Отбранителна технология——Експериментално изследване на куршумоустойчивостта на кевлар, с различно тегло и брой слоеве, с 9 mm снаряди

2.1.Балистичен гел

Балистичният гел е направен от неароматизиран желатин.Плътността и консистенцията на гела трябва да са същите като използваните от Федералното бюро за разследване (ФБР).За да се постигне същата консистенция, инструкциите, дадени в Ref.[30] са следвани и е тестван спрямо стандартите, описани в Ref.[31].

8 чаши (250 ml) неовкусен желатин на прах (приблизително 1,25 kg) се смесват с 8 L вода (1 част желатин на всеки 4 части вода), докато целият прах се разтвори.След като разтворът се излее в контейнерите (използвани са 2 × 5 L контейнери за горната смес), 5 капки етерично масло (етерично масло от листа на канела) се изсипват върху разтвора и внимателно се разбъркват в него.Причината за етеричното масло е да позволи на мехурчетата в разтвора да се разсеят и да придаде на балистичния гел подобрена миризма.Разтворът се поставя в контейнери, поставени в хладилник.Балистичният гел беше готов за употреба 36 часа след направата му и след това беше опакован в целофанова опаковка.Видеоклип, показващ детайлите за направата на балистичния гел, е достъпен отhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Плътността на балистичния гел е изчислена като 996 km/m3(99,6% от плътността на водата).Средната плътност на човешката кръв, мазнини и мускули [32], което е консистенцията на човешката плът, е 1004 kg/m3.Разлика от 0,8% в плътностите се счита за приемлива за балистичния гел, за да възпроизведе плътта на човешко тяло.

2.2.Кевлар проби

В тестовете бяха използвани три тегла на кевларен плат, а именно 160 GSM, 200 GSM и 400 GSM.Тъй като кевларът може да се използва като тъкан материал, най-високата якост на материала може да се използва в ориентация 0–90.Пробите бяха подредени с -45/+45 (квазиизотропна) ориентация, която абсорбира повече енергия при удар, отколкото 0–90 ориентации, подредени една върху друга [33].Пробите, които бяха използвани в тестовете, бяха направени в кратни на 3 слоя, където всяка проба беше наслоена в порядъка на 90/±45/90.Когато две или три проби бяха поставени една върху друга, беше направено така, че последният слой от една проба да беше поставен под 45° спрямо следващия слой от следващата проба.

Листовете Kevlar бяха разделени и нарязани на листове с размер A4, за да бъдат подготвени за свързване заедно с помощта на препоръчителната епоксидна смола и втвърдител.Пробите бяха оставени да изсъхнат.Пробите бяха изрязани, след като смолата се втвърди и закрепиха един към друг и бяха поставени на място за провеждане на тестовете.

Бяха проведени балистични тестове с използване на два различни вида боеприпаси, а именно изцяло метална обвивка (FMJ) и обвита куха точка (JHP) от калибър 9 mm Parabellum (P или Para за кратко).Методът, използван за тестване на пробите, е описан по-долу:

• 1)

• Беше създаден хронограф за огнестрелно оръжие, за да измерва скоростта на куршума.Хронографът е поставен на 2 м от дулото на огнестрелните оръжия, за да се предотврати неточни показания от дулния пламък.

• 2)

• Извършен е базов тест за определяне на скоростта на куршума директно в балистичния гел.Уравнението на кинетичната енергия
  E=(1/2)mv2

  се използва за определяне на енергията и разстоянието на проникване в балистичния гел.

• 3)

• TheКевларслед това проби бяха поставени пред балистичния гел и той беше поставен на 1 m от хронографа.Причината за дистанцията от 1 m е да се възпроизведе най-лошият сценарий, при който човек или обект е прострелян от близко разстояние.

• 4)

• Пробата е изстреляна, като снарядът преминава през хронографа, за да се определи началната му скорост.След това пробата се прониква и снарядът се поставя в балистичния гел.Скоростите на тестовете бяха използвани за получаване насредна скоростчетене, което беше използвано за актуализиране на стойностите в стъпка 2.

