1

REZUMAT

Contract 28PED/2017 – Etapa 1

CONCEPT DE COMPONENTĂ DE LUPTĂ EXPLOZIV-FUGASĂ

CU EFECT CRESCUT

Nevoia creșterii efectului munițiilor clasice și în speță a efectului fugas, pe

seama menținerii constante a unei cantități rezonabile de exploziv/material

energetic (HE – high explosive) a condus, la începutul anilor 1960, la studierea

aspectelor legate de așa numita utilizare a anvelopelor metalice reactive (materiale

metalice care odată fragmentate la o dimensiune relativ mică reacționează

exotermic cu unda de șoc și produșii gazoși de detonație furnizând o cantitate

suplimentară de energie ceea ce conduce la o întărire a frontului undei de șoc).

Ulterior, la nivelul anilor 1980, mai întâi în fosta URSS și mai apoi în SUA și

vestul Europei, au fost derulate studii care au condus la introducerea în serviciul

militar a așa numiților explozivi termobarici (TBX – thermobaric explosives)

respectiv explozivi cu efect crescut (EBX – enhanced blast explosives). Aceste

materiale energetice, prin utilizarea unei combustii secundare aerobice sau

anaerobice, asigură un timp mai mare de acțiune a undei de șoc asupra țintelor

precum și adăugarea unei sarcini termice suplimentare (Fig.1).

Fig.1 – Profilul evoluției suprapresiunii pentru un exploziv brizant clasic

(HE) respectiv pentru un exploziv termobaric (TBX)

HE

TBX

t 0

p2

p1

p0

p

2

Poziționarea munițiilor exploziv-fugas clasice, în special cele de calibru mic în

imaginea anterior creionată este extrem de dificilă întrucât acest tip de muniție este

caracterizată, în general, de o rază de eficacitate redusă (distanța măsurată din

punctul de funcționare a acesteia până într-un punct unde muniția încă mai are

efect eficace conform destinației acesteia) datorată volumului interior limitat al

acestora. Această eficacitate redusă, deși asigură riscuri minime de inducere a unor

daune colaterale pe timpul ducerii luptelor în zone urbane, constitue un mare

dezavantaj în ceea ce privește angajarea în luptă a obiectivelor adăpostite în

construcții sau în spatele unor obstacole etc.

Așa cum am amintit anterior, volumul interior limitat al acestor muniții de

calibru mic (pretabile a fi utilizate de luptători în manieră individuală și

independentă) împietează asupra unei abordări pur termobarice. Pentru depășirea

acestei situații, în cadrul prezentei teme de cercetare, eforturile au fost direcționate

spre identificarea și instrumentarea de soluții ieftine capabile să furnizeze un efect

pseudo-termobaric.

Definirea noilor configurații material energetic/material reactiv a avut în vedere

două aspecte fundamentale: natura materialului energetic (explozivului) sub

aspectul balanței de oxigen și temeperaturii de detonație respectiv natura

materialului reactiv sub aspectul capacității reactive, predilecției spre fragmentare

și disponibilității pe piața liberă cu repercursiuni directe asupra costului de

achiziție ca factor determinant al costului general al unei eventuale muniții.

În baza condiționalităților enunțate în paragraful anterior s-a optat pentru

investigarea a doi explozivi brizanți des utilizați la realizarea elementelor de

muniție, ambii cu balanță de oxigen negativă dar căldură de explozie diferită. Cei

doi explozivi sunt:

RDX-ul cu o balanță de oxigen de -21,6% și o căldură de explozie de

6025kJ/kg;

TNT-ul cu o balanță de oxigen de -74% (balanța de oxigen indicând

faptul că ne aflăm într-o situație supracarburată) și o căldură de explozie

de 5060kJ/kg.

În ceea ce privește materialul reactiv, având experiența anterioară a realizării de

încărcături termobarice și a studiului fragmentării anvelopelor solide ale munițiilor,

s-a optat pentru utilizarea foliei alimentare de aluminiu, atuurile unei astfel de

opțiuni fiind natura extrem de reactivă a aluminiului (întrecută doar de cea a

magneziului), predictibilitatea spre o fragmentare fină datorată fragilității

3

materialului (rezultat direct al grosimii extrem de mici a foliei) și costul redus

coroborat cu larga disponibilitatea pe piața liberă.

