EP0494469B1 - Method of assembling a hollow charge - Google Patents
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- EP0494469B1 EP0494469B1 EP91203234A EP91203234A EP0494469B1 EP 0494469 B1 EP0494469 B1 EP 0494469B1 EP 91203234 A EP91203234 A EP 91203234A EP 91203234 A EP91203234 A EP 91203234A EP 0494469 B1 EP0494469 B1 EP 0494469B1
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- explosive charge
- precision explosive
- charge
- precision
- casing
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- 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
- F42B1/036—Manufacturing processes therefor
Definitions
- the invention relates to a method for assembling a shaped charge containing a precision explosive charge, a metallic shell and an insert, wherein at least the precision explosive charge is cooled and introduced into the metallic shell using the thermal expansion of the parts mentioned, and application of the method and shaped charge produced thereafter.
- the above-mentioned inlays also called liners, serve to form beams in shaped charges.
- DE -C-3 434 847 It is an assembly process, i.e. to assemble a shaped charge known (DE -C-3 434 847), in which the lining and the explosive charge are resiliently pressed together.
- DE -C 34 34 847 the explosive charge is reduced to the lowest operating temperature. cooled down to at least minus 40 ° C and the explosives, insert and other constituents, which are in the supercooled state, are simultaneously inserted into the heated or normal temperature casing and a ring is flanged. When the whole is subsequently heated to normal temperature, the charge is forcibly clamped in the shell.
- the explosive charge is pressed in on one side when the ammunition is processed under pressure.
- the projectile casing must have a wall which is strong enough to be able to withstand the forces which occur during the pressing.
- shell casings that are relatively thick-walled and often tend to form fragments can be used. Under no circumstances can projectiles for missiles and missile projectiles be produced using the above method, since the wall of such projectiles in particular is to be made as thin as possible for reasons of weight.
- a light metal alloy or steel is usually used for the metallic shell, copper is suitable for the lining, and the explosive charge is made from the HMX (octogen) or RDX (hexogen) designated plastic or wax-bound explosives.
- the invention has for its object to provide a method that ensures a crack and gap-free assembly of a precision explosive charge with an outer thin-walled metallic shell and an inner shaped charge lining.
- the precision explosive charge can only be fully effective if it is enclosed on both sides by the casing and the lining without any space, this requirement should be met at a temperature range of -35 ° C to + 63 ° C. Since the temperature behavior of the materials mentioned is different, there is a risk of gaps or gaps that must be avoided.
- the thermal expansion coefficient of the explosive in the whole or at least in the upper part of the required temperature range exceeds the thermal expansion coefficient of the lining and the casing.
- the thermal expansion coefficient of the explosive is the same in the whole or at least in the upper part of the required temperature range as the thermal expansion coefficient of the lining and the casing.
- the precision explosive charge should be inserted into the casing without tension in order to improve the quality of the projectile.
- the shape of the liner be adapted to the process.
- the method has the great advantage that even in the event of temperature fluctuations in the temperature range intended for use, there are no cracks due to tensile stresses in the precision explosive charge, thereby avoiding gaps or voids between the shell, explosive charge and lining.
- the invention is also based on the object of specifying a method which ensures an air gap-free fit between the explosive charge and the projectile casing at operating temperatures of the ammunition from -35 ° C to + 63 ° C, and in particular also when the projectile casing is designed so light that it may not be pressed or re-pressed for reasons of strength.
- the object of the invention is to provide a particularly light ammunition body which can be produced using this new method.
- the pressed, dimensionally and dimensionally accurate explosive charge is cooled to a temperature of -50 ° C to -100 ° C and the metallic shell is heated to a temperature of + 50 ° C to + 80 ° C, then the jacketed precision explosive charge is warmed up to an intermediate temperature of -15 ° C to -35 ° C, at which the thermal expansion coefficients of the explosive and the metallic shell are the same and the lining is cooled to a temperature of -50 ° C to -100 ° C .
- the invention has the enormous advantage that light projectiles can now be produced in very large batches without air pockets. Even the greater dangers in the laboratory, such as premature detonations, can hardly be feared.
- a further advantage is obtained if the explosive charge is covered with a protective cover, so that no frost forms on the load during cooling. This also avoids the problems that would otherwise lead to undesirable water inclusions in the laboratory.
- the protective cover advantageously consists of a plastic film that does not become brittle at low temperatures.
- the explosive charge is sufficiently strong that it can be machined; Claim 9.
- ammunition bodies with a casing made of light metal or of glass fiber or carbon fiber reinforced plastics can be produced particularly well.
- Such bullets usually have a very thin wall, practically with a thickness of 1.0 mm to 2.0 mm, and thanks to the method described, they do not pose any problems in their laboratory work.
- nitropenta, hexogen (RDX) with or without trinitrotoluene, or octogen (HMX) with a desensitizing additive such as wax or methyl methacrylate have proven particularly useful as explosives for the precision explosive charge of a shaped charge projectile.
- the method can, according to claim 12, be used for the production of thin-walled ammunition bodies for anti-aircraft defense and for missile projectiles.
- the powdered explosive 1 is filled into an elastic mold 2, Fig. 1a.
- the whole is then placed in an autoclave 4, FIG. 1b and isostatically pressed to the precision explosive charge 3 at a pressure of, for example, 300 MPa, cf. Fig. 1c.
- the details of the isostatic pressing process can be found in CH-PS 673 704.
- the compressed explosive charge 3 can be machined if necessary, so that an end shape with very narrow tolerances is obtained, FIG. 1d.
- the precision explosive charge 3 is placed in a freezer 6 and cooled to -50 ° C to -100 ° C, preferably -90 ° C, cf. Fig. 1e.