• 5)

• Разстоянието на проникване в балистичния гел се измерва и записва.

• 6)

• Стъпка 2 беше повторена за всеки тип боеприпаси, използвани в тестовете.Стъпка 3 до стъпка 5 се повтаря за всяка проба от кевлар.Тестът със специфични боеприпаси се повтаря, ако снарядът не се движи направо в балистичния гел или ако проникне в кевларовата проба в зона, която се счита за структурно нездрава.

С 3-слойните проби, 9-милиметровите снаряди Parabellum FMJ изминаха малко по-малко в сравнение със случая без кевлар.Снарядите с кухи точки пътуваха по-далеч в сравнение с корпуса без кевлар.9-милиметровият снаряд Parabellum (номер 4) не се деформира много, но месинговият кожух започна да се откъсва от снаряда.

Тестовете, които бяха проведени с 6 слоя 160 GSM кевлар, показаха, че 9-милиметровите снаряди Parabellum с куха точка са стигнали по-далеч в сравнение с никакви тестове за проникване на кевлар, като снаряд номер 4 преминава почти на същото разстояние като този на снаряд FMJ.

С 9-те слоя 160 GSM кевлар, съответните разстояния, изминати от снарядите в гела, показаха, че снаряди с номера 1, 3 и 4 са отишли ​​по-далеч, след като са преминали през 9-те слоя 160 GSM кевлар, в сравнение с снарядите, изстреляни в балистичния гел (без кевлар).

Тестовете, проведени с 12 слоя 160 GSM кевлар, показват, че всички снаряди показват тенденция към намаляване на дълбочината на проникване в сравнение с 9 слоя.

Както се вижда вФиг. 3дълбочината на проникване на снарядите варира с дълбочината с увеличаване на броя на слоевете, но се наблюдава намаление от 9 на 12 слоя във всички случаи.Беше наблюдавано, че снарядите с кухи точки проникват в слоевете кевлар и в процеса кухите връхчета бяха блокирани с материала кевлар.След като тези снаряди с куха точка достигнат балистичния гел, те работят по същия начин като FMJ снаряд.Поради горепосочената причина с използваните проби от кевлар, снарядите са проникнали по-далеч в балистичния гел в сравнение с тестовете, извършени без кевлар.Само след като бяха проникнати достатъчно слоеве кевлар, за да абсорбират достатъчно енергия, снарядът показа характеристики на намалено проникване в балистичния гел.Тази характеристика се наблюдава при другите тестове, с кевлар с различно тегло, както е представено в тази статия.

3.4.200 GSMКевлар

Тестовете 200 GSM Kevlar бяха извършени с проби от 3, 6, 9, 12 и 15 слоя.Тъй като 200 GSM кевлар обикновено се използва за бронежилетки, беше решено да се извършат тестове с 15 слоя.Резултатите от проникването в балистичния гел са показани вФиг. 4.

Тестовете, проведени с 3 слоя 200 GSM кевлар, показват, че 9-милиметровите снаряди Parabellum FMJ са преминали през балистичния гел и разстоянията, които са изминали в сравнение с корпуса без кевлар, не са намалени.9-милиметровите снаряди с куха точка Parabellum изникнаха като гъби, както се очакваше, а 9-милиметровият снаряд Parabellum номер 4 имаше месинговата обвивка, заседнала в балистичния гел, но водещият снаряд продължи и спря, както е записано вФиг. 4.

С 6 слоя 200 GSM кевлар беше наблюдавано, че разстоянието на проникване на снаряд 1 в балистичния гел намалява, докато снаряди 2, 3 и 4 отиват по-навътре в балистичния гел в сравнение със случая без кевлар.

Тестовете, проведени с 9 слоя 200 GSM кевлар, показват, че снаряд номер 2 е преминал по-далеч в балистичния гел в сравнение с калъфа без кевлар.Беше наблюдавано, че снарядите 3 и 4 имат кевлар, блокиран в кухата точка, което им пречи да изникнат като гъби.Снаряди 3 и 4 се придвижиха по-навътре в балистичния гел, след като проникнаха през 9 слоя 200 GSM кевлар в сравнение с случая без кевлар.

