Оборонні технології — експериментальне дослідження куленепроникних можливостей кевлару різної ваги та кількості шарів зі снарядами калібру 9 мм

2.1.Балістичний гель

Балістичний гель виготовляли з желатину без ароматизаторів.Щільність і консистенція гелю мають бути такими ж, як і у Федерального бюро розслідувань (ФБР).Щоб досягти такої ж консистенції, інструкції, наведені в Ref.[30] дотримувалися, і його було перевірено на відповідність стандартам, описаним у Ref.[31].

8 склянок (250 мл) желатинового порошку без смаку (приблизно 1,25 кг) змішують з 8 л води (1 частина желатину на кожні 4 частини води), доки весь порошок не розчиниться.Після того, як розчин розлили в контейнери (для вищевказаної суміші використовували контейнери об’ємом 2 × 5 л), на розчин налили 5 крапель ефірної олії (ефірної олії листя кориці) і обережно перемішали.Причина використання ефірної олії полягає в тому, щоб бульбашки в розчині розсіювалися, а балістичний гель мав кращий запах.Розчин заливають в ємності, поміщені в холодильник.Балістичний гель був готовий до використання через 36 годин після виготовлення, а потім його загортали в целофанову плівку.Відео, що демонструє деталі виготовлення балістичного гелю, доступне за посиланнямhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Щільність балістичного гелю була розрахована як 996 км/м3(99,6% від густини води).Середня щільність крові, жиру і м'язів людини [32], що є консистенцією людського тіла, становить 1004 кг/м3.Різниця в щільності на 0,8% вважається прийнятною для того, щоб балістичний гель імітував плоть людського тіла.

2.2.Кевлар зразки

У випробуваннях використовували кевларову тканину трьох щільностей, а саме: 160 GSM, 200 GSM і 400 GSM.Оскільки кевлар можна використовувати як тканий матеріал, найвищу міцність матеріалу можна використовувати в орієнтації 0–90.Зразки були складені з орієнтацією −45/+45 (квазіізотропною), яка поглинає більше енергії при ударі, ніж орієнтації 0–90, складені один на одного [33].Зразки, які використовувалися в випробуваннях, були виготовлені в 3 шари, де кожен зразок був шарований у порядку 90/±45/90.Коли два або три зразки поміщали один на одного, це робили так, щоб останній шар одного зразка розташовувався під кутом 45° до наступного шару наступного зразка.

Листи кевлару розділили та розрізали на аркуші розміром A4, щоб підготувати їх до скріплення разом за допомогою рекомендованої епоксидної смоли та затверджувача.Зразки залишили висихати.Зразки були вирізані після того, як смола схопилася, з’єднані болтами один з одним і були розміщені на місці для проведення випробувань.

Балістичні випробування проводилися з використанням двох різних типів боєприпасів, а саме: повністю металевої оболонки (FMJ) і порожнистої оболонки (JHP) калібру 9 мм Parabellum (P або Para для стислості).Метод, використаний для тестування зразків, описаний далі:

• 1)

• Для вимірювання швидкості куль був встановлений хронограф вогнепальної зброї.Хронограф був розміщений на відстані 2 м від дула вогнепальної зброї, щоб запобігти неточним показанням дульного полум’я.

• 2)

• Було проведено базове випробування для визначення швидкості кулі безпосередньо в балістичному гелі.Рівняння кінетичної енергії
  E=(1/2)mv2

  використовувався для визначення енергії та відстані проникнення в балістичний гель.

• 3)

• TheКевларПотім зразки помістили перед балістичним гелем, який розмістили на відстані 1 м від хронографа.Причина дистанції в 1 м полягає в тому, щоб відтворити найгірший сценарій, коли людину або об’єкт стріляють з близької відстані.

• 4)

• Зразок стріляли снарядом, який проходив через хронограф для визначення його початкової швидкості.Після цього зразок проникає, і снаряд поміщається в балістичний гель.Швидкості тестів були використані для отриманнясередня швидкістьчитання, яке було використано для оновлення значень на кроці 2.

• 5)

• Відстань проникнення в балістичний гель вимірювали та записували.

• 6)

• Етап 2 повторювався для кожного типу боєприпасів, які використовувалися в випробуваннях.Етапи 3–5 повторювали для кожного зразка кевлару.Випробування зі спеціальними боєприпасами було повторено, якщо снаряд не рухався прямо всередині балістичного гелю або якщо він проникав у кевларовий зразок у зоні, яка вважалася структурно нездоровою.

З 3-шаровими зразками 9-міліметрові снаряди Parabellum FMJ проходили трохи менше, ніж у випадку без кевлару.Снаряди з порожнистою точкою рухалися далі порівняно з корпусом без кевлару.9-мм снаряд «Парабелум» (номер 4) не сильно деформувався, але латунна оболонка почала зривати снаряд.

Випробування, проведені з використанням 6 шарів кевлару 160 GSM, показали, що 9-мм снаряди Parabellum з порожнистою точкою пішли далі порівняно з тестами на проникнення без кевлару, коли снаряд номер 4 пролетів майже на таку ж відстань, як і снаряд FMJ.