- the temperature should not be lower than -100 ° C. Any cracks in the explosive charge 3 reduce the final ballistic performance of the ammunition produced, which must be usable in a temperature range from -35 ° C to + 63 ° C.
- the explosive charge 3 is loosely covered with a protective cover 5 and the seam of the protective cover 5 is sealed. Plastic films which have not proven to become brittle, particularly at low temperatures, have proven to be a protective cover 5.
- the residence time in the freezer 6 should be at least 2 hours and is dependent on the charge size.
- a continuous cooling machine can also be used as the freezer 6, the precision explosive charge 3 being slowly moved on a conveyor belt through the tunnel of the machine, i.e. for at least 2 hours.
- the metallic shell 7 is heated in a furnace 8 to a temperature of + 50 ° C to + 80 ° C, preferably + 60 ° C, Fig. 1f.
- the protective casing 5 is then removed from the explosive charge 3 and the cold precision explosive charge 3 and the warm projectile casing 7 are immediately labored without tension, i.e. assembled without using any additional components and without external pressure, cf. Fig. 1g.
- the structure consisting of the explosive charge 3 and the casing 7 is brought to an intermediate temperature, thereby creating an air gap-free press fit between the explosive charge 3 and the metallic projectile casing 7, which remains easily maintained in the prescribed working temperature range from -35 ° C to + 63 ° C.
- This intermediate temperature depends on the explosive and the shell material used and is usually between -35 ° C and -15 ° C.
- This intermediate temperature is -31 ° C when the octogen, which has been desensitized with methyl methacrylate, is used as the explosive and the Perunal as the shell material.
- the lining 9 cooled to -50 ° C. to -100 ° C., preferably -80 ° C., is inserted into the explosive charge 3, 1h and 1i. This last operation is carried out under slight pressure, so that an air gap-free fit is created between the explosive charge and the shell and the lining, which is retained at higher temperatures.
- the method described above for the production of ammunition bodies is particularly suitable for the manufacture of projectiles for anti-aircraft defense and of missile projectiles, since particularly explosive explosive charges such as nitropenta, hexogen with or without tinitrotoluene or octogen are used in these.
- the wall of the metallic shell 7 is between 1.0 and 2.0 mm, preferably about 1.5 mm.
- FIGS. 2 and 3 differ from one another by the additional elements present in FIG. 3, a transfer charge and a barrier, as will be explained in more detail below.
- the shaped charge bullet 10 produced according to the invention has a housing or a metallic shell 11 in which an explosive device or a precision explosive charge 12 is located.
- This precision explosive charge 12 is provided with an insert 13 on the inside.
- the housing or the metallic shell 11 has at one end an internal thread 14 into which a threaded ring 15 is screwed.
- the precision explosive charge 12, the insert 13, the threaded ring 15, the shaped charge bullet 10 produced according to the invention also has a transfer charge 16 and a barrier 17.
- the precision explosive charge 12, the barrier 17 and the transfer charge 16 form a single body which is inserted as a whole into the shell 11.
- the elements mentioned, in particular the precision explosive charge 12, the metallic shell 11 and the insert or lining 13 are assembled in such a way that no cracks occur in the explosive charge 12 and that on the one hand between the precision explosive charge 12 and the metallic shell 11 and on the other hand between the precision explosive charge 12 and the insert 13 no gaps or gaps arise.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenbau eines Hohlladungsgeschosses enthaltend eine Präzisionssprengladung, eine metallische Hülle und eine Einlage, wobei zumindest die Präzisionssprengladung abgekühlt und in die metallische Hülle unter Ausnutzung der Wärmedehnung der genannten Teile eingebracht wird sowie Anwendung des Verfahrens und danach hergestelltes Hohlladungsgeschoss.The invention relates to a method for assembling a shaped charge containing a precision explosive charge, a metallic shell and an insert, wherein at least the precision explosive charge is cooled and introduced into the metallic shell using the thermal expansion of the parts mentioned, and application of the method and shaped charge produced thereafter.
Die vorerwähnten Einlagen, auch Auskleidungen oder "Liner" genannt, dienen der Strahlbildung in Hohlladungen.The above-mentioned inlays, also called liners, serve to form beams in shaped charges.
Es ist ein Verfahren zur Montage, d.h. zum Zusammenbau einer Hohlladung bekannt (DE -C- 3 434 847), bei der die Auskleidung und die Sprengladung federnd aneinander gedrückt sind. Bei der Montage gemäss dieser DE -C- 34 34 847 wird die Sprengladung auf die niedrigste Betriebstemperatur d.i. mindestens minus 40 °C abgekühlt und die im unterkühlten Zustand befindlichen Sprengstoff, Einlage und andere Bestandteile gleichzeitig in die erwärmte oder auf Normaltemperatur befindliche Hülle eingeschoben und eine Ringbördelung vorgenommen. Beim anschliessenden erwärmen des Ganzen auf Normaltemperatur wird die Ladung zwangsweise in der Hülle gespannt.It is an assembly process, i.e. to assemble a shaped charge known (DE -C-3 434 847), in which the lining and the explosive charge are resiliently pressed together. When assembling according to this DE -C 34 34 847, the explosive charge is reduced to the lowest operating temperature. cooled down to at least minus 40 ° C and the explosives, insert and other constituents, which are in the supercooled state, are simultaneously inserted into the heated or normal temperature casing and a ring is flanged. When the whole is subsequently heated to normal temperature, the charge is forcibly clamped in the shell.
