SE517048C2

SE517048C2 - Propellant charge has explosive spiral embedded in explosive material

Info

Publication number: SE517048C2
Application number: SE0002975A
Authority: SE
Inventors: Henrik Almstroem
Original assignee: Totalfoersvarets Forskningsins
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2002-04-09
Also published as: SE0002975D0; SE0002975L

Abstract

A propellant charge (5) comprises a circular tubular propellant material and a spiral of explosive material. The explosive spiral (20) is embedded in the propellant material (22) so that upon detonation it will deliver energy to the propellant material and form a combustion surface in it. Independent claims are also included for; (1) A method for initiating and controlling the combustion and deflagration rate for a propellant charge, by detonating a spiral of explosive embedded in the propellant material, and (2) The use of explosive in spiral form in a propellant charge in order to deliver energy to the propellant material and form a combustion surface in it.

Description

25 30 35 517 048 2 med en laddningsdensitet på cirka 50 procent av drivämnets teoretiska maximala densitet. Detta leder dock till låg energitäthet hos laddningen och begränsar den praktiskt möjliga krutmängden som kan användas i exempelvis en kanon. 517 048 2 with a charge density of about 50 percent of the theoretical maximum density of the propellant. However, this leads to low energy density of the charge and limits the practically possible amount of gunpowder that can be used in, for example, a cannon.

En annan metod att öka brinnhastigheten är att till reaktionszonen tillföra energi genom att leda en ström genom reaktionszonen. I SE 509 310 C2 beskrivs en metod att elektriskt initiera och styra förbränningen av en drivladdning bestående av elektriskt ledande krut. Elektrotermisk energi tillförs drivladdningen genom att ström matas genom det ledande krutet till olika delar eller zoner av drivladdningen under samma tidpunkter under förbränningen. En utföringsforrn avser en drivladdning som i huvudsak ändförbrânnes från en initieringsände till en slutände varvid strömmen matas mellan en mittelektrod, som sträcker sig axiellt genom laddningen, och en ytterelektrod, som omger laddningen, och t.ex. kan utgöras av en ammunitionshylsa. Mittelektroden är isolerad och strömmen tillföres från dess fria ände vid laddningens brinnande ändyta och avisoleras allteftersom laddningen förbränns.Another method of increasing the burning rate is to supply energy to the reaction zone by passing a current through the reaction zone. SE 509 310 C2 describes a method for electrically initiating and controlling the combustion of a propellant charge consisting of electrically conductive gunpowder. Electrothermal energy is supplied to the propellant charge by supplying current through the conductive powder to different parts or zones of the propellant charge during the same times during combustion. One embodiment relates to a propellant charge which is substantially end-combusted from an initiating end to an end end, the current being fed between a center electrode extending axially through the charge and an outer electrode surrounding the charge, and e.g. can consist of an ammunition sleeve. The center electrode is insulated and the current is applied from its free end at the burning end surface of the charge and is stripped as the charge burns.

I SE 509 311 C2 beskrivs en vidareutveckling av ovan nämnda metod. Mängden krut som initieras per tidsenhet under förbränningen styrs även i detta dokument genom matning av en elektrisk ström genom krutet mellan en isolerad mittelektrod och en ytterelektrod. Förbränningshastigheten styrs genom att under förbränningen avisoleras den ena elektroden med en kontrollerad hastighet i riktning mot laddningens slutände. Avisoleringen sker genom att ett sprängämne, som är anordnat i en spiral runt den isolerade elektroden, detoneras. Genom att variera spiralens stigning och bredd kan en önskad avisoleringshastighet för de olika axiella delama av laddningen i förväg konstrueras och därmed förbränningshastigheten styras enligt ett önskat förlopp.SE 509 311 C2 describes a further development of the above-mentioned method. The amount of gunpowder initiated per unit time during combustion is also controlled in this document by feeding an electric current through the gunpowder between an insulated center electrode and an outer electrode. The combustion rate is controlled by stripping one electrode during combustion at a controlled rate towards the end of the charge. The stripping takes place by detonating an explosive, which is arranged in a spiral around the insulated electrode. By varying the pitch and width of the spiral, a desired stripping speed for the various axial parts of the charge can be constructed in advance and thus the combustion speed is controlled according to a desired course.

