Teorie o krycí ploše balistických plátů


 

Krycí plocha balistického plátu je ta část plátu, na které dojde ke spolehlivému zachycení střely. To, jak velkou krycí plochu plát má, definuje materiál ze kterého je vyroben. Odlišné materiály mají odlišné vlastnosti a to i z pohledu rozsáhlosti krycí plochy.

 

Tento článek se věnuje pouze tvrdým balisticky odolným materiálům, ze kterých se balistické pláty vyrábí. O měkkých balistických materiálech se rozepíšeme někdy jindy.

Jako názorný příklad bude použit plát o rozměru 250x300 mm o celkové ploše 702,2 cm2, včetně zkosení rohů pro ramena, a zaoblení hran, tak aby byli vizualizace a výpočty co nejreálnější. Pokud by byl plát obdélníkový, bez zkosení pro ramena a zaoblení hran, jeho plocha by logicky byla 750 cm2.

 

 

ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ MATERIÁLŮ:


Z povahy vlastností můžeme dělit balisticky odolné materiály na dva základní typy. Na materiály kompozitní a materiály homogenní. Mezi kompozitní materiály můžeme zařadit například keramicko-kompozitní pláty (dále jen "keramické"). Mezi homogenní pak pláty ocelové.

 

porovnání bez popisů

 

 

Kompozitní materiály:

 

Kompozitní balistické materiály vznikají skladbou vícero různých materiálů, které jsou navzájem spojeny, případně vrstveny tak, aby dosáhli požadovaných vlastností. Pokud dojde k narušení spojení vrstev, a nebo k "nerovnoměrnosti" spojení (například vlivem zásahu, pádu, mechanického namáhání), dochází i k narušení vlastností plátu.

Bavíme-li se o kompozitních balistických panelech, ty jsou v zásadě tvořeny množstvím relativně tenkých vrstev, kterými by (pokud jsou samostatně), střela prošla. Tím, že je vícero těchto vrstev navrstveno a spojeno tak, že jsou pod tlakem slisovány, získají vlastnosti, které střelu zadrží.

Narušení vrstev a nebo nedostatek plochy potřebné k pevnému spojení vrstev vede logicky k narušení balistických vlastností - ke snížení schopnosti a nebo přímo neschopnosti zadržet střelu.

 

Další z vlastností kompozitů je skutečnost, střela po zásahu do kompozitu prochází několika prvními vrstvami směrem dovnitř kompozitu, kde postupně narušuje vrstvu za vrstvou , čímž se střela zpomaluje až do úplného zastavení. Nepopiratelnou a nezbytnou součástí tohoto procesu je destrukce vrstev kompozitu, čímž zároveň kompozit oslabuje pro případ dalšího použití (mimo jiné při tom šíří traumaefekt směrem k tělu atd., ale to není předmětem tohoto článku).

 

Nyní konkrétněji, ale pokud možno stále "srozumitelně". Pokud chceme, aby kompozitní plát zadržel střelu, je jasné, že kolem dokola celého místa dopadu musí být dostatek materiálu, včetně dostatku funkčních vrstev. Střela se prostě musí mít o co "opřít" - chcete-li, do něčeho rozložit. Zkrátka musí mít ideálně ze všech stran dostatek materiálu, který může zničit, a tím být zpomalena až do úplného zastavení.

 

Pokud budu zasažen příliš blízko místa, kde již vlivem předešlému zásahu došlo k narušení vrstev, je velmi pravděpodobné, že střelu nebude mít co zachytit - projde skrz. To samé platí pro případ, kdy dochází k zásahu do kraje kompozitu, kde není z jednoho či více směrů (v rohu) dostatečné množství materiálu umožňující plnohodnotné zachycení střely. V zásadě je jedno, zda došlo k předchozímu narušení vrstev, a nebo se jedná o okraj plátu, kde materiál chybí. Nedostatek materiálu kolem dokola místa dopadu znamená potenciální neschopnost zadržet střelu.

Bohužel nedostatkem materiálu se u současných, nejvíce rozšířených balistických kompozitů vyráběných dle US standardů NIJ STD 0101.04 či 06 myslí vyšší jednotky centimetrů, například méně než 51 mm nebo 76 mm od kraje, které daná norma garantuje. To je prostě daň za použitý typ materiálu - neříkejme tomu výhoda, neříkejme tomu nevýhoda - je to prostě vlastnost.