Concluzionând, în cadrul primei etape, s-a vizat definirea de noi configurații

material energetic/anvelopă reactivă, aceasta fiind urmată de investigarea efectului

fugas pentru două tipuri de încărcături explozive brizante: încărcătura bazată pe

TNT (trotil) respectiv încărcătură bazată pe RDX (hexogen). Ambele încărcături au

fost dispuse într-un înveliș format din mai multe straturi de folie alimentară de

aluminiu cu grosimea fiecărui strat de folie de sub 100μm, aluminiul utilizat fiind

marca AA1100 starea O.

Utilizarea unor astfel de configurații s-a dovedit a avea ca rezultat o creștere a

efectului încărcăturii detonante ca urmare a surplusului de energie furnizat undei

de șoc de către arderea progresivă a unei părți a aluminiului. De asemenea, în

subsidiar, ca parte integrantă a acestei etape a proiectului s-a investigat

determinarea raportului optim de masă între exploziv și aluminiu precum și metoda

optimă de înfășurare a straturilor din folie de aluminiu în jurul explozivului.

În scopul atingerii obiectivului general al Etapei 1, așa cum rezultă din Planul

de realizare al proiectului, au fost definite cinci sub-etape ce au concurat la

atingerea obiectivului de etapă, al temei de cercetare finanțate de UEFISCDI prin

contractul de cercetare nr. 28PED/2017.

În cadrul Activității 1.1 - Proiectarea și realizarea dispozitivului de înfășurare

a încărcăturilor explozive. Realizarea încărcăturilor explozive s-a urmărit

proiectarea și ulterior realizarea unui dispozitiv de laborator destinat înfășurării

facile și rapide a foliei de aluminiu în jurul încărcăturilor de exploziv. În acest sens

s-au avut în vedere următoarele:

• rolul funcțional al obiectului de conceput (înfășurarea perimetrală a

încărcăturii de exploziv brizant de diamteru 37mm și înălțime de 65mm

caracterizat de o rigiditate relativă);

• materialele ce vor fi folosite (material lemnos pentru cadru și repere metalice

respectiv din material plastic);

• performanțele specifice (abilitatea de a permite înfășurarea unui număr de

minim trei calupi concomitent într-o manieră automată și într-un interval de timp

relativ scurt);

• ansamblul de norme de reprezentare (corespunzător unei reprezentări

specifice normelor de desen tehnic).

4

Pentru proiectarea reperelor și a ansamblului dispozitivului s-a apelat la

proiectarea parametrică 3D disponibilă în cadrul mediului CAD SolidWorks.

Este de menționat, de asemenea că, pentru realizarea diferitelor repere ale

dispozitivului de roluit au fost realizate prin apelarea la tipărirea 3D, în acest

sens fiind achiziționată în cadrul proiectului o imprimantă 3D.

Principalele repere proiectate și realizate în cadrul etapei sunt detaliate în

figurile de mai jos:

Fig.2 – Încărcătură pseudo-termobarică realizată

Fig.3 – Captură CAD – Flanșă rulment mare

5

Fig.4 – Captură CAD - Ansamblu suport dispozitiv roluire

Fig.5 – Captură CAD – Subansamblu sistem de debitare

6

Fig.6 – Dispozitiv de înfășurare folie de aluminiu – vedere izometrică

Fig.7 – Dispozitiv de înfășurare folie de aluminiu – vedere laterală

7

În cadrul celei de-a doua activități a etapei s-a urmărit în mod țintit

investigarea experimentală a capacității de îmbunătățire a efectului fugas pentru

încărcături RDX-Folie aluminiu și TNT-Folie aluminiu. În acest scop a fost definit

un Plan de testare-evaluare de dezvoltare în două capitole dedicate pe de-o parte

prezentării sistemului și pe de altă parte planului efectiv de testare-evaluare.

Ulterior, în baza datelor măsurate respectiv calculate a fost definit un Raport de

testare-evaluare de dezvoltare în care au fost sintetizate rezultatele anterior

amintite.

