PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA

Tytuł pracy w języku polskim: Badania i analiza zagrożeń wynikających z użytkowania replik ASG

Tytuł pracy w języku angielskim: Research and analysis of threats involved in the use of ASG replicas

STRESZCZENIE

W poniższej pracy poruszona została kwestia bezpiecznego użytkowania replik ASG w hobby, jakim jest airsoft. Na początku zamieszczone są informacje mające na celu przybliżyć tematykę pracy osobom, dla których jest ona obca. Następnie pokazane zostały skutki użytkowania replik w sposób zagrażający zdrowiu innych graczy, aby uświadomić jakie ryzyko niesie za sobą niedostosowania mocy repliki do bezpiecznego dystansu. Później przedstawiony został sposób wykonania żelu balistycznego oraz pokazany na zdjęciach, sprzęt użyty w badaniach.
Po części mającej na celu zaznajomienie z tematem opisane zostały kolejno trzy badania odnoszące się do balistyki pocisków ASG. Pierwsze z nich wykazały, że dla jednakowych energii kinetycznych, różnice w masie kulek mają wpływ na zdolność penetracji żelu balistycznego. Kulki cięższe wbijały się w żel głębiej. Kolejne badania są bardzo istotne dla graczy, gdyż w nich, wyznaczone zostały, dla różnych przedziałów mocy replik i różnych mas kulek, granice odległości, z których można strzelać nie narażając innych. Na końcu znajdują się badania porównawcze kulek wykonanych z plastiku, aluminium i szkła. Celem jest ustalenie czy kulki szklane oraz aluminiowe stanowią większe zagrożenie niż kulki plastikowe. Z badań wynika, że wszystkie kulki miały podobną zdolność penetracyjną żelu balistycznego, gdyż jego twardość była niewielka. Jednak kulki aluminiowe i szklane wykazały całkiem inne właściwości przy uderzeniach w twardsze materiały, dlatego nie powinny być stosowane na spotkaniach airsoft’owych.

ABSTRACT

This work focuses on the issue of safe use of ASG replicas in the aisoft hobby. At the beginning of the work there is basic information explaining the subject to people who might not be familiar with it. After that we can find information about potential uses of replicas in a way that is dangerous to the health of other players, in order to explain the risks involved in using replicas of improper force. After that the way ballistic gel was made is described together with pictures of the gear used in the tests.

After the introduction explaining the basics three subsequent series of tests on the matter of ASG bullet ballistics have been described. The first series of tests have shown that for the same kinetic energies, differences in mass influence the ability to penetrate ballistic gel. Heavier bullets were going deeper into the gel. Next series of tests are of importance especially to the players, as in them, depending on replica force and bullet mass, distance limits have been established, at which it is safe to shoot without endangering others. At the end we can find comparative tests on bullets made of plastic, aluminum and glass. The aim of the tests was to check whether glass and aluminum bullets are a bigger threat than plastic ones. The tests have shown that all the bullets have similar ability to penetrate ballistic gel, as its density is low. However, aluminum and glass bullets showed completely different properties when hitting more solid materials, hence they should not be used at airsoft meetings.

1. WSTĘP I CEL BADAŃ

Wybór tematu nie jest dla mnie przypadkowy. Airsoftem oraz replikami ASG interesuję się od wielu lat. Jest to ciekawy sposób spędzenia wolnego czasu na świeżym powietrzu, który uczy: pracy w grupie, uczciwości, odpowiedzialności za siebie i innych. Ponadto rozwija refleks, percepcję oraz kondycję.
Jak każdy sport, airsoft, niesie pewne zagrożenia. Na przestrzeni lat widziałem wiele wypadków, które miały miejsce podczas spotkań. Do części z nich doszło w wyniku potknięcia, upadku z wysokości czy zahaczenia o przeszkodą. Przyczyną jest najczęściej trudny teren rozgrywek, podniesiony poziom adrenaliny, zaparowane gogle czy okulary. Są to zdarzenia przypadkowe, trudne do zapobiegnięcia. Istnieją też wypadki, które wynikają z niewłaściwego czy lekkomyślnego użytkowania replik ASG. Ten problem, chciałbym zbadać w mojej pracy, aby podzielić się z innymi, tym, jakie konsekwencje niesie za sobą brak wyobraźni i niewłaściwe obejście się z repliką. Chciałbym również pokazać w jaki sposób można bezpiecznie bawić się, nie narażając przy tym innych graczy.

2. PRZEDSTAWIENIE PODSTAWOWYCH INFORMACJI ORAZ POJĘĆ DOTYCZĄCYCH AIRSOFT’U

2.1 Airsoft – rozgrywki drużynowe odzwierciedlające historyczne operacje wojskowe, paramilitarne, policyjne bądź po prostu realizujące fikcyjne scenariusze. Celem podstawowym jest trafienie kulką przeciwnika (osobę z przeciwnej drużyny) przy użyciu repliki ASG. Nadrzędnym celem jest realizowanie zadań zawartych w scenariuszu np. odbicie zakładników, rozbrojenie bomby, utrzymanie wyznaczonego obszaru pola walki itp.

