С самого начала развития авиации защитный шлем был неотъемлемой частью снаряжения летчика. Полеты в открытой кабине требовали защиты головы от встречного потока воздуха и ударов при авариях, которые были частым явлением в то время. С появлением закрытых кабин защитный шлем постепенно реконструируется, уступая место мягкому шлемофону. Однако можно смело сказать, что много жизней было бы сохранено, если бы летчики не отказались от защитных шлемов и продолжали в них летать. Первоначально применяемые шлемы были малоудобны, недостаточно прочны, тяжелы и представляли собой точную копию аналогичных шлемов для автомобильных гонок. Спустя много лет, вторая мировая война дала толчок дальнейшему развитию защитных шлемов уже как средства, предохраняющего голову летчика от поражений осколками зенитных снарядов. Случаи ранения головы были настолько часты, что защита головы стала необходимой. На вооружении появляются стальные шлемы, способные выдержать удар осколка зенитного снаряда. Значительный рост скорости полета в послевоенный период показал еще большую необходимость в защите головы. Удары о выступающие части кабины вызывали серьезные повреждения. Особенно часто ранения случались при появлении вибрации (тряски) самолета на скоростях полета, близких к скорости звука. Специальные исследования пределов выносливости к перегрузкам различных частей тела показали, что голова человека, защищенная прочным шлемом, может вынести:
— при ударах спереди — перегрузку 38;
— при ударах сбоку — перегрузку 25;
— при ударах сзади — перегрузку 35.

Эти испытания были проведены в Америке с испытателями-добровольцами, которые перенесли их без каких-либо повреждений черепа или появления признаков сотрясения головного мозга. Защита головы при ударах — не единственное требование, предъявляемое к шлемам. Защита от перегревания или охлаждения, защита от ослепления, шумоглушение, обеспечение связи и надежное крепление кислородной маски являются не менее важными требованиями, которым должны удовлетворять шлемы. Вместе с тем, защитный шлем должен быть легким, не мешать поворотам головы, не ограничивать обзора, и не вызывать болевых ощущений при длительном ношении. Здесь уместно напомнить, что тяжелый шлем имеет больше недостатков, чем преимуществ, поэтому всегда следует находить границу между желаемым и возможным. Вес шлема не должен превышать 2—2,5 кг. Допустимая высота полета в защитном шлеме зависит от конструкции кислородно-дыхательной аппаратуры. При наличии специальной кислородной маски в шлеме можно летать на высотах до 18 км. Для обеспечения полетов на высотах больше 18 км необходимо применять специальные герметические шлемы.

Авиационный защитный шлем состоит из следующих основных деталей (фиг. 1):
— каски;
— подвески;
— противошумов с телефонами;
— светофильтра;
— компенсатора натяга кислородной маски;
— ремешка крепления шлема.
Каска шлема предохраняет голову от ударов, возможных при перегрузках. Защитные свойства каски в значительной степени зависят от прочностных свойств применяемых материалов. Способность материалов противостоять ударам характеризуется удельной ударной вязкостью. Чем выше удельная ударная вязкость материала, тем лучше он сопротивляется ударам. Для оценки удельной ударной вязкости материала с учетом его удельного веса вводится понятие ударного качества, представляющего собой отношение удельной ударной вязкости к удельному весу материала. Ударное качество стеклотекстолита примерно в десять раз больше, чем у текстолита, и в два раза больше, чем у алюминиевого сплава Д16. Это значит, что каска, изготовленная из стеклотекстолита, будет обладать максимальной ударной прочностью. Расчет прочности каски громоздок и сложен. На практике прочность каски определяется динамическими испытаниями. Эти испытания не требуют сложного оборудования. Металлический шар весом 5—6 кг (соответственно весу головы) сбрасывается на каску с различной высоты. При испытаниях определяется работа, которую может воспринять каска до появления значительных деформаций или до разрушения.




