13.2.1.1 Torso protection
De ballistische weerstand van body armor wordt momenteel geëvalueerd met verschillende soorten dummy’s. Wanneer een kogel een kogelwerend pantser raakt, wordt hij gevangen in een “web” van zeer sterke vezels. Deze vezels absorberen en verspreiden de impactenergie die door de kogel op het vest wordt overgebracht, waardoor de kogel vervormt, of “paddestoel” wordt. Extra energie wordt geabsorbeerd door elke opeenvolgende laag materiaal in het vest, totdat de kogel is tegengehouden. Omdat de vezels zowel in de afzonderlijke laag als met andere lagen materiaal in het vest samenwerken, wordt een groot oppervlak van het kledingstuk betrokken bij het voorkomen dat de kogel binnendringt. Dit helpt ook bij het afvoeren van de krachten die niet-penetrerende verwondingen aan inwendige organen kunnen veroorzaken.
Tot voor kort waren de belangrijkste ontwikkelingen op het gebied van persoonlijke beschermingsmiddelen voor de romp van de soldaat gericht op de bescherming tegen ballistische en fragmentatiebedreigingen. De recente ontwikkelingen en de proliferatie van ontploffingswapens, waarvan het belangrijkste verwondingsmechanisme de overdruk van de ontploffing is, zijn echter erkend als een belangrijke bedreiging voor soldaten. De organen die kwetsbaar zijn voor de gevolgen van drukoverslag zijn hoofdzakelijk de organen die lucht bevatten, zoals de longen, het gehoororgaan en het maagdarmkanaal. De MABIL van het Defense Research and Development Canada (DRDC) is ontwikkeld om te helpen bij de ontwikkeling van efficiënte persoonlijke beschermingssystemen tegen explosiebelasting. Het MABIL-surrogaat is een weergave van de menselijke torso en wordt gebruikt om primaire ontploffingsletsels te meten. Het nieuwe bekkenbeschermingssysteem beschermt het bekkengebied van de soldaat door het binnendringen van vuil en fijn puin door de explosie te verminderen, en van fragmenterende munitie en groter puin.
In de testpop is ook medisch onderzoek verwerkt dat nauwkeurigere metingen oplevert om letsel aan het skelet van inzittenden te voorspellen tijdens ontploffingsgebeurtenissen onder het lichaam. In een ontploffingssituatie, met name een explosie onder het voertuig, produceert de kracht een drukgolf, en soldaten in het pad van die energie worden blootgesteld aan het risico van hoofd-, rug-, lumbaal- en bekkenletsel. Het Amerikaanse leger heeft zijn eerste dummy voor ontploffingstests onthuld. De pop zal helpen bij het ontwerpen van nieuwe voertuigen die sterk genoeg zijn om te overleven als ze worden opgeblazen. De pop bevat tientallen hi-tech sensoren en zal worden gebruikt om tanks en andere voertuigen te ontwerpen die bommen kunnen overleven.
Een ontploffing is een overdrukgolf die zich met supersonische snelheid door de lucht verplaatst en gewoonlijk ontstaat door een explosieve detonatie. Ontploffingsgolven worden gekenmerkt door hun piekoverdruk en positieve faseduur, die verwondingen veroorzaken aan de organen die lucht bevatten, zoals de longen, het gehoororgaan en het maagdarmstelsel. Momenteel bestaan er verschillende technieken om de kwalitatieve en kwantitatieve prestaties van nieuwe beschermingsmiddelen tegen ontploffingswapens te beoordelen. Voor de beoordeling van letsels door ontploffing van romp en hoofd wordt gebruik gemaakt van de MABIL (Bouamoul, Williams, & Levesque, 2007), een weergave van de menselijke romp die is ontwikkeld door DRDC Valcartier (Anctil et al., 2004). Een volledige beschrijving van het MABIL-surrogaat wordt gegeven door Anctil et al. (2004), en Fig. 13.1 toont het volledige DRDC MABIL-testpopprototype dat wordt ondersteund aan de nek en aan de heupen.
Figuur 13.1. DRDC MABIL-surrogaat (Bouamoul et al., 2007).
Bron: Anctil, B., Keown, M., Williams, K., Manseau, J., Dionne, J. P., Jetté, F. X., Makris, A. (2004). Development of a mannequin for assessment of blast incapacitation and lethality. In Personal armour systems symposium, Nederland (pp. 332-344). Copyright Her Majesty the Queen in Right of Canada, as represented by the Minister of National Defence 2005.