З 9 шарами кевлара 160 GSM відповідні відстані, пройдені снарядами в гелі, показали, що снаряди під номерами 1, 3 і 4 пішли далі після проходження 9 шарів кевлара 160 GSM порівняно зі снарядами, вистріленими в балістичний шар. гель (без кевлару).

Тести, проведені з 12 шарами кевлара 160 GSM, показують, що всі снаряди демонструють тенденцію до зменшення глибини проникнення порівняно з 9 шарами.

Як видно вРис. 3, глибини проникнення снарядів коливаються з глибиною зі збільшенням кількості шарів, але у всіх випадках спостерігається зменшення від 9 до 12 шарів.Було помічено, що порожнисті снаряди проникали через шари кевлару, і в процесі порожниста точка була заблокована кевларовим матеріалом.Коли ці порожнисті снаряди досягають балістичного гелю, вони діють так само, як і снаряд FMJ.Через згадану вище причину з використанням кевларових зразків снаряди проникали глибше в балістичний гель порівняно з тестами, проведеними без кевлару.Лише після того, як достатньо шарів кевлару було проникнуто для поглинання достатньої енергії, снаряд показав характеристики зменшеного проникнення в балістичний гель.Ця характеристика спостерігалася в інших випробуваннях із кевларом різної ваги, представленим у цьому документі.

3.4.200 GSMКевлар

Випробування кевлару 200 GSM проводилися на зразках із 3, 6, 9, 12 та 15 шарів.Оскільки кевлар 200 GSM зазвичай використовується для бронежилетів, було вирішено провести випробування з 15 шарами.Результати проникнення в балістичний гель показані наРис. 4.

Випробування, проведені з трьома шарами кевлару 200 GSM, показали, що 9-міліметрові снаряди Parabellum FMJ пройшли крізь балістичний гель, і відстань, яку вони подолали, не зменшилася порівняно з корпусом без кевлару.9-міліметрові снаряди Parabellum з порожнистими вістрями виросли як гриби, як і очікувалося, а 9-мм снаряди Parabellum номер 4 мали латунну оболонку, яка застрягла в балістичному гелі, але головний снаряд продовжував і зупинявся, як записано вРис. 4.

З 6 шарами кевлару 200 GSM було помічено, що відстань проникнення снаряда 1 у балістичний гель зменшилася, тоді як снаряди 2, 3 і 4 зайшли далі в балістичний гель порівняно з випадком без кевлару.

Випробування, проведені з 9 шарами кевлару 200 GSM, показали, що снаряд № 2 проник глибше в балістичний гель порівняно з корпусом без кевлару.Було помічено, що снаряди 3 і 4 мали кевлар, заблокований у порожнистій точці, що запобігало виникненню грибів.Снаряди 3 і 4 потрапили далі в балістичний гель після того, як пробили 9 шарів кевлару 200 GSM, порівняно з корпусом без кевлару.

Під час тестування, проведеного з 12 шарами кевлару 200 GSM, було помічено, що 9-міліметрові снаряди Parabellum FMJ, номери 1 і 2, мали більш плоску голову після проникнення.Снаряд № 4, хоч і не мав значних грибоподібних форм із порожнистою точкою, заблокованою кевларом, був більше розплющений у головній частині.Снаряд № 3 не сильно розірвався, але були докази деформації кінчика головної частини.

Випробування, проведені з 15 шарами кевлару 200 GSM, показали ознаки грибоподібного зростання обох снарядів FMJ.Снаряди під номерами 1 і 2 показують зменшення глибини проникнення в балістичний гель порівняно з футляром без кевлару.У даному випадку снаряди 3 і 4 були зупинені шарами кевлару.

Як видно вРис. 4, коли розглядаються середні значення між точками, здається, це вказує на лінійний градієнт зменшення проникнення в балістичний гель, що має відбутися після досягнення піку приблизно на 6 шарах кевлару 200 GSM.Як і очікувалося, Kevlar 200 GSM показує кращу продуктивність порівняно з Kevlar 160 GSM.На 15 шарах кевлару 200 GSM було зупинено снаряди № 3 і 4, але не снаряди № 1 і 2. Згідно із середнім градієнтом, оцінюється, що снаряди № 1 і 2 будуть зупинені, використовуючи, можливо, 18 і 21 шари 200 GSM кевлар відповідно.

• Випробування 400 GSM Kevlar проводилися з використанням зразків із 3, 6, 9 та 12 шарів, як показано в результатах, наведених уРис. 5.

4. Аналіз та обговорення результатів

Мал. 6показано порівняння глибини проникнення різних снарядів у 3 шари кевлара 160 GSM, 200 GSM і 400 GSM.Як видно вМал. 6, з 9-міліметровими снарядами Parabellum з порожнистою точкою, 3 шари кевлару 200 GSM зупинили снаряди на найкоротшій відстані.3 шари кевлару 400 GSM і 160 GSM найбільше зупинили снаряди 1 і 2 відповідно.

