Оборонные технологии — Экспериментальное исследование пуленепробиваемости кевлара разной плотности и количества слоев под действием 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 следуйте инструкциям, приведенным в [ссылка].30] были соблюдены, и он был протестирован на соответствие стандартам, описанным в [Ссылка].31].

8 чашек (250 мл) порошка желатина без ароматизаторов (примерно 1,25 кг) смешивают с 8 л воды (1 часть желатина на 4 части воды) до полного растворения порошка. После разлива раствора по ёмкостям (для приготовления смеси использовались 2 ёмкости по 5 л) добавляют 5 капель эфирного масла (эфирного масла листьев корицы) и аккуратно размешивают. Эфирное масло используется для рассеивания пузырьков в растворе и придания баллистическому гелю приятного запаха. Раствор помещают в ёмкости и хранят в холодильнике. Баллистический гель был готов к использованию через 36 часов после приготовления, после чего его упаковывают в целлофан. Видеоролик с подробным описанием процесса приготовления баллистического геля доступен на сайтеhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Плотность баллистического геля была рассчитана как 996 км/м3.3(99,6% плотности воды). Средняя плотность крови, жира и мышц человека [32], что является плотностью человеческой плоти, составляет 1004 кг/м3Разница в плотности в 0,8% считается приемлемой для того, чтобы баллистический гель имитировал плоть 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 можно использовать как тканый материал, максимальная прочность материала достигается при ориентации 0–90°. Образцы были сложены в стопку с ориентацией −45/+45° (квазиизотропной), что обеспечивает поглощение большего количества энергии при ударе, чем образцы с ориентацией 0–90°, сложенные друг на друга.33Образцы, использованные в испытаниях, были изготовлены в количестве, кратном 3 слоям, где каждый образец был уложен в порядке 90/±45/90. При размещении двух или трёх образцов друг на друге последний слой одного образца располагался под углом 45° к следующему слою следующего образца.

Листы кевлара были разделены и разрезаны на листы формата A4, чтобы подготовить их к склеиванию с использованием рекомендуемой эпоксидной смолы и отвердителя. Образцы были оставлены для высыхания. После затвердевания смолы образцы были разрезаны, скреплены болтами и установлены на место для проведения испытаний.

Баллистические испытания проводились с использованием двух различных типов боеприпасов: оболочечных (FMJ) и оболочечных с экспансивной пулей (JHP) калибра 9 мм «Парабеллум» (P или сокращенно Para). Методика испытаний образцов описана ниже:

• 1)

• Для измерения скорости пули был установлен оружейный хронограф. Хронограф располагался на расстоянии 2 м от дула оружия, чтобы пламя из ствола не влияло на точность показаний.

• 2)

• Был проведён базовый тест для определения скорости пули непосредственно в баллистическом геле. Уравнение кинетической энергии
  E=(1/2)mv2

  использовался для определения энергии и дальности проникновения в баллистический гель.

• 3)

• TheКевларЗатем образцы помещали перед баллистическим гелем на расстоянии 1 м от хронографа. Расстояние 1 м выбрано для того, чтобы воспроизвести наихудший сценарий, когда человек или объект выстреливается с близкого расстояния.

• 4)

• Образец был отстрелян пулей, проходящей через хронограф, для определения его начальной скорости. После этого образец прокалывался, и пуля помещалась в баллистический гель. Скорости, полученные в ходе испытаний, использовались для получениясредняя скоростьпоказания, которые были использованы для обновления значений на шаге 2.

• 5)

• Расстояние проникновения в баллистический гель измерялось и регистрировалось.

• 6)

• Шаг 2 повторялся для каждого типа боеприпасов, использованных в испытаниях. Шаги 3–5 повторялись для каждого образца кевлара. Испытание с определенным боеприпасом повторялось, если снаряд не проходил прямолинейно в баллистическом геле или проникал в образец кевлара в области, которая считалась непрочной.

В образцах с тремя слоями снаряды 9-мм Parabellum FMJ пролетели немного меньше по сравнению с гильзой без кевлара. Пули с экспансивной головной частью пролетели дальше по сравнению с гильзой без кевлара. Снаряд 9-мм Parabellum (номер 4) не сильно деформировался, но латунная оболочка начала сдираться.

