DE10201191A1

DE10201191A1 - Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung

Info

Publication number: DE10201191A1
Application number: DE2002101191
Authority: DE
Inventors: Werner Arnold; Rainer Hassfurter; Henning Deutsch
Original assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Current assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Priority date: 2002-01-14
Filing date: 2002-01-14
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: DE10201191B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Entschärfung von Munition verschiedenster Bauart und Größe mit Hilfe einer standardisierten Hohlladung kleinen Kalibers und einer der Hohlladung vorgeschalteten weiteren Ladung größeren Kalibers, wobei die Anpassung der auf die Munition einwirkenden Leistung über die Variation der Initiierung der weiteren Ladung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung mittels einer Hohlladung, die eine Halterung aufweist, wobei im Bereich der Hauptachse der Hohlladung wenigstens ein leistungsminderndes Bauteil in einem Abstand zur Trichterbasis der Hohlladung angeordnet ist, der wenigstens gleich der Trichterhöhe der Hohlladung ist.
In der DE 36 23 240 C1 ist eine Einrichtung zur Räumung von Munition beschrieben worden, die auch unter der Bezeichnung EOD (Explosive Ordnance Disposal) bekannt ist. Es handelt sich hierbei um eine Hohlladung, die auf die zu räumende Munition abgestimmt ist, so dass diese entweder in "low order"- oder im "high order"-Verfahren unschädlich gemacht wird. Die Bezeichnungen low order oder high order stehen hierbei stellvertretend für die Intensität der Reaktion, die in der Sprengladung der Munition ausgelöst wird.
Um eine derartige EOD-Hohlladung offiziell einzuführen, muss diese entwickelt, qualifiziert und erprobt werden. Da dieser Ablauf mit nicht unerheblichen Kosten verbunden ist, wird in der Regel angestrebt, die Gesamtzahl der zur Räumung von Munition geeigneten Hohlladungen dahingehend einzuschränken, dass ein Typ mit kleinem Kaliber für die Anwendung im "low order"-Verfahren geeignet ist während ein weiterer Typ mit entsprechend großem Kaliber für das "high order"-Verfahren, d. h. für die detonative Räumung der Munition, eingesetzt wird. Der Größenunterschied zwischen den beiden Kalibern ist beträchtlich und lässt für eine flexible Anpassung wenig Spielraum. Flexible Anpassung wird jedoch zukünftig ein gewichtiges Argument sein, wenn man die zunehmende Veränderung auf dem Gebiet der Sprengladungen berücksichtigt. Moderne kunststoffgebundene Sprengladungen sind weitaus unempfindlicher als solche, die man heute in der Mehrzahl bestehender und noch zu beseitigender Kampfmittel vorfindet.
Weitere Argumente für eine flexible Anpassung sind die Aspekte der Sicherheit und der Umweltbelastung.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, unter Verwendung einer bereits eingeführten EOD-Hohlladung eine Einrichtung zur Räumung verschiedenartiger Munition zu schaffen, die unter Verwendung einer kleinen Anzahl verschiedener Ladungen größeren Kalibers eine umfassende flexible Anpassung an verschiedene Typen und Größen zu räumender Munition erlaubt.
Diese Aufgabe wird in einfacher Weise dadurch gelöst, dass der Hohlladung und dem in Richtung des sich ausbildenden Stachels angeordneten leistungsmindernden Bauteil eine Ladung mit der Hilfe einer Halterung vorgeschaltet wird. Bei der Ladung handelt es sich wahlweise um eine projektilbildende oder eine splitterbildende oder auch um eine multiprojektilbildende Ladung. Hierbei beträgt der Abstand zwischen dem Bauteil und der Rückseite der Ladung weniger als die doppelte Dicke des Bauteils selbst.
Je nach Anwendungsfall werden verschiedenartige Bauteile eingesetzt. Die Minderung der Intensität des Hohlladungsstachels wird mit einem beabstandet zur Ladung angeordneten Bauteil aus einem duktilen Material erreicht. Liegt das aus duktilem Material gefertigte Bauteil direkt auf der Rückseite der Ladung auf, so wird beim Aufprall des Hohlladungsstachels eine Ausbeulung bewirkt, die ihrerseits zu einer lokalen Komprimierung des Sprengstoffes der Ladung führt.
In anderen Anwendungsfällen kann die Verwendung eines Bauteils aus sprödem Material erfolgversprechend sein. Die beim Stachelaufprall erzeugten Splitter dieses Materials führen zu einer flächigen Initiierung der Ladung.
Als vorteilhaft erweist sich die Kombination aus duktilem Material mit einer Schicht aus sprödem Material. Damit lassen sich Intensitätsreduzierung des Hohlladungsstachels und flächige Initiierung der Ladung gleichzeitig erzielen.
Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung der Leistungsabgabe der Ladung ergibt sich aus einer teilweisen oder gänzlichen Verdämmung der Ladung. Die Verdämmung besteht vorteilhafterweise aus einem Material höherer Dichte wie beispielsweise Metall oder einer Legierung.
Zur Erhöhung der Flexibilität in der Anwendung und zur Anwendung in der Praxis trägt die Kombination eines für alle Anwendungsfälle immer gleichartigen Halters, an dem die Hohlladung angeordnet ist, in Verbindung mit einem je nach Anwendungsfall und je nach eingesetzter Ladung angepassten Adapter bei. Die zur Leistungsbeeinflussung eingesetzten Bauteile können sowohl im Halter wie auch im Adapter befestigt sein.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des Erfindungsgegenstandes in einem baukastenartigen System, mit dessen Hilfe der Anwender vor Ort die jeweils geeignete Kombination aus Hohlladung, Halter, Adapter, leistungsbeeinflussendem Bauteil und entsprechender Ladung zusammenstellen kann, um eine vorliegende Munition auf möglichst sichere Weise unschädlich zu machen.
Zusammengefasst ist es mit der erfindungsgemäßen Einrichtung auf einfachste Weise möglich, mit einem nur geringen Vorrat an Wirkladungen, Bauteilen und Adaptern ein hohes Maß an Flexibilität und Anpassungsfähigkeit für verschiedenste Anwendungsfälle zu erzielen.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch vereinfacht dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Initiierung einer Ladung,
Fig. 2 Beispiele für einsetzbare Ladungen,
Fig. 3 den Einfluss verschiedenartiger einsetzbarer Bauteile auf die Initiierung der Ladung,
Fig. 4 den Einfluss verschiedener Arten von Verdämmungen auf die Initiierschwelle einer Ladung.
In der Fig. 1 ist vereinfacht eine Einrichtung zur Initiierung einer Ladung 3 dargestellt. Die Basis ist eine Hohlladung 1, die als Standardladung mit dem Kaliber 21 als EOD (Explosive Ordnance Disposal) eingeführt ist und zur Entschärfung von Munition nach dem "low order"-Prinzip verwendet wird. Unter dem "low order"-Prinzip wird verstanden, dass eine Hohlladung zwar die Hülle einer Munition durchschlägt, nach dem Durchschlag der Hülle aber nicht mehr zur Initiierung der Detonation der Sprengladung der Munition in der Lage ist oder höchstens eine örtlich begrenzte Reaktion oder eine Deflagration hervorruft. Im Gegensatz dazu wird bei der Anwendung des "high order"-Prinzips die Detonation der zu räumenden Munition angestrebt.
Die Hohlladung ist in einer Halterung 4 befestigt, an der auch die Zündeinrichtung - auf die hier nicht näher eingegangen wird - angeordnet ist. Auf die Halterung 4 aufgesteckt oder an ihr befestigt ist ein Adapter 5, der die Halterung 4 in Richtung des von der Hohlladung 1 erzeugbaren Stachels verlängert. Der Adapter 5 dient weiterhin dazu, jeweils eine der möglichen Ladungen 3 aufzunehmen. Halter 4 und Adapter 5 werden vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt, um bei bestimmten Zündern an der zu räumenden Munition die Gefahr einer unerwünschten Detonation aufgrund der Detektion eines metallischen Gegenstandes auszuschließen. Grundsätzlich ist es denkbar, dass jede der Ladungen 3 aufgrund der Gestaltung des eigenen Gehäuses einen Adapter 5 aufweist, der ein Aufstecken auf die Halterung 4 ermöglicht. Im anderen Fall liegt ein Sortiment verschiedener, den jeweiligen Ladungen angepasster Adapter 5 vor, aus dem der Anwender den jeweils geeigneten heraussuchen kann. Die Adapter können auch unterschiedliche Längen aufweisen, die Gestaltung ist vom jeweiligen Einsatzzweck abhängig.
Im Bereich zwischen dem Trichter der Hohlladung 1 und der Rückseite der Ladung 3 befindet sich ein Bauteil 2, das vom Stachel der Hohlladung zu durchdringen ist. Der Abstand des Bauteils zum Trichter 7 der Hohlladung 1 beträgt wenigstens das Maß der Höhe des Trichters 7, damit die Ausbildung des Stachels nicht gestört wird. Das Material und die Dicke B des Bauteils sind so gewählt, dass der Stachel in günstiger Weise modelliert wird, um die gewünschte Initiierung der Ladung zu bewirken. Hierbei wird die Ladung 3 nur in dem Fall von einem Hohlladungsstachel initiiert, wenn der Initiierstimulus v²d des Stachels (v = Geschwindigkeit, d = Durchmesser) die jeweilige kritische Schwelle (v²d)_K der eingesetzten Ladung 3 überschreitet. Die sichere Initiierung der Ladung 3 kann somit durch die Abstimmung der Empfindlichkeit der Ladung einerseits und der Auslegung des Bauteils 2 andererseits in der gewünschten Weise erreicht werden.
