Odbrambena tehnologija—eksperimentalna studija sposobnosti otpornosti na metke kevlara, različite težine i broja slojeva, sa projektilima od 9 mm

2.1.Balistički gel

Balistički gel je napravljen od želatine bez ukusa.Gustina i konzistencija gela moraju biti iste kao one koje koristi Federalni istražni biro (FBI).Da bi se postigla ista konzistentnost, uputstva data u Ref.[30] su praćeni i testiran je prema standardima opisanim u Ref.[31].

8 šoljica (250 ml) želatinskog praha bez ukusa (približno 1,25 kg) pomeša se sa 8 L vode (1 deo želatine na svaka 4 dela vode) dok se sav prašak ne rastvori.Nakon što je otopina izlivena u posude (za gornju smjesu korištene su posude od 2 × 5 L), 5 kapi eteričnog ulja (esencijalno ulje lista cimeta) je prelito preko otopine i lagano umiješano.Razlog za eterično ulje je da omogući da se mjehurići u otopini rasprše i da balistički gel dobije poboljšan miris.Rastvor se stavlja u posude postavljene u frižider.Balistički gel je bio spreman za upotrebu 36 h nakon što je napravljen, a zatim je umotan u celofan.Video koji prikazuje detalje za izradu balističkog gela dostupan je nahttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Gustina balističkog gela izračunata je kao 996 km/m3(99,6% gustine vode).Prosječna gustina ljudske krvi, masti i mišića [32], što je konzistencija ljudskog mesa, iznosi 1004 kg/m3.Razlika od 0,8% u gustoćima smatra se prihvatljivom za balistički gel da replicira meso ljudskog tijela.

2.2.Kevlar uzorci

U ispitivanjima su korištena tri utega kevlarske tkanine i to 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM.Budući da se kevlar može koristiti kao tkani materijal, najveća čvrstoća materijala mogla bi se koristiti u orijentaciji 0-90.Uzorci su naslagani sa -45/+45 (kvazi-izotropnom) orijentacijom koja apsorbuje više energije pri udaru od 0-90 orijentacija naslaganih jedna na drugu [33].Uzorci koji su korišteni u ispitivanjima rađeni su u višeslojnoj količini od 3 sloja pri čemu je svaki uzorak slojevit reda 90/±45/90.Kada su dva ili tri uzorka stavljena jedan na drugi, to je učinjeno tako da se zadnji sloj jednog uzorka postavi pod uglom od 45° prema sljedećem sloju sljedećeg uzorka.

Kevlar listovi su podijeljeni i izrezani na listove veličine A4 kako bi se pripremili za spajanje pomoću preporučene epoksidne smole i učvršćivača.Uzorci su ostavljeni da se osuše.Uzorci su izrezani nakon što se smola stegnula i pričvrstila jedan za drugog te su stavljeni na mjesto za provođenje testova.

Balistički testovi su obavljeni korištenjem dvije različite vrste municije, odnosno pune metalne košuljice (FMJ) i šuplje tačke (JHP) kalibra 9 mm Parabellum (P ili skraćeno Para).Metoda koja se koristi za testiranje uzoraka je opisana u nastavku:

• 1)

• Postavljen je hronograf vatrenog oružja za mjerenje brzine metaka.Hronograf je bio postavljen 2 m od otvora vatrenog oružja kako bi se spriječilo da plamen otvora otvora daje neprecizna očitavanja.

• 2)

• Izvršen je osnovni test kako bi se odredila brzina metka direktno u balistički gel.Jednačina kinetičke energije
  E=(1/2)mv2

  je korišten za određivanje energije i udaljenosti prodiranja u balistički gel.

• 3)

• TheKevlaruzorci su zatim stavljeni ispred balističkog gela koji je bio 1 m udaljen od hronografa.Razlog za udaljenost od 1 m je repliciranje najgoreg scenarija u kojem je osoba ili predmet upucan sa male udaljenosti.

