13.2.1.1 A törzs védelme
A testpáncélzat ballisztikai ellenállását jelenleg különböző típusú próbababákkal értékelik. Amikor egy pisztolylövedék becsapódik a testpáncélba, nagyon erős szálakból álló “hálóba” kerül. Ezek a szálak elnyelik és szétszórják a golyó által a mellényre továbbított becsapódási energiát, ami a golyó deformálódását vagy “gombásodását” okozza. A további energiát a mellény minden egyes anyagrétege elnyeli, egészen addig, amíg a lövedéket meg nem állítja. Mivel a szálak mind az egyes rétegekben, mind a mellény más anyagrétegeivel együttesen működnek, a ruházat nagy területe vesz részt a golyó áthatolásának megakadályozásában. Ez segít azoknak az erőknek az elvezetésében is, amelyek nem áthatoló sérüléseket okozhatnak a belső szerveken.
A közelmúltig a katona törzsét védő egyéni védőfelszerelések terén a legfontosabb fejlesztések a ballisztikus és repeszveszély elleni védelemre összpontosítottak. Azonban a közelmúltbeli fejlesztések és a robbanófegyverek elterjedése, amelyek elsődleges sérülési mechanizmusa a robbanási túlnyomás, jelentős fenyegetésként ismerték fel a katonákat. A robbanás túlnyomásával szemben érzékeny szervek elsősorban a levegőt tartalmazó szervek, mint például a tüdő, a hallórendszer és a gyomor-bélrendszer. A kanadai védelmi kutatás és fejlesztés (DRDC) MABIL-t azért fejlesztették ki, hogy segítse a robbanás okozta terhelés elleni hatékony személyi védelmi rendszerek kifejlesztését. A MABIL helyettesítő modell az emberi törzset ábrázolja, és az elsődleges robbanás okozta sérülések mérésére szolgál. Az új medencevédelmi rendszer védi a katona medencéjét a szennyeződések és a finom törmelék robbanás általi behatolásának csökkentésével, valamint a lőszerek és a nagyobb törmelékek szilánkjaitól.
A tesztbábu olyan orvosi kutatásokat is tartalmaz, amelyek igazabb méréseket biztosítanak a csontvázon tartózkodó személy sérüléseinek előrejelzésére a test alatti robbanások során. Robbanási helyzetben, különösen a jármű alatt bekövetkező robbanás esetén az erő nyomóhullámot hoz létre, és az ennek az energiának az útjába kerülő katonákat fej-, hát-, ágyéki és medencesérülések veszélye fenyegeti. Az amerikai hadsereg nyilvánosságra hozta első robbanásos tesztbábuját. A bábu segíteni fog az új járművek tervezésében, amelyek elég strapabíróak ahhoz, hogy túléljék a felrobbanást. A bábu tucatnyi hi-tech érzékelőt tartalmaz, és olyan tankok és más járművek létrehozására fogják használni, amelyek képesek túlélni a bombákat.
A robbanás olyan túlnyomáshullámot ad, amely a levegőben szuperszonikus sebességgel halad, és általában robbanóanyag detonációja hozza létre. A robbanáshullámokat a túlnyomás csúcsértéke és a pozitív fázis időtartama jellemzi, ami sérüléseket okoz a levegőt tartalmazó szervekben, például a tüdőben, a hallórendszerben és a gyomor-bélrendszerben. Jelenleg különböző technikák léteznek az újszerű védőfelszerelések robbanófegyverek elleni minőségi és mennyiségi teljesítményének értékelésére. A törzs és a fej robbanás okozta sérüléseinek értékelésére a MABIL-t használják (Bouamoul, Williams, & Levesque, 2007), amely az emberi törzs reprezentációja, és amelyet a DRDC Valcartier fejlesztett ki (Anctil et al., 2004). A MABIL surrogátum teljes leírását Anctil et al. (2004) adja, a 13.1. ábra pedig a teljes DRDC MABIL bábu prototípusát mutatja, amely a nyaknál és a csípőnél van megtámasztva.
13.1. ábra. DRDC MABIL szurrogátum (Bouamoul et al., 2007).
Forrás: DRDC MABIL (Bouamoul et al., 2007): Anctil, B., Keown, M., Williams, K., Manseau, J., Dionne, J. P., Jetté, F. X., Makris, A. (2004). Egy próbabábu kifejlesztése a robbanás okozta cselekvésképtelenség és halálozás értékelésére. In Személyi páncélrendszerek szimpózium, Hollandia (pp. 332-344). Copyright Her Majesty the Queen in Right of Canada, as represented by the Minister of National Defence 2005.
