FR2933180A1

FR2933180A1 - Protective equipment e.g. bulletproof vest, testing method for human being, involves determining level of protection afforded by equipment by processing measurements of mechanical parameters resulting from action of penetrating elements

Info

Publication number: FR2933180A1
Application number: FR0854227A
Authority: FR
Inventors: Carpentier Jerome Le
Original assignee: CIE EUROP DE DEV IND C E D I
Current assignee: CIE EUROP DE DEV IND C E D I
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-01-01

Abstract

The method involves providing a dummy (M) including a region with sensors (C), and positioning a protection (P) in front of the region. Penetrating elements with determined energy and dynamics are applied to the region not fitted with a protective equipment (E). A set of measurements of mechanical parameters resulting from action of the elements are obtained from the sensors. The elements are applied to the region having the equipment, and another set of measurements of the parameters is obtained. Level of protection afforded by the equipment is determined by processing the measurements. An independent claim is also included for an instrumented dummy for testing a protective equipment that affords protection against penetrating elements such as bullets and penetrative side arms, comprising a dummy including ballistic fiber sheets and a synthetic armor.

Description

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La présente invention concerne d'une façon générale les vêtements ou équipements de protection des personnes contre le tir à balles, et en particulier la conception de gilets pare-balles ou autres écrans balistiques devant avoir des caractéristiques de protection bien déterminées. A l'heure actuelle, pour mesurer l'efficacité d'un tel équipement de protection, on utilise (en particulier selon la norme NIJ) un bloc de Plastiline , qui est une pâte de dureté normalisée, et plus particulièrement un bloc de Plastiline d'un poids de 80 kg maintenu à une température de 20° Celsius ou équivalent Fahrenheit. L'équipement à tester (éprouvette) est fixé sur ce bloc à l'aide de sangles, et un tir est réalisé dans l'éprouvette à une distance déterminée (en général 5 mètres pour les armes de poing et 10 mètres pour les armes dites d'épaule), ce tir étant effectué à l'aide d'un banc de tir tirant des balles de poids normalisé à une vitesse également normalisée. The present invention generally relates to clothing or equipment for protecting people against shooting, and in particular the design of bullet-proof vests or other ballistic screens to have well-defined protection characteristics. At present, to measure the effectiveness of such protective equipment, is used (in particular according to NIJ standard) a block of Plastiline, which is a paste of standardized hardness, and more particularly a block of Plastiline d a weight of 80 kg maintained at a temperature of 20 ° Celsius or equivalent Fahrenheit. The equipment to be tested (test tube) is fixed on this block using straps, and a shot is made in the test tube at a determined distance (generally 5 meters for handguns and 10 meters for so-called weapons. shoulder), this shooting being carried out using a shooting bench firing bullets of normalized weight at a speed also normalized.

Pour satisfaire aux exigences d'homologation, l'équipement testé doit remplir deux conditions : - tout d'abord arrêter le projectile tiré par le banc de tir, et - ensuite être tel que la profondeur maximum de l'empreinte du choc dans le bloc de Plastiline situé immédiatement dernière l'équipement n'excède pas typiquement 44 mm, cette profondeur étant mesurée à l'aide d'un pied à coulisse. On notera que ce paramètre de profondeur peut varier 30 selon les desiderata du donneur d'ordre. Cette méthodologie présente plusieurs limitations et inconvénients. To satisfy the homologation requirements, the equipment tested must fulfill two conditions: - first stop the projectile fired by the firing bench, and - then be such that the maximum depth of the impact footprint in the block Plastiline located immediately after the equipment does not typically exceed 44 mm, this depth being measured using a vernier caliper. Note that this depth parameter may vary according to the desires of the client. This methodology has several limitations and disadvantages.

