[0001] Die Erfindung betrifft eine Wirkmasse für ein beim Abbrand spektral strahlendes pyrotechnisches
Infrarotscheinziel mit Raumwirkung. Ein beim Abbrand spektral strahlendes pyrotechnisches
Infrarotscheinziel emittiert beim Abbrand überwiegend Strahlung einer Wellenlänge
von 3,5 bis 4,6 µm, d. h. eine Strahlung im sogenannten B-Band, und nur zu einem geringeren
Teil Strahlung im Bereich einer Wellenlänge von 1,8 bis 2,6 µm, dem sogenannten A-Band.
Das A-Band und das B-Band sind die Wellenlängen, die von herkömmlichen Suchköpfen
erfasst werden. Bekannte spektral strahlende Wirkmassen für Schwarzkörperstrahler
enthalten Nitrozellulose oder Ammoniumperchlorat oder Kaliumperchlorat und ein Bindemittel,
wie Hydroxyl-terminiertes Polybutadien.
[0002] Wirkmassen mit Ammoniumperchlorat sind mechanisch und thermisch sehr empfindlich
und erfüllen damit nicht die Kriterien einer insensitiven Munition. Splitterschlag,
Brand und langsames Erhitzen können bei diesen Wirkmassen eine heftige Explosion auslösen.
Die praktisch erreichbare Dichte dieser Wirkmassen beträgt maximal ca. 1500 kg/m
3, so dass verhältnismäßig wenig davon in einem Scheinziel eines gegebenen Kalibers
untergebracht werden kann. Ein weiterer Nachteil derartiger Wirkmassen besteht darin,
dass Ammoniumperchlorat nur sehr eingeschränkt mit anderen Chemikalien und/oder Materialien
verträglich ist. Dies führt einerseits zu Sicherheitsproblemen und andererseits dazu,
dass eine Vielzahl wirksamer Anfeuerungssätze, z. B. auf Basis von Schwarzpulver,
Magnesium oder Zirkonium, nicht verwendet werden können, weil diese in Kombination
mit Ammoniumperchlorat, zu empfindlich wären. Ein weiterer Nachteil Ammoniumperchlorat
enthaltender Wirkmassen besteht darin, dass deren Strahlungsleistung beim Abbrand
verhältnismäßig gering ist und darüber hinaus sehr viel Strahlungsleistung als Funktion
der Luftgeschwindigkeit verloren geht. Dadurch muss für die Simulation eines mit mehr
als 150 m/s fliegenden Flugzeugs eine große Menge der Wirkmasse eingesetzt werden,
um eine ausreichende Strahlungsleistung zu erzeugen. In der Praxis bedeutet dies,
dass derartige Scheinziele ein verhältnismäßig großes Kaliber haben müssen und dadurch
die in einem gegebenen Munitionsraum transportierbare Menge auf Grund des Platzbedarfs
der Munition gering ist.
[0003] Nitrozellulose enthaltende Wirkmassen sind ebenfalls nicht insensitiv und können
leicht explodieren. Weiterhin ist es nachteilig, dass solche Wirkmassen an sich nur
bei geringer Windgeschwindigkeit brennen und zur Sicherstellung des Abbrands im Wind
aufwändige Vorrichtungen erforderlich sind, die auf Grund ihres Platzbedarfs die effektiv
in einem Scheinziel zu transportierende Wirkmasse verringern. Die Dichte einer Nitrozellulose
enthaltenden Wirkmasse beträgt ebenfalls maximal etwa 1500 kg/m
3. Ein wesentlicher Nachteil einer derartigen Wirkmasse besteht darin, dass deren Zündung
einen starken Zündimpuls erfordert, der einen starken, oft nicht spektralen Blitz
verursacht. Dieser Blitz kann einem Suchkopf verraten, dass es sich bei der abbrennenden
Wirkmasse nur um ein Scheinziel handelt.
[0004] Keine der genannten Wirkmassen weist eine Raumwirkung auf, d. h. beim Abbrand einer
sich bewegenden Wirkmasse erscheint diese für einen im B-Band sensitiven IR-Sensor
als punktförmige Strahlenquelle und nicht wie ein Düsentriebwerk eines Flugzeugs mit
Abgasfahne als punktförmige Strahlenquelle mit einem langen Schweif. Ein Raumeffekt
kann zwar durch den Einsatz von rotem Phosphor in Wirkmassen erreicht werden, dieser
Effekt ist jedoch stationär und ermöglicht es nicht, einem bildauflösenden Suchkopf
ein fliegendes Düsenflugzeug vorzutäuschen, wenn sich das Scheinziel in der Luft so
schnell wie ein Düsenflugzeug bewegt.
[0005] Aus der
US 5 472 533 A ist eine Wirkmasse für ein pyrotechnisches Infrarotscheinziel bekannt, welche dafür
ausgelegt ist, einen Zwei-Farben-Infrarotsuchkopf einer Rakete zu täuschen.
[0006] Aus der
GB 2 354 060 A ist ein beim Abbrand spektral strahlendes pyrotechnisches Infrarotscheinziel bekannt,
welches zwei Wirkmassen mit unterschiedlich langen Brenndauern beinhaltet.
[0007] Aus der
EP 1 541 539 A2 ist ein pyrotechnischer Satz zur Erzeugung von IR-Strahlung bekannt, der als hochenergetischen
Brennstoff eine aliphatische, olefinische oder aromatische Cyanverbindung und ein
anorganisches Oxidationsmittel enthält.
[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wirkmasse bereitzustellen, die beim
Abbrand mit hoher Strahlungsleistung spektral strahlt, d. h. Strahlung im B-Band emittiert,
die weit intensiver ist, als die beim Abbrand im A-Band emittierte Strahlung. Weiterhin
soll die abbrennende Wirkmasse bei schneller Bewegung in der Luft eine starke Raumwirkung
aufweisen, die den Abgasstrahl eines sich schnell bewegenden Flugzeugs nachbildet.
