Technologia obronna — — Eksperymentalne badanie zdolności kuloodporności kevlaru o różnej wadze i liczbie warstw, z pociskami 9 mm

2.1.Żel balistyczny

Żel balistyczny został wyprodukowany z niesmakowej żelatyny.Gęstość i konsystencja żelu muszą być takie same jak stosowane przez Federalne Biuro Śledcze (FBI).Aby osiągnąć tę samą spójność, instrukcje podane w ref.[30] były przestrzegane i zostały przetestowane pod kątem zgodności z normami opisanymi w ref.[31].

8 filiżanek (250 ml) niearomatyzowanej żelatyny w proszku (około 1,25 kg) miesza się z 8 litrami wody (1 część żelatyny na każde 4 części wody), aż cały proszek się rozpuści.Po wlaniu roztworu do pojemników (do powyższej mieszaniny użyto pojemników 2 × 5 l), na roztwór wlano 5 kropli olejku eterycznego (olejek eteryczny z liści cynamonu) i delikatnie z nim wymieszano.Powodem, dla którego olejek eteryczny jest umożliwienie rozproszenia się bąbelków w roztworze i nadanie żelowi balistycznemu lepszego zapachu.Roztwór umieszcza się w pojemnikach umieszczonych w lodówce.Żel balistyczny był gotowy do użycia po 36 godzinach od wykonania, a następnie został owinięty w folię celofanową.Film przedstawiający szczegóły wykonania żelu balistycznego jest dostępny odhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Gęstość żelu balistycznego obliczono na 996 km/m3(99,6% gęstości wody).Średnia gęstość ludzkiej krwi, tłuszczu i mięśni [32], czyli konsystencja ludzkiego mięsa, wynosi 1004 kg/m3.Uważa się, że różnica 0,8% w gęstościach jest dopuszczalna dla żelu balistycznego do odtworzenia miąższu ludzkiego ciała.

2.2.Kevlar próbki

W testach użyto trzech gramatur tkaniny Kevlar, a mianowicie 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM.Ponieważ kevlar może być używany jako materiał tkany, najwyższą wytrzymałość materiału można wykorzystać w orientacji 0–90.Próbki zostały ułożone w stos w orientacji −45/+45 (quasi-izotropowej), która pochłania więcej energii przy uderzeniu niż w orientacjach 0–90 ułożonych jedna na drugiej [33].Próbki użyte w testach wykonano w wielokrotności 3 warstw, przy czym każda próbka została ułożona w kolejności 90/±45/90.Gdy dwie lub trzy próbki były umieszczane jedna na drugiej, robiono to tak, że ostatnia warstwa jednej próbki była umieszczana pod kątem 45° do następnej warstwy następnej próbki.

Arkusze Kevlaru podzielono i pocięto na arkusze formatu A4, aby przygotować je do połączenia przy użyciu zalecanej żywicy epoksydowej i utwardzacza.Próbki pozostawiono do wyschnięcia.Próbki pocięto po stwardnieniu żywicy i przykręceniu do siebie i umieszczono na miejscu do przeprowadzenia testów.

Testy balistyczne przeprowadzono z użyciem dwóch różnych rodzajów amunicji, a mianowicie pełnej metalowej osłony (FMJ) i osłoniętej groty (JHP) kalibru 9 mm Parabellum (P lub w skrócie Para).Poniżej opisano metodę użytą do badania próbek:

• 1)

• Chronograf broni palnej został ustawiony do pomiaru prędkości pocisków.Chronograf został umieszczony 2 m od lufy broni palnej, aby płomień wylotowy nie dawał niedokładnych odczytów.

• 2)

• Przeprowadzono test podstawowy w celu określenia prędkości pocisku bezpośrednio w żel balistyczny.Równanie energii kinetycznej
  E=(1/2)mv2

  wykorzystano do określenia energii i odległości wnikania w żel balistyczny.

• 3)

• TheKevlarpróbki były następnie umieszczane przed żelem balistycznym, który znajdował się w odległości 1 m od chronografu.Przyczyną odległości 1 m jest odtworzenie najgorszego scenariusza, w którym osoba lub obiekt zostanie postrzelony z bliskiej odległości.

• 4)

• Próbka została wystrzelona pociskiem przechodzącym przez chronograf, aby określić jego prędkość początkową.Następnie próbka jest penetrowana, a pocisk zostaje umieszczony w żelu balistycznym.Prędkości testów posłużyły do ​​uzyskaniaŚrednia prędkośćodczyt, który został użyty do aktualizacji wartości w kroku 2.

