DE3843443A1 - Sprengkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sprengkörper.

Munition, die mit dem Druckstoß als Zerstörungsmittel ar­ beitet, findet seit vielen Jahren Anwendung. Die Munition reicht von Bomben, die zur Erzeugung äußerer und innerer Zerstörung an weichen Zielen eingesetzt werden, über Ge­ fechtsköpfe zum Angreifen von Schiffen und Flugzeugen bis zu Sprenggranaten.

Jedoch hat diese Munition auch ihre allgemein bekannten Grenzen, nämlich hauptsächlich, daß der durch den Druck­ stoß erzeugte Überdruck vom Detonationspunkt aus sehr schnell abfällt, weshalb es sehr wesentlich ist, die Munition möglichst genau ins Ziel zu bringen, sofern nicht ein flächendeckender Angriff möglich ist, wie im Falle von Bomben und Granaten. Außerdem tritt ein starker Wirkungs­ verlust in großer Höhe ein. Sehr oft trägt die zersplit­ ternde Metallhülle eines Gefechtskopfes oder Geschosses wesentlich mehr zur Zerstörung des Zieles bei als der Druck­ stoß selbst.

Trotzdem muß auch bei zukünftigen Waffensystemen der Druck­ stoß eine Rolle spielen, insbesondere wenn seine Wirksamkeit ohne Steigerung der Gesamtmasse verbessert werden kann.

Üblicherweise werden Größe und Dauer einer Druckstoßwelle, d. h. des Überdruckes, aus einem mit Sprengstoff, wie bei­ spielsweise RDX/Wachs gefüllten Munitionskörper durch Zugabe von etwa 20 Gewichtsprozent Aluminiumpulver gesteigert. Zusätze über 20% hinaus sind aus zwei Gründen nicht prakti­ kabel. Zum einen führt die Verminderung der Detonations­ geschwindigkeit, die durch die Zugabe von inertem, d. h. nicht explosivem Aluminium verursacht wird, zu einer Ver­ ringerung der Sprengwirkung des Sprengstoffs im Hinblick auf Brisanz und Zersplitterung der Hülle. Zum anderen zieht die Oxidation des Aluminiums Sekundärreaktionen mit den Detonationsprodukten nach sich, von denen einige zu einer Verminderung des Gesamtvolumens des bei der Explosion er­ zeugten Gases führen. Obwohl mit dem Aluminiumanteil die Explosionswärmemenge Q zunimmt, nimmt infolgedessen das Gasvolumen V ab, so daß das charakteristische Produkt Q x V, von welchem die Sprengleistung abhängt, bei etwa 20% Alu­ minium ein Maximum erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichti­ gung der oben dargelegten Probleme und Schwierigkeiten einen Sprengkörper mit verbesserter Sprengwirkung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den im An­ spruch 1 angegebenen Sprengkörper gelöst.

Der erfindungsgemäße Sprengkörper enthält also eine Ladung aus Sprengmaterial sowie darin eingebettet eine innere Zone oder Schicht aus einem einen metallischen Brennstoff ent­ haltenden Material, und Mittel zum Zünden des Sprengstoffs auf beiden Seiten der Zone bzw. der Schicht, wobei der Sprengstoff auf mindestens einer Seite der Zone bzw. Schicht ein weiteres einen metallischen Brennstoff enthaltendes Material enthält oder mit einem solchen in Berührung steht.

Die Zone bzw. Schicht kann in Form einer Platte oder eines Gitters vorliegen. Vorzugsweise bildet sie aber einen Mantel um einen zylindrischen Bereich oder liegt in Form einer Reihe von Teilen vor, die zusammen näherungsweise einen Mantel um einen zylindrischen Bereich bilden und dadurch den Sprengstoff innerhalb und außerhalb des Mantels in innere und äußere Bereiche unterteilen, die auf beiden Seiten der Zone bzw. der Schicht liegen.

Das genannte weitere Material kann pulverisierter metalli­ scher Brennstoff sein, der in dem Sprengstoff dispergiert ist, und/oder durch eine äußere Hülle gebildet sein, in welcher der Sprengstoff enthalten ist und die aus einen metallischen Brennstoff enthaltendem Material hergestellt sein kann.

Der Sprengkörper nach der Erfindung kann zweckmäßigerweise eine Vielzahl von im wesentlichen zylindrischen Zonen oder Schichten innerhalb des Sprengstoffs aufweisen.

