Obranná technologie – experimentální studie neprůstřelných schopností kevlaru, různé hmotnosti a počtu vrstev, s 9 mm projektily

2.1.Balistický gel

Balistický gel byl vyroben z neochucené želatiny.Hustota a konzistence gelu musí být stejná jako u Federálního úřadu pro vyšetřování (FBI).Pro dosažení stejné konzistence jsou pokyny uvedené v č.j.[30] byly dodrženy a byl testován podle norem popsaných v č.j.[31].

8 šálků (250 ml) neochuceného želatinového prášku (přibližně 1,25 kg) se smíchá s 8 l vody (1 díl želatiny na 4 díly vody), dokud se veškerý prášek nerozpustí.Po nalití roztoku do nádob (na výše uvedenou směs byly použity nádoby 2 × 5 l) bylo na roztok nalito 5 kapek esenciálního oleje (silice z listů skořice) a jemně do něj vmícháno.Důvodem esenciálního oleje je umožnit rozptýlení bublinek v roztoku a dodat balistickému gelu lepší vůni.Roztok se ukládá do nádob umístěných v lednici.Balistický gel byl připraven k použití 36 hodin po vyrobení a poté byl zabalen do celofánového obalu.Video s podrobnostmi o výrobě balistického gelu je k dispozici nahttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Hustota balistického gelu byla vypočtena jako 996 km/m3(99,6 % hustoty vody).Průměrná hustota lidské krve, tuku a svalů [32], což je konzistence lidského masa, je 1004 kg/m3.Rozdíl 0,8 % v hustotách se považuje za přijatelný pro balistický gel pro replikaci masa lidského těla.

2.2.Kevlar Vzorky

V testech byly použity tři hmotnosti kevlarové tkaniny, a to 160 GSM, 200 GSM a 400 GSM.Vzhledem k tomu, že Kevlar lze použít jako tkaný materiál, lze nejvyšší pevnost materiálu použít v orientaci 0–90.Vzorky byly naskládány s orientací −45/+45 (kvaziizotropní), která absorbuje více energie při nárazu než 0–90 orientací naskládaných na sebe [33].Vzorky, které byly použity v testech, byly vyrobeny v násobcích 3 vrstev, kde každý vzorek byl navrstven v řádu 90/±45/90.Když byly dva nebo tři vzorky umístěny na sebe, bylo to provedeno tak, že poslední vrstva jednoho vzorku byla umístěna pod úhlem 45° k další vrstvě dalšího vzorku.

Kevlarové desky byly rozděleny a nařezány na listy velikosti A4, aby byly připraveny ke spojení pomocí doporučené epoxidové pryskyřice a tvrdidla.Vzorky byly ponechány zaschnout.Vzorky byly odříznuty poté, co pryskyřice ztuhla, a vzájemně sešroubovány a byly umístěny do polohy pro provedení zkoušek.

Balistické testy byly provedeny s použitím dvou různých druhů munice, a to celokovového pláště (FMJ) a plášťového dutého hrotu (JHP) ráže 9 mm Parabellum (zkráceně P nebo Para).Metoda použitá k testování vzorků je popsána dále:

• 1)

• Pro měření rychlosti střely byl zřízen chronograf střelné zbraně.Chronograf byl umístěn 2 m od ústí zbraně, aby se zabránilo plameni ústí, aby poskytoval nepřesné údaje.

• 2)

• Pro stanovení rychlosti střely přímo do balistického gelu byl proveden základní test.Rovnice kinetické energie
  E=(1/2)mv2

  byla použita ke stanovení energie a vzdálenosti průniku do balistického gelu.

• 3)

• TheKevlarvzorky byly poté umístěny před balistický gel a ten byl umístěn 1 m od chronografu.Důvodem pro vzdálenost 1 m je replikace nejhoršího scénáře, kdy je osoba nebo předmět zastřelen na blízkou vzdálenost.

