)計充分考慮到原294防暴頭盔的不足之處，增加耳部百葉窗式通聲孔，提升頭盔的通聲透氣性；頭盔側(cè)面曲線深挖出斜角，保障佩戴眼鏡時，頭盔不會壓迫眼鏡腿；同時進(jìn)一步提升空間，使防暴頭盔可以與防毒面具、防割阻燃頭套等同時佩戴使用，進(jìn)一步拓展了防暴頭盔的功能性。

（二）透氣性設(shè)計

針對一線反饋的頭盔緩沖層透氣性不佳的問題，項(xiàng)目組對頭盔緩沖層的透氣性設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。一是在緩沖層厚度方向開設(shè)通風(fēng)孔，縱向和橫向開多個通風(fēng)槽，形成五縱三橫內(nèi)外八向多通道被動式通風(fēng)結(jié)構(gòu)，既能將熱量通過自然對流由通風(fēng)槽和盔體之間形成的氣體流道排出，又能在運(yùn)動或存在自然風(fēng)時形成強(qiáng)制對流，提高頭盔透氣散熱性能。二是去掉了懸空網(wǎng)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過測試，提高了吸收碰撞能量性能穩(wěn)定性和佩戴的穩(wěn)固度，滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求。

（三）內(nèi)襯優(yōu)化

防暴頭盔內(nèi)襯的主要問題在于無法拆洗，使用久了內(nèi)部氣味大和在低溫下太硬，影響佩戴舒適度。針對以上問題，項(xiàng)目組首先分析了現(xiàn)役防暴頭盔內(nèi)襯的材料和結(jié)構(gòu)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)役防暴頭盔內(nèi)襯粘貼在盔體上或縫制在懸掛系統(tǒng)上，因此無法拆卸和清洗，從而導(dǎo)致氣味大；低溫下太硬問題屬于選材原因，主要為了保證高溫下的緩沖性能，因此內(nèi)襯選材較為保守，隨著目前材料水平的進(jìn)步，完全可以實(shí)現(xiàn)替代。因此項(xiàng)目組從材料和結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

材料上，與人體接觸部位使用羊皮材質(zhì)和復(fù)合毛絨海棉材質(zhì)，進(jìn)一步提升透氣性、保暖性和舒適性，且易清潔打理；內(nèi)層使用EVA軟質(zhì)發(fā)泡材料，在保證吸能緩沖性能前提下，進(jìn)一步降低硬度，提升佩戴舒適性。

結(jié)構(gòu)上，與盔體連接部位統(tǒng)一使用優(yōu)質(zhì)的尼龍搭扣進(jìn)行連接，與懸掛系統(tǒng)連接部位使用優(yōu)質(zhì)尼龍搭扣條連接，使其安裝穩(wěn)定且可拆卸?？w內(nèi)部使用的優(yōu)質(zhì)尼龍搭扣均經(jīng)過了可靠性檢驗(yàn)，可正常拆裝2000次后，仍能可靠連接及順利拆卸。

（四）懸掛佩戴系統(tǒng)優(yōu)化

1. FBK-A型警用防暴頭盔懸掛佩戴系統(tǒng)

半盔結(jié)構(gòu)懸掛佩戴系統(tǒng)參考了防彈頭盔的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)方式，設(shè)計了轉(zhuǎn)盤鏈條式卡扣裝置如圖5所示，適應(yīng)52cm～60cm頭圍的隊員佩戴，且防止收緊后回彈變松，解決了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤卡口或鐵絲束緊裝置會回彈變松的不利情況。頭頂?shù)较骂M的四條束帶適應(yīng)調(diào)節(jié)，設(shè)計了快開式調(diào)節(jié)裝置，適應(yīng)可在穿戴狀態(tài)下進(jìn)行伸展收縮束帶的長度并鎖緊。