[0009] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 9.
[0010] Erfindungsgemäß ist eine Wirkmasse für ein beim Abbrand spektral strahlendes pyrotechnisches
Infrarotscheinziel mit Raumwirkung vorgesehen. Die Wirkmasse umfasst einen Brennstoff,
ein Oxidationsmittel, ein Bindemittel und einen Kohlenstoff enthaltenden Stoff. Dabei
sind der Brennstoff und das Oxidationsmittel so gewählt, dass das Oxidationsmittel
den Brennstoff nach dessen Zündung in einer exothermen Primärreaktion unter Entstehung
einer Temperatur von mindestens 1000 K oxidieren kann. Für eine große Zahl bekannter
Kombinationen aus einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel sind Verbrennungstemperaturen
bekannt. Soweit die entstehende Temperatur nicht bekannt ist, kann sie aus bekannten
Verbrennungstemperaturen abgeschätzt und/oder ohne großen Aufwand durch Messung bei
der Verbrennung ermittelt werden. Weiterhin ist der Stoff so gewählt, dass der Stoff
durch die bei der Primärreaktion freiwerdende Wärme endotherm pyrolysiert wird und
dabei an Luft, insbesondere mit nicht rußender Flamme, brennbares Gas freisetzt. Infrage
kommende Stoffe sind dem Fachmann in großer Zahl bekannt. Insbesondere Naturstoffe,
wie Holz oder Braunkohle, kommen dafür in Betracht. Für die Auswahl eines derartigen
Stoffs ist das Fachwissen des Fachmanns ausreichend. Besteht bei einem mit hoher Wahrscheinlichkeit
infrage kommenden Stoff Zweifel, ist die Durchführung eines einzigen Experiments ausreichend,
um festzustellen, ob der Stoff bei der freiwerdenden Wärme unter Freisetzung eines
an Luft brennbaren Gases pyrolysiert wird. Der Brennstoff ist nicht so stark reduzierend,
dass entstehendes CO
2 zu Kohlenstoff reduziert werden kann. Der Stoff und dessen Mengenanteil an der Wirkmasse
sind so gewählt, dass die Temperatur der Wirkmasse nach deren Zündung wegen des Wärmeentzugs
durch die endotherm erfolgende Pyrolyse 2000 K nicht übersteigt. Die Wirkmasse ist
dabei so zusammengesetzt, dass sich bei deren Abbrand feste Bestandteile von der Wirkmasse
lösen. Die Auswahl eines Stoffs aus den gemäß den obigen Bedingungen infrage kommenden
Stoffe und dessen Mengenanteil an der Wirkmasse erfordert lediglich die Durchführung
einer sehr begrenzten Zahl von Routineexperimenten. Die Ergebnisse der Routineexperimente,
wie bspw. der gemessenen Temperatur der Wirkmasse nach deren Zündung, können vor Durchführung
der Experimente anhand bekannter Größen des Stoffs, wie etwa des spezifischen Wärmebedarfs
für dessen Pyrolyse, abgeschätzt werden. Eine präzisere Angabe der erfindungsgemäßen
Merkmale ist ohne unbillige Einschränkung der Erfindung nicht möglich. Für den Durchschnittsfachmann
stellt die durch die Merkmale spezifizierte Auswahl jedoch kein Problem dar.
[0011] Der Kohlenstoff kann in dem Stoff elementar oder in Form mindestens eines Kohlenstoffatoms
in einem vom Stoff umfassten Molekül enthalten sein. Das Redoxpotential des Brennstoffs
ist mindestens so hoch wie das Redoxpotential von Kohlenstoff, d. h. der Brennstoff
ist höchstens so stark reduzierend wie Kohlenstoff. Das Redoxpotential darf jedoch
auch etwas niedriger sein, so dass CO
2 zu CO reduziert wird, da CO in der Luft sofort zu CO
2 verbrennt, wobei eine große Flamme entsteht, die die Leistung und den Raumeffekt
erhöht. Das bedeutet, dass die freie Enthalpie einer Reaktion des Brennstoffs mit
CO bei der entstehenden Temperatur größer oder gleich 0 ist, eine Reaktion des Brennstoffs
mit CO bei den gegebenen Bedingungen also nicht freiwillig abläuft. Entstehendes CO
2, welches eine starke Strahlung im gewünschten B-Band erzeugt, kann nicht zu Kohlenstoff
reduziert werden. Durch das Vermeiden der Entstehung elementaren Kohlenstoffs entsteht
kein Ruß und dadurch auch wenig Schwarzkörperstrahlung, d. h. Strahlung mit einem
hohen Anteil an Strahlung im A-Band und einem niedrigen Anteil an Strahlung im B-Band.
Dadurch resultiert aus dem Kohlenstoff enthaltenden Stoff eine starke Emission von
Strahlung im B-Band.
[0012] Der Brennstoff enthält erfindungsgemäß ebenfalls Kohlenstoff. Zumindest die stoffliche
Beschaffenheit des Stoffs und des Brennstoffs können identisch sein. Bei identischer
stofflicher Beschaffenheit kann der Stoff jedoch in einer anderen Form, beispielsweise
als Komprimat in einer losen Schüttung des Brennstoffs, vorliegen. Selbst wenn der
Brennstoff und der Stoff eine identische Beschaffenheit aufweisen, kann ein Teil davon
als Brennstoff und der Rest als Stoff dienen, wenn die Menge des Oxidationsmittels
nur für die Oxidation des als Brennstoff dienenden Teils ausreicht. Der Rest wird
als Stoff pyrolysiert. Der Stoff und der Brennstoff können auch eine unterschiedliche
stoffliche Beschaffenheit aufweisen.
