Оборонные технологии — Экспериментальное исследование пуленепробиваемости кевлара различной плотности и количества слоев при попадании 9-мм снарядов.

2.1. Баллистический гель

Баллистический гель был изготовлен из неароматизированного желатина. Плотность и консистенция геля должны быть такими же, как у геля, используемого Федеральным бюро расследований (ФБР). Для достижения такой же консистенции использовались инструкции, приведенные в [ссылка].30] были соблюдены, и он был проверен на соответствие стандартам, описанным в ссылке [31].

8 чашек (250 мл) неароматизированного желатинового порошка (примерно 1,25 кг) смешивают с 8 л воды (1 часть желатина на 4 части воды) до полного растворения порошка. После того, как раствор разливают в емкости (для приготовления смеси использовали 2 емкости по 5 л), добавляют 5 капель эфирного масла (эфирное масло листьев корицы) и аккуратно перемешивают. Эфирное масло используется для того, чтобы пузырьки в растворе рассеялись, а баллистический гель приобрел более приятный запах. Раствор помещают в емкости и хранят в холодильнике. Баллистический гель готов к использованию через 36 часов после приготовления и упаковывают в целлофановую пленку. Видеоролик с подробным описанием процесса приготовления баллистического геля доступен по ссылке:https://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Плотность баллистического геля была рассчитана как 996 км/м³.3(99,6% от плотности воды). Средняя плотность крови, жира и мышц человека [32], что соответствует консистенции человеческой плоти, составляет 1004 кг/м³.3Разница в плотности в 0,8% считается приемлемой для баллистического геля, позволяющего имитировать ткани человеческого тела.

2.2.кевлар образцы

В испытаниях использовались три вида кевларовой ткани: 160 г/м², 200 г/м² и 400 г/м². Поскольку кевлар может использоваться в качестве тканого материала, наибольшая прочность материала может быть достигнута при ориентации 0–90. Образцы были уложены в направлении −45/+45 (квазиизотропное), которое поглощает больше энергии при ударе, чем уложенные друг на друга образцы с ориентацией 0–90.33Образцы, использованные в тестах, были изготовлены в виде трехслойных конструкций, причем каждый образец располагался в порядке 90/±45/90. При укладке двух или трех образцов друг на друга последний слой одного образца располагался под углом 45° к следующему слою следующего образца.

Листы кевлара были разделены и разрезаны на листы формата А4 для подготовки к склеиванию с использованием рекомендованной эпоксидной смолы и отвердителя. Образцы оставили сохнуть. После застывания смолы образцы разрезали, скрепляли болтами и устанавливали на место для проведения испытаний.

Баллистические испытания проводились с использованием двух различных типов боеприпасов, а именно: цельнометаллических (FMJ) и оболочечно-полугильзовых (JHP) 9-мм патронов калибра Parabellum (P или сокращенно Para). Методика испытаний образцов описана ниже:

• 1)

• Для измерения скорости пули был установлен огнестрельный хронограф. Хронограф располагался на расстоянии 2 м от дула оружия, чтобы предотвратить искажение показаний из-за пламени дульного среза.

• 2)

• Для определения скорости пули непосредственно в баллистическом геле был проведен базовый тест. Уравнение кинетической энергии.
  E=(1/2)mv2

  Этот метод использовался для определения энергии и расстояния проникновения в баллистический гель.

• 3)

• ОнкевларЗатем образцы помещали перед баллистическим гелем, который располагался на расстоянии 1 м от хронографа. Расстояние в 1 м выбрано для того, чтобы воспроизвести наихудший сценарий, когда человек или объект подвергается обстрелу с близкого расстояния.

• 4)

• Образец был подвергнут выстрелу, при этом снаряд проходил через хронограф для определения его начальной скорости. После этого образец был пробит, и снаряд застрял в баллистическом геле. Скорости, полученные в ходе испытаний, использовались для получения результатов.средняя скоростьданные, которые использовались для обновления значений на шаге 2.

• 5)

• Было измерено и зафиксировано 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 конкретным типом боеприпасов повторялось, если снаряд не двигался прямо внутри баллистического геля или если он проникал в образец кевлара в области, которая считалась непрочной.

В образцах с тремя слоями пули 9 мм Parabellum FMJ пролетели немного меньшее расстояние по сравнению с гильзой без кевлара. Пули с полой головкой пролетели большее расстояние по сравнению с гильзой без кевлара. Пуля 9 мм Parabellum (номер 4) деформировалась незначительно, но латунная оболочка начала отрываться от пули.

Испытания, проведенные с использованием 6 слоев кевлара плотностью 160 г/м², показали, что пули Parabellum калибра 9 мм с полой головкой пролетели дальше по сравнению с испытаниями без кевлара, при этом пуля № 4 пролетела почти такое же расстояние, как и пуля с цельнометаллической оболочкой.

