TEMPER simulations for 120 mm IM HE-T

Abstract

Three of the IM threats, bullet impact, fragment impact and sympathetic reaction, have been studied by simulations with the MSIAC software TEMPER. TEMPER has been used to calculate the IM responses of 120 mm IM HE-T filled with PAX-48/MCX-8100 with different properties. NominalPAX-48/MCX-8100 NTO/DNAN/HMX (53/35/12) with both theoretical (calculated) and measured properties have been studied. In addition, the shock sensitivity has been varied. Three different values have been included. In total four sets of properties for PAX-48/MCX-8100 fillings have been studied. Bullet Impact simulations have been performed with one shot with the test specification in STANAG 4241. The results show no reaction responses for all four filler properties included in this study. The fragment impact test according to STANAG 4496 with a conical NATO fragment at 2530 m/s shows that a shell filled with PAX-48/MCX-8100 having shock sensitivity 54.6 kbar gives a detonation response for shell thicknesses of 5 and 6 mm. With the most sensitive composition, 45 kbar, a shell thickness of 9 mm is required to get a no reaction response. For sympathetic reaction tests according to STANAG 4396 procedure, the response depends on both donor and acceptor properties. The following combinations of donor and acceptor properties will give detonation of acceptor listed below: 1. Acceptor/donor with shock sensitivity 54.6 kbar and calculated properties. a. Acceptor shell thickness 5 mm – donor shell thicknesses 5-7 mm. 2. Acceptor/donor with shock sensitivity 54.6 kbar and measured properties. a. Acceptor shell thickness 6 mm – donor shell thicknesses 5-7 mm. b. Acceptor shell thickness 5 mm – donor shell thicknesses 5-9 mm 3. Acceptor/donor with shock sensitivity 50.0 kbar and measured properties. a. Acceptor shell thickness 7 mm – donor shell thicknesses 5-8 mm. b. Acceptor shell thickness 6 mm – donor shell thicknesses 5-10 mm. c. Acceptor shell thickness 5 mm – donor shell thicknesses 5-12 mm. 4. Acceptor/donor with shock sensitivity 45.0 kbar and measured properties. a. Acceptor shell thickness 9 mm – donor shell thickness 5 mm. b. Acceptor shell thickness 8 mm – donor shell thicknesses 5-10 mm. c. Acceptor shell thicknesses 5-7 mm – donor shell thicknesses 5-12 mm. The required response in sympathetic reaction in STANAG 4439 is a type III, deflagration or better to obtain IM compliance. The obtained responses to fulfilling the IM requirements in STANAG 4439 for PAX-48/MCX-8100 filled shells in bullet impact, fragment impact and sympathetic reaction tests require a shock sensitivity of 50.0 kbar or better. For these three IM threats no mitigation is necessary as long as the fillings are of good quality

Tre av IM-truslene kuletreff, fragmenttreff og sympatetisk reaksjon har vært studert ved bruk av MSIAC simuleringsverktøyet TEMPER. Ved bruk av TEMPER har vi beregnet IM-responsen til 120 mm IM HE-T for sprengstoffyllinger med PAX-48/MCX-8100 med ulike egenskaper. Benyttet sammensetning av PAX-48/MCX-8100 var nominell 53/35/12 (NTO/DNAN/HMX), med beregnete og målte egenskaper. Tre verdier for sjokkfølsomheten ble benyttet. Totalt inkluderte studien fire sett med egenskaper for PAX-48/MCX-8100. Kuletreffsimuleringer med ett skudd er utført med testbetingelsene gitt i STANAG 4241. Resultatet viser en ikke reaksjon respons for alle kombinasjoner av egenskaper til sprengstoffyllingen inkludert i denne studien. I simuleringene av fragmenttreff, iht STANAG 4496, med et konisk NATO fragment med hastighet på 2530 m/s vil granater med PAX-48/MCX-8100 fyllinger med sjokkfølsomhet 54.6 kbar gi detonasjon respons med veggtykkelser på 5 og 6 mm. For fyllinger med den mest følsomme komposisjonen, 45 kbar, kreves en veggtykkelse på 9 mm eller mer for å oppnå en ikke reaksjon respons. Responsen i sympatetisk reaksjon er avhengig av egenskapene til både donor og akseptor. For følgende kombinasjoner av donor og akseptoregenskaper oppnås en detonasjon respons: 1. Akseptor/donor med beregnete egenskaper og sjokkfølsomhet 54.6 kbar. 1. Akseptor veggtykkelse 5 mm – donor veggtykkelse 5-7 mm. 2. Akseptor/donor med målte egenskaper og sjokkfølsomhet 54.6 kbar. 1. Akseptor veggtykkelse 6 mm – donor veggtykkelse 5-7 mm. 2. Akseptor veggtykkelse 5 mm – donor veggtykkelse 5-9 mm. 3. Akseptor/donor med målte egenskaper og sjokkfølsomhet 50.0kbar. 1. Akseptor veggtykkelse 7 mm – donor veggtykkelse 5-8 mm. 2. Akseptor veggtykkelse 6 mm – donor veggtykkelse 5-10 mm. 3. Akseptor veggtykkelse 5 mm – donor veggtykkelse 5-12 mm. 4. Akseptor/donor med målte egenskaper og sjokkfølsomhet 45.0 kbar. 1. Akseptor veggtykkelse 9 mm – donor veggtykkelse 5 mm. 2. Akseptor veggtykkelse 8 mm – donor veggtykkelse 5-10 mm. 3. Akseptor veggtykkelse 5-7 mm – donor veggtykkelse 5-12 mm Kravet i STANAG 4439 til respons for å tilfredsstille kravet til IM i sympatetisk reaksjon er en Type III reaksjon, deflagrasjon eller mildere. Utfra simuleringsresultater vil en 120 mm granat kunne oppnå IM-klassifisering med en PAX48/MCX-8100 fylling med en sjokkfølsomhet på 50 kbar eller bedre. Dette kravet er oppnåelig med en fylling av god kvalitet. For de tre truslene studert i denne rapporten kreves ingen formildende tiltak for å tilfredsstille kravet til IM-egenskaper.