Andra områden där ett sprängämne används för att starta förbränningen av ett drivämne visas i US 4 080 902 och US 4 488 486 som visar tändstubiner. I fall då ﬂera sprängladdningar skall detonera samtidigt krävs det att brinnhastigheten är så stor att längden på tändstubinen inte har någon praktisk betydelse. De ovan nämnda skriftema löser detta genom ett centralt placerat sprängämne som detonerar och tänder omkringliggande mer långsamtbrinnande drivämne. 10 15 20 25 30 35 517 Û48 3 Föreliggande uppﬁnning visar en drivladdning samt en metod att initiera och styra förbrännings-/deflagrationshastigheten utan komplicerad utrustning för att utifrån tillföra energi samt en användning av sprängämne i spiralform i en drivladdning.Other areas where an explosive is used to start the combustion of a propellant are shown in US 4,080,902 and US 4,488,486 which show spark plugs. In cases where ﬂ your explosive charges are to detonate at the same time, it is required that the burning speed is so great that the length of the ignition tube has no practical significance. The above-mentioned writings solve this by means of a centrally located explosive which detonates and ignites surrounding more slowly burning fuel. 10 15 20 25 30 35 517 Û48 3 The present invention shows a propellant charge and a method for initiating and controlling the combustion / deflagration rate without complicated equipment for externally supplying energy and a use of explosive in spiral form in a propellant charge.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifogade figurer: Fig. 1 visar schematiskt ett längdsnitt genom en kanon med en drivladdning enligt känd teknik.The invention will be described in more detail in the following in connection with the accompanying figures: Fig. 1 schematically shows a longitudinal section through a cannon with a propellant charge according to prior art.

Fig. 2 visar schematiskt ett längdsnitt genom en kanon med en drivladdning enligt uppﬁnningen.Fig. 2 schematically shows a longitudinal section through a cannon with a propellant charge according to the invention.

Fig. 3 visar ett snitt genom en patron enligt en första utföringsform.Fig. 3 shows a section through a cartridge according to a first embodiment.

Fig. 4 visar ett snitt genom en patron enligt en andra utföringsform Fig. 5 visar ett snitt i radiell riktning genom en patron enligt den andra utföringsformen.Fig. 4 shows a section through a cartridge according to a second embodiment. Fig. 5 shows a section in radial direction through a cartridge according to the second embodiment.

Fig. 6 visar en principskiss av en spiral i en hylsa.Fig. 6 shows a schematic diagram of a spiral in a sleeve.

Fig. 7 visar en tänd drivladdning.Fig. 7 shows a lit propellant charge.

Figur 1 visar känd teknik enligt SE 509 311 C2 för att styra förbränningshastigheten hos en drivladdning (5). Figuren visar schematiskt ett längdsnitt genom en kanon med ett eldrör (2) och ett bakstycke (3), laddad med en enhetspatron (1) innefattande en projektil (4), hylsa (10) samt en drivladdning (5). Drivladdningen (5) har en axiell utsträckning från en initieringsände (6), som är vänd mot projektilen (4), till en slutände (7), som är vänd mot bakstycket (3). Drivladdningen innefattar även en mittelektrod (8) med ett isolerande skikt (12) och en sprängâmnesspiral (17). Drivladdningens förbränningshastighet styrs genom att det isolerande skiktet (12) på mittelektroden (8) avlägsnas på ett kontrollerad sätt när spiralen (17) detoneras. När isoleringen (12) är borta antänder mittelektroden (8) drivämnet, i detta fall elektriskt ledande krut.Figure 1 shows prior art according to SE 509 311 C2 for controlling the combustion rate of a propellant charge (5). The figure schematically shows a longitudinal section through a cannon with a barrel (2) and a back piece (3), loaded with a unit cartridge (1) comprising a projectile (4), sleeve (10) and a propellant charge (5). The propellant charge (5) has an axial extent from an initiation end (6), which faces the projectile (4), to a closed end (7), which faces the rear piece (3). The propellant charge also comprises a center electrode (8) with an insulating layer (12) and an explosive coil (17). The combustion rate of the propellant charge is controlled by removing the insulating layer (12) on the center electrode (8) in a controlled manner when the coil (17) is detonated. When the insulation (12) is gone, the center electrode (8) ignites the propellant, in this case electrically conductive gunpowder.

