DE4010287C1

DE4010287C1 - Method of detonating explosive - has laser used to impinge on liquid layer which can cavitate

Info

Publication number: DE4010287C1
Application number: DE19904010287
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr. 8067 Petershausen De Schmidt
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-05-16
Anticipated expiration: 2010-03-31

Abstract

In a method of optical detonation of explosures and ignition of propellant charges a pyrotechnic mixtures, a laser beam (3) is directed at a point of impingement through a liquid layer (2), in which one or several cavitationa bubbles (4) are produced at the boundary layer (5) between liquid and explosive. Collapse of the bubbles, in which low pressure exists, produces liquid jets (7) which generate shocks and pressure coupled with high temp. ADVANTAGE - Reduced light energy through use of liquid layer.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum optischen Zünden von Sprengstoffen und zum Anzünden von Treibladungen, Treibsätzen oder pyrotechnichen Gemischen unter Verwendung eines Lasers, dessen Lichtenergie auf den Sprengstoff bzw. den pyrotechnischen Stoff gerichtet wird.The present invention relates to a method for the optical ignition of explosives and for lighting of propellant charges, propellant charges or pyrotechnic mixtures using a laser whose Light energy is aimed at the explosive or the pyrotechnic substance.

Die Auslösung einer Detonation, d. h. die Zündung eines Sprengstoffs erfordert eine Schockwelle, deren Energie ausreicht, um die Detonation auszulösen. Um eine solche Stoßwelle durch Lichtenergie zu erzeugen, muß diese räumlich und zeitlich konzentriert werden; dafür eignet sich insbesonders ein Laser im Pulsbetrieb.Triggering a detonation, i. H. the ignition of a Explosives require a shock wave whose energy sufficient to trigger the detonation. To such a To generate a shock wave by light energy, it must be concentrated in space and time; suitable for this especially a laser in pulse mode.

Zur reproduzierbaren Einleitung eines Abbrandvorgangs, d. h. der Anzündung eines pyrotechnischen Stoffes, muß eine ausreichende Menge dieses Stoffes auf eine kritische Temperatur gebracht werden. Auch hierfür eignet sich ein Laser im Pulsbetrieb.For the reproducible initiation of a burning process, d. H. the ignition of a pyrotechnic substance a sufficient amount of this substance on one critical temperature are brought. For this too a laser in pulse mode is suitable.

Grundsätzlich ergeben sich aus der Verwendung von Lichtenergie, die mit Hilfe von Lasern erzeugt und auf den Sprengstoff bzw. den pyrotechnischen Stoff gerichtet wird, erhebliche Vorteile, die darin zu sehen sind, daß die Lichtenergie unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Einflüssen ist, daß eine direkte Zündung von Sekundärsprengstoffen erreicht werden kann, ohne daß dazu Primärsprengstoffe verwendet werden müssen bzw. der pyrotechnische Stoff unmittelbar angezündet werden kann, ohne daß elektrische Zünder erforderlich sind, und daß der dazu erforderliche Aufbau besonders einfach und zuverlässig ist. Dem steht allerdings der Nachteil gegenüber, daß bisher energiereiche Laser erforderlich waren, um die notwendige Lichtenergie aufzubringen.Basically, the use of Light energy generated with the help of lasers and on directed the explosive or the pyrotechnic substance will have significant advantages, which can be seen in the fact that the light energy insensitive to electromagnetic influences is that direct Ignition of secondary explosives can be achieved without the need to use primary explosives or the pyrotechnic substance ignited immediately can be made without the need for electrical detonators are, and that the structure required for this is special is simple and reliable. However, that stands Disadvantage compared to previously high-energy lasers were required to apply the necessary light energy.