Die Arbeitsweise des Sprengkörpers nach der Erfindung ist folgende: Wenn der Sprengstoff auf beiden Seiten der ge­ nannten Zone bzw. Schicht gezündet wird, entsteht ein Spreng­ druck gegen die genannte Zone oder Schicht. Die Basisstoß­ welle einer Sprengstoffexplosion pflanzt sich üblicherweise durch den Sprengstoff in typischerweise nur einigen Mikro­ sekunden fort. Die Zündung und Verbrennung von mit der La­ dung in Berührung stehendem metallischem Brennstoff ermög­ licht jedoch die Aufrechterhaltung der Druckwelle bis zu mehreren Millisekunden. Der metallische Brennstoff erlaubt daher die Aufrechterhaltung einer bei Zündung der Ladung erzeugten Implosionsdruckwelle auf die genannte Zone oder Schicht, was die Zündung des metallischen Brennstoffs in dieser Zone bzw. Schicht bewirkt und dadurch eine konzen­ trierte innere Quelle der Verbrennung metallischen Brenn­ stoffs schafft, wodurch die Gesamtdruckstoßwirkung der La­ dung vergrößert wird.

Diese Konfiguration hat eine Anzahl von Vorteilen. Die Detonationseigenschaften des Brennstoffs werden durch die Zugabe des Metalls in der genannten Zone bzw. Schicht nicht beeinträchtigt; das Metall wird durch die Implosion hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt, die eine erfolgreiche Zündung der Verbrennung dieses Metalls sicherstellen; und, wenn ein Oxidationsmittel benötigt wird, kann es als sepa­ rate Komponente beigegeben werden, wobei dann der Implo­ sionsprozeß eine Mischung und Reaktion bewirkt, so daß die Notwendigkeit der Herstellung von innig miteinander durch­ mischten Sprengstoff-Brennstoff-Oxidationsmittel-Gemischen vermieden werden kann.

Der metallische Brennstoff des Materials in der genannten Zone bzw. Schicht kann Aluminium sein, zu bevorzugen ist aber ein Metall oder ein Metallgemisch mit höherer Ver­ brennungswärme, beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrerer der Komponenten Bor, Berillium und Lithium. Das metallische Material kann auch aus Magnesium, Titan, Zirconium und Gemischen hiervon ausgewählt werden.

Bor ist als metallischer Brennstoff in der genannten Zone bzw. Schicht zu bevorzugen. Das Bor kann in elementarer Form vorliegen, aber auch in Form einer Legierung oder Ver­ bindung mit anderen Elementen eingesetzt werden. Es kann in Form einer pyrotechnischen Zusammensetzung mit anderen exothermen Materialien Anwendung finden, beispielsweise einem oder mehreren der anderen obengenannten Metalle. Das metallischen Brennstoff enthaltende Material, beispiels­ weise Bor enthaltendes Material, liegt vorzugsweise in Pulverform vor. Dieses kann beispielsweise direkt als Fül­ lung in der Sprengladung angeordnet sein, beispielsweise als pulverisiertes oder gesintertes Bor, oder es kann in einer geeigneten festen Hülle innerhalb der Sprengladung an­ geordnet oder in einem Bindemittel eingebettet sein, bei­ spielsweise einem Kunststoffmaterial, das ein energetisches verbrennbares Bindemittel wie beispielsweise Nitrozellulose sein kann.

Ein Oxidationsmittel, beispielsweise ein anorganisches Nitrat, wie beispielsweise Kaliumnitrat, kann, beispiels­ weise in einer Menge von bis zu 20 Gewichtsprozent, gewünschtenfalls dem den metallischen Brennstoff enthalten­ den Material der Zone bzw. Schicht zugegeben werden.

Ist der metallische Brennstoff Bor, bietet die Erfindung einen besonders vorteilhaften Weg zur Nutzung von Bor als metallischen Brennstoff. Bor ist bekanntermaßen sehr reak­ tionsfreudig und weist eine Langzeitunverträglichkeit mit Sprengstoffen auf und verleiht den Sprengstoffen eine hohe Empfindlichkeit. Außerdem ist es sehr schwierig zu zünden. Infolgedessen braucht Bor nicht als metallischer Brennstoff in inniger Durchmischung mit Sprengstoffen in der gleichen Weise eingesetzt werden, wie pulverisiertes Aluminium in solchen Anwendungsfällen verwendet wird.

Die Erfindung ermöglicht die Bewältigung der eingangs er­ läuterten Probleme bei Verwendung von Bor in Sprengstoffen. Die genannte Zone bzw. Schicht, wenn sie Bor enthält, er­ möglicht die Trennung des Bors vom Sprengstoff. Außerdem ermöglicht die durch Verbrennung des genannten weiteren Materials, das einen metallischen Brennstoff enthält, erzeugte Wärme die Zündung des Bors durch den oben beschrie­ benen Implosionsmechanismus.