[0013] Die Sauerstoffbilanz einer erfindungsgemäßen Wirkmasse ist im Allgemeinen negativ
und dennoch wird durch die Vermeidung der Entstehung von Ruß eine intensive Strahlung
im A-Band vermieden, die ansonsten bei sauerstoffunterbilanzierten Wirkmassen üblich
ist. Ein Merkmal der erfindungsgemäßen Wirkmasse besteht darin, dass die Primärreaktion
eine Temperatur erzeugt, die durch die endotherme Pyrolyse reduziert wird. Es findet
eine räumliche Trennung der Primärreaktion und der Reaktion des Gases mit dem Luftsauerstoff
statt.
[0014] Das bei der Pyrolyse entstehende Gas vergrößert eine entstehende Flamme, die aus
einer von der Primärreaktion gebildeten Primärflamme und einer von der Reaktion des
Gases mit Luftsauerstoff gebildeten Sekundärflamme bestehen kann. Unter Primärflamme
wird eine Flamme verstanden, in der keine Reaktion mit dem Luftsauerstoff erfolgt,
d. h. eine anaerobe Flamme. Unter Sekundärflamme wird eine Flamme verstanden, in der
eine Reaktion mit Sauerstoff erfolgt, d. h. eine aerobe Flamme. Das freigesetzte brennbare
Gas entzündet sich sofort, wenn es mit der Luft in Kontakt kommt, da es durch die
Primärreaktion auf eine Temperatur oberhalb der Anzündtemperatur erhitzt wird. Dabei
entsteht eine Sekundärflamme mit ähnlichen Eigenschaften wie eine Flamme aus einem
Düsentriebwerk, die ebenfalls von brennbaren Gasen gebildet wird, die in der Luft
brennen. Das Spektrum der Sekundärflamme ist ähnlich dem Spektrum einer Kerosinflamme.
Durch die räumliche Trennung der Sekundärflamme von der Oberfläche der Wirkmasse wird
diese Oberfläche nicht oder zumindest nicht wesentlich von der Sekundärflamme erwärmt
und dadurch eine Verschiebung der Wellenlänge der von der Wirkmasse emittierten Strahlung
vom B-Band hin zum A-Band vermieden.
[0015] Die sich von der Wirkmasse beim Abbrand lösenden festen Bestandteile der Wirkmasse
können aus beim Abbrand gebildeter Schlacke bestehen. Sie können auch aus sich von
einem Verbund der Wirkmasse lösenden Wirkmasseteilchen bestehen. Dazu kann die Wirkmasse
z. B. in Form von Presslingen vorliegen, die in eine homogene Matrize weniger stark
gebundener oder weniger stark verdichteter Wirkmasse eingebettet sind. Wie stark die
Wirkmasse gebunden ist, hängt von der Menge, darin enthaltenen Bindemittels ab.
[0016] Bisher wurde angenommen, dass beim Abbrand spektral strahlende Wirkmassen keinesfalls
feste Bestandteile in der Flamme haben sollen, da diese sonst zu glühen beginnen und
Schwarzkörperstrahlung emittieren und dadurch das Spektralverhältnis in Richtung des
A-Bands verschieben. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat jedoch festgestellt,
dass dies nur dann der Fall ist, wenn der Feststoff so lange in der Flamme verbleibt,
dass er dort stark erhitzt wird oder die Flamme so heiß ist, dass die durch die glühenden
Teilchen erzeugte Schwarzkörperstrahlung viel Energie im A-Band aufweist (Ist die
Primärflamme aber genügend kalt, kann sie die Teilchen nicht zu heiß erhitzen, wobei
das Strahlungsmaximum der Schwarzkörperstrahlung innerhalb des B-Bandes liegt). Bei
der erfindungsgemäßen Wirkmasse wird dies jedoch dadurch verhindert, dass sich die
festen Bestandteile von der Wirkmasse lösen und dadurch relativ wenig erwärmt werden
und einen relativ hohen Anteil an Strahlung im B-Band emittieren. Bisher wurde auch
angenommen, dass Wirkmassen, bei denen sich Bestandteile lösen, mechanisch instabil
seien. Erfindungsgemäß lösen sich die Bestandteile der Wirkmasse jedoch erst beim
Abbrand. Die mechanische Stabilität der Wirkmasse vor dem Abbrand ist dadurch zumindest
nicht wesentlich beeinflusst.
[0017] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schlacke nicht als Schmelze, sondern als lockere
Asche entsteht, weil diese in der Luft fein verteilt wird und auf ihrer Flugbahn unter
Emission von Strahlung im B-Band nachglüht. Dabei entsteht ein starker spektraler
dynamischer Raumeffekt. Ganz besonders effektiv ist dies, wenn entstehende Ascheteilchen
noch einen Teil der Wirkmasse mit sich tragen, weil dadurch die Temperatur des gelösten
festen Bestandteils durch die fortlaufende Primärreaktion länger aufrechterhalten
bleibt. Dadurch wird der Raumeffekt verstärkt und starke Strahlung im B-Band emittiert.
[0018] Beim Verbrennen des entstehenden Gases an der Luft dient der Luftsauerstoff als weiteres
Oxidationsmittel. Dadurch wird weniger Oxidationsmittel benötigt und die Leistung
der erfindungsgemäßen Wirkmasse und das daraus erzeugbare Gasvolumen sind im Verhältnis
zu ihrer Masse erheblich gegenüber den bisher bekannten, beim Abbrand spektral strahlenden
pyrotechnischen Wirkmassen gesteigert. Bisherige Versuche zur Steigerung der Strahlungsleistung
derartiger Wirkmassen beruhten stets auf Änderung des darin enthaltenen Brennstoffs
und des darin enthaltenen Oxidationsmittels bzw. auf einer Änderung des Mengenverhältnisses
von Brennstoff zu Oxidationsmittel. Die Versuche resultierten immer in der Erzeugung
einer höheren Temperatur und damit in einer Verschiebung der Wellenlänge der emittierten
Strahlung hin zum A-Band.