Durch dieses Verfahren lassen sich zwar Spalten zwischen Hülle und Sprengladung vermeiden, es sind aber keine Massnahmen vorgesehen, um auch Spalten zwischen Sprengladung und Auskleidung zuverlässig zu vermeiden, insbesondere wenn diese nicht genau kegelförmig ausgebildet ist.Although this method avoids gaps between the shell and the explosive charge, no measures are provided to reliably avoid gaps between the explosive charge and the lining, especially if the latter is not exactly conical.
Es ist ferner bekannt, einen Körper eines Sprengstoffgemisches aus Hexogen und TNT unter Druckeinwirkung in eine Pressform zu pressen, abzukühlen und dann die Auskleidung auf 85°C bis 95°C zu erwärmen und während des Abkühlens in die Höhlung des Körpers einzupressen (DE -A- 3 236 706). Es werden somit Lufteinschlüsse zwischen dem Körper und der Einlage verhindert, jedoch kann wegen der Detonationsgefahr bei der Laborierung nicht die ganze Auskleidung erwärmt werden. Luftspalte zwischen der Auskleidung und dem Körper sind daher kaum zu vermeiden.It is also known to pressurize a body of an explosive mixture of hexogen and TNT into a Press the mold, cool it and then heat the lining to 85 ° C to 95 ° C and press it into the cavity of the body while cooling (DE-A-3 236 706). There are air pockets between the body and the insert prevented, however, the entire lining cannot be heated due to the risk of detonation in the laboratory. Air gaps between the lining and the body can therefore hardly be avoided.
Es ist ein anderes Verfahren zur Herstellung von Hohlladungsgeschossen bekannt, wobei die Sprengladung vorgepresst wird und auf -30°C abgekühlt wird, (FR -A- 2 563 517). Die Sprengladung wird unter hohem Druck bei Umgebungstemperatur in die Geschosshülle, zusammen mit ihrer Auskleidung, eingepresst. Anschliessend wird ein Befestigungsring in dieser eingeschraubt, welche die Auskleidung kraftschlüssig fixiert. Nach dem Temperaturausgleich herrschen im Innern des Geschosses hohe mechanische Spannungen, welche auf die einzelnen Komponenten wirken.Another method for producing shaped charge projectiles is known, the explosive charge being pre-pressed and cooled to -30 ° C. (FR -A-2 563 517). The explosive charge, together with its lining, is pressed into the shell under high pressure at ambient temperature. A fastening ring is then screwed into it, which fixes the lining with a force fit. After the temperature equalization, there are high mechanical tensions inside the floor, which act on the individual components.
Bei den bekannten Verfahren wird die Sprengladung bei der Laborierung der Munition unter Druck einseitig eingepresst. Obwohl dabei die Risiken bei der Herstellung der Geschosse erheblich geringer sind als bei den Verfahren FR -A- 2 563 517, muss die Geschosshülle eine genügend starke Wandung aufweisen, um den beim Pressen auftretenden Kräften widerstehen zu können. Es lassen sich daher erfahrungsgemäss nur Geschossmäntel verwenden, die relativ dickwandig sind und oft zur Splitterbildung neigen. Auf keinen Fall können nach dem obigen Verfahren Geschosse für Flugkörper und Raketengeschosse hergestellt werden, da gerade die Wandung solcher Geschosse aus Gewichtsgründen konstruktiv möglichst dünn zu gestalten ist.In the known methods, the explosive charge is pressed in on one side when the ammunition is processed under pressure. Although the risks involved in the manufacture of the projectiles are considerably lower than in the FR-A-2 563 517 process, the projectile casing must have a wall which is strong enough to be able to withstand the forces which occur during the pressing. Experience has shown that only shell casings that are relatively thick-walled and often tend to form fragments can be used. Under no circumstances can projectiles for missiles and missile projectiles be produced using the above method, since the wall of such projectiles in particular is to be made as thin as possible for reasons of weight.
Die üblichen Werkstoffe dieser drei Komponenten - Präzisionssprengladung, metallische Hülle und Auskleidung - weisen meistens verschiedene Werte bezüglich Elastizitätsmodul, Poissonzahl und Wärmedehnungszahl auf. Für die metallische Hülle wird üblicherweise eine Leichtmetallegierung oder Stahl verwendet, für die Auskleidung eignet sich Kupfer, und die Sprengladung wird aus dem HMX (Oktogen) oder RDX (Hexogen) bezeichneten kunststoff- oder wachsgebundenen Sprengstoff hergestellt.The usual materials of these three components - precision explosive charge, metallic shell and lining - mostly have different values with regard to modulus of elasticity, Poisson's ratio and thermal expansion coefficient. A light metal alloy or steel is usually used for the metallic shell, copper is suitable for the lining, and the explosive charge is made from the HMX (octogen) or RDX (hexogen) designated plastic or wax-bound explosives.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das ein riss- und spaltfreies Zusammenbauen einer Präzisionssprengladung mit einer äusseren dünnwandigen metallischen Hülle und einer inneren Hohlladungsauskleidung gewährleistet.The invention has for its object to provide a method that ensures a crack and gap-free assembly of a precision explosive charge with an outer thin-walled metallic shell and an inner shaped charge lining.
Die Präzisionssprengladung kann ihre volle Wirkung nur entfalten, wenn sie sowohl von der Hülle als auch von der Auskleidung allseitig ohne Zwischenraum umschlossen ist, wobei diese Forderung bei einem Temperaturbereich von -35°C bis +63°C erfüllt sein sollte. Da das Temperaturverhalten der erwähnten Werkstoffe unterschiedlich ist, besteht die Gefahr, dass Zwischenräume oder Spalten entstehen, die unbedingt zu vermeiden sind.The precision explosive charge can only be fully effective if it is enclosed on both sides by the casing and the lining without any space, this requirement should be met at a temperature range of -35 ° C to + 63 ° C. Since the temperature behavior of the materials mentioned is different, there is a risk of gaps or gaps that must be avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Verfahren die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufweist.This object is achieved in that the method has the features in the characterizing part of claim 1.
