EP0150241A1 - Hohlladung mit gerichteter Sprengwirkung - Google Patents

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EP0150241A1
EP0150241A1 EP84100898A EP84100898A EP0150241A1 EP 0150241 A1 EP0150241 A1 EP 0150241A1 EP 84100898 A EP84100898 A EP 84100898A EP 84100898 A EP84100898 A EP 84100898A EP 0150241 A1 EP0150241 A1 EP 0150241A1
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EP
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cone
metal
hollow charge
explosive
charge
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Withdrawn
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EP84100898A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Pekka Otto Sydänmäki
Kari Kalevi Kyrö
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Metos Oy AB
Original Assignee
Hackman Oy AB
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B1/00—Explosive charges characterised by form or shape but not dependent on shape of container
    • F42B1/02—Shaped or hollow charges
    • F42B1/028—Shaped or hollow charges characterised by the form of the liner

Definitions

  • the invention relates to a shaped charge with a directed explosive effect, consisting of a charge housing element receiving an explosive, a detonator (detonator) attached to one end of the shaped charge and a metal cone arranged at the opposite end of the shaped charge, the housing and the metal cone of the shaped charge being on a common one Axis of symmetry are exactly centered on which the igniter is arranged.
  • a target which e.g. consists of a stuck pit or the like blocked by bridging or otherwise blocked, an ice deposit, a wall to be blown up, etc.
  • the shape of the hollow charge cone made of pure metal, preferably copper is so parabolic or hyperbolic that the cone angle corresponds to the concavity of the cone wall, which over the conical area has a uniformly large thickness, is greater than 120 ° and less than 180 °, such that when the hollow charge detonates, due to the formation of the metal cone, its mass elements produce an essentially closed, uniform impact mass and only slight metal splashes.
  • the invention sees a shaped charge or a pit load or the like. before, in which the "jet" and the impact mass, ie the total mass, moves at an essentially equal relative speed to one another, which is approximately 2300 to 3000 m / s, while the detonation speed of the explosive at 7000 to 8000 m / s lies.
  • the actual effect of a shaped charge is mainly bound as kinetic impact mass energy and the charge is therefore a charge with a distance effect.
  • the metal cone the shaped charge according to the invention is in particular designed such that the mass elements produce a substantially uniform, single impact mass and only small metal splashes.
  • the shaped charge works on the principle of the spherical zone.
  • the shaped charge 1 has a charge housing element 2 with the explosives 3 located therein, an explosive capsule or detonator (detonator) 4 at one end of the shaped charge 1 and a metal cone 5 which is located at the opposite end of the shaped charge 1 is arranged, the housing 2 and the metal cone 5 of the shaped charge 1 are exactly centered on a common axis of symmetry 6; the igniter 4 is arranged on this axis of symmetry 6.
  • the shape of the cone 5 of the shaped charge 1 consisting of pure metal, preferably copper, seen from the direction of the target to be detonated, is so parabolic or hyperbolic that the size of the cone angle 2 ⁇ , measured over the concave inside of the cone wall 7, which is of uniform thickness across the cone area has greater than 120 0 , but less than 180 °.
  • the metal cone 5 has a wall 7 with a uniform wall thickness over the entire cone area.
  • the cone angle 2 ⁇ , which determines the concavity of the wall 7, must be greater than 120 °, since practical tests have shown that at smaller angles this cone does not cause a single impact mass, but rather an expansion in the form of a large number of separate masses.
  • the angle 2a is less than 180 ° . Due to the parabolic or hyperbolic shape of the metal cone, its mass elements produce essentially a single, closed impact mass and only slight metal splashes when the shaped charge 1 is detonated.
  • the size of the hyperbola a ( a ) is chosen so that the angle ⁇ ⁇ 15 ° ( ⁇ 10 °) is in the central area of the cone and decreases towards 0 towards the cone edge.
  • the angle of the deformation ⁇ u is accordingly 25 ° ... 30 °.
  • equation (2) the value with the + sign can also be interpreted as a parabola, where:
  • the shape of the housing 2 at the end of the shaped charge 1 facing the metal cone 5 is cylindrical and runs from here in the form of a truncated cone to the detonator capsule 4. It is understood that the shape of the shaped charge 1 according to the invention can vary within certain limits, but in such a way that the ratio of the amount of explosive to the mass of the metal cone 5 is approximately constant, so that the ratio of the explosive mass to that of the Metal cone is about 2: 1. In view of the object underlying the invention, it is also expedient that the ratio of the thickness of the explosive 3 to the thickness s of the metal cone on any vertical of this cone is approximately 12: 1.