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En premier lieu, les résultats qu'elle permet d'obtenir ne sont pas significatifs du point de vue de l'immunité physique du porteur. En outre, la reproductibilité des essais est loin d'être garantie, notamment du fait que les propriétés du bloc de Plastiline sont susceptibles de changer de façon significative d'un tir à l'autre (en particulier du fait que l'impact d'une balle élève la température, ce qui ramollit la Plastiline , en la rendant ainsi plus sujette à se creuser lors de l'impact suivant). Il peut aussi arriver que les conditions environnementales du laboratoire d'essais (température, etc.) peuvent évoluer au cours d'une séquence de tirs, modifiant ici encore les propriétés de la Plastiline . In the first place, the results that it makes it possible to obtain are not significant from the point of view of the physical immunity of the wearer. In addition, the reproducibility of the tests is far from guaranteed, in particular because the properties of the Plastiline block are likely to change significantly from one shot to another (in particular because the impact of a ball raises the temperature, softening Plastiline, making it more prone to widening on the next impact). It may also happen that the environmental conditions of the test laboratory (temperature, etc.) can evolve during a firing sequence, again modifying the properties of Plastiline.

Un autre inconvénient de cette méthode d'essai connue réside en ce qu'elle est incapable de restituer un quelconque résultat en termes d'énergie des chocs et des vibrations en arrière de l'équipement, et donc aucun résultat en matière de risque traumatologique pour le sujet qui portera l'équipement. On connaît par ailleurs, par la demande de brevet WO 2007/138080 au nom de la Demanderesse, un équipement et un procédé pour tester et concevoir des équipements de protection contre les coups. Selon cette demande de brevet, on applique des coups d'une énergie bien déterminée sur un mannequin équipé d'un équipement de protection à tester et instrument pour déterminer l'énergie d'impact en matière de protection. Cette technique connue est toutefois impossible à transposer à des essais balistiques. En effet, les munitions impactant l'équipement de protection à tester à très grande vitesse sont susceptibles de traverser celui- Another disadvantage of this known test method is that it is unable to restore any result in terms of energy shock and vibration behind the equipment, and therefore no result in traumatic risk for the subject who will wear the equipment. Also known from the patent application WO 2007/138080 in the name of the Applicant, an equipment and a method for testing and designing equipment for protection against blows. According to this patent application, shots of a specific energy are applied to a manikin equipped with protective equipment to test and instrument to determine the impact energy protection. This known technique is, however, impossible to transpose to ballistic tests. Indeed, munitions impacting the protective equipment to be tested at a very high speed are likely to cross this

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ci et de détériorer irrémédiablement le mannequin instrumenté, étant précisé ici que le coût d'un tel mannequin est extrêmement élevé. Ce risque est d'autant plus grand que l'on tente aujourd'hui de développer par essais successifs des équipements de protection de plus en plus légers, signifiant par là que certains équipements testés sont susceptibles de se trouver impropres à arrêter à coup sûr le projectile. La présente invention vise donc à pallier ces 10 limitations de l'état de la technique. Elle propose à cet effet selon un premier aspect un procédé d'essai d'un équipement de protection balistique pour l'être humain, comprenant les étapes suivantes : (a) prévoir un mannequin dont au moins une région 15 est équipée de capteurs, (b) placer devant ladite région une protection de mannequin, (c) appliquer des tirs prédéfinis de projectiles sur ladite région du mannequin équipé de ladite protection de 20 mannequin et dépourvu de l'équipement de protection, et obtenir à partir des capteurs une première série de mesures de paramètres mécaniques résultant de l'impact des projectiles, (d) appliquer des tirs prédéfinis de projectiles sur 25 ladite région du mannequin équipé de la protection de mannequin et sur lequel est agencé l'équipement de protection, et obtenir à partir des capteurs une deuxième série de mesures desdits paramètres mécaniques résultant de l'impact des projectiles, et 30 (e) par traitement des première et deuxième séries de mesures, déterminer un degré de protection assuré par l'équipement de protection. ci and irremediably deteriorate the instrumented manikin, being specified here that the cost of such a manikin is extremely high. This risk is all the greater because we are trying today to develop successive tests of increasingly light protective equipment, meaning that some equipment tested may be unsuitable for stopping for sure. projectile. The present invention therefore aims to overcome these limitations of the state of the art. To this end, it proposes, according to a first aspect, a method for testing a ballistic protection equipment for the human being, comprising the following steps: (a) providing a manikin at least one region of which is equipped with sensors, b) placing a manikin protection in front of said region, (c) applying predefined shots of projectiles at said region of the manikin equipped with said manikin protection and without protective equipment, and obtaining from the sensors a first series measurement of mechanical parameters resulting from the impact of the projectiles, (d) applying predefined shots of projectiles at said region of the manikin-equipped dummy and on which the protective equipment is arranged, and obtaining from sensors a second series of measurements of said mechanical parameters resulting from the impact of the projectiles, and (e) by treatment of the first and second series of measures, determine a degree of protection provided by the protective equipment.