Bei diesem Verfahren ist es, gemäss Anspruch 3, vorteilhaft, dass die Wärmedehnungszahl des Sprengstoffes im ganzen oder zumindest im oberen Teil des geforderten Temperaturbereiches die Wärmedehnungszahl der Auskleidung und der Hülle übersteigt.In this method, it is advantageous, according to
Bei diesem Verfahren ist es, gemäss Anspruch 4, vorteilhaft, dass die Wärmedehnungszahl des Sprengstoffes im ganzen oder zumindest im oberen Teil des geforderten Temperaturbereiches gleich ist, wie die Wärmedehnungszahl der Auskleidung und der Hülle.In this method, it is advantageous, according to
Die Präzisionssprengladung, gemäss Anspruch 5, sollte spannungsfrei in die Hülle eingeführt werden, um die Qualität des Geschosses zu verbessern.The precision explosive charge, according to
Ferner ist es wünschenswert, dass die Form der Auskleidung dem Verfahren angepasst ist.It is also desirable that the shape of the liner be adapted to the process.
Das Verfahren hat den grossen Vorteil, dass auch bei Temperaturschwankungen im für den Einsatz vorgesehenen Temperaturbereich keine Risse durch Zugspannungen in der Präzisionssprengladung entstehen und dadurch Spalten oder Hohlräume zwischen Hülle, Sprengladung und Auskleidung vermieden werden.The method has the great advantage that even in the event of temperature fluctuations in the temperature range intended for use, there are no cracks due to tensile stresses in the precision explosive charge, thereby avoiding gaps or voids between the shell, explosive charge and lining.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das bei Einsatztemperaturen der Munition von -35°C bis +63°C einen luftspaltlosen Sitz zwischen Sprengladung und Geschosshülle gewährleistet, und insbesondere auch dann, wenn die Geschosshülle so leicht gestaltet ist, dass sie aus Festigkeitsgründen nicht gepresst oder nachgepresst werden darf. Gleichzeitig hat die Erfindung die Aufgabe, einen besonders leichten Munitionskörper anzugeben, der nach diesem neuen Verfahren hergestellt werden kann.The invention is also based on the object of specifying a method which ensures an air gap-free fit between the explosive charge and the projectile casing at operating temperatures of the ammunition from -35 ° C to + 63 ° C, and in particular also when the projectile casing is designed so light that it may not be pressed or re-pressed for reasons of strength. At the same time, the object of the invention is to provide a particularly light ammunition body which can be produced using this new method.
Vorzugsweise wird, gemäss Anspruch 2, die gepresste, form- und massgenaue Präzisionssprengladung auf eine Temperatur von -50°C bis -100°C abgekühlt und die metallische Hülle wird auf eine Temperatur von +50°C bis +80°C erwärmt, anschliessend wird die ummantelte Präzisionssprengladung bis auf eine Zwischentemperatur von -15°C bis -35°C aufgewärmt, bei welcher die Wärmedehnungszahlen des Sprengstoffes und der metallischen Hülle gleich sind und die Auskleidung auf eine Temperatur von -50°C bis -100°C abgekühlt wird.Preferably, according to
Die Erfindung hat den enormen Vorteil, dass nunmehr leichte Geschosse ohne Lufteinschlüsse in sehr grossen Chargen hergestellt werden können. Auch die grösseren Gefahren bei der Laborierung, wie vorzeitige Detonationen, sind kaum mehr zu befürchten.The invention has the enormous advantage that light projectiles can now be produced in very large batches without air pockets. Even the greater dangers in the laboratory, such as premature detonations, can hardly be feared.
Besonders vorteilhaft ist es im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren, wenn die Präzisionssprengladung gemäss Anspruch 6 isostatisch gemäss CH-PS 673 704 gepresst wird, da dies einen sehr homogenen, texturfreien, form- und massgenauen Sprengladungskörper ergibt.It is particularly advantageous in connection with the method according to the invention if the precision explosive charge according to
Um eine genügend homogene Temperaturverteilung in der Sprengladung zu erreichen, soll sie nach Anspruch 7 samt ihrer Schutzhülle während 2 Stunden abgekühlt werden.In order to achieve a sufficiently homogeneous temperature distribution in the explosive charge, it should be cooled together with its protective cover for 2 hours.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Sprengladung, gemäss Anspruch 8, mit einer Schutzhülle umhüllt ist, so dass sich kein Reif auf der Ladung während des Abkühlens bildet. Dadurch lassen sich auch die Probleme vermeiden, die sonst bei der Laborierung zu unerwünschten Wassereinschlüssen führen. Die Schutzhülle besteht dabei mit Vorteil aus einer bei tiefen Temperaturen nicht versprödenden Kunststoffolie.A further advantage is obtained if the explosive charge is covered with a protective cover, so that no frost forms on the load during cooling. This also avoids the problems that would otherwise lead to undesirable water inclusions in the laboratory. The protective cover advantageously consists of a plastic film that does not become brittle at low temperatures.
