Оборонная техника — Экспериментальное исследование пуленепробиваемости кевлара разного веса и количества слоев с 9-мм снарядами

2.1. Баллистический гель

Баллистический гель был изготовлен из неароматизированного желатина. Плотность и консистенция геля должны быть такими же, как у Федерального бюро расследований (ФБР). Для достижения такой же последовательности, инструкции, приведенные в Ref. [30] соблюдались и были протестированы на соответствие стандартам, описанным в Ref. [31].

8 чашек (250 мл) желатинового порошка без ароматизаторов (приблизительно 1,25 кг) смешивают с 8 л воды (1 часть желатина на каждые 4 части воды) до тех пор, пока весь порошок не растворится. После разливания раствора по контейнерам (для вышеуказанной смеси использовались контейнеры емкостью 2 × 5 л) к раствору приливали 5 капель эфирного масла (эфирное масло листьев корицы) и осторожно вмешивали в него. Эфирное масло используется для того, чтобы позволить пузырькам в растворе рассеяться и придать баллистическому гелю улучшенный запах. Раствор раскладывают по емкостям, помещенным в холодильник. Баллистический гель был готов к использованию через 36 ч после изготовления, после чего его заворачивали в целлофановую пленку. Видео, показывающее детали изготовления баллистического геля, доступно на сайтеhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Плотность баллистического геля была рассчитана как 996 км/м.3(99,6% плотности воды). Средняя плотность человеческой крови, жира и мышц [32], что соответствует консистенции человеческой плоти, составляет 1004 кг/м.3. Разница в плотности в 0,8% считается приемлемой для того, чтобы баллистический гель имитировал плоть человеческого тела.

2.2.Кевлар образцы

В испытаниях использовались три веса кевларовой ткани: 160 GSM, 200 GSM и 400 GSM. Поскольку кевлар можно использовать в качестве тканого материала, максимальную прочность материала можно использовать при ориентации 0–90. Образцы были уложены стопкой с ориентацией -45/+45 (квазиизотропной), которая поглощает больше энергии при ударе, чем ориентации 0–90, сложенные друг на друга.33]. Образцы, которые использовались в испытаниях, были изготовлены в количестве, кратном 3 слоям, причем каждый образец был наслоен в порядке 90/±45/90. Когда два или три образца располагались друг на друге, это делалось так, чтобы последний слой одного образца располагался под углом 45° к следующему слою следующего образца.

Листы кевлара были разделены и нарезаны на листы формата А4, чтобы подготовить их к склеиванию с использованием рекомендованной эпоксидной смолы и отвердителя. Образцы оставили сохнуть. Образцы были вырезаны после того, как смола застыла, скрепились болтами друг с другом и были помещены в положение для проведения испытаний.

Баллистические испытания проводились с использованием двух различных типов боеприпасов, а именно: цельнометаллической оболочки (FMJ) и полой точки в оболочке (JHP) калибра 9 мм Parabellum (сокращенно P или Para). Ниже описан метод, используемый для тестирования образцов:

• 1)

• Для измерения скорости пули был установлен хронограф огнестрельного оружия. Хронограф располагался на расстоянии 2 м от дульного среза огнестрельного оружия, чтобы дульное пламя не давало неточных показаний.

• 2)

• Базовое испытание было проведено для определения скорости пули непосредственно в баллистическом геле. Уравнение кинетической энергии
  E=(1/2)mv2

  использовался для определения энергии и расстояния проникновения в баллистический гель.

• 3)

• КевларЗатем образцы помещали перед баллистическим гелем на расстоянии 1 м от хронографа. Причина расстояния в 1 м заключается в том, чтобы воспроизвести наихудший сценарий, когда человек или объект застрелен с близкого расстояния.

• 4)

• Образец был снят при прохождении снаряда через хронограф для определения его начальной скорости. После этого образец проникает, и снаряд попадает в баллистический гель. Скорости испытаний были использованы для получениясредняя скоростьчтение, которое использовалось для обновления значений на шаге 2.

• 5)

• Измеряли и записывали расстояние проникновения в баллистический гель.

• 6)

• Шаг 2 повторялся для каждого типа боеприпасов, использованных в испытаниях. Шаги с 3 по 5 повторялись для каждого образца кевлара. Испытание с конкретными боеприпасами повторялось, если снаряд не двигался прямо внутри баллистического геля или если он проникал в образец кевлара в области, которая считалась структурно ненадежной.

При использовании трехслойных образцов снаряды 9-мм Parabellum FMJ летали немного меньше по сравнению со случаем без кевлара. Снаряды с полым наконечником летели дальше по сравнению с корпусом без кевлара. 9-мм снаряд «Парабеллум» (номер 4) деформировался не сильно, но латунная оболочка начала сдирать снаряд.

Испытания, проведенные с 6 слоями кевлара 160 GSM, показали, что 9-миллиметровые пули Parabellum с полым наконечником прошли дальше по сравнению с испытаниями на проникновение без кевлара, когда снаряд номер 4 прошел почти то же расстояние, что и снаряд FMJ.