• 4)

• Vzorek byl vystřelen projektilem procházejícím chronografem, aby se určila jeho počáteční rychlost.Poté je vzorek penetrován a střela je uložena v balistickém gelu.Rychlosti testů byly použity k získání anprůměrná rychlostčtení, které bylo použito k aktualizaci hodnot v kroku 2.

• 5)

• Byla měřena a zaznamenána vzdálenost průniku do balistického gelu.

• 6)

• Krok 2 byl opakován pro každý typ munice použité v testech.Kroky 3 až krok 5 byly opakovány pro každý vzorek kevlaru.Test se specifickou municí se opakoval, pokud střela neprošla balistickým gelem přímo nebo pokud pronikla kevlarovým vzorkem v oblasti, která nebyla považována za strukturálně v pořádku.

U třívrstvých vzorků se 9mm projektily Parabellum FMJ pohybovaly o něco méně ve srovnání s pouzdrem bez kevlaru.Projektily s dutým hrotem putovaly dále ve srovnání s pouzdrem bez kevlaru.Střela 9 mm Parabellum (číslo 4) se příliš nezdeformovala, ale mosazný plášť začal střelu trhat.

Testy, které byly provedeny se 6 vrstvami 160 GSM kevlaru, ukázaly, že 9 mm projektily s dutým hrotem Parabellum šly dále ve srovnání s žádnými testy průniku kevlarem, přičemž projektil číslo 4 šel téměř na stejnou vzdálenost jako projektil FMJ.

S 9 vrstvami 160 GSM Kevlaru odpovídající vzdálenosti uražené projektily v gelu ukázaly, že projektil číslo 1, 3 a 4 šel dále poté, co prošel 9 vrstvami 160 GSM Kevlaru, ve srovnání s projektily vystřelenými do balistických střel. gel (žádný kevlar).

Testy provedené s 12 vrstvami 160 GSM Kevlaru ukazují, že všechny projektily vykazují klesající trend hloubky průniku ve srovnání s 9 vrstvami.

Jak je vidět vObr, hloubka průniku střel kolísá s hloubkou, jak se zvyšuje počet vrstev, přesto je ve všech případech pozorován pokles z 9 na 12 vrstev.Bylo pozorováno, že projektily s dutým hrotem pronikly kevlarovými vrstvami a při tom byl dutý hrot zablokován kevlarovým materiálem.Jakmile tyto projektily s dutým hrotem dosáhnou balistického gelu, fungují stejným způsobem jako projektily FMJ.Z výše uvedeného důvodu u použitých kevlarových vzorků střely pronikly dále do balistického gelu ve srovnání s testy provedenými bez kevlaru.Pouze jakmile byly proraženy dostatečné vrstvy kevlaru, aby absorbovaly dostatečnou energii, střela vykazovala charakteristiky snížené penetrace do balistického gelu.Tato charakteristika byla pozorována v dalších testech s různými hmotnostmi kevlaru, jak je uvedeno v tomto článku.

3.4.200 GSMKevlar

200 testů GSM Kevlaru bylo provedeno se vzorky 3, 6, 9, 12 a 15 vrstev.Protože se pro neprůstřelné vesty běžně používá 200 GSM Kevlar, bylo rozhodnuto provést testy s 15 vrstvami.Výsledky průniku do balistického gelu jsou uvedeny vObr.

Testy provedené se 3 vrstvami 200 GSM Kevlaru ukázaly, že 9 mm projektily Parabellum FMJ prošly balistickým gelem a vzdálenosti, které urazily ve srovnání s bezkevlarovým pouzdrem, nebyly zkráceny.9 mm projektily s dutým hrotem Parabellum se roztáhly podle očekávání a 9 mm projektil Parabellum číslo 4 měl mosazný plášť uložený v balistickém gelu, přesto olověný projektil pokračoval a zastavil se, jak bylo zaznamenáno vObr.

U 6 vrstev 200 GSM Kevlaru bylo pozorováno, že vzdálenost průniku střely 1 do balistického gelu se zmenšila, zatímco střely 2, 3 a 4 šly dále do balistického gelu ve srovnání s pouzdrem bez kevlaru.