[0019] Dadurch, dass die erfindungsgemäße Wirkmasse kein Ammoniumperchlorat enthalten muss,
kann die Wirkmasse so unempfindlich gestaltet werden, dass diese als insensitive Munition
klassifiziert werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wirkmasse besteht
darin, dass diese aus sehr kostengünstigen Bestandteilen zusammengesetzt werden kann.
Die Wirkmasse kann mit nahezu jedem Bindemittel gebunden werden. Beim Pressen der
Wirkmasse müssen weder härtende Harze, wie HTPB (Hydroxyl-terminiertes Polybutadien)
noch Lösemittel, beispielsweise zum Lösen von Nitrozellulose, verwendet werden. Die
Herstellung und Verarbeitung der Wirkmasse ist dadurch deutlich vereinfacht und trägt
dazu bei, deren Kosten gering zu halten.
[0020] Pro Masseeinheit kann mit der erfindungsgemäßen Wirkmasse ein größeres Gasvolumen
erzeugt werden, als mit bekannten spektral strahlenden Wirkmassen, weil die erfindungsgemäße
Wirkmasse weniger Oxidationsmittel enthält und den Luftsauerstoff zur Oxidation mitverwendet.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Wirkmasse besteht darin, dass das Strahlungsspektrum
der abbrennenden und sich bewegenden Wirkmasse und die dadurch bewirkte erhebliche
spektrale Raumwirkung sehr genau das Spektrum und die Raumwirkung eines sich bewegenden
Düsentriebwerks und der daraus ausgestoßenen heißen Abgasfahne nachbilden.
[0021] Vorzugsweise enthält die Wirkmasse inerte Bestandteile, insbesondere Sand oder ein,
insbesondere bei 2000 K beständiges, Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid,
Magnesiumoxid, Titandioxid oder Eisenoxid, wobei die festen Bestandteile, die sich
beim Abbrand der Wirkmasse von der Wirkmasse lösen, die inerten Bestandteile umfassen.
"Inert" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Bestandteile bis zu einer Temperatur
von 2000 K weder mit dem Oxidationsmittel noch mit dem Luftsauerstoff reagieren. Die
Bestandteile werden jedoch durch die von der Primärflamme erzeugte Wärme zum Glühen
gebracht und emittieren dadurch Strahlung, vor allem im B-Band.
[0022] Der Brennstoff umfasst erfindungsgemäß Kohlenstoff, vorzugsweise elementaren Kohlenstoff,
z. B. in Form von Grafit, weiterhin erfindungsgemäß Bor, Silizium, Schwefel, Antimon,
Eisen, Mangan, Kobalt oder Nickel oder eine Mischung, z. B. aus Pulvern dieser Stoffe,
oder Legierungen dieser Stoffe. Die Reaktionsprodukte des Brennstoffs mit dem Oxidationsmittel
sollten nicht flüchtig sein, da flüchtige Reaktionsprodukte eine sehr heiße Flamme
und damit die Emission von Schwarzkörperstrahlung bewirken.
[0023] Vorzugsweise ist der Brennstoff so gewählt, dass er nach der Primärreaktion ein festes,
also weder flüchtiges noch flüssiges, Reaktionsprodukt hinterlässt. Dabei kann es
sich beispielsweise um Asche handeln. Durch das Freisetzen dieses Reaktionsprodukts
beim Abbrand der Wirkmasse wird der spektrale Raumeffekt verstärkt. Nach der Primärreaktion
einen festen Rückstand, d. h. ein festes Reaktionsprodukt hinterlassende Brennstoffe
sind dem Fachmann in großer Anzahl bekannt. Das Oxidationsmittel umfasst erfindungsgemäß
ein Perchlorat, Chlorat, Oxid, Sulfat, Nitrat, Dinitramin, Nitrit, Peroxid, Dinitromethanat,
vorzugsweise insbesondere Natrium-, Kalium- oder Ammoniumdinitromethanat, weiterhin
erfindungsgemäß eine Nitroverbindung, einen Nitratester, Hexogen, Oktogen, Nitrozellulose
oder Nitropenta.
[0024] Der durch die bei der Primärreaktion freiwerdende Wärme pyrolysierte Stoff umfasst
erfindungsgemäß Zucker, Holz, vorzugsweise insbesondere in Form von Holzmehl oder
Sägespänen, weiterhin erfindungsgemäß Getreidemehl, vorzugsweise insbesondere Weizenmehl,
weiterhin erfindungsgemäß Braunkohle, Torf, Zellulose, Stärke, Tabak, ein Oxalat,
vorzugsweise insbesondere Calciumoxalat, weiterhin erfindungsgemäß ein Formiat, vorzugsweise
insbesondere Magnesiumformiat, weiterhin erfindungsgemäß ein Acetat, vorzugsweise
insbesondere Calciumacetat, weiterhin erfindungsgemäß ein Propionat, vorzugsweise
insbesondere Calciumpropionat, weiterhin erfindungsgemäß Polyethylenglycol, Polyoxymethylen,
Polyamid, vorzugsweise insbesondere Nylon®, weiterhin erfindungsgemäß Harnstoff, Hexamethylentetramin,
Trioxan, Paraformaldehyd, Nitrozellulose, Hexogen, Oktogen, Dinitromethanat, vorzugsweise
insbesondere Natrium-, Kalium- oder Ammoniumdinitromethanat, oder weiterhin erfindungsgemäß
Nitropenta. Der Brennstoff, das Oxidationsmittel und der Stoff können, je nachdem,
wie die jeweils anderen Bestandteile der Wirkmasse gewählt sind, aus Gruppen ausgewählt
sein, die identische organische Verbindungen umfassen. So kann z. B. Hexogen in Kombination
mit einem Perchlorat ein Brennstoff sein, dagegen ist es ein Oxidationsmittel, wenn
ein Metall als Brennstoff dient. Hexogen kann auch als beim Abbrand zu pyrolysierender
Stoff dienen, beispielsweise wenn Perchlorat das Oxidationsmittel und ein Metall den
Brennstoff bildet.