• 5)

• Zmierzono i zarejestrowano odległość wnikania w żel balistyczny.

• 6)

• Krok 2 powtórzono dla każdego rodzaju amunicji użytej w testach.Krok 3 do kroku 5 powtórzono dla każdej próbki Kevlaru.Test z określoną amunicją powtarzano, jeśli pocisk nie leciał prosto w żelu balistycznym lub jeśli przebił próbkę kevlaru w obszarze, który nie został uznany za strukturalnie zdrowy.

W przypadku próbek 3 warstwowych 9 mm pociski Parabellum FMJ przemieszczały się nieco mniej w porównaniu do obudowy bez kevlaru.Pociski z pustymi punktami leciały dalej w porównaniu do obudowy bez kevlaru.Pocisk 9 mm Parabellum (numer 4) nie odkształcił się zbytnio, ale mosiężna osłona zaczęła odrywać pocisk.

Testy przeprowadzone z 6 warstwami 160 GSM Kevlaru wykazały, że 9 mm pociski z pustym punktem Parabellum poszły dalej w porównaniu z testami penetracji bez Kevlaru z pociskiem numer 4 lecącym prawie na tej samej odległości, co pocisk FMJ.

W przypadku 9 warstw 160 GSM Kevlaru, odpowiednie odległości pokonywane przez pociski w żelu pokazały, że pociski o numerach 1, 3 i 4 poszły dalej po przejściu przez 9 warstw 160 GSM Kevlaru, w porównaniu z pociskami wystrzelonymi w balistykę. żel (bez kevlaru).

Testy przeprowadzone z 12 warstwami 160 GSM Kevlaru pokazują, że wszystkie pociski wykazują tendencję spadkową głębokości penetracji w porównaniu do 9 warstw.

Jak widać wRys. 3Głębokość penetracji pocisków zmienia się wraz z głębokością wraz ze wzrostem liczby warstw, jednak we wszystkich przypadkach obserwuje się spadek z 9 do 12 warstw.Zaobserwowano, że pociski typu hollow point penetrowały warstwy kevlaru iw tym procesie pusta końcówka została zablokowana materiałem kevlarowym.Gdy te pociski z pustymi punktami dotrą do żelu balistycznego, działają w taki sam sposób jak pociski FMJ.Z wyżej wymienionego powodu przy użytych próbkach Kevlaru pociski penetrowały głębiej żel balistyczny w porównaniu z testami wykonanymi bez Kevlaru.Dopiero po przebiciu wystarczającej ilości warstw Kevlaru, aby pochłonąć wystarczającą ilość energii, pocisk wykazywał cechy zmniejszonej penetracji w żelu balistycznym.Ta cecha została zaobserwowana w innych testach, z różnymi masami kevlaru, jak przedstawiono w tym artykule.

3.4.200 GSMKevlar

Testy 200 GSM Kevlaru przeprowadzono na próbkach 3, 6, 9, 12 i 15 warstw.Ponieważ w kamizelkach kuloodpornych powszechnie stosuje się kevlar 200 gsm, zdecydowano się przeprowadzić testy z 15 warstwami.Wyniki wnikania w żel balistyczny przedstawiono na:Rys. 4.

Testy przeprowadzone z 3 warstwami 200 g Kevlaru pokazują, że 9 mm pociski Parabellum FMJ przeszły przez żel balistyczny i odległości, jakie przebyły w porównaniu z pociskiem bez kevlaru, nie uległy zmniejszeniu.Pociski z pustymi punktami 9 mm Parabellum wystrzeliły jak grzyby pociski zgodnie z oczekiwaniami, a pocisk 9 mm Parabellum numer 4 miał mosiężną osłonę utkwioną w żelu balistycznym, jednak ołowiany pocisk kontynuował i zatrzymał się, jak zapisano wRys. 4.

Przy 6 warstwach 200 GSM Kevlaru zaobserwowano, że odległość penetracji pocisku 1 w żel balistyczny zmniejszyła się, podczas gdy pociski 2, 3 i 4 wnikały głębiej w żel balistyczny w porównaniu z przypadkiem bez kevlaru.

Testy przeprowadzone z 9 warstwami 200 g Kevlaru pokazują, że pocisk numer 2 wszedł głębiej w żel balistyczny w porównaniu do obudowy bez Kevlaru.Zaobserwowano, że pociski 3 i 4 miały zablokowany kevlar w pustym miejscu, co uniemożliwiało mu grzybobranie.Pociski 3 i 4 wędrowały głębiej w żel balistyczny po przebiciu 9 warstw 200 GSM Kevlaru w porównaniu do obudowy bez Kevlaru.

