CH656607A5

CH656607A5 - DRIVE LOAD MEASUREMENT FOR TUBE ARMS AND PYROTECHNICAL EMISSION DEVICES.

Info

Publication number: CH656607A5
Application number: CH609883A
Authority: CH
Inventors: Ulrich Dr Schleicher; Werner Kegler; Wolfgang Schwarz
Original assignee: Diehl Gmbh & Co
Priority date: 1982-11-13
Filing date: 1983-11-11
Publication date: 1986-07-15
Also published as: FR2536065A1; SE8306147L; IL70179A; DE3242106C1; SE8306147D0; FR2536065B1; SE460538B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine geschäumte Treibladungsmasse für Rohrwaffen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a foamed propellant charge for tubular weapons according to the preamble of claim 1.

Aus der DE-PS 2 809 279 sind Treibladungsmassen bekannt, die vorwiegend aus 10 bis 25% Kunststoffschaum und 90 bis 75% Sekundärsprengstoff, wie Hexogen bzw. Ok-togen, bestehen. Die Dichte der Treibladungsmasse beträgt 0,4 bis 1,0 g/cm3. Die Sekundärsprengstoffe weisen eine einheitliche Kornfraktion auf, deren Korngrösse zwischen 0,5 und 2,0 mm liegen. Die Korngrösse richtet sich nach dem Kaliber der Rohrwaffe in der Weise, dass mit steigendem Kaliber grössere Körner verwendet werden. Die Ursache für die Abhängigkeit der Korngrösse von dem Kaliber ergibt sich aus der Notwendigkeit, die Oberfläche der brennenden aktiven Substanz innerhalb einer definierbaren Grösse zu halten, die für die Beschleunigung des Geschosses im Rohr notwendig ist. From DE-PS 2 809 279 propellant masses are known which mainly consist of 10 to 25% plastic foam and 90 to 75% secondary explosives, such as hexogen or Ok-togen. The density of the propellant mass is 0.4 to 1.0 g / cm3. The secondary explosives have a uniform grain fraction, the grain size of which is between 0.5 and 2.0 mm. The grain size depends on the caliber of the barrel weapon in such a way that larger grains are used with increasing caliber. The reason for the dependence of the grain size on the caliber results from the need to keep the surface of the burning active substance within a definable size, which is necessary for the acceleration of the projectile in the tube.

Ferner soll verhindert werden, dass der eingeleitete Ab-brand nicht in eine Deflagration oder Detonation umschlägt. Mit den beschriebenen Treibladungsmassen sind gute Schiessergebnisse erzielt worden. Der grosse Anteil an Sekundärsprengstoffen ist jedoch kostenintensiv. Auch ist die Herstellung grosser Körner schwierig. Nachteilig ist weiterhin die relativ geringe, mechanische Festigkeit derartiger Körner gegen Schockbeanspruchung, insbesondere wenn die It is also intended to prevent the initiated burn-off from turning into a deflagration or detonation. Good firing results have been achieved with the propellant charges described. However, the large proportion of secondary explosives is costly. The production of large grains is also difficult. Another disadvantage is the relatively low mechanical strength of such grains against shock, especially if the

Körner nicht aus Einkristallen, sondern aus zusammengewachsenen Kristallen bestehen. Grains do not consist of single crystals, but of grown crystals.

Durch die genannten Nachteile ist die Verwendung der beschriebenen Treibladungsmassen auf kleine bis mittlere s Kaliber beschränkt. Due to the disadvantages mentioned, the use of the propellant charges described is limited to small to medium s calibers.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kostengünstige, leistungsfähige und abbrandstabile Treibladungsmasse für sämtliche Kaliber und Ausstossvorrichtungen zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kenn-lo zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben. The object of the invention is to provide an inexpensive, powerful and burnable propellant charge for all calibres and ejection devices. The solution to this problem is given by the characteristic features of claim 1.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Further advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.

Die quantitative Zusammensetzung wird weitgehend von der Oberfläche der Substanz bestimmt, die die beste Reaktionsfähigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit aufweist. In der Praxis bedeutet dies, dass nunmehr Nitramin-Kornfrak-tionen verwendet werden können, die in der Explosivstofftechnik üblich (Kornfraktionen von 0,1 bis 1,0 mm) und leicht herzustellen sind. Die geringere Bruchempfindlichkeit bei Schockeinwirkung ist ein weiterer Vorteil. The quantitative composition is largely determined by the surface of the substance that has the best reactivity and reaction rate. In practice, this means that nitramine grain fractions can now be used, which are common in explosive technology (grain fractions from 0.1 to 1.0 mm) and are easy to produce. The lower sensitivity to breakage when subjected to shock is another advantage.