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Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants : - la protection de mannequin comprend un nombre défini de feuilles de fibres balistiques. - la protection de mannequin comprend un blindage déformant épais en matière synthétique. - l'étape (c) est mise en oeuvre dans une phase initiale d'étalonnage du mannequin protégé, commune à l'essai de plusieurs équipements de protection. Some preferred but non-limiting aspects of this method are the following: the manikin protection comprises a defined number of ballistic fiber sheets. - The manikin protection includes a thick deforming shield of synthetic material. - Step (c) is implemented in an initial phase of calibration of the protected dummy, common to the test of several protective equipment.

Selon un deuxième aspect, on propose selon l'invention un mannequin instrumenté pour l'essai d'un équipement de protection balistique, le mannequin comprenant dans au moins une région destinée à être exposée à des tirs de projectiles une série de capteurs, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de protection de mannequin placé devant ladite région et conçu pour protéger le mannequin et les capteurs contre une détérioration ou une destruction lors desdits tirs. On propose en outre selon l'invention un dispositif de protection pour un mannequin instrumenté destiné à l'essai d'équipements de protection balistique pour l'être humain, caractérisé en ce qu'il comprend une structure mécanique atténuant suffisamment l'énergie de des projectiles pour éviter la détérioration ou la destruction du mannequin instrumenté lors de tirs de projectiles prévus pour un tel essai. Enfin on propose un ensemble pour l'essai d'un équipement de protection balistique, caractérisé en ce qu'il comprend un mannequin instrumenté comprenant dans au moins une région destinée à être exposée à des tirs de projectiles une série de capteurs, et au moins deux dispositifs de protection de mannequin aptes chacun à être placés devant ladite région et conçus respectivement pour protéger le mannequin et les capteurs contre une détérioration ou une destruction lors de tirs avec des armes de catégories différentes. 5 D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faire en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure unique est une vue en perspective éclatée d'un équipement d'essai utilisable selon la présente invention. En référence à la figure, on a représenté un mannequin M équipé de façon connue en soi d'une certain nombre de capteurs C disposés dans une région d'essai, correspondant notamment au thorax et à l'abdomen du corps humain. Ces capteurs sont par exemple capables de mesurer les paramètres suivants . - force de pression perpendiculaire à la surface du 20 mannequin, - force de pression parallèle à la surface du mannequin, - rotation locale de la surface du mannequin autour d'un axe normal à cette surface, 25 - moment de flexion, accélération-décélération de la region du mannequin dans laquelle est situé le capteur, en particulier lors d'un impact. Les mesures fournies par de tels capteurs et 30 convenablement traitées permettent de donner une indication d'ordre traumatologique quant à l'effet des impacts sur le corps humain. According to a second aspect, there is provided according to the invention an instrumented dummy for testing ballistic protection equipment, the manikin comprising in at least one region intended to be exposed to projectile fire a series of sensors, characterized in that it further comprises a manikin protection device placed in front of said region and designed to protect the dummy and the sensors against deterioration or destruction during said shots. In addition, according to the invention, a protective device for an instrumented manikin intended for the testing of ballistic protection equipment for the human being is proposed, characterized in that it comprises a mechanical structure that sufficiently attenuates the energy of projectiles to prevent deterioration or destruction of the instrumented dummy during the firing of projectiles for such a test. Finally, there is provided an assembly for testing a ballistic protection equipment, characterized in that it comprises an instrumented dummy comprising in at least one region intended to be exposed to projectile fire a series of sensors, and at least one two manikin protection devices each adapted to be placed in front of said region and respectively designed to protect the manikin and the sensors against deterioration or destruction during firing with weapons of different categories. Other aspects, objects and advantages of the present invention will become more apparent upon reading the following detailed description of a preferred embodiment thereof, given by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which: which single figure is an exploded perspective view of a test equipment usable according to the present invention. Referring to the figure, there is shown a mannequin M equipped in a manner known per se of a number of sensors C arranged in a test region, corresponding in particular to the thorax and the abdomen of the human body. These sensors are for example capable of measuring the following parameters. pressure force perpendicular to the surface of the dummy, pressure force parallel to the surface of the manikin, local rotation of the surface of the dummy around an axis normal to this surface, flexural moment, acceleration-deceleration the region of the manikin in which the sensor is located, in particular during an impact. The measurements provided by such sensors and suitably processed provide a traumatological indication of the effect of the impacts on the human body.