Dit MABIL torso surrogaat is gemaakt van visco-elastisch Shore A 70 (PU70) polyurethaan (Cooper, 1996). De studie ontwikkelde en valideerde een vereenvoudigd eindig elementen (FE) model van MABIL voor het onderzoeken en voorspellen van de reactie op een explosie overdruk. Het numerieke model bestond uit een vereenvoudigde driedimensionale plak van de MABIL-testpop, genomen ter hoogte van het midden van het borstbeen, en onderworpen aan verschillende drukstoten. Over het algemeen waren de numerieke borstwandversnelling en -snelheid hoger dan de experimentele. De verhouding tussen de numerieke en de experimentele borstwandsnelheid was echter gelijk over het gehele bereik van de bestudeerde explosiebelastingen. De studie valideerde ook de mechanische respons van het MABIL FE-model met behulp van de experimentele resultaten van het DRDC MABIL-membraan. Hoewel de numerieke resultaten verschilden van de experimentele, was de verhouding tussen de experimentele en de numerieke resultaten voor de verschillende ontploffingsscenario’s constant, hetgeen suggereert dat het gebruikte constitutieve model de stijfheid van het polyurethaan dat wordt gebruikt om het surrogaat te construeren, te laag voorspelt. De DRDC MABIL FE reactie onder een ontploffing werd ook vergeleken met het menselijke FE torso model en in alle gevallen was de MABIL FE model reactie hoger dan het FE menselijke torso model.
De dreiging van zelfmoordaanslagen neemt toe in de Verenigde Staten en daarom moet een veilige naderingsafstand tussen de zelfmoordaanslag pleger en de eerste hulpverleners worden afgeleid. In een studie van Dempsey (2010) werden op verschillende afstanden van explosieve ladingen dodelijke of verwondingsmetingen gedaan, zoals de overdruk van de ontploffing, de penetratie van fragmenten, de versnelling van het gehele lichaam, stomp trauma door drukbelasting, en het schild dat in rechtshandhavingspersoneel wordt gedreven. Deze metingen werden uitgevoerd door Ironman oefenpoppen, die de letaliteit van de explosie vaststelden.
De gegevens van Ironman werden vervolgens geanalyseerd om de letaliteit/ongevalskansen te bepalen voor politiepersoneel op verschillende afstanden van explosieve ladingen van verschillende grootte. Deze analyses werden gecondenseerd tot het onderzoeken van voorlopige veilige afstandscriteria. Om de minimale veilige afstand tussen ordehandhavers en zelfmoordenaars te bepalen, werden verschillende dodelijke insulten gemeten bij gesimuleerde ordehandhavers tijdens detonatie van een explosieve lading (met en zonder granaatscherven) gedragen door een bommenwerper. De Ironman-oefenpoppen werden daar geplaatst waar de grootste dreiging zou ontstaan bij een explosie van een door een persoon gedragen geïmproviseerd explosief (PBIED). Twaalf testen en een kalibratietest werden uitgevoerd voor dit eerste onderzoek. Eén Ironman ervoer de explosieomgeving terwijl hij een Minuteman III-A ballistisch schild vasthield, terwijl de andere Ironman hetzelfde ervoer zonder schild. Het schild is een opvouwbaar ballistisch schild, gefabriceerd door Patriot 3 voor bescherming van alleen handwapens. De Ironman leverde dodelijkheids- en verwondingsgegevens om de veilige afstand te bepalen met en zonder het schild. Tijdens het testen werden beide Ironman systemen op dezelfde afstand van de explosieve lading geplaatst en steeds 12 in. uit elkaar (schouder aan schouder). Het resultaat van de eerste testserie suggereert dat met de geteste variabele, geen “veilige” afstand werd vastgesteld. Op 60 voet waren alle gemeten verwondingen gering, behalve de scherfpenetratie. In hun beperkte testinspanning leek het geteste type III ballistisch vistuig de meeste PBIED granaatscherven op deze afstand tegen te houden. Er moet echter op worden gewezen dat de granaatscherfsnelheden nog steeds hoog zijn op 60 ft en dat de kans op grote verwondingen groot is als een onbeschermd gebied wordt geraakt.
