DE69828539T2

DE69828539T2 - Hohlladung

Info

Publication number: DE69828539T2
Application number: DE69828539T
Authority: DE
Inventors: David J. Arlington Leidel
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: EP0860679B1; DE69828539D1; EP0860679A2; EP0860679A3; US5814758A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gerät für das Entladen eines Hochgeschwindigkeitsstrahls für das Penetrieren eines Ziels, und insbesondere auf eine geformte Ladung.
Zurzeit werden auf diesem Feld geformte Ladungen in einer Reihe von unterschiedlichen Industriebereichen verwendet wo immer es erforderlich ist, ein Ziel mit einem Hochgeschwindigkeitsstrahl zu penetrieren. So hat sich zum Beispiel erwiesen, dass linear geformte Ladungen sich für den Zweck des Öffnens von Bombengehäusen während der Entschärfung von explosiven Gegenständen eignen. Normalerweise wird dieses Verfahren durch das Wickeln der linear geformten Ladung um das Bombengehäuse an der gewünschten Einschnittstelle durchgeführt. Um es um ein Bombengehäuse wickeln zu können muss das äussere Gehäuse der linear geformten Ladung jedoch aus einem hoch flexiblen Material gefertigt werden. Vor Jahren bestand das für die Fertigung des äusseren Gehäuses der linear geformten Ladung aus Blei.
Während des Detonierens einer linear geformten Ladung verwandelt sich ein Abschnitt des äusseren Gehäuses in einen Hochgeschwindigkeitsstrahl, welcher das Metallgehäuse des Bombengehäuses penetriert. Der Rest des Gehäuses wird jedoch in eine Reihe von Metallstreifen fragmentiert, welche nicht wiederverwendet werden können. Detonierbare linear geformte Ladungen für das Penetrieren von Bombengehäusen führten in der Vergangenheit daher zu einer notwendigen Entsorgung der Bleifragmente.
Um die mit der Entsorgung der Bleifragmente assoziierten Probleme einschließlich des umweltlichen Einflusses der Bleientsorgung zu überwinden, wurden seit jeher Versuche unternommen, andere flexible Materiale anstelle des Bleis anzuwenden. Materiale wie zum Beispiel Hartzinn wurden aufgrund der Flexibilität desselben Hartzinns anstelle von Blei für die Fertigung des äusseren Gehäuses der linear geformten Ladung angewendet. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Leistung von linear geformten Ladungen mit einem äusseren Gehäuse aus Hartzinn wesentlich geringer ist als die Leistung von linear geformten Ladungen mit einem äusseren Gehäuse aus Blei. Insbesondere besteht ein wesentlicher Abfall in der Penetrierungskraft des Hochgeschwindigkeitsstrahls einer linear geformten Ladung, welche mit einem äusseren Gehäuse aus Hartzinn ausgestattet ist.
WO 96/41112 beschreibt Projektile und explosive Behälter, welche bleifrei sind und beschreibt die Preämbeleigenschaften von Anspruch 1. US 5.501.154 beschreibt eine im Wesentlichen bleifreie linear geformte Ladung und Zündschnurhülsenmateriale.
Zwei Umstände tragen zu der reduzierten Leistung von linear geformten Ladungen mit äusseren Gehäusen aus Hartzinn bei. Erstens wird die Masse des Hochgeschwindigkeitsstrahls aufgrund der geringeren Dichte von Hartzinn im Vergleich mit Blei reduziert. Zweitens wird aufgrund der niedrigeren Dichte des Hartzinns auch der Einschluß des explosiven Kerns der linear geformten Ladung reduziert.
Es besteht daher ein Bedarf für eine linear geformte Ladung mit einem explosiven Kern, welcher ausreichend eingeschlossen ist, und welcher einen Hochgeschwindigkeitsstrahl mit ausreichend grosser Masse für das Penetrieren des äusseren Gehäuses einer Bombe und anderer Gehäuse erzeugen kann, welche nach der Detonation kein Bleientsorgungsproblem erzeugen werden.
Die hier beschriebene vorliegende Erfindung offenbart ein Gerät für das Entladen eines Hochgeschwindigkeitsstrahls für das Penetrieren eines Ziels, welches den wesentlichen Einschluß des explosiven Kerns sicherstellt und einen Hochgeschwindigkeitsstrahl mit einer ausreichend grossen Masse für das Penetrieren eines Ziels erzeugt, und gleichzeitig den durch die Entsorgung von Blei erzeugten schädlichen Einfluß auf die Umwelt vermeidet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine flexible, linear geformte Ladung geoffenbart, welche umfasst: ein äusseres Gehäuse; und einen explosiven Kern, welcher innerhalb des vorgenannten äusseren Gehäuses positioniert ist, wobei das äussere Gehäuse eine Matrix mit geringer Dichte aus Zinn oder einer Zinnlegierung, gemischt mit einem Schwermetallpulver mit hoher Dichte umfasst, welches aus Wolfram, Hafnium, und Tantalum ausgewählt wird. Das Schwermetallpulver verbessert den Einschluß des vorgenannten explosiven Kerns, und verbessert daher die Leistung der geformten Ladung.
Der Massenanteil des vorgenannten, zu der niedrig verdichteten Matrix hinzugefügten hoch verdichteten Schwermetallpulvers kann zwischen ungefähr 10 und 75 Prozent, vorzugsweise zwischen ungefähr 20 und 60 Prozent liegen.
Insbesondere wenn die niedrig verdichtete Matrix aus Zinn oder einer Zinnlegierung besteht und das hoch verdichtete Schwermetallpulver Wolfram ist, kann der Gewichtsprozentanteil des hoch verdichteten Schwermetallpulvers zwischen ungefähr 35 und 75 Prozent, und vorzugsweise bei ungefähr 56 Prozent liegen.
Bei einer Ausführungsform wird es bevorzugt, dass das äussere Gehäuse eine Hülle umfasst und ein Hochgeschwindigkeitsstrahl in diese Hülle integriert ist.
Bei dieser Ausführungsform beträgt der Massenanteil des zu der niedrig verdichteten Metallmatrix hinzugefügten hoch verdichteten Schwermetallpulvers vorzugsweise zwischen 35 und 75 Prozent, und besonders bevorzugt ungefähr 56 Prozent.
Wir nehmen nun Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei:
1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform einer linear geformten Ladung nach der vorliegenden Erfindung darstellt, welche nahe eines Ziels positioniert ist;
2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer kegelförmigen Ladung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, welche auf einer gestreckten Perforierungsgun des Typs geführt werden kann, welcher allgemein für das Perforieren von Öl- und Gasbohrlöchern verwendet wird; und