При использовании 9 слоев кевлара плотностью 160 г/м² соответствующие расстояния, пройденные снарядами в геле, показали, что снаряды № 1, 3 и 4 пролетели дальше после прохождения 9 слоев кевлара плотностью 160 г/м², по сравнению со снарядами, выпущенными в баллистический гель (без кевлара).

Испытания, проведенные с 12 слоями кевлара плотностью 160 г/м², показывают, что у всех снарядов наблюдается тенденция к уменьшению глубины проникновения по сравнению с 9 слоями.

Как видно вРис. 3Глубина проникновения снарядов колеблется в зависимости от глубины по мере увеличения количества слоев, однако во всех случаях наблюдается уменьшение глубины при увеличении количества слоев с 9 до 12. Было замечено, что снаряды с полой головкой проникали сквозь слои кевлара, и при этом полая головка блокировалась кевларовым материалом. После достижения баллистического геля эти снаряды с полой головкой ведут себя так же, как и снаряды с цельнометаллической оболочкой. По вышеупомянутой причине, в случае с образцами из 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 начал демонстрировать признаки снижения проникновения в баллистический гель. Эта характеристика наблюдалась и в других испытаниях с кевларом различной массы, как показано в данной статье.

3.4. 200 GSMкевлар

Испытания кевлара плотностью 200 г/м² проводились на образцах с 3, 6, 9, 12 и 15 слоями. Поскольку кевлар плотностью 200 г/м² обычно используется для бронежилетов, было решено провести испытания с 15 слоями. Результаты проникновения в баллистический гель показаны на рисунке.Рис. 4.

Испытания, проведенные с использованием 3 слоев кевлара плотностью 200 г/м², показали, что пули 9 мм Parabellum FMJ прошли через баллистический гель, и пройденное ими расстояние по сравнению с вариантом без кевлара не уменьшилось. Пули 9 мм Parabellum с полой головкой деформировались, как и ожидалось, а у пули 9 мм Parabellum № 4 латунная оболочка застряла в баллистическом геле, однако свинцовая пуля продолжила движение и остановилась, как и было зафиксировано в протоколе.Рис. 4.

Было замечено, что при использовании 6 слоев кевлара плотностью 200 г/м² 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 использованием 9 слоев кевлара плотностью 200 г/м², показали, что снаряд № 2 проник дальше в баллистический гель по сравнению со случаем без кевлара. Было замечено, что в снарядах № 3 и 4 кевлар был заблокирован в полой головке, что предотвратило ее деформацию. Снаряды № 3 и 4 проникли дальше в баллистический гель после прохождения 9 слоев кевлара плотностью 200 г/м² по сравнению со случаем без кевлара.

В ходе испытаний, проведенных с использованием 12 слоев кевлара плотностью 200 г/м², было замечено, что пули Parabellum FMJ калибра 9 мм, № 1 и 2, имели более плоскую головку после проникновения. Пуля № 4, хотя и не сильно деформировалась (полая часть была заблокирована кевларом), была более плоской в ​​головке. Пуля № 3 не сильно деформировалась, но наблюдались признаки деформации кончика головки.

В ходе испытаний, проведенных с использованием 15 слоев кевлара плотностью 200 г/м², оба снаряда с цельнометаллической оболочкой (FMJ) показали признаки деформации в виде грибовидного расширения. Снаряды № 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, то, по-видимому, наблюдается линейный градиент уменьшения проникновения в баллистический гель после достижения пика примерно на 6 слоях кевлара плотностью 200 г/м². Кевлар плотностью 200 г/м² демонстрирует лучшие характеристики по сравнению с кевларом плотностью 160 г/м², как и ожидалось. При 15 слоях кевлара плотностью 200 г/м² были остановлены снаряды № 3 и 4, но не снаряды № 1 и 2. Следуя среднему градиенту, можно предположить, что снаряды № 1 и 2 будут остановлены при использовании, возможно, 18 и 21 слоев кевлара плотностью 200 г/м² соответственно.

• Испытания кевлара плотностью 400 г/м² проводились на образцах с 3, 6, 9 и 12 слоями, как показано на представленных результатах.Рис. 5.

4. Анализ и обсуждение результатов.

Рис. 6На рисунке показано сравнение глубины проникновения различных снарядов в 3 слоя кевлара плотностью 160, 200 и 400 г/м².Рис. 6При использовании 9-мм пуль Parabellum с полой головкой, 3 слоя кевлара плотностью 200 г/м² остановили пули на кратчайшем расстоянии. 3 слоя кевлара плотностью 400 г/м² и 160 г/м² остановили пули № 1 и № 2 наиболее эффективно, соответственно.