Figur 2 visar en enhetspatron (1) med drivladdning (5) enligt föreliggande uppﬁnning. Patronen (1) innefattar en projektil (4), hylsa (10), drivladdning (5) samt innervägg (21). Drivladdningen (5) innefattar ett drivämne (22), t.ex. kmt, samt spiraler (20) innefattande ett sprängämne löpande från initieringsänden (6) till slutänden (7) inbakade i drivämnet (22). Spiralema (20) och drivämnet (22) är anordnade mellan en trycktålig innervägg (21) och insidan av hylsan (10). 10 15 20 25 30 35 517 048 4 Drivladdningen (5) får därmed fonnen av ett cirkulärt rör. Ett ﬂertal spiraler (20) är koncentriskt anordnade i drivladdningen (se ﬁg. 5).Figure 2 shows a unit cartridge (1) with propellant charge (5) according to the present invention. The cartridge (1) comprises a projectile (4), sleeve (10), propellant charge (5) and inner wall (21). The propellant charge (5) comprises a propellant (22), e.g. kmt, and spirals (20) comprising an explosive running from the initiation end (6) to the end (7) baked into the propellant (22). The spirals (20) and the propellant (22) are arranged between a pressure-resistant inner wall (21) and the inside of the sleeve (10). 10 15 20 25 30 35 517 048 4 The propellant charge (5) is thus formed by a circular tube. A number of spirals (20) are concentrically arranged in the propellant charge (see ﬁ g. 5).

Figur 3 visar ett snitt genom en hylsa (10) och visar spiraler (20) med ett runt tvärsnitt inbäddade i drivämnet (22).Figure 3 shows a section through a sleeve (10) and shows spirals (20) with a round cross-section embedded in the propellant (22).

Figur 4 visar en andra och föredragen utföringsforrn av drivladdningen (5).Figure 4 shows a second and preferred embodiment of the propellant charge (5).

Drivladdningen (5) är uppbyggd av ett antal spiraler (20) innefattande sprängämne och omkringliggande drivämne (22a, 22b). Spiralema (20) är i form av platta band med ett drivämneslager (22a, 22b) på vardera sidan. Som drivämne används lämpligen krut, t.ex. ÅKB 204. Som sprängämne i spiralema (20) används lämpligen ett plastiskt sprängämne, t.ex. PBXN-201 eller PBXN-301. För att höja temperaturen ytterligare vid gränsytan sprängämne-krut, och säkerställa att krutet antänds, kan krutlagret eller spiralen ytbeläggas med ett skikt, innehållande t.ex. magnesium.The propellant charge (5) is made up of a number of spirals (20) comprising explosive and surrounding propellant (22a, 22b). The spirals (20) are in the form of flat strips with a fuel layer (22a, 22b) on each side. As a propellant, gunpowder is suitably used, e.g. ÅKB 204. An explosive is suitably used as an explosive in the spirals (20), e.g. PBXN-201 or PBXN-301. To raise the temperature further at the explosive-gun interface, and to ensure that the gunpowder ignites, the gunpowder layer or spiral can be coated with a layer containing e.g. magnesium.

Figur 5 visar hur ett ﬂertal spiraler (20) är koncentriskt anordnade i en hylsa (10).Figure 5 shows how a number of spirals (20) are concentrically arranged in a sleeve (10).

Det är lämpligt att begränsa spiralemas tjocklek då stigningen vid spiralens innerkant är mindre än dess ytterkant vilket resulterar i olika deﬂagrationshastigheter. Vid smala spiraler (20) är dock effekten hanterbar. Varje koncentrisk spiral (20) dimensioneras så att den sammantagna detonationsfronten för alla spiraler rör sig parallellt längs hylsan (10).It is convenient to limit the thickness of the spirals as the pitch at the inner edge of the spiral is less than its outer edge which results in different de-aggregation rates. With narrow spirals (20), however, the effect is manageable. Each concentric spiral (20) is dimensioned so that the total detonation front of all spirals moves parallel along the sleeve (10).