  • each mass element of the metal cone has a certain initial speed and direction.
  • the explosive ratio in the edge of the charge is significant; the take-off speeds and directions of the mass elements of the metal cone take place in such a way that the cone mass is used almost 100% for the generation of a large impact mass.
  • the effect of this uniform impact mass is based on the fact that the kinetic energy of this impact mass changes into impact energy at its point of action.
  • the effect is significantly different from that which is achieved with a shaped charge, which works according to the "jet" principle and which, when exploded from the metal cone, produces a jet with high speed and small mass, the effect of which is largely that of a high-performance cutting torch (e.g. a plasma torch).
  • the main part of the metal cone mass remains here in the form of a mass lump, the speed of which is kept as low as possible (200 to 300 m / s), since this is the reason for achieving the "jet” at high speed.
  • the impact energy of a shaped charge according to the invention is about 5.3 to 36 MJ if the distance of the shaped charge from the target to be blasted is 15 m, the weight of the resulting impact mass is about 2 to 8 kg and its speed is 2300 to 3000 m / s
  • the edge parts 8 of the metal cone 5 are grooved, with an annular plate 9 being immersed in the groove is.
  • the metal cone 5 is mounted on the housing 2 of the shaped charge 1.
  • the shaped charge is aimed at a target object to be blasted, for example by aiming through a thin tube which is attached to a target or sight handle.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hohlladung mit gerichteter Sprengwirkung. Die Hohlladung (1) umfaßt ein den Sprengstoff (3) aufnehmendes Gehäuseelement (2), eine an dem einen Ende der Hohlladung (1) angebrachte Sprengkapsel (4) und einen am gegenüberliegenden Ende der Hohlladung gelagerten Metallkonus (5). Das Gehäuse (2) und der Metallkonus (5) der Hohlladung (1) sind auf einer gemeinsamen Symmetrieachse (6) genau zentriert, wobei auch die Sprengkapsel (4) auf dieser Symmetrieachse (6) angeordnet ist. Um zu erreichen, daß bei Explosion der Hohlladung die Massenelemente des Metallkonus eine im wesentlichen einzige, geschlossene Stoßmasse hoher Geschwindigkeit erzeugen, ist die Form des aus reinem Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehenden Konus (5) der Hohlladung (1), aus der Blickrichtung des zu sprengenden Ziels gesehen, derart parabolisch oder hyperbolisch ausgebildet, daß der auf der Konkavseite des Konus gemessene Konuswinkel (2α) größer als 120° und kleiner als 180° ist. Die Konuswand weist über den gesamten Konusbereich eine gleichmäßige Dicke auf. Aufgrund dieser Ausgestaltung des Metallkonus (5) sind bei Explosion der Hohlladung (1) die Bewegungen der Massenelemente des Metallkonus in der Richtung der genannten Symmetrieachse (6) soweit, wie dies in der Praxis möglich ist, konstant.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hohlladung mit gerichteter Sprengwirkung, bestehend aus einem einen Sprengstoff aufnehmenden Ladungsgehäuseelement, einem an dem einen Ende der Hohlladung angebrachten Zünder (Detonator) und einem am gegenüberliegenden Ende der Hohlladung angeordneten Metallkonus, wobei das Gehäuse und der Metallkonus der Hohlladung auf einer gemeinsamen Symmetrieachse genau zentriert sind, auf welcher der Zünder angeordnet ist.
  • Bekannte Hohlladungen dieser Art machen lediglich von der Spitzenmasse, dem sogenannten "Jet", Gebrauch, die gerade einen Teil des genannten Metallkonus umfaßt, während eine nachfolgende oder nachlaufende Stoßmasse, die den Hauptteil des Metallkonus umfaßt und deren Geschwindigkeit im allgemeinen kleiner als 1000 m/s ist, nicht ausgenutzt wird.