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 von 2 darstellt.
Während das Herstellens und Anwendens von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weiter unten eingehender beschrieben werden soll, sollte berücksichtigt werden, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bietet, welche unter einer weiten Reihe von spezifischen Bedingungen ausgeführt werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen sind jedoch lediglich illustrative Beispiele für das Herstellen und Anwenden der Erfindung, und der Umfang der Erfindung soll nicht auf diese beschränkt werden.
1 zeigt eine linear geformte Ladung, welche nahe eines Ziels positioniert ist und hier allgemein mit der Referenznummer 10 ausgezeichnet ist. Die linear geformte Ladung 12 umfasst ein äusseres Gehäuse 14, welches um den explosiven Kern 16 gewickelt ist und denselben einschließt. Das äussere Gehäuse 14 umfasst eine obere Hülle 18 und einen Hochgeschwindigkeitsstrahl 20. Wenn ein Detonator 22 gezündet wird, trennt der explosive Kern 16 den Hochgeschwindigkeitsstrahl 20 von der oberen Hülle 18 entlang der Verbindungen 24 und 26. Während der Zündung verformt der explosive Kern 16 den Hochgeschwindigkeitsstrahl 20 in ein zweidimensionales plänares Teil, indem er eine erste Fläche 28 und eine zweite Fläche 30 entlang der Verbindung 32 zusammenfaltet. Nach diesem Klappverfahren wird der Hochgeschwindigkeitsstrahl 20 in das Ziel 34 injiziert und erzeugt einen Schnitt durch das Ziel 34.
Die Leistung der linear geformten Ladung 12 wird durch die Tiefe des Schnitts bestimmt, welcher durch ein bestimmtes Ziel 34 erzeugt werden kann. So kann zum Beispiel eine linear geformte Ladung 12 dazu angewendet werden, durch das Stahlgehäuse eines Bombengehäuses zu schneiden. Die Tiefe des mit der linear geformten Ladung 12 durchführbaren Schnitts wird durch die Masse und die Geschwindigkeit des Hochgeschwindigkeitsstrahls 20 bestimmt. Die Masse des Hochgeschwindigkeitsstrahls 20 der geformten Ladung 12 der vorliegenden Erfindung wird durch das Hinzufügen eines hoch verdichteten Metallpulvers zu der niedrig verdichteten flexiblen Metallmatrix aufgrund der Steigerung der Dichte des Hochgeschwindigkeitsstrahls 20 verbessert.
Das hoch verdichtete Schwermetallpulver, welches zu der niedrig verdichteten flexiblen Metallmatrix hinzugefügt wird, kann aus Schwermetallen wie zum Beispiel Wolfram, Hafnium, Tantalum, Kupfer oder Bismuth bestehen. Die niedrig verdichtete flexible Metallmatrix kann aus Zink, einer Zinklegierung, Zinn, einer Zinnlegierung, einem Polymer, oder Keramik bestehen. Als ein Beispiel kann der Massenanteil von Wolframpulver, welcher zu Zinn oder einer Zinnlegierungsmatrix hinzugefügt werden sollte, zwischen ungefähr 35 und 75 Prozent betragen. Spezifischer sollte die zu dem Zinn oder der Zinnlegierungsmatrix hinzugefügte Menge von Wolfram ungefähr 56 Prozent betragen, um ein ähnliches Resultat wie eine linear geformte Ladung mit einem äusseren Gehäuse aus Blei und einem bleiernen Hochgeschwindigkeitsstrahl zu erzielen.
Zusätzlich zur Verbesserung der Masse des Hochgeschwindigkeitsstrahls 20 verbessert das Hinzufügen des Schwermetallpulvers zu der niedrig verdichteten flexiblen Metallmatrix den Einschluß des explosiven Kerns 16, und steigert daher die Geschwindigkeit des Hochgeschwindigkeitsstrahls 20, was wiederum die Tiefe der mittels der linear geformten Ladung 12 erreichbaren Penetrierung in das Ziel 34 steigert. Nach der Detonation löst sich die obere Hülle 18 des äusseren Gehäuses 14 in eine Reihe von Fragmenten auf, welche entsorgt werden müssen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist hier eine Seitenansicht einer kegelförmigen symmetrischen Ladung 36 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die kegelförmige, symmetrisch geformte Ladung 36 besteht aus einem Typ, welcher auf einer gestreckten Perforierungsgun geführt werden kann, welche allgemein für das Perforieren von Öl- und Gasbohrlöchern verwendet wird. Die kegelförmige, symmetrisch geformte Ladung 36 umfasst ein äusseres Gehäuse 38, welches durch ein Mischen eines Schwermetallpulvers mit einer niedrig verdichteten Matrix hergestellt wird. Das hoch verdichtete Schwermetallpulver, welches mit der niedrig verdichteten Matrix gemischt wird, kann Wolfram, Hafnium, Tantalum, Kupfer oder Bismuth einschließen, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Die niedrig verdichtete Matrix kann aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche aus Zink, Zinklegierungen, Zinn, Zinnlegierungen, Polymern oder Keramik besteht.
Wie aus 3 am besten ersichtlich ist, schließt das Gehäuse 38 den Hauptsprengstoff 40 ein, welcher zwischen dem Gehäuse 38 und einem Futterrohr 42 positioniert ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Futterrohr 42 in den Hochgeschwindigkeitsstrahl verwandelt, nachdem die kegelförmige, symmetrisch geformte Ladung 36 mittels der Zündschnur 44 detoniert wird. Nach der Detonation wird das Futterrohr 42 von der kegelförmigen, symmetrisch geformten Ladung 36 in das Ziel 46 geschleudert, welches aus der Verrohrung eines Öl- oder Gasbohrloches bestehen kann. Die Tiefe der Penetrierung des Futterrohres 52 wird dabei durch die Masse des Futterrohres 42 und die Geschwindigkeit des Futterrohres 42 bestimmt. Die Geschwindigkeit des Futterrohres 42 wird aufgrund des verbesserten Einschlusses des Hauptsprengstoffs 40 innerhalb des Gehäuses 38 der vorliegenden Erfindung gesteigert. Ein Beispiel ist das Anwenden von Wolfram als das hoch verdichtete Metallpulver und das Mischen des Wolframs mit Zink oder einer Zinklegierung, wobei der Massenanteil des Wolframs zwischen ungefähr 10 und 40 Prozent betragen sollte. Vorzugsweise sollte die Menge von Wolfram, die zu der Zink- oder der Zinklegierungsmatrix hinzugefügt wird, ungefähr 20 Prozent betragen.
Verschiedene Modifizierungen und Kombinationen der illustrativen Ausführungsformen sowohl wie andere Ausführungsformen der Erfindung werden dem Fachmann nach Bezugnahme auf die Beschreibung deutlich werden. Die Erfindung kann innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche modifiziert werden.

