Forsvarsteknologi - Eksperimentel undersøgelse af skudsikringsevner af Kevlar, af forskellige vægte og antal lag, med 9 mm projektiler

2.1.Ballistisk gel

Den ballistiske gel var lavet af uaromatiseret gelatine.Densiteten og konsistensen af ​​gelen skal være den samme som den, der anvendes af Federal Bureau of Investigation (FBI).For at opnå samme konsistens skal instruktionerne i Ref.[30] blev fulgt, og det er blevet testet i forhold til standarderne beskrevet i Ref.[31].

8 kopper (250 ml) gelatinepulver uden smag (ca. 1,25 kg) blandes med 8 L vand (1 del gelatine for hver 4 dele vand), indtil alt pulveret er opløst.Efter at opløsningen var hældt i beholderne (2 × 5 L beholdere blev brugt til ovenstående blanding), blev 5 dråber æterisk olie (æterisk olie fra kanelblade) hældt over opløsningen og forsigtigt omrørt i den.Årsagen til den æteriske olie er at tillade boblerne i opløsningen at forsvinde og give den ballistiske gel en forbedret lugt.Opløsningen sættes i beholderne, der er placeret i køleskabet.Den ballistiske gel var klar til at blive brugt 36 timer efter den var lavet, og derefter blev den pakket ind i cellofanindpakning.En video, der viser detaljerne til fremstilling af den ballistiske gel, er tilgængelig frahttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Densiteten af ​​den ballistiske gel blev beregnet til 996 km/m3(99,6 % af vandtætheden).Den gennemsnitlige tæthed af menneskeligt blod, fedt og muskler [32], som er konsistensen af ​​menneskekødet, er 1004 kg/m3.En forskel på 0,8 % i tæthederne anses for at være acceptabel for den ballistiske gel til at replikere kødet af en menneskekrop.

2.2.Kevlar prøver

Tre vægte af Kevlar-stof blev brugt i testene, nemlig 160 GSM, 200 GSM og 400 GSM.Da Kevlar kan bruges som et vævet materiale, kan den højeste styrke af materialet udnyttes i en 0-90 orientering.Prøverne blev stablet med en -45/+45 (kvasi-isotropisk) orientering, som absorberer mere energi ved stød end 0-90 orienteringer stablet på hinanden [33].Prøverne, der blev brugt i testene, blev lavet i multipla af 3 lag, hvor hver prøve var lagdelt i størrelsesordenen 90/±45/90.Når to eller tre prøver blev placeret oven på hinanden, blev det gjort sådan, at det sidste lag af en prøve blev placeret ved 45° til det næste lag af den næste prøve.

Kevlar-arkene blev delt og skåret i ark i A4-størrelse for at forberede dem til at blive bundet sammen med den anbefalede epoxyharpiks og hærder.Prøverne blev efterladt til tørre.Prøverne blev skåret efter, at harpiksen var størknet og boltet til hinanden og blev anbragt på plads til testene, der skulle udføres.

Ballistiske tests blev udført ved hjælp af to forskellige slags ammunition, nemlig fuld metalkappe (FMJ) og kappet hulspids (JHP) af 9 mm Parabellum (P eller Para for kort) kaliber.Metoden, der bruges til at teste prøverne, er beskrevet nedenfor:

• 1)

• En skydevåbenkronograf blev sat op til at måle kuglehastigheder.Kronografen blev placeret 2 m fra mundingen af ​​skydevåbnene for at forhindre mundingsflammen i at give unøjagtige aflæsninger.

• 2)

• En basislinjetest blev udført for at bestemme kuglehastigheden direkte ind i den ballistiske gel.Den kinetiske energiligning
  E=(1/2)mv2

  blev brugt til at bestemme energien og afstanden til penetration i den ballistiske gel.

• 3)

• DetKevlarprøver blev derefter placeret foran den ballistiske gel, og denne blev placeret 1 m væk fra kronografen.Årsagen til afstanden på 1 m er at gentage det værst tænkelige scenarie, hvor en person eller genstand bliver skudt på kort afstand.