Durch Pressen, insbesondere isostatisches Pressen, erhält die Sprengladung eine genügend grosse Festigkeit, so dass sie spanabhebend bearbeitet werden kann; Anspruch 9.By pressing, in particular isostatic pressing, the explosive charge is sufficiently strong that it can be machined;
Bei einem Hohlladungsgeschoss, gemäss Anspruch 10, lassen sich besonders gut Munitionskörper mit einer Hülle aus Leichtmetall oder aus glasfaser- oder kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen herstellen.In the case of a shaped charge, according to
Solche Geschosse besitzen meistens eine sehr dünne Wandung, praktisch mit einer Dicke von 1,0 mm bis 2,0 mm, und dank dem beschriebenen Verfahren bieten sie keine Probleme bei ihrer Laborierung.Such bullets usually have a very thin wall, practically with a thickness of 1.0 mm to 2.0 mm, and thanks to the method described, they do not pose any problems in their laboratory work.
Als Sprengstoffe für die Präzisionssprengladung eines Hohlladungsgeschosses haben sich gemäss Anspruch 11 besonders Nitropenta, Hexogen (RDX) mit oder ohne Trinitrotoluol, oder Oktogen (HMX), mit einem phlegmatisierenden Zusatz wie Wachs oder Methylmetacrylat, bewährt.According to
Das Verfahren kann, gemäss Anspruch 12, zur Herstellung von dünnwandigen Munitionskörpern für die Fliegerabwehr und für Raketengeschosse verwendet werden.The method can, according to
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Dort wird die Erfindung anhand verschiedener in den beigefügten Zeichnungen dargestellter Beispiele näher erläutert.Further advantages result from the description below. There, the invention is explained in more detail with reference to various examples shown in the accompanying drawings.
Es zeigen:
- Fig. 1 a-i
- die einzelnen, grundsätzlichen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Munitionskörpers,
- Fig. 2
- einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäss hergestelltes Hohlladungsgeschoss (einstückiger Sprengkörper) und
- Fig. 3
- einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel (zusammengesetzter Sprengkörper).
- Fig. 1 ai
- the individual, basic process steps for producing an ammunition body,
- Fig. 2
- a longitudinal section through a first embodiment of the shaped charge projectile produced according to the invention (one-piece explosive device) and
- Fig. 3
- a longitudinal section through a second embodiment (assembled explosive device).
Der pulverförmige Sprengstoff 1 wird in eine elastische Pressform 2 eingefüllt, Fig. 1a. Dann wird das Ganze in einen Autoklav 4 gestellt, Fig. 1b und bei einem Druck von beispielsweise 300 MPa isostatisch zur Präzisionssprengladung 3 gepresst, vgl. Fig. 1c. Die Einzelheiten des isostatischen Pressverfahrens sind aus der CH-PS 673 704 entnehmbar. Die gepresste Sprengladung 3 kann nötigenfalls spanabhebend bearbeitet werden, so dass eine Endform mit sehr engen Toleranzen erhalten wird, Fig. 1d.The powdered explosive 1 is filled into an
Die Präzisionsprengladung 3 wird in eine Kühltruhe 6 gelegt und auf -50°C bis -100°C, vorzugsweise -90°C, abgekühlt, vgl. Fig. 1e. Um zu verhindern, dass die Sprengladung 3 spröde wird und/oder Risse aufweist, soll die Temperatur nicht tiefer als -100°C liegen. Allfällige Risse in der Sprengladung 3 vermindern die endballistische Leistung der hergestellten Munitionskörper, die in einem Temperaturbereich von -35°C bis +63°C einsetzbar sein müssen. Zum Abkühlen wird die Sprengladung 3 mit einer Schutzhülle 5 lose umhüllt und die Naht der Schutzhülle 5 versiegelt. Als Schutzhülle 5 haben sich besonders bei tiefen Temperaturen nicht versprödende Kunststoffolien bewährt.The precision
Die Verweilzeit in der Kühltruhe 6 soll erfindungsgemäss mindestens 2 Stunden betragen und ist von der Ladungsgrösse abhängig. Als Kühltruhe 6 kann jedoch auch eine Durchlaufkältemaschine verwendet werden, wobei die Präzisionssprengladung 3 langsam auf einem Förderband durch den Tunnel der Maschine bewegt wird, d.h. während mindestens 2 Stunden. Gleichzeitig wird die metallische Hülle 7 in einem Ofen 8 auf eine Temperatur von +50°C bis +80°C, vorzugsweise +60°C, erwärmt, Fig. 1f.According to the invention, the residence time in the
Sodann wird die Schutzhülle 5 von der Sprengladung 3 entfernt und sofort die kalte Präzisionssprengladung 3 und die warme Geschosshülle 7 spannungsfrei laboriert, d.h. zusammengesetzt ohne Verwendung irgendwelcher zusätzlicher Komponenten und ohne Druckeinwirkung von aussen, vgl. Fig. 1g. Das aus der Sprengladung 3 und der Hülle 7 bestehende Gebilde wird auf eine Zwischentemperatur gebracht, dabei entsteht ein Luftspaltloser Presssitz zwischen Sprengladung 3 und metallischer Geschosshülle 7, der im vorgeschriebenen Arbeitstemperaturbereich von -35°C bis +63°C problemlos beibehalten bleibt. Diese Zwischentemperatur ist abhängig vom verwendeten Sprengstoff und vom Hüllenwerkstoff und liegt in der Regel zwischen -35°C und -15°C. Bei Verwendung des mit Methylmethacrylat phlegmatisierten Oktogen als Sprengstoff und des Perunals als Hüllenwerkstoff beträgt diese Zwischentemperatur -31°C.The
Dann wird die auf -50°C bis -100°C, vorzugsweise -80°C, abgekühlte Auskleidung 9 in die Sprengladung 3 eingesetzt, Fig. 1h und 1i. Diese letzte Operation erfolgt unter leichtem Druck, so dass ein luftspaltloser Sitz zwischen dem Gebilde Sprengladung und Hülle und der Auskleidung entsteht, der bei höheren Temperaturen beibehalten bleibt.Then the
Das vorbeschriebene Verfahren zur Herstellung von Munitionskörpern ist besonders geeignet für die Fertigung von Geschossen für die Fliegerabwehr und von Raketengeschossen, da bei diesen besonders brisante Präzisionssprengladungen, wie Nitropenta, Hexogen mit oder ohne Tinitrotoluol, oder Oktogen, verwendet werden.The method described above for the production of ammunition bodies is particularly suitable for the manufacture of projectiles for anti-aircraft defense and of missile projectiles, since particularly explosive explosive charges such as nitropenta, hexogen with or without tinitrotoluene or octogen are used in these.
