Anteil Schmidt

1. Präzision: Hohe Treffgenauigkeit

2. Reichweite: Größere Distanz überbrücken

3. Feuerrate: Schneller schießen können

4. Durchschlagskraft: Höhere Durchdringung von Schutzmaterialien

5. Mobilität: Leichter und schneller einsetzbar

6. Zuverlässigkeit: Robust und weniger störanfällig

Wirksame Reichweite:

bezeichnet die maximale Distanz, auf die eine Waffe oder Munition noch effektiv eingesetzt werden kann, um ein Ziel mit akzeptabler Genauigkeit und Durchschlagskraft zu treffen. Es ist der Bereich, in dem ein Geschoss oder Projektil die beabsichtigte Wirkung (wie Verletzung, Zerstörung oder Tötung) erzielt. Diese Reichweite variiert je nach Waffentyp, Munition und äußeren Faktoren wie Wind oder Sichtverhältnissen.

Bedeutung:

• Ermöglicht taktische Entscheidungen über den Abstand zum Gegner

• Bestimmt die Platzierung und den Einsatz von Truppen und Ausrüstung

• Entscheidend für die Auswahl von Waffen je nach Einsatzgebiet

Beispiele:

• Sturmgewehre: ca. 300-500 m (z.B. AK-47, M16)

• Scharfschützengewehre: ca. 800-2000 m (z.B. Barrett M82, Dragunov SVD)

• Panzerabwehrwaffen: bis zu 5000 m (z.B. Javelin, TOW)

• Artillerie: 15-40 km (z.B. M777 Haubitze)

energetisches Material: Verbindung oder Gemisch aus Substanzen, in denen der zur Reaktion notwendiger Sauerstoff chemisch gebunden enthält. Die Auslösung der Raktion kann durch Wärme, mechanische Belastung, oder elektronische Entladung erfolgen.

Explosivstoff: Energetisches Material, welches zu dem Zweck der Anwendung als solches hergestellt wurde

Sprengstoff: Ein Explosivstoff, der in seiner Anwendung in der Umsetzungsart Detonation umsetzen soll und als Stoff im wesentlichen für diesen Zweck hergestellt wird (Molekül zerfällt während der Belastung der Stoßwelle). Ein Treibladungspulver, welches anteilig den Sprengstoff RDX enthält, dadurch grundsätzlich detonationsfähig ist, aber in seiner Anwendung für den Abbrand ausgelegt ist, wird nicht als Sprengstoff bezeichnet.

Jeder Sprengstoff ist ein Explosivstoff, aber nicht jeder Explosivstoff ist ein Sprengstoff.

Sprengstoffe sind speziell für ihre Fähigkeit zur Detonation bekannt, während Explosivstoffe auch andere Arten von explosiven Reaktionen umfassen können.

Ein pyrotechnischer Stoff ist ein Explosivstoff, aber nicht unbedingt ein Sprengstoff.

pyrotechnischer Stoff: z.B. Feuerwerkskörper, Signalraketen

Ein “gesicherter Einbau” von Primärsprengstoffen ist notwendig und vorgeschrieben, um die Sicherheit zu gewährleisten und das Risiko ungewollter Explosionen zu minimieren. Die Hauptgründe sind:

1. Empfindlichkeit der Sprenstoffe gegenüber mechanischen, thermischen, und elektischen Einflüssen

2. Zur Sicherheit von Personen und Sachgütern

3. Gesetzliche Vorschriften (2. SprengV)

4. Verhinderung von Missbrauch und unbefugten Zugriff von Primärsprengstoffe

Bei der Umsetzung eines Sprengstoffs entstehen hauptsächlich gasförmige Produkte wie Kohlenstoffdioxid (CO₂), Wasserdampf (H₂O) und Stickstoff (N₂). Diese Reaktion setzt eine große Menge an Wärme frei, was zur Bildung einer Druckwelle führt12. Diese Druckwelle ist verantwortlich für die zerstörerische Wirkung des Sprengstoffs.