[0025] Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Brennstoff nicht um Schwefel, wobei jedoch
Schwefel in der Wirkmasse enthalten ist. Der Schwefel kann verhindern, dass eine bei
der Primärreaktion entstehende Primärflamme bei hoher Windgeschwindigkeit ausgeblasen
wird.
[0026] Vorzugsweise sind der Brennstoff, das Oxidationsmittel und der Stoff und die Menge
des Brennstoffs, des Oxidationsmittels und des Stoffs so gewählt, dass bei einem Abbrand
der Wirkmasse an der Luft das Verhältnis zwischen der spezifischen Leistung der emittierten
Strahlung im Wellenlängenbereich von 1,8 bis 2,6 µm zur spezifischen Leistung der
emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich von 3,5 bis 4,6 µm höchstens 1:3, insbesondere
höchstens 1:5, insbesondere höchstens 1:10, beträgt.
[0027] Dabei ist das genannte Verhältnis umso kleiner, je geringer die Temperatur ist, die
die Wirkmasse nach deren Zündung erreicht. Die Auswahl und die Mengenermittlung erfordert
hier lediglich die Durchführung von Routineexperimenten. Da hier nur zwei Parameter
gemessen werden müssen, nämlich die Leistung der Strahlung in den beiden Wellenlängenbereichen,
kann der Fachmann schnell ermitteln, in welche Richtung er ein Mengenverhältnis ändern
muss, um in den richtigen Bereich des Verhältnisses zwischen den beiden hier spezifizierten
Leistungen zu gelangen. Vorzugsweise sind der Brennstoff, das Oxidationsmittel und
der Stoff und die Mengen des Brennstoffs, des Oxidationsmittels und des Stoffs so
gewählt, dass die Temperatur der Wirkmasse nach deren Zündung 1770 K, insbesondere
1270 K, insbesondere 970 K, nicht übersteigt. Wenn die Temperatur 970 K nicht übersteigt,
liegt die Wellenlänge der emittierten Strahlung fast ausschließlich im B-Band und
nur zu einem ganz geringen Anteil im A-Band.
[0028] Vorzugsweise ist das Bindemittel so gewählt, dass es beim Abbrand der Wirkmasse keine
Rußbildung bewirkt. Derartige Bindemittel sind dem Fachmann bekannt. Soweit es für
ein infrage kommendes Bindemittel nicht bekannt ist, ob es beim Abbrand Ruß erzeugt,
genügt ein einfaches Experiment zur Klärung dieser Frage. Rußbildung würde zu einer
hier nicht gewünschten stärkeren Strahlung im Bereich des A-Bands führen. Bei dem
Bindemittel kann es sich z. B. um Polychloropren handeln.
[0029] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein mit einer für Aufnahmen im Wellenlängenbereich von 3 bis 5 µm ausgelegten Infrarotkamera
aufgenommenes abbrennendes 36 mm-Scheinziel aus einer Wirkmasse gemäß dem Stand der
Technik (nachfolgendes Beispiel Nr. 2) und
- Fig. 2
- ein mit derselben Kamera aufgenommenes 36 mm-Scheinziel aus einer erfindungsgemäßen
Wirkmasse (nachfolgendes Beispiel Nr. 4).
[0030] Aus sämtlichen der im Folgenden angegebenen Zusammensetzungen wurden jeweils 5 Tabletten
mit ca. 21 mm Durchmesser und einem Gewicht von 10 g bei einem Pressdruck von 1500
bar gepresst. Die Tabletten wurden abgebrannt und deren Leistung in Form von Strahlungsleistung
mit einem Radiometer gemessen und für atmosphärische Dämpfung korrigiert. Die spezifische
Leistung wurde im Verhältnis zur Leistung von Tabletten aus MTV (Magnesium-Teflon-Viton)
als Standard bestimmt. Die Energie wurde jeweils in Joule/(g/sr) im B-Band im Standversuch,
d. h. ohne Wind, gemessen. Zusätzlich wurden die Leistungen der als Scheinziele mit
einem Kaliber von 36 mm ausgebildeten abbrennenden Wirkmassen auf einem Schlitten
mit einer Geschwindigkeit von 75 m/s und 150 m/s dynamisch gemessen. Dabei wurden
jeweils zwischen 120 und 170 g Wirkmasse eingesetzt.
[0031] Alle Daten sind, soweit nicht anders angegeben, in fünf parallelen Messreihen jeweils
im Vergleich zu MTV mit dem Radiometer in einem Abstand von 1 m gemessen worden.
MTV-Standard (Stand der Technik):
[0032]
Stoff |
Typ |
Gewichtsprozent |
Sonstiges |
Magnesiumpulver |
LNR 61 |
60,0 |
TMD=1893 |
Teflonpulver |
Hoechst TF 9202 |
23,0 |
Viton |
3M Fluorel FC-2175 |
12,0 |
Grafit |
Merck |
5,0 |
(als Gleitmittel) |
|
|
Beispiel 1 (Dieses Beispiel 1 ist nicht Teil der Erfindung, sondern lediglich ein
Beispiel, das das Verständnis der Erfindung erleichtert)
[0033] Wirkmasse nach dem Stand der Technik auf Basis von Ammoniumperchlorat:
Stoff |
Typ |
Gewichtsprozent |
Sonstiges |
Ammoniumperchlorat |
Körnung < 200 µm |
86,98 |
TMD=1702 |
HTPB |
Sartomer R45HT-M M=2800 |
12,10 |
IPDI |
Hüls |
0,91 |
Eisenacetonylacetat |
|
0,02 |
"IPDI" steht für Isophorondiisocyanat
Beispiel 2 (Dieses Beispiel 2 ist nicht Teil der Erfindung, sondern lediglich ein
Beispiel, das das Verständnis der Erfindung erleichtert)
[0034] Weitere Wirkmasse nach dem Stand der Technik auf Basis von Ammoniumperchlorat:
Stoff |
Typ |
Gewichtsprozent |
Sonstiges |
Ammoniumperchlorat |
Körnung < 50 µm |
85,50 |
TMD=1678 |
HTPB |
Sartomer R45HT-M M=2800 |
13,47 |
IPDI |
Hüls |
1,01 |
Eisenacetonylacetat |
|
0,02 |
Beispiel 3
[0035] Erfindungsgemäße Wirkmasse mit Bor als Brennstoff, Kaliumnitrat als Oxidationsmittel
und Braunkohle als zu pyrolysierenden Stoff:
Der Schwefel unterstützt die Primärreaktion bei hoher Windgeschwindigkeit, indem er
dabei verhindert, dass die Primärflamme ausgeblasen wird. Die Wirkmasse erzeugt beim
Abbrand bei Geschwindigkeiten von 75 m/s und 150 m/s einen ca. 30 m langen spektralen
Raumeffekt.