Bei solchen Geschossen werden vorallem Leichtmetallblech, wie Aluminium, oder auch glasfaser- oder kohlenstoffaserverstärkte Kunststoffe verwendet. Die Wandung der metallischen Hülle 7 beträgt dabei zwischen 1,0 und 2,0 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm.In such projectiles, primarily light metal sheet, such as aluminum, or glass fiber or carbon fiber reinforced plastics are used. The wall of the
Die beiden praktisch realisierten Ausführungsbeispiele, Fig. 2 und 3, unterscheiden sich voneinander durch die in Fig. 3 vorhandenen zusätzlichen Elemente, eine Übertragungsladung und eine Barriere, wie weiter unten noch ausführlich erläutert wird.The two practical exemplary embodiments, FIGS. 2 and 3, differ from one another by the additional elements present in FIG. 3, a transfer charge and a barrier, as will be explained in more detail below.
Gemäss Fig. 2 weist das erfindungsgemäss hergestellte Hohlladungsgeschoss 10 ein Gehäuse oder eine metallische Hülle 11 auf, in der sich ein Sprengkörper oder eine Präzisionssprengladung 12 befindet. Diese Präzisionssprengladung 12 ist innen mit einer Einlage 13 versehen. Das Gehäuse oder die metallische Hülle 11 weist an ihrem einen Ende ein Innengewinde 14 auf, in das ein Gewindering 15 eingeschraubt ist.According to FIG. 2, the shaped
Gemäss Fig. 3 weist das erfindungsgemäss hergestellte Hohlladungsgeschoss 10 zusätzlich zu den erwähnten Elementen, insbesondere der Hülle 11, der Präzisionssprengladung 12, der Einlage 13, dem Gewindering 15, noch eine Übertragungsladung 16 und eine Barriere 17 auf. Vorzugsweise bilden die Präzisionssprengladung 12, die Barriere 17 und die Übertragunsladung 16 einen einzigen Körper, der als ganzes in die Hülle 11 eingesetzt wird.According to FIG. 3, in addition to the elements mentioned, in particular the
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht nun darin:
- a)
die Präzisionssprengladung 12 abzukühlen - b) die Hülle 11 zu erwärmen
- c) die abgekühlte Präzisionssprengladung 12 in
die erwärmte Hülle 11 einzuführen - d) die
von der Hülle 11ummantelte Präzisionssprengladung 12 auf Zwischentemperatur zu erwärmen - e) die Einlage 13 abzukühlen
- f) die abgekühlte Einlage 13 in
die Präzisionssprengladung 12 hineinzupassen - g) das entstandene Gebilde mittels Gewindering anzupressen
- h) die derart zusammengeführten Teile auf irgendeine Umgebungstemperatur innerhalb des Einsatzbereiches zu bringen.
- a) to cool the precision
explosive charge 12 - b) to heat the
casing 11 - c) insert the cooled precision
explosive charge 12 into theheated casing 11 - d) to heat the
explosive charge 12 encased by theenvelope 11 to an intermediate temperature - e) cool the
insert 13 - f) to fit the cooled
insert 13 into the precisionexplosive charge 12 - g) to press the resulting structure using a threaded ring
- h) to bring the parts brought together in this way to any ambient temperature within the area of use.
Die genannten Elemente, insbesondere die Präzisionssprengladung 12, die metallische Hülle 11 und die Einlage oder Auskleidung 13 werden derart zusammengebaut, dass keine Risse in der Sprengladung 12 entstehen und dass einerseits zwischen der Präzisionssprengladung 12 und der metallischen Hülle 11 und andererseits zwischen der Präzisionssprengladung 12 und der Einlage 13 keine Zwischenräume oder Spalten entstehen.The elements mentioned, in particular the precision
-
1. Rechenansatz
Die zusammengebauten metallischen Teile der Hohlladung weisen Abmessungen und Toleranzen auf, die für eine Temperatur von 20°C (Raumtemperatur) gültig sind.
Die Bindungen zwischen dem Sprengkörper und den metallischen Teilen erlauben nur die Übertragung von Druckspannungen, nicht von Zug- und/oder Schubspannungen.
Bei der Trennfläche zwischen Einlage 13 und Gewindering 15 wird eine feste Bindung angenommen.
Bei der Trennfläche zwischen Einlage 13 und metallischer Hülle 11 wird in der axialen Richtung Bindungsfreiheit und radial Zugspannungsfreiheit angenommen.1. Calculation approach
The assembled metallic parts of the shaped charge have dimensions and tolerances that are valid for a temperature of 20 ° C (room temperature).
The bonds between the explosive device and the metallic parts only allow the transfer of compressive stresses, not tensile and / or shear stresses.
A firm bond is assumed for the separating surface betweeninsert 13 and threadedring 15.