Scenariile utilizate în cadrul planului de testare – evaluare de dezvoltare

pentru verificarea performanţei încărcăturilor pseudo-termobarice definite (IPT-

RDX şi IPT-TNT) se referă la verificarea funcţionării şi a caracteristicilor fugase a

încărcăturilor pseudo-termobarice într-un raport de masă 110g/20g RDX/Al

respectiv TNT/Al.

Obiectivul general al planului de testare – evaluare de dezvoltare (îndeplinirea

cerințelor de performanță a încărcăturilor pseudo-termobarice indicate în studiul de

dezvoltare al acestora) împreună cu obiectivele specifice ale acestuia (încercarea,

verificarea şi evaluarea elementelor componente) au fost definite în concordanță

cu: destinația încărcăturilor (generarea de impulsuri superioare comparativ cu cele

generate de detonația încărcăturilor clasice prin asigurarea unui aport de energie

suplimentară frontului undei de șoc, aport generat de combustia foliilor de

aluminiu ce căptușesc încărcăturile de exploziv brizant), solicitările ce apar în

timpul activităţilor de transport, depozitare, păstrare sau chiar la utilizarea în

misiuni de instrucţie sau de intervenţie operaţională precum și riscurile inerente

testării încărcăturilor (posibilitatea generării accidentale de unde de şoc în mediu

adiacent, propulsia de elemente metalice și generarea de incendii secundare ca

urmare a reacţiei aluminiului cu produșii de reacție rezultați în urma detonației

încărcăturii de exploziv).

În baza obiectivelor enunțate în cadrul planului de testare, date reținute în

raportul de testare indicând că încărcăturile pseudo-termobarice IPT-RDX şi IPT-

TNT funcţionează sigur asigurând detonaţia completă a încărcăturii explozive,

suprapresiunile și impulsurile generate fiind, în general, superioare valorilor

înregistrate la detonația încărcăturilor clasice. Datele obținute sunt sintetizate într-o

formă numerică și grafică în Tabelul 1, Tabelul 2 respectiv Fig.8 la Fig.10.

8

Datele înregistrate respectiv calculate au fost comparate cu valorile teoretice

indicate de Modelul Shin pentru încărcătura de 110g TNT respectiv 110g HITEX

(echivalent 110g HITEX x 1,1=121gTNT) pentru distanța de 1m, 2m respectiv 3m.

Dimensiunea și durata sferei de foc specifică funcționării încărcăturilor

termobarice a fost investigată prin utilizarea unei camere de filmare ultra-rapide

PHOTRON FASTCAM SA1.1, filmările fiind realizate la 20.000fps.

Tabelul 1 – Valori teoretice (Modelul Shin)

Tabelul 2 – Valori măsurate respective calculate

2.6ms 8.2ms 10.6ms

a.

Configurație Suprapresiune

[bar] Impuls [Pa x s]

1m 2m 3m 1m 2m 3m

110g TNT 1,733 0,434 0,225 36,11 20,57 13,85

121g TNT 1,863 0,458 0,236 38,13 21,87 14,75

Test nr.

Configurație

Suprapresiune [bar]

Impuls [Pa x s]

Dim. sfera de foc [m]

Durată sfera de foc [ms]

Canal 1 (1m)

Canal 2 (2m)

Canal 3 (3m)

Canal 1 (1m)

Canal 2 (2m)

Canal 3 (3m)

1

110gTNT / 20gAl foil

1,953 0,391 0,210 47,21 28,58 20,12 2,110 39,3 2 2,139 0,451 0,217 45,83 29,19 19,45 2,093 41,0 3 1,775 0,356 0,205 43,86 28,23 19,89 2,157 38,3

Medie 1,956 0,399 0,211 45,63 28,66 19,82 2,120 39,5 4

110gHITEX / 20gAl foil

2,346 0,659 0,236 43,69 58,48 21,65 2,468 22,1 5 2,482 0,607 0,235 42,10 32,87 20,24 2,515 23,3 6 2,127 0,530 0,221 41,82 47,24 20,29 2,564 25,8 7 2,096 0,560 0,264 50,01 20,67 24,07 2,508 23,1 8 2,042 0,480 0,236 46,74 26,82 34,69 2,453 24,1 9 1,864 0,540 0,272 47,15 24,12 24,36 2,349 21,9

Medie 2,159 0,562 0,244 45,25 35,03 24,21 2,476 23,3

9

4.0ms 6.1ms 17.4ms

b.

