DE102013010266A1 - Decoy target active body with a pyrotechnic active mass - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betriff einen Scheinzielwirkkörper mit einer pyrotechnischen Wirkmasse und einer die Wirkmasse umgebenden Struktur, wobei die Struktur die Wirkmasse derart umgibt, dass bei einem Abbrand der Wirkmasse entstehendes Gas durch die Struktur so an einem Abströmen von der Wirkmasse gehindert wird, dass an mindestens 65% der gesamten Oberfläche der Wirkmasse ein höherer Gasdruck vorliegt als außerhalb der Struktur.The invention relates to a dummy target active body with a pyrotechnic active material and a structure surrounding the active mass, wherein the structure surrounds the active mass such that at a burnup of the active material resulting gas is prevented by the structure of the effluent from the effective mass that at least 65% the entire surface of the active mass is a higher gas pressure than outside the structure.
Description
Die Erfindung betrifft einen Scheinzielwirkkörper mit einer pyrotechnischen Wirkmasse und einer die Wirkmasse umgebenden Struktur.The invention relates to a dummy target active body with a pyrotechnic active material and a structure surrounding the active material.
Aus der
Aus der
Aus der
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Scheinzielwirkkörper anzugeben, welcher auch bei hohen Anströmgeschwindigkeiten, wie beim Ausstoß aus einem schnell fliegenden Flugzeug, und in hohen Höhen zuverlässig, vorzugsweise unter Emission einer (spektral) zielähnlichen IR-Strahlung, abbrennt.The object of the present invention is to provide a decoy target active body which reliably burns even at high flow velocities, such as when ejecting from a fast-moving aircraft, and at high altitudes, preferably emitting a (spectral) target-like IR radiation.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 15.The object is solved by the features of patent claim 1. Advantageous embodiments result from the features of claims 2 to 15.
Erfindungsgemäß ist ein Scheinzielwirkköper mit einer pyrotechnischen Wirkmasse und einer die Wirkmasse umgebenden Struktur vorgesehen. Die Struktur umgibt die Wirkmasse dabei derart, dass bei einem Abbrand der Wirkmasse entstehendes Gas durch die Struktur so an einem Abströmen von der Wirkmasse gehindert wird, dass an mindestens 65%, insbesondere mindestens 75%, insbesondere mindestens 85%, insbesondere mindestens 95%, insbesondere 100%, der gesamten Oberfläche der Wirkmasse ein höherer Gasdruck vorliegt als außerhalb der Struktur. Dies unterscheidet sich wesentlich von dem aus der
Bei der Wirkmasse kann es sich um eine beim Abbrand spektral strahlende Wirkmasse handeln. Solche Wirkmassen sind im Stand der Technik bekannt. Bei Wirkmassen für Scheinziele, die beim Abbrand vorwiegend im mittelwelligen IR-Bereich spektral strahlen, ist es oft ein Problem, dass die Wirkmassen bei einer Anströmung mit starkem Wind, beispielsweise beim Ausstoß aus einem Flugzeug, nicht brennen bzw. erlöschen. Der erfindungsgemäße Scheinzielwirkkörper ermöglicht jedoch einen Abbrand solcher Wirkmassen auch bei diesen Bedingungen und/oder bei geringem Luftdruck, wie er in großen Höhen vorliegt. Gleichzeitig ermöglicht der erfindungsgemäße Scheinzielwirkkörper eine großflächigere Abstrahlung und damit eine größere Strahlungsleistung als der aus der
Ziel bei spektral strahlenden Scheinzielwirkmassen ist es, dass das Verhältnis von einer Intensität einer beim Abbrand der Wirkmasse emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 3,5 bis 5,0 μm zu einer Intensität einer beim Abbrand der Wirkmasse emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 1,5 bis 2,5 μm (= Spektralverhältnis) möglichst hoch ist. Dieses Ziel kann mittels des erfindungsgemäßen Scheinzielwirkkörpers erreicht werden, weil die Struktur die beim Abbrand glühende Wirkmasse abschirmen kann, so dass keine Schwarzkörperstrahlung von inneren Teilen einer beim Abbrand entstehenden Flamme außerhalb der Struktur detektierbar ist. Weiterhin kann das genannte Spektralverhältnis dadurch gesteigert werden, dass die Struktur Ruß aus der Flamme herausfiltert. Ruß in einer Flamme erhöht den von der Flamme emittierten Anteil an Schwarzkörperstrahlung.The aim of spectrally radiating decoy target active compositions is that the ratio of an intensity of a radiation emitted during combustion of the effective mass in the wavelength range of about 3.5 to 5.0 microns to an intensity emitted during combustion of the active mass radiation in the wavelength range of about 1.5 to 2.5 μm (= spectral ratio) is as high as possible. This goal can be achieved by means of the decoy target active body according to the invention, because the structure can shield the glowing active mass during combustion, so that no black body radiation of internal parts of a flame arising during combustion outside the structure is detectable. Furthermore, said spectral ratio can be increased by the structure filtering out soot from the flame. Soot in a flame increases the amount of blackbody radiation emitted by the flame.