Die DE-OS 38 38 896 beschreibt ein durch einen Laserimpuls initiierbares Zünd-/Anzündelement, wobei in einer Hülse ein Explosivstoff mit einer Lichtkoppeleinrichtung angeordnet ist, und zwischen der Lichtkoppeleinrichtung und dem Explosivstoff in thermischem Kontakt mit diesem eine lichtabsorbierende Schicht vorhanden ist, d. h. eine Schicht, welche die verwendete Laserwellenlänge stark absorbiert, so daß die Schicht wie ein thermischer Zwischenspeicher wirkt, der etwa 70% der eingestrahlten optischen Energie absorbiert. Im Falle der Verwendung von Lasern im Pulsbetrieb bewirken die mit der Absorption verbundenen Energieumwandlungsprozesse eine erhebliche zeitliche Dehnung des Impulses, wobei dieser längere Impuls die Initiierung von vielen Explosivstoffen verbessert, so daß die erforderliche Laserenergie zur erfolgreichen Initiierung verringert werden kann. Die hierfür verwendete lichtabsorbieren de Schicht besteht in erster Linie aus Metallen, Metallverbindungen, wie Oxide, Boride, Fluoride, Nitride, Carbide, Silicide, Telluride, sowie aus Farbstoffen, die in einer Schichtdicke von etwa 0,05 bis 5 um als Festschicht aufgebracht werden.DE-OS 38 38 896 describes a laser pulse initiable ignition / ignition element, being in a sleeve Explosive is arranged with a light coupling device, and between the light coupling device and the explosive in thermal contact with this a light absorbing layer is present, d. H. a layer that used the Laser wavelength strongly absorbed, so that the layer like a thermal buffer, which affects about 70% of the radiated optical energy absorbed. In case of The use of lasers in pulse mode causes the with Absorption related energy conversion processes considerable temporal expansion of the pulse, this longer Impulse improves the initiation of many explosives, so that the laser energy required for successful initiation can be reduced. Absorb the light used for this de layer consists primarily of metals, Metal compounds, such as oxides, borides, fluorides, nitrides, Carbides, silicides, tellurides, as well as dyes, which in a layer thickness of about 0.05 to 5 µm as a solid layer be applied.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum optischen Zünden von Sprengstoffen und zum Anzünden von Treibladungen, Treibsätzen oder pyrotechnischen Gemischen zu schaffen, das mit einer erheblich geringeren Lichtenergie als bisher bekannt auskommt, um eine zuverlässige Zündung bzw. Anzündung zu gewährleisten, so daß ein derartiges Zündsystem in das zu zündende Geschoß integriert werden kann, bzw. ein derartiges Anzündsystem mit dem anzuzündenden pyrotechnischen Stoff zusammengebaut werden kann. The object of the present invention is to provide a method for optical ignition of explosives and for lighting Propellant charges, propellant charges or pyrotechnic mixtures create that with a significantly lower light energy than hitherto known needs reliable ignition or To ensure ignition, so that such an ignition system in the projectile to be ignited can be integrated, or a such ignition system with the pyrotechnic to be ignited Fabric can be assembled.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß auf der Auftrefffläche der Lichtenergie auf dem Sprengstoff bzw. dem pyrotechnischen Stoff eine Flüssigkeitsschicht angeordnet wird, die derart beschaffen ist, daß beim Auftreffen der Lichtenergie Kavitationsblasen an der Trennfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Sprengstoff bzw. dem pyrotechnischen Stoff erzeugt werden, die anschließend kollabieren, wobei schnelle Flüssigkeitsstrahlen entstehen, die zusätzlich zu dem primären Expansionsschock hohe mechanische Kräfte und Temperaturen in den Sprengstoff bzw. den pyrotechnichen Stoff einleiten und ihn dadurch zünden bzw. anzünden.Based on a method of the type mentioned at the beginning Solution to this problem suggested that on the impact surface the light energy on the explosive or the pyrotechnic A liquid layer is arranged in such a way is that when the light energy strikes Cavitation bubbles at the interface between the liquid and the explosive or the pyrotechnic substance which then collapse, with rapid Jets of liquid arise that are in addition to the primary Expansion shock high mechanical forces and temperatures in the Introduce explosives or the pyrotechnic substance and him thereby ignite or ignite.