Fig. 8 - Evoluție dimensiune sferă de foc RDX (a) și RDX-Folie Al 20g(b)

Fig. 8 - Variaţia suprapresiunii pentru IPT-RDX (110g TNT și 20g Al)

10

Fig. 10 - Variaţia suprapresiunii pentru IPT-RDX (110g RDX și 20g Al)

În acord cu obiectivul de a instrumenta performanțele unei configurații pseudo-

termobarice ce presupune o altă abordare a modului de înfășurare a foliei de

aluminiu a fost definită pentru configurația 110/20 RDX/Al o înfășurare multistrat

precum cea indicată în Fig.11. Rezultatele obținute la funcționarea încărcăturii sunt

detaliate în Tabelul 3, Fig.12 și Fig.13.

11

Fig. 11 – Variante înfășurare aluminiu

Fig. 12 - Variaţia suprapresiunii pentru IPT-RDX (110g RDX și 20g Al multistrat)

3.8ms 13.1ms 17.8ms

Fig. 13 - Evoluție dimensiune sferă de foc 110/20 RDX-Folie Al multistrat

Tabelul 3 – Valori măsurate respective calculate pentru IPT-RDX (aluminiu

multistrat)

Test nr.

Configurație

Suprapresiune [bar]

Impuls [Pa x s]

Dim. sfera de foc [m]

Durată sfera de foc [ms]

Canal 1 (1m)

Canal 2 (2m)

Canal 3 (3m)

Canal 1 (1m)

Canal 2 (2m)

Canal 3 (3m)

1

110gHITEX / 20gAl foil

1.714 0.549 0.247 42.68 28.73 20.56 2.678 22.5 2 2.486 0.547 0.233 40.10 30.33 19.81 2.075 30.4 3 1.754 0.551 0.242 39.50 27.46 20.19 2.443 23.2

Medie 1.985 0.549 0.241 40.760 28.840 20.187 2.399 25.367

12

Așa cum dovedesc valorile numerice determinate respectiv calculate, abordarea

înfășurării foliei multistrat de aluminiu deși indică o performanță superioară

încărcăturii fără aluminiu, totuși nu este de natură să aducă o îmbunătățire

abordării clasice de înfășurare a foliei de aluminiu strat peste strat.

Având la dispoziție datele anterior detaliate, în cadrul activității numărul trei a

etapei s-a vizat elaborarea unui studiu comparativ privind performanțele celor

două tipuri de încărcături (TNT-folie de aluminiu și RDX-folie de aluminiu) care

să aibe la bază conceptul de analiză multicriterială. În fapt, analiza multicriterială

reprezintă o serie de tehnici, integrate în familia teoriei deciziilor, care au rolul de a

facilita o entitate în procesul de selecție a alternativei sau a alternativelor optime

dintr-un spectru larg de opțiuni. Principiile sale își au fundamentul în teoria

deciziilor și sunt construite pentru a oferi decidentului opțiunile cele mai eficiente

în vederea continuării, dezvoltării sau susținerii unei anumite activități.

Așa cum a fost enunțat de M.Roman în lucrarea Analiza Multi-Criterială.

Manual, ”analiza multicriterială reprezintă o abordare structurată care este

utilizată pentru a determina preferințele generale dintre mai multe opțiuni

alternative, care opțiuni conduc la îndeplinirea unui număr de obiective. Scopul

metodei este realizarea unei evaluări comparative a proiectelor comparative sau a

altor măsuri eterogene”.

„Metoda analizei multicriteriale începe cu specificarea obiectivelor, urmată de

identificarea indicatoarelor care conduc spre îndeplinirea respectivelor obiective,

denumite și criterii. Astfel, analiza multicriterială își găsește aplicabilitate într-o

mare varietate de domenii”.