• 4)

• Uzorak je snimljen tako da je projektil prošao kroz hronograf kako bi se odredila njegova početna brzina.Nakon toga, uzorak se penetrira i projektil se uvlači u balistički gel.Brzine testova korištene su za dobivanje aprosječna brzinaočitavanje koje je korišteno za ažuriranje vrijednosti u koraku 2.

• 5)

• Izmjerena je i zabilježena udaljenost prodiranja u balistički gel.

• 6)

• Korak 2 je ponovljen za svaku vrstu municije korištene u testovima.Korak 3 do korak 5 ponovljen je za svaki uzorak kevlara.Test sa specifičnom municijom je ponovljen ako projektil nije putovao ravno unutar balističkog gela, ili ako je probio uzorak kevlara u području za koje se smatralo da nije strukturalno zdravo.

Sa troslojnim uzorcima, projektili Parabellum FMJ kalibra 9 mm išli su nešto manje u poređenju sa slučajem bez Kevlara.Projektili sa šupljom tačkom putovali su dalje u odnosu na kućište bez kevlara.Projektil Parabellum kalibra 9 mm (broj 4) nije se mnogo deformirao, ali je mesingani omotač počeo da trga projektil.

Testovi koji su sprovedeni sa 6 slojeva 160 GSM kevlara pokazali su da su projektili sa šupljom tačkom kalibra 9 mm Parabellum otišli dalje u poređenju sa testovima penetracije bez Kevlara sa projektilom broj 4 koji je prošao skoro istu udaljenost kao i FMJ projektil.

Sa 9 slojeva 160 GSM Kevlara, odgovarajuće udaljenosti prijeđene projektilima u gelu su pokazale da su projektili brojevi 1, 3 i 4 otišli dalje nakon što su prošli kroz 9 slojeva 160 GSM Kevlara, u poređenju sa projektilima ispaljenim u balistički gel (bez kevlara).

Testovi provedeni sa 12 slojeva 160 GSM kevlara pokazuju da svi projektili pokazuju trend smanjenja dubine prodiranja u odnosu na 9 slojeva.

Kao što se vidi uSlika 3, dubine prodiranja projektila fluktuiraju sa dubinom kako se broj slojeva povećava, a ipak se uočava smanjenje sa 9 na 12 slojeva u svim slučajevima.Uočeno je da su projektili sa šupljim vrhom probili slojeve kevlara i pri tome je šuplja tačka bila blokirana kevlarskim materijalom.Jednom kada ovi projektili sa šupljim vrhom stignu do balističkog gela, djeluju na isti način kao i FMJ projektili.Zbog gore navedenog razloga sa korišćenim uzorcima od kevlara, projektili su prodrli dalje u balistički gel u odnosu na testove izvedene bez kevlara.Tek kada su dovoljni slojevi Kevlara prodrli da apsorbuju dovoljno energije, projektil je pokazao karakteristike smanjenog prodora u balistički gel.Ova karakteristika je uočena u drugim testovima, s različitim težinama kevlara kako je prikazano u ovom radu.

3.4.200 GSMKevlar

Ispitivanja 200 GSM kevlara izvedena su sa uzorcima od 3, 6, 9, 12 i 15 slojeva.Kako se 200 GSM Kevlar najčešće koristi za pancire, odlučeno je da se izvedu testovi sa 15 slojeva.Rezultati prodiranja u balistički gel su prikazani uSlika 4.

Testovi sprovedeni sa 3 sloja 200 GSM Kevlara pokazuju da su projektili Parabellum FMJ kalibra 9 mm prošli kroz balistički gel i da su pređene udaljenosti u poređenju sa kućištem bez kevlara nisu smanjene.Projektili sa šupljim vrhom od 9 mm Parabellum ispali su kao što se očekivalo, a 9 mm Parabellum projektil broj 4 imao je mesingani omotač uvučen u balistički gel, ali se olovni projektil nastavio i zaustavio kao što je zabilježeno uSlika 4.

Sa 6 slojeva 200 GSM Kevlara, uočeno je da se udaljenost prodiranja projektila 1 u balistički gel smanjila, dok su projektili 2, 3 i 4 otišli dalje u balistički gel u poređenju sa kućištem bez kevlara.

