DE60214912T2

DE60214912T2 - Explosive Splittermunition

Info

Publication number: DE60214912T2
Application number: DE60214912T
Authority: DE
Inventors: Serge Lecume
Original assignee: SNPE Materiaux Energetiques SA
Current assignee: Safran Ceramics SA
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2022-01-12
Also published as: ATE340986T1; DE60214912D1; DK1225416T3; IL147548A0; US6615738B2; CA2367299A1; EP1225416A1; ES2272646T3; US20020096080A1; NO20020245D0; FR2819883B1; FR2819883A1; EP1225416B1; PT1225416E; NO320817B1; IL147548A; CA2367299C; NO20020245L

Description

Die vorliegende Erfindung fällt in das militärische Gebiet, insbesondere in das Gebiet der explosiven Splittermunitionen, wie vor allem Bomben, mit oder ohne kontrollierter) Splitterung, die beispielsweise für Antipisten-, Antibunker- oder Antifahrzeug-Operationen (Schiffe, Panzer, Panzerwagen, etc.) bestimmt sind.
Explosive Splittermunitionen umfassen im allgemeinen eine vorfragmentierte oder nicht vorfragmentierte Metallhülle, die eine Sprengladung enthält.
Bei der Detonation der Ladung zerspringt die Hülle unter Bildung von Splittern, deren zerstörerische Wirkungen gewünscht sind. Diese Wirkungen sind um so stärker, je höher die Geschwindigkeit der Splitter ist.
Es ist wohl bekannt, diese Geschwindigkeit unter Verwendung von leistungsfähigeren Sprengstoffen zu erhöhen, jedoch erweisen sich diese als kostspieliger und anfälliger, also als gefährlicher zu handhaben und zu lagern.
Der Fachmann ist also permanent darum bemüht, die Leistungsfähigkeit explosiver Splittermunitionen und insbesondere von Bomben zu verbessern, für eine gegebene Sprengladung nach neuen Konzepten, insbesondere Architekturkonzepten zu suchen, die ermöglichen die Geschwindigkeit der erhaltenen Splitter zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine solche Lösung vor.
Ihre Aufgabe besteht in einem neuartigen explosiven Splittermunitionselement, das folgendes umfaßt:

– eine Hülle, vorzugsweise aus Metall, die geeignet ist, Splitter zu erzeugen und die eine Rotationsachse aufweist,
– eine Sprengladung, die in der Hülle enthalten und von dieser bedeckt, d.h. von der Hülle ummantelt ist und die die gleiche Rotationsachse wie die Hülle aufweist und eine Ausnehmung in Form eines zylindrischen Kanals umfaßt, dessen Mantellinien parallel zur Rotationsachse der Sprengladung verlaufen,
– ein einziges Mittel zum Zünden der Sprengladung.