2.2 Historia
Airsoft narodził się po II Wojnie Światowej w Japonii. Początkowo repliki ASG zostały stworzone dla jednostek militarnych, ponieważ po wojnie zostały nałożone na nie rygorystyczne przepisy dotyczące posiadania i używania broni palnej. Repliki te były wiernymi kopiami odpowiedników broni ostrych (z wyjątkiem energii kinetycznej wystrzeliwanego pocisku, która wynosiła około 1 J). Nadawały się zatem do treningów oraz strzelania na niewielkich dystansach.
Pod koniec lat siedemdziesiątych, airsoft zyskał popularność w Hong Kongu i Chinach. Następnie w latach osiemdziesiątych dotarł do Wielkiej Brytanii, a niedługo potem do Europy. Obecnie repliki ASG są szeroko dostępne i można je kupić w większości państw, chyba że prawo państwowe tego zabrania.

2.3 Rozgrywki
Gry airsoftowe są dosyć zróżnicowane, gdyż może w nich uczestniczyć kilka bądź kilkaset osób. Najczęściej liczba uczestników waha się między dziesięcioma a pięćdziesięcioma osobami. Można wyróżnić trzy rodzaje takich spotkań:
1. „Strzelanka” – potoczna nazwa przyjęta wśród graczy. Jest to, zazwyczaj, cotygodniowe spotkanie, na którym realizowane są proste scenariusze. Czas trwania takiego spotkania wynosi kilka godzin. Liczba osób biorących udział to kilkanaście lub kilkadziesiąt.

2. LARP (ang. live action role-playing) - rozgrywki o bardzo rozbudowanej warstwie fabularnej, gdzie strzelanie pełni rolę dodatku. Liczy się kreatywność graczy. Scenariusze są bogate w akcenty humorystyczne, używa się dużej ilości rekwizytów co buduje wyjątkową atmosferę. Przykładowa rozgrywka to impreza, w czasie której kilkuset graczy podzielonych na frakcje próbuje środkami dyplomatycznymi, ekonomicznymi i militarnymi przejąć kontrolę nad fikcyjnym mini-państwem.
3. MilSim (skrót od ang. military simulation) – gry mające jak najwierniej odwzorowywać warunki prawdziwego pola walki. Nierzadko trwają ponad 24 h, wymagają dobrej kondycji fizycznej i psychicznej, zawierają elementy sztuki przetrwania. Często pojedyncze trafienie eliminuje całkowicie z rozgrywki.

2.4 Fair play
Zasadnicza różnica między airsoft’em, a bardziej popularnym paintball’em, polega na tym, że w airsoft’cie kulki nie posiadają farby, a ponadto są dużo mniejsze – mają 6mm średnicy. W wyniku tego, strzelec często nie jest w stanie zobaczyć czy trafił przeciwnika. Dlatego obowiązkiem każdego gracza, który został trafiony jest przyznanie się do tego, poprzez wyjęcie materiału w kolorze czerwonym, aby był widoczny dla pozostałych graczy. Następnie schodzi on z pola walki na określony czas. Można powiedzieć, że zasada fair play jest niezwykle istotna, gdyż próby oszustwa sprawiają, że rozgrywki tracą sens i powodują rozgoryczenie u innych graczy. Kładzie się więc duży nacisk na uczciwość. 

2.5 ASG – (ang. airsoft guns) są to repliki broni palnej, najczęściej wykonane w skali 1:1, strzelające 6 milimetrowymi kulkami.
Ze względu na zasilanie można wyodrębnić trzy rodzaje replik:

elektryczne (AEG- airsoft electric gun) – w replikach tych wykorzystywane jest sprężone powietrze do nadania kulce energii kinetycznej. Powietrze jest sprężane w cylindrze poprzez tłok, który w wyniku obrotu silnika elektrycznego a następnie przekładni zębatej, jest naciągany na sprężynę i po naciągnięciu zwalniany. Sprężyna wprawia tłok w ruch, który spręża powietrze w cylindrze. Repliki te zasilane są wysokowydajnymi akumulatorami prądowymi. Możliwe jest strzelanie ogniem ciągłym jak i pojedynczym. Są to najbardziej popularne repliki wśród graczy.

sprężynowe – energia jest nadawana kulce w podobny sposób, z tą różnicą, że każde naciągnięcie tłoka trzeba wykonać ręcznie korzystając z rączki przeładowania. Nie występuje tu układ akumulator-silnik-przekładnia zębata. Dlatego, możliwy jest tylko ogień pojedynczy. W celu wiernego odwzorowania, produkuje się głównie repliki broni ostrych, które mają dostępny tylko ogień pojedynczy – najczęściej czterotaktowe repliki broni snajperskiej.

gazowe – zasilane są gazami tj. Green Gas (mieszanka propanu i oleju sylikonowego), CO2, HFC-134a, propan, HP. Ciekły gaz zwykle ładuje się do zbiornika znajdującego się w magazynku lub korzysta się z zewnętrznej butli, połączonej przewodem z repliką. Z powodu jej rozmiarów nosi się ją w plecaku. Popularne są również jednorazowe kapsułki CO2 pozwalające na oddanie kilkudziesięciu strzałów.