Die Verwendung von Ammoniumnitrat in feingemahlener Form mit einer Körnung von 5 bis 50 (im ist sowohl von der Herstellung von Rohrwaffentreibmitteln auf der Basis 25 von Nitrocellulose bzw. Nitrocellulose-Nitroglyzerin, als auch von der Herstellung von Raketentreibmitteln auf Kunststoffbasis (Composite) her bekannt. Erfindungsge-mäss wird jedoch handelsübliches geprilltes Ammoniumnitrat der Korngrösse von 0,8 bis 2 mm verwendet und ferner 30 wird dieses in eine poröse Kunststoffmasse der Dichte 0,5 bis 1,2 g/cm3 eingebettet. Bei den oben erwähnten üblichen Treibmitteln muss dagegen eine kompakte Matrix ohne Porosität mit Dichten von 1,4 bis 1,6 g/cm3 vorliegen, da sonst eine unkontrollierbare schnelle Verbrennung eintreten wür-35 de. Durch die erfindungsgemässe ausschliessliche Verwendung der grossen Prills ist es möglich, ohne Energieverlust den Nitramingehalt sehr niedrig zu halten und eine Ab-brandgeschwindigkeit zu erzielen, die für Rohrwaffen bei Drücken zwischen 2.500 und 5.000 bar üblich und notwen-40 dig ist. Neben Prills aus reinem Ammoniumnitrat können auch solche verwendet werden, die u.a. Kaliumnitrat als Zusatz zur Veränderung der Umwandlungspunkte enthalten. Es würde sich dadurch die Beimischung an weiteren Mündungsfeuerdämpfer-Bestandteilen erübrigen. The use of ammonium nitrate in finely ground form with a grain size of 5 to 50 (im is known both from the manufacture of tubular weapon propellants based on nitrocellulose or nitrocellulose nitroglycerin, and from the manufacture of rocket propellants based on plastics (composite). According to the invention, however, commercial prilled ammonium nitrate with a grain size of 0.8 to 2 mm is used and furthermore this is embedded in a porous plastic mass with a density of 0.5 to 1.2 g / cm 3 compact matrix without porosity with densities of 1.4 to 1.6 g / cm3, since otherwise an uncontrollable rapid combustion would occur.Thanks to the exclusive use of the large prills according to the invention, it is possible to reduce the nitramine content very low without loss of energy hold and achieve a burn rate that is great for barrel weapons at pressures between 2,500 and 5,000 bar is usual and necessary-40 dig. In addition to prills made from pure ammonium nitrate, you can also use prills that include Potassium nitrate included as an additive to change the conversion points. This would make it unnecessary to add other parts of the muzzle flash damper.

45 Durch die dünn beschichtete Nitramine wird die mechanische Festigkeit der aktiven Substanz wesentlich erhöht und die homogene Verteilung durch die glatten Oberflächen derselben in der Treibladungsmasse erreicht. 45 The thinly coated Nitramine significantly increases the mechanical strength of the active substance and the homogeneous distribution through the smooth surfaces of the active substance is achieved.

so Die Dicke der Schicht ist so bemessen, dass sie so wenig wie möglich phlegmatisierend wirkt. Durch die Schicht werden Unregelmässigkeiten des Einzelkristalls, wie Spitzen, Furchen, Riefen, Breite von Kanten oder Bruchflächen abgedeckt. Es verbleiben daher nicht mehr unterschiedliche 55 Oberflächen trotz gleicher Korngrösse. Das wirkt sich stabilisierend auf die Abbrandeigenschaft aus. Ein Mindestabstand zwischen den einzelnen nicht beschichteten Sprengstoffkörnern wird bei Gleichverteilung durch Ammoniumnitrat-Prills erreicht. Im Falle einer Nestbildung wirkt die genannte 60 Schicht der höheren Reaktionsgeschwindigkeit entgegen, ein steiler und höherer Druckanstieg wird dadurch sicher vermieden. The thickness of the layer is dimensioned so that it has a desensitizing effect as little as possible. The layer covers irregularities of the single crystal, such as peaks, furrows, grooves, the width of edges or fracture areas. There are therefore no longer 55 different surfaces despite the same grain size. This has a stabilizing effect on the burning properties. A minimum distance between the individual uncoated explosive grains is achieved with ammonium nitrate prills with even distribution. In the event of nest formation, the above-mentioned 60 layer counteracts the higher reaction speed, a steep and higher pressure rise is thereby reliably avoided.

