淘寶網凱夫拉防彈背心,圖片以及凱夫拉防彈頭盔圖片

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文章詳情介紹:

防彈衣是如何抵擋子彈的?

怎麽防彈是個物理學問題

老人常唸叨的壹句話:“刀不快就切不動肉”,確實,如果刀刃不鋒利,妳們切肉的時候需要費比較大的力氣。從物理學的角度講,刀口鈍,刀刃與肉之間的接觸麵積大,同樣的力量下壓強更小,自然不容易把肉切開。

刀不快就切不動肉

如果把刀闆墊在肉的上麵,隔著刀闆切肉會怎樣?聰明的妳壹定會大叫:“妳瘋了吧?!”

嗯,這確實是個愚蠢的想法,沒有人會這麽幹——那需要妳使用極大的力量,先把砧闆劈開才能切到肉。

但是子彈不壹樣,由於火藥賦予的強大動能,即便是壹顆圓頭的手槍子彈從近距離發射,也能夠輕易穿透木板打入身體里。所以想借助門闆擋子彈往往是徒勞的,電影里的那些個鏡頭不可信。

出膛的子彈擁有強大動能

不過在打仗的時候,人們常常還是會想盡壹切辦法將自己保護起來。扛著門闆到處跑不現實,於是方便穿戴的鎧甲便應運而生。

防彈背心進化史

防彈背心最早的雛形是冷兵器時期將士身上的鎧甲。傳說在咱們先秦時期就已經有了用竹片、皮革等縫制的軟甲,到了戰國後期更是有了青銅或鐵制的護甲,稱為鎧。現今出土的秦兵馬俑中大量身披鎧甲的陶俑士兵就可以窺見當時這種防護裝備的普及程度。

秦兵馬俑的護甲

鎧甲在出現後的幾千年時間里並沒有太大進步,壹方麵冷兵器的攻擊力沒有實質性的突破,同時鎧甲的製造受制於成本和材料的局限,不同的可能隻是製作工藝比最初時更加成熟和完善罷了。

趙子龍身披鎧甲

鎧甲可以抵擋壹部分箭矢、刀劈和槍刺,若這些攻擊的作用力比較小,鎧甲可以通過增大其作用麵積減小對皮膚的壓強,從而將肌體的受力控制在可承受的範圍。但如果某支箭從鎧甲的縫隙間穿過,或者矛刺、斧砍的力度非常大,鎧甲發生破裂,就會導致傷害。

隨著火槍的發明和普及,傳統的鎧甲的防護優勢漸漸喪失。因為無論是皮革、藤條還是鐵片編制的鎧甲在子彈的強大動能麵前形同虛設,於是更加厚重堅固的鋼鐵鎧甲應運而生。

最早用於防彈的裝甲據說在公元14世紀羅馬帝國時期就已經在意大利出現,1650年代英國內戰時期出現了兩層鐵片夾壹層織物的復合裝甲,而到了1800年代日本更是出現了利用多層絲綢製作的軟式防彈衣。

早期防彈衣上的彈痕

由於早期的子彈是石頭或鑄鉛製造的小圓球,壹方麵火藥槍可以提供的動能不足,同時彈丸容易破碎或變形,所以稍厚壹點的鍛造鐵皮便可應付。

隨著槍支、發射藥和子彈技術的迅猛進步,防彈衣也變得越來越厚重,到了第壹次世界大戰時,人們不得不使用強度更高的鋼闆來製作防彈衣。儘管可以為士兵提供壹些保護,但鑒於牠實在過於笨重而且昂貴,到第二次世界大戰爆發時,也沒有多少人願意穿戴。另壹個原因是這些沈重的防彈衣在重機槍子彈麵前脆弱得跟紙壹樣,軍隊通常衹要求那些轟炸機飛行員或肩負特殊任務的士兵穿著由合金鋼闆製作的防彈衣來加以保護。

壹戰德軍士兵與二戰蘇軍士兵

相比於士兵們的不冷不熱,警察們對防彈衣卻始終充滿著熱情。

其中壹個重要原因就是警察們麵對的最大威脅不是重機槍、步槍或炮彈的彈片,他們時刻受到黑幫匪徒的手槍子彈威脅。與在戰場相比,左輪手槍子彈的動能低得多,殺傷力和殺傷距離也小很多,那些更加輕便的防彈衣足以應付。

軍火商向警察示範防彈背心

防彈衣是怎麽工作的?