С тестовете, проведени с 12 слоя 200 GSM кевлар, беше наблюдавано, че 9 mm снаряди Parabellum FMJ, номер 1 и 2, имат по-плоска глава след проникване.Снаряд номер 4, макар и да не е много гъбен с кухия връх, блокиран с кевлар, беше сплескан повече в главата.Снаряд номер 3 не изникна много, но имаше доказателства за деформация на върха на главата.

Тестовете, проведени с 15 слоя 200 GSM кевлар, имаха и двата FMJ снаряда, показващи признаци на изникване като гъби.Снаряди с номера 1 и 2 показват намаление на дълбочината на проникване в балистичния гел в сравнение с корпуса без кевлар.В настоящия случай снаряди 3 и 4 са спрени от слоевете кевлар.

Както се вижда вФиг. 4, когато се вземат предвид средните стойности между точките, изглежда показва линеен градиент на намаляващо проникване в балистичния гел, който ще се появи, след като бъде достигнат пик при приблизително 6 слоя 200 GSM кевлар.200 GSM Kevlar показва по-добра производителност в сравнение с 160 GSM Kevlar, както се очакваше.При 15 слоя от 200 GSM кевлар, снаряди номер 3 и 4 са спрени, но не и снаряди номер 1 и 2. Следвайки средния градиент, се изчислява, че снаряди номер 1 и 2 ще бъдат спрени, използвайки евентуално 18 и 21 слоя от 200 GSM кевлар, съответно.

• Тестовете с 400 GSM кевлар бяха проведени с помощта на проби от 3, 6, 9 и 12 слоя, както е посочено от резултатите, показани вФиг. 5.

4. Анализ и обсъждане на резултатите

Фиг. 6показва сравнението на дълбочината на проникване на различни снаряди в 3 слоя от 160 GSM, 200 GSM и 400 GSM кевлар.Както се вижда вФиг. 6, с 9 мм снаряди Parabellum hollow point, 3 слоя 200 GSM кевлар спряха снарядите на най-късо разстояние.3 слоя 400 GSM и 160 GSM кевлар спряха най-много снаряди 1 и 2, съответно.

Фиг. 7,Фиг. 9показват, че няма подобни характеристики с различни снаряди за два различни броя слоеве на подобен GSM.Пример са 12 слоя 200 GSM кевлар и 6 слоя 400 GSM кевлар.И двете проби имат общо 2400 GSM кевлар всяка.Когато сравняват тези две различни проби, те не намаляват разстоянието на снарядите с подобна сума.Подобни корелации и заключения могат да се наблюдават от 3 слоя от 400 GSM кевлар и 6 слоя от 200 GSM кевлар.Всеки от тези случаи има 1200 GSM проби, но няма сходни характеристики в резултатите.

Средни криви за снаряди 1 и 2, показани вФиг. 4, показват, че снарядите биха спрели съответно с 6 и 7 кратни на 3 слоя 200 GSM кевлар (т.е. 18 и 21 слоя 200 GSM кевлар).Има тенденция, която приблизително удвоява броя на слоевете кевлар, който е необходим, в сравнение с действително повредения кевлар, за да спре снарядите.С 18 и 21 слоя 200 GSM кевлар това ще доведе до спиране на снаряди 1 и 2 в приблизително 9 и 10 слоя кевлар.Този брой слоеве корелира с броя на слоевете кевлар, които съдържат наличните в търговската мрежа бронежилетки само с кевлар.