Dadurch, dass der an der Oberfläche der Wirkmasse vorliegende Gasdruck im Wesentlichen von der Struktur und die dadurch bedingte Hemmung des Abströmens des beim Abbrand der Wirkmasse entstehenden Gases bestimmt wird und dieser Druck das Abbrandverhalten der Wirkmasse im Wesentlichen bestimmt, kann durch die Wahl der Struktur das Abbrandverhalten der Wirkmasse festgelegt werden. Dieses Abbrandverhalten ist dann nahezu unabhängig von der Windgeschwindigkeit, bei der der Scheinzielwirkkörper aus einem Flugzeug ausgestoßen wird und dessen Flughöhe bzw. dem dabei vorherrschenden Luftdruck. Das Abbrandverhalten des erfindungsgemäßen Scheinzielwirkkörpers kann daher sehr gut vorherbestimmt werden. Die Wirkung ist dadurch sehr viel kalkulierbarer als bei derzeit bekannten Scheinzielwirkkörpern, weil zur Vorhersage der Wirkung des erfindungsgemäßen Scheinzielwirkkörpers weder die Flughöhe noch die Fluggeschwindigkeit wesentlich berücksichtigt zu werden braucht. Sein Einsatz ist daher wesentlich einfacher als derjenige bekannter Scheinzielwirkkörper. Durch den erhöhten Druck können darüber hinaus Wirkmassen eingesetzt werden, deren Sauerstoffbilanz negativer ist als bei bisherigen Scheinzielwirkmassen und die bei Atmosphärendruck und/oder Anströmung durch Wind nicht abbrennen würden. Dadurch können sowohl die spezifische Leistung der Wirkmasse als auch das Spektralverhältnis beim Abbrand erhöht werden. Darüber hinaus wird durch den Aufbau des Drucks und das dadurch bedingte schnellere Abbrennen der Wirkmasse die Anzündung der Wirkmasse vereinfacht.The fact that the present at the surface of the active mass gas pressure is essentially determined by the structure and the consequent inhibition of the outflow of the resulting during combustion of the active mass gas and this pressure determines the burning behavior of the active mass substantially, by the choice of structure Burning behavior of the active mass are set. This burning behavior is then almost independent of the wind speed at which the dummy target active body is ejected from an aircraft and its altitude or the prevailing air pressure. The burning behavior of the decoy target active body according to the invention can therefore be predicted very well. The effect is thus much more calculable than in currently known decoy target active bodies, because neither the flying height nor the airspeed needs to be taken into account to predict the effect of the decoy target active body according to the invention substantially. Its use is therefore much simpler than that of known dummy target active body. Due to the increased pressure, it is also possible to use active compositions whose oxygen balance is more negative than in the case of previous decoy target active compositions and which would not burn off at atmospheric pressure and / or wind flow. As a result, both the specific power of the effective mass and the spectral ratio during combustion can be increased. In addition, the ignition of the active mass is simplified by the structure of the pressure and the consequent faster burning of the active mass.
Der erfindungsgemäße Scheinzielwirkkörper kann mit einer beliebigen Wirkmasse sehr einfach hergestellt werden. Die Wirkmasse kann dazu in Form eines Blocks, in Form mindestens einer gepressten Tablette, in Form mehrerer Stücke oder in Form eines Granulats vorliegen. Die Tablette oder der Block muss dabei keine besonders große Oberfläche aufweisen, um einen ausreichend schnellen Abbrand zu erzielen, da dieser bereits durch den erhöhten Druck bewirkt wird. Es ist auch möglich, herkömmliche Treibladungspulver in beliebiger Form ohne aufwendige Geometrie oder die Verbrennung unterstützende Glühelemente als Wirkmasse für den erfindungsgemäßen Scheinzielwirkkörper einzusetzen. Auch können ansonsten eher langsam brennende Wirkmassen für die Herstellung des erfindungsgemäßen Scheinzielwirkkörpers verwendet werden. Solche langsamer brennenden Wirkmassen weisen oft eine höhere Leistung auf als schnell brennende Wirkmassen.The decoy target active body according to the invention can be produced very easily with any active material. The active material may be in the form of a block, in the form of at least one pressed tablet, in the form of several pieces or in the form of granules. The tablet or the block need not have a particularly large surface in order to achieve a sufficiently rapid burn, since this is already effected by the increased pressure. It is also possible, conventional propellant charge powder in any form without complex geometry or combustion-assisting glow elements as active mass for to use the dummy target active body according to the invention. Otherwise, otherwise rather slowly burning active compounds can be used for the production of the decoy target active body according to the invention. Such slower burning active compounds often have a higher power than fast-burning active compounds.
Die Struktur kann beispielsweise aus einer Brennkammer bestehen, die rundum eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, aus denen das beim Abbrand der Wirkmasse entstehende Gas ausströmen kann. Die Öffnungen können dabei so dimensioniert und deren Anzahl so gewählt sein, dass der Druck innerhalb der Brennkammer beim Abbrand mindestens so hoch wird, wie der Staudruck bei der maximalen Windgeschwindigkeit, bei der das Scheinziel eingesetzt wird. Die Öffnungen sollten aber so klein sein, dass die Wirkmasse zumindest am Anfang des Abbrands nicht aus den Öffnungen herausgeschleudert werden kann. Ein bis zwei Sekunden nach dem Freisetzen des Scheinzielwirkkörpers aus einem Flugzeug ist dieser üblicherweise jedoch bereits soweit abgebremst, dass die üblichen Wirkmassen bei der dann daran anliegenden Windgeschwindigkeit bereits ohne die Struktur weiterbrennen, so dass es dann auch kein Problem darstellt, wenn die Wirkmasse aus den Öffnungen herausgeschleudert wird. Es ist also günstig, die Öffnungen so zu dimensionieren, dass die sich beim Abbrand verkleinernde Wirkmasse nicht zu früh durch die Öffnungen herausgeschleudert wird. Eine günstige Anzahl und Dimensionierung der Öffnungen kann durch den Fachmann ohne Weiteres durch Routineexperimente ermittelt werden.The structure may for example consist of a combustion chamber having all around a plurality of openings from which the gas produced during combustion of the active mass can flow out. The openings may be so dimensioned and their number chosen so that the pressure within the combustion chamber during combustion is at least as high as the back pressure at the maximum wind speed at which the decoy is used. But the openings should be so small that the active mass can not be ejected from the openings at least at the beginning of the burnup. One to two seconds after the release of the decoy target active body from an aircraft, however, this is usually already slowed down so far that the usual effective masses continue to burn without the structure at the then adjacent wind speed, so that it then poses no problem if the active mass of the Openings is ejected. It is therefore advantageous to dimension the openings in such a way that the effective mass, which decreases during combustion, is not expelled too early through the openings. A favorable number and dimensioning of the openings can be readily determined by the skilled person through routine experimentation.