2.5.1 Zasięg replik ASG
Najczęściej używanymi, na spotkaniach airsoft’owych, są repliki elektryczne karabinów szturmowych oraz pistoletów maszynowych. Ich zasięg oscyluje w granicach 40 - 70 m. Po poddaniu modyfikacjom można uzyskać jeszcze większy zasięg. Wówczas będą spełniały role snajperskie. Zasięg replik karabinów snajperskich, przystosowanych do spełniania swojej funkcji również w airsoft’cie, wynosi ok. 70 - 110 m. Natomiast broń boczna strzela na odległość 25 - 55 m.
Bardzo duży wpływ na zasięg replik, ma system Hop Up, czyli rozwiązanie techniczne, stosowane obecnie niemalże we wszystkich replikach. System ten wykorzystuje efekt Magnusa, czyli powstawanie prostopadłej siły do kierunku ruchu obracającej się kuli lub innej bryły obrotowej. Specjalna gumka, która podkręca kulki, sprawia, że ich tor lotu jest prosty, ponieważ siła wywołana efektem Magnusa, równoważy się z siłą grawitacji. Dopiero na ostatnich kilku metrach kulka zaczyna opadać. System Hop Up zwiększa zasięg replik o ok. 70%.

2.6 Amunicja
W airsoft’cie role amunicji spełniają kulki, których średnica w przybliżeniu wynosi 6 mm. W rzeczywistości jest to 5,95 mm ± 0,01 mm. Średnica została zaniżona, aby nie doprowadzić do blokowania w lufie. Przy mniejszym polu tolerancji wystarczy drobinka piasku, aby pocisk się zaklinował. Dlatego, kulki, magazynki oraz lufy wewnętrzne powinny być utrzymane w czystości.
Podczas rozgrywek najczęściej używa się kulek wykonanych z plastik, kompozyt lub materiał biodegradowalny. Produkuje się jeszcze kulki z materiałów tj. szkło, aluminium, stal, ceramika. Przeważnie używane są one do strzelania tarczowego ze względu na wysoką cenę oraz obawy związane z ich przebijalnością.
Waga kulek mieści się w zakresie 0,12 - 0,88 g. W przypadku replik pistoletów, pistoletów maszynowych i karabinów szturmowych zazwyczaj stosuje się kulki z przedziału 0,20 - 0,30 g. W replikach snajperskich waga kulek waha się między 0,30 - 0,45 g. Cięższych używa się tylko do strzelania tarczowego.

3. Przedstawienie zagrożeń wynikających z niewłaściwego użytkowania replik ASG.

Najbardziej narażoną częścią ciała jest głowa, w szczególności twarz. Poza oczami bywa ona często odsłonięta lub tylko częściowo zakryta. Trafienie kulką jakiegokolwiek miejsca na twarzy jest bardzo nieprzyjemne. Jednak miejsca szczególnie newralgiczne to wargi, zęby, uszy, nos i skronie. Oprócz twarzy narażone mogą być również palce dłoni. Byłem świadkiem złamania palca jednego z uczestników, do którego doszło przy użyciu repliki o średniej mocy - około 1,3 J. W budynku z odległości kilku metrów gracz oddał krótką serię, która trafiła w dłoń przeciwnika powodując pęknięcie kości palca.
Zasłonięcie ciała odzieniem nie gwarantuje nam całkowitego bezpieczeństwa. Jeśli ubranie jest cienkie i przylega do skóry tylko w niewielkim stopniu złagodzi uderzenie. Natomiast, gdy materiał ma choć kilka milimetrów grubości, sprawi, że kulka nie wbije się pod skórę.
Na zamieszczonych zdjęciach chcę pokazać rany postrzałowe, które może zadać kulka o zbyt dużej energii. Problemem nie jest sama moc repliki, tylko niezachowanie bezpiecznej odległości do oddania strzału. Kulka, wystrzelona z bliskiego dystansu, nie zdąży wytracić energii. Często do takich wypadków dochodzi w budynkach, za sprawą prowadzenia ognia na niewielkich odległościach w połączeniu z niedostosowaniem się do limitów mocy replik w rozgrywkach CQB (Colse Quarters Battle - walka w przestrzeniach zamkniętych).