 

Homogenní materiály:

 

Homogenní materiály jsou takové, u kterých je celý objem tvořen z jednoho materiálu, který má již předem dané vlastnosti. Chování homogenního plátu je tedy předvídatelnější a s ohledem na krycí plochu má stabilnější vlastnosti. Pokud se budeme konkrétněji bavit o balisticky odolné oceli, například Armox 500, nebo Armox Advance, jedná se o materiál, který na rozdíl od kompozitů vyniká svojí povrchovou tvrdostí, která v důsledku střely po dopadu tříští - nepohlcuje a tedy se ani nedeformuje (čímž výrazně snižuje traumaefekt). Zároveň můžeme konstatovat, že dostatečná tvrdost je po celé ploše povrchu ocelového plátu. Jistě, i ocel má okraje, a i na těchto krajích je potenciálně snížená schopnost zachytit střelu, za předpokladu že střela z hrany sklouzne, nebo se hrana strhne - bavíme se však o jednotkách milimetrů od kraje. Obvykle je udáván rozměr nejšířšího projektilu, proti kterému má plát chránit. U plátů zaměřených proti pěchotní munici je to tedy 7,62 mm, zaokrouhleme to na 8 mm.

 

Předběžný závěr:

 

Co si z toho odnést ? Nepopiratelný fakt je to, že současné balistické kompozitní materiály potřebují pro zachycení střely mnohonásobně více místa kolem bodu dopadu, než ty homogenní. Pokud se nebudeme věnovat přímo schopnosti zachytit vícero zásahů, nejvíce každého z nás zajímá, zda plát kryje po celé své ploše. A tady narazíme na jádro celé problematiky, ani "keramický" ani ocelový plát nekryjí zcela do krajů. S přihlédnutím k všemu výše uvedenému však lze suše konstatovat, že ocelové pláty při stejném rozměru disponují výrazně vyšší krycí plochou, oproti těm "keramickým".

 

 

 

pODROBNÉ VYSVĚTLENÍ a vizualizace:


 

V době, kdy se americká armáda, tedy jedna z největších zbrojních mocností která udává trendy, rozhodovala, jakou cestou se u moderní balistické ochrany vydá, byla homogenní ocel znevýhodněna tím, že nebyl zcela dořešen problém s protistřepinovou ochranou před fragmenty střel (nyní už řešení máme - je to protistřepinový nástřik Paxcon, v té době však nebyl nástřik dostupný, a řešení za pomoci různých protistřepinových kapes není zcela šťastná volba), proto byl před ocelí upřednostněn kompozit.

Dalším důvodem, proč byl kompozit preferován, je skutečnost, že jej lze lépe tvarovat, a hlavně, výroba mechanicky méně odolných a zároveň méně trvanlivějších kompozitů naplno roztáčela nekonečná kola ekonomiky - opakovaných nákupů a vyřazování, což způsobovalo, že s nastaveným systémem byly výrobci i prodejci spokojeni. Jen východní blok se této myšlence bránil a zůstával u ocelových plátů a různými druhy protistřepinových kapes (viz. Kirasa) atd., nicméně trendy udával západ, o to, zda je to špatně či nikoli, už se tedy nikdo nezajímal.

 

Když američané vymýšleli, jak garantovat kvalitu balistických kompozitů, jediným možným řešením bylo stanovení certifikačních norem, které dnes známe pod zkratkami NIJ Standard - xyz (National Institute of Justice Standard no. xyz), normy však museli korespondovat s reálnými technickými parametry dostupných kompozitů - jinými slovy, normy museli být splnitelné. A proto spíše než s vroucným přáním vojáků, korespondovali s tím, co je možné vyrobit, než s tím, co by si armáda přála. Jasným příkladem je například stanovení garantované krycí plochy plátů. Jistě by Vám každý normální voják řekl, že chce aby plát který nosí kryl po celé své ploše - je to přece v jeho zájmu. Je to však za použití stávajících technologií reálné ? NENÍ !. Mimo jiné a zároveň právě proto, byla v jedné z prvních balistických norem NIJ Standard-0101.04 stanovena požadovaná garantovaná krycí plocha až 76 mm od kraje plátu. A to je opravdu hodně velký prostor od kraje plátu, který voják nosí de facto pro nic. Norma NIJ Standard-0101.04 je stále nejpoužívanější certifikační normou, a v Evropě má také naprostý primát.