Испытания, проведенные с 6 слоями кевлара 160 GSM, показали, что пули Parabellum калибра 9 мм с экспансивной головной частью прошли дальше по сравнению с испытаниями на проникновение без кевлара, при этом пуля номер 4 прошла почти такое же расстояние, что и пуля FMJ.

При использовании 9 слоев кевлара 160 GSM соответствующие расстояния, пройденные снарядами в геле, показали, что снаряды с номерами 1, 3 и 4 пролетели большее расстояние после прохождения через 9 слоев кевлара 160 GSM по сравнению со снарядами, выпущенными в баллистический гель (без кевлара).

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

Как видно нарис. 3, глубина проникновения снарядов колеблется с глубиной по мере увеличения количества слоев, однако во всех случаях наблюдается уменьшение с 9 до 12 слоев. Было замечено, что снаряды с экспансивной головкой проникали в слои кевлара, и в этом процессе экспансивная головка блокировалась кевларовым материалом. Как только эти снаряды с экспансивной головкой достигают баллистического геля, они ведут себя так же, как снаряд с FMJ. По вышеупомянутой причине с образцами кевлара, используемыми для пулевых испытаний, снаряды проникали в баллистический гель глубже по сравнению с испытаниями, проведенными без кевлара. Только после того, как было пробито достаточное количество слоев кевлара для поглощения достаточного количества энергии, снаряд демонстрировал характеристики уменьшенного проникновения в баллистический гель. Эта характеристика наблюдалась и в других испытаниях с кевларом разной плотности, как представлено в этой статье.

3.4.200 GSMКевлар

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

Испытания, проведённые с тремя слоями кевлара 200 GSM, показали, что пули 9-мм Parabellum FMJ прошли сквозь баллистический гель, и дальность их полёта по сравнению с гильзой без кевлара не сократилась. Пули 9-мм Parabellum с экспансивной оболочкой, как и ожидалось, приняли форму гриба, а у пули 9-мм Parabellum № 4 латунная оболочка застряла в баллистическом геле, однако свинцовая пуля продолжила движение и остановилась, как показано врис. 4.

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

Испытания, проведённые с девятью слоями кевлара 200 GSM, показали, что снаряд № 2 проник глубже в баллистический гель по сравнению с корпусом без кевлара. Было отмечено, что у снарядов № 3 и 4 кевлар был заблокирован в полости, что предотвратило её грибовидное расширение. Снаряды № 3 и 4 проникли глубже в баллистический гель после проникновения через девять слоёв кевлара 200 GSM по сравнению с корпусом без кевлара.

В ходе испытаний, проведённых с 12 слоями кевлара 200 GSM, было отмечено, что 9-мм пули Parabellum FMJ, № 1 и 2, имели более плоскую головную часть после проникновения. У пули № 4, несмотря на то, что её головная часть не сильно деформировалась благодаря кевларовой выемке, головная часть была более сплющенной. У пули № 3 деформация головной части была незначительной, но наблюдалась деформация кончика головной части.

Испытания, проведённые с 15 слоями кевлара 200 GSM, показали, что оба снаряда с армированной мишенью (FMJ) демонстрируют признаки 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 нарис. 4Если рассматривать средние значения между точками, то, по-видимому, наблюдается линейный градиент уменьшения проникновения в баллистический гель, достигающий пика примерно при 6 слоях кевлара 200 GSM. Кевлар 200 GSM, как и ожидалось, демонстрирует лучшие характеристики по сравнению с кевларом 160 GSM. При 15 слоях кевлара 200 GSM были остановлены снаряды № 3 и 4, но не снаряды № 1 и 2. Согласно усредненному градиенту, предполагается, что снаряды № 1 и 2 будут остановлены при использовании, возможно, 18 и 21 слоя кевлара 200 GSM соответственно.

• Испытания кевлара 400 GSM проводились с использованием образцов из 3, 6, 9 и 12 слоев, как показывают результаты, представленные на рис.рис. 5.

4. Анализ и обсуждение результатов

рис. 6Сравнение глубин проникновения различных снарядов в три слоя кевлара с плотностью 160 ГСМ, 200 ГСМ и 400 ГСМ. Как видно на рисункерис. 6При использовании 9-мм экспансивных пуль Parabellum три слоя кевлара плотностью 200 GSM остановили пули на кратчайшем расстоянии. Три слоя кевлара плотностью 400 GSM и 160 GSM остановили пули с экспансивной головной частью наибольшей дистанции. Пули 1 и 2 лучше всего остановили три слоя кевлара плотностью 400 GSM и 160 GSM соответственно.

