2020式警用防暴头盔优化改进技术剖析

石凌飞 刘春美 王劲 王怀颖 公安部第一研究所

引言

2020式警用防暴头盔是由公安部装备财务局组织，公安部第一研究所牵头研发。现役警用防暴头盔（GA 294-2019[1]）已经在实战中使用了十余年，在维护社会稳定中发挥了巨大作用。实战应用中也出现了质量重、闷热不透气、透声效果不好等问题。公安部装备财务局根据当前国内的执勤执法形势，提出了防暴头盔的改进研制要求，并于2020年底正式立项启动，历经需求调研、方案征集、指标论证、立项研制、基层试用、第三方检测和定型审查等全过程研发流程，经报部领导批准，命名为“2020式警用防暴头盔”，并于2022年1月正式列入警用装备序列。2020式警用防暴头盔分为FBK-A和FBK-B两个型号，在外型、功能和技术指标上，与原GA 294头盔均有较大改进，本文将从外型样式、缓冲层、内衬、悬挂佩戴系统、盔体、面罩和防割护颈等方面进行技术分析。

一、研发背景

在调研论证阶段，项目组邀请了国内警用装备技术、检测和警务训练等方面专家，各地警保管理、特警、交巡警、铁路公安等单位代表，共同就现役防暴头盔在训练和实战使用中出现的各类问题和改进方向进行探讨，根据头盔部位和结构总结归纳为六大类14项问题（见表1）。2020式警用防暴头盔的改进研制工作从实战需求出发，通过使用新材料、新结构、新技术和新工艺，逐一解决了上述问题，其中最主要的改进点在于头盔外型样式、透气性设计、内衬、悬挂佩戴系统、盔体、面罩和防割护颈等几个方面。

?

二、研制改进内容及特点

（一）外型样式

防暴头盔的外型样式是本项目的重点研究内容之一，主要存在通声透气性差、无法佩戴外挂设备或黏贴外挂标识、戴眼镜无法正常佩戴头盔等问题，同时也与盔体结构、佩戴系统、功能性等密切相关。因此项目攻关组在外型结构上参考了国内外大量头盔外型，并组织了“新型警用防暴头盔设计方案征集评选”活动，结合调研一线实战需求，发现一线警员对头盔的需求差别很大，如果在现役防暴头盔的基础上进行改进，很难同时满足适用于全警配备的设计任务要求和一线实战需求。考虑到装备的特殊性和普适性，因此借鉴了伸缩警棍、强光手电等单警装备研发思路，针对不同警种、不同需求设计不同外型样式的防暴头盔。

1. FBK-A型警用防暴头盔

FBK-A型警用防暴头盔主要用于日常执勤执法时使用，采用半盔结构，正面镶嵌警用帽徽；面罩防雾气、防渗漏、可拆装；组合式护颈防割、阻燃，内含隐蔽式护带；战术导轨可挂载照明、通讯、摄录等设备；佩戴松紧度可旋钮式调节，如图1所示。

在研发过程中，半盔结构的设计难点主要在于盔壳是否应覆盖耳部。就此问题，调研结果显示，普通民警在执勤执法时更加注重轻便性和透气性，不建议增加护耳；特警、巡警等随时面对危险的警员更加注重安全性和全面性，建议保留护耳结构。经过分析，从适用于全警日常执勤执法的设计初衷出发，项目组确定了不带护耳的半盔型结构。

总体来说，半盔结构的警用防暴头盔外形综合运用凹凸流线型，整体形象上更能凸显公安干警挺拔刚毅的气质，小帽檐设计提升威猛感和荣誉感，同时起到横向加强、有效提升抗击侧向压力的作用。后部横向和纵向棱线，更好地提升了整个头盔的刚性，同时可根据需要黏贴尼龙搭扣，实现功能的扩展。

2. FBK-B型警用防暴头盔

FBK-B型警用防暴头盔主要用于执行反恐防暴任务，采用全盔结构，正面镶嵌警用帽徽，两侧分别喷涂“警察”“POLICE”标识；面罩具有一键开合功能；分体式护颈防割、阻燃；盔体设通声、透气孔；衬垫可拆卸、换洗，如图2所示。