Die Struktur kann aus einem Material bestehen, welches einer beim Abbrand an der Struktur entstehenden Temperatur für mindestens ein Drittel, insbesondere mindestens die Hälfte, einer für den gesamten Abbrand der Wirkmasse benötigten Zeit standhält. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die Struktur aus einem Material, welches einer beim Abbrand an der Struktur entstehenden Temperatur für mindestens 1,3 s, insbesondere mindestens 1,5 s, insbesondere mindestens 2 s, standhält. Der erfindungsgemäße Scheinzielwirkkörper kann sehr einfach hergestellt werden, indem eine Wirkmasse in ein feinmaschiges Netz aus wärmefestem Material eingepackt wird. Die freie Oberfläche in diesem Netz wird dabei so gewählt, dass beim Abbrand der Wirkmasse ein leichter Überdruck entsteht.The structure may consist of a material which withstands at least one third, in particular at least half, of a temperature arising during the burnup on the structure for a time required for the entire burnup of the active material. In one exemplary embodiment, the structure consists of a material which withstands a temperature occurring during the burnup on the structure for at least 1.3 s, in particular at least 1.5 s, in particular at least 2 s. The decoy target active body according to the invention can be produced very simply by packing an active mass into a fine-meshed network of heat-resistant material. The free surface in this network is chosen so that a slight overpressure arises during combustion of the active material.
Die Struktur kann in Form eines, insbesondere mehrlagigen, Metallnetzes, in Form einer/eines, insbesondere von einem Metallnetz umgebenen, aus einem anorganischen Material bestehenden Wolle, Vlies oder Gewebes, oder in Form einer Öffnungen aufweisenden Brennkammer vorliegen oder aus einem brennbaren Material bestehen oder ein solches Material umfassen. Bei dem anorganischen Material kann es sich um Stein, Quarz, Aluminiumoxid oder Glas handeln. Bei der Brennkammer können die Öffnungen über die gesamte Oberfläche der Brennkammer verteilt sein. Die Brennkammer kann aus einem Metall oder einer, ggf. mit einem Metallnetz stabilisierten, Keramik bestehen. Das brennbare Material ist vorzugsweise ein mit nicht rußender Flamme brennbares Material, weil Ruß den Anteil an beim Abbrand emittierter Schwarzkörperstrahlung erhöht.The structure may be in the form of a, in particular multi-layer, metal net, in the form of a, surrounded by a metal mesh, consisting of an inorganic material wool, fleece or fabric, or in the form of openings having combustion chamber or consist of a combustible material or include such a material. The inorganic material may be stone, quartz, alumina or glass. In the combustion chamber, the openings may be distributed over the entire surface of the combustion chamber. The combustion chamber may consist of a metal or a ceramic, possibly stabilized with a metal net. The combustible material is preferably a nonflammable flame combustible material because carbon black increases the level of blackbody radiation emitted upon burnup.
Das brennbare Material kann ein doppel- oder mehrbasiges Treibladungspulver, eine weiter pyrotechnische Wirkmasse, ein Kunststoff, insbesondere Polyacetal (= Polyoximethylen = POM = Polyformaldehyd), Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Zellulosenitrat (enthält bis zu 12% Stickstoff) oder Nitrocellulose (enthält mehr als 12% Stickstoff), umfassen. Die genannten Kunststoffe brennen mit nicht oder allenfalls schwach rußender Flamme und sind daher gut für einen beim Abbrand spektral strahlenden Scheinzielwirkköper geeignet. Der Kunststoff oder die Wirkmasse können einen Katalysator enthalten, welcher das Spektralverhältnis der außerhalb der Struktur brennenden Flamme verbessert. Die Struktur kann außerdem mit einem brennbaren Material, beispielsweise einem Kunststoff oder einem Lack beschichtet sein. Dieses brennbare Material kann beim Abbrand der Wirkmasse an der Luft ebenfalls brennen und zusätzlich Strahlung erzeugen.The combustible material may be a double or polybasic propellant powder, a further pyrotechnic active material, a plastic, in particular polyacetal (= polyoxymethylene = POM = polyformaldehyde), polyamide, polyethylene, polypropylene, cellulose nitrate (contains up to 12% nitrogen) or nitrocellulose (contains more as 12% nitrogen). The plastics mentioned burn with no or at most mildly sooting flame and are therefore well suited for a spectrally radiating decoy target effective body during burnup. The plastic or the active material may contain a catalyst which improves the spectral ratio of the flame burning outside the structure. The structure may also be coated with a combustible material, for example a plastic or a lacquer. This combustible material can also burn when burning the active material in the air and additionally generate radiation.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinzielwirkkörpers ist die Struktur so gestaltet, dass der Gasdruck an mindestens 65%, insbesondere mindestens 75%, insbesondere mindestens 85%, insbesondere mindestens 95%, insbesondere 100%, der gesamten Oberfläche der Wirkmasse und damit auch in dem sich beim Abbrand zwischen der Struktur und der Wirkmasse bildenden Raum um mindestens 0,5 bar, insbesondere mindestens 1 bar, insbesondere mindestens 1,5 bar, insbesondere mindestens 2 bar, höher ist als der Atmosphärendruck. Bei einer Ausgestaltung der Struktur als Brennkammer mit Öffnungen ist ein Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck von mindestens 2 bar vorteilhaft, weil dadurch die Strömungsgeschwindigkeit an den jeweils engsten Stellen der Öffnungen Schallgeschwindigkeit erreichen kann. Dadurch hat der Umgebungsdruck auch dann keinen Einfluss auf den Druck in der