Сегодня в России вопрос о том, стоит или нет проектировать защитную одежду для собак. За границей собачьи бронежилеты – уже норма, отечественные разработчики предлагают средства защиты для четвероногих сотрудников силовых структур. Но все ли проблемы уже решены?
Как уже отмечалось ранее [1,2], документации, регламентирующей процесс проектирования и производство бронеодежды для собак нет. Исследователи проводят аналогии с бронежилетами для людей и лишь вносят необходимые поправки и допуски. Насколько такой подход оправдан и обеспечивают ли данные изделия необходимую степень защиты?
Итак, при проектировании одежды для собак необходимо решить несколько проблем, основные из которых:
а) определить необходимый класс защиты, учитывая тяжесть запреградной (заброневой) травмы;
б) подобрать пакет материалов бронежилета с учетом рода службы и характера ранений собаки.
Проводимые ранее на кафедре ТДШИ НТИМГУДТ исследования позволили определить зоны ранений и наиболее характерные поражения собак, несущих службу в различных подразделениях МВД и ВС. Разработанная топография легла в основу дальнейших исследований, проводимых с учетом того, что бронежилеты собак МВД и ВС не должны быть одинаковыми по конструкции и составу пакета материалов, хотя конструктивно в средствах индивидуальной защиты (СИЗ) для собак очень сложно что-либо менять, учитывая степень подвижности и размеры животных.
Консультации с ветеринарами, кинологами, а также расчеты характера и тяжести заброневой травмы позволили определить классы защиты (согласно предложенной ГОСТ Р 50744-95 классификации) и спецсредства, для которых возможно проектирование защитной бронеодежды для собак. Исследования показали, что проектирование бронеодежды класса защиты выше, чем 2а не целесообразно, т.к. полученная заброневая травма не совместима с жизнью собаки.
Дальнейшие исследования связаны с выбором пакета материалов СИЗ для собак.
Проводя аналогию между бронежилетами для людей и собак, разработчики рекомендуют стандартный пакет соответствующего класса защиты. Как отмечалось ранее, для собак это I, II и IIа класс (отличаются количеством слоёв кевлара в гибкой мягкой броне, жесткая броня не предусмотрена).
Рассмотрим пакет материалов бронежилета для людей разных классов защиты (рисунок 1).
Рисунок 1 – Стандартный пакет материалов бронежилета различных классов защиты
С точки зрения защитных свойств, наибольший интерес представляет:
- гибкая мягкая броня (Кевлар, Тварон, Терлон, Армос);
- жесткая броня (только для СИЗ классом 3 и выше, количество слоев мягкой брони не превышает 15-16 слоев);
- демпферный амортизирующий слой.
Таким образом, СИЗ для собак не предусматривают жестких бронеэлементов. Необходимая степень защиты обеспечивается только мягкой броней.
Гибкая бронепанель, в большинстве случаев, полностью изготавливается из ткани одного вида. Например, для защиты по I -му классу [3], нужно соединить 15-16 слоёв ткани Twaron Microfilament. Действительно, толщина такой конструкции всего около 3-5 мм и она легко гнётся, не мешая движениям собаки.
Именно этими рекомендациями руководствуются отечественные разработчики одежды для собак. Но насколько оправдан такой подход к подбору пакета?
Ряд консультаций с ведущими специалистами «НИИ Стали» и полученные данные позволяют говорить о том, что предложенный пакет материалов удовлетворяет требованиям безопасности и обеспечивает защиту от поражающих факторов I, II класса. Данное количество слоёв кевлара, помимо пуленепробиваемости, позволяет также гарантировать непробитие при испытаниях на противоосколочную стойкость. Можно говорить о том, что для собак, несущих службу в ВС, предложенный пакет обеспечивает должную степень защиты.
Однако, по мнению специалистов кинологов и ветеринаров, основной характер ранений собак МВД – проникающие ранения холодного оружия, а испытания по этому поражающему фактору практически не проводятся.
Возникла необходимость проведения дополнительных исследований на стойкость к холодному оружию. Совместно со специалистами криминалистической лаборатории МВД НСО, проведены ряд испытания на пуленепробиваемость и стойкость к холодному оружию. При этом, согласно рекомендациям специалистов «НИИ Стали», испытания поводились не послойно, как регламентирует НТД, а всего пакета в целом. Количество слоев кевлара в пакете, предоставленном для испытаний, составило 24 слоя.