With the separating surface between theinsert 13 and themetallic shell 11, freedom from binding and radial freedom from tension are assumed in the axial direction. - 2. Simulation der thermoelastischen Vorgänge 2. Simulation of thermoelastic processes
-
2.1 Bestimmung der erforderlichen Sprengstoffmenge
Das im Rechenansatz definierte Modell wird auf die Temperatur abgekühlt, bei welcher die Wärmedehnungszahlen des Sprengstoffes und der metallischen Hülle gleich sind (bei ca. -30°C).
Die dabei entstandenen Zwischenräume zwischen Sprengkörper 3 und metallischer Hülle 7, bzw. Auskleidung 9 werden mit Sprengstoff derart aufgefüllt, dass bei der Zwischentemperatur von ca. -30°C eine druckfreie Berührung vorliegt.
Das bei ca. -30°C korrigierte Modell wird auf die minimale Einsatztemperatur (-35°C) weiter abgekühlt. Allfällige entstandene Zwischenräume werden ebenfalls mit Sprengstoff aufgefüllt.
Die so definierte Hohlladung wird auf 20°C (Raumtemperatur) aufgewärmt.2.1 Determining the required amount of explosives
The model defined in the calculation approach is cooled to the temperature at which the thermal expansion numbers of the explosive and the metallic shell are the same (at approx. -30 ° C).
The resulting gaps between theexplosive device 3 and themetallic shell 7 orlining 9 are filled with explosives in such a way that there is pressure-free contact at the intermediate temperature of approximately -30 ° C.
The model corrected at approx. -30 ° C is further cooled down to the minimum operating temperature (-35 ° C). Any gaps that arise are also filled with explosives.
The shaped charge thus defined is warmed up to 20 ° C (room temperature). -
2.2 Bestimmung des mechanisch zu bearbeitenden Umrisses der Sprengladung
Der praktische Umriss der Sprengladung 3 wird aus der obigen Simulation ermittelt, indem die metallischen Teile der Hohlladung wie Hülle 7 und Auskleidung 9 entfernt werden.
Dabei sollen die Fertigungstoleranzen bei 20°C sowohl der Sprengladung als auch der metallischen Teile berücksichtigt werden, was zu einem geringen Übermass des mechanisch zu bearbeitenden Sprengkörpers führt.2.2 Determination of the mechanically machined outline of the explosive charge
The practical outline of theexplosive charge 3 is determined from the above simulation by removing the metallic parts of the shaped charge, such as theshell 7 and thelining 9.
The manufacturing tolerances at 20 ° C of both the explosive charge and the metallic parts should be taken into account, which leads to a small excess of the explosive to be machined. -
2.3 Bestimmung der Druckspannungen im Sprengkörper und in der metallischen Hülle
Die Spannungsverteilung, insbesondere die Verteilung der Drücke auf Sprengkörper und Hülle, werden bei der maximalen Einsatztemperatur (+63°C) ermittelt. Dabei werden die Massabweichungen gleich Null gesetzt und die entstandenen Spannungen, bzw. Drücke nach VON MISES errechnet.
Dabei ist zu bemerken, dass sich die gepresste Sprengladung nicht plastisch verformt, wenn die Spannungen bzw. die Drücke im Sprengstoff den Pressdruck nicht übersteigen.2.3 Determination of the compressive stress in the explosive device and in the metallic shell
The stress distribution, in particular the distribution of the pressures on the explosive device and shell, are determined at the maximum operating temperature (+ 63 ° C). The dimensional deviations are set to zero and the resulting stresses or pressures are calculated according to VON MISES.
It should be noted that the compressed explosive charge does not deform plastically if the stresses or pressures in the explosive do not exceed the pressure. -
3. Numerisches Beispiel
Die numerische Berechnung einer Hohlladung von Kaliber 120 mm wurde mit dem Finite-Elemente-Programm ABAQUS (Handelsprogramm durch die Firma HIBIT, KARLSSON & SORENSON, Inc., Providence, Rhode Island, USA vertrieben) durchgeführt.
Dabei wurden folgende thermoelastische Kennwerte verwendet- für den Sprengstoff, Oktogen mit Methylmethacrylat phlegmatisiert:
Der Elektrizitätsmodul Es = 1'200 N/mm², im relevanten Temperaturbereich konstant.
Die POISSON-Zahl = 0,1
Die Wärmedehnungszahl αs, Funktion der Temperatur, durch ein Polynom dritten Grades dargestellt
- für eine Leichtmetallhülle aus der ASTM 7'075-Legierung:
Der Elastizitätsmodul Eh = 70'000 N/mm², im relevanten Temperaturbereich konstant.
Die POISSON-Zahl = 0,3
Die Wärmedehnungszahl αh = 2,36x10⁻⁵ 1/oK, im relevanten Temperaturbereich konstant. - Für die Auskleidung aus reinem Elektrolytkupfer:
Der Elastizitätsmodul ECu = 125'000 N/mm², im relevanten Temperaturbereich konstant.
Die POISSON-Zahl = 0,3
Die Wärmedehnungszahl αCu = 1,9x10⁻⁵ 1/oK, im relevanten Temperaturbereich konstant.
Die Berechnung ergab eine maximale Massabweichung von 0,12 mm bei der Auskleidungsbasis. Hier betragen die Dicke der Sprengladung 2 mm (radial gemessen) und diejenige der metallischen Hülle 1 mm.
Die höchste auftretende, dreidimensionale Druckspannung in der Sprengladung liegt aber bei der Auskleidungsspitze und beträgt
nach VON MISES berechnet. Dieser Wert liegt unterhalb des Druckes, bei welchen die Sprengladung verdichtet wurde (ca. 200 N/mm²). Die maximale Beanspruchung der Hülle entsteht beim Temperaturmaximum von 63°C, eine entsprechende dreidimensionale Spannung beträgt
und liegt noch im elastischen Bereich der Aluminiumlegierung.