Testovi sprovedeni sa 9 slojeva 200 GSM kevlara pokazuju da je projektil broj 2 otišao dalje u balistički gel u poređenju sa kućištem bez kevlara.Primijećeno je da su projektili 3 i 4 imali blokiran kevlar u šupljoj tački što je spriječilo da se pojavi kao pečurka.Projektili 3 i 4 su putovali dalje u balistički gel nakon što su probili 9 slojeva 200 GSM Kevlara u poređenju sa kućištem bez kevlara.

Testovima sprovedenim sa 12 slojeva 200 GSM kevlara uočeno je da su projektili Parabellum FMJ kalibra 9 mm, broj 1 i 2, nakon prodora imali ravniju glavu.Projektil broj 4, iako nije bio mnogo pečurki sa šupljim vrhom blokiranim kevlarom, bio je više spljošten u glavi.Projektil broj 3 nije bio mnogo pečurki, ali je bilo dokaza da je vrh glave deformisan.

Testovi sprovedeni sa 15 slojeva 200 GSM kevlara, imali su oba FMJ projektila koji su ukazivali na znake pečurke.Brojevi projektila 1 i 2 pokazuju smanjenje dubine prodiranja u balistički gel u poređenju sa kućištem bez kevlara.U ovom slučaju, projektili 3 i 4 su zaustavljeni slojevima kevlara.

Kao što se vidi uSlika 4, kada se uzmu u obzir prosjeci između tačaka, čini se da ukazuje na linearni gradijent opadajuće penetracije u balistički gel kada se postigne maksimum na približno 6 slojeva 200 GSM kevlara.200 GSM Kevlar pokazuje bolje performanse u odnosu na 160 GSM Kevlar, kako se i očekivalo.Na 15 slojeva 200 GSM Kevlara zaustavljeni su projektili broj 3 i 4, ali ne i projektili broj 1 i 2. Nakon prosječnog gradijenta, procjenjuje se da će projektili broj 1 i 2 biti zaustavljeni korištenjem eventualno 18 i 21 sloja 200 GSM Kevlar, respektivno.

• Testovi 400 GSM Kevlar su izvedeni na uzorcima od 3, 6, 9 i 12 slojeva, kao što pokazuju rezultati prikazani uSlika 5.

4. Analiza i diskusija o rezultatima

Slika 6prikazuje poređenje dubina prodora različitih projektila u 3 sloja od 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM kevlar.Kao što se vidi uSlika 6, sa projektilima šuplje tačke Parabellum kalibra 9 mm, 3 sloja 200 GSM kevlara zaustavila su projektile na najkraćoj udaljenosti.3 sloja od 400 GSM i 160 GSM Kevlar najviše su zaustavila projektile 1 i 2.

Slika 7,Slika 9ukazuju da ne postoje slične karakteristike sa različitim projektilima za dva različita broja slojeva sličnog GSM-a.Primjer je 12 slojeva od 200 GSM Kevlara i 6 slojeva od 400 GSM Kevlara.Oba ova uzorka imaju ukupno 2400 GSM Kevlara svaki.Kada se porede ova dva različita uzorka, oni ne smanjuju udaljenost projektila za sličan iznos.Slične korelacije i zaključci mogu se uočiti iz 3 sloja od 400 GSM kevlara i 6 slojeva od 200 GSM kevlara.Svaki od ovih slučajeva ima 1200 GSM uzoraka, ali nemaju slične karakteristike u rezultatima.

Prosječne krive za projektile 1 i 2, prikazane uSlika 4, ukazuju da bi se projektili zaustavili sa 6 i 7 umnožaka 3 sloja 200 GSM Kevlara, respektivno (tj. 18 i 21 slojem 200 GSM Kevlara).Postoji trend da otprilike udvostruči broj slojeva Kevlara koji je potreban, u poređenju sa stvarno oštećenim kevlarom za zaustavljanje projektila.Sa 18 i 21 slojem 200 GSM Kevlara, to će rezultirati da se projektili 1 i 2 zaustave u otprilike 9 i 10 slojeva Kevlara.Ovaj broj slojeva korelira s brojem slojeva kevlara koje sadrže komercijalno dostupni pancirci samo od kevlara.