1. Wärme als Reaktionswärme (Explosionswärme)

2. Gas als Reaktionsprodukt (Schwaden)

Energieinhalt von Explosivstoffen: 4.000 bis 6.000 kJ/kg

Energieinhalt von Diesel: 42.000 kJ/kg

Der Unterschied des Energieinhalts erklärt sich duch:

1. Reaktionsgeschwindigkeit

   • Sprengstoffe setzen ihre Energie sehr schnell frei was zu einer zerreißenden Wirkung führt

   • Diesel verbrennt langsamer und kontinuierlicher was eine gleichmäßige Energieabgabe ermöglicht

2. Chemische Zusammensetzung

3. Energieform

   • Sprengstoff wandelt chemische Energie direkt in kinetische Energie um

   • Diesel wandelt chemische Energie zuerst in thermische Energie und dann in mechanische Energie um

Während sich der Energiegehalt und das Schwadenvolumen von Explosivstoffen oft nur wenig unterscheiden, entscheidet die Umsetzungsart und Geschwindigkeit über die Wirkung:

1. Sehr langsam: primäre Freisetzung von Wärme, zum Steuern zeitlicher Abläufe

2. Schnell: kontrolliert schiebende Wirkung (Antrieb Rakete oder Rohrwaffe)

3. Sehr schnell: zerreißende und beschleunigende Wirkung (Sprengstoff)

Verbrennung, Verpuffung:

• Bezeichnet jede Oxidationsreaktion, auch unter Zutritt von Luftsauerstoff

• Verpuffung ist die schneller ablaufende Form. Im Gegensatz zur Deflagration ohne signifikanten Druckabbau, geringere Geschwindigkeit (0,01 - 1 m/s)

Abbrand:

• Umsetzungsprozess, der durch Wärmeleitung & Wärmeübergang gekennzeichnet ist und grundsätzlich ohne Zutritt von Luftsauerstoff möglich ist.

• Geschwindigkeit der Umsetzung ist von Zusammensetzung, Druck, Temperatur und dem physikalischen Zustand des Materials abhängig.

• Die Schwaden strömen entgegen der Abbrandrichtung

Deflagration:

• Zersetzungsreaktion, die wesentlich unterhalb der Schallgeschwindigkeit des Stoffes abläuft und kein weiteren Luftsauerstoff bedarf.

• pflanzt sich durch die freiwerdende Reaktionswärme in Verbindung mit Gasströmung fort.

• Umsetzungprozess ist von Gasgeschwindigkeit bzw. Schallgeschwindigkeit der Reaktionsprodukte gekennzeichnet, feine Porosiät/ große Oberfläche erforderlich!

Detonation

• Umsetzung eines Explosivstoffs, bei der die chemische Reaktion mit einer Stoßwelle gekoppelt ist.

• Es handelt sich um eine stoßwelleninduzierte Umsetzung, die sich mit einer Geschwindigkeit oberhalb der Ruheschallgeschwindigkeit des Explosivstoffes, mit der Detonationsgeschwindigkeit ausbreitet

Direkt hinter der Ausbreitungsfront strömen die Gase in Ausbreitungsrichtung (beim Abbrand entgegen) und erzeugen eine starke Richtungswirkung.

Für eine Detonation wird eine Initialzündung (Sprengkapsel) benötigt.

Verbrennung / Abbrand:

• Umsetzung geprägt von: Wärmeleitung

• Wärme -> langsamere Gasentwicklung -> langsamer Druckanstieg

Verpuffung / Detonation:

• Umsetzung geprägt von: Gasströmung

• Wärme -> schnelle Gasentwickung -> schnelle aber schiebende Druckentwicklung

Detonation:

• Umsetzung geprägt von: Stoßwelle

• Wärme -> sehr schnelle Gasentwickung -> sehr hoher Druck mit Richtungswirkung

primäre Sprengstoffe:

• Zündmittel (Detonator)

• meist in Kombination mit pyrotechnischen Stoffen und sekundären Sprengstoffen

sekundäre Sprengstoffe:

• Militärischer Einsatz

  • Bomben, Granaten und Minen

  • TNT, PETN, RDX

• Ziviler Einsatz

  • Bergbau, Bauwesen / Abrissindustie

  • Dynamit, TNT

Treibstoffe:

• Antriebssysteme in Raketen, Lenkflugkörpern

• Feststoffraketentreibmittel

pyrotechnische Stoffe:

• Feuerwerkskörper

• Signalraketen

• Rauchtöpfe

Unterteilung nach:

• Zusammensetzung / Mischung

  • Einheitlicher Stoff

  • Gemische

• Molekularen Aufbau und Funktionsgruppen

  • Einheitlicher Stoff

  • Oxidationsmittel

  • Reduktionsmittel

    
    

Bei der Detonation eines einheitlichen Sekundärsprengstoffes, wie TNT oder RDX, entstehen die Reaktionsprodukte hauptsächlich in gasförmigem Zustand.

Einheitliche Sekundärsprengstoffe hinterlassen überwiegend gasförmige Reaktionsprodukte, wohingegen ein Gemisch aus Aluminium und Kaliumperchlorat hauptsächlich feste Rückstände erzeugt.

Reine Sprengstoffe als / in:

• Zündmitteln

  • Knallquecksilver

  • Bleiazid

• als Treibladunspulver

  • Nitrocellulose

• als Sekundärsprengstoff

  • Hexogen = RDX

  • TNT

TNT kann geschmolzen und in Formen gegossen werden.

-> anpassung der Geometie

TNT und RDX kann geschmolzen, zu Composition B gemischt und in Form gegossen werden

-> steigern der Leistung für militärische Anwendungen (Minen, Sprengköpfe)

TNT und PETN ähnlich wie Compositon B

->hochexplosive Ladungen für Militär und Industrie

A. Ein-Basig:

• Zusammensetzung aus Schießbaumwolle / Nitrozellulose + Stabilisator

B. Zwei-Basig:

• Zusammensetzung aus A. und Sprengöl (Nitroglycerin)

C. Drei-Basig:

• Zusammensetzung aus B. und Sprengstoff (z.B. RDX)

Diese Kategorisierung hilft dabei, das richtige Treibladungspulver für spezifische Anwendungen auszuwählen, basierend auf den Anforderungen an Energie, Verbrennungsgeschwindigkeit und Rauchentwicklung.

• Ausbreitungsgeschwindigkeit der Strömung mit Schallgeschwindigkeit

• Sehr hohe Materialgeschwindigkeiten

• Sehr hohe Drücke. Drücke liegen oft vielfach jenseins der Festigkeit üblicher Konstruktionsmaterialien.

• Vorgänge sind im Zeitberich der ns - ms

• Vorgänge können als adiabat betrachtet werden

• Vorgänge durch das Menschliche Auge nicht im Detail wahrnehmbar. -> Notwendigkeit von Messtechnik

  
  

Aufgrund des analytischen Kreislaufs:

Prozessverständnis ermöglicht technischen Fortschritt!

In Materie (Gase, Flüssigkeiten, Festkörpern) werden kleine mechanische Druckschwankungen mit konstanter Geschwindigkeit weitergeleitet. Diese Geschwindigkeit wird als Schallgeschwindigkeit bezeichnet:

• Gase bei Normalbedingungen: CO2 250 m/s, Luft 331 m/s, H2 1.250 m/s

• Flüssigkeiten: Wasser 1.450 m/s

• Festkörper: Blei 2.000 m/s, Aluminium 5.000 m/s, Keramiken > 10.000 m/s

Eine Stoßwelle ist eine starke Druckwelle, die entsteht, wenn sich ein Objekt oder eine Störung schneller als die Schallgeschwindigkeit im Medium bewegt.

Eine Stoßwelle ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

1. Abrupte Druckänderung: Es gibt eine plötzliche und starke Erhöhung des Drucks.

2. Hohe Geschwindigkeit: Stoßwellen bewegen sich schneller als der Schall im jeweiligen Medium.

3. Temperatur- und Dichteänderung: Neben dem Druck ändern sich auch Temperatur und Dichte des Mediums abrupt.

4. Energieübertragung: Stoßwellen tragen eine erhebliche Menge an Energie mit sich, die sich durch das Medium ausbreitet.