„Indicatorii utilizați în analiza multicriterială pot fi evaluați cantitativ, iar în

situația în care acest lucru nu este posibil, calitativ. Cu toate acestea, metoda

permite obținerea unei ierarhii între alternative, indiferent de modul în care

indicatorii aferenți acestora sunt evaluați. Specific analizei multicriteriale este

introducerea ponderilor pentru criterii, care reflectă aportul fiecărui criteriu la

performanțele generale ale alternativelor. Analiza multicriterială este utilizată, în

general, pentru a evidenția raționamentul și părerile subiective ale părților

interesate, prin sintetizarea opiniilor emise, prin stabilirea structurilor prioritare,

prin analiza situațiilor conflictuale sau prin formularea recomandărilor și

consiliere operațională”.

Dat fiind modul de acțiune al componentelor de luptă fugase asupra țintelor

(incluzând și aspecte ce țin de încărcăturile termobarice) au fost stabilite punctajele

13

și ponderile indicate în Tab.4, rezultatele obținute fiind cele indicate în coloana

Scor final.

Tabelul 4 - Scorurile generale ale variantelor

Opțiuni Impuls

1m

Impuls

2m

Impuls

3m Dimensiune Durată

Scor

final

110TNT+20Al 75 71 67 72 84 71.08

110RDX+20Al 75 87 82 84 50 80.54

Ponderile 20 30 40 5 5

Așa cum rezultă din Tabelul 4 funcționarea încărcăturii 110RDX/20Al este

caracterizată de o mai mare eficacitate dat fiind faptul că impulsul înregistrat la

distanța de 2 respectiv 3 metri de locul detonației încărcăturii este superior celui

înregistrat de încărcătura 110TNT/20Al.

Compararea celor două variante din perspectiva exclusiv a masei respectiv a

raportului dintre masa explozivului și masa aluminiului (și nu a masei echivalente)

este generată de condiția utilizării unui volum dat (volumul interior al unei camere

de încărcare a unei muniții clasice de artilerie/infanterie).

În fapt, această restricție are repercursiuni directe imediate asupra premiselor ce

stau la baza fenomenului de combustie a anvelopei de aluminiu. Astfel, un aport

consistent din punct de vedere energetic al aluminiului se obține doar în situația în

care la detonația încărcăturii de exploziv brizant, temperatura gazelor rezultate este

superioară valorii de 2.030°C (temperatura de topire a oxidului de aluminiu – strat

protector al aluminiului ce se formează pe cale naturală la expunerea unei suprafețe

de aluminiu la oxigenul atmosferic) iar fragmentarea aluminiului este cât mai

rapidă și puternică (fragmente sub-milimetrice). În acest sens, în cadrul activității,

a fost elaborat un model numeric bazat pe Metoda Elementului Finit sub mediul

LsDyna care să permită evaluarea fragmentării unui singur strat de aluminiu ca

funcție de natura explozivului brizant.

Pentru definirea modelului a fost considerată o dispersie naturală a

proprietăților de material (deformația la rupere de exemplu - EEFPS) a

aluminiului. Această ipoteză a eterogenității structurale inerente oricărui material a

fost enunțată pentru prima dată de Weibull în 1939 în urma efectuării unor studii

ample referitoare la ruperea materialelor în regim cvasi-static. În principiu, formula

general a lui Weibull implică existența a trei parametrii. Totuși, forma cea mai des

uzitată este cea care implică doar doi parametrii: forma și scala.

14

Astfel, pentru cazul studiat, utilizând o rutină MathCad a fost definită o

distribuție Weibull a valorii deformației la rupere ulterior utilizată pentru activarea

criteriului de eroziune. Pentru distribuție a fost aleasă valoarea 3 pentru formă și un

factor de scalare de 20 (-10% la +10% variație a valorii nominale a deformației la

rupere). Prin această metodă a fost identificat numărul de elemente care au aceeași

valoare a deformației la rupere (Fig. 14). Ulterior, a fost generat aleatoriu un șir de

63.200 valori reprezentând numărul elementului (pentru cele 63.200 elemente în

care a fost discretizat stratul de aluminiu). În acest fel, fiecărui element al stratului

i-a fost alocat o valoare a deformației la rupere.