 

Pojďme se na skutečnost, jak se krycí plochou plátů zabývá norma NIJ 04 podrobněji podívat, a shrňme si to i příkladnou vizualizací:

 


04


nij04

 

Jak vidíte, balistický plát dle NIJ Standard-0101.04 o velikosti 250x300 mm má garantovanou krycí plochu (modrá barva) o velikosti 98x148 mm, přesněji řečeno na ploše 139,8 cm2 což činí 19,90% z celkové plochy plátu o rozloze 702,2 cm2 !!!

 


 

Nebudeme si nalhávat, že málo kdo měl tu chuť vše propočítat obdobně jako my. Grafické CAD programy se kterými pracujeme (a tyto vizualizace a proporcionální údaje v jednotkách cm2 spočítají během milisekundy ) normální voják nemá, a také netvrdíme, že všechny baví hrabat se podrobně v normách a studovat chemické vlastnosti kompozitních materiálů. Výsledkem bylo to, že pláty s garantovanými 20% krycí plochy byly vesele používány armádami napříč všemi konflikty. A dnes, v roce 2019 se i nadále dle této normy vyrábí. Prodejci neměli a nemají snahu upozorňovat na nevýhody plátů, protože balistika je velmi výnosný obchod a vojáci si zase neměli moc na co stěžovat, protože je přeci lepší mít něco, než nic. V České republice o problematice krycích ploch balistiky informovalo pouze jediné médium, a to Armádní Noviny ( https://www.armadninoviny.cz/balisticka-ochrana-trupu-pro-vojenske-ucely.html ), do jisté míry se tedy v České rebuliblice jedná o tabu.

 

Po nějaké době však nedostatečná krycí plocha, a také vysoký stupeň traumaefektu (vyboulení směrem k tělu vzniklé destrukcí vrstev kompozitu po zásahu), který s pláty vyráběnými dle NIJ Standard-0101.04 souvisel, donutili armádní velení iniciovat revizi normy, a stanovit její novější, právě aktuální verzi NIJ Standard-0101.06.

 

Je však potřeba říci, že touha vojáků po krycí ploše plátu opět nebyla reflektována, nicméně s ohledem na částečný vývoj kompozitů alespoň zlepšena na to co nyní technologie a chemie umožňuje. Buďme konkrétní, NIJ Standard-0101.06 posunula garantovanou krycí plochu od kraje plátu ze 76 mm na 51 mm od kraje plátu. No je to stále hrozně moc, ale alespoň něco. Je také nutné zdůraznit, že posun ze 76 mm na 51 mm od kraje u normy NIJ 06 se týká pouze pouze ztv. "lehkých" hrozeb (střel), a pro těžší hrozby (střely) norma zůstává stále na 76 mm od kraje.

 

Pojďme se na část normy NIJ 06 týkající se krycí plochy plátů podívat, opět včetně vizualizace, v tomto případě se budeme zaobírat variantou "lighter weight threat", která přináší oproti NIJ 04 alespoň nějaký posun:

 


 

06


nij06

 

Jak vidíte balistický plát dle NIJ Standard-0101.06 o velikosti 250x300 mm má pro "lehké hrozby" garantovanou krycí plochu (modrá barva) o velikosti 148x198 mm, přesněji řečeno na ploše 279 cm2 což činí 39,73% z celkové plochy plátu o rozloze 702,2 cm2 ! To je dle našeho skromného názoru stále hodně málo, ale přeci jen lepší než NIJ Standard-0101.04. Problém však je, že pláty vyráběné dle NIJ Standard-0101.06 v ČR de facto neseženete, a pokud z dovozu, ceny jsou šílené.

 


 

OCELOVÉ PLÁTY:

 

Máme pochybnosti, že Vám 40% z garantované krycí plochy plátu dle nejnovější normy NIJ Standard-0101.06 stačí. Myslíte si, že je nějaké jiné, možná i lepší řešení ?

 

Jistě si pamatujete, že v horní části článku jsme psali něco o homogenních plátech a tvrdili, že ocelové pláty kryjí přibližně už od 8 mm od kraje.

To zní zajímavě, pojďme se podívat na vizualizaci:

 

ocel

 

Rozdíl se zdá na první pohled obrovský, při použití matematiky ještě výraznější. Ocelový plát o velikosti 250x300 mm má krycí plochu (modrá barva) o velikosti 234x284 mm, přesněji řečeno na ploše 624 cm2 což činí 88,86% z celkové plochy plátu o rozloze 702,2 cm2 !