Ez a MABIL törzspótlék viszkoelasztikus Shore A 70 (PU70) poliuretánból készült (Cooper, 1996). A tanulmány a MABIL egyszerűsített végeselemes (FE) modelljét fejlesztette ki és validálta a robbanási túlnyomással szembeni reakció vizsgálatára és előrejelzésére. A numerikus modell a MABIL bábu egy egyszerűsített háromdimenziós szeletéből állt, amelyet a szegycsont közepénél vettünk fel, és különböző robbanásoknak tettünk ki. Általában a numerikus mellkasfal gyorsulása és sebessége nagyobb volt, mint a kísérleti értékek. A numerikus és a kísérleti mellkasfal sebessége közötti arány azonban a vizsgált robbanási terhelések teljes tartományában azonos volt. A tanulmány a MABIL FE-modell mechanikai válaszát is validálta a DRDC MABIL membránjának kísérleti eredményei alapján. Bár a numerikus eredmények eltértek a kísérleti eredményektől, a különböző robbanási forgatókönyvek esetében a kísérleti és a numerikus eredmények közötti arány állandó volt, ami arra utal, hogy az alkalmazott konstitutív modell alulbecsüli a helyettesítő anyag felépítéséhez használt poliuretán merevségét. A DRDC MABIL FE válaszát robbanás alatt szintén összehasonlították az emberi FE törzsmodellel, és minden esetben a MABIL FE modell válasza magasabb volt, mint az emberi törzs FE modellje.
Az öngyilkos merénylők fenyegetése egyre növekszik az Egyesült Államokban, ezért meg kell határozni az öngyilkos merénylő és az első válaszadók közötti biztonságos megközelítési távolságot. Dempsey (2010) tanulmányában a robbanótöltetektől való különböző távolságoknál olyan halálos vagy sérüléses méréseket végeztek, mint a robbanás túlnyomása, a szilánkok behatolása, a teljes test gyorsulása, a nyomástöltésből származó tompa trauma és a rendfenntartó személyzetbe hajtott pajzs. Ezeket a méréseket az Ironman nevű, önálló robbanás okozta halálos kimenetelű próbabábukkal végezték.
Az Ironman adatait ezután elemezték, hogy meghatározzák a rendfenntartó személyzet halálozási/áldozati valószínűségét a különböző méretű robbanótöltetektől való különböző távolságokban. Ezeket az elemzéseket az előzetes biztonságos távolsági kritériumok vizsgálatára sűrítették. A rendfenntartó személyzet és az öngyilkos merénylők közötti minimális biztonságos távolság meghatározása érdekében különböző halálos sérüléseket mértek szimulált rendfenntartó személyeken egy merénylő által viselt robbanótöltet (repeszekkel és repeszek nélkül) detonációja során. Az Ironman-bábukat ott helyezték el, ahol a reagáló rendőröknek a legnagyobb veszélyt jelentené egy személy által hordozott improvizált robbanószerkezet (PBIED) robbanása. E kezdeti vizsgálathoz tizenkét tesztet és egy kalibrációs tesztet végeztek. Az egyik Ironman egy Minuteman III-A ballisztikus pajzsot tartva tapasztalta a robbanási környezetet, míg a többi Ironman pajzs nélkül tapasztalta ugyanezt. A pajzs egy összecsukható ballisztikus pajzs, amelyet a Patriot 3 kizárólag kézifegyverek védelmére gyárt. A vasember halálozási/sérülési adatokat szolgáltatott a biztonságos távolság meghatározásához a pajzzsal és a pajzs nélkül. A tesztelés során mindkét Ironman rendszer azonos távolságban volt a robbanótöltettől, és mindig 12 hüvelyk távolságra helyezkedett el egymástól (válltól vállig). A kezdeti tesztsorozat eredménye azt sugallja, hogy a vizsgált változóval nem állapítottak meg “biztonságos” távolságot. A 60 láb távolságban minden mért sérülés alacsony volt, kivéve a repeszek behatolását. A korlátozott tesztelésük során a vizsgált III. típusú ballisztikus felszerelés úgy tűnt, hogy ezen a távolságon megállítja a legtöbb PBIED-srapnelt. Rá kell azonban mutatni, hogy a repeszek sebessége 60 lábon még mindig nagy, és nagy a valószínűsége a nagy sérülésnek, ha egy védtelen területet találnak el.