Zdj. 3.1. Rany po postrzale 6 mm kulkami

4. BADANIA PRZEBIJALNOŚCI ŻELU BALISTYCZNEGO POCISKAMI O RÓŻNYCH MASACH, PRZY STAŁEJ ENERGII KOŃCOWEJ

4.1 Przygotowanie żelu balistycznego
Wybrałem najbardziej znany i najczęściej stosowany przepis na żel balistyczny, a mianowicie żel dr Facklera. Jest to 10% roztwór żelatyny wieprzowej w wodzie, schłodzony do temperatury 4°C. Można też użyć 20% roztworu żelatyny wieprzowej w wodzie, schłodzonej do temperatury 10°C. Jest to droższe rozwiązanie, ponadto podczas wykonywania badań, temperatura powietrza oscylowała właśnie w okolicach 4°C.

Do wykonania żelu użyłem:

• żelatyny wieprzowej
• wody
• form do odlewania żelu
• miksera
• wagi elektronicznej 
• folii przemysłowej

Najpierw zagotowałem wodę, następnie poczekałem, aż się schłodzi do temp. 40°C. Partiami ważyłem wodę oraz żelatynę, która stanowiła 1/9 masy wody. Później przy pomocy miksera połączyłem żelatynę z wodą na niskich i średnich obrotach tak, aby nie tworzyła się piana, która mogłaby sprawić, że żel nie będzie przejrzysty. Po całkowitym rozpuszczeniu żelatyny w wodzie przelałem mieszaninę do form wyłożonych folią. Wystawiłem formy na całą noc na zewnątrz, gdzie panowała temperatura 3 do 4°C. Następnego dnia żel był gotowy do użycia. Żel robiłem łącznie trzy razy (do każdych badań oddzielnie), gdyż po kilku dniach żel zaczynał się psuć.

Zdj. 4.1. Na zdjęciu narzędzia potrzebne do przygotowania żelu balistycznego

Zdj. 4.2. Formy, w których odlewałem żel balistyczny

Zdj. 4.3. Proces zalewania form

4.2 Sprzęt użyty w badaniach
Do badań użyłem sześciu replik ASG, cztery z nich są zasilane elektrycznie (AEG- ang. Airsoft Electirc Gun), jedna Green Gas’em, ostatnia CO2, z zaworem umożliwiającym regulację mocy repliki.

Tab. 4.1. Zestawienie użytych replik oraz prędkości, z jakimi wystrzeliwują kulki o masie 0,20 g

gdzie:

• Vp – prędkość początkowa kulki o masie 0,20 g
• Ep – Energia początkowa kulki o masie 0,20 g
• Fps (ang. feets per secound) – stopy na sekundę – jednostka ta jest bardzo popularna w airsofcie
• GG – replika zasilana green gas’em
• AEG- replika elektryczna, zasilana akumulatorem
• CO2 – replika zasilana dwutlenkiem węgla
• Tokyo Marui, Classic Army, King Arms, G&P, SW, Mancraft – są to firmy produkujące repliki oraz części do replik

Zdj. 4.4. Glock 17 Tokyo Marui GG

Zdj. 4.5. MP5A3 TLF Classic Army AEG

Zdj. 4.6. M4A1 King Arms AEG

Zdj. 4.7. M16A4 G&P AEG

Zdj. 4.8. Free Float Sniper Rifle 24'' AEG

Zdj. 4.9. M24 SW mancraft CO2

Podczas testów używałem następujących kulek:

• 0,20 g, firmy Rockets
• 0,25 g, firmy G&G
• 0,28 g, firmy Madbull
• 0,28 g, szklane firmy Madbull
• 0,30 g, firmy G&G
• 0,30 g, aluminiowe firmy Madbull
• 0,36 g,(zielone), firmy Guarder 
• 0,43 g (zielone), firmy Guarder 

Wszystkie pomiary prędkości początkowej oraz energii kinetycznej kulek wykonywałem przy pomocy chronografu firmy X-Cortech, o błędze pomiarowym <1%.