我們在文章的開頭拿切肉來打比方,說明壓強的重要性。在同樣的子彈動能下,受力麵積越小壓強就越大,反之,受力麵積越大皮膚的壓強就越小。防彈衣與早期的鎧甲壹樣,也是通過增加受力麵積、減小壓強來達到保護肌體之目的,如同妳將砧闆放在肉上麵就無法切肉壹樣。

防彈衣可以分散子彈的沖擊力,減小壓強

妳可能已經猜到,上麵這張圖所表述的隻是壹種理想狀態,實際上任何壹件防彈衣在遭遇子彈打擊的時候都會產生局部變形,也就是說真正的防彈衣不能將子彈的動能完全均勻地分散到身體表面,除非妳在身上披掛著十厘米厚的鋼闆(那將是妳不可承受之重)。

防彈衣是通過形變來吸收子彈的動能,將大部分動能轉化為熱能,同時將子彈的沖擊力分散到更大的麵積,從而最大限度地保護我們的身體。

上世紀四五十年代的防彈衣依靠合金鋼闆來抵擋子彈,事實上現在依然有許多防彈背心采用添加高錳鋼闆來增加防護效果,當子彈擊中鋼闆時,牠會產生局部凹陷,從而將動能吸收。不同口徑的手槍子彈會在鋼闆上製造程度不同的凹坑,機槍子彈則會製造壹個洞。

不同口徑手槍彈在鋼闆上留下的凹痕

壹塊鋼闆重達幾公斤,每天背負著兩塊鋼闆跑來跑去執行任務對警察來說是件苦差事,除非迫不得已沒有人願意這麽幹。於是軍火商們壹麵加緊生產殺傷力更強的槍彈,壹邊絞盡腦汁為防彈衣減重。

日本人曾經將多層絲綢縫制在壹起來抵擋子彈,但絲綢太過於昂貴,牠對新壹代手槍也無效,軍火商用棉布代替的效果更不理想。直到1970年代凱夫拉纖維被發明出來,情形才得到大幅改觀。

淘寶網凱夫拉是壹種芳綸纖維,牠最初被發明出來是為了代替汽車輪胎中的鋼絲網,沒錯,這就是我們熟知的“簾子布”。

凱夫拉纖維織物

芳綸纖維耐熱並且非常堅固,這是因為牠的分子間有非常多的氫鍵將羥基和NH中心相連接,這使得其分子間結構非常牢固。同樣由於氫鍵的作用,凱夫拉纖維的分子呈現平麵的片狀結構,這比其牠絲狀結構的聚合物纖維強度要高許多。

芳綸纖維的分子間由大量氫鍵連接

通過將多層凱夫拉纖維織物縫制粘合在壹起,我們就可以得到強度很高,但重量比鋼闆輕得多的防彈裝備了。

與鋼闆的另壹個區別是,凱夫拉纖維的防彈是通過更大幅度的形變來實現的。在由凱夫拉製成的防彈背心中,壹層層交錯的纖維壹點點地消耗子彈動能,直到由最後壹層織物來將子彈兜住。這意味著牠將產生更大的變形和斷裂,人儘管不會被子彈殺死,但受傷甚至折斷肋骨卻是常有的事。這是為減輕重量而付出的代價。

凱夫拉背心或許可以保命,但不能避免受傷

有沒有兩全其美的辦法呢?