Die Fig. 2 zeigt anhand von Beispielen vorteilhafte Ausgestaltungen der Ladung 3. Gemäß Fig. 2a sind Hohlladungen mit entsprechend angepassten Einlagen und/oder Öffnungswinkeln möglich. Hiermit wird die Stachelgeschwindigkeit und auch den Durchmesser beeinflusst und als Folge davon auch der Initiierstimulus v²d, der auf die zu räumende Munition einwirkt. Neben den Hohlladungen sind entsprechend Fig. 2b auch andere Arten von projektilbildenden Ladungen denkbar. Hierfür ist als Beispiel eine sogenannte EFP-Ladung (Explosively Formed Projectile) angegeben, deren Ausgestaltung in weiten Grenzen angepasst werden kann. Die Fig. 2c und 2d zeigen Beispiele für Mehrfachprojektil-Ladungen, die wiederum als Mehrfach-Hohlladungen, als Mehrfach- EFP-Ladungen oder als Mehrfach-Hemisphärische-Ladungen ausgeführt sein können. Schließlich zeigt die Fig. 2e noch die Variante eine Splitterladung, deren Splitterparameter ebenfalls den Erfordernissen angepasst werden können.
Ziel ist es jeweils, mit Hilfe der Initiierung der Ladung 3 und der sich dabei ausbildenden Detonationsfront in der Ladung die Form und die Leistung der sich bildenden Projektile oder Splitter zu beeinflussen. Damit wird letztlich die Leistung bestimmt, die auf die zu entschärfende Munition einwirkt. Die Form der Detonationsfront in der Ladung 3 ist der entscheidende Parameter hinsichtlich der Leistungsabgabe der Ladung 3. Eine stark gekrümmte Detonationsfront hat folgenden Einfluss auf die Ausbildung eines EFP- Projektils. Durch die starke Krümmung wird der mittlere Teil der EFP-Einlage früher beschleunigt als die radial weiter außen liegenden Teile. Dies führt dazu, dass die Einlage stärker gestreckt wird und das bildende Projektil ein größeres Länge- zu Durchmesserverhältnis L/D erhält. Bei einer Splitterladung würden die Splitter bei einer gekrümmten Detonationsfront in einem größeren Öffnungswinkel davonfliegen.
Die Krümmung der Detonationsfront lässt sich durch die Initiierung der Ladung 3 beeinflussen. Bei gleicher Ladungslänge ist die Krümmung der Detonationsfront am Ort der Einlage um so größer, je weiter im Inneren der Ladung 3 der sogenannte virtuelle Initiierungspunkt im Bereich der Hauptachse der Ladung liegt. Dies ist der geometrische Entstehungsort der Detonationsfront. Eine besonders geringe Krümmung erreicht man durch eine flächige Initiierung auf der Rückseite der Ladung.
Auch die Verdämmung der Ladung spielt eine wesentliche Rolle für die Krümmung der Detonationsfront. Die Reduzierung der Verdünnungs-Wellen, die an der Mantelfläche der Ladung zwangsläufig entstehen, und auch der Anlauf zur Detonation und damit die Tiefe der Lage des virtuellen Initiierungspunktes innerhalb der Ladung werden von der Verdämmung beeinflusst.
Die Krümmung der Detonationsfront lässt sich also über die Tiefe des Initiierungspunktes und die punktförmige oder flächige Initiierung im Zusammenspiel mit der Verdämmung in einem weiten Bereich beeinflussen.
Wie oben bereits angesprochen, hängt der Initiierstimulus zum einen von der Stachelspitzengeschwindigkeit und dem Stacheldurchmesser ab, zum anderen aber auch von weiteren Randbedingungen. In der Regel liegt der Initiierungspunkt um so tiefer, je größer die Initiierschwelle ist und je näher man mit der eingebrachten Energiedichte v²d an dieser Schwelle liegt_, letzteres bedeutet, dass nur ein geringer Energieüberschuss oberhalb der kritischen Initiierschwelle gegeben ist. Für eine vorgegebene Ladung kann dieser Effekt - wie in den Fig. 3a bis 3d gezeigt - folgendermaßen beeinflusst werden. Wie in Fig. 1 dargestellt, befindet sich zwischen dem Bauteil 2 und/oder Ladung 3 ein Abstand der Größe d ungefähr gleich 10 mm oder mehr, so bewirkt das Bauteil 2 lediglich eine Reduktion der Stachelspitzengeschwindigkeit v und damit auch des Wertes v²d. Reduziert man diesen Wert in Richtung auf die kritische Schwelle (v²d)_k des Initiierstimulus, so nimmt auch die Tiefe des virtuellen Initiierungspunktes um bis zu einigen Millimetern zu. Das Bauteil 2 zur Stachelmodulierung kann vorteilhafterweise aus beliebigem duktilen Material bestehen, das nicht ferromagnetisch sein sollte und das nicht zur Splitterbildung neigt. Metalle wie Kupfer oder Messing reduzieren dabei die Stachelspitzengeschwindigkeit stärker als beispielsweise Kunststoffe.