Brennkammer, wenn der den Scheinzielwirkkörper anströmende Luftstrom Schallgeschwindigkeit erreicht. Der Raum auf der Innenseite der Struktur ist dann beim Abbrand der Wirkmasse vollkommen unabhängig von der Umgebung. Dadurch ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Scheinzielwirkkörpers vollkommen unabhängig von der Flughöhe und der Windgeschwindigkeit.In one embodiment of the decoy target active body according to the invention, the structure is designed so that the gas pressure at least 65%, in particular at least 75%, in particular at least 85%, in particular at least 95%, in particular 100%, of the entire surface of the active mass and thus in which during combustion between the structure and the effective mass-forming space by at least 0.5 bar, in particular at least 1 bar, in particular at least 1.5 bar, in particular at least 2 bar, is higher than the atmospheric pressure. In one embodiment of the structure as a combustion chamber with openings, an overpressure with respect to the atmospheric pressure of at least 2 bar is advantageous, because thereby the flow velocity at the narrowest points of the openings can reach the speed of sound. As a result, the ambient pressure has no influence on the pressure in the combustion chamber even if the airflow flowing to the dummy target active body reaches the speed of sound. The space on the inside of the structure is then completely independent of the environment when the active material burns off. As a result, the use of the decoy target active body according to the invention is completely independent of the altitude and the wind speed.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinzielwirkkörpers ist die Struktur so gestaltet, dass der Gasdruck bei einem Abbrand der Wirkmasse an mindestens 65%, insbesondere mindestens 75%, insbesondere mindestens 85%, insbesondere mindestens 95%, insbesondere 100%, der gesamten Oberfläche der Wirkmasse für mindestens 1,3 s, insbesondere mindestens 1,5 s, insbesondere mindestens 2 s, höher ist als der Atmosphärendruck. Im Zusammenhang mit der Aufrechterhaltung des Gasdrucks für eine bestimmte Zeit sollte bei der Ausgestaltung der Struktur als Brennkammer die Größe der Öffnungen so gewählt sein, dass auch bei durch den Abbrand sich vergrößernden Öffnungen während der genannten Zeit das Abströmen des entstehenden Gases noch ausreichend gehemmt wird und keine Öffnung eine Größe erreicht, die zum Durchtritt der Wirkmasse vor Ablauf der genannten Zeit ausreicht. In a further embodiment of the decoy target active body according to the invention, the structure is designed so that the gas pressure at a burnup of the active material to at least 65%, in particular at least 75%, in particular at least 85%, in particular at least 95%, in particular 100%, of the entire surface of the active mass for at least 1.3 s, in particular at least 1.5 s, in particular at least 2 s, is higher than the atmospheric pressure. In connection with the maintenance of the gas pressure for a certain time should be chosen in the design of the structure as a combustion chamber, the size of the openings so that even with increasing by burning openings during the said time the outflow of the resulting gas is still sufficiently inhibited and no opening reaches a size sufficient for the passage of the active mass before the expiry of said time.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Struktur mit einem Redoxkatalysator beschichtet oder besteht aus einem Redoxkatalysator. Unter einem Redoxkatalysator wird allgemein ein eine Redoxreaktion katalysierender Katalysator verstanden. Das beim Abbrand der Wirkmasse entstehende Gas wird dann beim Durchströmen der Struktur katalytisch umgesetzt und hat dadurch außerhalb der Struktur eine für das gewünschte Spektralverhältnis eines Scheinziels günstigere Zusammensetzung. Durch die Wirkung des Redoxkatalysators wird die Struktur der Flamme verändert und das Spektralverhältnis erhöht. Weiterhin kann der Katalysator die Umsetzung von entstehendem Ruß in Kohlenoxide katalysieren. Dadurch entsteht weniger Schwarzkörperstrahlung und das Spektralverhältnis wird verbessert. Ein weiterer günstiger Effekt des Redoxkatalysators besteht darin, dass die beim Abbrand entstehende Flamme stabilisiert wird, weil die in der Flamme abbrennenden Gase einen höheren Wasserstoffanteil aufweisen. Wasserstoff brennt an der Luft bei beliebigem Druck und Wind. Weiterhin kann die am Katalysator erfolgende Reaktion die Struktur abkühlen, so dass diese selbst weniger Schwarzkörperstrahlung emittiert als ohne Katalysator. Dadurch wird das Spektralverhältnis weiter erhöht.In a further embodiment of the invention, the structure is coated with a redox catalyst or consists of a redox catalyst. A redox catalyst is generally understood to mean a catalyst catalyzing a redox reaction. The gas formed during the combustion of the active mass is then catalytically converted as it flows through the structure and thus has a structure which is more favorable outside the structure for the desired spectral ratio of a decoy target. The effect of the redox catalyst changes the structure of the flame and increases the spectral ratio. Furthermore, the catalyst can catalyze the conversion of resulting carbon black into carbon oxides. This results in less blackbody radiation and the spectral ratio is improved. Another favorable effect of the redox catalyst is that the flame formed during combustion is stabilized because the gases burning off in the flame have a higher hydrogen content. Hydrogen burns in the air at any pressure and wind. Furthermore, the reaction taking place on the catalyst can cool the structure so that it itself emits less blackbody radiation than without a catalyst. This further increases the spectral ratio.