Der metallische Brennstoff in dem weiteren metallischen Brennstoff enthaltenden Material ist vorzugsweise Aluminium, beispielsweise in elementarer Form oder in Form von Verbin­ dungen. Der Sprengstoff auf einer oder beiden Seiten der genannten Zone bzw. Schicht kann beispielsweise pulveri­ siertes Aluminium enthalten. Die Ladung kann zweckmäßiger­ weise von einem äußeren Aluminiummantel umschlossen sein.

Beispielsweise besteht eine solche Hülle vorteilhaft aus geschäumtem Aluminium niedriger Dichte.

Der Sprengkörper nach der Erfindung kann jeder beliebigen Sprengmittelart angehören, bei welcher Sprengstoff zur Erzeugung eines Druckstoßes detoniert wird, beispielsweise als Munition in Form von Bomben, Gefechtsköpfen, Granaten, Geschossen, Handgranaten, Minen und dgl.

Je nach Konstruktion und Einsatzmethode kann der Spreng­ körper nach der Erfindung nach Bedarf in der Luft oder unter Wasser detoniert werden. Im allgemeinen brennen metallische Brennstoffe in Luft oder in den Detonations­ produkten oder in Wasser oder Dampf.

Das Material der Sprengladung des Sprengkörpers nach der Erfindung kann irgendein geeigneter an sich bekannter Sprengstoff sein. Beispielsweise kann der Sprengstoff in gegossener, gepreßter, gewalzter oder extrudierter Form vorliegen, ist vorzugsweise aber ein pulverisiertes oder gesintertes Material, das einen feinverteilten metalli­ schen Brennstoff mit oder in Form von Aluminium enthält. Beispielsweise kann das Sprengstoffmaterial eine Zusammen­ setzung aus einem oder mehreren der Materialien TNT (2,4,6- Trinitrotoluen), RDX (Cyclo-1,3,5-Trimethylen-2,4,6-Tri­ nitramin), HMX (Cyclo-1,3,5,7-Tetramethylen-2,4,6,8-Tetra­ nitramin), Ammoniumperchlorat oder Ammoniumnitrat sein, gegebenenfalls zusammen mit anderen Oxidationsmitteln, Bindemitteln, Füllstoffen oder Plastifizierungsmitteln wie beispielsweise Polymeren, Kunststoffen, Wachsen und organischen Flüssigkeiten, wie sie üblicherweise für Spreng­ stoffzubereitungen Anwendung finden.

Vorzugsweise ist die genannte Zone bzw. Schicht als becher­ förmige Struktur innerhalb der Ladung ausgebildet, welche die Ladung in einen inneren und äußeren Bereich unterteilt. Die becherförmige Struktur und die Ladung können innerhalb eines becherförmigen Behälters untergebracht sein. Zweck­ mäßigerweise fällt das äußere Ende der becherartigen Struk­ tur im wesentlichen mit der Außenfläche der inneren und äußeren Bereiche der Ladung innerhalb des Behälters zu­ sammen.

Die inneren und äußeren Bereiche der Ladung können durch einen Ring aus Sprengmaterial gezündet werden, beispiels­ weise durch ein an sich bekanntes Plastikfolienspreng­ material, das auf dem Stirnende der becherförmigen Struk­ tur angeordnet ist und mit den inneren und äußeren Berei­ chen der Ladung Berührung hat. Dieser Sprengmaterialring kann durch eine Reihe von Sprengmaterialbahnen, beispiels­ weise wiederum aus Plastikfoliensprengstoff, gezündet werden, wobei jede dieser Bahnen außerhalb des Behälters verläuft und an jeweils einer von einer Reihe von mit gleichen Umfangsabständen befindlichen Stellen auf dem genannten Ring Berührung hat. Die Bahnen können durch eine übliche Zündtablette gezündet werden, die durch einen angren­ zenden Detonator gezündet werden kann, beispielsweise der bekannten Brückenzünderbauart. Die Tablette und der Deto­ nator können zweckmäßigerweise als Stopfen in einen Hohl­ raum eingesetzt sein, der durch eine Kappe hindurchver­ läuft, die über dem Sprengstoffring und den Sprengstoff­ bahnen sowie dem einen Ende des Behälters aufgesetzt ist.