W testach przeprowadzonych z 12 warstwami 200 g Kevlaru zaobserwowano, że 9 mm pociski Parabellum FMJ o numerach 1 i 2 miały po penetracji bardziej płaską głowicę.Pocisk numer 4, mimo że nie był zbytnio wybrzuszony z pustym czubkiem zablokowanym kevlarem, był bardziej spłaszczony w głowie.Pocisk numer 3 nie wystrzelił zbytnio jak grzyby, ale były dowody na deformację czubka głowy.

Testy przeprowadzone z 15 warstwami 200 GSM Kevlaru miały oba pociski FMJ wskazujące na grzyby.Numery pocisków 1 i 2 pokazują zmniejszenie głębokości penetracji żelu balistycznego w porównaniu z przypadkiem bez kevlaru.W omawianym przypadku pociski 3 i 4 zostały zatrzymane przez warstwy kevlaru.

Jak widać wRys. 4, gdy bierze się pod uwagę średnie między punktami, wydaje się wskazywać na liniowy gradient malejącej penetracji żelu balistycznego, który wystąpi, gdy zostanie osiągnięty szczyt przy około 6 warstwach 200 g Kevlaru.Zgodnie z oczekiwaniami, 200 GSM Kevlar wykazuje lepszą wydajność w porównaniu do 160 GSM Kevlar.Na 15 warstwach 200 g Kevlaru pociski nr 3 i 4 zostały zatrzymane, ale nie pociski nr 1 i 2. Po średnim nachyleniu szacuje się, że pociski nr 1 i 2 zostaną zatrzymane przy użyciu prawdopodobnie 18 i 21 warstw Odpowiednio 200 gsm kevlaru.

• Testy 400 GSM Kevlaru przeprowadzono na próbkach 3, 6, 9 i 12 warstw, na co wskazują wyniki przedstawione wRys. 5.

4. Analiza i dyskusja wyników

Rys. 6pokazuje porównanie głębokości penetracji różnych pocisków w 3 warstwach 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM Kevlar.Jak widać wRys. 6, z 9 mm pociskami Parabellum wklęsłymi, 3 warstwy 200 g Kevlaru zatrzymały pociski na najkrótszej odległości.3 warstwy 400 gsm i 160 gsm kevlaru zatrzymywały pociski odpowiednio 1 i 2 najbardziej.

Rys. 7,Rys. 9wskazują, że nie ma podobnych cech z różnymi pociskami dla dwóch różnych ilości warstw podobnego GSM.Przykładem jest 12 warstw 200 gsm Kevlaru i 6 warstw 400 gsm Kevlaru.Obie te próbki mają łącznie 2400 GSM Kevlaru każda.Porównując te dwie różne próbki, nie zmniejszają one odległości pocisków w podobnym stopniu.Podobne korelacje i wnioski można zaobserwować dla 3 warstw 400 GSM Kevlaru i 6 warstw 200 GSM Kevlaru.Każdy z tych przypadków ma 1200 próbek GSM, ale nie ma podobnych cech w wynikach.

Krzywe średnie dla pocisków 1 i 2, pokazane naRys. 4, wskazują, że pociski zatrzymałyby się odpowiednio na 6 i 7 wielokrotnościach 3 warstw kevlaru 200 gsm (tj. 18 i 21 warstw kevlaru 200 gsm).Istnieje tendencja, aby w przybliżeniu podwoić liczbę warstw Kevlaru potrzebnych do zatrzymania pocisków w porównaniu z faktycznie uszkodzonym Kevlarem.Przy 18 i 21 warstwach 200 g Kevlaru, pociski 1 i 2 zatrzymają się w około 9 i 10 warstwach Kevlaru.Ta liczba warstw koreluje z liczbą warstw kevlaru, które zawierają dostępne w handlu kamizelki kuloodporne tylko z kevlaru.