Zdj. 4.10. Zasilanie relik ASG

a) butla z Green Gas’em, butla z CO2, b) akumulatory o napięciu 9,6 V i 7,2V

Zdj. 4.11. Kulki użyte do badań

Zdj. 4.12. Chronograf

4.3 Przebijalność żelu balistycznego
Prędkość wylotowa kulek (0,20 g) w replikach ASG, używanych na spotkaniach, zazwyczaj mieści się w przedziale 250 fps – 650 fps. Do sprawdzenia, czy masa kulki ma wpływ na przebijalność żelu, użyłem repliki, która znajduje się w połowie tego przedziału i generuje 450 fps.
Na początku zmierzyłem prędkości początkowe dla różnych wagomiarów, oddałem po trzy strzały dla każdej masy i obliczyłem średnią prędkość wylotową. Następnie wyliczyłem średnią energię początkową kulek. Jak się okazało, moc repliki nie jest jednakowa dla wszystkich kulek. Im cięższa kulka, tym większy spadek mocy (Tab. 4.2). Wynika to z faktu, że sprawność układu pneumatycznego w replikach elektrycznych maleje wraz ze wzrostem masy kulki. W replikach gazowych jest odwrotnie. Im kulka cięższa, tym większa sprawność. Jednakże zdarzają się wyjątki od tej zasady.
Następnie odlałem żel balistyczny w plastikowym kubeczku o pojemności 0,5 l, zalewając go na wysokość 6 cm. W przypadku tych badań schłodziłem go do temp. 5,5°C, aby był bardziej miękki, niż żel dr Fackler’a. Chciałem w ten sposób wydłużyć głębokość penetracji, a tym samym ułatwić odczyt porównawczy kulek o różnych masach. Pomiaru głębokości penetracji dokonałem po uprzednim pocięciu żelu na słupki. Użyłem linijki z podziałem na milimetry, więc dokładność pomiaru wyniosła 1 mm.
Fakt, że kulki nie miały jednakowej energii początkowej, nie wpłynął znacząco na wyniki testu. Na zdjęciach 4.1, 4.2 widać, że im kulka jest cięższa, tym głębsza penetracja żelu. Jednakowe energie wszystkich kulek tylko powiększyłyby ten efekt.

Zdj. 4.13. Żel balistyczny
a) w całości, b) w powiększeniu z oznaczeniem wagi kulek, c) przycięty do mierzenia

 Zdj. 4.14. Kulki wystrzelone z repliki M16A4 G&P w żel balistyczny, od najlżejszej do najcięższej

Tab. 4.2 Zależność głębokości penetracji żelu od masy kulki i jej energii

Gdzie:

• mk – masa kulki
• vpśr – średnia prędkość wylotowa 
• Epśr – średnia energia początkowa
• s – głębokość penetracji
•  

Wyk. 4.1 Głębkość penetracji zależna od masy kulek

Analizując dane z tabeli oraz wykresu zamieszczonych powyżej, można zaobserwować, że kulka o masie 0,43 g wbiła się na 51 mm, a kulka o masie 0,2 g na 39 mm. Oznacza to, że cięższa kulka wbiła się 30 % głębiej, pomimo mniejszej o 10,5% energii kinetycznej. Wynika to z faktu, że kulka o masie 0,43g, jest ponad dwukrotnie cięższa. Jak widać, różnica w głebokości penetracji między kulkami o masach 0,20 g i 0,25 g nie jest tak znacząca.

 Łatwo zauważyć, że kaliber i energia kinetyczna pocisku, to nie jedyne istotne parametry określające potencjalną zdolność penetracyjną. Duże znaczenie ma również pęd pocisku, czyli równorzędna zależność masy i prędkości pocisku. Korzystając ze wzoru (4.1) można obliczyć różnicę pędu kulek 0,20 g i 0,43g. Wynosi ona aż 39%.

5. OPRACOWANIE KRYTERIUM DLA BEZPIECZNEGO UŻYTKOWANIA REPLIK ASG O RÓŻNEJ MOCY

5.1 Repliki użyte w badaniu i zakres badanych mocy
Chcąc dowiedzieć się z jakiej odległości można strzelać do graczy, nie narażając ich na niebezpieczeństwo, przeprowadziłem testy na różnych replikach. Postanowiłem zbadać moce replik, które wymienione są w tabeli poniżej. W środowisku airsoft’owym mówiąc o mocy repliki używa się prędkości początkowej (wyrażonej w stopach na sekundę), którą dana replika nadaje kulce o masie 0,20 g. Dlatego i ja uzależnię moc od prędkości.

Tab. 5.1 Repliki użyte w badaniach i prędkości wylotowe jakie nadają kulce o masie 0,20 g

W tabeli powyżej replika M24 występuje przy trzech różnych prędkościach wylotowych, ponieważ ma możliwość regulacji mocy. Używałem jej wtedy, kiedy nie miałem odpowiadających danej mocy replik elektrycznych. Mogłem przeprowadzić badania przy użyciu tylko tej repliki, jednak nie zrobiłem tego, gdyż regulacja mocy i systemu Hop Up w tej replice, jest niedogodna.

5.2 Założenia dotyczące bezpieczeństwa
Najpierw chciałem zbadać, jaka energia kinetyczna ( Ek ) kulki, wywoła jeszcze akceptowalne w rozgrywkach ASG, obrażenia na ciele. Chodzi o takie, które nie spowodują krwawienia, większych krwiaków, czy obrzęków. Postanowiłem wypróbować najpierw na własnym ciele. Wybrałem wewnętrzną stronę przedramienia, gdyż na niej podobnie jak na twarzy występuje dość miękka i delikatna skóra. Do wylotu chronografu przystawiłem rękę, aby energia podana przez chronograf była dokładnie taka sama, jaką miała kulka uderzając w rękę. Wiem, że obrażenia, które nie są zbyt poważne i szybko się zagoją, powoduje kulka o masie 0,20 g, która uderza z energią Ek = 0,62 J. Uderzenie z taką energią spowodowało u mnie małego krwiaka i niewielki obrzęk, który zszedł po kilku godzinach, a krwiak utrzymywał się 3 – 4dni. Było to jednak uderzenie w rękę, która wykazuje się trochę inną sprężystością niż mięśnie twarzy, dlatego uderzenie kulki z energią Ek = 0,55 J przyjąłem za graniczne, dla zachowania bezpieczeństwa podczas rozgrywek. Następnie wystrzeliłem z taką energią kilka kulek w żel balistyczny, aby zobaczyć jakie uszkodzenia na żelu balistycznym, będą granicznymi.

