טכנולוגיית הגנה——מחקר ניסיוני של יכולות הגנת כדורים של קוולר, של משקלים ומספר שכבות שונים, עם קליעים של 9 מ"מ

2.1.ג'ל בליסטי

הג'ל הבליסטי היה עשוי מג'לטין ללא טעם.הצפיפות והעקביות של הג'ל צריכות להיות זהות לאלו המשמשות את הבולשת הפדרלית (FBI).כדי להשיג את אותה עקביות, הוראות שניתנו ב-Ref.[30] נבדקו והוא נבדק כנגד התקנים המתוארים ב-Ref.[31].

8 כוסות (250 מ"ל) של אבקת ג'לטין ללא טעם (כ-1.25 ק"ג) מערבבים עם 8 ליטר מים (חלק ג'לטין על כל 4 חלקי מים) עד שכל האבקה נמסה.לאחר שפיכת התמיסה לתוך המיכלים (לתערובת הנ"ל השתמשו במיכלים של 2×5 ליטר), שפכו על התמיסה 5 טיפות שמן אתרי (שמן אתרי עלי קינמון) וערבבו לתוכה בעדינות.הסיבה לשמן האתרי היא לאפשר לבועות בתמיסה להתפוגג, ולהעניק לג'ל הבליסטי ריח משופר.התמיסה נקבעת במיכלים המונחים במקרר.הג'ל הבליסטי היה מוכן לשימוש 36 שעות לאחר הכנתו ולאחר מכן הוא נעטף בעטיפת צלופן.סרטון המראה את הפרטים להכנת הג'ל הבליסטי זמין מhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

צפיפות הג'ל הבליסטי חושבה כ-996 ק"מ למטר3(99.6% מצפיפות המים).הצפיפות הממוצעת של דם אנושי, שומן ושריר [32], שהיא העקביות של בשר האדם, היא 1004 ק"ג/מ"ר3.הבדל של 0.8% בצפיפות נחשב כמקובל עבור הג'ל הבליסטי לשכפל בשר של גוף אנושי.

2.2.קוולר דגימות

בבדיקות נעשה שימוש בשלוש משקלים של בד Kevlar, כלומר 160 GSM, 200 GSM ו-400 GSM.מכיוון שניתן להשתמש ב-Kevlar כחומר ארוג, ניתן היה להשתמש בחוזק הגבוה ביותר של החומר בכיוון של 0-90.הדגימות נערמו עם כיוון 45/+45 (קוואזי-איזוטרופי) אשר סופג יותר אנרגיה בהשפעה מאשר 0-90 כיוונים מוערמים זה על זה [33].הדגימות ששימשו בבדיקות נעשו בכפולות של 3 שכבות כאשר כל דגימה הייתה מרובדת בסדר גודל של 90/±45/90.כאשר שתיים או שלוש דגימות הונחו זו על גבי זו, זה נעשה כך שהשכבה האחרונה של דגימה אחת הונחה ב-45° לשכבה הבאה של הדגימה הבאה.

יריעות ה-Kevlar חולקו וחתכו ליריעות בגודל A4 כדי להכין אותן לחיבור יחד באמצעות שרף האפוקסי וההקשה המומלצים.הדגימות הושארו לייבוש.הדגימות נחתכו לאחר שהשרף התקבע והתברג זה לזה והונחו במקומם לביצוע הבדיקות.

ניסויים בליסטיים בוצעו תוך שימוש בשני סוגים שונים של תחמושת, דהיינו, מעיל מתכת מלא (FMJ) ונקודה חלולה עם מעיל (JHP) בקליבר 9 מ"מ Parabellum (P או Para בקצרה).השיטה המשמשת לבדיקת הדגימות מתוארת בהמשך:

• 1)

• כרונוגרף של כלי ירייה הוקם למדידת מהירויות כדורים.הכרונוגרף הונח במרחק של 2 מ' מלוע הנשק כדי למנוע מלהבת הלוע לתת קריאות לא מדויקות.

• 2)

• בוצעה בדיקת בסיס כדי לקבוע את מהירות הקליע ישירות לתוך הג'ל הבליסטי.משוואת האנרגיה הקינטית
  E=(1/2)mv2

  שימש לקביעת האנרגיה והמרחק של החדירה לג'ל הבליסטי.

• 3)

• הקוולרלאחר מכן הונחו דגימות לפני הג'ל הבליסטי וזה הונח במרחק של מטר אחד מהכרונוגרף.הסיבה למרחק של 1 מ' היא לשכפל את התרחיש הגרוע ביותר שבו אדם או חפץ נורה ממרחק קרוב.