Az EOD 9 ruhára vonatkozó irányelvben a ruhát robbanószerkezetek ellen értékelték HYBRID II típusú autóipari töréstesztbábuk segítségével (EOD 9 Bomb suit, 2010). A vizsgálat előtt a próbabábukat egy speciálisan erre a célra tervezett pozicionáló eszközre helyezték, és egy-egy hónalj alá csúsztatott, lehorgonyzott, kis átmérőjű acélcsővel tartották a helyzetben. Ezek a próbabábuk a természetes reakcióhoz hasonlóan könnyedén hátra tudnak esni, amikor robbanóerő éri őket. A próbabábukat nyomásátalakítóval látták el, hogy mérjék a szegycsontjuknál lévő EOD 9 védőruha alatt átvitt robbanási túlnyomást. Két robbanási körülményt alkalmaztak. Az elsőben a próbabábu 0,70 m magasságban, 0,60 m távolságban elhelyezett 0,567 kg-os gömb alakú C4 töltettel szemben térdelt, míg a másodikban egy 1 m magasságban, 3 m vízszintes távolságban elhelyezett, négyzet alakú hengerbe csomagolt 10 kg-os C4 töltetet használtak. Az eredmények azt mutatják, hogy az EOD 9 védőruha 96%-kal csökkenti a mellkasi túlnyomás csúcsértékét, amikor a kis töltettel szemben, közeli távolságban áll, míg a mellkasi túlnyomás átlagos csökkenése legalább 87% volt, amikor a nagyobb töltettel szemben, 3 m-es távolságban állt.
Humphrey, See és Faulkner (2008) módszertant dolgozott ki a halálos és járulékos károk értékelésére a fókuszált halálos lőszer (FLM) programhoz, amely egy új, nem töredező, precíziós irányítású fegyver, amelynek kárhatási mechanizmusai eltérnek a hagyományos fegyverek fő töredékkárhatásaitól. Az orvosi és katonai dokumentációt áttekintették a négy FLM károsító hatásmechanizmusra vonatkozó halálozási kritériumok levezetése és a kombinált hatások kezelésére vonatkozó iránymutatások megállapítása érdekében. A kritériumokat sikeresen alkalmazták az FLM katonai hasznosságának értékelésére, és elvégezték az eljárások előzetes validálását. Az FLM-programot egy fókuszált halálozású, precíziós irányítású fegyver katonai hasznosságának felmérésére végezték. Az FLM fegyvert kifejezetten a nagy értékű célpontok üldözésére tervezték, miközben minimalizálták a fókuszterületen kívüli járulékos károkat. Az FLM fegyver két technológiát kombinál, hogy a jelenlegi acélhüvelyes robbanófejhez képest, amely 2000 láb vagy annál nagyobb távolságig terjedő repeszhatással rendelkezik, lokálisabb megsemmisítési mechanizmust kínáljon. Először is a többfázisú robbanóanyag-technológia volfrámtöltetet használ a robbanóanyag tömegének növelése és a közeli robbanás fokozása érdekében, a hagyományos nagy robbanóanyagtöltetekhez képest. Másodszor, a volfrámtöltetet körülvevő burkolat szénszálakból áll, amelyeknek a felszakadásához kevesebb energiára van szükségük, mint egy hasonló acélburkolatnak. Detonációkor a kompozit apró, nem fémszálakra törik szét, ezáltal minimalizálva a robbanófej szilánkhatását.
A kevlárhoz vagy kerámiához hasonló anyagokból álló ballisztikus mellények nehezek és merevek, amelyek akadályozzák a katona munkateljesítményét. A ballisztikus mellények viselési kényelmének és munkateljesítményének javítása érdekében a nyomáseloszlást ki kell terjeszteni, és a nagy nyomással terhelt testrészeket tehermentesíteni kell. Wettenschwiler, Annaheim, Stampfli és Rossi (2012) egy nyomásérzékelőkkel felszerelt anatómiai modellt (próbabábut) használtak a ballisztikus mellények nagy terhelésű testrészekre ható terhelésének vizsgálatára. Mivel a próbabábu akár 6 km/h menetsebességnek megfelelő függőleges mozgásokat és frekvenciákat képes végrehajtani, a modell statikus (álló) és dinamikus méréseket (menetelés) tesz lehetővé. A terhelést a vállon, a csípőn és a mellkason mértük statikus és dinamikus (4,5 km/h sebességgel történő menetelés futópadon) kísérletek során, és megállapítottuk, hogy a ballisztikus mellények terhelése a dinamikus vizsgálat során kissé megnövekedett a statikus vizsgálathoz képest. A különböző testrészek közötti különbségek nem voltak megfigyelhetőek.