Някои елементи за справка:

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/military-vip-police-concealable-light-weight.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/high-quality-military-use-tactical-armor.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/military-ballistic-nij-iiia-pe-or-kevlar.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/bulletproof-vest-fdy3r-sk15.html

Видеоклипове за справка:

https://www.youtube.com/watch?v=Zc-HYAXSaqs

https://www.youtube.com/watch?v=YtBaebU7CTw

5. Изводи

Сравнения на 160 GSM, 200 GSM и 400 GSMКевларпри балистичен удар са направени с балистични тестове, проведени с боеприпаси 9 mm Parabellum и с различен брой слоеве Kevlar.Беше наблюдавано, че няколко слоя кевлар не са ефективни за спиране на снарядите, а по-скоро принуждават снарядите да пътуват по-навътре в балистичния гел.Само след като броят на слоевете се увеличи, се наблюдава намаляване на проникването на снаряда в балистичния гел.Причината за този пик в проникването, особено при снарядите с кухи точки, се дължи на запълването на дупката с кевларен материал и правенето му да работи като FMJ снаряд.Подобни осреднени отрицателни градиенти се наблюдават между FMJ и снаряди с кухи точки, след като пикът е достигнат.

Обобщавайки приноса на този документ, може да се заключи:

• 1)

• Беше изследвана ефективността на различни слоеве от 160 GSM, 200 GSM и 400 GSM класове кевлар, наслоени с балистичен гел, и беше установено, че 200 GSM кевлар е по-ефективен за спиране на 9 mm снаряд Parabellum.

• 2)

• Установено е, че няма линейна връзка между два различни вида кевлар с различни тегла (като 200 GSM и 400 GSM кевлар), наслоени по такъв начин, че да имат еднакво общо тегло.

• 3)

• Бяха тествани четири различни типа 9 mm боеприпаси Parabellum и техните дълбочини на проникване в балистичния гел бяха идентифицирани за различни слоеве кевлар.

• 4)

• Изчислено е, че за 9 mm боеприпаси Parabellum, които се използват най-често по света, са необходими минимум 21 слоя 200 GSM кевлар, за да спре снаряда.Предлага се, като предпазна мярка, да се включи допълнителен коефициент на безопасност, тъй като проникването зависи и от профила на снаряда.

Въз основа на резултатите, представени по-горе за характеристиките на кевларовите слоеве с различно тегло, се надяваме, че тези характеристики могат да бъдат използвани за разработване и проектиране на безопасни и ефективни бронирани жилетки.

Общата тенденция, че е необходимо удвояване на количеството слоеве кевлар в сравнение с действителното количество повредени слоеве, би било полезно да се проучи в по-нататъшни изследвания с различни боеприпаси.Бъдещите изследвания ще могат също така да посочат ефекта на проникване, който имат по-малките калибърни снаряди и боеприпаси върху кевлар в сравнение с този на 9-милиметровите пара боеприпаси.По същия начин, бъдещите изследвания ще могат да идентифицират как различни боеприпаси и снаряди проникват през 200 GSM кевлар, като например кевларът, използван само в бронирани жилетки.С характеристиките, наблюдавани с кухите връхни снаряди, проникващи по-дълбоко в балистичния гел, след като кухите връхни точки се блокират с кевлар, бъдещи изследвания биха позволили да се установи дали подобен ефект ще се получи при сценарий, при който снарядът е проникнал в дрехите, преди да проникне в плътта .

Благодарности

Изследването е частично финансирано отНационална изследователска фондация.Следните компании и лица получават признание за тяхната помощ, насоки и използване на техните съоръжения, по азбучен ред: Бори Борнман, Джон Еванс, Център за оценка и обучение на огнестрелни оръжия (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (търговец на огнестрелно оръжие и оръжейник;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), ферма и природен резерват River Valley (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Марк Лий, Дейвид и Наташа Робърт, Simms Arms (+27 39 315 6390;https://www.simmsarms.co.za;simmscraig@msn.com), Southern Sky Operations (+27 31 579 4141;www.skyops.co.za;mike@skyops.co.za), Луис и Леони Стопфорт.Трябва да се отбележи, че мненията на авторите в този документ не са непременно мненията на компаниите, организациите и лицата, споменати по-горе.Авторите не са получили финансова печалба за проведените тестове.