In een richtlijn voor het EOD 9 pak is het pak geëvalueerd tegen explosieven met behulp van HYBRID II model automotive crash test manikins (EOD 9 Bomb suit, 2010). Vóór de test werden de testpoppen op een speciaal ontworpen positioneringstoestel geplaatst en in positie gehouden door middel van een verankerde stalen buis met kleine diameter die onder elke oksel werd geschoven. Deze poppen kunnen voelbaar achterover vallen wanneer explosieve kracht hen zou raken, net als een natuurlijke reactie. De proefpoppen werden uitgerust met een drukopnemer om de overdruk van de explosie te meten die onder het EOD 9 pak ter hoogte van hun borstbeen werd overgebracht. Er werden twee ontploffingsomstandigheden gebruikt. Bij de eerste werd de dummy op zijn knieën geconfronteerd met een bolvormige C4-lading van 0,567 kg op een hoogte van 0,70 m en een afstand van 0,60 m, terwijl bij de tweede een C4-lading van 10 kg in een vierkante cilindervorm op een hoogte van 1 m en een afstand van 3 m horizontaal werd geplaatst. Uit de resultaten blijkt dat de EOD 9-pakken 96% vermindering van de piekoverdruk in de borst geven wanneer de kleine lading op korte afstand wordt geplaatst, terwijl de gemiddelde vermindering van de overdruk in de borst ten minste 87% bedroeg wanneer de grotere lading op 3 m afstand werd geplaatst.
Humphrey, See, en Faulkner (2008) ontwikkelden een methodologie om de letaliteit en nevenschade te beoordelen voor het focussed-lethality munition (FLM) programma, een nieuw niet-fragmenterend, precisie-gestuurd wapen met schade-effectmechanismen die verschillen van de voornaamste fragmentatieschade-effecten voor traditionele wapens. Medische en militaire documentatie werd onderzocht om letaliteitscriteria af te leiden voor vier mechanismen van FLM-schade en richtlijnen op te stellen om combinatie-effecten aan te pakken. De criteria zijn met succes toegepast om de militaire bruikbaarheid van FLM te beoordelen en de procedures zijn voorlopig gevalideerd. Het FLM-programma werd uitgevoerd om de militaire bruikbaarheid van een gericht dodelijk precisiegeleidingswapen te beoordelen. Het FLM-wapen is specifiek ontworpen voor de vervolging van doelwitten met hoge waarde, terwijl de nevenschade buiten het doelgebied tot een minimum wordt beperkt. Het FLM-wapen combineert twee technologieën om een meer lokaal dodelijk mechanisme te bieden in vergelijking met de huidige kernkop met stalen behuizing, die een fragmentatie-effect heeft van 2000 ft of meer. Ten eerste maakt de meerfasige explosietechnologie gebruik van wolfraamvulling om het explosieve gewicht te verhogen en de explosie in het nabije veld te verbeteren, in vergelijking met conventionele hoog-explosieve vullingen. Ten tweede bestaat de behuizing rond de wolfraamvulling uit koolstofvezels, die minder energie nodig hebben om te breken dan een vergelijkbare stalen behuizing. Bij detonatie breekt de composiet in kleine, niet-metalen vezels, waardoor de fragmentatie-effecten van de kernkop worden geminimaliseerd.
Ballistische vesten bestaan uit materialen zoals Kevlar of keramiek zijn zwaar en stijf die de werkprestaties van de soldaat belemmeren. Om het draagcomfort en de werkprestaties van ballistische vesten te verbeteren, moet de drukverdeling worden verruimd en moeten lichaamsdelen met een hoge drukbelasting worden ontlast. Wettenschwiler, Annaheim, Stampfli, en Rossi (2012) gebruikten een anatomisch model (manikin) uitgerust met druksensoren om de belasting van ballistische vesten bij hoge druk op lichaamsdelen te onderzoeken. Aangezien de manikin in staat is verticale bewegingen en frequenties uit te voeren die overeenkomen met mars snelheden tot 6 km/u, maakt het model statische (staand) en dynamische metingen (marcherend) mogelijk. De belasting werd gemeten op schouder, heup en borst tijdens statische en dynamische (marcheren aan 4,5 km/u op een loopband) experimenten en er werd vastgesteld dat de belasting van de ballistische vesten licht verhoogd was tijdens dynamische testen in vergelijking met statische testen. De verschillen tussen de verschillende lichaamsdelen werden niet waargenomen.