Eine viel stärkere Verschiebung des virtuellen Initiierungspunktes in das Innere der Ladung 3 kann durch Kontakt des Bauteils 2 mit der Ladung 3 erreicht werden. Eine derartige Situation ist in den Fig. 3c und 3d dargestellt. Beim Auftreffen des Stachels S laufen im Material des Bauteils 2 Stoßwellen voraus, die in die Ladung 3 eingekoppelt werden, bevor der Stachel S selbst die Ladung erreicht. Außerdem wird die Rückseite des Materials ausgebeult. Beide Effekt bewirken, dass die Ladung örtlich komprimiert wird. Dabei werden Poren im Sprengstoff der Ladung, in denen die Initiierung startet, geschlossen. In Folge dessen steigt die notwendige Initiierungsschwelle und der virtuelle Initiierungspunkt wandert in Richtung des Ladungsinneren, wo die Poren noch nicht verdichtet sind. Der Weg dieser Verschiebung kann einige Zentimeter betragen.
Mittels günstiger Materialauswahl kann der Effekt des Ausbeulens und die damit verbundene Verschiebung des virtuellen Initiierungspunktes verstärkt werden. Versuche haben gezeigt, dass sich Materialien wie beispielsweise Blei ganz anders verhalten als Keramiken (wie beispielsweise SiC, TiB₂ oder B₄C). Keramiken oder glasartige Materialien reduzieren gut die Stachelgeschwindigkeit. Somit können beide vorgenannten Effekte auch in einer Schichtanordnung kombiniert werden, indem zuerst mit Keramik die Stachelspitzengeschwindigkeit abgebaut wird und anschließend mit einem stark duktilen und beulfähigen Material der virtuelle Initiierungspunkt noch stärker verschoben wird. Die duktile Materialschicht sollte hierbei eine Stärke von 10 mm oder mehr aufweisen.
Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung einer Initiierung ergibt sich aus dem Bauteil 2 zur Stachelmodulierung, wie sie in Fig. 3d skizziert ist. Das Bauteil 2 wird demnach in ausreichendem Abstand d von einigen Zentimetern zur Ladung 3 angeordnet. Es besteht aus sprödem Material ausreichender Dichte oder weist zumindest ladungsseitig eine gleichartige Schicht auf. Beim Durchgang des Stachels S entstehen auf der Rückseite des Bauteils 2 Splitter der erforderlichen Größe und Dichte, wobei die meisten der einzelnen Splitter die Bedingung erfüllen, wonach deren Initiierstimulus größer als (v²d)_k ist. Durch entsprechende - beispielsweise konvexe - Formung des Bauteils 2 und die Wahl des Abstands d zur Ladung 3 kann erreicht werden, dass die initiierende Splitterwolke auf die benötigte große Fläche der Rückseite der Ladung 3 trifft und als Folge davon eine flächige Initiierung eintritt.
Auch hier können Bauteile 2 aus Materialschichten verwendet werden, wobei die von der Hohlladung aus gesehen erste Schicht die Stachelspitzengeschwindigkeit reduziert und die zweite Schicht der Splitterbildung dient. Als spröde Materialien kommen beispielsweise Sintermetalle hoher Dichte, beispielsweise auf Basis von Wolfram, in Frage. Es können aber auch speziell vorgeformte Metallteile, wie etwa Kugel aus Kupfer, Blei, Messing etc., Verwendung finden, die in einer diese tragenden Schicht eingebettet sind. Da man die Geschwindigkeit der Splitter über die Spitzengeschwindigkeit des Stachels S abschätzen kann, ist mittels der Einstellung der Größe der Splitter eine sichere flächige Initiierung gewährleistet.
Weitere Verbesserungen hinsichtlich einer differenzierten Initiierung der Ladung 3 ergeben sich gemäß der Fig. 4a bis 4d aus der Anwendung einer Verdämmung an der Ladung 3. Wie oben bereits erwähnt, bewirkt auch eine Verdämmung der Ladung 3 mit dichtem Material, wie beispielsweise Kupfer oder Messing ausreichender Stärke (etwa 10 mm) zum einen eine Verschiebung des virtuellen Initiierungspunktes in die Ladung hinein und zum anderen eine Beeinflussung der Krümmung der sich bei der Initiierung in der Ladung 3 entwickelnden Detonationsfront. Die Verdämmung kann auch gleichzeitig als Adapter 5 zur mechanischen Verbindung der Ladung 3 mit der Halterung 4 der Hohlladung 1 dienen. Die Verdämmung verhindert, dass starke Verdünnungswellen, die vom Mantel der Ladung 3 in diese einlaufen, den Druck der Detonationswelle abbauen und somit die Krümmung der Detonationswelle verstärken. Somit gilt, dass die Detonationsfront um so flacher ausfällt je stärker die Verdämmung ist.
Besonders gut eignet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung der vorgegebenen EOD- Hohlladung mit dem Halter und dem Adapter zur Aufnahme der Ladung und dem Bauteil zur Gestaltung eines für die Anwendung in der Praxis geeigneten Bausatzes für die Entsorgung von Munition. Hierbei wird eine geeignete Auswahl von verschiedenartigen Bauteilen 2, sowie eine Reihe von Adaptern, die zu verschiedenen Ladungen 3 passen, sowie die benötigten Ladungen zu einem Satz zusammengestellt. Hieraus kann der Anwender in einem weiten Rahmen die auf die zu räumende Munition anwendbare Kombination aus Halter/Adapter, leistungsmodulierendem Bauteil und der dem entsprechenden Ladung zusammensetzen.