1. Explosive Detonation

   • unteranderem bei direktem Kontakt eines Festkörpers mit einer detonierenden Sprengladung

2. Mechanische Erzeugung

   • Bei Kollision von zwei Festkörpern, woduch eine schnelle Änderung der Belastung auftritt was zu einer Stoßwelle führt

Masseerhaltung (Kontinuitätsgleichung)

• überstrichene Masse = komprimierte Masse

  -> Output: Kompression in Abhängigkeit von Stoß- und Materialflussgeschwindigkeit

Impulserhaltung (Impulssatz)

• Impuls der komprimierten Masse = Impuls der Stoßwelle

  -> Output: Stoßdruck in Abhängigkeit von Stoß- und Materialflussgeschwindigkeit

Energieerhaltung (1. Hauptsatz der TD)

• Stoßenergie = kin. Energie + innere Energie

  -> Output: Berechnung der Stoßtemperatur eines beaufschlagten Materials

Mit den drei Erhaltungssätzen und der Zustandsgleichung stehen vier Gleichungen mit fünf Unbekannten (p,rho , E, U, u) zur Verfügung. Diese Gleichungen definieren Kurven in einem fünfdimensionalen Variablenraum mit nur einer unbekannten Variablen. Diese Kurven werden als Rankine-Hugoniot-Kurven bezeichnet.

Mit den vier Gleichungen können alle Zustandsgrößen im Material berechnet werden sobald eine Variable bekannt ist! Ein 1-dimensionaler Stoßvorgang kann so mit guter Präzision berechnet werden.

Das Material mit der niedrigeren Impedanz erfährt die größere Geschwindigkeitsänderung.

Dies liegt daran, dass Impedanz den Widerstand eines Materials gegen die Bewegung von Wellen (wie Schall- oder elektromagnetische Wellen) beschreibt.

In einer Kollision wird die Energie zwischen den beiden Materialien übertragen. Das Material mit der niedrigeren Impedanz bietet weniger Widerstand gegen diese Energieübertragung, was zu einer größeren Änderung seiner Geschwindigkeit führt.

Das Material mit der höheren Impedanz absorbiert mehr Energie und erfährt daher eine geringere Geschwindigkeitsänderung.

Folgene Effekte können die Ausbreitung einer Stoßwelle ändern:

• Absorption, exponentielles Schwächungsgesetz

  • Druckabnahme

  • p(x) = p_0 * e^(-a * x)

• Radiale Fokussierung und Defokussierung

  • Druck Zu- oder Abnahme 2D

  • p(x) = p_0 * (R_0 / R_1)

• Sphärische Fokussierung und Defokussierung

  • Druck Zu- oder Abnahme 3D

  • p(x) = p_0 * (R_0 / R_1)^2

• Es handelt sich um einen stationären Prozess mit konstanter Detonationsgeschwindigkeit.

• Die Detonationsfront ist eine Stoßwelle und kann wie eine Stoßwelle eines nicht reaktiven Materials gehandhabt werden (Stoßwellentheorie).

• Die Breite der Reaktionszone ist vernachlässigbar klein (bei mil. HE wenige 0,1 mm, bei zivilen HE oft mehrere 1 mm).

• Die Reaktionsprodukte, welche die Reaktionszone verlassen, sind im chemischen und thermodynamischen Gleichgewicht. Die Reaktion ist abgeschlossen.

• Randeffekte können vernachlässigt werden. Sie wirken nicht auf die Detonation zurück.

Diese Annahmen gelten in sehr guter Näherung für die Detonation der meisten militärischen Sprengstoffe. Bei der Auslegung von Zündketten und Ladungen wird üblicherweise eine stationäre ideale Detonation angestrebt.

γ = 3 für militärische Sprengstoffe

ρ_Ex = Dichte des Explosivstoffs im Ausgangszustand

Leistungsfähigkeit / Explosionskraft

• Dichteeffekt

• Effekt durch Mischung

• Durchmessereffekt

• Verdämmungseffekt

• Effekt der Initiierung

• Effekt der Anlaufstrecke

• Dichteeffekt:

  • Wenn die Dichte von der TMD abweicht (theoretisch maximale Dichte)

• Effekt durch Mischung

  •