Das Beschichten bzw. Imprägnieren der Struktur kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Katalysator aus einer wässrigen Lösung als Suspension ausgefällt wird und diese Suspension dann durch die Struktur filtriert wird, so dass Partikel des Katalysators an der Struktur, beispielsweise Quarzwolle, hängenbleiben. Anschließend muss die Struktur noch getrocknet werden, um katalytisch im erfindungsgemäßen Scheinzielwirkkörper wirken zu können.The coating or impregnation of the structure can be carried out, for example, by precipitating the catalyst from an aqueous solution as a suspension and then filtering this suspension through the structure so that particles of the catalyst adhere to the structure, for example quartz wool. Subsequently, the structure must be dried in order to be able to act catalytically in the apparent target active body according to the invention.
Der Redoxkatalysator kann einen Wassergaskatalysator, mindestens eine metallorganische Verbindung, insbesondere ein metallorganisches Pigment oder Metallkomplex, ein Oxid oder ein Salz eines Seltenerdmetalls, eine ein Seltenerdmetall enthaltende Verbindung, die in einer beim Abbrand der Wirkmasse entstehenden Flamme ein Oxid eines Seltenerdmetalls bildet, Zirkonium, Titan, Aluminium, Zink, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Nickel, Silber, Eisen, Mangan, Molybdän, Wolfram, Kobalt, Kupfer oder Thorium oder ein Oxid eines der genannten Metalle oder eine eines der genannten Metalle enthaltende Verbindung, die in einer beim Abbrand der Wirkmasse entstehenden Flamme ein Oxid eines solchen Metalls bildet, ein Platinmetall, Rhenium oder eine ein Platinmetall, Rhenium oder Silber enthaltende Verbindung, die in einer beim Abbrand der Wirkmasse entstehenden Flamme zum Metall reduziert wird, oder ein Gemisch aus mindestens zwei der vorgenannten Verbindungen oder Elemente umfassen. Ein Wassergaskatalysator ist ein Katalysator, der eine Wassergasreaktion entsprechend dem Reaktionsschema CO + H2O → CO2 + H2 katalysiert.The redox catalyst may be a water gas catalyst, at least one organometallic compound, particularly an organometallic pigment or metal complex, an oxide or a rare earth metal salt, a rare earth metal-containing compound which forms an oxide of a rare earth metal in a flame resulting from the combustion of the active material, zirconium, titanium , Aluminum, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, nickel, silver, iron, manganese, molybdenum, tungsten, cobalt, copper or thorium or an oxide of one of said metals or one of the said metals-containing compound which forms an oxide of such a metal in a flame resulting from the combustion of the active material, a platinum metal, rhenium or a compound containing a platinum metal, rhenium or silver, which is reduced to the metal in a flame produced during combustion of the active material , or a mixture of at least two of the aforementioned Verbindu or elements. A water gas catalyst is a catalyst that catalyzes a water gas reaction according to the reaction scheme CO + H 2 O → CO 2 + H 2 .
Der Redoxkatalysator kann CeO2, Ce2O3, Yttriumoxid, Ytterbiumoxid, Neodymiumoxid, Lanthanoxid, ein Gemisch der genannten Oxide, insbesondere ein Gemisch von CeO2 und Yttriumoxid, ein Kupfer-dotiertes Gemisch aus Aluminium- und Zinkoxid (LTS-Katalysator), ein Chrom-dotiertes Magnetit (Fe3O4) (HTS-Katalysator), ein Phtalocyanin, insbesondere Kupferphtalocyanin, Eisenphtalocyanin, Chromphtalocyanin, Kobaltphtalocyanin, Nickelphtalocyanin oder Molybdänphtalocyanin, Vossenblau (= Eisenferricyanid = Eisen(III)ferrocyanid = Eisen(II)ferricyanid) oder ein Porphyrin umfassen.The redox catalyst may be CeO 2 , Ce 2 O 3 , yttrium oxide, ytterbium oxide, neodymium oxide, lanthanum oxide, a mixture of said oxides, in particular a mixture of CeO 2 and yttrium oxide, a copper-doped mixture of aluminum and zinc oxide (LTS catalyst), a chromium-doped magnetite (Fe 3 O 4 ) (HTS catalyst), a phthalocyanine, in particular copper phthalocyanine, iron phthalocyanine, chromium phthalocyanine, cobalt phthalocyanine, nickel phthalocyanine or molybdenum phthalocyanine, Vossen Blue (= iron ferricyanide = iron (III) ferrocyanide = iron (II) ferricyanide) or a porphyrin.
Bei der Wirkmasse kann es sich um eine beim Abbrand mindestens eine Sekundärflamme erzeugende Wirkmasse handeln. Eine solche Wirkmasse ist beispielsweise aus der
Durch die beim Abbrand mindestens eine Sekundärflamme erzeugende Wirkmasse wird erreicht, dass die Temperatur beim Abbrand der Wirkmasse an der Struktur deutlich herabgesetzt wird. Dadurch können für die Herstellung der Struktur andere, oftmals günstigere, Materialien eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Struktur aus einem Edelstahl- oder Quarzgewebe hergestellt werden. Eine selbst katalytisch wirksame Struktur kann beispielsweise aus normalem Eisen oder aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt werden. Diese werden beim Abbrand stark oxidiert oder weisen bereits eine Oxidschicht an der Oberfläche auf, wobei das Eisen- oder Kupferoxid die Wassergasreaktion katalysieren und auch als Oxidationsmittel für Ruß dienen kann. As a result of the effective mass which generates at least one secondary flame during combustion, it is achieved that the temperature during combustion of the active mass on the structure is markedly reduced. As a result, other, often cheaper, materials can be used for the production of the structure. For example, the structure may be made of a stainless steel or quartz fabric. A self-catalytically active structure can be produced, for example, from normal iron or from copper or a copper alloy. These are strongly oxidized during combustion or already have an oxide layer on the surface, wherein the iron or copper oxide catalyze the water gas reaction and can also serve as an oxidant for carbon black.