Проведенные расчеты и уточнения позволили определить силу удара, после чего проведены испытания на стойкость к холодному оружию.
Нанесена серия ударов как сверху- вниз так и снизу-вверх. По стандартам NIJ и ГОСТ [3], максимальные значения отпечатка на специальной мягкой поверхности – пластилине (Roma plastilina) ограничены значениями 44 и 22 мм, соответственно, для собак эти значения составляют порядка 22 и 11 мм.
Удары снизу-вверх оставили как прогиб глубиной 3-5мм, так и проникающие отпечатки ( глубина 16 –18 мм), при таком ударе ранения будут иметь лёгкую и среднюю степени тяжести.
При ударе сверху - вниз проникающие отпечатки составили, в среднем, 35мм, а это уже тяжелые травмы и травмы, несовместимые с жизнью собаки.
При этом следует отметить, что размер образцов для испытаний, регламентированный ГОСТ, соответствует боковой поверхности тела собаки, основные же зоны поражения от холодного оружия – шея, грудная клетка и живот, где размеры деталей бронежилета несопоставимо меньше. Учитывая, что, согласно сведениям разработчиков, на расстоянии 4-5 см от срезов прочностные характеристики кевлара снижаются на 50 %, наиболее уязвимые зоны туловища остаются практически без защиты , а бронежилет становится лишь фактором психологического воздействия.
Таким образом, можно говорить о том, что пакет материалов бронежилета для людей и собак одного и того же класса защиты должен быть различным, при этом отличие должно состоять не только в количестве слоев мягкой брони. Для улучшения защитных свойства бронежилета и снижения тяжести заброневой травмы для собак, несущих службу в силовых подразделениях МВД, необходимо при проектировании бронежилетов I, II и IIа класса защиты вводить зональное использование жёсткой брони, при этом модульный принцип комплектования позволит шире использовать данные изделия.
Учитывая габариты тела собаки, необходимо рассчитать площадь дополнительных съёмных бронеэлементов, позволяющих обеспечить необходимую степень защиты, с учётом тяжести запреградной травмы.
При проведении расчётов целесообразно учитывать не только законы, описывающие происходящие процессы, но и основные принципы, обеспечивающие защитные свойства бронежилета:
- пуля останавливается поверхностью бронежилета и не проникает в тело;
- часть энергии пули уходит в неупругий удар с поверхностью бронежилета;
- энергия удара перераспределяется на большую площадь, снижая тем самым энергию удара на единицу площади.
Итак, пуля останавливается поверхностью бронежилета и не проникает в тело. Если же пробивание поверхности произошло, то считается, что бронежилет не справился со своей задачей. Если поверхность выдержала, то критической становится сила удара бронежилета о тело, так называемая заброневая травма.
Во-вторых, часть энергии пули уходит в неупругий удар с поверхностью бронежилета. Конкретный механизм зависит от конструкции. Это может быть как деформация стальной или керамической пластины, так и растяжение и разрыв кевларовых волокон. Для простоты, будем считать удар центральным. При неупругом ударе всегда строго выполняется закон сохранения импульса:
, (1)
где m - масса пули,
М - масса бронежилета,
V0 – скорость пули до удара,
V1 - скорость пули вместе с бронежилетом после удара.
Нетрудно вывести скорость бронежилета с пулей после удара:
(2)
Таким образом, реальная энергия травмирующего удара о тело будет:
(3)
То есть, смягчение удара тем эффективней, чем больше масса останавливающей поверхности.
В-третьих, энергия удара перераспределяется на большую площадь, тем самым снижая энергию удара на единицу площади:
e=E/S , (4)
где S - площадь удара.
При использовании стальных пластин энергия удара на единицу площади, при условии, что m<<M, составляет:
, (5)
где р - поверхностная плотность материала.
Если поверхность пластины искривлена – например, имеет радиус кривизны по одной из координат, то энергия удара - Е распределяется на площадь - S1, меньшую, чем площадь пластины - S. Так при угловом размере кривизны в 900 , S1 = 0.9 S. В общем случае, для одного радиуса кривизны поверхности:
, (6)
где a – угловой размер кривизны в радианах.
