HSX: betere bescherming, verhoogde Veiligheid

08/03/2017

Haarscherp volgen hoe een projectiel beschermende kleding of een helm binnendringt. Tot op heden vroeg dat om een lange reeks experimenten. De High-Speed X-ray (HSX) van TNO combineert de beelden van een highspeedcamera en een röntgenapparaat. Daardoor is nu één experiment voldoende en kunnen bedrijven hun materialen en producten beter en sneller verbeteren.

Om inslagen en explosies op te nemen beschikt TNO over geavanceerde highspeedcamera’s die tot een miljoen beelden per seconde kunnen maken. In de HSX worden die camera’s gecombineerd met een röntgenbron die tijdens de opname permanent openstaat. Röntgen neemt geen licht of rook waar tijdens de explosie, zodat de gecombineerde beelden veel meer en nauwkeuriger informatie bevatten dan ooit tevoren. Die informatie is uiterst waardevol om materialen, of nieuwe combinaties daarvan, te ontwikkelen voor een betere bescherming.

Direct in het materiaal kijken

“De HSX is uniek in de wereld”, weet Boy Kodde van TNO. “Deze techniek geeft al in één test goed inzicht hoe een projectiel of scherf zich gedraagt. Je kijkt ín het pantsermateriaal en ziet hoe het projectiel daar doorheen gaat. Hoe het bijvoorbeeld kantelt of opbreekt. Maar je volgt niet alleen het projectiel, je ziet ook wat er gebeurt met het materiaal zelf. Wat is de eerste reactie die optreedt? Scheurt het weefsel bijvoorbeeld? Rekt het eerst uit? Zo ja, hoe ver rekt het uit?”

Honderd opeenvolgende beelden

Door de combinatie van röntgen en highspeed kan de HSX in één keer honderd beelden achter elkaar maken. Kodde: “Met de huidige technieken moet je een hele reeks opnamen plannen en meerdere schoten afvuren. Dat is heel ingewikkeld, je dient elke keer precies vast te stellen wanneer je de flits van de röntgen laat komen. Nu zetten we de röntgen permanent open. In combinatie met de highspeed zie je in honderd opeenvolgende beelden het projectiel door het materiaal heengaan.”

 

Veel nauwkeuriger testen

“Je rijgt als het ware meerdere experimenten aan elkaar”, legt TNO-expert Hans Broos uit. “Met één schot konden we al meer beelden maken, maar dat waren er maximaal twee of drie. Vervolgens moesten we weer een nieuw experiment doen, met een andere timing voor de flits. Voordat je honderd opnamen hebt, ben je dus een heel stuk verder. Je houdt het nu bij één experiment. Dat maakt het een stuk eenvoudiger en bovendien veel nauwkeuriger.”

Ballistische helm ontwerpen

Broos: “Dit is buitengewoon interessant voor bedrijven die mogelijkheden zoeken om de ballistische bescherming van een materiaal te verhogen of een projectiel te verbeteren. Stel dat je een nieuwe helm wilt ontwerpen, welke materialen kun je dan het beste gebruiken? En wat is de beste vorm? De beelden van de HSX laten zien hoe het projectiel zich gedraagt als het in die helm dringt. Het vervormt, maar misschien gaat het ook wel kantelen of valt het uit elkaar. Als je weet hoe het proces in het materiaal van die helm plaatsvindt, kun je gaan nadenken over wat je zou kunnen verbeteren.”

Simulatie optimaliseren

“Ballistisch beschermend materiaal in de vorm van aramide of polyetheen kunststofvezels wordt op een bepaalde manier geweven”, vervolgt Kodde. “Je kunt nagaan of de weving of de dikte van de strengen optimaal is. Of neem een combinatie van keramiek en staal. Hoe gaan fragmenten daardoorheen en wat gebeurt vervolgens in het staal?” Broos vult aan: “Elk projectiel is toch net iets anders, als het erom gaat op welke manier en hoe snel vervorming plaatsvindt. Dat is belangrijk om te weten, want het bepaalt of het projectiel uiteindelijk wordt gestopt. Met een HSX-opname kunnen we dat nu zien.”

Ook een verificatiemiddel

De informatie is om nog een andere reden van belang. Broos: “Bij ballistisch onderzoek wordt vaak gebruikgemaakt van software die de projectielinslag op een doelmateriaal kan simuleren. De HSX stelt ons in staat om een vergelijking te maken tussen wat in de praktijk gebeurt en hoe de simulatie uiteindelijk draait. Daarmee kunnen we de simulatie zodanig optimaliseren, dat die haast realistisch is. Zo kun je vooraf al veel ontwikkelwerk doen en hoef je het concept pas dynamisch te testen als het nagenoeg af is. De HSX is dus ook een verificatiemiddel.”

Bedrijven gezocht

Met het prototype van de HSX gaat voor Broos een langgekoesterde wens in vervulling. “De stand van de techniek – denk aan digitalisering en de beschikbaarheid van zeer lichtgevoelige camera’s – laat toe dat we dit soort instrumenten kunnen bouwen. Dit prototype helpt ons om lopende onderzoeksprojecten nog beter uit te voeren. Daarnaast zoeken we producenten van ballistische materialen, persoonlijke beschermingsmiddelen en munitie, die geïnteresseerd zijn om samen met ons nieuwe projecten te starten. Hoe gedraagt een kunststofvezel of een projectiel zich? Hoe kunnen we dat gedrag verbeteren en dus de bescherming verhogen? Bedrijven die meer willen weten over de mogelijkheden van de HSX, nodigen we heel graag uit om contact op te nemen.”

Wilt u meer weten over HSX? Bekijk dan deze animatie of kijk op www.tno.nl/ballistics. Of neem contact op met Boy Kodde.