总体来说，全盔结构防暴头盔的结构设计充分考虑到原294防暴头盔的不足之处，增加耳部百叶窗式通声孔，提升头盔的通声透气性；头盔侧面曲线深挖出斜角，保障佩戴眼镜时，头盔不会压迫眼镜腿；同时进一步提升空间，使防暴头盔可以与防毒面具、防割阻燃头套等同时佩戴使用，进一步拓展了防暴头盔的功能性。

（二）透气性设计

针对一线反馈的头盔缓冲层透气性不佳的问题，项目组对头盔缓冲层的透气性设计进行了优化。一是在缓冲层厚度方向开设通风孔，纵向和横向开多个通风槽，形成五纵三横内外八向多通道被动式通风结构，既能将热量通过自然对流由通风槽和盔体之间形成的气体流道排出，又能在运动或存在自然风时形成强制对流，提高头盔透气散热性能。二是去掉了悬空网结构，经过测试，提高了吸收碰撞能量性能稳定性和佩戴的稳固度，满足战术技术指标要求。

（三）内衬优化

防暴头盔内衬的主要问题在于无法拆洗，使用久了内部气味大和在低温下太硬，影响佩戴舒适度。针对以上问题，项目组首先分析了现役防暴头盔内衬的材料和结构，经研究发现，现役防暴头盔内衬粘贴在盔体上或缝制在悬挂系统上，因此无法拆卸和清洗，从而导致气味大；低温下太硬问题属于选材原因，主要为了保证高温下的缓冲性能，因此内衬选材较为保守，随着目前材料水平的进步，完全可以实现替代。因此项目组从材料和结构两方面进行了优化改进。

材料上，与人体接触部位使用羊皮材质和复合毛绒海棉材质，进一步提升透气性、保暖性和舒适性，且易清洁打理；内层使用EVA软质发泡材料，在保证吸能缓冲性能前提下，进一步降低硬度，提升佩戴舒适性。

结构上，与盔体连接部位统一使用优质的尼龙搭扣进行连接，与悬挂系统连接部位使用优质尼龙搭扣条连接，使其安装稳定且可拆卸。盔体内部使用的优质尼龙搭扣均经过了可靠性检验，可正常拆装2000次后，仍能可靠连接及顺利拆卸。

（四）悬挂佩戴系统优化

1. FBK-A型警用防暴头盔悬挂佩戴系统

半盔结构悬挂佩戴系统参考了防弹头盔的悬挂系统结构及调节方式，设计了转盘链条式卡扣装置如图5所示，适应52cm～60cm头围的队员佩戴，且防止收紧后回弹变松，解决了传统的转盘卡口或铁丝束紧装置会回弹变松的不利情况。头顶到下颌的四条束带适应调节，设计了快开式调节装置，适应可在穿戴状态下进行伸展收缩束带的长度并锁紧。

同时在锁扣位置使用了磁吸式锁扣如图6所示，可单手快速锁定和解锁，只需将两块磁吸卡扣靠近就自动连接，用手轻推即可快速解开卡扣。

2. FBK-B型警用防暴头盔悬挂佩戴系统

项目组通过改进全盔结构悬挂佩戴系统如图7所示，在头围调节处增加六块发泡乳胶材质的阻尼块放置在缓冲层和盔带之间，表面覆有一层防燃的柔软布，进一步提高了头盔的随动性，提升佩戴舒适度。

（五）盔体优化及验证

防暴头盔盔体的轻量化研究是项目组的重点研发工作，充分利用了碳纤维复合材料轻质高强的特性，通过优化改进为碳纤维复合材料。为了解决碳纤维复合材料高强但易碎的问题，最终研制出符合战术技术指标的头盔盔体。

头盔外壳综合应用碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和玻璃纤维等高性能复合材料，使用环氧树脂，根据不同材料的力学性能特点，合理排叠，取长补短，在高温高压的条件下，经过模压固化成型。