Claims

Eine flexible, linear geformte Ladung (10) für das Erzeugen eines Hochgeschwindigkeitsstrahls (20), für das Penetrieren eines Ziels, welche das Folgende umfasst: ein äusseres Gehäuse (12); und einen explosiven Kern (16), welcher innerhalb des vorgenannten äusseren Gehäuses (12) positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgenannte äussere Gehäuse (12) aus einer Mischung eines Zinns oder einer Zinnlegierung mit einem hoch verdichteten Metallpulver geformt ist, welches aus Wolfram, Hafnium, und Tantalum ausgewählt wird.
Eine flexible, linear geformte Ladung (10) nach Anspruch 1, bei welcher das vorgenannte äussere Gehäuse (12) aus einer Mischung von Wolframpulver in einer Zinnmatrix geformt ist.
Eine flexible, linear geformte Ladung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Menge des vorgenannten hochverdichteten Metallpulvers, welche zu der vorgenannten Matrix hinzugefügt wird, ihrem Massenanteil nach im Wesentlichen zwischen 35 und 75 Prozent liegt.
Eine flexible, linear geformte Ladung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Menge des vorgenannten hochverdichteten Metallpulvers, welches zu der Matrix hinzugefügt wird, ihrem Massenanteil nach im Wesentlichen 56 Prozent beträgt.