• 4)

• Prøven blev skudt med projektilet gennem kronografen for at bestemme dens begyndelseshastighed.Herefter penetreres prøven, og projektilet anbringes i den ballistiske gel.Hastighederne af testene blev brugt til at opnå engennemsnitshastighedlæsning, som blev brugt til at opdatere værdierne i trin 2.

• 5)

• Indtrængningsafstanden i den ballistiske gel blev målt og registreret.

• 6)

• Trin 2 blev gentaget for hver type ammunition, der blev brugt i testene.Trin 3 til trin 5 blev gentaget for hver Kevlar-prøve.En test med specifik ammunition blev gentaget, hvis projektilet ikke bevægede sig lige inden i den ballistiske gel, eller hvis det penetrerede Kevlar-prøven i et område, der blev anset for ikke at være strukturelt forsvarligt.

Med 3-lagsprøverne rejste 9 mm Parabellum FMJ-projektilerne lidt mindre i forhold til tilfældet uden Kevlar.De hule spidsprojektiler rejste længere i forhold til tilfældet uden Kevlar.9 mm Parabellum-projektilet (nummer 4) deformerede sig ikke meget, men messingkappen begyndte at rive projektilet af.

Testene, der blev udført med 6 lag 160 GSM Kevlar indikerede, at 9 mm Parabellum hulpunktsprojektilerne gik længere sammenlignet med ingen Kevlar-gennemtrængningsforsøg med projektil nummer 4, der gik næsten samme afstand som et FMJ-projektil.

Med de 9 lag af 160 GSM Kevlar viste de tilsvarende afstande tilbagelagt af projektilerne i gelen, at projektil nummer 1, 3 og 4 gik længere, efter at det gik gennem de 9 lag af 160 GSM Kevlar, sammenlignet med projektilerne skudt ind i ballistisk gel (ingen Kevlar).

Testene udført med 12 lag 160 GSM Kevlar viser, at alle projektiler viser en faldende tendens til indtrængningsdybde sammenlignet med 9 lag.

Som det ses iFig. 3, penetrationsdybderne af projektilerne svinger med dybden, når antallet af lag stiger, men alligevel observeres et fald fra 9 til 12 lag i alle tilfælde.Det blev observeret, at hulspidsprojektilerne penetrerede Kevlar-lagene, og i processen blev hulspidsen blokeret med Kevlar-materialet.Når først disse hule punktprojektiler når den ballistiske gel, fungerer de på samme måde som et FMJ-projektil.På grund af den ovennævnte årsag med de anvendte Kevlar-prøver, trængte projektilerne længere ind i den ballistiske gel sammenlignet med de test, der blev udført uden Kevlar.Først når tilstrækkelige lag af Kevlar var gennemtrængt til at absorbere tilstrækkelig energi, viste projektilet karakteristika af en nedsat penetration i den ballistiske gel.Denne egenskab blev observeret i de andre test, med de forskellige vægte Kevlar som præsenteret i dette papir.

3.4.200 GSMKevlar

De 200 GSM Kevlar-test blev udført med prøver på 3, 6, 9, 12 og 15 lag.Da 200 GSM Kevlar almindeligvis bruges til skudsikre veste, blev det besluttet at udføre test med 15 lag.Resultaterne af penetrationen i den ballistiske gel er vist iFig. 4.

Testene udført med 3 lag 200 GSM Kevlar viser, at 9 mm Parabellum FMJ projektilerne gik gennem den ballistiske gel, og de afstande, de tilbagelagde i sammenligning med tilfældet uden Kevlar, blev ikke reduceret.De 9 mm Parabellum hulspidsprojektiler sprang ud som forventet, og 9 mm Parabellum projektil nummer 4 fik messingkappen sat ind i den ballistiske gel, men blyprojektilet fortsatte og stoppede som registreret iFig. 4.

Med 6 lag af 200 GSM Kevlar blev det observeret, at gennemtrængningsafstanden af ​​projektil 1 ind i den ballistiske gel faldt, mens projektilerne 2, 3 og 4 gik længere ind i den ballistiske gel sammenlignet med tilfældet uden Kevlar.