同時在鎖扣位置使用了磁吸式鎖扣如圖6所示，可單手快速鎖定和解鎖，只需將兩塊磁吸卡扣靠近就自動連接，用手輕推即可快速解開卡扣。

2. FBK-B型警用防暴頭盔懸掛佩戴系統(tǒng)

項(xiàng)目組通過改進(jìn)全盔結(jié)構(gòu)懸掛佩戴系統(tǒng)如圖7所示，在頭圍調(diào)節(jié)處增加六塊發(fā)泡乳膠材質(zhì)的阻尼塊放置在緩沖層和盔帶之間，表面覆有一層防燃的柔軟布，進(jìn)一步提高了頭盔的隨動性，提升佩戴舒適度。

（五）盔體優(yōu)化及驗(yàn)證

防暴頭盔盔體的輕量化研究是項(xiàng)目組的重點(diǎn)研發(fā)工作，充分利用了碳纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)的特性，通過優(yōu)化改進(jìn)為碳纖維復(fù)合材料。為了解決碳纖維復(fù)合材料高強(qiáng)但易碎的問題，最終研制出符合戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的頭盔盔體。

頭盔外殼綜合應(yīng)用碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維和玻璃纖維等高性能復(fù)合材料，使用環(huán)氧樹脂，根據(jù)不同材料的力學(xué)性能特點(diǎn)，合理排疊，取長補(bǔ)短，在高溫高壓的條件下，經(jīng)過模壓固化成型。

項(xiàng)目組根據(jù)試驗(yàn)大綱，對試制的防暴頭盔初樣機(jī)進(jìn)行了數(shù)百次自檢和摸底試驗(yàn)，驗(yàn)證其技戰(zhàn)術(shù)性能，并反復(fù)改進(jìn)。

1. 抗穿透性能試驗(yàn)

分別在常溫、高溫（55℃）、低溫（-40℃）和常溫雨淋四種條件下進(jìn)行抗穿透性能試驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)測試，結(jié)果優(yōu)于戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求。同時，通過優(yōu)化材料排疊方法、噴涂聚脲材料等方式，在不大幅增重的情況下，解決了頭盔穿刺后的不破碎問題，如圖8所示。

2. 吸收碰撞能量性能試驗(yàn)

防暴頭盔的吸收碰撞能量性能與盔體能量分散性能、緩沖層能量吸收性能有關(guān)。緩沖層能量吸收性能由結(jié)構(gòu)、材料種類、發(fā)泡率、懸空網(wǎng)的高度決定。EPS緩沖層主要通過破碎吸收沖擊能量，而EPP和懸空網(wǎng)組合主要通過變形吸收沖擊能量，可經(jīng)受多次碰撞擊打。

分別在常溫、高溫（55℃）、低溫（-40℃）和常溫雨淋四種條件下進(jìn)行吸收碰撞能量性能試驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)測試和改進(jìn)，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求，如圖9所示。

（六）面罩結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對現(xiàn)役防暴頭盔的面罩在閉合時，受到?jīng)_擊時會彈起、威脅警員生命安全的問題，項(xiàng)目組在設(shè)計全盔結(jié)構(gòu)防暴頭盔時，在面罩右側(cè)連接處設(shè)計有鎖止機(jī)構(gòu)，防止面罩抬起和放下時誤操作，當(dāng)輕按下鎖止按鈕即可實(shí)現(xiàn)面罩的上抬或下放，同時具有阻燃功能。

（七）防割護(hù)頸設(shè)計

1. 防割指標(biāo)的確定

（1）防割標(biāo)準(zhǔn)研究分析

現(xiàn)役防暴頭盔本身具有護(hù)頸結(jié)構(gòu)，但僅具備導(dǎo)流液體的效果，不具備防護(hù)功能，而2020式警用防暴頭盔的護(hù)頸新增了防割要求，經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)警用防割護(hù)頸并沒有針對性的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。目前警用防割裝備在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中僅有GA 614-2006《警用防割手套》[4]用于測試和參考，其他標(biāo)準(zhǔn)也僅有GB 24541-2009《手部防護(hù) 機(jī)械危害防護(hù)手套》[5]用于借鑒。