Claims

1. Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung mittels einer Hohlladung, die eine Halterung aufweist, wobei im Bereich der Hauptsachse der Hohlladung wenigstens ein leistungsminderndes Bauteil in einem Abstand zur Trichterbasis der Hohlladung angeordnet ist, der wenigstens gleich der Trichterhöhe der Hohlladung ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
die Ladung (3) ist mittels der Halterung (4) der Hohlladung (1) und dem Bauteil (2) in einem Abstand vorgeschaltet,
die Ladung (3) ist eine projektilbildende oder eine splitterbildende oder eine multiprojektilbildende Ladung,
der Abstand (d) zwischen dem Bauteil (2) und der Ladung (3) ist kleiner als die doppelte Dicke (B) des Bauteils (2).

2. Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) aus einem duktilen Material besteht.

3. Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) aus einem spröden Material besteht.

4. Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) aus wenigstens zwei Schichten aufgebaut ist, wovon wenigstens eine erste Schicht aus einem duktilen Material besteht und wenigstens eine weitere Schicht aus einem spröden Material besteht.

5. Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung (3) zumindest teilweise von einer Verdämmung (6) umgeben ist.

6. Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdämmung (6) aus einem Material höherer Dichte besteht.

7. Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdämmung (6) aus einem Metall oder einer Legierung besteht.

8. Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Halterung (4) formschlüssig verbindbarer Adapter (5) die mechanische Verbindung zwischen der Hohlladung (1) und der davor angeordneten Ladung (3) bildet.

9. Einrichtung zur Erzeugung der Reaktion einer Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) in der Halterung (4) oder im Adapter (5) ortsfest angeordnet ist.

10. System zur Erzeugung einer Reaktion bei verschiedenartigen Ladungen (3) mittels einer Hohlladung (1), an der eine Halterung (4) für wenigstens ein leistungsminderndes Bauteil (2) aus einer bereitgestellten Anzahl von Bauteilen in einem Abstand zur Trichterbasis der Hohlladung (1), der wenigstens gleich der Trichterhöhe der Hohlladung ist, vorgesehen ist, und wobei eine der bereitgestellten Ladungen (3) mittels der Halterung (4) oder der Halterung (4) und einem Adapter (5) der Hohlladung (1) und dem Bauteil (2) in einem vorbestimmten Abstand (d) vorgeschaltet ist.