Рис. 7,Рис. 9Указывается, что нет сходных характеристик у разных снарядов при двух разных количествах слоев одинаковой плотности (GSM). Например, 12 слоев кевлара плотностью 200 GSM и 6 слоев кевлара плотностью 400 GSM. Оба образца содержат в общей сложности 2400 GSM кевлара. При сравнении этих двух разных образцов дальность полета снарядов не уменьшается на одинаковую величину. Аналогичные корреляции и выводы можно наблюдать на примере 3 слоев кевлара плотностью 400 GSM и 6 слоев кевлара плотностью 200 GSM. В каждом из этих случаев используются образцы плотностью 1200 GSM, но результаты не имеют сходных характеристик.

Средние кривые для снарядов 1 и 2 показаны на рисунке.Рис. 4Указывается, что снаряды остановятся при наличии 6 и 7 кратных 3 слоев кевлара плотностью 200 г/м², соответственно (т.е. 18 и 21 слоев кевлара плотностью 200 г/м²). Наблюдается тенденция к тому, что количество необходимых слоев кевлара примерно удваивается по сравнению с фактически поврежденным слоем кевлара, необходимым для остановки снарядов. При наличии 18 и 21 слоев кевлара плотностью 200 г/м² снаряды 1 и 2 остановятся примерно в 9 и 10 слоях кевлара. Это количество слоев соответствует количеству слоев кевлара, содержащихся в коммерчески доступных бронежилетах, изготовленных только из кевлара.

Несколько пунктов для вашего означения:

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

Видеоролики для вашего ознакомления:

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

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

5. Выводы

Сравнение телефонов плотностью 160, 200 и 400 г/м².кевларБаллистические испытания проводились с использованием 9-мм патронов Parabellum и различного количества слоев кевлара для оценки баллистического воздействия. Было замечено, что несколько слоев кевлара неэффективны для остановки снарядов, а скорее заставляют их проникать глубже в баллистический гель. Только при увеличении количества слоев наблюдалось снижение проникновения снаряда в баллистический гель. Причиной этого пика проникновения, особенно у снарядов с полой головкой, было заполнение отверстия кевларовым материалом, что приводило к тому, что снаряд начинал вести себя как цельнометаллическая оболочка (FMJ). Аналогичные усредненные отрицательные градиенты наблюдались между цельнометаллическими и полыми снарядами после достижения пика.

Подводя итоги вклада данной работы, можно заключить:

• 1)

• Была исследована эффективность различных слоев кевлара плотностью 160, 200 и 400 г/м², нанесенных на баллистический гель, и установлено, что кевлар плотностью 200 г/м² более эффективен для остановки 9-мм снаряда Parabellum.

• 2)

• Было установлено, что не существует линейной зависимости между двумя различными типами кевлара с разной плотностью (например, 200 г/м² и 400 г/м²), уложенными таким образом, чтобы их суммарный вес был одинаковым.

• 3)

• Были протестированы четыре различных типа патронов 9 мм Parabellum, и определена глубина их проникновения в баллистический гель при наличии разных слоев кевлара.

• 4)

• Было установлено, что для 9-мм патронов Parabellum, наиболее распространенных в мире, для остановки снаряда требуется как минимум 21 слой кевлара плотностью 200 г/м². Предлагается в качестве меры предосторожности включить дополнительный запас прочности, поскольку проникающая способность зависит также от профиля снаряда.

На основе представленных выше результатов, касающихся характеристик кевларовых слоев различной плотности, есть надежда, что эти характеристики могут быть использованы для разработки и проектирования безопасных и эффективных бронежилетов.

Общая тенденция, согласно которой требуется вдвое больше слоев кевлара по сравнению с фактическим количеством поврежденных слоев, заслуживает дальнейшего изучения в исследованиях с использованием различных боеприпасов. Будущие исследования также позволят определить проникающее действие снарядов и боеприпасов меньшего калибра на кевлар по сравнению с 9-мм парашютными патронами. Аналогично, будущие исследования позволят определить, как различные боеприпасы и снаряды проникают через кевлар плотностью 200 г/м², например, через кевлар, используемый только в бронежилетах. Учитывая характеристики, наблюдаемые у снарядов с полой головкой, проникающих глубже в баллистический гель после блокировки полой головки кевларом, будущие исследования позволят определить, будет ли наблюдаться аналогичный эффект в сценарии, когда снаряд проникает через одежду, прежде чем проникнуть в плоть.

Благодарности

Исследование частично финансировалось за счетНациональный исследовательский фондВ алфавитном порядке выражаем благодарность следующим компаниям и частным лицам за помощь, консультации и предоставление своих ресурсов: Борри Борнман, Джон Эванс, Центр оценки и обучения навыкам обращения с огнестрельным оружием (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (торговец огнестрельным оружием и оружейный мастер;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), Ферма и природный заповедник Ривер Вэлли (+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 совпадают с мнениями упомянутых выше компаний, организаций и частных лиц. Авторы не получали финансовой выгоды за проведенные исследования.