Der Sprengstoff des Ringes und der Bahnen kann ein bekanntes kunststoffgebundenes Sprengmaterial sein, beispielsweise ein bekanntes Material mit folgenden Bestandteilen:
RDX
PIB (Polyisobutylen)
DEHS (Diäthyl-Hexyl-Sebacat)
und etwa 90 Gewichtsprozent RDX.

Die genannte Sprengstofftablette kann ein bekanntes RDX- Wachs-Gemisch aufweisen, beispielsweise mit 96 Gewichts­ prozent RDX und 4% Wachs.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt

Fig. 1 einen Gefechtskopf nach der Erfin­ dung im Axialschnitt, und

Fig. 2 den Gefechtskopf (mit abgenommener Kappe) in Draufsicht.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, weist der Gefechts­ kopf einen becherförmigen Behälter 1 auf, der einen im wesentlichen zylindrischen Innenraum begrenzt und der aus geschäumtem Aluminium hergestellt ist und ein geschlossenes Ende 3 hat. Der Behälter 1 ist mit einer Ladung 5 aus Spreng­ stoff gefüllt, der ein mit einem metallischen Brennstoff in Form von Aluminiumpulver innig vermischtes Oxidationsmittel enthält. Ein innerhalb des Behälters 1 und der Ladung 5 befindlicher Becher 7 besteht aus einem Material, das Bor enthält, das gegebenenfalls mit einem anderen metallischen Brennstoff wie beispielsweise Zirkonium vermischt ist. Der innere Becher 7 unterteilt die Ladung 5 in einen inneren Teil 5a und einem äußeren Teil 5b. Das offene Ende des inneren Bechers 7 fluchtet im wesentlichen mit der Stirn­ fläche 9 der Ladung 5 am offenen Ende des Behälters 1. Die Stirnfläche 9 befindet sich jedoch innerhalb des Behälters 1. Ein Ring 11 aus Sprengstoffolie befindet sich auf der Stirn­ fläche 9 und überdeckt das äußere Stirnende des Bechers 7 und hat mit der Ladung 5 an deren innerem Teil 5a und derem äußeren Teil 5b Berührung. Eine Reihe von Sprengstoff­ bahnen 13 (in Fig. 2 ebenfalls sichtbar) aus Sprengstoff­ folie verlaufen von einer einzigen Sprengstofftablette 15, die sich außerhalb des Behälters 1 befindet, zu verschie­ denen Stellen des Ringes 11. Die Tablette 15 wird durch einen benachbarten Detonator 17 der Brückenzünderbauart gezündet, der durch einen nicht dargestellten bekannten Zünder ausgelöst werden kann. Die Dicke des Ringes 11 ent­ spricht im wesentlichen dem Überstandsmaß des Behälters 1 über die Stirnfläche 9 der Ladung 5. Ein weiterer Ring 19 ist zwischen dem Ring 11 und dem Behälter 1 angeordnet, um den dazwischen befindlichen Spalt auszufüllen. Schließ­ lich ist eine in Fig. 1 dargestellte, aber in Fig. 2 weg­ gelassene metallene äußere Kappe 21 über den Bahnen 13, den Ringen 11 und 19 und dem offenen Ende des Behälters 1 aufge­ setzt. Die Kappe 21 enthält einen Hohlraum, in welchen die Tablette 15 und der Detonator 17 in zweckmäßiger Weise eingesetzt sind.

Im Betrieb zündet der Detonator 17 die Tablette 15, wodurch eine Initiationsstoßwelle ausgelöst wird, die entlang der Bahnen 13 verläuft und sowohl den inneren Teil 5a als auch den äußeren Teil 5b der Ladung 5 über den Ring 11 im wesent­ lichen gleichzeitig erreicht. Die Zündung der Ladung 5 findet dann statt und erzeugt eine Implosion auf den inneren Becher 7, wobei diese Implosion durch das im Sprengstoff der Ladung 5 enthaltende verbrennende Aluminium und das ebenfalls verbrennende Aluminium des Behälters 1 unterstützt wird. Der innere Becher 7, der als konzentrierte Borquelle wirkt, wird dadurch gezündet und es entsteht eine hochgra­ dig exothermische Verbrennung des Bors, wodurch die Gesamt­ sprengdruckwirkung des Gefechtskopfes verstärkt wird.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann eine Mehrzahl innerer Becher aus oder mit Bor innerhalb der Ladung 5 angeordnet sein, welche die Ladung in mehr als zwei Teile unterteilen. In diesem Fall berührt der Ring aus Sprengstoffolie sämtliche Becher und alle Teile der Ladung.