Zdj. 5.1. Przedramię po strzale kulką o energii 0,62 J

Zdj. 5.2. Żel balistyczny

a) po oddaniu dwóch strzałów o energii granicznej 0,55 J, b) po oddaniu dwóch strzałów o energii 0,75 J

5.3 Sposób przeprowadzania badań
Do przeprowadzenia badań potrzebowałem miejsca osłoniętego od wiatru o długości minimum 50 metrów oraz temperatury otoczenia bliskiej 4°C. Wybrałem dzień, w którym były równo 4°C. Budynek dogodny do testów znalazłem w Gdyni przy ulicy Chwaszczyńskiej. Ma on 60 metrów długości i przez całą jego długość jest przejście w linii prostej. Na samym początku zmierzyłem budynek, co 10 metrów oznaczając odległość czarną farbą w sprayu. Do zmierzenia budynku użyłem 10 metrowej miary.

Zdj. 5.3. Termometry użyte w dniu badań
 a) termometr alkoholowy, b) termometr samochodowy

Zdj. 5.4. Budynek, w którym przeprowadzałem badania

Zdj. 5.5. Widok w budynku, w którym były prowadzone badania
a) długość budynku od środka, b) mierzenie odległości miarą 10 metrową

Żel balistyczny ustawiłem na krześle o wysokości ok. 0,5 m. Następnie dla każdej z wymienionych wcześniej mocy, przy użyciu dwóch wagomiarów dających największy zasięg dla danej mocy, szukałem odległości, przy której uderzenie kulki spowoduje uszkodzenie żelu balistycznego jak na zdjęciu 5.2. Zaczynałem strzelać z odległości, z której spodziewałem się uzyskać określone rezultaty. Osoba, która mi towarzyszyła odczytywała z żelu balistycznego wyniki. Następnie, biorąc poprawkę, zmieniałem odległość od celu, aż kulka zostawiła na żelu ustalone przeze mnie obrażenia graniczne. Tak postępowałem z każdą repliką.
Przy bliższych odległościach strzelałem z pozycji stojącej celując mechanicznymi przyrządami celowniczymi lub kolimatorem. Z dalszych strzelałem z pozycji podpartej przy użyciu dwójnogu oraz lunety.

Zdj. 5.6. Strzelanie do żelu balistycznego przy użyciu różnych replik ASG

Zdj. 5.7 Żel balistyczny
a) ustawiony na krześle, b) w przybliżeniu

5.4 Wyniki i analiza
Uzyskałem następujące wyniki:

Tab. 5.1 Bezpieczne odległości do strzału, zależne od masy kulki oraz prędkości początkowej

Wyk. 5.1 Odległości wymagane do zachowania bezpieczeństwa przy różnych prędkościach początkowych i masach kulek

Jak wynika z wykresu 5.1 ze wzrostem prędkości początkowych pojawia się coraz większa różnica odległości między sąsiednimi wagomiarami dla tej samej prędkości. Wpływ masy na zdolność penetracji opisany w poprzednim rozdziale jest tutaj niewielki, gdyż porównywane są tutaj sąsiadujące ze sobą wagi kulek, a nie skrajne. Do rosnącej rozbieżności dochodzi za sprawą oporów powietrza.

gdzie:
P – siła oporu powietrza
Cx – współczynnik oporu powietrza
– gęstość powietrza
A – pole powierzchni czołowej
v – prędkość ciała

Korzystając ze wzoru (5.1) można zauważyć, że siła oporu jest proporcjonalna co do kwadratu prędkości. Zatem, na cięższe kulki lecące wolniej działa mniejsza siła oporu powietrza. Skutkuje to wolniejszym wytracaniem energii kinetycznej. Rozbieżności między różnymi masami będą tym większe, im dalszy dystans strzału, ze względu na dłuższy czas działania siły oporu.