Dieses neuartige Munitionselement gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das einzige Zündmittel ein Mittel für ein umfangseitiges und punktuelles, d.h. in einem einzigen Punkt auf der Rotationsfläche der Sprengladung lokalisiertes Zünden ist.
Unter „einziges" Zündmittel ist normalerweise zu verstehen, daß die Sprengladung kein weiteres Zündmittel umfaßt.
Unter „Rotationsfläche" ist herkömmlicherweise eine Fläche zu verstehen, die durch Rotation einer (erzeugenden) Kurve um eine feste Gerade (Rotationsachse) erzeugt wird.
Unter „Mantellinien" des zylindrischen Kanals ist herkömmlicherweise die Gesamtheit der parallelen Geraden zu verstehen, die sich an einer einen Zylinder definierenden, geschlossenen, ebenen Kurve (Leitkurve) abstützen.
Dieses neuartige erfindungsgemäße Architekturkonzept soll nicht streng mathematisch ausgelegt werden. Der Kanal kann insbesondere nur zylindroid und die Mantellinien können nur annähernd parallel zur Rotationsachse der Ladung sein, die ihrerseits nicht streng rotationssymmetrisch sein kann.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Konzepte zur Zündung von explosiven Splittermunitionen beschrieben.
Das Patent FR 2.778.978 beschreibt beispielsweise ein Splitter-Artilleriegeschoß, das eine in einer Hülle enthaltene Sprengladung umfaßt. Das Zünden der Ladung erfolgt entweder mittig in der Sprengladung oder bodenseitig.
Das Patent FR 2.748.102 beschreibt eine Splittermunition, deren Sprengladung einen zentralen, zylindrischen Kanal aufweist, in dem das Mittel zum Zünden der Ladung untergebracht ist.
Das Patent GB 2 318 631 beschreibt ein zylindrisches, explosives Munitionselement, das im wesentlichen einerseits aus einer ringförmigen, hohlen Stahlwand, in die eine Sprengladung eingebettet ist, und andererseits aus einem System zur Mehrpunktzündung der Sprengladung besteht.
Das Patent FR 2.679.640 beschreibt eine Mehrpunktzündungseinrichtung, die dazu bestimmt ist, einen Detonationswellenformer für die gebildeten Ladungen oder Splitterladungen zu bilden.
Die Sprengladung umfaßt keine Ausnehmung in Form eines zylindrischen Kanals.
Das Patent US 4.579.059 , das eine Grundlage für die Ansprüche 1 und 9 bildet, beschreibt ein röhrenförmiges Splittergeschoß, dessen Hohlwand eine ringförmige Kammer begrenzt, die eine Sprengladung enthält, die somit vollständig in der Röhre versenkt ist.
Darüber hinaus befindet sich das Mittel zum Zünden der Ladung im Bereich einer Seitenfläche dieser Ladung und nicht an deren Umfang.
Das vorgenannte erfindungsgemäße Architekturkonzept ist folglich seitens des Fachmannes nicht bekannt. Es ermöglicht, in unerwarteter und besonders einfacher und kostengünstiger Weise die Geschwindigkeit der erhaltenen Splitter bei einer gegebenen Sprengladung erheblich zu erhöhen, ohne die mit der Handhabung und der Lagerung verbundenen pyrotechnischen Risiken zu vergrößern.
Nach einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung weisen die Rotationshülle, welche geeignet ist, Splitter zu erzeugen, und die Rotationssprengladung, die sie umschließt, eine Zylinder- oder Spitzbogenform auf. Als Beispiele für weitere Rotationsformen können die Kegelform und die Kegelstumpfform genannt werden.
Gemäß der Erfindung soll der Begriff „punktuell" oder „Punkt" nicht streng mathematisch ausgelegt werden. In der Praxis bedeutet dieser Begriff eine geringe Fläche, die im Vergleich zur Gesamtrotationsfläche der Ladung an einen Punkt angleichbar ist. Ein übliches Zündmittel, das einen Sprengzünder und ein zylindrisches Relais aus Sprengstoff vom Typ Hexogen-Wachs mit einem Durchmesser von 10 mm, welches mit dem Umfang einer Ladung mit einem Durchmesser von 150 mm und einer Länge von 100 mm in Kontakt ist, umfaßt, ermöglicht, ein umfangseitiges, punktuelles Zünden im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Das Abfeuern eines Stahlkerngeschosses stellt ein weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäßes Mittel zum punktuellen Zünden dar.
Im allgemeinen kann jedes übliche, seitens des Fachmannes wohl bekannte Zündmittel, insbesondere können Zündungssysteme mit Sprengstoff-Booster oder mit Schußelement verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann der Übergang zur Detonation nach der Zündung vom Typ Shock-to-Detonation-Transition (SDT) oder vom Typ Übergang zur verzögerten Detonation, auch als „unbekannter" Übergang zur Detonation (X Detonation Transition, XDT) bezeichnet, sein. Diese 2 Mechanismen des Übergangs zur Detonation sind seitens des Fachmannes wohl bekannt.