• 4)

• המדגם צולם כשהקליע עובר דרך הכרונוגרף כדי לקבוע את מהירותו הראשונית.לאחר מכן, הדגימה נחדרת והטיל מוחזק בג'ל הבליסטי.המהירויות של הבדיקות שימשו להשגת אמהירות ממוצעתקריאה ששימשה לעדכון הערכים בשלב 2.

• 5)

• מרחק החדירה לג'ל הבליסטי נמדד ונרשם.

• 6)

• שלב 2 חזר על עצמו עבור כל סוג של תחמושת בשימוש בבדיקות.שלב 3 עד שלב 5 חזר על עצמו עבור כל דגימת Kevlar.בדיקה עם תחמושת ספציפית חזרה על עצמה אם הקליע לא עבר ישר בתוך הג'ל הבליסטי, או אם הוא חדר לדגימת קוולר באזור שנחשב לא תקין מבחינה מבנית.

עם דגימות 3 השכבות, קליעי Parabellum FMJ בגודל 9 מ"מ נעו מעט פחות בהשוואה למקרה ללא Kevlar.קליעי הנקודה החלולים נעו רחוק יותר בהשוואה למקרה ללא קוולר.קליע 9 מ"מ Parabellum (מספר 4) לא התעוות הרבה, אבל מעיל הפליז התחיל לקרוע את הקליע.

הבדיקות שנערכו עם 6 שכבות של 160 GSM Kevlar הצביעו על כך שקליעי הנקודה החלולים של Parabellum בגודל 9 מ"מ הגיעו רחוק יותר בהשוואה ללא בדיקות חדירה של Kevlar עם קליע מספר 4 שעובר כמעט באותו מרחק כמו של קליע FMJ.

עם 9 השכבות של 160 GSM Kevlar, המרחקים המקבילים שעברו הקליעים בג'ל הראו שמספרי הקליע 1, 3 ו-4 הלכו רחוק יותר לאחר שעבר דרך 9 השכבות של 160 GSM Kevlar, בהשוואה לקליעים שנורו לתוך הכדור הבליסטי. ג'ל (ללא קוולר).

הבדיקות שנערכו עם 12 שכבות של 160 GSM Kevlar מראות כי כל הקליעים מראים מגמת ירידה של עומק החדירה לעומת 9 שכבות.

כפי שנראה באיור 3, עומקי החדירה של הקליעים משתנים עם העומק ככל שמספר השכבות עולה, אך בכל המקרים נצפית ירידה מ-9 ל-12 שכבות.נצפה כי קליעי הנקודה החלולה חדרו לשכבות הקוולר ותוך כדי כך נחסמה הנקודה החלולה בחומר הקוולר.ברגע שקליעי הנקודה החלולים האלה מגיעים לג'ל הבליסטי, הם פועלים באותו אופן כמו קליע FMJ.בשל הסיבה המוזכרת לעיל עם דגימות ה-Kevlar בשימוש, הקליעים חדרו יותר לתוך הג'ל הבליסטי בהשוואה לבדיקות שבוצעו ללא קוולר.רק ברגע שחדרו מספיק שכבות של קוולר כדי לספוג מספיק אנרגיה, הקליע הראה מאפיינים של ירידה בחדירה לג'ל הבליסטי.מאפיין זה נצפה במבחנים האחרים, עם המשקלים השונים Kevlar כפי שהוצגו במאמר זה.

3.4.200 GSMקוולר

בדיקות 200 GSM Kevlar בוצעו עם דגימות של 3, 6, 9, 12 ו-15 שכבות.מכיוון ש-200 GSM Kevlar נפוץ לאפודים חסיני כדורים, הוחלט לבצע בדיקות עם 15 שכבות.תוצאות החדירה לג'ל הבליסטי מוצגות באיור 4.

הבדיקות שנערכו עם 3 שכבות של 200 GSM Kevlar מראות שקליעי Parabellum FMJ בגודל 9 מ"מ עברו דרך הג'ל הבליסטי והמרחקים שהם עברו בהשוואה למקרה ללא Kevlar לא הצטמצמו.קליעי הנקודה החלולים של Parabellum בגודל 9 מ"מ צצו כצפוי, ולקליע Parabellum מספר 4 בגודל 9 מ"מ הוכנס מעיל הפליז לתוך הג'ל הבליסטי, ובכל זאת הקליע העופרת המשיך ונעצר כפי שנרשם באיור 4.

עם 6 שכבות של 200 GSM Kevlar, נצפה שמרחק החדירה של קליע 1 לתוך הג'ל הבליסטי ירד בעוד קליעים 2, 3 ו-4 הלכו יותר לתוך הג'ל הבליסטי בהשוואה למקרה ללא קוולר.