Claims (21)

1. Sprengkörper mit einer Ladung (5) aus Sprengstoff, weiter mit einer in dem Sprengstoff eingebetteten inneren Zone oder Schicht (7) aus einem Material, das einen metallischen Brennstoff enthält, und mit Mitteln (11, 13, 15, 17) zum Zünden des Sprengstoffs (5a, 5b) beiderseits der Zone oder Schicht (7), wobei der Sprengstoff (5b) auf mindestens einer Seite der Zone bzw. Schicht ein weiteres einen metallischen Brennstoff enthaltendes Material (1) enthält oder damit in Berührung steht.

2. Sprengkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zone bzw. Schicht (7) als Mantel eines zylindrischen Bereiches oder in Form einer Reihe von Elementen vorliegt, die zusammen näherungsweise einen Mantel eines zylindrisches Bereiches bilden, und dadurch die Ladung (5) in einen innerhalb des Mantels liegenden Sprengstoffteil (5a) und einen außerhalb des Mantels liegenden Sprengstoffteil (5b) unterteilt.

3. Sprengkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das weitere Material pulverisierter metalli­ scher Brennstoff ist, der in dem Sprengstoff dispergiert ist und/oder durch einen äußeren Behälter (1) gebildet ist, in welchem die Ladung untergebracht ist und der aus einem einen metallischen Brennstoff enthaltenden Material besteht.

4. Sprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Mehrzahl von in dem Sprengstoff eingebetteten zylindrischen Zonen oder Schichten aufweist.

5. Sprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Brennstoff des Materials der genannten Zone oder Schicht (7) aus einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe Bor, Berillium, Lithium, Magne­ sium, Titan und Zirkonium ausgewählt ist.

6. Sprengkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Brennstoff der genannten Zone oder Schicht (7) Bor in elementarer Form oder in Form einer Legierung oder einer Verbindung mit anderen Elementen auf­ weist.

7. Sprengkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor in Form einer pyrotechnischen Zusammensetzung mit anderen exothermen Materialien vorliegt.

8. Sprengkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor enthaltende Material als Pulver vorliegt.

9. Sprengkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor enthaltende Material in einem Bindemittel ein­ gebettet ist.

10. Sprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem den metallischen Brennstoff ent­ haltenden Material der Zone bzw. Schicht (7) ein Oxidations­ mittel mit einem Anteil bis zu 20 Gewichtsprozent zugegeben ist.

11. Sprengkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel ein anorganisches Nitrat enthält.

12. Sprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Brennstoff des genannten weiteren, metallischen Brennstoff enthaltenden Materials Aluminium ist.

13. Sprengkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstoff auf einer oder beiden Seiten der genannten Zone oder Schicht (7) pulverisiertes Aluminium enthält.

14. Sprengkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung (5) in einem äußeren Aluminiumbehälter (1) untergebracht ist.

15. Sprengkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) aus geschäumtem Aluminium niedriger Dichte besteht.

16. Sprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zone oder Schicht (7) als becherförmige Struktur innerhalb der Ladung angeordnet ist und die Ladung in einen inneren Teil (5b) und einen äußeren Teil (5a) unterteilt.

17. Sprengkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung (5) in einem becherförmigen Behälter (1) untergebracht ist und das offene Stirnende der becherför­ migen Struktur (7) im wesentlichen mit der Stirnfläche (9) der inneren und äußeren Ladungsteile (5a, 5b) am offenen Ende des Behälters fluchtet.

18. Sprengkörper nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Ladungsteile (5a, 5b) durch einen Sprengstoffring (11) gezündet werden, der auf dem Stirnende der becherförmigen Struktur (7) angeordnet ist und mit den inneren und äußeren Ladungsteilen (5a, 5b) Berührung hat.

19. Sprengkörper nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstoffring (11) durch eine Reihe von Spreng­ stoffbahnen (13) gezündet wird, die jeweils außerhalb des Behälters (1) angeordnet ist und jeweils an einer von einer Reihe von mit gegenseitigen Umfangsabständen liegenden Stellen des Sprengstoffrings (11) Berührung haben.

20. Sprengkörper nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengstoffbahnen durch eine gemeinsame Spreng­ stofftablette (15) gezündet werden, die ihrerseits durch einen benachbarten Detonator (17) gezündet wird.

21. Sprengkörper nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Tablette (15) und der Detonator (17) in Form von Stopfen in einer Öffnung einer Kappe (21) eingesetzt sind, die den Sprengstoffring (11) und die Sprengstoffbahnen (13) überdeckend auf das offene Ende der Hülle aufgesetzt ist.