Die Schicht verhindert auch die Bildung von Sprengstoffstaub, so dass unterschiedlich grosse Reaktionsoberflächen «5 nicht auftreten. Weiter wird durch erhöhte Festigkeit der Einzelkristalle ein Bruch durch Schockbeanspruchung sicher vermieden. Beim Abbrand der Treibladungsmasse hat der sich aufbauende Gasdruck keinen Einfluss auf die Konfigu- The layer also prevents the formation of explosive dust, so that reaction surfaces of different sizes «5 do not occur. Furthermore, the increased strength of the individual crystals reliably prevents breakage due to shock loads. When the propellant mass burns up, the gas pressure that builds up has no influence on the configuration.

3 3rd

656 607 656 607

ration der Einzelkristalle. Es entstehen daher keine unkontrollierten neuen Oberflächen, die sonst zu Druckspitzen führen. ration of the single crystals. There are therefore no uncontrolled new surfaces that would otherwise lead to pressure peaks.

Die erflndungsgemässe Treibladungsmasse ist sehr preisgünstig, durch Herstellung aller Ausgangskomponenten im Inland ohne weiteres verfügbar, aufgrund genau definierter Ausgangsprodukte in der Patrone im Niedrigtemperaturbereich direkt misch- und schäumbar und bezüglich ihrer Leistungsdaten, wie Energieinhalt pro Volumen exakt reproduzierbar. Sie können auch als hülsenlose Treibladungsmassen eingesetzt werden. The propellant charge composition according to the invention is very inexpensive, readily available by producing all starting components domestically, can be mixed and foamed directly in the low-temperature range due to precisely defined starting products in the cartridge, and can be exactly reproduced in terms of its performance data, such as energy content per volume. They can also be used as caseless propellant masses.

Für die Optimierung der Treibladungsmasse zu einer gewünschten Abbrandgeschwindigkeit bzw. Lebhaftigkeit stehen folgende Parameter im Rahmen der oben angegebenen Zusammensetzung zur Verfügung: The following parameters are available for optimizing the propellant charge mass to a desired burn rate or liveliness within the framework of the composition specified above:

Chemische Einflussgrössen Chemical influencing factors

Prozentgehalt am reaktionsfähigsten Bestandteil Nitra-min Percentage of the most reactive ingredient Nitra-min

Prozentgehalt des Oxidationsmittels Ammoniumnitrat Zugabe von anderen gasbildenden Stoffen wie Nitrogua-nidin. Percentage of the oxidizing agent ammonium nitrate. Addition of other gas-forming substances such as nitroguanidine.

Physikalische Einflussgrössen Korngrösse des Nitramin Dichte der Treibladungsmasse (Porosität) Physical influencing factors Grain size of the nitramine Density of the propellant charge mass (porosity)

Ladedichte im Verbrennungsraum Festigkeit der eingesetzten Körnung (Kornform) Oberflächenbeschichtungen. Loading density in the combustion chamber Strength of the grain used (grain shape) surface coatings.

Folgende Effekte beeinflussen dabei die Abbrandgeschwindigkeit: The following effects influence the burning rate:

Verhältnis der Oberfläche zum Volumen des Nitramins und des Oxidationsmittels Ammoniumnitrat Anteil an PUR-Schaum (phlegmatisierend). Das Wechselspiel von Phlegmatisation und kritischem Durchmesser vom eingesetzten Sprengstoff (Nestbildung) kann so eingestellt werden, dass es zu keiner Überreaktion, wie Druckspitze kommt. Ratio of the surface to the volume of the nitramine and the oxidizing agent, ammonium nitrate, part of PUR foam (desensitizing). The interplay of phlegmatization and critical diameter of the explosives used (nest formation) can be adjusted so that there is no overreaction, such as pressure spikes.

Die erflndungsgemässe Masse weist gegenüber dem Stand der Technik durch ihren geringeren Anteil von Sekundärsprengstoff verbesserte sicherheitstechnische Kenndaten auf. Compared to the prior art, the mass according to the invention has improved safety characteristics due to its lower proportion of secondary explosives.