考慮到GB 24541-2009《手部防護(hù) 機(jī)械危害防護(hù)手套》借鑒引用了歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 388 : 2003《機(jī)械危害 防護(hù)手套》，只涉及測試方法和分級標(biāo)準(zhǔn)，對各級別對應(yīng)的危害等級并沒有明確區(qū)分，適用的產(chǎn)品也是民用勞保防割手套，用于保護(hù)人員在用手拿取鋒利物品或操作切割類設(shè)備時的手部安全。GA 614-2006主要適用于保護(hù)警員抵御各種刀具割、劃時的手部安全，如用手握持、搶奪刀刃等，防護(hù)性能遠(yuǎn)高于GB 24541-2009/ EN 388 : 2003中的最高級別5級。

目前市場上防割性能較高的產(chǎn)品一般符合GA 614-2006中的防割性能要求，即“用專用的手套切割試驗(yàn)機(jī)，設(shè)定刀口壓力為20N、刀片轉(zhuǎn)速為20r/min，在被檢測的警用防割手套掌部或背部垂直手指方向進(jìn)行5次切割，每次割穿發(fā)生時，切割周數(shù)不少于7周，且耐切割系數(shù)I不小于2.5?！?/p>

（2）防割性能技術(shù)參數(shù)分析

考慮到頸部防割要求與手部的區(qū)別，項(xiàng)目組對GA 614-2006中各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了逐一分析。

對于“刀口壓力為20N”的技術(shù)參數(shù)，項(xiàng)目組挑選了3名成年男子作為測試員持刀具進(jìn)行切割測試，模擬割喉時的施力狀態(tài)，模擬切割測試中刀具平均壓力約為18 N～21N。同時通過在3個測試員身上進(jìn)行試驗(yàn)，在與刀具間相隔一層軟質(zhì)防割護(hù)頸后，在不進(jìn)行閃避動作條件下，頸部受到約15N壓力時，即出現(xiàn)明顯疼痛，受到約20N壓力時，根據(jù)按壓位置會出現(xiàn)呼吸困難等明顯不適癥狀，因此從可能出現(xiàn)的實(shí)際情況來看，防割護(hù)頸的防割測試刀口壓力設(shè)置為20N高于現(xiàn)實(shí)中可能遇到的威脅，用于性能測試較為合理，可以繼續(xù)沿用。

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對于“刀片速度20r/min”這一參數(shù)，由于圓形刀片直徑為75mm，折算后刀刃的移動速度約為0.34m/s，即刀刃長度約340mm的刀具，在1s內(nèi)劃過頸部，此速度與模擬測試也基本一致，因此在防割護(hù)頸測試中，刀片轉(zhuǎn)速為20r/min設(shè)置合理，可以繼續(xù)沿用。

對于“對樣品進(jìn)行5次切割，每次割穿發(fā)生時，切割周數(shù)不少于7周”的參數(shù)，經(jīng)測算，圓形刀片的周長約為235.5mm，切割周數(shù)7周時，總切割長度約1.6m，而常規(guī)刀具最長一般不超過300mm，相當(dāng)于使用300mm的刀具反復(fù)切割5～6次。而對于實(shí)際使用時，警員頸部面臨的威脅大部分為突然的劃傷或背后突襲的割喉動作，切割次數(shù)一般不超過1次，即1個刀刃的長度，而出現(xiàn)反復(fù)切割的動作說明警員已被限制住，無法有效防御，此種情況下，即使能夠防御住5～6次切割，也難以繼續(xù)保持有效的防割性能，更無法防止歹徒拆除防割護(hù)頸或切割其他無防護(hù)部位。經(jīng)調(diào)研咨詢，在一線執(zhí)勤中，頸部遇到的主要威脅為碎石、飛濺金屬碎片等，或是遇到歹徒攜帶鋒利物品突然襲擊頸部，因此對護(hù)頸的實(shí)際需求為輕便、易佩戴，具有一定防割功能。根據(jù)實(shí)戰(zhàn)需要，項(xiàng)目組將防護(hù)切割周數(shù)定為3周，即切割長度約700mm，相當(dāng)于使用刀刃長度300mm的刀具完全切割2.3次。