S tím už se rozhodně dá žít ! S přihlédnutím k tomu, rozměr 250x300 mm je jeden z nejmenších, které firma StrikeFace.cz vyrábí, protože u větších plátů například v rozměrech SAPI L, se dostáváme na krycí plochy, které jsou oproti kompozitním plátům mnohonásobně větší !

 


 

O to radostnější zjištění je, že od doby, kdy američané nad tvorbou balistických norem přemýšleli, uplynula již dlouhá doba, a vývoj s s sebou přinesl i elegantní řešení problému se střepinami, chcete-li fragmenty střel, které vznikají nárazy do tvrdého povrchu oceli.

 

Řešením je protistřepinový nástřik Paxcon !

 

To vše způsobilo, že ocel se znovu dostává do módy, a pro mnohé se stává přijatelnější variantou, než pláty z kompozitů. Připomeňme si například projekt AR500Armor, který má v americe desítky tisíc zákazníků.

 

Ocelové pláty už dávno nejsou pouze v zájmu prepperů a šetřílků, kteří oceňují jejich mechanickou trvanlivost a především trvanlivost z pohledu času. Pro spoustu lidí je přeci výhodnější koupit jednu sadu ocelových plátů "navždy", než každých deset let řešit obměnu stávající "keramiky".

 

Jediné, co je třeba u oceli opravdu ohlídat je spolehlivý dodavatel, který dokáže podchytit správnou jakost oceli, vypálit (vyřezat) pláty dle správných technologických postupů, tak aby nedošlo k technologickému popuštění (snížení tvrdosti oceli), a správně pláty naohýbat, aby nedošlo k neviditelným mikrotrhlinám či přímo prasklinám. Na správné zpracování oceli má vliv řada faktorů a ne všechny dokáže Pepa z Vaši garáže podchytit.

 

Zpátky k tématu...

 

 

ZÁVĚR:


 

Kam nás výše uvedené vizualizace a výpočty posunuli ?

 

Homogenní ocel v poměru krycí plochy kompozity naprosto drtí. Ocel má oproti "keramice" vyrobené v souladu s NIJ STD 0101.04 přibližně o 68,96 procentních bodů větší krycí plochu, a pokud ocel porovnáme s nejnovější a nejpřísnější normou NIJ STD 0101.06, má ocel stále o 49,13 procentních bodů (takže o POLOVINU) větší krycí plochu s ohledem na to, co NIJ normy garantují.

A to vycházíme z rozměru 250x300 mm, který je na trhu v "keramice" v podstatě jediný dostupný napříč všemi výrobci. Firma StrikeFace.cz ale vyrábí i pláty rozměrově větší, tedy s větší krycí plochou.

 

porovnání

 

Ano, můžete oponovat tím, že výrobce může vyrábět kompozit kvalitnější, který kryje více ke krajům, než mu určuje norma, na druhou stranu nemůžete očekávat, že tato číslovka nějak dramaticky výrazně zvedne, protože se stále bude jednat o kompozit se všemi jeho nevýhodami. Vlastnosti materiálu jsou totiž předem dané, vrstvy budou i po použití nejnovějších materiálů a technologických postupů stále vrstvami a technika zastavení střely za pomoci destrukce uvnitř plátu také zůstane neměnným faktem.

 

Pokud Vám tedy výrobce kompozitu bude tvrdit, že vyrábí kvalitněji, než mu stanovuje norma, není důvod mu nevěřit. V zásadě je to u kvalitních výrobců běžné. Jen berte v úvahu, že nárůst krycí plochy nebude pravděpodobně v celkovém objemu při stávajících garantovaných hodnotách 20% a 40% nijak dramatický. Uvědomme si, že nárůst 20 let technologického pokroku v balistických kompozitech, se v normě NIJ 04 oproti normě NIJ 06 projevil na rozdílu garantované krycí plochy v 25 mm. (76 minus 51mm), a to na vývoji pracovala jedna z nejmocnějších a technologicky nejvyspělejších zemí světa.

 

Sečteno, podrženo, pokud Vám jde v prvé řadě o reálnou krycí plochu plátů - homogenní ocelové pláty jsou podstatně lepší volbou. S přihlédnutím k tomu lze tvrdit, že vysoká hmotnost ocelových plátů je mýtus. Každý logicky uvažující jedinec by měl totiž v první řadě zohledňovat poměr krycí plochy vs. hmotnosti, a nikoli jen slepě koukat na hmotnost plátu a jeho krycí plochu opomíjet.