The numerical calculation of a shaped charge of caliber 120 mm was carried out with the finite element program ABAQUS (trading program by the company HIBIT, KARLSSON & SORENSON, Inc., Providence, Rhode Island, USA).
The following thermoelastic parameters were used- for the explosives, octogen phlegmatized with methyl methacrylate:
The electricity module E s = 1,200 N / mm², constant in the relevant temperature range.
The POISSON number = 0.1
The coefficient of thermal expansion α s , function of temperature, is represented by a third degree polynomial
- for a light metal cover made of ASTM 7'075 alloy:
The elastic modulus E h = 70,000 N / mm², constant in the relevant temperature range.
The POISSON number = 0.3
The coefficient of thermal expansion α h = 2.36x10⁻⁵ 1 / o K, constant in the relevant temperature range. - For the lining made of pure electrolytic copper:
The modulus of elasticity E Cu = 125,000 N / mm², constant in the relevant temperature range.
The POISSON number = 0.3
The coefficient of thermal expansion α Cu = 1.9x10⁻⁵ 1 / o K, constant in the relevant temperature range.
The calculation resulted in a maximum dimensional deviation of 0.12 mm for the lining base. Here the thickness of the explosive charge is 2 mm (measured radially) and that of the metallic shell is 1 mm.
However, the highest three-dimensional compressive stress that occurs in the explosive charge lies at the lining tip and is
calculated by VON MISES. This value is below the pressure at which the explosive charge was compressed (approx. 200 N / mm²). The maximum stress on the shell occurs at a maximum temperature of 63 ° C, a corresponding three-dimensional stress is
and is still in the elastic range of the aluminum alloy.
- für den Sprengstoff, Oktogen mit Methylmethacrylat phlegmatisiert:
Anhand dieses Berechnungsbeispiels wird gezeigt, dass die beiden eingangs gestellten Aufgaben, nämlich:
- a) ein riss- und spaltfreies Zusammenbauen einer Präzisionssprengladung mit einer äusseren, dünnwandigen Hülle und einer inneren Hohlladungsauskleidung und
- b) bei Einsatztemperaturen der Munition von -35°C bis +63°C einen luftspaltlosen Sitz zwischen Sprengladung und Geschosshülle
- a) a crack and gap-free assembly of a precision explosive charge with an outer, thin-walled shell and an inner shaped charge lining and
- b) at ammunition operating temperatures from -35 ° C to + 63 ° C an air gap-free seat between the explosive charge and the shell
Claims (12)
- Method for the fissure-free assembly of a hollow charge projectile, taking account of the various coefficients of thermal expansion of the precision explosive charge (12), metallic casing (11) and insert (13) through the introduction of the precision explosive charge (12) and insert (13), which are in the supercooled state, into a casing (11) which has been heated or is at normal temperature, characterised in- that first the pressed precision explosive charge (12), which is of a precise shape and mass, is cooled, the metallic casing (11) is heated and the precision explosive charge (12) is introduced into the metallic casing (11) in a stress-free manner,- that the sheathed precision explosive charge (12) is then heated, the insert (13) is cooled and the insert (13) is pressed axially and fixed into the sheathed precision explosive charge (12) in a friction-tight manner,- that the thus assembled parts (11, 12, 13) are then brought to any ambient temperature.
- Method according to claim 1, characterised in that the pressed precision explosive charge (12), which is of a precise shape and mass, is cooled to a temperature of -50 °C to -100 °C, and that the metallic casing (11) is heated to a temperature of +50 °C to +80 °C, that the sheathed precision explosive charge is then heated to -35 °C to -15 °C and the insert is cooled to a temperature of -50 °C to -100 °C.
- Method according to claim 1, characterised in that the coefficient of thermal expansion of the explosive (12) in all or at least in the upper portion of the required temperature range exceeds the coefficient of thermal expansion of the insert (13) and of the casing (11).
- Method according to claim 1, characterised in that the coefficient of thermal expansion of the explosive (12) in all or at least in the upper portion of the required temperature range is the same as the coefficient of thermal expansion of the lining (13) and of the casing (11).
- Method according to claim 1, characterised in that the precision explosive charge (12) is introduced into the casing (11) in a stress-free manner.
- Method of introducing a precision explosive charge into a metallic casing according to claim 5, characterised in that the precision explosive charge (12) is pressed and/or isostatically pressed.
- Method of introducing a precision explosive charge into a metallic casing according to claim 5 or 6, characterised in that the precision explosive charge (12) is cooled for at least 2 hours.
- Method of introducing a precision explosive charge into a metallic casing according to claim 7, characterised in that the precision explosive charge (12, 3) is enclosed by a protective casing (5) during the cooling.
- Method according to one of the preceding claims, characterised in that the shapes and dimensions of the precision explosive charge (12) are obtained, at least partly, by machining.
- Hollow charge projectile produced using the method according to claim 1, characterised in that the casing (7, 11) of the thin-walled ammunition body consists of a light metal, such as an aluminium or magnesium alloy, or of a plastic reinforced with glass fibre or carbon fibre.
- Hollow charge projectile produced using the method according to claim 1, characterised in that the precision explosive charge (3, 12) of the thin-walled ammunition body consists of nitropenta, hexogen with or without trinitrotoluene, or octogen with a phlegmatising additive, such as wax or plastic, such as methylmetacrylate.
- Use of the method according to one of claims 1 to 9 for producing thin-walled ammunition bodies for anti-aircraft defence and for rocket projectiles.
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