Figur 6 visar en principskiss över hur en spiral (20) är anordnad mellan innerväggen (21) och en yttervägg i form av en hylsa (10).Figure 6 shows a principle sketch of how a spiral (20) is arranged between the inner wall (21) and an outer wall in the form of a sleeve (10).

Figur 7 visar en tänd drivladdning (5) med en brinnfront (23). Förbränningen sker i ett tvåfasﬂöde, dvs. dels brinner krutet i brinnfronten (23) men även krutpartiklar (24) som drivits ut av sprängämnesgaser brinner och slutförbränns ovanför brinnfronten (23) och bidrar till drivgasen (25). En spiral (20) visas i ﬁguren. Spiralen (20) har ett drivämneslager (22a, 22b) på vardera sidan.Figure 7 shows a lit propellant charge (5) with a burn front (23). The combustion takes place in a two-phase fate, ie. on the other hand, the gunpowder burns in the combustion front (23), but also gunpowder particles (24) which have been expelled by explosive gases burn and are completely combusted above the combustion front (23) and contribute to the propellant gas (25). A spiral (20) is displayed in the clock. The coil (20) has a propellant bearing (22a, 22b) on each side.

Metoden enligt uppfinningen startas genom att spiralema (20) initieras vid initieringsänden (6). När det tunna sprängämneslagret detonerar upphettas och tryckbelastas intilliggande drivämneslager (22a, 22b). Drivämneslagren (22a, 22b) antänds, det undre drivämneslagret (22a), det närmast projektilen (4), antänds och 10 15 20 25 30 517 048 5 drivs ut av sprängämnesgasema och slutförbränns i ett tvåfasﬂöde. Det övre drivämneslagret (22b) antänds från undersidan och tryckbelastas. När detonationen gått runt symmetriaxeln antänds det undre drivämneslagret (22a) från detonationen av sprängämnesspiralen (20) och drivs ut i ett tvåfasflöde samtidigt som det förra varvets övre drivämneslager (22b) brunnit ut och antänder det undre drivämneslagret (22a) från undersidan. För att undvika att en alltför stor del av förbränningen skeri ett tvåfasflöde bör tjockleken på drivämneslagren (22a, 22b) vara så liten som möjligt. Samtidigt måste drivämneslagren (22a, 22b) dimensioneras så att detonationen inte förs över genom drivämneslagren (22a, 22b) till intilliggande sprängämne.The method according to the invention is started by initiating the spirals (20) at the initiation end (6). When the thin explosive layer detonates, adjacent propellant layers (22a, 22b) are heated and pressurized. The propellant layers (22a, 22b) are ignited, the lower propellant layer (22a), the closest projectile (4), are ignited and expelled by the explosive gases and finally combusted in a two-phase desolation. The upper fuel layer (22b) ignites from below and is pressurized. As the detonation moves around the axis of symmetry, the lower propellant layer (22a) ignites from the detonation of the explosive coil (20) and is expelled in a two-phase flow while the upper propellant layer (22b) of the previous lap burns out and ignites the lower propellant layer (22a) from below. In order to avoid that an excessive part of the combustion takes place in a two-phase flow, the thickness of the fuel layers (22a, 22b) should be as small as possible. At the same time, the propellant layers (22a, 22b) must be dimensioned so that the detonation is not transferred through the propellant layers (22a, 22b) to adjacent explosives.

Nedan visas ett exempel på hur en drivladdning enligt ﬁgur 4-7 med spiraler (20) innefattande sprängämnet PBXN-301 kan dimensioneras. PBXN-301 har en kritisk diameter på 0,35 mm, dvs. en kritisk tjocklek på 0,17 mm. Om spiralen (20) har ett platt tvärsnitt, som ett band, omges sprängämnet av ett drivämne (22a, 22b), t.ex. ett krutlager med tjockleken 0,2 till 0,5 mm. Drivladdningens deflagrationshastighet (u) styrs av spiralens/spiralemas stigningsvinkel (a) enligt formeln: u=wD där u = deflagrationshastighet a = stigningsvinkel D = sprängämnets detonationshastighet.Below is an example of how a propellant charge according to Figures 4-7 with coils (20) comprising the explosive PBXN-301 can be dimensioned. PBXN-301 has a critical diameter of 0.35 mm, ie. a critical thickness of 0.17 mm. If the coil (20) has a flat cross-section, like a belt, the explosive is surrounded by a propellant (22a, 22b), e.g. a powder layer with a thickness of 0.2 to 0.5 mm. The deflagration rate (u) of the propellant charge is controlled by the pitch angle (a) of the spiral (s) according to the formula: u = wD where u = deflagration rate a = pitch angle D = detonation velocity of the explosive.