При использовании 9 слоев кевлара 160 GSM соответствующие расстояния, пройденные снарядами в геле, показали, что снаряды с номерами 1, 3 и 4 прошли дальше после того, как прошли через 9 слоев кевлара 160 GSM, по сравнению со снарядами, выпущенными в баллистическую форму. гель (без кевлара).

Испытания, проведенные с 12 слоями кевлара 160 GSM, показывают, что все снаряды демонстрируют тенденцию к уменьшению глубины проникновения по сравнению с 9 слоями.

Как видно вРис. 3Глубина проникновения снарядов колеблется с глубиной по мере увеличения количества слоев, однако во всех случаях наблюдается уменьшение от 9 до 12 слоев. Было замечено, что снаряды с полым наконечником проникли в слои кевлара, и при этом полый наконечник был заблокирован кевларовым материалом. Как только эти снаряды с полым наконечником достигают баллистического геля, они действуют так же, как снаряд FMJ. По вышеупомянутой причине при использовании образцов кевлара снаряды проникали глубже в баллистический гель по сравнению с испытаниями, проведенными без кевлара. Только после того, как было пробито достаточное количество слоев кевлара для поглощения достаточной энергии, снаряд показал характеристики уменьшенного проникновения в баллистический гель. Эта характеристика наблюдалась и в других тестах с кевларом разной массы, представленным в этой статье.

3.4. 200 GSMКевлар

200 испытаний кевлара GSM были проведены с образцами из 3, 6, 9, 12 и 15 слоев. Поскольку для бронежилетов обычно используется кевлар толщиной 200 GSM, было решено провести испытания с 15 слоями. Результаты проникновения в баллистический гель показаны на рис.Рис. 4.

Испытания, проведенные с 3 слоями кевлара 200 GSM, показывают, что 9-миллиметровые снаряды Parabellum FMJ прошли через баллистический гель, и расстояние, которое они прошли, по сравнению с корпусом без кевлара не уменьшилось. 9-мм пули Парабеллум с полым наконечником вылетали, как и ожидалось, а 9-мм снаряд Парабеллум номер 4 имел латунную оболочку, застрявшую в баллистическом геле, однако свинцовый снаряд продолжал двигаться и останавливался, как записано вРис. 4.

При использовании 6 слоев кевлара 200 GSM было замечено, что расстояние проникновения снаряда 1 в баллистический гель уменьшилось, в то время как снаряды 2, 3 и 4 проникли дальше в баллистический гель по сравнению со случаем без кевлара.

Испытания, проведенные с 9 слоями кевлара 200 GSM, показывают, что снаряд номер 2 проник дальше в баллистический гель по сравнению с корпусом без кевлара. Было замечено, что в полой части снарядов 3 и 4 был заблокирован кевлар, что предотвращало его образование гриба. Снаряды 3 и 4 прошли дальше в баллистический гель после проникновения в 9 слоев кевлара 200 GSM по сравнению со случаем без кевлара.

При испытаниях, проведенных с 12 слоями кевлара 200 GSM, было замечено, что 9-миллиметровые снаряды Parabellum FMJ, номера 1 и 2, имели более плоскую головку после проникновения. Снаряд номер 4, хотя и не сильно разросся, поскольку полая часть была заблокирована кевларом, больше приплюснулся к голове. Снаряд номер 3 не сильно разлетелся, но были следы деформации кончика головы.

В ходе испытаний, проведенных с 15 слоями кевлара 200 GSM, оба снаряда FMJ показали признаки грибовидного роста. Снаряды под номерами 1 и 2 демонстрируют уменьшение глубины проникновения в баллистический гель по сравнению со случаем без кевлара. В данном случае снаряды 3 и 4 были остановлены слоями кевлара.

Как видно вРис. 4Если рассматривать средние значения между точками, это, по-видимому, указывает на линейный градиент уменьшения проникновения в баллистический гель, который возникает после достижения пика примерно при 6 слоях кевлара 200 GSM. Как и ожидалось, кевлар 200 GSM демонстрирует лучшие характеристики по сравнению с кевларом 160 GSM. При 15 слоях кевлара толщиной 200 GSM были остановлены снаряды номер 3 и 4, но не снаряды номер 1 и 2. Согласно оценкам, исходя из среднего градиента, снаряды номер 1 и 2 будут остановлены с использованием, возможно, 18 и 21 слоев кевлара. 200 GSM кевлар соответственно.

• Испытания кевлара 400 GSM проводились с использованием образцов из 3, 6, 9 и 12 слоев, о чем свидетельствуют результаты, показанные на рис.Рис. 5.

4. Анализ и обсуждение результатов.

Рис. 6показано сравнение глубины проникновения различных снарядов в 3 слоя кевлара 160 GSM, 200 GSM и 400 GSM. Как видно вРис. 69-мм пули Parabellum с полым наконечником, 3 слоя кевлара 200 GSM останавливали снаряды на кратчайшем расстоянии. 3 слоя кевлара 400 GSM и 160 GSM лучше всего останавливали снаряды 1 и 2 соответственно.