项目组根据试验大纲，对试制的防暴头盔初样机进行了数百次自检和摸底试验，验证其技战术性能，并反复改进。

1. 抗穿透性能试验

分别在常温、高温（55℃）、低温（-40℃）和常温雨淋四种条件下进行抗穿透性能试验，经过反复测试，结果优于战术技术指标要求。同时，通过优化材料排叠方法、喷涂聚脲材料等方式，在不大幅增重的情况下，解决了头盔穿刺后的不破碎问题，如图8所示。

2. 吸收碰撞能量性能试验

防暴头盔的吸收碰撞能量性能与盔体能量分散性能、缓冲层能量吸收性能有关。缓冲层能量吸收性能由结构、材料种类、发泡率、悬空网的高度决定。EPS缓冲层主要通过破碎吸收冲击能量，而EPP和悬空网组合主要通过变形吸收冲击能量，可经受多次碰撞击打。

分别在常温、高温（55℃）、低温（-40℃）和常温雨淋四种条件下进行吸收碰撞能量性能试验，经过反复测试和改进，试验结果达到战术技术指标要求，如图9所示。

（六）面罩结构优化

针对现役防暴头盔的面罩在闭合时，受到冲击时会弹起、威胁警员生命安全的问题，项目组在设计全盔结构防暴头盔时，在面罩右侧连接处设计有锁止机构，防止面罩抬起和放下时误操作，当轻按下锁止按钮即可实现面罩的上抬或下放，同时具有阻燃功能。

（七）防割护颈设计

1. 防割指标的确定

（1）防割标准研究分析

现役防暴头盔本身具有护颈结构，但仅具备导流液体的效果，不具备防护功能，而2020式警用防暴头盔的护颈新增了防割要求，经查阅相关文献、标准，发现警用防割护颈并没有针对性的指导标准。目前警用防割装备在行业标准中仅有GA 614-2006《警用防割手套》[4]用于测试和参考，其他标准也仅有GB 24541-2009《手部防护 机械危害防护手套》[5]用于借鉴。

考虑到GB 24541-2009《手部防护 机械危害防护手套》借鉴引用了欧洲标准EN 388 : 2003《机械危害 防护手套》，只涉及测试方法和分级标准，对各级别对应的危害等级并没有明确区分，适用的产品也是民用劳保防割手套，用于保护人员在用手拿取锋利物品或操作切割类设备时的手部安全。GA 614-2006主要适用于保护警员抵御各种刀具割、划时的手部安全，如用手握持、抢夺刀刃等，防护性能远高于GB 24541-2009/ EN 388 : 2003中的最高级别5级。

目前市场上防割性能较高的产品一般符合GA 614-2006中的防割性能要求，即“用专用的手套切割试验机，设定刀口压力为20N、刀片转速为20r/min，在被检测的警用防割手套掌部或背部垂直手指方向进行5次切割，每次割穿发生时，切割周数不少于7周，且耐切割系数I不小于2.5。”

（2）防割性能技术参数分析

考虑到颈部防割要求与手部的区别，项目组对GA 614-2006中各项参数进行了逐一分析。

对于“刀口压力为20N”的技术参数，项目组挑选了3名成年男子作为测试员持刀具进行切割测试，模拟割喉时的施力状态，模拟切割测试中刀具平均压力约为18 N～21N。同时通过在3个测试员身上进行试验，在与刀具间相隔一层软质防割护颈后，在不进行闪避动作条件下，颈部受到约15N压力时，即出现明显疼痛，受到约20N压力时，根据按压位置会出现呼吸困难等明显不适症状，因此从可能出现的实际情况来看，防割护颈的防割测试刀口压力设置为20N高于现实中可能遇到的威胁，用于性能测试较为合理，可以继续沿用。

?