Testene udført med 9 lag af 200 GSM Kevlar viser, at projektil nummer 2 rejste længere ind i den ballistiske gel sammenlignet med tilfældet uden Kevlar.Det blev observeret, at projektil 3 og 4 havde Kevlar blokeret i den hule spids, hvilket forhindrede det i at danne svamp.Projektil 3 og 4 rejste længere ind i den ballistiske gel efter at have penetreret 9 lag af 200 GSM Kevlar sammenlignet med no Kevlar tilfældet.

Med testene udført med 12 lag 200 GSM Kevlar, blev det observeret, at 9 mm Parabellum FMJ projektiler, nummer 1 og 2, havde et fladere hoved efter penetrering.Projektil nummer 4, selvom det ikke var svampet meget med den hule spids blokeret med Kevlar, blev mere fladtrykt i hovedet.Projektil nummer 3 svampede ikke meget, men der var tegn på, at spidsen af ​​hovedet var deformeret.

Testene udført med 15 lag 200 GSM Kevlar havde begge FMJ-projektiler, der indikerede tegn på svampedannelse.Projektil nummer 1 og 2 viser et fald i indtrængningsdybden i den ballistiske gel sammenlignet med tilfældet uden Kevlar.I det foreliggende tilfælde blev projektil 3 og 4 stoppet af Kevlar-lagene.

Som det ses iFig. 4Når gennemsnittet mellem punkterne tages i betragtning, synes det at indikere en lineær gradient af faldende indtrængning i den ballistiske gel, når en top ved ca. 6 lag af 200 GSM Kevlar er nået.200 GSM Kevlar viser en bedre ydeevne i forhold til 160 GSM Kevlar, som forventet.Ved 15 lag af 200 GSM Kevlar er projektil nummer 3 og 4 blevet stoppet, men ikke projektil nummer 1 og 2. Efter den gennemsnitlige gradient er det estimeret, at projektil nummer 1 og 2 vil blive stoppet ved brug af muligvis 18 og 21 lag af 200 GSM Kevlar hhv.

• De 400 GSM Kevlar-test blev udført ved hjælp af prøver af 3, 6, 9 og 12 lag, som angivet af resultaterne vist iFig. 5.

4. Analyse og diskussion af resultater

Fig. 6viser sammenligningen af ​​penetrationsdybder af forskellige projektiler i 3 lag af 160 GSM, 200 GSM og 400 GSM Kevlar.Som det ses iFig. 6, med 9 mm Parabellum hulpunktsprojektiler stoppede 3 lag 200 GSM Kevlar projektilerne på den korteste afstand.3 lag af 400 GSM og 160 GSM Kevlar stoppede hhv projektil 1 og 2 mest.

Fig. 7,Fig. 9angiver, at der ikke er lignende karakteristika med forskellige projektiler for to forskellige antal lag af lignende GSM.Et eksempel er 12 lag 200 GSM Kevlar og 6 lag 400 GSM Kevlar.Begge disse prøver har i alt 2400 GSM Kevlar hver.Når man sammenligner disse to forskellige prøver, reducerer de ikke projektilernes afstand med en tilsvarende mængde.Lignende korrelationer og konklusioner kan observeres fra 3 lag af 400 GSM Kevlar og 6 lag af 200 GSM Kevlar.Hver af disse sager har 1200 GSM-prøver, men har ikke lignende karakteristika i resultaterne.

Gennemsnitskurver for projektil 1 og 2, vist iFig. 4, angiver, at projektilerne ville stoppe med henholdsvis 6 og 7 multipla af 3 lag af 200 GSM Kevlar (dvs. 18 og 21 lag af 200 GSM Kevlar).Der er en tendens, der omtrent fordobler antallet af lag Kevlar, som er nødvendigt i forhold til den faktiske beskadigede Kevlar for at stoppe projektilerne.Med 18 og 21 lag af 200 GSM Kevlar, vil det resultere i, at projektilerne 1 og 2 stopper i cirka 9 og 10 lag Kevlar.Dette antal lag korrelerer med antallet af lag Kevlar, som kommercielt tilgængelige Kevlar-kun skudsikre veste indeholder.