Testy provedené s 9 vrstvami 200 GSM Kevlaru ukazují, že projektil číslo 2 putoval dále do balistického gelu ve srovnání s pouzdrem bez kevlaru.Bylo pozorováno, že projektily 3 a 4 měly kevlar zablokovaný v dutém hrotu, což jim bránilo v houbovitém pohybu.Projektily 3 a 4 putovaly dále do balistického gelu poté, co pronikly 9 vrstvami 200 GSM kevlaru ve srovnání s pouzdrem bez kevlaru.

Při testech prováděných s 12 vrstvami 200 GSM Kevlaru bylo pozorováno, že 9 mm projektily Parabellum FMJ, číslo 1 a 2, měly po průniku plošší hlavu.Projektil číslo 4, i když s dutým hrotem zablokovaným kevlarem nebyl příliš hubovitý, byl v hlavě více zploštělý.Střela číslo 3 nebyla příliš houbová, ale bylo vidět deformaci špičky hlavy.

Testy provedené s 15 vrstvami 200 GSM Kevlaru, měly oba FMJ projektily indikující známky houbaření.Projektil číslo 1 a 2 ukazuje snížení hloubky průniku do balistického gelu ve srovnání s pouzdrem bez kevlaru.V tomto případě byly střely 3 a 4 zastaveny kevlarovými vrstvami.

Jak je vidět vObrKdyž jsou uvažovány průměry mezi body, zdá se, že nastává lineární gradient klesajícího pronikání do balistického gelu, jakmile bylo dosaženo vrcholu přibližně v 6 vrstvách 200 GSM Kevlaru.Kevlar 200 GSM vykazuje podle očekávání lepší výkon ve srovnání s kevlarem 160 GSM.Na 15 vrstvách 200 GSM kevlaru byly zastaveny střely číslo 3 a 4, ale střely číslo 1 a 2 nikoli. Podle průměrného gradientu se odhaduje, že střely číslo 1 a 2 budou zastaveny pomocí možná 18 a 21 vrstev 200 GSM Kevlar, resp.

• 400 GSM kevlarových testů bylo provedeno s použitím vzorků 3, 6, 9 a 12 vrstev, jak naznačují výsledky uvedené vObr.

4. Analýza a diskuse výsledků

Obrukazuje srovnání hloubek průniku různých střel do 3 vrstev 160 GSM, 200 GSM a 400 GSM Kevlar.Jak je vidět vObr, s 9 mm projektily s dutým hrotem Parabellum, 3 vrstvy 200 GSM Kevlaru zastavily projektily v nejkratší vzdálenosti.3 vrstvy 400 GSM a 160 GSM Kevlar nejvíce zastavily střely 1 a 2, resp.

Obr. 7,Obr. 9ukazují, že neexistují žádné podobné charakteristiky s různými projektily pro dva různé počty vrstev podobného GSM.Příkladem je 12 vrstev 200 GSM Kevlar a 6 vrstev 400 GSM Kevlar.Oba tyto vzorky mají celkem 2400 GSM Kevlar každý.Při porovnání těchto dvou různých vzorků nezmenšují vzdálenost střel o podobnou hodnotu.Podobné korelace a závěry lze pozorovat ze 3 vrstev 400 GSM Kevlaru a 6 vrstev 200 GSM Kevlaru.Každý z těchto případů má 1200 vzorků GSM, ale ve výsledcích nemají podobné charakteristiky.

Průměrné křivky pro střely 1 a 2, uvedené vObr, naznačují, že střely by se zastavily s 6 a 7 násobky 3 vrstev 200 GSM kevlaru, v tomto pořadí (tj. 18 a 21 vrstev 200 GSM kevlaru).Existuje trend přibližně zdvojnásobit počet vrstev kevlaru, které jsou potřeba ve srovnání se skutečně poškozeným kevlarem k zastavení střel.S 18 a 21 vrstvami 200 GSM kevlaru to povede k tomu, že střely 1 a 2 se zastaví v přibližně 9 a 10 vrstvách kevlaru.Tento počet vrstev koreluje s počtem vrstev kevlaru, které obsahují komerčně dostupné pouze kevlarové neprůstřelné vesty.