 

Více se na hmotnost ocelových plátů zaměříme v našem dalším článku: Ocelové pláty jsou lehčí než "keramika" !.

 

 


 

 

A co si z tohoto článku vlastně odnést ? Proč se jmenuje "TEORIE" a nikoli "PRAXE" ?

 

Chceme vyvolat diskuzi a zvýšit informovanost o tom, že nějaká krycí plocha vůbec existuje.

 

Rozhodně nechceme říci, že jsou kompozitní pláty zlé a ošklivé, určitě se jedná o materiál, který má i řadu výhod. Můžeme pouze konstatovat, že jsou kompozitní materiály a techniky výroby kompozitních plátů, které jsou více, či méně odlišné a tedy i účinné.

 

U kompozitů totiž podle našeho skromného názoru záleží především na samotném výrobci a technologii, nikoli jen na tom, podle jaké normy plní. Za nepsaný standard by se mělo považovat, že výrobce bude plnit nad normu, jde jen o to, nad kterou.

 

Pokud se neubráníme tomu, že jsme jako češi konzervativní a skeptičtí, opět můžeme říci pouze to, že homogenní materiály jsou v tomto směru předvídatelnější a je větší pravděpodobnost, že se nespletete. Je také možné je snáze otestovat (a naši zákazníci to dělají viz. YouTube nebo Facebook).

 

Jako zásadní vidíme to, že údaje o reálné krycí ploše u kompozitních plátů de facto nikdo běžně neudává, a tedy jsou jediným porovnávacím měřítkem, co se krycí plochy týče, výše zmíněné NIJ normy - ty totiž zveřejňuje většina výrobců.

 

Teď, když jste si přečetli, co Vám NIJ normy z pohledu krycí plochy garantují, zda se Vám čistě tato informace uspokojivá ? Věděli jste to před přečtením tohoto článku ?

 


Bohužel i my se setkali se zájemci, kteří slepě prahnou po normách, aniž by věděli, co vlastně znamenají, a proto jsme se rozhodli provést zmíněné výpočty a vizualizace těchto standardů. 

 

Praxe je svým způsobem o to komplikovanější, že každý kalibr se při dopadu na kompozitní i homogenní pláty chová trochu jinak a krycí plochy jsou pro pro odlišné kalibry také rozdílné. To je však na sepsání dalšího článku, neboť by tento dočetlo pouze promile čtenářů.

 

To, co si ze článku odnesete je zcela na Vás. My se krycí plochy garantované NIJ normami pokusili znázornit pokud možno co nejobjektivněji a snad nám v tomto směru dáte za pravdu. Veškeré výpočty si můžete ověřit sami za použití běžné matematiky a geometrie.

 

Nadějně doufáme, že zvýšení povědomí o krycí ploše balistických plátů předejde dalším incidentům, jako je například kauza výběrového řízení policie na balistické pláty ( https://ct24.ceskatelevize.cz/domaci/1935618-policie-reklamuje-neprustrelne-vesty-misto-keramiky-je-v-nich-i-pryskyrice ).

Tato kauza je totiž přímým důkazem toho, že i pláty, které splňují NIJ normy a odpovídají české legislativě, nemusí splňovat kriteria na krycí plochu, kterou od nich očekáváme. V tomto případě výrobce dle všech mediálně známých skutečností dodržel veškeré normy. Přesto mu nastavení NIJ normy umožnilo (údajně kvůli tlaku na cenu) vyplnil část plátu, která není stanovena normou, obyčejnou pryskyřicí.

 

To, zda je to správně či nikoli necháme posoudit opět jen a jen Vás, my jen tvrdíme, že to odkazuje na naši tezi, o tom, že v prvé řadě záleží na výrobci.

NIJ norma v tomto případě podle policie porušena nebyla.

 

Také je potřeba říct, že celá kauza vyšla najevo až poté, co byly provedeny skutečné testy, do té doby se "papírově" zdálo vše naprosto v pořádku. Můžeme tedy pouze spekulovat, kolik těchto plátů se dostalo mezi normální lidi.

 

Děkujeme, že jste to dočetli až sem. Budeme rádi, pokud se zapojíte do diskuze, na našem Facebooku , Instagramu a nebo budete tento článek dále sdílet.

 

Tento web používá soubory cookie. Dalším procházením tohoto webu vyjadřujete souhlas s jejich používáním.