Als kavitationsblasenbildende Flüssigkeiten eignen sich insbesondere leicht siedende Kohlenwasserstoffe sowie Wasser-Salz-Lösungen und Wasser-Öl-Emulsionen mit niedrigen Dampfdrucken. Are suitable as cavitation bubble-forming liquids especially low-boiling hydrocarbons as well Water-salt solutions and water-oil emulsions with low Steam printing.

Vorteilhafterweise wird die Flüssigkeit mit einer Schichtdicke von 0,5 bis 5 mm auf der Oberfläche des Sprengstoffs bzw. des pyrotechnischen Stoffs aufgebracht. Als Laser kann ein im Pulsbetrieb arbeitender Diodenlaser geringer Leistung verwendet werden, während vorzugsweise die vom Laser ausgesandte Lichtenergie mittels eines Lichtleiters der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Sprengstoffs bzw. des pyrotechnischen Stoffs zugeführt wird.The liquid is advantageously mixed with a Layer thickness of 0.5 to 5 mm on the surface of the Explosive or pyrotechnic substance upset. A laser can be used in pulsed mode working low power diode laser used be, while preferably that emitted by the laser Light energy by means of a light guide of the liquid on the surface of the explosive or pyrotechnic substance is supplied.

In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel können dem Laser mehrere Lichtleiter und damit mehrere Sprengstoffe bzw. pyrotechnische Stoffe zugeordnet werden.In another advantageous embodiment can the laser more light guides and thus more Explosives or pyrotechnic substances assigned will.

Bei der Zündung von Sprengstoffen bzw. der Anzündung von pyrotechnischen Stoffen, wie Treibsätzen, Treibladungen oder pyrotechnichen Gemischen mit Hilfe von Lasern geringer Energie unter Verwendung von Flüssigkeiten, welche Kavitationsblasen bilden, kann auf Primärsprengstoffe bzw. elektrische Anzünder verzichtet werden, so daß einfache Konfigurationen mit hoher Funktionssicherheit erzielbar sind. Insbesondere bei Verwendung von Diodenlasern wird der Vorteil einer Verringerung des baulichen Aufwands erzielt, so daß deartige Zündsysteme direkt in ein abzufeuerndes Geschoß eingebaut werden konnen. Bei Verwendung von stationären Lasern hingegen, deren Energie bisher ausreichte, ein einziges Geschoß zu zünden bzw. einen einzigen pyrotechnischen Stoff anzuzünden, können nunmehr mehrere Geschosse bzw. pyrotechnische Stoffe mit einem einzigen Laser unter Verwendung mehrerer Lichtleiter gleichzeitig gezündet bzw. angezündet werden. When detonating explosives or igniting pyrotechnic substances, such as propellant charges, propellant charges or pyrotechnic Mixing with the help of lasers less Energy using liquids which Cavitation bubbles can form on primary explosives or electrical igniters are dispensed with, so that simple configurations with high functional reliability are achievable. Especially when using Diode lasers will take advantage of reducing the structural effort achieved, so that such ignition systems can be built directly into a projectile to be fired can. However, when using stationary lasers, whose energy so far was sufficient to close a single storey ignite or a single pyrotechnic substance can ignite, several floors or pyrotechnic substances with a single laser under Fired using multiple light guides at the same time or ignited.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist.In the following the invention with reference to the drawing explained in more detail in an advantageous Embodiment is shown.