（3）防割性能的確定及驗(yàn)證

借鑒GA 614-2006中的測試方法，將防割護(hù)頸的防割性能指標(biāo)定義為“用專用的手套切割試驗(yàn)機(jī)，設(shè)定刀口壓力為20N、刀片轉(zhuǎn)速為20r/min，在被檢測的警用防割手套掌部或背部垂直手指方向進(jìn)行5次切割，每次割穿發(fā)生時，切割周數(shù)不少于3周”。該指標(biāo)確定后，先后向全國公安機(jī)關(guān)征求意見，并得到全國警用裝備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、公安部特種警用裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、中國兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所、總后勤部軍需裝備技術(shù)研究所等單位技術(shù)專家的認(rèn)可。

在安全裕度上，項(xiàng)目組對防割護(hù)頸進(jìn)行了大量的防割性能測試（見表3）。測試結(jié)果表明，防割產(chǎn)品的防割性能測試結(jié)果與測試刀片的鋒利程度關(guān)系很大，如樣品3和樣品4的測試結(jié)果，測試刀片測試前割破標(biāo)準(zhǔn)樣片圈數(shù)相差2周～3周時，測試結(jié)果也相差2周～3周，甚至更大，而標(biāo)準(zhǔn)中要求防割測試合格的圓形刀片鋒利度差別較大（要求在4周～8周割穿標(biāo)準(zhǔn)樣片），因此導(dǎo)致測試結(jié)果偏差影響較大。因此根據(jù)摸底測試結(jié)果和市場上相似產(chǎn)品的防割測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于標(biāo)稱能夠符合GA 614-2006標(biāo)準(zhǔn)中防割性能的樣品（樣品2A、2B），被割穿圈數(shù)普遍在9周以上，而能夠抵御最鋒利刀片的樣品，在使用最鈍的刀片時，普遍切割周數(shù)大于10周，甚至無法割穿，因此各廠家為了保證防割產(chǎn)品能夠穩(wěn)定通過防割性能測試，安全裕度大多設(shè)置較大，從而導(dǎo)致防割性能合格但更加厚重。項(xiàng)目組將防割護(hù)頸的防割性能指標(biāo)確定為3周后護(hù)頸重量可由135g降低至90g，重量可減輕33.3%，從測試結(jié)果看，測試合格樣品3A、3B重量僅為85g～90g，在使用切割標(biāo)樣圈數(shù)為5.3周的測試刀具時，仍能夠防御住5周以上的刀具切割，不但完全滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)中防割護(hù)頸的技術(shù)要求，更在一定程度上符合了GA 614-2006中的防割性能，在安全裕度方面有較高保證。

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2. 防割護(hù)頸結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）FBK-A型警用防暴頭盔防割護(hù)頸

項(xiàng)目組使用可拆卸防割護(hù)頸設(shè)計如圖11所示，實(shí)現(xiàn)頸部的360°柔性防護(hù)，防護(hù)部位主要采用芳綸復(fù)合材料制作，質(zhì)量約110g，防護(hù)面積＞550cm2。護(hù)頸滿足GA 614切割測試，阻燃性能強(qiáng)及防酸堿潑灑的功能，拆卸方便，易于清洗，熟練使用后能夠在0.3s 完成頸部及肩部防護(hù)。

（2）FBK-B型警用防暴頭盔防割護(hù)頸

全盔結(jié)構(gòu)防暴頭盔是在現(xiàn)役防暴頭盔基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。由于現(xiàn)役頭盔的護(hù)頸功能僅用于導(dǎo)流液體，因此新型頭盔仍保留導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目組采用分體式防割護(hù)頸保護(hù)警員頸部安全，防割護(hù)頸設(shè)計如圖12所示。

經(jīng)防割、阻燃等相關(guān)性能測試，此款防割護(hù)頸最終重量為55g±5g，防割、阻燃等全部性能符合戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求。

三、結(jié)語

經(jīng)過一年的研究、檢測、試用及改進(jìn)工作，解決了警用防暴頭盔重量重、舒適性差、功能單一等痛點(diǎn)、難點(diǎn)，2020式警用防暴頭盔已完成定型列裝，在結(jié)構(gòu)、功能、材料等方面的改進(jìn)，有效提升了防暴頭盔的安全性、功能性和舒適性。接下來將通過制修訂標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢驗(yàn)和驗(yàn)收，在實(shí)戰(zhàn)中迎來真正的考驗(yàn)。