Die Wirkmasse kann in Form eines Blocks oder mehrerer Stäbe vorliegen, wobei zumindest eine Stirnfläche davon mit einem Mittel zur Hemmung des Abbrands behandelt sein kann. Derartige Mittel sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann es sich dabei um einen brandhemmenden Anstrich oder Lack handeln. Der Vorteil des Vorliegens als Block oder als Stäbe gegenüber einer Schüttung besteht darin, dass dadurch beim Abbrand der Abstand der Wirkmasse zu der Struktur gering gehalten werden kann. Bei einem lokal zu großen Abstand besteht die Gefahr, dass dann die Flammentemperatur an der Struktur so hoch wird, dass die Struktur dadurch zerstört wird. Besonders günstig ist es, wenn die Stirnfläche oder zwei gegenüberliegende Stirnflächen mit dem Mittel zur Hemmung des Abbrands behandelt ist/sind und die Struktur an dieser Stirnfläche/diesen Stirnflächen befestigt ist. Dadurch kann ein Wirkmassenblock radial abbrennen und es kann ein relativ geringer Abstand zwischen der Struktur und der abbrennenden Wirkmasse sicher gestellt werden.The active mass may be in the form of a block or more rods, at least one end face of which may be treated with a means for inhibiting burnup. Such agents are known in the art. For example, it may be a fire-retardant paint or paint. The advantage of being present as a block or as rods relative to a bed is that the distance between the active mass and the structure during firing can thereby be kept low. If the distance is locally too great, there is a risk that the flame temperature on the structure will become so high that it will destroy the structure. It is particularly favorable if the end face or two opposite end faces is / are treated with the means for inhibiting the burnup and the structure is fastened to this end face / these end faces. As a result, an active mass block can burn off radially and a relatively small distance between the structure and the burning active mass can be ensured.
Um die Anfeuerung der Wirkmasse zu beschleunigen ist es vorteilhaft, wenn die Wirkmasse von einer gasdichten durch das beim Abbrand entstehende Gas sprengbaren Umhüllung umgeben ist. Die Umhüllung kann dabei aus Papier, Klebeband oder einer Folie bestehen. Durch die Umhüllung wird der höhere Gasdruck innerhalb der Struktur schneller aufgebaut als ohne eine solche Umhüllung, weil verhindert wird, dass das Gas am Beginn der Reaktion durch die Struktur hinausströmt. Dadurch wird der Abbrand zunächst sehr beschleunigt und die Anstiegszeit beim Abbrand des Scheinziels verkürzt. Eine entsprechend kurze Anstiegszeit wäre auch durch die Verwendung einer relativ großen Menge eines Anfeuerungssatzes möglich. Dies würde jedoch die Sicherheit des Scheinzielwirkkörpers gefährden, da ein solcher Anfeuerungssatz üblicherweise leicht entzündlich ist. Eine starke Anfeuerung erzeugt auch häufig einen nichtspektralen Blitz durch Schwarzkörperstrahlung. Dies kann dem Suchkopf verraten, dass es sich um ein Scheinziel handelt.In order to accelerate the initiation of the active material, it is advantageous if the active material is surrounded by a gas-tight enclosure which can be blown up by the gas produced during combustion. The envelope may consist of paper, tape or a foil. The envelope will build up the higher gas pressure within the structure faster than without such a shroud because it prevents the gas from flowing through the structure at the beginning of the reaction. As a result, the burnup is first accelerated very much and the rise time when the decoy burns down is shortened. A correspondingly short rise time would also be possible by using a relatively large amount of Anfeuerungssatzes. However, this would jeopardize the safety of the fake target active body, since such a Auffeuerungssatz is usually highly flammable. Strong firing also often produces a non-spectral flash due to blackbody radiation. This may tell the seeker that it is a sham target.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments.
Aus den im Folgenden angegebenen Wirkmassenzusammensetzungen wurden Tabletten mit ca. 17 mm Durchmesser, 30 mm Höhe und einem Gewicht von 10 g gepresst. Die dazu verwendete ionische Flüssigkeit 1-Butyl-3-methylimidazoliumperchlorat (BMIM-ClO4) wurde dabei wie folgt hergestellt:
150 g BMIM-Cl wurden in ca. 600 ml trockenem Methanol bei 25°C in einem 2 Liter Einhalskolben aufgelöst. Eine stöchiometrische Menge trockenes Natriumperchlorat wurde ebenfalls in 600 ml trockenem Methanol in einem 2 Liter Einhalskolben getrennt aufgelöst. Dann wurde die gesamte Perchloratlösung auf einmal in die BMIM-Chloridlösung gegeben. Die Flasche, in der die Perchloratlösung war, wurde noch 3× mit 50 ml trockenem Methanol gewaschen und das Methanol auch noch zu der BMIM-Chloridlösung gegeben. Die resultierende Lösung wurde nach einigen Minuten trüb und gelb, als das entstandene Natriumchlorid begann auszufallen.Tablets of about 17 mm in diameter, 30 mm in height and weighing 10 g were pressed from the compositions of active substance indicated below. The ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium perchlorate (BMIM-ClO 4 ) used for this purpose was prepared as follows:
150 g of BMIM-Cl were dissolved in about 600 ml of dry methanol at 25 ° C in a 2 liter one-necked flask. A stoichiometric amount of dry sodium perchlorate was also separately dissolved in 600 ml of dry methanol in a 2 liter one-necked flask. Then all the perchlorate solution was added all at once to the BMIM chloride solution. The bottle containing the perchlorate solution was washed 3 times with 50 ml of dry methanol and the methanol was added to the BMIM chloride solution. The resulting solution became cloudy and yellow after several minutes as the resulting sodium chloride began to precipitate.