In der einzigen Figur ist mit 1 ein Sprengstoff bezeichnet, der durch einen auf seine Oberfläche gerichteten Laserstrahl 3 gezündet werden soll, der von einem nicht dargestellten Laser stammt. Dieser Laser kann ein Diodenlaser geringer Leistung sein, dessen Lichtenergie alleine nicht ausreichen würde, eine ausreichend starke Stoßwelle beim Auftreffen auf die Oberfläche des Sprengstoffes 1 zu erzeugen, um dessen Zündung auszulösen.In the single figure, 1 denotes an explosive which is to be ignited by a laser beam 3 directed at its surface, which comes from a laser, not shown. This laser can be a low-power diode laser, the light energy of which alone would not be sufficient to generate a sufficiently strong shock wave when it hits the surface of the explosive 1 in order to trigger its ignition.

Erfindungsgemäß ist nun auf der Auftreffstelle des Laserstrahls 3, d. h. auf der Oberfläche des Sprengstoffs 1, welche dem auftreffenden Laserstrahl 3 zugewandt ist, eine Flüssigkeitsschicht 2 vorgesehen, die vom Laserstrahl durchsetzt wird. Dieser erzeugt nun in der Flüssigkeit 2 an der Grenzschicht 5 zwischen der Flüssigkeit 2 und dem Sprengstoff 1 eine oder mehrere Kavitationsblasen 4, in derem Inneren ein Unterdruck entsteht, worauf diese kollabieren und einen oder mehrere gegen die Oberfläche des Sprengstoffs 1 gerichtete schnelle Flüssigkeitsstrahlen 7 erzeugen, durch welche zusätzlich zu dem primären Expansionsschock ein hoher mechanischer Druck sowie eine hohe Temperatur an der Stelle 6 in Richtung des Pfeiles 8 in den Sprengstoff 1 eingekoppelt werden. Diese Umwandlung der Laserstrahlung in mechanische und thermische Energie in Form der schnellen Flüssigkeitsstrahlen 7 reicht aus, um den Sprengstoff 1 zu zünden, wie es durch 9 angedeutet ist. Anstelle eines Sprengstoffs 1 kann selbstverständlich auch ein pyrotechnischer Stoff, z. B. ein Treibsatz oder eine Treibladung, verwendet werden, die dann durch die Flüssigkeitsschicht 2 und einen Laserstrahl 3, der allein zum Anzünden nicht ausreichen würde, aufgrund der Kavitationsblasen 4 und der dabei entstehenden schnellen Flüssigkeitsstrahlen 7 angezündet werden. Die hierbei in den pyrotechnichen Stoff bei 6 eingekoppelten hohen Temperaturen in der Größenordnung von 5000 bis 7000°K reichen aus, eine ausreichende Menge des pyrotechnischen Stoffes auf die kritische Temperatur zu bringen, so daß dessen Anzündung gewährleistet ist.According to the invention, a liquid layer 2 is now provided on the point of impact of the laser beam 3 , ie on the surface of the explosive 1 which faces the impinging laser beam 3 , and the laser beam passes through it. This now creates one or more cavitation bubbles 4 in the liquid 2 at the boundary layer 5 between the liquid 2 and the explosive 1 , in the interior of which a negative pressure is created, whereupon they collapse and generate one or more fast liquid jets 7 directed against the surface of the explosive 1 , by means of which, in addition to the primary expansion shock, a high mechanical pressure and a high temperature are coupled into the explosive 1 at the point 6 in the direction of the arrow 8 . This conversion of the laser radiation into mechanical and thermal energy in the form of the rapid liquid jets 7 is sufficient to ignite the explosive 1 , as is indicated by 9 . Instead of an explosive 1 can of course also a pyrotechnic substance, for. B. a propellant charge or a propellant charge are used, which are then ignited by the liquid layer 2 and a laser beam 3 , which would not be sufficient for lighting alone, due to the cavitation bubbles 4 and the resulting rapid liquid jets 7 . The high temperatures in the range of 5000 to 7000 ° K coupled into the pyrotechnic substance at 6 are sufficient to bring a sufficient amount of the pyrotechnic substance to the critical temperature so that its ignition is ensured.

