第一次世界大戦のヘルメットを現代の軍事設計と比較したときの「衝撃的な」結果

May 10, 2023

デューク大学2020年2月15日

(画像をクリックすると全体像が表示されます。) 第一次世界大戦時のフランス製ヘルメットが衝撃波チューブの下に置かれ、その下のダミー人形が衝撃波からどの程度保護されるかをテストします。 ヘルメットの中央にある尾根は破片を逸らすために設計されていますが、衝撃波を逸らすのにも役立っている可能性があり、ヘルメットは現代の戦闘用ヘルメットさえも上回る性能を発揮しました。 クレジット: Joost Op 't Eynde、デューク大学

第一次世界大戦のヘルメットは、モダンなデザインと同様に衝撃波から保護します。 フランスのエイドリアンヘルメットは、シンプルな形状が頭上の爆発から脳を守る可能性があることを示唆しています。

デューク大学の生物医学技術者らは、弾道や鈍的衝撃からの保護が大幅に進歩したにもかかわらず、現代の軍用ヘルメットは近くの爆風によって生じる衝撃波から脳を保護する点では第一次世界大戦時のヘルメットと比べて劣っていることを実証した。 そして、特にフランスのエイドリアン ヘルメットというモデルは、頭上からの爆風から身を守るという点で現代のデザインよりも優れた性能を実際に発揮しました。

この研究は、異なる素材を選択したり、音響インピーダンスの異なる複数の素材を重ねたり、形状を変更したりすることで、将来のヘルメットの防爆性能を向上させるのに役立つ可能性がある。

第一次世界大戦時のフランス製ヘルメットが、数メートル離れたドイツ軍の砲弾の爆発を模倣して設計された衝撃波を受けている高速ビデオ。 クレジット: Joost Op 't Eynde、デューク大学

この結果は、2020 年 2 月 13 日にジャーナル PLOS ONE にオンライン掲載されました。

「すべてのヘルメットが爆風に対してかなりの保護を提供していることがわかりましたが、100年前のヘルメットが現代のヘルメットと同じくらい機能することに驚いた」と生体医工学博士のヨースト・オプト・アインデ氏は語った。 D. デューク大学の学生であり、研究の筆頭著者。 「確かに、いくつかの歴史的なヘルメットは、いくつかの点でより優れた性能を発揮しました。」

研究者たちは、衝撃波自体が引き起こす可能性のある脳損傷の研究を始めたのはつい最近ですが、それには十分な理由があります。 ヘルメットは本来、銃弾や破片などの貫通物体から身を守るために設計されており、爆風は軽微な脳損傷を引き起こすずっと前に、肺の外傷によって死亡する可能性があります。

しかし、防弾チョッキの出現により、兵士の肺は以前よりもそのような爆風からはるかに保護されるようになりました。 このため、爆発耐性の違いにもかかわらず、爆発後の肺外傷の発生率は、現代の軍事紛争における脳や脊椎の損傷の発生率よりもはるかに低くなりました。

最新のヘルメットが衝撃波からある程度の保護を提供することを示唆する研究はありますが、現在配備されているヘルメットは爆風から保護するために特別に設計されていません。 そして、防弾チョッキを着て衝撃波を経験している今日の兵士は、塹壕内で衝撃波を経験している 100 年前の兵士とそれほど変わらないため、Op 't Eynde は、これらの古い設計から学ぶべき教訓が得られるかどうかを確認することにしました。

「すべてのヘルメットが爆風に対してかなりの保護を提供していることがわかりましたが、100 年前のヘルメットが現代のヘルメットと同等の性能を発揮することには驚きました。」 — ジュースト オプト エインデ

「我々の知る限り、この研究は、これらの歴史的な戦闘用ヘルメットの爆風に対する保護能力を評価した最初の研究である」とオプト・アインデ氏は述べた。

オプト・アインデは、デューク大学の生体医工学准研究教授であるキャメロン・「デール」・バスと協力して、英国/米国 (ブロディ)、フランス (エイドリアン)、ドイツの第一次世界大戦用ヘルメットの性能をテストするシステムを作成しました。 (Stahlhelm) と現在の米国の戦闘用バリアント (Advanced Combat Helmet)。

研究者らは、さまざまな場所に圧力センサーを取り付けたダミーの頭に、順番にさまざまなヘルメットをかぶせた。 次に、頭部を衝撃波管の真下に置き、膜壁が破裂して衝撃波としてガスを放出するまでヘリウムで加圧した。 ヘルメットはさまざまな強度の衝撃波でテストされ、それぞれが 1 ～ 5 メートルの距離から爆発するさまざまなタイプのドイツ砲弾に対応しました。

次に、頭頂部で経験した圧力の量を、以前の研究で作成された脳損傷のリスクチャートと比較しました。 すべてのヘルメットで中等度の脳出血のリスクが 5 ～ 10 分の 1 に減少しましたが、1915 年頃のフランスの「エイドリアン」ヘルメットを着用していた人のリスクは、現代の高度な戦闘用ヘルメットを含む、テストされた他のヘルメットよりも低かったです。

第一次世界大戦でアメリカ軍とイギリス軍が使用したブロディ ヘルメットに衝撃波を当て、その下にあるダミー人形を一次爆風からどの程度保護できるかをテストします。 クレジット: Joost Op 't Eynde、デューク大学

「フランスのヘルメットはドイツやイギリスのヘルメットと同様の素材を使用して製造されており、さらに壁が薄かったため、この結果は興味深い」とオプト・アインド氏は述べた。 「主な違いは、フランス製のヘルメットには頭頂部に紋章があったことです。ヘルメットの破片をそらすように設計されていますが、この特徴は衝撃波をそらすこともできるのかもしれません。」

また、圧力センサーが頂上の直下に取り付けられていたため、頂上が衝撃波を反射するための追加の第 1 層を提供した可能性もあります。 そして、フランスのヘルメットは、他の場所の圧力センサーにおいて同様の利点を示さなかった。 耳などの位置の場合、パフォーマンスはヘルメットのつばの幅と、実際に頭をどれだけ覆うかによって左右されるようです。

現代のヘルメットに関して、Op 't Eynde は、その層状構造がその性能において重要である可能性があると理論付けしています。 衝撃波は音響インピーダンスが異なる新しい素材に遭遇するたびに反射するため、現代のヘルメットの層状構造は爆風防御に貢献している可能性があります。

しかし、どのヘルメットをテストしたとしても、その結果は、ヘルメットが爆風による軽度の脳外傷から保護する上で特に重要な役割を果たす可能性があることを明確に示した。 研究者らによれば、この発見だけでも、近くの頭上爆発からの衝撃波をよりよく吸収できるヘルメットを設計するために、この種の研究を継続することの重要性を示しているという。

「シンプルなクレストと幅広のつばが爆風防御にもたらす違いは、この一連の研究がいかに重要であるかを示しています」と、最初はベルギー系アメリカ人教育財団からの奨学金でデューク大学に来たオプト・アインデ氏は語った。第一次世界大戦中のベルギーでのアメリカ人の救援活動からの資金で設立されました。「今日私たちが持つ最新の素材と製造能力をすべて使えば、今日のヘルメットよりも、あるいは100年前のヘルメットよりも優れた爆風から身を守るヘルメットのデザインを改良できるはずです」数年前。"

参考文献: 「戦闘ヘルメット設計における主な爆風防御: 現在と第一次世界大戦の歴史的比較」、Joost Op 't Eynde、Allen W. Yu、Christopher P. Eckersley、Cameron R. Bass 著、2020 年 2 月 13 日、PLOS ONE.DOI: 10.1371/journal.pone.0228802