Подвеска выполняет роль амортизатора, упругая деформация которого поглощает кинетическую энергию, возникающую при ударе. На фиг. 2 показана конструкция подвески защитного шлема. Устройство этой подвески и принцип действия ясны из рисунка. Противошумное устройство («противошум») состоит из резиновой заглушки и мягкого валика. Валик предназначен для обеспечения плотного прилегания заглушки к голове и изоляции уха от проникновения шума между заглушкой и головой. Делается валик из замши с наполнителем из губчатой резины. Телефоны монтируются внутри резиновой заглушки. При применении заглушек с жидкостным наполнителем шумоглушение увеличивается. В качестве заполнителя применяется глицерин или другие вязкие жидкости. В условиях значительного шума заглушки с жидкостным наполнителем улучшают качество восприятия речевых сигналов. Существенным недостатком заглушек с жидкостным наполнителем является их сравнительно большие габариты и вес. Для обеспечения двусторонней связи необходим микрофон или ларингофоны. Малогабаритный микрофон устанавливается в кислородной маске. Ларингофоны (обычно два) прикрепляются к ремешку и надеваются на шею,

Фиг. 2. Подвеска защитного шлема. 1—шнур, регулирующий положение шлема по высоте, 2—подушка подвесной системы, 3—регулятор подвесной системы (определяет положение шлема в горизонтальной плоскости), 4—шнур, фиксирующий регулятор, 5—компенсатор натяга маски, 6—каска, 7—ремни затылочного ограничителя, 5—шнур, регулирующий размер шлема по обхвату головы, 9—шнур крепления подушки подвески, 10—штуцер компенсатора натяга маски

Следует сказать, что, несмотря на значительные успехи шумоглушения в авиации, уровни шумов в кабинах некоторых самолетов достигают больших величин. Уровень шума здесь так велик, что возникает болевое ощущение. Даже применение специальной аппаратуры связи, рассчитанной для работы при шуме, не может обеспечить разборчивость речи. Светофильтр изготавливается из окрашенного органического стекла. Толщина стекла 3—5 мм. Крепится светофильтр к каске и фиксируется в поднятом и опущенном положениях. Опущенный светофильтр защищает лицо от ослепления и встречного потока воздуха при катапультировании. Компенсатор натяга кислородной маски состоит из резиновой камеры, вложенной в тканевый чехол. При создании избыточного давления кислорода под маской одновременно увеличивается его давление в камере компенсатора. Камера расширяется, натягивает ремешки крепления маски и тем самым обеспечивает плотное прилегание маски к лицу. Ремешок крепления шлема должен допускать регулировку по длине и прочно фиксировать шлем на голове. Хорошо подогнанный шлем не сползает при перегрузках. В настоящее время наша промышленность выпускает защитный шлем со съемной каской, надеваемой на кожаный шлемофон. Шлемофон изготавливается в двух вариантах — зимний с меховой подкладкой и летний. Каска шлема изготовлена из алюминиевого сплава. Внутренняя поверхность каски оклеена амортизирующим слоем, выполняющим роль подвески. На каске монтируется подвижной козырек — светофильтр из дымчатого органического стекла. Защитный шлем со съемной каской не ограничивает подвижности головы и не уменьшает поля зрения и обзора летчика. Съемная каска облегчает пользование шлемом.

Скафандры нашли применение при полетах в космос. Все космонавты как у нас, так и в Америке, летали в скафандрах. Гермошлем, применяемый в комплекте с высотным компенсирующим костюмом, состоит из каски, смотрового щитка с электрообогреваемым стеклом, лицевой рамки с подшлемником, резинового подшлемника, облегченного шлемофона и натяжного устройства — системы под-тяга (фиг. 3). Каска изготовлена из алюминиевого сплава. Внутри каски установлена подвеска для защиты головы при ударах. Смотровой щиток с электрообогреваемым стеклом окантован штампованой панелью из алюминиевого сплава. В нижней части щитка размещен клапан выдоха и клапан вдоха с гофрированной резиновой трубкой, по которой подается кислород, для дыхания. Лицевая рамка состоит из металлического ободка, резинового и матерчатого подшлемника. Сбоку, на правой стороне рамки закреплен держатель для малогабаритного микрофона. Герметизация шлема осуществлена с помощью лепесткового резинового клапана, установленного на резиновом подшлемнике, охватывающем шею.