הבדיקות שנערכו עם 9 שכבות של 200 GSM Kevlar מראות כי טיל מספר 2 נסע יותר לתוך הג'ל הבליסטי בהשוואה למקרה ללא Kevlar.נצפה כי לקליעים 3 ו-4 חסום קוולר בנקודה החלולה, מה שמנע ממנו להתפתח.קליעים 3 ו-4 עברו הלאה לתוך הג'ל הבליסטי לאחר שחדרו 9 שכבות של 200 GSM Kevlar בהשוואה למקרה ללא Kevlar.

עם הבדיקות שנערכו עם 12 שכבות של 200 GSM Kevlar, נצפה כי לקליעי Parabellum FMJ בגודל 9 מ"מ, מספר 1 ו-2, יש ראש שטוח יותר לאחר שחדרו.קליע מספר 4, למרות שלא צמח הרבה עם הנקודה החלולה חסומה בקוולר, היה שטוח יותר בראש.קליע מספר 3 לא פטר הרבה, אבל היו עדויות לעיוות של קצה הראש.

בבדיקות שנערכו עם 15 שכבות של 200 GSM Kevlar, שני קליעי ה-FMJ הצביעו על סימני פטריות.מספרי קליעים 1 ו-2 מראים ירידה בעומק החדירה לג'ל הבליסטי בהשוואה למקרה ללא Kevlar.במקרה הנוכחי, קליעים 3 ו-4 נעצרו על ידי שכבות הקוולר.

כפי שנראה באיור 4, כאשר מתחשבים בממוצעים בין הנקודות, נראה שזה מצביע על שיפוע ליניארי של ירידה בחדירה לתוך הג'ל הבליסטי שיתרחש, ברגע שהושג שיא של כ-6 שכבות של 200 GSM Kevlar.ה-200 GSM Kevlar מציג ביצועים טובים יותר בהשוואה ל-160 GSM Kevlar, כצפוי.ב-15 שכבות של 200 GSM Kevlar, קליעים מספר 3 ו-4 נעצרו, אך לא קליעים מספר 1 ו-2. בעקבות השיפוע הממוצע, ההערכה היא שקליעים מספר 1 ו-2 יופסקו באמצעות אולי 18 ו-21 שכבות של 200 GSM Kevlar, בהתאמה.

• בדיקות 400 GSM Kevlar בוצעו באמצעות דגימות של 3, 6, 9 ו-12 שכבות, כפי שמצוין על ידי התוצאות המוצגות באיור 5.

4. ניתוח ודיון בתוצאות

איור 6מציג את ההשוואה של עומקי חדירה של קליעים שונים ל-3 שכבות של 160 GSM, 200 GSM ו-400 GSM Kevlar.כפי שנראה באיור 6, עם קליעי הנקודה החלולים של 9 מ"מ Parabellum, 3 שכבות של 200 GSM Kevlar עצרו את הקליעים במרחק הקצר ביותר.3 שכבות של 400 GSM ו-160 GSM Kevlar עצרו הכי הרבה קליעים 1 ו-2, בהתאמה.

איור 7,איור 9מצביע על כך שאין מאפיינים דומים עם קליעים שונים עבור שני מספרים שונים של שכבות של GSM דומה.דוגמה לכך היא 12 שכבות של 200 GSM Kevlar ו-6 שכבות של 400 GSM Kevlar.לשתי הדגימות הללו יש בסך הכל 2400 GSM Kevlar כל אחת.כאשר משווים את שתי הדגימות השונות הללו, הן אינן מקטינות את מרחק הקליעים בכמות דומה.ניתן לראות מתאמים ומסקנות דומות מ-3 שכבות של 400 GSM Kevlar ו-6 שכבות של 200 GSM Kevlar.לכל אחד מהמקרים הללו יש 1200 דגימות GSM, אך אין להם מאפיינים דומים בתוצאות.

עקומות ממוצעות עבור קליעים 1 ו-2, מוצגים באיור 4, מצביעים על כך שהקליעים יעצרו עם 6 ו-7 כפולות של 3 שכבות של 200 GSM Kevlar, בהתאמה (כלומר 18 ו-21 שכבות של 200 GSM Kevlar).ישנה מגמה שמכפילה בערך את מספר השכבות של קוולר הדרושה, בהשוואה לקוולר שנפגע בפועל כדי לעצור את הקליעים.עם 18 ו-21 שכבות של 200 GSM Kevlar, זה יביא לכך שהקליעים 1 ו-2 יעצרו בכ-9 ו-10 שכבות של Kevlar.מספר שכבות זה מתאם למספר שכבות ה-Kevlar שמכילות אפודים מוגני כדורים זמינים מסחרית של Kevlar בלבד.