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De manière à éviter le risque mentionné en introduction, de détérioration ou de destruction d'un tel mannequin instrumenté dans le cas où l'éprouvette à tester assurerait une protection insuffisante, et en particulier se trouverait perforée par le projectile tiré, on équipe le mannequin instrumenté M d'une protection de mannequin P que l'on applique en permanence devant la région d'essai équipée des capteurs C. Cette protection de mannequin est par exemple constituée d'une superposition d'un nombre déterminé de feuilles souples de fibre balistique (typiquement des feuilles de Kevlar ) d'épaisseur également déterminée, les feuilles étant empilées et retenues dans une poche de maintien appropriée, ou encore d'un blindage rigide d'épaisseur déterminée, par exemple un blindage déformant épais en polyéthylène. En toute hypothèse, cette protection de mannequin est conçue par calcul et ou expérimentation pour que, avec les énergies de projectiles envisagées, elle assure une protection suffisante du mannequin instrumenté contre toute détérioration ou destruction, en atténuant suffisamment ces énergies. Cette protection de mannequin reste à demeure sur la région d'essai du mannequin pour les essais balistiques, mais peut avantageusement être retirée lorsque par exemple on souhaite utiliser le mannequin pour l'essai de protections contre les coups notamment selon la demande de brevet WO 2007/138080. L'essai d'un équipement de protection E tel qu'un 30 gilet pare-balles dans le présent exemple s'effectue selon l'invention : In order to avoid the risk mentioned in the introduction, deterioration or destruction of such instrumented dummy in the case where the test piece would provide insufficient protection, and in particular would be perforated by the projectile fired, the manikin is equipped instrumented M of a manikin protection P which is permanently applied in front of the test region equipped with sensors C. This manikin protection is for example constituted by a superposition of a determined number of soft sheets of ballistic fiber (Typically Kevlar sheets) also determined thickness, the sheets being stacked and retained in a suitable holding pocket, or a rigid armor of a determined thickness, for example a thick deforming shield polyethylene. In any case, this dummy protection is designed by calculation and or experimentation so that, with the contemplated projectile energies, it provides sufficient protection for the instrumented dummy against any deterioration or destruction, by sufficiently attenuating these energies. This manikin protection remains permanently on the test region of the manikin for ballistic tests, but can advantageously be removed when for example it is desired to use the manikin for the test of protection against blows, in particular according to the patent application WO 2007 / 138080. The test of a protective equipment E such as a bulletproof vest in the present example is carried out according to the invention:

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- en appliquant des tirs prédéfinis de projectiles sur le mannequin M équipé de ladite protection de mannequin P et dépourvu de l'équipement de protection, pour obtenir à partir des capteurs C une première série de mesures de paramètres mécaniques (forces, déplacements, moments, accélérations, etc.) résultant de l'impact des projectiles, - en appliquant les mêmes tirs prédéfinis sur le mannequin M équipé de la protection de mannequin P et sur lequel cette fois-ci est agencé l'équipement à tester E, pour obtenir à partir des capteurs une deuxième série de mesures desdits paramètres mécaniques résultant de l'impact des projectiles. On notera ici que la première série de mesures peut être recueillie soit immédiatement avant l'essai de l'équipement, soit lors d'une phase initiale d'étalonnage du mannequin équipée de la protection P, auquel cas las premières mesures sont des mesures d'étalonnage mémorisées pour utilisation ultérieure pour différents essais d'équipements. La deuxième série de mesures fait ensuite l'objet d'un traitement par rapport à la première série de mesures, à l'aide d'un calculateur approprié, pour en dériver l'effet de protection effectivement assuré par l'équipement E en cours d'essai. Il peut s'agir de simples calculs soustractifs, mais également de tout autre calcul approprié mettant en oeuvre la première série de mesures et la deuxième série de mesures sur la base d'un modèle mathématique capable de compenser l'effet de la protection de mannequin à la manière d'une tare. by applying predefined shots of projectiles on the manikin M equipped with said manikin protection P and devoid of the protective equipment, to obtain from the sensors C a first series of measurements of mechanical parameters (forces, displacements, moments, accelerations, etc.) resulting from the impact of the projectiles, - by applying the same predefined shots on the manikin M equipped with the manikin protection P and on which this time the equipment to be tested E is arranged, to obtain from the sensors a second series of measurements of said mechanical parameters resulting from the impact of the projectiles. It will be noted here that the first series of measurements can be collected either immediately before the equipment test or during an initial phase of calibration of the manikin equipped with the protection P, in which case the first measurements are calibration for later use for different equipment tests. The second series of measurements is then processed in relation to the first series of measurements, using an appropriate calculator, to derive the effect of protection actually provided by the equipment E in progress. test. It can be simple subtractive calculations, but also any other appropriate calculation implementing the first series of measurements and the second series of measurements on the basis of a mathematical model capable of compensating the effect of the manikin protection like a tare.

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Grâce à la présente invention, on peut utiliser un mannequin conventionnel et ses capteurs dans la continuité et sans risquer les voir détériorés ou détruits par un tir perforant, tout en exploitant une procédure d'essai beaucoup plus rigoureuse que celle mise en oeuvre par exemple selon la norme NIJ et en permettant pour la première fois de traduire les résultats enregistrés lors d'un tir en données traumatologiques pour le sujet utilisant l'équipement de protection. Thanks to the present invention, it is possible to use a conventional manikin and its sensors in the continuity and without risking seeing them deteriorated or destroyed by a perforating shot, while using a test procedure much more rigorous than that implemented for example according to the NIJ standard and allowing for the first time to translate the results recorded during a shot at trauma data for the subject using the protective equipment.

Les équipements de protection balistiques qui peuvent être testés selon la présente invention, notamment à des fins d'homologation, sont très divers. Il peut s'agir notamment de vêtements (gilets pare-balles, etc.), d'accessoires amovibles (écrans pare-balles, etc.) de mallettes pare-balles, etc. La présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite et représentée, mais l'homme du métier saura y apporter de nombreuses variantes et modifications. The ballistic protection equipment that can be tested according to the present invention, in particular for homologation purposes, is very diverse. This may include clothing (bulletproof vests, etc.), removable accessories (bulletproof shields, etc.), bullet-proof cases, etc. The present invention is not limited to the embodiment described and shown, but the skilled person will be able to make many variations and modifications.