Některé položky pro vaši referenci:

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

Videa pro vaši referenci:

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

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

5. Závěry

Srovnání 160 GSM, 200 GSM a 400 GSMKevlarpři balistickém nárazu byly provedeny balistické testy provedené s municí 9 mm Parabellum as různým počtem kevlarových vrstev.Bylo pozorováno, že několik vrstev Kevlaru není účinných při zastavení projektilů, ale spíše nutí projektily cestovat dále do balistického gelu.Teprve po zvýšení počtu vrstev byl pozorován pokles průniku střely do balistického gelu.Důvodem této špičky v průbojnosti, zejména u projektilů s dutým hrotem, bylo zaplnění otvoru kevlarovým materiálem a způsobilo, že fungoval jako projektil FMJ.Podobné zprůměrované negativní gradienty byly pozorovány mezi FMJ a projektily s dutým hrotem, jakmile bylo dosaženo vrcholu.

Shrneme-li příspěvky tohoto příspěvku, lze dojít k závěru:

• 1)

• Byla zkoumána účinnost různých vrstev kevlaru 160 GSM, 200 GSM a 400 GSM povrstvených balistickým gelem a bylo zjištěno, že 200 GSM Kevlar byl účinnější pro zastavení 9 mm projektilu Parabellum.

• 2)

• Bylo zjištěno, že neexistuje žádný lineární vztah mezi dvěma různými typy kevlaru s různou hmotností (jako je 200 GSM a 400 GSM Kevlar), navrstvenými tak, že mají stejnou kombinovanou hmotnost.

• 3)

• Byly testovány čtyři různé typy munice Parabellum ráže 9 mm a pro různé vrstvy kevlaru byly identifikovány jejich hloubky průniku do balistického gelu.

• 4)

• Bylo vyhodnoceno, že pro munici 9 mm Parabellum, která se nejčastěji používá po celém světě, je k zastavení střely zapotřebí minimálně 21 vrstev 200 GSM Kevlaru.Jako bezpečnostní opatření se doporučuje zahrnout další bezpečnostní faktor, protože průbojnost závisí také na profilu střely.

Na základě výše uvedených výsledků pro charakteristiky kevlarových vrstev různé hmotnosti lze doufat, že tyto vlastnosti mohou být použity k vývoji a návrhu bezpečných a účinných neprůstřelných vest.

Obecný trend, že je potřeba zdvojnásobit množství vrstev kevlaru ve srovnání se skutečným množstvím poškozených vrstev, by stálo za to prozkoumat v dalším výzkumu s jinou municí.Budoucí výzkum by také mohl naznačit průrazný účinek, který mají na Kevlar střely a munice menší ráže ve srovnání s 9 mm Para municí.Podobně bude budoucí výzkum schopen identifikovat, jak různé střelivo a projektily pronikají 200 GSM kevlarem, jako je kevlar používaný pouze v neprůstřelných vestách.S vlastnostmi pozorovanými u projektilů s dutým hrotem pronikajícím hlouběji do balistického gelu, poté, co je dutý hrot zablokován kevlarem, by budoucí výzkum umožnil identifikovat, zda by k podobnému účinku došlo ve scénáři, kdy projektil pronikl oblečením předtím, než pronikne tělem. .

Poděkování

Výzkum částečně financovalNárodní výzkumná nadace.Následující společnosti a jednotlivci jsou poděkováni za jejich pomoc, vedení a používání jejich zařízení v abecedním pořadí: Borrie Bornman, John Evans, Centrum pro hodnocení a výcvik střelných kompetencí (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (prodejce střelných zbraní a puškař;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), River Valley Farm & Nature Reserve (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Marc Lee, David a Natasha Robertovi, 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), Louis a Leonie Stopforthovi.Je třeba poznamenat, že názory autorů v tomto příspěvku nemusí být nutně názory společností, organizací a jednotlivců zmíněných výše.Autoři za provedené testy nezískali žádný finanční zisk.