Проведем расчет для пули, выпущенной из АКМ в стальную пластину размером 10х10 см и толщиной 1 мм. Характерная плотность стали 8 тон/м3. Масса пластины 80 г. Масса пули 7,4г. Энергия пули 1,35 кДж. Энергия удара на единицу поверхности равна е=1,2 дж/см2. Полученная величина довольно мала – но, к сожалению, она верна только для центрального попадания. При попадании не в центр брони (особенно при попадании “в стык”, т.е. между пластинами) сила удара сильно увеличивается. При попадании в стык характеристика заброневого удара будет определяться только характеристиками мягкой брони.
Теперь, опираясь на приведенную теорию, оценим еще раз класс защиты бронежилетов для собак, которые целесообразно производить.
Самое уязвимое место собаки - шея. Характерный диаметр шеи порядка десяти сантиметров. В силу того, что нельзя использовать цельную пластину (так как сильно теряем подвижность), можно оценить площадь поверхности, на которую приходится удар, как 10х10 см = 100 см2.
При расчетах нецентрального удара, в первом приближении, можно считать, что удар перераспределяется на меньшую площадь. С точки зрения теории вероятности, в среднем, пуля попадает примерно на расстоянии 1/4а от центра пластины, где а- это длина стороны пластины.
Эффективная площадь перераспределения будет со стороной, равной двойному расстоянию от места попадания до края пластины, и равна (1/2а-1/4а)=1/4а, соответственно, эффективная площадь составляет 1/4 от площади пластины.
В таблице 1 представлены расчетные значения поверхностной энергии заброневого удара.
Таблица 1 - Расчетные значения поверхностной энергии заброневого удара
(стальная пластина 10×10 см и толщиной 3 мм)
|
Вид оружия |
Масса пули, г |
Энергия пули, Дж |
Поверхностная энергия удара, Дж/см2 |
|
Пистолет ПМ |
5,9 |
292,0 |
2,660695 |
|
Пистолет ПСМ |
2,5 |
133,2 |
0,592 |
|
Пистолет ТТ |
5,5 |
554,5 |
4,783922 |
|
Пистолет Парабеллум |
8,0 |
435,6 |
4,978286 |
|
Охотничье ружье |
35,0 |
1350,0 |
34,36364 |
|
АК-47 |
3,4 |
1346,0 |
7,822906 |
|
АКМ |
7,9 |
2076,0 |
23,51312 |
При плотности энергии удара более 8 Дж/см2 (при попадании в туловище собаки), травма считается средней степени тяжести, но при попадании в уязвимую часть тела, такую, как шея, может быть расценена как тяжелая, с возможной последующей инвалидностью собаки (после чего силовые ведомства более в ней не заинтересованы).
По показателям заброневой травмы, эффективные средства зашиты, могут быть разработаны, преимущественно, против короткоствольного оружия. Попадание из АКМ формально и ведет к ранению средней степени тяжести, но в реальности удар практически всегда будет не центральный, либо в стык, либо в поверхность, не защищенную броневыми пластинами. В этих случаях возможно 3-4х кратное усиление удара.
Таким образом, результаты расчётов подтверди, что рационально проектировать бронежилеты для собак только I, II и IIа классов защиты.
Использование жёстких бронепанелей позволяет не только улучшить защитные свойства бронежилета к воздействию холодного оружия, но и снизить запреградную травму.
С учетом проведенных испытаний и серии расчетов, уточнён состав пакета материалов бронежилетов для собак, несущих различные виды службы в силовых ведомствах ВС и МВД.
Литература:
1. Проблемы проектирования защитной одежды для собак служебных и служебно-розыскных пород Мокеева Н.С., Арчинова Е.В., Бунькова Т.О., Экономический вестник МВД России, - М., № 9, 2009, с.45-48.
2. Проектирование защитной одежды для служебных собак Мокеева Н.С., Арчинова Е.В., Ткачева О.С., Экономический вестник МВД России, - М., № 10, 2009, с.29-31.
3. ГОСТ Р 50744-95. Бронеодежда. Классификация и общие технические требования.