Stoff |
Typ |
Gewichtsprozent |
Sonstiges |
Braunkohle |
Heizprofi, fein gemahlen, |
32,0 |
TMD=1712 |
|
Körnung < 100 µm |
|
Kaliumnitrat |
fein gemahlen, |
53,0 |
|
Körnung < 10 µm |
|
Bor |
Körnung < 1 µm |
4,0 |
Schwefel |
fein gepulvert |
8,0 |
Chloropren |
Macroplast |
3,0 |
Beispiel 4
[0036] Weitere erfindungsgemäße Wirkmasse mit Silizium als Brennstoff und ansonsten denselben
Komponenten wie die Wirkmasse gemäß Beispiel 3:
Die Wirkmasse erzeugt beim Abbrand bei Geschwindigkeiten von 75 m/s und 150 m/s jeweils
einen ca. 30 m langen Raumeffekt.
Stoff |
Typ |
Gewichtsprozent |
Sonstiges |
Braunkohle |
Heizprofi, fein gemahlen, |
30,0 |
TMD=1735 |
|
Körnung < 100 µm |
|
Kaliumnitrat |
fein gemahlen, |
51,0 |
|
Körnung < 10 µm |
|
Silizium |
fein, Körnung < 30 µm |
8,0 |
Schwefel |
fein gepulvert |
8,0 |
Chloropren |
Macroplast |
3,0 |
Beispiel 5
[0037] Weitere erfindungsgemäße Wirkmasse:
Die Primärreaktion erfolgt zwischen Natriumnitrat als Oxidationsmittel und Braunkohle
als Brennstoff. Dabei nicht umgesetzte Braunkohle dient als zu pyrolysierender Stoff.
Stoff |
Typ |
Gewichtsprozent |
Sonstiges |
Braunkohle |
Heizprofi, fein gemahlen, Körnung <100 µm |
33,0 |
TMD=1750 |
Natriumnitrat |
fein gemahlen, Körnung < 10 µm |
56,0 |
Schwefel |
fein gepulvert |
8,0 |
Chloropren |
Macroplast |
3,0 |
Beispiel 6
[0038] Weitere erfindungsgemäße Wirkmasse:
Diese Wirkmasse erreicht bei 0 m/s Wind 86 % der MTV-Leistung im B-Kanal und weist
ein höheres Spektralverhältnis als die Braunkohlewirkmassen auf.
Stoff |
Typ |
Gewichtsprozent |
Sonstiges |
Holzmehl |
Eichenstaub aus Dielenfußboden-Feinschliff mit Walzenschleifer, Körnung 100 |
30,0 |
TMD=1406 |
Kaliumnitrat |
fein gemahlen, Körnung (d50) < 10 µm |
51,0 |
Silizium |
fein, Körnung < 30 µm |
8,0 |
Schwefel |
fein gepulvert |
8,0 |
Polychloropren |
Macroplast |
3,0 |
[0039] "TMD" steht jeweils für die theoretische mittlere Dichte der gesamten Wirkmasse in
kg/m
3.
[0040] Im Folgenden sind die mit den obigen Wirkmassen beim Abbrand erzielten relativen
Leistungsdaten angegeben. "% MTV" gibt dabei die gemessene Leistung als Prozent der
für den MTV-Standard gemessenen Leistung an.
1. Strahlungsmessungen im Labor ohne Wind:
Satz |
% MTV (B-Kanal) |
Standard MTV (Stand der Technik) |
100 |
Beispiel 1 (nicht Teil der Erfindung) |
19 |
Beispiel 2 (nicht Teil der Erfindung) |
29 |
Beispiel 3 |
84 |
Beispiel 4 |
82 |
Beispiel 5 |
87 |
2. Strahlungsmessung unter dynamischen Bedingungen bei 75 m/s Luftgeschwindigkeit:
Satz |
% MTV (B-Kanal) |
Standard MTV (Stand der Technik) |
100 |
Beispiel 1 (nicht Teil der Erfindung) |
49 |
Beispiel 2 (nicht Teil der Erfindung) |
75 |
Beispiel 3 |
137 |
Beispiel 4 |
166 |
3. Strahlungsmessungen unter dynamischen Bedingungen bei 150 m/s Luftgeschwindigkeit:
Satz |
% MTV (B-Kanal) |
Standard MTV (Stand der Technik) |
100 |
Beispiel 1 (nicht Teil der Erfindung) |
17 |
Beispiel 2 (nicht Teil der Erfindung) |
57 |
Beispiel 3 |
149 |
Beispiel 4 |
131 |
[0041] Alle Ergebnisse der Messung unter dynamischen Bedingungen sind jeweils ein Durchschnitt
von 3 Parallelversuchen, welche mit Scheinzielen aus den jeweils angegebenen Wirkmassen
mit einem Kaliber von 36 mm durchgeführt wurden.