  • Es ist bekannt, verstopfte Grubenschächte, Rollöcher od. dgl. mit Hilfe von Sprengstoffen zu öffnen. Der Sprengstoff wird hierbei so nahe wie möglich zu der Stelle, an der das Haufwerk hängengeblieben ist, herangebracht oder aber in das hängengebliebene Haufwerk eingeführt. Das Heranbringen des Sprengstoffs an die Verstopfungsstelle ist umständlich und gefährlich. Außerdem ist die Wirkung des Sprengstoffs nicht so, wie dies gewünscht wird.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Hohlladung der oben genannten Art in der Weise auszubilden, daß ihre innewohnende, hochmassige Stoßmasse aus einer angemessenen Distanz bei hoher Geschwindigkeit gegen ein Ziel zur Wirkung gebracht werden kann, das z.B. aus einem hängengebliebenen, durch Brückenbildung oder in sonstiger Weise blockierten Grubenschacht od.dgl., aus einer Eisablagerung, einer aufzusprengenden Wand usw. besteht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, aus der Blickrichtung von dem zu sprengenden Ziel her gesehen, die Form des aus reinem Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehenden Hohlladungskonus derart parabolisch oder hyperbolisch ausgebildet ist, daß der Konuswinkel entsprechend der Konkavität der Konuswand, die über den konischen Bereich eine gleichmäßig große Dicke hat, gröBer als 120° und kleiner als 180°ist, derart, daß bei Detonation der Hohlladung aufgrund der Ausbildung des Metallkonus seine Massenelemente eine im wesentlichen geschlossene, einheitliche Stoßmasse und nur geringe Metallspritzer erzeugen.
  • Während die bisher verfügbaren Hohlladungen nur die Spitzenmasse bzw. den "Jet" ausnutzen, nicht aber die nachlaufende Stoßmasse, deren Geschwindigkeit im allgemeinen kleiner als 1000 m/s ist, sieht die Erfindung eine Hohlladung bzw. eine Grubenladung od.dgl. vor, bei der der "Jet" und die Stoßmasse, also die gesamte Masse, sich mit einer im wesentlichen gleichen Relativgeschwindigkeit zueinander, die etwa 2300 bis 3000 m/s beträgt, bewegt, während die Detonationsgeschwindigkeit des Sprengstoffs bei 7000 bis 8000 m/s liegt. Die tatsächliche Wirkung einer Hohlladung ist hauptsächlich als kinetische Stoßmassenenergie gebunden und die Ladung ist daher eine Ladung mit Distanzwirkung. Der Metallkonus der Hohlladung gemäß der Erfindung ist insbesondere derart ausgebildet, daß die Massenelemente eine im wesentlichen einheitliche, einzige Stoßmasse und nur kleine Metallspritzer erzeugen. Die Hohlladung arbeitet nach dem Prinzip der sphärischen Zone.
  • Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Figo 1 eine erfindungsgemäße Hohlladung in Blickrichtung auf ihren Kupferkonus;
    • Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II - II der Fig.1;
    • Fig. 3 die Parameter der hyperbolischen Form des Metallkonus zur mathematischen Berechnung.
  • Gemäß den Figuren 1 und 2 weist die Hohlladung 1 ein Ladungsgehäuseelement 2 mit dem darin befindlichen Sprengstoff 3, eine Sprengkapsel bzw. einen Zünder (Detonator) 4 an dem einen Ende der Hohlladung 1 und einen Metallkonus 5 auf, der an dem gegenüberliegenden Ende der Hohlladung 1 angeordnet ist, Das Gehäuse 2 und der Metallkonus 5 der Hohlladung 1 sind auf einer gemeinsamen Symmetrieachse 6 genau zentriert; der Zünder 4 ist auf dieser Symmetrieachse 6 angeordnet.
  • Die Form des aus reinem Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehenden Konus 5 der Hohlladung 1, von der Richtung des zu sprengenden Zieles aus gesehen, ist derart parabolisch oder hyperbolisch, daß die Größe des Konuswinkels 2 α , gemessen über die konkave Innenseite der Konuswand 7, die über den Konusbereich eine gleichmäßig große Dicke aufweist, größer als 1200, aber kleiner als 180° ist. Wie erwähnt, weist der Metallkonus 5 eine Wand 7 mit über den gesamten Konusbereich gleichmäßiger Wandstärke auf. Der Konuswinkel 2 α , der die Konkavität der Wand 7 bestimmt, muß größer als 120° sein, da praktische Versuche ergeben haben, daß bei kleineren Winkeln dieser Konus keine einzige Stoßmasse, sondern vielmehr eine Ausdehnung in Form einer Vielzahl getrennter Massen bewirkt. Um dem Konus die Form eines Paraboloids oder eines Hyperboloids in der gewünschten Richtung zu geben, ist der Winkel 2 a kleiner als 1800. Aufgrund der parabolischen oder hyperbolischen Form des Metallkonus erzeugen seine Massenelemente bei der Sprengung der Hohlladung 1 im wesentlichen eine einzige, geschlossene Stoßmasse und nur leichte Metallspritzer.