рис. 7,рис. 9Указывается, что для двух образцов с разным количеством слоёв одинакового GSM нет схожих характеристик у разных снарядов. Примером служат 12 слоёв кевлара 200 GSM и 6 слоёв кевлара 400 GSM. Оба образца содержат в общей сложности 2400 GSM кевлара каждый. При сравнении этих двух образцов, они не уменьшают дальность полёта снарядов на одинаковую величину. Аналогичные корреляции и выводы можно наблюдать для трёх слоёв кевлара 400 GSM и шести слоёв кевлара 200 GSM. В каждом из этих случаев используются образцы 1200 GSM, но их характеристики различаются.

Средние кривые для снарядов 1 и 2, показанные нарис. 4, показывают, что пули остановятся при использовании 6 и 7 слоёв кевлара 200 GSM, кратных 3, соответственно (т.е. 18 и 21 слой кевлара 200 GSM). Существует тенденция к примерно удвоению количества слоёв кевлара, необходимого для остановки пули, по сравнению с фактически повреждённым кевларом. При использовании 18 и 21 слоя кевлара 200 GSM пули 1 и 2 будут останавливаться примерно при 9 и 10 слоях кевлара. Это количество слоёв коррелирует с количеством слоёв кевлара в имеющихся в продаже бронежилетах, содержащих только кевлар.

Некоторые пункты 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 вашего ознакомления:

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

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

5. Выводы

Сравнение 160 GSM, 200 GSM и 400 GSMКевларБыли проведены баллистические испытания с использованием 9-мм боеприпасов Parabellum с различным количеством слоев кевлара. Было отмечено, что несколько слоев кевлара не останавливают пули, а скорее заставляют их глубже проникать в баллистический гель. Снижение проникающей способности пули в баллистический гель наблюдалось только при увеличении количества слоев. Пик проникающей способности, особенно у пули с экспансивной головкой, объясняется заполнением отверстия кевларом и превращением его в пулю с цельнометаллической бронёй (FMJ). Аналогичные усреднённые отрицательные градиенты наблюдались между пулями с цельнометаллической бронёй (FMJ) и пулей с цельнометаллической бронёй (FMJ) после достижения пика.

Подводя итоги данной статьи, можно сделать следующие выводы:

• 1)

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

• 2)

• Было обнаружено, что не существует линейной зависимости между двумя различными типами кевлара с разной плотностью (например, кевлар 200 GSM и 400 GSM), уложенными слоями таким образом, что они имеют одинаковый суммарный вес.

• 3)

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

• 4)

• Было установлено, что для 9-мм боеприпасов Parabellum, наиболее распространённых в мире, для остановки пули требуется как минимум 21 слой кевлара плотностью 200 GSM. В качестве меры предосторожности предлагается включить дополнительный коэффициент запаса, поскольку пробивная способность также зависит от профиля пули.

На основании представленных выше результатов по характеристикам слоев кевлара разной массы можно надеяться, что эти характеристики могут быть использованы для разработки и проектирования безопасных и эффективных пуленепробиваемых жилетов.

Общая тенденция, согласно которой требуется удвоение количества слоев кевлара по сравнению с фактическим количеством поврежденных слоев, заслуживает изучения в дальнейших исследованиях с различными боеприпасами. Будущие исследования также позволят определить проникающее действие, которое оказывают на кевлар пули и боеприпасы меньшего калибра по сравнению с пулями 9 мм Para. Аналогичным образом, будущие исследования смогут определить, как различные боеприпасы и снаряды проникают в кевлар 200 GSM, такой как кевлар, используемый только в бронежилетах. С характеристиками, наблюдаемыми при более глубоком проникновении пули с экспансивной головкой в ​​баллистический гель после того, как экспансивная головка блокируется кевларом, будущие исследования позволят определить, будет ли аналогичный эффект испытываться в сценарии, когда пуля пробивает одежду, прежде чем проникнуть в плоть.

Благодарности

Исследование частично финансировалосьНациональный исследовательский фондВыражаем благодарность следующим компаниям и лицам за помощь, руководство и использование их возможностей (в алфавитном порядке): Борри Борнман, Джон Эванс, Центр оценки и обучения огнестрельному оружию (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns 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 отражают мнение упомянутых выше компаний, организаций и лиц. Авторы не получали финансовой выгоды за проведённые испытания.