Nogle elementer til din reference:

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

Videoer til din reference:

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

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

5. Konklusioner

Sammenligninger af 160 GSM, 200 GSM og 400 GSMKevlarunder ballistisk påvirkning er blevet lavet med de ballistiske test udført med 9 mm Parabellum ammunition og med forskelligt antal Kevlar lag.Det blev observeret, at et par lag Kevlar ikke er effektive til at stoppe projektilerne, men snarere tvinger projektilerne til at rejse længere ind i den ballistiske gel.Først når antallet af lag er øget, blev faldet i projektilpenetrationen i den ballistiske gel observeret.Årsagen til denne top i penetration, især med hulspidsprojektiler, skyldtes, at hullet blev fyldt op med Kevlar-materiale og fik det til at fungere som et FMJ-projektil.Lignende gennemsnitlige negative gradienter blev observeret mellem FMJ og hulpunktsprojektiler, når toppen er nået.

Ved at opsummere bidragene fra denne artikel kan det konkluderes:

• 1)

• Effektiviteten af ​​forskellige lag af 160 GSM, 200 GSM og 400 GSM kvaliteter af Kevlar lagdelt med ballistisk gel blev undersøgt, og det blev fundet, at 200 GSM Kevlar var mere effektivt til at stoppe et 9 mm Parabellum projektil.

• 2)

• Det blev fundet, at der ikke er nogen lineær sammenhæng mellem to forskellige typer Kevlar med forskellige vægte (såsom 200 GSM og 400 GSM Kevlar), lagdelt på en sådan måde, at de har den samme kombinerede vægt.

• 3)

• Fire forskellige typer af 9 mm Parabellum ammunition blev testet, og deres penetrationsdybder i den ballistiske gel blev identificeret for forskellige lag af Kevlar.

• 4)

• Det blev vurderet, at for en 9 mm Parabellum ammunition, som er mest almindeligt anvendt rundt om i verden, kræves der som minimum 21 lag 200 GSM Kevlar for at stoppe projektilet.Det foreslås, at der som en sikkerhedsforanstaltning medtages en ekstra sikkerhedsfaktor, da gennemtrængningen også afhænger af projektilprofilen.

Baseret på resultaterne præsenteret ovenfor for egenskaberne af Kevlar-lag af forskellig vægt, er det håbet, at disse egenskaber kan bruges til at udvikle og designe sikre og effektive skudsikre veste.

Den generelle tendens til, at der kræves dobbelt så mange lag af Kevlar sammenlignet med den faktiske mængde af beskadigede lag, ville være umagen værd at udforske i yderligere forskning med forskellig ammunition.Fremtidig forskning vil også kunne indikere den penetrationseffekt, som projektiler og ammunition af mindre kaliber har på Kevlar sammenlignet med 9 mm Para-ammunition.Tilsvarende vil fremtidig forskning være i stand til at identificere, hvordan forskellig ammunition og projektiler penetrerer 200 GSM Kevlar, såsom Kevlar, der kun bruges i skudsikre veste.Med de karakteristika, der er observeret med hulspidsprojektiler, der trænger dybere ind i den ballistiske gel, efter at hulspidsen er blokeret med Kevlar, vil fremtidig forskning gøre det muligt at identificere, om en lignende effekt ville opleves i et scenarie, hvor projektilet trængte ind i tøjet, før det trængte ind i kødet .

Anerkendelser

Forskningen er delvist finansieret afDanmarks Forskningsfond.Følgende virksomheder og enkeltpersoner er anerkendt for deres assistance, vejledning og brug af deres faciliteter, i alfabetisk rækkefølge: Borrie Bornman, John Evans, Firearm Competency Assessment and Training Center (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (Våbenhandler og Våbensmed;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 og Natasha Robert, 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 og Leonie Stopforth.Det skal bemærkes, at meningerne fra forfatterne i dette papir ikke nødvendigvis er meninger fra de virksomheder, organisationer og enkeltpersoner, der er nævnt ovenfor.Forfatterne fik ingen økonomisk gevinst for de udførte tests.