6. BADANIA WPŁYWU RODZAJU MATERIAŁU POCISKU ASG NA PRZEBIJALNOŚĆ CIAŁ O RÓŻNEJ TWARDOŚCI

Na forach airsoft’owych toczyło się wiele dyskusji na temat kulek wykonanych ze szkła oraz tych ze stopów aluminium. Pojawiło się dużo obaw związanych z używaniem ich podczas spotkań. Są one droższe od swoich wagowych odpowiedników wykonanych z plastiku. Pomimo tego zdobyły niewielkie grono zwolenników ze względu na precyzje wykonania, co za tym idzie, większą precyzję strzału. Liczne obawy związane z używaniem kulek szklanych i aluminiowych skłoniły mnie do zbadania tego tematu.
Porównywałem szklane kulki o masie 0,28 g do plastikowych o tej samej wadze. Podobnie postąpiłem z kulkami aluminiowymi o masie 0,30 g przyrównując je do odpowiedników wykonanych z plastiku. Użyłem trzech materiałów o różnej twardości – żelu balistycznego, 1 milimetrowej blachy stalowej, płytki kafelkowej.
Zacząłem od żelu balistycznego, był on schłodzony do temperatury 4°C. Strzelałem dwiema replikami, o energii 2,81 J (550 fps) i 1,49 J (400 fps). Z każdej repliki oddałem po 4 strzały, z odległości ok. 3 cm - kulkami szklanymi, aluminiowymi oraz ich plastikowymi odpowiednikami. Następnie rozciąłem żele, zmierzyłem głębokość penetracji i obliczyłem średnią głębokość.

Zdj. 6.1 Pięć odlewów z żelu balistycznego użytych w badaniach

Zdj. 6.2 Żel balistyczny pocięty na słupki ułatwiające pomiary

Zdj. 6.3 Mierzenie przy użyciu linijki

Wyniki, które uzyskałem przedstawiam w poniższej tabeli.

Tab. 6.1 Głębokość penetracji żelu dla kulek szklanych, aluminiowych i plastikowych

Z danych zamieszczonych w tabeli 6.1 wynika, że materiał kulki nie miał wpływu na głębokość penetracji żelu balistycznego.
Kolejnym badanym materiałem była blacha stalowa. Oddałem po 2 strzały, dla każdego rodzaju kulki, z repliki M24 przy ustawieniu maksymalnej mocy (700 fps). Nie wykonywałem pomiarów głębokości ponieważ, musiałbym rozcinać blachę. Podczas tej operacji mogłaby się ona odkształcić i pomiar okazałby się niedokładny. W tym wypadku dokonałem porównania wzrokowego.

Zdj. 6.4 Blacha stalowa po strzałach kulkami szklanymi (z prawej) i plastikowymi (z lewej), widok od przodu

Zdj. 6.5 Blacha stalowa po strzałach kulkami szklanymi (z lewej) i plastikowymi (z prawej); widok od tyłu

Zdj. 6.6 Blacha stalowa po strzałach kulkami szklanymi (z lewej) i plastikowymi (z prawej); widok z boku

Zdj. 6.7 Płyta stalowa po strzałach kulkami aluminiowymi (u góry) i plastikowymi (na dole)
a) widok od przodu, b) widok od tyłu

Zdj. 6.8 Płyta stalowa po strzałach kulkami aluminiowymi (z prawej) i plastikowymi (z lewej); widok z boku

Zdj. 6.9. Kulki odkształcone podczas strzału w blachę stalową

Na zdjęciach 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8 można zaobserwować, że kulki plastikowe spowodowały bardziej rozległe, ale płytsze odkształcenia blachy niż pozostałe kulki. Kulki szklane spowodowały najgłębsze odkształcenia, pomimo tego, że rozpadały się na drobne kawałeczki. Wyraźnie odcisnęły one swój kształt na blasze. Musiało to nastąpić zanim pękły, świadczy to o ich dużej twardości oraz kruchości. Kulki plastikowe odkształciły się bardziej od aluminiowych. Miało to z pewnością wpływ na uzyskane wyniki.
Ostatnim badanym materiałem była płytka kafelkowa, pokryta twardą powłoką ceramiczną. W tym wypadku również chodziło mi tylko o porównanie wzrokowe uzyskanych wyników. Z repliki Free Float Sniper Rifle 24'' (550 fps) oddałem po dwa strzały, dla każdego rodzaju kulki, w płytkę z odległości około 15 cm.

Zdj. 6.10. Płytka kafelkowa po strzałach kulkami aluminiowymi i plastikowymi

Zdj. 6.11. Płytka kafelkowa po strzale kulką szklaną

Zdj. 6.12. Płytka kafelkowa po strzale kulką szklaną (u dołu ) i aluminiową (u góry)

Ze zdjęć 6.10, 6.11, 6.12 wynika, że również w tej próbie, kulki szklane wykazały się największą przebijalnością spośród reszty. Jednak w tym przypadku różnica w wielkości zniszczeń była dużo większa. Kulki szklane jako jedyne nie uległy odkształceniom po strzale. Kulki aluminiowe i plastikowe uległy większym odkształceniom niż przy zderzeniu z blachą.
Na sam koniec, będąc pod wrażeniem uszkodzeń spowodowanych przez uderzenie kulek szklanych oraz aluminiowych, przy użyciu repliki o największej mocy (700 fps) chciałem sprawdzić wytrzymałość okularów do ASG firmy UVEX. Oddałem cztery strzały z przyłożenia w unieruchomione okulary.