Die Leistung konventioneller Treibmassen wird erreicht. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung in eindimensionaler Form dargestellt. Es zeigt The performance of conventional propellants is achieved. Embodiments of the invention are shown in the drawing in one-dimensional form. It shows

Fig. 1 Bestandteile einer Masse mit gleichmässiger Verteilung Fig. 1 components of a mass with uniform distribution

Fig. 2 die Bestandteile nach Fig. 1 mit ungleicher Verteilung Fig. 2 shows the components of Fig. 1 with an uneven distribution

5 Fig. 3 Bestandteile nach Fig. 2 in einer anderen Ausbildung 5 Fig. 3 components of FIG. 2 in a different design

Nach Fig. 1 ist eine Gleichverteilung dargestellt. Es liegen in einem Polyurethanschaum 1 Prills 2 aus Ammoniumnitrat und mit einem Zwischenraum 3 Körner 4 aus Nitra-lo min, wie Oktogen. Aufgrund der abwechselnden Anordnung der genannten Bestandteile liegt eine gleichmässige Verteilung vor, d.h., es bestehen ideale Verhältnisse für den Ab-brand (Richtung 5) der genannten Bestandteile. Der Schaum 1 in den Zwischenräumen 3 wirkt in Bezug auf die Körner 4 15 phlegmatisierend. A uniform distribution is shown in FIG. 1. There are 1 prills 2 made of ammonium nitrate in a polyurethane foam and with a space 3 grains 4 made of nitrate, such as octogen. Due to the alternating arrangement of the components mentioned, there is an even distribution, i.e. there are ideal conditions for the fire (direction 5) of the components mentioned. The foam 1 in the spaces 3 has a desensitizing effect with respect to the grains 4.

Nach Fig. 2 liegt — im Gegensatz zur Fig. 1 — eine un-gleichmässige Verteilung von Prills 2 und Körnern 4 im Schaum 1 vor. Beim Abbrand in Richtung 5 im Abschnitt 6 reagieren die Körner 4 aus Nitramin rascher als die Prills 2 20 im Abschnitt 7. Massgebend ist dabei die grössere Reaktionsgeschwindigkeit der Körner 4 gegenüber den Prills 2. Die zwischen den Körnern 4 liegenden Zwischenräume 3 aus Schaum 1 phlegmatisieren die Reaktion der Körner 4 im Abschnitt 6. 2 - in contrast to FIG. 1 - there is an uneven distribution of prills 2 and grains 4 in foam 1. When burning in direction 5 in section 6, the granules 4 made of nitramine react faster than the prills 2 20 in section 7. The decisive factor here is the greater reaction speed of the granules 4 with respect to the prills 2. The spaces 3 between the granules 4 made of foam 1 are desensitized the reaction of the grains 4 in section 6.

25 Im Abschnitt 8 liegt eine Nestbildung 9 aus Körnern 4 vor. Die Körner 4 berühren sich. Ein Zwischenraum liegt nicht vor. Dadurch erfolgt im Abschnitt 8 gegenüber dem Abschnitt 6 eine schnellere Reaktion. Die eventuell erzeugte Druckspitze wird durch den umgebenden Schaum 1 aufge-30 fangen. Versuche haben gezeigt, dass durch geeignete Mischverfahren der kritische Durchmesser des Nitramins nicht — auch nicht annähernd — erreicht wurde. Das Wechselspiel von Phlegmatisation und kritischem Durchmesser (Nestbildung) kann so eingestellt werden, dass es zu keiner Überre-35 aktion kommt. 25 In section 8 there is a nest 9 from grains 4. The grains 4 touch. There is no space in between. This results in a faster reaction in section 8 compared to section 6. The pressure peak that may be generated is absorbed by the surrounding foam 1. Experiments have shown that the critical diameter of the nitramine was not - not even approximately - achieved by suitable mixing processes. The interplay between phlegmatization and critical diameter (nest formation) can be adjusted so that there is no overreaction.