  • Die physikalisch-mathematische Grundlage dieses Phänomens wird für den Fall eines hyperbolischen Konus im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert. Hierbei sind:
    • S: der theoretische Zündpunkt
    • 0: der Scheitel eines geraden Konus
    • K: der Scheitel bzw. die Spitze eines hyperbolischen Konus
    • α: der halbe Scheitelwinkel
    • a und b: die Halbachsen der Hyperbel (tand α =
      Figure imgb0001
      )
    • ß y: die Konuslänge
    • A und B: Massenzentrum des hyperbolischen Konus
    • x: der Abstand des Massenzentrums von der Symmetrieachse
    • u die theoretische Richtung der Detonationswelle
    • σ = SAO: Einfallswinkel der Detonationswelle in bezug auf den Konus.
  • Abgeleitet aus dieser Figur nach dem Prinzip der sphärischen Zone ergibt sich:
    Figure imgb0002
    Hieraus folgt:
    Figure imgb0003
  • Der Wert mit dem + Kennzeichen kann als ein Hyperboloid interpretiert werden, wobei:
    Figure imgb0004
  • Hierbei ist die Größe der Hyperbel a (a ) so gewählt, daß der Winkel σ < 15° (≈10°) im Zentralbereich des Konus ist und sich in Näherung an den Konusrand gegen 0 vermindert. Der Winkel der Deformation ϕ u ist demgemäß 25°...30°. In der Gleichung (2) kann der mit dem + Vorzeichen versehene Wert auch als eine Parabel interpretiert werden, wobei:
    Figure imgb0005
  • Die Auswahl der Parameter k und c erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Nach dem Prinzip der sphärischen Zone ist die Abflug- bzw. Ausgangsgeschwindigkeit der Massenpartikel im Punkt B:
    Figure imgb0006
     u = Detonationsgeschwindigkeit
  • Beispiel1: u = 7800 m/s (RDX/TNT) f = 250 δ = 15°
  • Figure imgb0007
  • Beispiel2: u = 7800 m/s ϕ = 30° δ = 5°
    Figure imgb0008
  • Figure imgb0009
    Das theoretische Maximum des Ausdrucks 2, welches vom Sprengstoffverhältnis und den Konusparametern abhängt, ist 15°, was bedeutet, daß das Maximum in der Praxis <15° ist. Das praktisch erzielbare Maximum ist νo ≈4000 m/s, wenn σ u → O.
  • Die Form des Gehäuses 2 an dem dem Metallkonus 5 zugewandten Ende der Hohlladung 1 ist zylindrisch und läuft von hier in der Form eines Kegelstumpfes zu der Sprengkapsel 4 hin. Es versteht sich, daß die Form der Hohlladung 1 gemäß der Erfindung innerhalb gewisser Grenzen variieren kann, jedoch in der Weise, daß das Verhältnis der Menge an Sprengstoff zu der Masse des Metallkonus 5 angenähert konstant ist, so daß das Verhältnis der Sprengstoffmasse zu derjenigen des Metallkonus etwa 2 : 1 beträgt. Im Hinblick auf der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es auch zweckmäßig, daß das Verhältnis der Dicke des Sprengstoffs 3 zu der Dicke s des Metallkonus auf einer beliebigen Senkrechten dieses Konus etwa bei 12 : 1 liegt.