Notamment, on entend dans la présente spécification par mannequin tout bloc de matière d'une forme quelconque, mais d'une corpulence et d'une densité du même ordre de grandeur de celles de l'être humain. Ainsi il pourra s'agir par exemple d'un bloc de matière d'une taille et d'un poids semblable à ceux du tronc ou du thorax d'un être humain. En outre, on pourra équiper le mannequin de protections de mannequins différentes selon le type d'arme utilisé pour le test. In particular, the present specification by manikin means any block of material of any shape, but of a corpulence and a density of the same order of magnitude of those of the human being. Thus it may be for example a block of material of a size and weight similar to those of the trunk or chest of a human being. In addition, we can equip the dummy protections of different mannequins depending on the type of weapon used for the test.

Par exemple, pour le test d'un équipement de protection soumis à des tirs d'arme de poing (par exemple jusqu'à 44 magnum ou 50 magnum), on peut utiliser une For example, for the testing of protective equipment subject to handgun fire (for example up to 44 magnum or 50 magnum), one can use a

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protection de mannequin souple constitué d'un empilement de feuilles de Kevlar , tandis que pour le test d'un équipement soumis à des tirs d'arme de guerre, on peut utiliser une protection de mannequin rigide en polyéthylène d'épaisseur appropriée pour éviter tout risque de perforation. flexible manikin consisting of a stack of Kevlar sheets, while for the testing of equipment subject to gunfire, rigid polyethylene manikin protection of appropriate thickness can be used to prevent risk of perforation.

Claims

REVENDICATIONS1. A method of testing a ballistic protection equipment (E) for humans, comprising the following steps. (a) providing a dummy (M) of which at least one region is equipped with sensors (C), (b) placing a manikin protection (P) in front of said region, (c) applying predefined shots of projectiles to said region of the manikin equipped with said manikin protection and without protective equipment, and obtaining from the sensors a first series of measurements of mechanical parameters resulting from the impact of the projectiles, (d) applying predefined shots of projectiles on said region the manikin equipped with the manikin protection and on which the protective equipment is arranged, and obtain from the sensors a second series of measurements of the said mechanical parameters resulting from the impact of the projectiles, and (e) by treatment of the first and second second series of measurements, determine a degree of protection provided by the protective equipment.

The method of claim 1, wherein the dummy protection (P) comprises a defined number of ballistic fiber sheets.

The method of claim 1, wherein the dummy protection (P) comprises a thick deforming shield of synthetic material.

4. Method according to one of claims 1 to 3, wherein step (c) is implemented in an initial phase of calibration of the protected dummy common to the test of several protective equipment.

5. Instrumented dummy for testing ballistic protection equipment (E), the dummy (M) comprising in at least one region intended to be exposed to projectile fire a series of sensors (C), characterized in that it further comprises a manikin protection device (P) placed in front of said region and designed to protect the manikin and the sensors against deterioration or destruction during said firing.

The manikin of claim 5, wherein said manikin pad (P) comprises a defined number of ballistic fiber sheets.

A manikin according to claim 5, wherein said manikin pad (P) comprises a thick deforming shield of synthetic material. 25

8. Protective device for an instrumented manikin intended for the testing of ballistic protection equipment for the human being, characterized in that it comprises a mechanical structure adapted to the projectile firing energy provided for such a test. in order to attenuate this energy and to prevent the deterioration or destruction of the instrumented dummy during firing.

9. Protection device according to claim 8, which comprises a defined number of ballistic fiber sheets.

10. Protective device according to claim 8, which comprises a thick deforming shield of synthetic material.

11. A set for the testing of ballistic protection equipment (E), characterized in that it comprises an instrumented manikin (M) comprising in at least one region intended to be exposed to projectile firing a series of sensors (C), and at least two dummy protection devices (P) each adapted to be placed in front of said region and respectively designed to protect the dummy and the sensors against deterioration or destruction when shooting with weapons of different categories.