Die gesamte Lösung wurde anschließend eine Stunde unter Rückfluss gekocht. Die heiße Lösung wurde danach mittels einer Fritte in einen 2 Liter Einhalskolben filtriert und der Niederschlag noch 3× mit 50 ml trockenem Methanol gewaschen. Der praktisch ausschließlich aus Kochsalz bestehende Filterkuchen wurde entsorgt.The entire solution was then refluxed for one hour. The hot solution was then filtered by means of a frit into a 2 liter one-necked flask and the precipitate was washed 3 times with 50 ml of dry methanol. The practically exclusively made of common salt filter cake was disposed of.
Der Einhalskolben wurde anschließend an einen Rotationsverdampfer angeschlossen und das Methanol unter ca. 500 mbar Druck abdestilliert, wobei das Wasserbad im Verdampfer auf 90°C erhitzt wurde. Als das Methanol abdestilliert war, wurde das warme rohe BMIM-ClO4 aus dem Kolben nochmals durch die Fritte in einen 250 ml Scheidetrichter filtriert, weil beim Verdampfen des Methanols noch weiteres Kochsalz ausgefallen ist.The one-necked flask was then connected to a rotary evaporator and the methanol distilled off under about 500 mbar pressure, the water bath was heated to 90 ° C in the evaporator. When the methanol had distilled off, the warm crude BMIM-ClO4 from the flask was again filtered through the frit into a 250 ml separatory funnel, because even more common salt had precipitated upon evaporation of the methanol.
Das fertige BMIM-ClO4 (ein gelbliches, zähflüssiges Öl) wurde aus dem Scheidetrichter in eine Laborflasche gefüllt und gewogen. Die Ausbeute war nahezu quantitativ.The finished BMIM-ClO4 (a yellowish, viscous oil) was filled from the separatory funnel into a laboratory flask and weighed. The yield was almost quantitative.
Alle hergestellten Tabletten wurden im Labor ohne Wind in jeweils zwei parallelen Versuchen abgebrannt. Dazu wurden die Tabletten gezündet und die spektrale Leistung sowie die Abbrandzeit mittels eines Radiometers (Laserprobe RM-5650) mit zwei Messköpfen jeweils vom Typ RkP-575 und Hochgeschwindigkeitsvideoaufzeichnung ermittelt. Die dargestellten Ergebnisse sind jeweils Mittelwerte aus den beiden parallelen Versuchen.All prepared tablets were burned in the laboratory without wind in two parallel experiments. For this purpose, the tablets were ignited and the spectral power and the burning time by means of a radiometer (Laserprobe RM-5650) with two RkP-575 and High speed video recording detected. The results shown are mean values from the two parallel experiments.
Beispiel 1:Example 1:
Wirkmassenzusammensetzung:
Bei einem ersten Versuch wurden die Wirkmassentabletten ohne die umhüllende Struktur abgebrannt. Bei einem zweiten Versuch wurde die Wirkmassentablette vor dem Abbrand in ein feinmaschiges Edelstahlnetz mit einer Maschenweite von 0,15 mm und bei einem dritten Versuch in Quarzwolle eingehüllt. Beim Abbrand reichte das in der Wirkmasse enthaltene Oxidationsmittel Ammoniumperchlorat zur vollständigen Oxidation der Nitrocellulose nicht aus, so dass beim Abbrand neben der Primärflamme mindestens eine Sekundärflamme und damit eine Flamme mit unterschiedlichen Temperaturzonen entstand, wobei die Temperatur am Edelstahlnetz und an der Quarzwolle verhältnismäßig niedrig blieb. Beide waren nach dem Abbrand unverändert. Dies zeigt, dass die Temperatur direkt an der Struktur etwa 1.000°C nicht überstiegen hat. Beim Abbrand zeigten sich die folgenden Ergebnisse:
Bei der Interpretation der Ergebnisse ist zu beachten, dass das Edelstahlnetz beim Abbrand relativ heiß geglüht hat und dadurch das Spektralverhältnis verschlechterte.When interpreting the results, it should be noted that the stainless steel mesh glowed relatively hot during the burn-up and thus worsened the spectral ratio.
Bei einem Abbrand unter Einsatzbedingungen, bei denen der Scheinzielwirkkörper zunächst mit hoher Geschwindigkeit fliegt und dadurch starkem Wind ausgesetzt ist, kühlt der Wind die Flamme und das Netz stark ab, so dass das Spektralverhältnis dann besser ist als hier dargestellt. Beim Einsatz der Quarzwolle wurde ein besseres Spektralverhältnis ermittelt. Die Reduktion der Leistung nur im KW-Band beim Einsatz der Quarzwolle zeigt, dass der Ruß durch die Quarzwolle abgefiltert und dessen Strahlung abgeschirmt wurde. Durch das Edelstahlnetz und die Quarzwolle wurde die Abbrandrate etwa verdoppelt. Dies beruht auf dem durch diese Struktur beim Abbrand bewirkten Überdruck an der Oberfläche der Wirkmasse sowie auf der Temperaturrückstrahlung vom Edelstahlnetz bzw. der Quarzwolle auf die Tablette.In case of burn-off under conditions of use, where the dummy target is initially flying at high speed and is thus exposed to strong wind, the wind cools the flame and the net sharply, so that the spectral ratio is better than shown here. When using the quartz wool a better spectral ratio was determined. The reduction in power only in the KW band when using the quartz wool shows that the soot was filtered off by the quartz wool and its radiation was shielded. Due to the stainless steel net and the quartz wool, the burning rate was approximately doubled. This is based on the overpressure on the surface of the active mass caused by this structure during combustion and on the temperature reflection from the stainless steel net or the quartz wool onto the tablet.