Рис. 7,Рис. 9указывают на отсутствие одинаковых характеристик у разных снарядов для двух разного количества слоев одинаковых ГСМ. Пример: 12 слоев кевлара 200 GSM и 6 слоев кевлара 400 GSM. Оба этих образца имеют в общей сложности 2400 GSM кевлара каждый. При сравнении этих двух разных образцов они не уменьшают дальность полета снарядов на одинаковую величину. Аналогичные корреляции и выводы можно наблюдать для 3 слоев кевлара 400 GSM и 6 слоев кевлара 200 GSM. Каждый из этих случаев имеет 1200 выборок GSM, но не имеет схожих характеристик в результатах.

Средние кривые для снарядов 1 и 2 показаны на рис.Рис. 4, указывают, что снаряды остановятся с помощью 6 и 7 кратных 3 слоев кевлара 200 GSM соответственно (т.е. 18 и 21 слоев кевлара 200 GSM). Существует тенденция к увеличению количества слоев кевлара, необходимого примерно вдвое, по сравнению с фактически поврежденным кевларом, чтобы остановить снаряды. При наличии 18 и 21 слоев кевлара 200 GSM снаряды 1 и 2 остановятся примерно в слоях 9 и 10 кевлара. Это количество слоев коррелирует с количеством слоев кевлара, которые содержат коммерчески доступные бронежилеты, состоящие только из кевлара.

Некоторые товары для справки:

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

Видео для справки:

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

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

5. Выводы

Сравнение 160 GSM, 200 GSM и 400 GSMКевларпри баллистическом воздействии были проведены баллистические испытания с использованием 9-мм боеприпасов Parabellum и с различным количеством кевларовых слоев. Было замечено, что несколько слоев кевлара не эффективны для остановки снарядов, а скорее заставляют снаряды продвигаться дальше в баллистический гель. Лишь при увеличении количества слоев наблюдалось уменьшение проникновения снаряда в баллистический гель. Причина этого пика проникновения, особенно снарядов с полым наконечником, заключалась в том, что отверстие заполнялось кевларовым материалом и позволяло ему действовать как снаряд FMJ. Подобные усредненные отрицательные градиенты наблюдались между снарядами FMJ и полыми наконечниками после достижения пика.

Подводя итоги статьи, можно сделать вывод:

• 1)

• Была исследована эффективность различных слоев кевлара марок 160 GSM, 200 GSM и 400 GSM, покрытых баллистическим гелем, и было обнаружено, что кевлар 200 GSM был более эффективен для остановки 9-мм снаряда Parabellum.

• 2)

• Было обнаружено, что не существует линейной зависимости между двумя различными типами кевлара с разным весом (например, кевларом 200 GSM и 400 GSM), наложенными таким образом, что они имеют одинаковый общий вес.

• 3)

• Были испытаны четыре различных типа 9-мм боеприпасов Parabellum и определена глубина их проникновения в баллистический гель для разных слоев кевлара.

• 4)

• Было подсчитано, что для 9-мм боеприпасов Parabellum, которые наиболее часто используются во всем мире, требуется как минимум 21 слой кевлара 200 GSM, чтобы остановить снаряд. В качестве меры предосторожности предлагается включить дополнительный коэффициент безопасности, поскольку проникающая способность зависит также от профиля снаряда.

На основании представленных выше результатов по характеристикам слоев кевлара разной массы можно надеяться, что эти характеристики можно будет использовать для разработки и проектирования безопасных и эффективных бронежилетов.

Общая тенденция, заключающаяся в том, что необходимо удвоить количество слоев кевлара по сравнению с фактическим количеством поврежденных слоев, имеет смысл изучить в дальнейших исследованиях с различными боеприпасами. Будущие исследования также смогут указать на проникающее действие, которое снаряды и боеприпасы меньшего калибра оказывают на кевлар по сравнению с эффектом 9-мм Para-боеприпасов. Аналогичным образом, будущие исследования смогут определить, как различные боеприпасы и снаряды проникают в кевлар плотностью 200 GSM, такой как кевлар, используемый только в бронежилетах. Учитывая характеристики, наблюдаемые у снарядов с полым наконечником, проникающих глубже в баллистический гель, после того, как полый наконечник блокируется кевларом, будущие исследования позволят определить, будет ли аналогичный эффект наблюдаться в сценарии, когда снаряд проникает в одежду, прежде чем проникнуть в плоть. .

Благодарности

Исследование частично финансировалосьНациональный исследовательский фонд. Следующие компании и частные лица выражают благодарность за помощь, руководство и использование своих объектов в алфавитном порядке: Борри Борнман, Джон Эванс, Центр оценки и обучения огнестрельному оружию (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Hens Arms (торговец огнестрельным оружием и оружейник;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), Ферма и природный заповедник River Valley (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Марк Ли, Дэвид и Наташа Роберт, 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), Луи и Леони Стопфорт. Следует отметить, что мнения авторов данной статьи не обязательно являются мнениями упомянутых выше компаний, организаций и частных лиц. Авторы не получили финансовой выгоды от проведенных испытаний.