Einsatz von JMP® für die Formulierung, Prüfung und Datenanalyse hochexplosiver Stoffe
Paul Anderson
Bis vor Kurzem erfolgte die Formulierung von Sprengstoffen iterativ und nacheinander, wobei jeweils ein Faktor berücksichtigt wurde. Angesichts der Gefahren bei Handhabung, Verarbeitung und Prüfung dieser Formulierungen ist die Minimierung der Belastung durch den Sprengstoff von entscheidender Bedeutung. Aufgrund der logistischen Trennung von Formulierung und Prüfung und der damit verbundenen Kosten fehlen oft Zeit und Mittel für eine maximale Optimierung. Die JMP-Mischungsplanung von Experimenten hat sich als wertvolles Werkzeug erwiesen, um den iterativen Prozess des Testens und der Neuformulierung zu verkürzen. Die Vorhersage bestimmter Sprengstoffeigenschaften ist mithilfe thermodynamischer Codes recht gut etabliert. Durch die Verwendung eines Mischungsplanungsprotokolls und die anschließende Skripterstellung in JMP kann der Entwurfsraum der Formulierung mit Konturprofilern visualisiert und vor der Prüfung effiziente Kompromisse eingegangen werden. Die Entwicklung von PAX-30, einem Sprengstoff, der sowohl hohe Explosionskraft als auch hohe Metallschubenergie zur Splitterwirkung kombiniert, wird vorgestellt. Die Besonderheit dieses Sprengstoffs besteht darin, dass er den logistischen Bedarf eines Soldaten an der Verwendung verschiedener Munitionstypen für Antipersonen-, Durchbruch- und Antimaterialziele reduziert. Eine Versuchsplanung (DOE) wurde durchgeführt, um die Faktoren zu ermitteln, die zu einer frühen Aluminiumreaktion im Detonationsprozess beitragen. Zu diesen Faktoren gehören Aluminiumpartikelgröße, Art des Bindemittelsystems, Aluminiumbeladung und Sprengstoffbeladung. Mittels Detonationskalorimetrie in inerter Atmosphäre wurde das Ausmaß der Aluminiumreaktion ermittelt. Ein JMP-Skript wurde entwickelt, um ein altes DOS-basiertes Programm zur Analyse der Zylinderwandgeschwindigkeit aus Zylinderexpansionstests zu ersetzen. Konturdiagramme der DOE-Mischung zeigen eine hervorragende Übereinstimmung mit den Ergebnissen. Eine weitere Optimierung der DOE-Formulierung führte zu einer höheren Unempfindlichkeit bei geringen oder keinen Leistungseinbußen.