Nach dem SDT-Übergang erzeugt die Zündung eine Stoßwelle, deren Pegel hinsichtlich Druck und Haltedauer über der Detonationsfähigkeitsschwelle des energetischen Materials liegt, die ein Merkmal dieses Materials ist.
Nach dem XDT-Übergang, dessen Dauer wesentlich länger ist, erzeugt die Zündung eine Stoßwelle, deren Pegel hinsichtlich Druck und Haltedauer unter der vorgenannten SDT-Funktionsschwelle liegt. Diese reaktionsträge Stoßwelle beschädigt das Material physisch und gelangt anschließend, nach der Reflexion an der Wand der Munition und in Kombination mit einer weiteren Welle, unter Überdruck zurück auf das beschädigte Material, wodurch dessen chemische Zersetzung sowie dessen Detonation bewirkt wird.
Der Fachmann versteht es, durch Berechnung oder Experimentieren ein Zündmittel zu wählen, das ermöglicht, für eine gegebene Sprengladung einen Übergang zur Detonation vom Typ SDT oder vom Typ XDT zu erzielen.
Nach einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist das einzige Zündmittel derart, daß es einen XDT-Übergang dadurch bewirken kann, daß eine Stoßwelle erzeugt wird, deren Pegel hinsichtlich Druck und Haltedauer unter der Detonationsfähigkeitsschwelle der Sprengladung (SDT-Funktionsschwelle) liegt.
Besonders unerwartet hat man festgestellt, daß diese Variante ermöglichte, die Geschwindigkeit der erzielten Splitter im Vergleich zu der Zündungsvariante mit Übergang zur Detonation vom Typ SDT weiter zu erhöhen.
Nach einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung ist die Ausnehmung in Form eines zylindrischen Kanals derart zentral in der Ladung positioniert, daß die Rotationsachse der Sprengladung die Ausnehmung durchquert.
Nach einer weiteren bevorzugten Variante ist der Querschnitt des die Ausnehmung bildenden zylindrischen Kanals kreisförmig, elliptisch, quadratisch, rechteckig, trapezförmig, polygonal oder sternförmig.
In besonders bevorzugter Weise ist die Ausnehmung ein zylindrischer Rotationskanal, d.h. daß sein Querschnitt kreisförmig ist, dessen Achse exakt oder annähernd mit der Rotationsachse der Sprengladung zusammenfällt.
Das Verhältnis des Querschnitts der Sprengladung zu dem Querschnitt der Ausnehmung liegt vorzugsweise und im allgemeinen zwischen 5 und 100.
Die Ausnehmung in Form eines zylindrischen Kanals kann die Sprengladung durchdringen, d.h. 2 Öffnungen aufweisen, was bevorzugt ist, sie kann jedoch auch nur eine einzige Öffnung, bodenseitig oder vorderseitig der Ladung, oder aber keine Öffnung aufweisen, d.h. daß sie dann in der Ladung eingeschlossen ist.
Die Ausnehmung in der Sprengladung enthält vorzugsweise keinerlei Material, d.h. daß sie lediglich Luft oder ein beliebiges Gas enthält; sie kann jedoch auch wenigstens teilweise ein inertes Material niedriger Dichte enthalten.
Unter „niedriger" Dichte ist eine Dichte zu verstehen, die deutlich unter der Dichte des die Sprengladung bildenden energetischen Materials liegt, d.h. die weniger als etwa 70% der Dichte des energetischen Materials beträgt.
Als Beispiele für derartige inerte Materialien niedriger Dichte können Schaumstoffe und Gummis mit einer Dichte zwischen etwa 0,1 g/cm³ und ca. 1,3 g/cm³ genannt werden.
Erfindungsgemäß kann der die Ladung bildende Sprengstoff jeder Sprengstoff sein, der seitens des Fachmannes auf dem Gebiet der Splittermunitionen wohl bekannt ist. Dieser Sprengstoff ist im allgemeinen und vorzugsweise ein Feststoff, er kann aber auch beispielsweise eine viskose Flüssigkeit sein. In diesem Fall muß die Ausnehmung in Form eines zylindrischen Kanals selbstverständlich durch eine feste Hülle, beispielsweise aus Metall, ausgebildet sein.
Als feste Sprengstoffe werden insbesondere Verbundsprengstoffe bevorzugt, d.h. Sprengstoffe, die aus explosiven Zusammensetzungen mit plastischem Bindemittel erhalten werden, die durch Gießen, anschließend Polymerisation verarbeitet werden und die aus einem beladenen plastischen Bindemittel bestehen, das wenigstens eine organische, nitrierte Sprengladung, wie Hexogen oder Octogen enthält.
Als Beispiele für weitere feste Sprengstoffe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung gut geeignet sind, können gegossene, geschmolzene Sprengstoffe, wie diejenigen auf TNT-Basis (Hexolite, Oktolite, etc.) sowie durch Verdichten verarbeitete Sprengstoffe mit plastischem Bindemittel genannt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, das ermöglicht, die Geschwindigkeit der bei der Detonation eines explosiven Splittermunitionselements erhaltenen Splitter zu erhöhen; dieses umfaßt:

– eine Hülle, die geeignet ist, Splitter zu erzeugen und die eine Rotationsachse aufweist,
– eine von der Hülle ummantelte Sprengladung, welche die gleiche Rotationsachse wie die Hülle aufweist und die eine Ausnehmung in Form eines zylindrischen Kanals umfaßt, dessen Mantellinien parallel zur Rotationsachse der Sprengladung verlaufen.

Dieses erfindungsgemäße neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Detonation aus einer Zündung der Sprengladung resultiert, die einzig auf den Umfang der Sprengladung örtlich begrenzt und punktuell ist.
In bevorzugter Weise ist das Zündmittel nach diesem neuen Verfahren derart, daß es einen Übergang zu einer Detonation vom Typ XDT bewirkt, d.h. daß die Zündung der Sprengladung eine Stoßwelle erzeugt, deren Pegel hinsichtlich Druck und Haltedauer unter der Detonationsfähigkeitsschwelle der Sprengladung liegt.
Die beiliegende 1 zeigt einen schematischen Schnitt eines erfindungsgemäßen explosiven Splittermunitionselements.
Bei der schematisch dargestellten Ausführung nach 1 umfaßt das Munitionselement:

– eine zylindrische, volle Metallhülle 1, die geeignet ist, Splitter zu erzeugen, und eine Rotationsachse 2 aufweist,
– eine Sprengladung 3, die in der Hülle 1 enthalten und von der Hülle 1 bedeckt ist; diese Sprengladung 3 ist folglich zylindrisch und besitzt die gleiche Rotationsachse 2 wie die Hülle 1; die Sprengladung 3 umfaßt über ihre gesamte Länge eine Ausnehmung 5 in Form eines zylindrischen Kanals, dessen Mantellinien 6, 7 parallel zur Rotationsachse 2 der Sprengladung 3 verlaufen und dessen Wand von der Sprengladung 3 gebildet ist; die Ausnehmung 5, welche die Sprengladung 3 durchdringt, ist ein zylindrischer Rotationskanal, dessen Achse mit der Rotationsachse 2 der Sprengladung 3 zusammenfällt;
– ein einziges Mittel 4 zum Zünden der Sprengladung 3, das ermöglicht, ein umfangseitiges Zünden der Ladung in einem einzigen Punkt zu gewährleisten.

Eine Versuchsvorrichtung 9, welche in 1 nicht im Detail dargestellt und seitens des Fachmannes wohl bekannt ist, ermöglicht, mit Hilfe einer Streak-Kamera die Phänomene und Wirkungen sichtbar zu machen, die nach dem Zünden der Ladung erzeugt werden, und insbesondere die Art des Übergangs zur Detonation sowie die Geschwindigkeit der erzielten Splitter zu bestimmen. Die Achse des Spaltes befindet sich annähernd in der Zündungsachse 10, auf der der Zündung gegenüberliegenden Seite bezogen auf das Munitionselement.
Die nachfolgenden, nicht einschränkend zu verstehenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung sowie die durch sie erbrachten Vorteile.
Beispiel 1
Es wurde ein explosives Splittermunitionselement wie in 1 schematisch dargestellt, mit einer Länge von 100 mm hergestellt.
Die Hülle 1 ist glatt, besteht aus Stahl und weist eine Dicke von 1,5 mm auf.
Der Außendurchmesser der Sprengladung 3 beträgt 150 mm.
Der Durchmesser der Ausnehmung 5 beträgt 50 mm.
Das die Sprengladung 3 bildende energetische Material ist ein Verbundsprengstoff, bestehend aus 55 Gew.-% Octogen, 12 Gew.-% Ammoniumperchlorat, 3 Gew.-% Aluminium und 30 Gew.-% einer energetischen, vernetzten Polymermatrix, erhalten durch Polymerisation, mittels Biuret-Trihexan-Isocyanat (BTHI), eines Diethylenglykol-Polyadipats in Anwesenheit eines energetischen Weichmachers, welcher aus einer Mischung aus Nitroglycerin und Butantriol-Trinitrat besteht.
Die Ausnehmung 5 wird herkömmlicherweise mit Hilfe eines zentralen Kerns erhalten, die vor dem Vergießen der nicht polymerisierten explosiven Zusammensetzung in der Form positioniert wird.
Das Zündmittel 4 umfaßt einen üblichen, seitens des Fachmannes wohl bekannten Hochspannungszünder sowie ein zylindrisches Hexogen-Wachs-Relais (95% Hexogen und 5% Wachs) mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Höhe von 10 mm, das dank einer Perforierung mit entsprechendem Durchmesser in der Hülle 1 gut mit der Rotationsfläche der Sprengladung 3 in Kontakt ist.
Nach dem Zünden konnte mit Hilfe der Versuchsvorrichtung 9 folgendes festgestellt werden:

– Ein Übergangsmechanismus zur Detonation vom Typ SDT.
– Eine quasi hemisphärische Ausdehnung der Stahlhülle 1.
– Eine Geschwindigkeit des Abhebens der Hülle 1 in Abhängigkeit der Zeit, die im Bereich der Mantellinie 11 gemessen wird, welche der Mantellinie 8 gegenüberliegt, an der die Zündung erfolgt, und die ermöglicht, eine Anfangsgeschwindigkeit der Splitter von 2870 m/s abzuleiten.