Für die Flüssigkeit 2 eignen sich insbesondere leicht siedende Kohlenwasserstoffe oder Wasser-Salz-Lösungen und Wasser-Öl-Emulsionen mit niedrigen Dampfdrucken, in denen auch ein Lichtstrahl geringer Energie Kavitationsblasen erzeugen kann.Low-boiling hydrocarbons or water-salt solutions and water-oil emulsions with low vapor pressures are particularly suitable for the liquid 2 , in which even a light beam of low energy can produce cavitation bubbles.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem verwendeten Laser z. B. einem Diodenlaser und der Auftreffstelle auf der Oberfläche des Sprengstoffs bzw. des pyrotechnischen Stoffes ein Lichtleiter eingesetzt wird, der es ermöglicht, den Lichtstrahl auf eine geeignete Stelle zu lenken, auf der ohne Schwierigkeiten die Flüssigkeitsschicht in einer Stärke von vorzugsweise von 0,5 bis 5 mm aufgebracht wird. Sollen hingegen mehrere Sprengstoffe gleichzeitig gezündet werden, wie es z. B. im Bergbau erforderlich sein kann, bzw. mehrere pyrotechnische Stoffe gleichzeitig angezündet werden, so empfiehlt sich ein im Abstand zu den Stoffen angeordneter stationärer Laser, von dem aus mehrere Lichtwellenleiter zu den einzelnen Stoffen führen, wobei auch hier aufgrund der Kavitationsblasenbildung eine geringere Energie zur Zündung bzw. Anzündung ausreicht, so daß ein Laser, dessen Energie bisher ausreichte, um einen Sprengstoff zu zünden, bzw. einen pyrotechnischen Stoff anzuzünden, für mehrere gleichzeitig ablaufende Zünd- bzw. Anzündvorgänge einsetzbar ist.It is particularly advantageous if between the used laser z. B. a diode laser and Impact point on the surface of the explosive or an optical fiber is used for the pyrotechnic substance which enables the light beam to be directed onto a appropriate place to steer on the without difficulty the liquid layer in a thickness of preferably from 0.5 to 5 mm is applied. Should, however several explosives are detonated at the same time, such as it z. B. may be required in mining, or several pyrotechnic substances are lit simultaneously, so a distance from the fabrics is recommended arranged stationary laser, from which several Fiber optics lead to the individual substances, whereby here too due to the formation of cavitation bubbles lower energy is sufficient for ignition or ignition, so that a laser, the energy of which was previously sufficient to detonate an explosive or a pyrotechnic Ignite fabric for several that run simultaneously Ignition or ignition processes can be used.

Claims

1. A method for optically igniting explosives and for igniting propellant charges, propellant charges or pyrotechnic mixtures using a laser, the light energy of which is directed onto the explosive or the pyrotechnic substance, characterized in that between the impact surface of the light energy on the explosive or a layer of liquid is arranged on the pyrotechnic substance, which is such that cavitation bubbles are generated at the interface between the liquid and the explosive or the pyrotechnic substance when the light energy strikes, which then collapse, producing rapid liquid jets that are in addition to the primary one Expansion shock introduce high mechanical forces and temperatures into the explosive or pyrotechnic substance and thereby ignite or ignite it.

2. The method according to claim 1, characterized characterized that as cavitation bubbles Liquid is a low-boiling hydrocarbon is used.

3. The method according to claim 1, characterized characterized that as cavitation bubbles Liquid a water-salt solution is used.

4. The method according to claim 1, characterized characterized that as cavitation bubbles Liquid a water-oil emulsion is used.

5. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the liquid with a layer thickness of 0.5 to 5 mm on the Surface of the explosive or the pyrotechnic Fabric is applied.

6. The method according to claim 1, characterized in that that as a laser a pulsed diode laser low power is used.

7. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the laser emitted light energy by means of a Optical fiber of the liquid is supplied.

8. The method according to claims 1 to 5, characterized characterized in that the laser several light guides and thus several explosives or pyrotechnic substances be assigned.