Niektóre przedmioty w celach informacyjnych:

https://www.senkencorp.com/kamizelka-kulo-odporna/militarna-vip-policja-ukryta-lekka-waga.html

https://www.senkencorp.com/kamizelka-kulo-odporna/wysokiej-jakosci-uzycie-militarnego-zbroi-taktycznej.html

https://www.senkencorp.com/kamizelka-kulo-odporna/military-balistic-nij-iiia-pe-or-kevlar.html

https://www.senkencorp.com/kamizelka-kulo-odporna/kamizelka-kulo-fdy3r-sk15.html

Filmy w celach informacyjnych:

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

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

5. Wnioski

Porównania 160 GSM, 200 GSM i 400 GSMKevlarpod uderzeniem balistycznym zostały wykonane przy użyciu testów balistycznych przeprowadzonych z użyciem 9 mm amunicji Parabellum i różnej ilości warstw kevlaru.Zaobserwowano, że kilka warstw kevlaru nie jest skutecznych w zatrzymywaniu pocisków, a raczej zmusza je do dalszego przemieszczania się w głąb żelu balistycznego.Dopiero po zwiększeniu liczby warstw zaobserwowano spadek penetracji pocisku w żel balistyczny.Powodem tego szczytu penetracji, szczególnie w przypadku pocisków z pustymi punktami, było wypełnienie otworu materiałem Kevlar i sprawienie, że działa on jak pocisk FMJ.Podobne uśrednione ujemne gradienty zaobserwowano między pociskami FMJ a pociskami z pustymi punktami, po osiągnięciu szczytu.

Podsumowując wkład tego artykułu, można stwierdzić:

• 1)

• Zbadano skuteczność różnych warstw o ​​klasach 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM Kevlaru pokrytego żelem balistycznym i stwierdzono, że 200 GSM Kevlar był bardziej skuteczny w zatrzymywaniu 9 mm pocisku Parabellum.

• 2)

• Stwierdzono, że nie ma liniowej zależności między dwoma różnymi typami kevlaru o różnych wagach (takich jak 200 gs i 400 gsm kevlar), ułożonymi warstwami w taki sposób, że mają taką samą łączną wagę.

• 3)

• Przetestowano cztery różne typy amunicji 9 mm Parabellum, a dla różnych warstw kevlaru zidentyfikowano ich głębokość penetracji w żel balistyczny.

• 4)

• Oceniono, że w przypadku najczęściej używanej na świecie amunicji 9 mm Parabellum wymagane jest minimum 21 warstw 200 g kevlaru do zatrzymania pocisku.Sugeruje się, aby jako środek ostrożności uwzględniono dodatkowy współczynnik bezpieczeństwa, ponieważ penetracja zależy również od profilu pocisku.

Opierając się na przedstawionych powyżej wynikach cech charakterystycznych warstw Kevlaru o różnej masie, można mieć nadzieję, że te cechy będą mogły zostać wykorzystane do opracowania i projektowania bezpiecznych i skutecznych kamizelek kuloodpornych.

Ogólny trend polegający na tym, że potrzebna jest podwójna ilość warstw kevlaru w porównaniu z rzeczywistą ilością uszkodzonych warstw, warto byłoby zbadać w dalszych badaniach z różnymi rodzajami amunicji.Przyszłe badania będą również w stanie wskazać efekt penetracji pocisków i amunicji mniejszego kalibru na Kevlar w porównaniu z amunicją 9 mm Para.Podobnie przyszłe badania będą w stanie określić, w jaki sposób różne amunicje i pociski penetrują Kevlar o pojemności 200 GSM, taki jak Kevlar używany tylko w kamizelkach kuloodpornych.Biorąc pod uwagę cechy obserwowane przy wnikaniu pocisków z wydrążonym punktem głębiej w żel balistyczny, po zablokowaniu wydrążonego punktu kevlarem, przyszłe badania pozwolą określić, czy podobny efekt wystąpiłby w scenariuszu, w którym pocisk przebiłby ubranie przed przebiciem ciała. .

Podziękowanie

Badania zostały częściowo sfinansowane przezNarodowa Fundacja Badawcza.Następujące firmy i osoby fizyczne zostały wyróżnione za pomoc, wskazówki i korzystanie z ich urządzeń, w porządku alfabetycznym: Borrie Bornman, John Evans, Centrum Oceny i Szkolenia Kompetencji w zakresie Broni Palnej (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (handlarz bronią palną i rusznikarz);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 i Natasha Robert, Simms Arms (+27 39 315 6390;https://www.simmsarms.co.za;simmscraig@msn.com), operacje na południowym niebie (+27 31 579 4141;www.skyops.co.za;mike@skyops.co.za), Louis i Leonie Stopforth.Należy zauważyć, że opinie autorów niniejszego opracowania niekoniecznie są opiniami wymienionych wyżej firm, organizacji i osób.Za przeprowadzone testy autorzy nie uzyskali żadnych korzyści finansowych.