  • Wenn der Ladungsteil explodiert bzw, detoniert, wird der Metallkonus 5 der Hitze und der Druckenergie ausgesetzt, wodurch er in einen plastischen Zustand gelangt, bei dem jedes Masseelement des Metallkonus eine bestimmte Ausgangsgeschwindigkeit und Richtung hat. Bei der erfindungsgemäßen Formgebung des Metallkonus 5 und bei Dimensionierung der Hohlladung nach dem Prinzip der sphärischen Zone ist das Sprengstoffverhältnis im Rand der Ladung bedeutsam; die Abfluggeschwindigkeiten und Richtungen der Massenelemente des Metallkonus vollziehen sich in einer solchen Weise, daß die Konusmasse für die Erzeugung einer großen Stoßmasse nahezu 100 % ausgenutzt wird. Die Wirkung dieser einheitlichen Stoßmasse beruht auf der Tatsache, daß die kinetische Energie dieser Stoßmasse sich an ihrem Wirkungspunkt in Stoßenergie verwandelt. Die Wirkung ist wesentlich verschieden von derjenigen, die mit einer Hohlladung erreicht wird, die nach dem "Jet"-Prinzip arbeitet und die bei ihrer Explosion aus dem Metallkonus einen Strahl mit hoher Geschwindigkeit und kleiner Masse erzeugt, dessen Wirkung weitgehend derjenigen eines Hochleistungs-Schneidbrenners (z.B. eines Plasmabrenners) ähnelt. Der Hauptteil der Metallkonusmasse verbleibt hier in der Form eines Massenklumpens, dessen Geschwindigkeit so niedrig wie möglich gehalten wird (200 bis 300 m/s), da dies ursächlich für die Erzielung des "Jet" mit hoher Geschwindigkeit ist.
  • Die Stoßenergie einer Hohlladung gemäß der Erfindung liegt bei etwa 5,3 bis 36 MJ, wenn der Abstand der Hohlladung von dem zu sprengenden Ziel 15 m, das Gewicht der entstehenden Stoßmasse etwa 2 bis 8 kg und ihre Geschwindigkeit 2300 bis 3000 m/s beträgto
  • Wie Fig. 2 zeigt, sind die Randteile 8 des Metallkonus 5 genutet, wobei eine Ringplatte 9 in der Nut eingestaucht ist. Mit Hilfe dieser Ringplatte 9 ist der Metallkonus 5 am Gehäuse 2 der Hohlladung 1 gelagert. Die Hohlladung wird auf ein zu sprengendes Zielobjekt ausgerichtet, z.B. durch Zielen durch ein dünnes Rohr hindurch, welches an einem Ziel- oder Visiergriff befestigt ist.

Claims (3)

1. Hohlladung mit gerichteter Sprengwirkung, bestehend aus einem einen Sprengstoff aufnehmenden Ladungsgehäuseelement, einer an dem einen Ende der Hohlladung angebrachten Sprengkapsel und einem am gegenüberliegenden Ende der Hohlladung angeordneten Metallkonus, wobei das Gehäuse und der Metallkonus der Hohlladung auf einer gemeinsamen Symmetrieachse genau zentriert sind, auf welcher die Sprengkapsel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß, aus der Blickrichtung von dem zu sprengenden Ziel her gesehen, die Form des aus reinem Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehendem Konus (5) derart parabolisch oder hyperbolisch ausgebildet ist, daß der Konuswinkel (2 a ) entsprechend der Konkavität der Konuswand (7), die über den konischen Bereich eine gleichmäßig große Dicke hat, größer als 120° und kleiner als 1800ist, derart, daß bei Explosion der Hohlladung (1) aufgrund der Ausbildung des Metallkonus (5) seine Massenelemente eine im wesentlichen geschlossene Stoßmasse und nur geringe Metallspritzer erzeugen.
2. Hohlladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke des Sprengstoffs (3) zu der Dicke (s) des Metallkonus (5) auf einer beliebigen Senkrechten (1) auf dem Konus angenähert 12 : 1 beträgt.
3. Hohlladung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinie einer durch den Metallkonus (5) hindurchgehenden Ebene und der Symmetrieachse des Metallkonus eine Hyperbel entsprechend der Gleichung
Figure imgb0010
wobei bedeuten:
a und b: die Halbachsen der Hyperbel, auf welcher b auf der Symmetrieachse liegt;
Δ y: die Konuslänge in Richtung der Halbachse b,

und wobei a so bestimmt ist, daß der Einfallswinkel ( σ ) in bezug auf den Metallkonus <15°(≈10°) in dem Zentralbereich des Konus ist und sich in Richtung auf den Rand dieses Konus gegen 0 vermindert.
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Inventor name: SYDAENMAEKI, PEKKA OTTO