Рис. 7,Рис. 9вказують, що немає подібних характеристик з різними снарядами для двох різних кількостей шарів подібного GSM.Прикладом є 12 шарів кевлару 200 GSM і 6 шарів кевлару 400 GSM.Обидва ці зразки мають 2400 GSM кевлара кожен.При порівнянні цих двох різних зразків вони не зменшують відстань снарядів на однакову величину.Подібні кореляції та висновки можна спостерігати на основі 3 шарів кевлару 400 GSM і 6 шарів кевлару 200 GSM.Кожен із цих випадків має 1200 зразків GSM, але не має подібних характеристик у результатах.

Середні криві для снарядів 1 і 2, наведені на рисРис. 4, вказують на те, що снаряди зупиняться з 6 і 7 кратними 3 шарами кевлару 200 GSM відповідно (тобто 18 і 21 шаром кевлара 200 GSM).Існує тенденція приблизно подвоювати кількість шарів кевлару, які необхідні, порівняно з фактично пошкодженим кевларом, щоб зупинити снаряди.З 18 і 21 шарами кевлару 200 GSM призведе до того, що снаряди 1 і 2 зупиняться приблизно в 9 і 10 шарах кевлару.Ця кількість шарів співвідноситься з кількістю шарів кевлару, які містять комерційно доступні кевларові бронежилети.

Деякі елементи для довідки:

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

Відео для довідки:

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

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

5. Висновки

Порівняння 160 GSM, 200 GSM і 400 GSMКевларпід балістичним ударом були проведені балістичні випробування, проведені з 9-мм боєприпасами Parabellum і з різною кількістю кевларових шарів.Було помічено, що кілька шарів кевлару не є ефективними для зупинки снарядів, а змушують снаряди рухатися далі в балістичний гель.Лише після збільшення кількості шарів спостерігалося зменшення проникнення снаряда в балістичний гель.Причина такого піку проникнення, особливо для снарядів з порожнистими кінчиками, полягала в тому, що отвір заповнювався кевларовим матеріалом, завдяки чому він працював як снаряд FMJ.Подібні усереднені негативні градієнти спостерігалися між FMJ і порожнистими снарядами після досягнення піку.

Узагальнюючи внесок цієї статті, можна зробити висновок:

• 1)

• Було досліджено ефективність різних шарів кевлару 160 GSM, 200 GSM і 400 GSM, покритого балістичним гелем, і було виявлено, що кевлар 200 GSM був більш ефективним для зупинки 9-мм снаряда Parabellum.

• 2)

• Було виявлено, що не існує лінійного зв’язку між двома різними типами кевлару з різною вагою (наприклад, кевлар 200 GSM і 400 GSM), складених таким чином, щоб вони мали однакову загальну вагу.

• 3)

• Було протестовано чотири різні типи боєприпасів калібру 9 мм Parabellum, і визначено глибину їх проникнення в балістичний гель для різних шарів кевлару.

• 4)

• Було підраховано, що для 9-міліметрових боєприпасів Parabellum, які найчастіше використовуються в усьому світі, для зупинки снаряда потрібен як мінімум 21 шар кевлара 200 GSM.З міркувань безпеки пропонується включити додатковий коефіцієнт безпеки, оскільки пробиття також залежить від профілю снаряда.

Виходячи з наведених вище результатів щодо характеристик кевларових шарів різної ваги, можна сподіватися, що ці характеристики можна використовувати для розробки та проектування безпечних і ефективних бронежилетів.

Загальну тенденцію, згідно з якою потрібно подвоїти кількість шарів кевлару порівняно з фактичною кількістю пошкоджених шарів, варто було б вивчити в подальших дослідженнях з різними боєприпасами.Майбутні дослідження також зможуть вказати на ефект проникнення снарядів меншого калібру та боєприпасів із кевлару порівняно з боєприпасами калібру 9 мм Para.Подібним чином майбутні дослідження зможуть визначити, як різні боєприпаси та снаряди проникають через кевлар 200 GSM, такий як кевлар, який використовується лише в бронежилетах.Завдяки характеристикам, які спостерігаються при проникненні порожнистих снарядів у балістичний гель після блокування порожнистої точки кевларом, майбутні дослідження дозволять визначити, чи буде подібний ефект у сценарії, коли снаряд проникає в одяг, перш ніж проникати в тіло. .

Подяки

Дослідження частково профінансованоНаціональний дослідницький фонд.Наступні компанії та приватні особи висловлюють подяку за допомогу, керівництво та використання своїх об’єктів в алфавітному порядку: Боррі Борнман, Джон Еванс, Центр оцінки кваліфікації та навчання вогнепальної зброї (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (продавець вогнепальної зброї та зброяр;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), ферма та природний заповідник River Valley (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Марк Лі, Девід і 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), Луї та Леоні Стопфорт.Слід зазначити, що думки авторів у цьому документі не обов’язково є думками компаній, організацій та осіб, згаданих вище.Автори не отримали фінансової вигоди від проведених тестів.