对于“刀片速度20r/min”这一参数，由于圆形刀片直径为75mm，折算后刀刃的移动速度约为0.34m/s，即刀刃长度约340mm的刀具，在1s内划过颈部，此速度与模拟测试也基本一致，因此在防割护颈测试中，刀片转速为20r/min设置合理，可以继续沿用。

对于“对样品进行5次切割，每次割穿发生时，切割周数不少于7周”的参数，经测算，圆形刀片的周长约为235.5mm，切割周数7周时，总切割长度约1.6m，而常规刀具最长一般不超过300mm，相当于使用300mm的刀具反复切割5～6次。而对于实际使用时，警员颈部面临的威胁大部分为突然的划伤或背后突袭的割喉动作，切割次数一般不超过1次，即1个刀刃的长度，而出现反复切割的动作说明警员已被限制住，无法有效防御，此种情况下，即使能够防御住5～6次切割，也难以继续保持有效的防割性能，更无法防止歹徒拆除防割护颈或切割其他无防护部位。经调研咨询，在一线执勤中，颈部遇到的主要威胁为碎石、飞溅金属碎片等，或是遇到歹徒携带锋利物品突然袭击颈部，因此对护颈的实际需求为轻便、易佩戴，具有一定防割功能。根据实战需要，项目组将防护切割周数定为3周，即切割长度约700mm，相当于使用刀刃长度300mm的刀具完全切割2.3次。

（3）防割性能的确定及验证

借鉴GA 614-2006中的测试方法，将防割护颈的防割性能指标定义为“用专用的手套切割试验机，设定刀口压力为20N、刀片转速为20r/min，在被检测的警用防割手套掌部或背部垂直手指方向进行5次切割，每次割穿发生时，切割周数不少于3周”。该指标确定后，先后向全国公安机关征求意见，并得到全国警用装备标准化技术委员会、公安部特种警用装备质量监督检验中心、中国兵器工业集团第五三研究所、总后勤部军需装备技术研究所等单位技术专家的认可。

在安全裕度上，项目组对防割护颈进行了大量的防割性能测试（见表3）。测试结果表明，防割产品的防割性能测试结果与测试刀片的锋利程度关系很大，如样品3和样品4的测试结果，测试刀片测试前割破标准样片圈数相差2周～3周时，测试结果也相差2周～3周，甚至更大，而标准中要求防割测试合格的圆形刀片锋利度差别较大（要求在4周～8周割穿标准样片），因此导致测试结果偏差影响较大。因此根据摸底测试结果和市场上相似产品的防割测试结果发现，对于标称能够符合GA 614-2006标准中防割性能的样品（样品2A、2B），被割穿圈数普遍在9周以上，而能够抵御最锋利刀片的样品，在使用最钝的刀片时，普遍切割周数大于10周，甚至无法割穿，因此各厂家为了保证防割产品能够稳定通过防割性能测试，安全裕度大多设置较大，从而导致防割性能合格但更加厚重。项目组将防割护颈的防割性能指标确定为3周后护颈重量可由135g降低至90g，重量可减轻33.3%，从测试结果看，测试合格样品3A、3B重量仅为85g～90g，在使用切割标样圈数为5.3周的测试刀具时，仍能够防御住5周以上的刀具切割，不但完全满足战术技术指标中防割护颈的技术要求，更在一定程度上符合了GA 614-2006中的防割性能，在安全裕度方面有较高保证。

?

2. 防割护颈结构设计

（1）FBK-A型警用防暴头盔防割护颈

项目组使用可拆卸防割护颈设计如图11所示，实现颈部的360°柔性防护，防护部位主要采用芳纶复合材料制作，质量约110g，防护面积＞550cm2。护颈满足GA 614切割测试，阻燃性能强及防酸碱泼洒的功能，拆卸方便，易于清洗，熟练使用后能够在0.3s 完成颈部及肩部防护。

（2）FBK-B型警用防暴头盔防割护颈

全盔结构防暴头盔是在现役防暴头盔基础上进行改进。由于现役头盔的护颈功能仅用于导流液体，因此新型头盔仍保留导流结构，项目组采用分体式防割护颈保护警员颈部安全，防割护颈设计如图12所示。

经防割、阻燃等相关性能测试，此款防割护颈最终重量为55g±5g，防割、阻燃等全部性能符合战术技术指标要求。

三、结语

经过一年的研究、检测、试用及改进工作，解决了警用防暴头盔重量重、舒适性差、功能单一等痛点、难点，2020式警用防暴头盔已完成定型列装，在结构、功能、材料等方面的改进，有效提升了防暴头盔的安全性、功能性和舒适性。接下来将通过制修订标准指导产品的生产、检验和验收，在实战中迎来真正的考验。