Fragmentation of 40 mm shell with 6 different compositions : 4 melt cast and 2 press filled

Abstract

In the EDA project B-0585-GEM2-GC “Formulation and Production of New Energetic Materials” different nitropyrazoles for use in melt cast compositions have been studied, in addition to GA/BAMO polymers, for use as binder in propellants and pressed explosive charges. Norway’s main activity was in synthesis of GA/BAMO polymers to coat nitramine crystals, coated crystals or granules applied for press filling of munition units or production of pressed charges. Norway was the only country that used their energetic binders for explosive compositions. Italy and Germany used their polymers in propellant formulations. The compositions we have studied with high content of HMX will have their primary application as boosters or as main fillings for shaped charges. France, Sweden and the Czech Republic studied melt cast compositions based on pyrazoles to replace TNT. To study the performance of these compositions, generic testing was required. Selected test vehicles were for propellants 2inch rocket motors, and for melt cast compositions 40 mm shells. With our pressed fillings Norway joined the group performing fragmentation testing. Ten 40 mm shells filled with six different compositions have been detonated to study the fragmentation ability. Four melt cast compositions, two containing DNAN and two containing TNT, have been tested. The last two compositions were press filled HMX compositions with energetic GA/BAMO binder. The HMX content for Sats 400/13 was 94.7 wt. % and for Sats 432/13 it was 94.3 wt. %. These two compositions contained an energetic binder developed at FFI. The four melt cast compositions were developed and filled by Chemring Nobel. Their names and nominal content was MCX-6002 TNT/NTO/RDX (34/51/15), MCX-6100 DNAN/NTO/RDX (32/53/15), MCX-8001 TNT/NTO/HMX (36/52/12), and MCX-8100 DNAN/NTO/HMX (35/53/12). To stop the fragments, eight witness aluminium plates of 2 mm thickness was set up in a stack with a 25 mm gap between each plate. The plate width was1000 mm and the height was 2000 mm. 50 mm along all edges was not used in the fragment counting. The effective target area was therefore 900 mm x1900 mm. The witness plates were during evaluation divided into 100 mm high evaluation zones in the vertical direction. This gave 19 evaluation zones. We counted both fragment hits and penetrations. The number of fragments penetrating the first witness plate was lowest for the MCX-6100 composition with 55 for both shells. The highest number of fragments was obtained for the HMX/GA/BAMO compositions, with 103 fragments for Sats 400/13 and 114 fragments for Sats 432/13. All compositions gave fragments penetrating 5 witness plates. Only one shell, filled with the MCX-6100 composition, had fragments penetrating all eight witness plates. Shells producing the lowest number of fragments have the highest penetration abilities. Both DNAN containing compositions, MCX-6100 and MCX-8100, gave fewer fragments than the corresponding TNT compositions, MCX-6002 and MCX-8001. The melt cast compositions with RDX gave on average fewer fragments than the corresponding HMX compositions.

I EDA-prosjektet B-0585-GEM2-GC “Formulation and Production of New Energetic Materials” har ulike nitropyrazol-baserte smeltestøpte komposisjoner blitt studert, i tillegg til GA/BAMOpolymerer for bruk i krutt og pressefylte ladninger. Norges hovedaktivitet var syntese av GA/BAMO-polymerer for belegging av nitraminkrystaller, belagte krystaller eller granulat for pressefylling av ammunisjon eller produksjon av retta ladninger. Norge var det eneste landet som benyttet energirike bindemiddel i sprengstoffkomposisjoner. Italia og Tyskland benyttet sine energirike bindemiddel i kruttkomposisjoner. Norge har studert komposisjoner med høyt innhold av HMX med primær anvendelse som booster eller hovedfylling i retta ladninger. Den andre delen av prosjektgruppen studerte smeltestøpte komposisjoner basert på pyrazoler til erstatning av TNT. For studie av virkning var det påkrevet med generisk testing. For krutt ble 2-toms rakettmotorer, og for smeltestøpte komposisjoner 40 mm granater, valgt som testobjekter for å studere brennhastighet og fragmenteringsegenskaper. Med våre pressa fyllinger valgte Norge å delta i gruppen som utførte fragmenteringstesting. Ti 40 mm granater fylt med seks forskjellige komposisjoner ble fylt og omsatt for studier av fragmenteringsevnen. Fire smeltestøpte komposisjoner, hvorav to inneholdt DNAN og to inneholdt TNT, ble testet. De to siste komposisjonene inneholdt HMX og energirikt bindemiddel, GA/BAMO, og ble fylt ved pressing. HMX-innholdet i Sats 400/13 var 94,7 vektprosent, og i Sats 432/13 94,3 vektprosent HMX. Disse to komposisjonene inneholdt energirikt bindemiddel syntetisert ved FFI. De fire smeltestøpte komposisjonene var utviklet og fylt i granatene av Chemring Nobel. Betegnelse for disse samt nominell sammensetning er MCX-6002 TNT/NTO/RDX (34/51/15), MCX-6100 DNAN/NTO/RDX (32/53/15), MCX-8001 TNT/NTO/HMX 36/52/12) og MCX-8100 DNAN/NTO/HMX (35/53/12). For å stanse fragmentene ble det benyttet en stabel på åtte 2 mm tykke aluminiumsplater med en avstand på 25 mm mellom hver plate. Platene hadde en bredde på 1000 mm og en høyde på 2000 mm. 50 mm rundt alle kanter var ikke med i arealet for opptelling av antall fragmenter. Vitneplatene ble under evalueringen delt inn i 100 mm høye soner i vertikal retning. Dette ga totalt 19 soner. Både fragmenttreff og gjennomslag ble registrert. Antall penetrerende fragmenter for den første vitneplaten var lavest for granatene fylt med MCX- 6100-komposisjon. Begge granatene med MCX-6100 ga 55 fragmenter som penetrerte plate nr. 1. Flest fragmenter ble oppnådd for granatene fylt med HMX/GA/BAMO-komposisjonene. Granaten med Sats 400/13 ga 103 penetrerende fragmenter, mens granaten fylt med Sats 432/13 ga 114 penetrerende fragmenter, i den nærmeste platen. Alle granatene uavhengig av sprengstoffylling ga fragmenter som penetrerte fem vitneplater. Kun en granat, fylt med MCX-6100, ga fragmenter som penetrerte alle åtte vitneplatene. De granatene som ga færrest fragmenter, har den største penetrasjonsevnen. Komposisjonene med DNAN, MCX-6100 og MCX-8100 gir færre fragmenter enn tilsvarende TNT-komposisjoner, MCX-6002 og MCX-8001. Granater fylt med smeltestøpte komposisjoner med RDX gir noe færre fragmenter enn tilsvarende komposisjoner med HMX.