Облегченный шлемофон изготавливается нескольких размеров из прочной капроновой ткани. В шлемофон вмонтированы телефоны с противошумовыми заглушками. Натяжное устройство служит для удержания шлема на голове при создании в нем избыточного давления. Во время полета в загерметизированной кабине кислородно-воздушная смесь (или чистый кислород) подаются только в шлем; костюм не обжимает тела летчика и не стесняет движения. При разгерметизации кабины на высотах выше 12 км специальный регулятор давления подает кислород в шлем и камеры натяжного устройства. Чем больше высота полета, тем под большим давлением подается кислород в шлем и камеры натяжного устройства, тем больше обжимающее действие костюма. На высотах до 12 км абсолютное давление кислорода в гермошлеме равно наружному давлению. Выше 12 км в гермошлеме автоматически поддерживается постоянное абсолютное давление, равное 145 мм рт. ст. Высотный компенсирующий костюм с гермошлемом применяется летчиками боевых самолетов при полетах на высотах более 18 км. В печати опубликованы сообщения о том, что в таком снаряжении можно летать на высотах до 60 км и даже более, только время полета на больших высотах в разгерметизированной кабине ограничено 10—15 мин. Скафандр состоит из следующих основных частей: герметической оболочки, герметического шлема и кислородного оборудования. Оболочка скафандра изготавливается в виде комбинезона из герметичной ткани. Герметизация достигается путем нанесения на ткань тонкого слоя резины. Обычно полость шлема отделена от оболочки шторкой. Для дыхания в шлем подается воздух или кислород. Для вентиляции туловища и конечностей под оболочку скафандра непрерывно подается воздух.

На скафандр надет плавательный жилет и объединенная привязная система. Сзади показан скафандр, который был изготовлен в 1934 г. для летчика Вилли Поста. При полете в загерметизированной кабине поступающие в скафандр газы беспрепятственно выходят наружу через регулятор давления, установленный на оболочке. При разгерметизации кабины и падении в ней избыточного давления (на высотах выше 10—11 км) регулятор давления мгновенно перекрывает свободный выход газов в атмосферу и автоматически поддерживает под оболочкой скафандра абсолютное давление, соответствующее высоте 10—11 км (198—169 мм рт. ст.). Принципиальное различие между скафандром и компенсирующим костюмом состоит в том, что в скафандре для создания противодавления на тело применяется воздух, а в компенсирующем костюме — механическое давление, создаваемое натяжным устройством. Шлем скафандра состоит из жесткой каски, откидывающегося вверх смотрового стекла и светофильтра. Применяются шлемы, у которых при возникновении аварийной ситуации (разгерметизация кабины на большой высоте, изменение газового состава и пр.) стекло автоматически опускается. В некоторых конструкциях шлем соединен с оболочкой специальным подшипником и при поворотах головы вращается. Подача кислорода в шлем производится специальным шлангом, соединенным с кислородным прибором. При выдохе продукты дыхания выбрасываются из шлема через клапан, установленный на шейной шторке.

Предельная скорость полета, при которой можно катапультироваться с незащищенной головой, не превышает 700 км/час. При применении защитного шлема с кислородной маской эта скорость может быть увеличена до 900—1000 км/час. При полете в скафандре или высотном компенсирующем костюме, снабженном герметическим шлемом, допустимая скорость катапультирования может быть увеличена до 1100—1200 км/час. Инженеры, работающие в области создания защитных шлемов, стремятся максимально уменьшить их вес и габариты. В этом отношении сделано уже много, но с появлением новых синтетических материалов открываются все новые возможности дальнейшего усовершенствования конструкции шлемов и уменьшения их веса. Известно очень много случаев, когда летчик оставался жив только благодаря тому, что на нем был шлем с жесткой каской. Особо памятны первые случаи, когда летчики только начинали применять их. Испытывался опытный самолет. Полет проходил на большой высоте, летчик был снабжен высотным компенсирующим костюмом и герметическим шлемом. В полете встречный поток сорвал крышку фонаря герметической кабины, которая одним концом с такой силой ударила по шлему, что вмяла каску миллиметров на 20. На мгновение летчик был оглушен, но быстро оправился, снизился и благополучно посадил машину. Теперь эта каска как ценная реликвия хранится в заводском музее.