Zdj. 6.13. Sprawdzenie bezpieczeństwa czterema strzałami o energii ok. 5 J

Zdj. 6.14. Ślady na okularach po strzale
a) kulką aluminiową, b) kulką szklaną

Okazało się, że okulary bardzo dobrze spełniają swoją funkcję. Materiał, z którego są wykonane jest twardy, posiada przy tym dobre właściwości plastyczne. Niepokojąco może wyglądać Zdj. 6.14. a). Biała otoczka na zdjęciu nie jest pęknięciem, a jedynie zarysowaniem powierzchni przez odkształcającą się kulkę.

Po kilku testach można stwierdzić, że kulki aluminiowe oraz szklane wykazują większą zdolność do penetracji twardych materiałów, niż kulki plastikowe o tych samych masach. Kulki szklane okazały się najtwardsze z porównywanych. Widać wyraźną różnicę w przekazywaniu przez nie energii, robią to w sposób punktowy, podczas gdy kulki plastikowe, w wyniku odkształcenia, przekazują energię na większym obszarze. Mimo tego, wszystkie kulki jednakowo zagłębiły się w żelu balistycznym. Możliwym jest więc, że przy uderzeniu w miękką tkankę ludzką zachowałyby się tak samo. Nie stosowałbym jednak kulek szklanych podczas rozgrywek, gdyż mogłyby rozbić szkła lunety, kolimatora, latarki lub uszkodzić plastikowe elementy repliki. Ponadto przy uderzeniu w miejsce, gdzie pod skórą znajduje się kość może być bardziej bolesne, a nawet niebezpieczne. Np. czoło, palce, nadgarstki.

7. PODSUMOWANIE

Na początku mojej pracy chciałem przybliżyć tajniki ASG osobom nie posiadającym wiedzy w tym temacie. Następnie chciałem zwrócić uwagę na zagrożenia, które towarzyszą temu hobby. Później przeprowadziłem analizę badań nad właściwościami balistycznymi kulek o różnych masach i wykonanych z różnych materiałów. W mojej pracy przede wszystkim chciałem pokazać zależności umieszczone na wykresie 5.1 – jak zmienia się bezpieczny dystans strzału wraz ze zmianą masy i prędkości kulki. Zachowywanie bezpiecznej odległości podczas strzelania w oparciu o wykres pomoże zapobiegać wypadkom przedstawionym w trzecim rozdziale. Naturalnie, nie jest możliwe, aby w czasie rozgrywek dokładnie oszacować odległość przeciwnika. Jednakże, informacje zawarte w badaniach są pewnym punktem odniesienia i mogą okazać się pomocne.
Pomimo naszych starań o strzelanie z bezpiecznej odległości, nigdy nie wiadomo, czy osoba z przeciwnej drużyny w każdej sytuacji z rozsądkiem użyje swojej repliki. Dlatego, każdy gracz powinien zadbać o właściwą ochronę głowy. Jak wiadomo, najważniejsze są oczy, posiadanie właściwych okularów lub gogli jest wymogiem dopuszczenia uczestnika do gry. Jednak często zapomina się o ochronie twarzy, na której znajdują się wrażliwe miejsca tj. zęby, wargi, uszy, nos. Jest bardzo wiele modeli masek osłaniających twarz dostępnych na rynku. Każdy ma możliwość znalezienia odpowiedniego modelu dla siebie.

7.1 Wnioski
1.Waga kulki, a tym samym pęd, ma wpływ na zdolność penetracyjną. Przy jednakowych energiach kinetycznych podczas zderzenia, im kulka jest lżejsza tym posiada mniejszą zdolność penetracyjną.
2. Waga kulki ma wpływ na wielkość przenoszenia energii w funkcji drogi. Cięższe kulki wolniej wytracają prędkość. Na kulki lżejsze, które posiadają większą prędkość, działają większe siły oporu powietrza. Tym większa różnica w stracie energii, między kulkami o różnych wagach, im dalszy dystans strzału.
3. Kulki o tej samej masie i energii, lecz wykonane z różnych materiałów: plastik – szkło, plastik – aluminium, mają bardzo zbliżoną zdolność penetracji ciał o twardości dużo mniejszej od własnych, w tym, żelu balistycznego. W przypadku ciał o twardości większej od własnej, większą zdolność penetracyjną posiadają kulki twardsze, czyli szklane i aluminiowe.

8. WYKAZ LITERATURY

1. Torecki Stanisław: 1000 słów o broni i balistyce, 1982 Warszawa, Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej.
2. Poradnik - o kulkach słów kilka / WMASG.pl - Polski Portal Airsoftowy
3. Co to jest airsoft? / WMASG.pl - Polski Portal Airsoftowy
4. ATP - The Airsoft Trajectory Project / http://mackila.com/airsoft/ATP/index.htm

Autor:
Tomash21