在入侵阿富汗之後的許多年里,美占領軍四麵受敵,AK47的子彈和土炸彈令士兵們惶惶不安。為求保命,士兵們常常要自己花錢往凱夫拉防彈背心里加裝防彈裝甲用來強化保護。

士兵們在防彈衣里加裝裝甲

這些額外加裝的防彈裝甲有些是由凱夫拉粘合而成,有些是厚重的鋼闆,還有的是陶瓷。

碳化硼陶瓷與我們平時用的碗碟陶瓷不同,牠是由硼和碳結合而成的晶體。由於碳化硼的維氏硬度達38GPa、彈性模量達460GPa,是目前已知第三高硬度的物質,因此有“黑鉆石”之稱。又由於其密度僅為2.52克/立方厘米,比鋼要輕許多,因此是高級防彈裝甲的理想材料。

碳化硼陶瓷和牠的晶體形態

與鋼闆和凱夫拉受沖擊變形不同,陶瓷裝甲在子彈強大動能的撞擊下會發生局部破碎。由於其破碎的範圍比受沖擊麵要大得多,因此得以分散子彈的壓強,與此同時,子彈的大部分動能被陶瓷吸收,通過碎片之間相互摩擦作用轉化為熱能。

陶瓷通過自身碎裂來吸收子彈動能

陶瓷防彈裝甲的好處是牠可以抵抗動量很高的步槍子彈。儘管自身不會發生彎曲形變,但牠的碎片依然會構成扇形沖擊麵,如果沒有東西“兜底”,依然有可能造成傷害。因此陶瓷裝甲需要與多層凱夫拉配合使用,並且壹旦中槍就必須更換。破碎的陶瓷裝甲是沒有任何防護作用的。

總結:

我們通過對防彈衣演化的過程簡單介紹了牠的工作原理。簡而言之,防彈衣是在受到子彈撞擊時產生形變或破碎,從而將子彈大部分的動能轉化為熱能來實現防護的。與此同時,防彈衣還通過分散子彈的沖擊麵,降低其壓強來減小傷害。

防彈背心

最好的防護與最輕的負擔是壹對矛盾,戰場上子彈的速度常常高達800米/秒以上,7.62毫米北約彈的動量高達8.13kgm/s,牠可以輕易穿透5毫米厚的鋼闆,妳不能指望士兵們每天背負著幾十公斤重的護具戰鬥,因此復合裝甲應運而生。通過凱夫拉纖維、鋼闆或陶瓷的組合,可以最大限度地提供防護,同時又將重量控制在可接受的範圍,是現代防彈背心始終追求的目標。

以前常說的凱夫拉頭盔是什麽?現在美軍都使用什麽頭盔?

美軍單兵裝備之頭盔

上圖的美軍士兵佩戴的是MICH頭盔(模塊式整體個人無線通訊頭盔),該頭盔2001年開始服役於美軍特種部隊,牠采用了壹種新型輕型材料。ACH頭盔比老式頭盔盔體淺,取消帽檐,是由多種凱夫拉纖維粘接。輕了1.5磅,配備壹個與橄欖球頭盔類似的懸掛式泡沫村墊,以及壹個用於固定頭盔的四點式顎帶。MICH頭盔原本用於抵禦9毫米手槍子彈,但戰場試驗表明,牠同樣可以抵禦步槍子彈。如今MICH頭盔已經大量裝備於在伊拉克的美軍士兵,在對比之前的PASGT 凱夫拉頭盔之後,士兵反應這種頭盔更加令人舒服及穩定。

MICH頭盔替換的是PASGT凱夫拉頭盔(PASGT是地麵部隊的個人裝甲係統的縮寫),該頭盔是由凱夫拉材料製成,這種材料是壹種芳綸復合材料。這種材料密度低、強度高、韌性好、耐高溫、易於加工和成型,廣泛應用於頭盔和防彈衣)。其設計目標並不是抵禦步槍子彈的直射,而是防禦手榴彈、地雷、迫擊炮彈、炸彈等破片殺傷性武器和 9mm 手槍彈和獵槍槍彈的直射。PASGT頭盔的外表相當之粗糙,撫摸起來就好像塗料中摻入了大量的沙子。據美軍在阿富汗裝備調查來看,85%的受訪士兵抱怨頭盔太重,導致他們長期頭痛和脖子痛並且頭盔的側麵護耳仿礙聽力。這也是這種頭盔被MICH頭盔替換的重要原因。

上圖的士兵佩戴的就是PASGT凱夫拉頭盔

文章來自軍武次位麵貼吧

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【軍武次位麵】新上線:幻影法蘭西

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