[0042] Fig. 1 zeigt die abbrennende Wirkmasse gemäß Beispiel 2, welche mit einer Geschwindigkeit
von 75 m/s bewegt wurde und in einem Abstand von 500 m mit einer im Bereich von 3
bis 5 µm empfindlichen Infrarot-Videokamera aufgenommen wurde. Das Scheinziel erscheint
dabei als heller Punkt und weist keinen Raumeffekt auf.
[0043] Fig. 2 zeigt eine Wirkmasse gemäß Beispiel 4, welche mit einer Geschwindigkeit von
75 m/s bewegt wurde und ebenfalls im Abstand von 500 m mit der oben genannten Kamera
aufgenommen worden ist. Das abbrennende Scheinziel ist sehr viel heller als das in
Fig. 1 gezeigte Scheinziel und weist einen sehr starken Raumeffekt auf.
1. Wirkmasse für ein beim Abbrand spektral strahlendes pyrotechnisches Infrarotscheinziel
mit Raumwirkung, umfassend einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel, ein Bindemittel
und einen Kohlenstoff enthaltenden Stoff, wobei der Brennstoff und das Oxidationsmittel
so gewählt sind, dass das Oxidationsmittel den Brennstoff nach dessen Zündung in einer
exothermen Primärreaktion unter Entstehung einer Temperatur von mindestens 1000 K
oxidieren kann, wobei der Stoff so gewählt ist, dass der Stoff durch die bei der Primärreaktion
freiwerdende Wärme endotherm pyrolysiert wird und dabei an Luft brennbares Gas freisetzt,
wobei der Brennstoff nicht so stark reduzierend ist, dass entstehendes CO2 zu Kohlenstoff reduziert werden kann, wobei der Stoff und dessen Mengenanteil an
der Wirkmasse so gewählt sind, dass die Temperatur der Wirkmasse nach deren Zündung
wegen des Wärmeentzugs durch die endotherm erfolgende Pyrolyse 2000 K nicht übersteigt,
wobei die Wirkmasse so zusammengesetzt ist, dass sich bei deren Abbrand feste Bestandteile
von der Wirkmasse lösen, wobei der Brennstoff Kohlenstoff enthält oder Bor, Silizium,
Antimon, Eisen, Mangan, Kobalt oder Nickel oder eine Mischung oder Legierung dieser
Stoffe umfasst, wobei das Oxidationsmittel ein Perchlorat, Chlorat, Oxid, Sulfat,
Nitrat, Dinitramin, Nitrit, Peroxid, Dinitromethanat, eine Nitroverbindung, einen
Nitratester, Hexogen, Oktogen, Nitrozellulose oder Nitropenta umfasst, wobei der Stoff
Zucker, Holz, Getreidemehl, Braunkohle, Torf, Zellulose, Stärke, Tabak, ein Oxalat,
ein Formiat, ein Acetat, ein Propionat, Polyethylenglycol, Polyoxymethylen, Polyamid,
Harnstoff, Hexamethylentetramin, Trioxan, Paraformaldehyd, Nitrozellulose, Hexogen,
Oktogen, Dinitromethanat oder Nitropenta umfasst, wobei der Brennstoff nicht Schwefel
ist, jedoch Schwefel in der Wirkmasse enthalten ist.
2. Wirkmasse nach Anspruch 1,
wobei der Brennstoff elementaren Kohlenstoff umfasst.
3. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Wirkmasse inerte Bestandteile, insbesondere Sand oder ein bei 2000 K beständiges
Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Titandioxid
oder Eisenoxid, enthält und die festen Bestandteile die inerten Bestandteile umfassen.
4. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Brennstoff so gewählt ist, dass er nach der Primärreaktion ein festes Reaktionsprodukt
hinterlässt.
5. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Dinitromethanat Natrium-, Kalium- oder Ammoniumdinitromethanat ist.
6. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Holz in Form von Holzmehl oder Sägespänen vorliegt, das Getreidemehl Weizenmehl
ist, das Oxalat Calciumoxalat ist, das Formiat Magnesiumformiat ist, das Acetat Calciumacetat
ist, das Propionat Calciumpropionat ist und das Dinitromethanat Natrium-, Kalium-
oder Ammoniumdinitromethanat ist.
7. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Brennstoff, das Oxidationsmittel und der Stoff und die Mengen des Brennstoffs,
des Oxidationsmittels und des Stoffs so gewählt sind, dass die Temperatur der Wirkmasse
nach deren Zündung 1770 K, insbesondere 1270 K, insbesondere 970 K, nicht übersteigt.
8. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Bindemittel so gewählt ist, dass es beim Abbrand der Wirkmasse keine Rußbildung
bewirkt.
9. Wirkmasse nach Anspruch 8,
wobei das Bindemittel Polychloropren ist.
1. Active mass for a pyrotechnic infra-red decoy with space effect that radiates spectrally
on burn-up, comprising a fuel, an oxidizer, a binder and a carbon-containing substance,
wherein the fuel and the oxidizer are selected such that the oxidizer is able to oxidize
the fuel, after ignition thereof, in an exothermic primary reaction producing a temperature
of at least 1000 K, wherein the substance is selected such that the substance, as
a result of the heat liberated in the primary reaction, undergoes endothermic pyrolysis
and, in so doing, releases gas which is combustible in air, wherein the reducing power
of the fuel is not so strong that CO2 which forms can be reduced to carbon, wherein the substance and proportion thereof
in the active mass are selected such that the temperature of the active mass after
ignition thereof, owing to the withdrawal of the heat by the endothermic pyrolysis,
does not exceed 2000 K, wherein the composition of the active mass is such that, during
burn-up thereof, solid constituents part from the active mass, wherein the fuel includes
carbon or comprises boron, silicon, antimony, iron, manganese, cobalt or nickel or
a mixture or alloy of these substances, wherein the oxidizer comprises a perchlorate,
chlorate, oxide, sulfate, nitrate, dinitramine, nitrite, peroxide, dinitromethanate,
a nitro compound, a nitrate ester, hexogen, octogen, nitrocellulose or nitropenta,
wherein the substance comprises sugar, wood, cereal flour, brown coal, peat, cellulose,
starch, tobacco, an oxalate, a formate, an acetate, a propionate, polyethylene glycol,
polyoxymethylene, polyamide, urea, hexamethylenetetramine, trioxane, paraformaldehyde,
nitrocellulose, hexogen, octogen, dinitromethanate or nitropenta, and wherein, while
the fuel is not sulfur, sulfur is included in the active mass.