Beispiel 2
Es wurde ein explosives Splittermunitionselement hergestellt, das mit demjenigen des Beispiels 1 identisch ist, jedoch ohne Zünder, ohne sein Hexogen-Wachs-Relais und ohne die entsprechende Perforierung der Hülle 1. Durch Abfeuern eines Stahlkerngeschosses vom Typ PF1 mit einem Durchmesser von 12,7 mm zum Umfang der Hülle 1, und zwar mit der Geschwindigkeit von 1000 m/s und mit einem Abfeuerwinkeln von 90° gegenüber der Berührungsebene des Einschlagpunktes, d.h. entlang der Zündungsachse 10 auf der der Versuchsvorrichtung 9 gegenüberliegenden Seite bezogen auf das Munitionselement, wurde eine umfangseitige Zündung der Sprengladung erzielt.
Dieses Stahlkerngeschoß stellt das einzige Zündmittel 4 gemäß der Erfindung und 1 dar.
Mit Hilfe der Versuchsvorrichtung 9 wurde folgendes festgestellt: Ein Übergangsmechanismus zur Detonation vom Typ XTD, eine Ausdehnung der Hülle 1, die mit der bei Beispiel 1 beobachteten Ausdehnung qualitativ identisch, jedoch quantitativ größer ist, da die Kurve der Geschwindigkeit des Abhebens der Hülle in Abhängigkeit der Zeit ermöglicht, eine Anfangsgeschwindigkeit der Splitter von 3370 m/s abzuleiten.

Claims

Explosives Splittermunitionselement umfassend: – eine Hülle (1), die geeignet ist, Splitter zu erzeugen und die eine Rotationsachse (2) aufweist, – eine von der Hülle (1) ummantelte Sprengladung (3), welche die gleiche Rotationsachse (2) wie die Hülle (1) aufweist und eine Ausnehmung (5) in Form eines zylindrischen Kanals umfaßt, dessen Mantellinien (6, 7) parallel zur Rotationsachse (2) der Sprengladung (3) verlaufen, – ein einziges Mittel (4) zum Zünden der Sprengladung (3), wobei das Zündmittel (4) ein Mittel zum umfangseitigen und punktuellen Zünden der Sprengladung (3) ist.
Explosives Munitionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Splitter erzeugende Hülle (1) und die Sprengladung (3) eine Zylinder- oder Spitzbogenform aufweisen.
Explosives Munitionselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (5) in Form eines zylindrischen Kanals derart zentral positioniert ist, daß die Rotationsachse (2) der Sprengladung (3) die Ausnehmung (5) durchquert.
Explosives Munitionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (5) ein zylindrischer Rotationskanal ist, dessen Achse mit der Rotationsachse (2) der Sprengladung (3) zusammenfällt.
Explosives Munitionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (5) die Sprengladung (3) durchdringt.
Explosives Munitionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Querschnittes der Sprengladung (3) zu dem Querschnitt der Ausnehmung (5) zwischen 5 und 100 liegt.
Explosives Munitionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (5) ein inertes Material niedriger Dichte enthält.
Explosives Munitionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündmittel (4) derart ist, daß es eine Stoßwelle erzeugen kann, deren Pegel hinsichtlich Druck und Haltedauer unter der Detonationsfähigkeitsschwelle der Sprengladung (3) liegt.
Verfahren, das ermöglicht, die Geschwindigkeit der bei der Detonation eines explosiven Splittermunitionselements erhaltenen Splitter zu erhöhen, und das folgendes umfaßt: – eine Hülle (1), die geeignet ist, Splitter zu erzeugen und die eine Rotationsachse (2) aufweist, – eine von der Hülle (1) ummantelte Sprengladung (3), welche die gleiche Rotationsachse (2) wie die Hülle (1) aufweist und eine Ausnehmung (5) in Form eines zylindrischen Kanals umfaßt, dessen Mantellinien (6, 7) parallel zur Rotationsachse (2) der Sprengladung (3) verlaufen, wobei die Detonation aus einer Zündung der Sprengladung (3) resultiert, die lediglich am Umfang der Sprengladung (3), in einem einzigen Punkt stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zünden der Sprengladung (3) eine Stoßwelle erzeugt, deren Pegel hinsichtlich Druck und Haltedauer unter der Detonationsfähigkeitsschwelle der Sprengladung (3) liegt.