כמה פריטים לעיונך:

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

סרטונים לעיונך:

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

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

5. מסקנות

השוואות של 160 GSM, 200 GSM ו-400 GSMקוולרתחת השפעה בליסטית בוצעו עם הבדיקות הבליסטיות שבוצעו עם תחמושת Parabellum 9 מ"מ ועם מספר שונה של שכבות קוולר.נצפה שכמה שכבות של קוולר אינן יעילות בעצירת הקליעים, אלא מאלצות את הקליעים לעבור הלאה לתוך הג'ל הבליסטי.רק לאחר הגדלת מספר השכבות, נצפתה הירידה בחדירת הקליע לג'ל הבליסטי.הסיבה לשיא החדירה הזה, במיוחד עם קליעי הנקודה החלולה, נבעה מהחור שהתמלא בחומר קוולר וגרם לו לפעול כקליע FMJ.שיפועים שליליים ממוצעים דומים נצפו בין ה-FMJ לקליעי הנקודה החלולה, לאחר שהשיא הושג.

בסיכום התרומות של מאמר זה, ניתן להסיק:

• 1)

• נחקרה היעילות של שכבות שונות של 160 GSM, 200 GSM ו-400 GSM של קוולר בשכבות ג'ל בליסטי, ונמצא כי 200 GSM Kevlar יעיל יותר לעצירת קליע Parabellum בקוטר 9 מ"מ.

• 2)

• נמצא כי אין קשר ליניארי בין שני סוגים שונים של קוולר בעלי משקלים שונים (כגון 200 GSM ו-400 GSM קוולר), בשכבות בצורה כזו שיש להם משקל משולב זהה.

• 3)

• נבדקו ארבעה סוגים שונים של תחמושת Parabellum 9 מ"מ, ועומקי חדירתן לג'ל הבליסטי זוהו עבור שכבות שונות של קוולר.

• 4)

• הוערך כי עבור תחמושת Parabellum 9 מ"מ, הנפוצה ביותר ברחבי העולם, נדרשות לפחות 21 שכבות של 200 GSM Kevlar כדי לעצור את הקליע.מוצע כי כאמצעי זהירות, מקדם בטיחות נוסף כלול מכיוון שהחדירה תלויה גם בפרופיל הקליע.

בהתבסס על התוצאות שהוצגו לעיל עבור המאפיינים של שכבות קוולר בעלות משקל שונה, יש לקוות שניתן להשתמש במאפיינים אלו לפיתוח ועיצוב אפודים בטוחים ויעילים נגד כדורים.

כדאי לחקור את המגמה הכללית שלפיה יש צורך בכמות כפולה של שכבות של קוולר בהשוואה לכמות השכבות שנפגעו בפועל, במחקר נוסף עם תחמושת שונה.מחקר עתידי יוכל גם להצביע על השפעת החדירה שיש לקליבר ותחמושת בקליבר קטן יותר על קוולר בהשוואה לזו של תחמושת Para 9 מ"מ.באופן דומה, מחקר עתידי יוכל לזהות כיצד תחמושת וקליעים שונים חודרים 200 GSM Kevlar כגון Kevlar המשמש רק לאפודים חסיני כדורים.עם המאפיינים שנצפו עם קליעי הנקודה החלולה חודרים עמוק יותר לתוך הג'ל הבליסטי, לאחר חסימת הנקודה החלולה עם קוולר, מחקר עתידי יאפשר לזהות אם השפעה דומה תיחווה בתרחיש שבו הקליע חדר לבגדים, לפני שחדרו לבשר .

תודות

המחקר מומן חלקית על ידי הקרן המחקר הלאומית.החברות והיחידים הבאים זוכים להערכה על הסיוע, ההכוונה והשימוש במתקנים, לפי סדר אלפביתי: Borrie Bornman, John Evans, מרכז הערכת והדרכה של כישורי נשק (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (סוחר כלי נשק ואקדח;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), חוות ושמורת עמק נהר (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), מארק לי, דיוויד ונטשה רוברט, סימס ארמס (+27 39 315 6390;https://www.simmsarms.co.za;simmscraig@msn.com), מבצעי שמיים דרום (+27 31 579 4141;www.skyops.co.za;mike@skyops.co.za), לואיס וליאוני סטופפורת'.יש לציין כי דעותיהם של המחברים במאמר זה אינן בהכרח דעותיהם של החברות, הארגונים והאנשים המוזכרים לעיל.המחברים לא קיבלו רווח כספי עבור הבדיקות שנערכו.