Beispiel 2:Example 2:
Es wurden dieselben Tabletten verwendet wie bei Beispiel 1. Bei einem ersten Versuch bestand die die Wirkmasse umhüllende Struktur aus einem Edelstahlnetz mit einer Maschenweite von 0,15 mm. Zwei weitere Versuche wurden mit den gleichen Edelstahlnetzen durchgeführt, die jedoch mit zwei unterschiedlichen Wassergaskatalysatoren beschichtet waren. Zum Beschichten wurden die Edelstahlnetze jeweils mehrfach in eine wässrige Katalysatorsuspension getaucht und nachfolgend getrocknet. Einer der Katalysatoren war ein sogenannter HTS(High Temperature Shift)-Katalysator, bestehend aus Magnetit mit 10 mol-% Chrom(III)oxid. Der andere war ein sogenannter LTS(Low Temperature Shift)-Katalysator, bestehend aus Zinkoxid, Aluminiumoxid und Kupfer(II)oxid im Molarverhältnis 1:1:1. Beide Katalysatoren wurden aus 0,1-molaren Lösungen ausgefällt. Die Edelstahlnetze wurden in diese Suspension eingetaucht und bei 120°C für eine halbe Stunde getrocknet. Dieser Vorgang wurde jeweils dreimal wiederholt. Dabei war es nicht möglich, die Menge an auf dem Netz zurückgebliebenem Katalysator zu bestimmen.The same tablets were used as in Example 1. In a first experiment, the structure enveloping the active mass consisted of a stainless steel mesh with a mesh size of 0.15 mm. Two further experiments were carried out with the same stainless steel meshes, but coated with two different watercatalysts. For coating, the stainless steel nets were each dipped several times into an aqueous catalyst suspension and subsequently dried. One of the catalysts was one so-called HTS (High Temperature Shift) catalyst consisting of magnetite with 10 mol% chromium (III) oxide. The other was a so-called LTS (Low Temperature Shift) catalyst consisting of zinc oxide, aluminum oxide and copper (II) oxide in a molar ratio of 1: 1: 1. Both catalysts were precipitated from 0.1 molar solutions. The stainless steel nets were immersed in this suspension and dried at 120 ° C for half an hour. This process was repeated three times. It was not possible to determine the amount of catalyst remaining on the net.
In einer weiteren Versuchsreihe wurde statt des Edelstahlnetzes Quarzwolle verwendet. Eine abgewogene Menge der Katalysatoren wurde jeweils in Wasser suspendiert und durch die Quarzwolle filtriert. Als weiterer Katalysator wurde dabei auch Magnetit verwendet. Die Quarzwolle mit dem Katalysator wurde anschließend bei 120°C für eine halbe Stunde getrocknet. Die Wirkmassentabletten wurden in diese Wolle gewickelt und mit einem 1 mm dicken Eisendraht umwickelt, um die Wolle während des Abbrands zu fixieren. Die Menge an Katalysator betrug dabei jeweils 1% des Tablettengewichts. Weiterhin wurde Quarzwolle mit 0,01 Gew.-% Platin, bezogen auf das Tablettengewicht, imprägniert, indem die Quarzwolle mit einer Hexachlorplatinsäurelösung imprägniert wurde, wobei die gesamte Menge der Lösung von der Quarzwolle absorbiert wurde. Die Quarzwolle wurde anschließend getrocknet. Beim Abbrand wurden die folgenden Ergebnisse erzielt: 
Bei den Versuchen zeigte sich, dass der Katalysator praktisch keine negative Wirkung auf die Abbrandzeit hatte, obwohl die Rückstrahlung von den Edelstahlnetzen mit Katalysator geringer war, weil die Netze durch die katalytische Reaktion abgekühlt wurden. Dies zeigt, dass für die Abbrandzeit nahezu ausschließlich die durch die Struktur bedingte Druckerhöhung entscheidend ist. Teilweise wurde durch den Katalysator eine geringfügige Beschleunigung des Abbrands erreicht. Das Spektralverhältnis konnte teilweise durch den Katalysator erheblich erhöht werden.The tests showed that the catalyst had virtually no negative effect on the burn-up time, although the re-radiation from the stainless steel meshes with catalyst was lower because the networks were cooled by the catalytic reaction. This shows that almost exclusively the pressure increase due to the structure is decisive for the burnup time. Partially, the catalyst achieved a slight acceleration of the burnup. The spectral ratio could be increased significantly in part by the catalyst.
Beispiel 3:Example 3:
Es wurden Tabletten aus den folgenden Wirkmassegemischen gepresst: Wirkmasse 1:
Die hier verwendeten Wirkmassen enthalten jeweils einen Abbrandkatalysator und einen Wassergaskatalysator. In einem ersten Versuch erfolgte der Abbrand ohne eine die Tablette umhüllende Struktur. In einem zweiten Versuch wurde als Struktur ein gelöchertes Rohr aus Polyacetal (POM), Typ Delrin®, von der Fa. DuPont verwendet.The active materials used here each contain a burn-off catalyst and a water gas catalyst. In a first experiment, the burn-off took place without a structure enveloping the tablet. In a second experiment was DuPont as a structure gelöchertes tube made of polyacetal (POM), type Delrin ®, manufactured by Fa. Used.
Polyacetal brennt mit einer farblosen Flamme, die ein sehr hohes Spektralverhältnis aufweist. Dadurch hat der Kunststoff keine oder eine positive Wirkung auf das Spektralverhältnis. Weiterhin erhöht das Polyacetal den Energiegehalt des Scheinzielwirkkörpers. Zur Umhüllung wurde die Wirkmasse in das gelöcherte Rohr aus POM eingebracht. Die Ergebnisse dieser Versuche waren wie folgt:
Aus den Versuchsergebnissen ist ersichtlich, dass die POM-Struktur sowohl die spezifische Leistung als auch das Spektralverhältnis erhöht hat. Weiterhin hat die Struktur die Abbrandrate erhöht.From the experimental results, it can be seen that the POM structure increased both the specific power and the spectral ratio. Furthermore, the structure has increased the burning rate.
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