2. Active mass according to Claim 1,
wherein the fuel comprises elemental carbon.
3. Active mass according to either of the preceding claims,
wherein the active mass includes inert constituents, more particularly sand or a metal
oxide which is stable at 2000 K, more particularly aluminium oxide, zirconium oxide,
magnesium oxide, titanium dioxide or iron oxide, and the solid constituents encompass
the inert constituents.
4. Active mass according to any of the preceding claims,
wherein the fuel is selected such that after the primary reaction it leaves behind
a solid reaction product.
5. Active mass according to any of the preceding claims,
wherein the dinitromethanate is sodium, potassium or ammonium dinitromethanate.
6. Active mass according to any of the preceding claims,
wherein the wood is present in the form of wood flour or sawn chips, the cereal flour
is wheat flour, the oxalate is calcium oxalate, the formate is magnesium formate,
the acetate is calcium acetate, the propionate is calcium propionate and the dinitromethanate
is sodium, potassium or ammonium dinitromethanate.
7. Active mass according to any of the preceding claims,
wherein the fuel, the oxidizer and the substance, and the amounts of the fuel, the
oxidizer and the substance, are selected such that the temperature of the active mass
after ignition thereof does not exceed 1770 K, more particularly 1270 K, more particularly
970 K.
8. Active mass according to any of the preceding claims,
wherein the binder is selected such that it does not result in any soot being formed
during burn-up of the active mass.
9. Active mass according to Claim 8,
wherein the binder is polychloroprene.
1. Masse active pour un leurre infrarouge pyrotechnique avec effet spatial à rayonnement
spectral lors de la combustion, comprenant un combustible, un agent oxydant, un liant
et une substance contenant du carbone, le combustible et l'agent oxydant étant choisis
de telle sorte que l'agent oxydant peut oxyder le combustible après son allumage dans
une réaction primaire exotherme avec production d'une température d'au moins 1000
K, la substance étant choisie de telle sorte que la substance subit une pyrolyse endothermique
par la chaleur libérée lors de la réaction primaire et libère ainsi un gaz combustible
au contact de l'air, le combustible n'étant pas trop fortement réducteur de sorte
que le CO2 produit puisse être réduit en carbone, la substance et sa proportion à la masse active
étant choisies de telle sorte que la température de la masse active, après son allumage,
ne dépasse pas 2000 K en raison du prélèvement de chaleur par la pyrolyse produite
endothermiquement, la masse active étant composée de telle sorte que des composantes
solides se détachent de la masse active lors de sa combustion, le combustible contenant
du carbone ou comportant du bore, du silicium, de l'antimoine, du fer, du manganèse,
du cobalt ou du nickel ou encore un mélange ou un alliage de ces substances, l'agent
oxydant comportant un perchlorate, un chlorate, un oxyde, un sulfate, un nitrate,
une dinitramine, un nitrite, un peroxyde, un dinitrométhanate, un composé nitrolique,
un ester de nitrate, de l'hexogène, de l'octogène, de la nitrocellulose ou du nitropenta,
la substance comportant du sucre, du bois, de la farine de céréales, de la lignite,
de la tourbe, de la cellulose, de l'amidon, du tabac, un oxalate, un formiate, un
acétate, un propionate, du polyéthylène glycol, du polyoxyméthylène, du polyamide,
de l'urée, de l'hexaméthylènetétramine, du trioxane, du paraformaldéhyde, de la nitrocellulose,
de l'hexogène, de l'octogène, du dinitrométhanate ou du nitropenta, le combustible
n'étant pas du soufre, du soufre étant cependant inclus dans la masse active.
2. Masse active selon la revendication 1, le combustible comprenant du carbone élémentaire.
3. Masse active selon l'une des revendications précédentes, la masse active contenant
des composantes inertes, notamment du sable ou un oxyde métallique résistant à 2000
K, notamment de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de zirconium, de l'oxyde de magnésium,
de l'oxyde de titane ou de l'oxyde de fer et les composantes solides comprenant les
composantes inertes.
4. Masse active selon l'une des revendications précédentes, le combustible étant choisi
de telle sorte qu'il laisse un produit de réaction solide après la réaction primaire.
5. Masse active selon l'une des revendications précédentes, le dinitrométhanate étant
du dinitrométhanate de sodium, de potassium ou d'ammonium.
6. Masse active selon l'une des revendications précédentes, le bois étant présent sous
la forme de sciure ou de copeaux, la farine de céréales étant de la farine de froment,
l'oxalate étant de l'oxalate de calcium, le formiate étant du formiate de magnésium,
l'acétate étant de l'acétate de calcium, le propionate étant du propionate de calcium
et le dinitrométhanate étant du dinitrométhanate de sodium, de potassium ou d'ammonium.
7. Masse active selon l'une des revendications précédentes, le combustible, l'agent oxydant
et la substance ainsi que les quantités du combustible, de l'agent oxydant et de la
substance étant choisis de telle sorte que la température de la masse active après
son allumage ne dépasse pas 1770 K, notamment 1270 K, en particulier 970 K.
8. Masse active selon l'une des revendications précédentes, le liant étant choisi de
telle sorte qu'il ne provoque pas de formation de suie lors de la combustion de la
masse active.
9. Masse active selon la revendication 8, le liant étant du polychloroprène.