Nach Fig. 3 sind die Körner 4 allseitig mit einer blasenfreien, festen und dichten Schicht 10 aus Äthylzellulose versehen. Die phlegmatisierend wirkenden Schichten 10 gewährleisten einen Mindestabstand 11 zwischen den Körnern 40 4 einer Nestbildung 9. In der Nestbildung 9 verhindern die Schichten 10 in ihrer Summe eine Druckspitze während der Reaktion. Es wird also eine übliche Reaktionsgeschwindigkeit sichergestellt. 3, the grains 4 are provided on all sides with a bubble-free, solid and dense layer 10 made of ethyl cellulose. The layers 10, which have a desensitizing effect, ensure a minimum distance 11 between the grains 40 4 of a nest formation 9. In the nest formation 9, the layers 10 together prevent a pressure peak during the reaction. A normal reaction rate is thus ensured.

Gegenstand object

DE-PS 2 809 279 DE-PS 2 809 279

Erfindungsgem. According to the invention.

T reibladungsmassen dito 12 Frictional charge ditto 12

dito dito dito 13 ditto ditto 13

dito dito

Dichte density

Nitramin Nitramine

Ammonium ammonium

Polyurethan Polyurethane

Korngrösse Grain size

Reaktions Reaction

Oberfl. Surface

g/cm3 g / cm3

Gew.-% % By weight

nitrat nitrate

PUR PURE

des Nitramin energie of the nitramine energy

Nitramin/ Nitramine /

nh4no3 nh4no3

Gew.-% % By weight

mm mm

KJ/g KJ / g

Gramm Grams

Gew.-% % By weight

Masse Dimensions

0,8 0.8

80 80

-- -

20 20th

~ 1,2 ~ 1.2

3300 3300

16,84 16.84

0,8 0.8

35 35

45 45

20 20th

-0,8 -0.8

3460 3460

11,05 11.05

0,8 0.8

25 25th

57 57

18 18th

~ 1,0 ~ 1.0

3600 3600

6,31 6.31

0,8 0.8

20 20th

63 63

17 17th

-0,6 -0.6

3830 3830

8,42 8.42

0,8 0.8

15 15

69 69

16 16

-0,5 -0.5

4030 4030

6,32 6.32

0,8 0.8

10 10th

67 67

20 20th

-0,4 -0.4

3650 3650

6,32 6.32

0,8 0.8

10 10th

67 67

20 20th

-0,3 -0.3

3650 3650

7,21 7.21

In Pfeilrichtung 12 zeigen die Massen ein lebhafter werdendes Verhalten. In the direction of arrow 12, the masses show a more lively behavior.

In Pfeilrichtung 13 werden die Massen träger. In the direction of arrow 13, the masses become sluggish.

Die zu den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Massen können The masses described for Figures 1 to 3 can

60 durch entsprechende Wahl von Parametern für Treibladungen für Rohrwaffen und für pyrotechnische Ausstossvorrichtungen eingestellt werden. 60 can be set by appropriate selection of parameters for propellant charges for pipe weapons and for pyrotechnic ejection devices.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Propellant charge for small to large caliber barrel weapons and pyrotechnic ejection devices containing plastic foam with a density of 0.5 to 1.2 g / cm3 and one or more secondary explosives, characterized in that the proportion of plastic foam 15 to 25 percent by weight, the The proportion of secondary explosives in the form of nitramine grains is 5 to 35 percent by weight and a proportion of ammonium nitrate prill is 40 to 80 percent by weight and with a grain size of 0.8 to 2 mm.

2. propellant charge according to claim 1, characterized in that the surface of the nitramine portion 6 to

12 cm2 / g propellant mass.

2nd

PATENT CLAIMS

3. propellant charge according to claim 1, characterized in that the secondary explosive is provided with a solid, dense and bubble-free layer (10) made of plastic or inert material with a proportion of 0.3 to 1 percent by weight based on the secondary explosive.

4. propellant charge according to claim 1, characterized in that the nitramine portion consists of one or more defined grain fractions.

5. propellant charge according to claim 1, characterized in that for a relatively lively propellant charge with a density of 0.8 g / cm3, a nitramine portion of 35 weight percent with a grain size of about 0.8 mm, an ammonium nitrate portion of 45 weight percent and a foam content of 20 percent by weight is present.

6. propellant charge according to claim 1, characterized in that for a relatively inert propellant charge with a density of 0.8 g / cm3, a nitramine content of 10 weight percent with a grain size of about 0.4 mm, an ammonium nitrate content of 67 weight percent and a foam content of 20 percent by weight is present.

7. propellant charge according to claim 3, characterized in that the layer (10) with respect to the plastic of PUR or ethyl cellulose or lacquer or polyester or with respect to the inert substance of graphite or wax.