Neke stavke za vašu referencu:

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

Videozapisi za vašu referencu:

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

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

5. Zaključci

Poređenja 160 GSM, 200 GSM i 400 GSMKevlarpod balističkim udarom rađeni su balističkim testovima obavljenim sa 9 mm parabelum municijom i različitim brojem slojeva kevlara.Uočeno je da nekoliko slojeva kevlara nije efikasno u zaustavljanju projektila, već prisiljava projektile da putuju dalje u balistički gel.Tek kada se poveća broj slojeva, uočeno je smanjenje prodiranja projektila u balistički gel.Razlog za ovaj vrhunac penetracije, posebno kod projektila sa šupljim vrhom, bio je zbog toga što se rupa ispunila kevlar materijalom i učinila da djeluje kao FMJ projektil.Slični prosječni negativni gradijenti uočeni su između FMJ projektila i projektila šuplje tačke, nakon što je dostignut maksimum.

Sumirajući doprinose ovog rada, može se zaključiti:

• 1)

• Ispitivana je efikasnost različitih slojeva kevlara od 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM premazanih balističkim gelom, te je utvrđeno da je 200 GSM Kevlar efikasniji za zaustavljanje projektila 9 mm Parabellum.

• 2)

• Utvrđeno je da ne postoji linearna veza između dva različita tipa kevlara različite težine (kao što su 200 GSM i 400 GSM kevlar), slojevitih na takav način da imaju istu kombinovanu težinu.

• 3)

• Ispitana su četiri različita tipa 9 mm parabellum municije, a za različite slojeve kevlara utvrđene su njihove dubine prodiranja u balistički gel.

• 4)

• Procijenjeno je da je za parabellum municiju kalibra 9 mm, koja se najčešće koristi u svijetu, potreban minimum 21 sloj 200 GSM kevlara za zaustavljanje projektila.Predlaže se da se, kao mera predostrožnosti, uključi dodatni faktor sigurnosti jer prodor zavisi i od profila projektila.

Na osnovu gore prikazanih rezultata za karakteristike slojeva kevlara različite težine, nadamo se da se ove karakteristike mogu koristiti za razvoj i dizajn sigurnih i efikasnih pancira.

Opći trend da je potrebna dvostruka količina slojeva kevlara u odnosu na stvarnu količinu oštećenih slojeva, vrijedilo bi istražiti u daljnjim istraživanjima s različitom municijom.Buduća istraživanja bi također mogla ukazati na učinak penetracije koji projektili manjeg kalibra i municija imaju na kevlar u odnosu na 9 mm Para municiju.Slično tome, buduća istraživanja će moći identificirati kako različita municija i projektili prodiru u 200 GSM kevlar, kao što je kevlar koji se koristi samo u pancirima.Sa karakteristikama uočenim kod projektila sa šupljim vrhom koji prodiru dublje u balistički gel, nakon što je šuplja tačka blokirana kevlarom, buduća istraživanja bi omogućila da se identifikuje da li bi se sličan efekat doživeo u scenariju u kojem projektil prodire u odeću, pre nego što prodre u meso. .

Priznanja

Istraživanje je djelimično finansirano od straneNacionalna istraživačka fondacija.Sljedećim kompanijama i pojedincima se odaje priznanje za njihovu pomoć, usmjeravanje i korištenje njihovih objekata, po abecednom redu: Borrie Bornman, John Evans, Centar za procjenu i obuku vatrenog oružja (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (trgovac vatrenim oružjem i oružar);www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), Farma doline rijeke i rezervat prirode (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Marc Lee, David i Natasha Robert, Simms Arms (+27 39 315 6390;https://www.simmsarms.co.za;simmscraig@msn.com), Operacije Southern Sky (+27 31 579 4141;www.skyops.co.za;mike@skyops.co.za), Louis i Leonie Stopforth.Treba napomenuti da mišljenja autora u ovom radu nisu nužno mišljenja gore navedenih kompanija, organizacija i pojedinaca.Autori nisu dobili finansijsku dobit za obavljena ispitivanja.