Vid en medelradie (rm) för krutet i en spiral (20) blir stigningen (h) per varv : h=2-1c-rm-a Med en stigningsvinkel a = 0,5 °,medelradie rm = 50 mm och en detonationshastighet D = 7200 m/s blir resultaten en deflagrationshastighet (u) runt 60 m/s och en stigning (h) på 2,7 mm/varv.At an average radius (rm) of the powder in a spiral (20), the pitch (h) per revolution becomes: h = 2-1c-rm-a With a pitch angle a = 0,5 °, average radius rm = 50 mm and a detonation velocity D = 7200 m / s, the results are a deflagration speed (u) of around 60 m / s and a rise (h) of 2.7 mm / rev.

Claims

10 15 20 25 30 517 048 6 PATENT REQUIREMENTS

Propellant charge (5) comprising a circular tubular propellant (22) and a coil (20) comprising explosive, characterized in that the coil (20) is surrounded by the propellant (22) to supply energy during detonation and create a burning surface of the propellant ( 22).

Drive charge (5) according to claim 1, characterized in that the drive charge (5) has an axial extent from an initiation end (6) to an end end (7) and that the coil (20) runs from the initiation end (6) to the end end (7). ).

A propellant charge (5) according to any one of claims 1-2, characterized in that the coil (20) has a flat cross section.

Propellant charge (5) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the coil (20) and / or the propellant (22) has a surface coating, comprising e.g. magnesium, to raise the temperature.

Propellant charge (5) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that several spirals (20) are arranged concentrically in the propellant (22).

Propellant charge (5) according to claim 5, characterized in that the concentric spirals (20) have different pitch (h) per revolution according to the formula: h = 2 'TC' rm 'u. Where h = the pitch of the spiral per revolution rm = the average radius of the powder in a spiral a = the angle of inclination of the spiral. 10 15 20 25 30 517 048 7

Propellant charge (5) according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the de-aggregation speed of the propellant charge is controlled by the angle of inclination (a) of the spiral (s) according to the formula: u = a - D where

Propellant charge (5) according to any one of claims 1-7, characterized in that the propellant charge (5) is a projectile propellant charge arranged in an ammunition sleeve (10) or a rocket socket.

Propellant charge (5) according to any one of claims 1-8, characterized in that the propellant (22) consists of gunpowder, e.g. ÅKB 204.

Propellant charge (5) according to any one of claims 1-9, characterized in that the explosive is a plastic explosive, e.g. PBXN-201 or PBXN-301.

Method for initiating and controlling the rate of combustion / deflagration of a propellant charge (5) comprising a propellant (22), characterized in that a coil (20) comprising explosive is embedded in the propellant (22) and is detonated to supply energy and creates a burning surface of the propellant (22).

Method according to claim 11, characterized in that the spiral (20) has a flat cross section.

Method according to one of Claims 11 to 12, characterized in that several spirals (20) are arranged concentrically in the propellant (22). 10 15 20 517 048 8

Method according to one of Claims 11 to 13, characterized in that the deflagration rate of the propellant charge is controlled by arranging the pitch angle (a) of the coil (s) according to the formula: u = a - D where u = deflagration rate a = pitch angle D = detonation detonation rate.

Method according to one of Claims 11 to 14, characterized in that the charge (5) is a projectile propellant charge arranged in an ammunition sleeve (10) or a rocket socket.

Method according to one of Claims 11 to 15, characterized in that the propellant (22) consists of gunpowder, e.g. ÅKB 204.

17. A method according to any one of claims 11-16, characterized in that the explosive is a plastic explosive, e.g. PBXN-201 or PBXN-301.

Use of an explosive in spiral form (20) in a propellant charge (5) comprising a propellant (22) characterized in that the explosive supplies energy and creates burning surfaces of the propellant (22) during detonation.