Fig. 14 - Distribuția Weibull

În conformitate cu liniile directoare privind utilizarea LsDyna, interacțiunea

fluid-structură a fost modelată prin utilizarea conceptului Constrained Lagrange in

Solid. Explozivul utilizat în simulare a fost TNT-ul respectiv RDX-ul. O formulare

Lagrange a fost impusă pentru inel (element solid de tipul 1) iar pentru TNT

respectiv RDX și aer o formulară de tip Euler (element solid multi-material de tip

11). Valorile utilizate pentru ecuația de stare, modelul de material și criteriul de

eroziune sunt prezentate în Tabelul 5.

Tabelul 5 - Date materiale (unități LsDyna: T, mm, s, N, MPa)

Proprietatea AER RDX TNT AA1100-O

EOS JWL

A - 5,81e+5 3,71e+5 -

B - 6801 3230 -

R1 - 4,1 4,150 -

R2 - 1 0,950 -

Omeg - 0,35 0,300 -

E0 - 5292 4300 -

V0 - 1 1 -

EOS LINEAR_POLYNOMIAL

C0…C3, C6 0 - - -

C4, C5 0,400 - - -

15

E0 0,258 - - -

V01 1 - - -

MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN

RO - 1,620e-9 1,630e-9 -

D - 7,260e+6 6,930e+6 -

PCJ - 2800 2100 -

MAT_NULL

RO 1,23e-12 - - -

MAT_STEINBERG

RO - - - 2,710e-9

G0 - - - 27100

SIG0 - - - 40

BETA - - - 400

N - - - 0,270

SIGM - - - 480

B - - - 6,520e-5

BP - - - 6,520e-5

H - - - 6,159e-4

TM0 - - - 1493

GAM0 - - - 1,970

SA - - - 1,500

EROSION CRITERIA

EFFPS - - - 0,15

În urma rulării modelului s-a constatat că mecanismul de fragmentare (cu

fragmente submilimetrice) al învelișului de aluminiu este mult mai uniform și

energic în cazul utilizării RDX-ului, reprezentarea grafică a situației fiind

prezentată în Fig.15 și Fig.16.

Fig. 15 - Fragmente rezultate la detonația TNT-ului la 20 de iterații după apariția primei

fisuri

16

Fig. 16 - Fragmente rezultate la detonația RDX-ului la 20 de iterații după apariția

primei fisuri

Odată evidențiat efectul fugas îmbunătățit al configurației propuse, în

activitatea 1.4 s-a abordat cercetarea experimentală a optimului configurațiilor

propusă. În acest sens a fost întocmit un plan de testare ce a vizat investigarea

configurațiilor amintite în Tabelul 6.

Tabelul 6 – Configurații testate pentru determinarea optimului

Caracteristica Informaţii

Masa totală a încărcăturii pseudo-

termobarice

IPT-RDX

IPT-TNT

0,130 kg; 0,170 kg; 0,220 kg și

0,310kg

Masa încărcăturii de aluminiu IPT-RDX

IPT-TNT

0,020 kg; 0,060 kg; 0,110 kg și

0,200 kg

Masa încărcăturii explozive IPT-RDX

IPT-TNT 110 0,5 g

Tipul explozivului folosit Exploziv plastic pe bază de RDX

respectiv TNT

Rezultatele obținute în această activitate sunt prezentate în formă tabelară și

grafică în Tabelul 7, Fig.17 la Fig.20.

Test nr.

Configurație

Suprapresiune [bar]

Impuls [Pa x s]

Dim. sfera de

foc [m]

Durată sfera

de foc [ms]

Canal 1 (1m)

Canal 2 (2m)

Canal 3 (3m)

Canal 1 (1m)

Canal 2 (2m)

Canal 3 (3m)

1

110gTNT / 20g folie Al

1,953 0,391 0,210 47,21 28,58 20,12 2,110 39,3 2 2,139 0,451 0,217 45,83 29,19 19,45 2,093 41,0 3 1,775 0,356 0,205 43,86 28,23 19,89 2,157 38,3

17

Rezultatele prezentate în Tabelul 7 au fost supuse ulterior unei analize

amănunțite sub aspectul impulsului și în subsidiar sub aspectul mărimii

suprapresiunii. În analiza efectuată s-a considerat ca reper modelul Shin pentru

evaluarea suprapresiunii și impulsului induse de detonația în aer a unui exploziv

brizant. De asemenea, a fost reținută valoarea de 1,1 pentru echivalarea în impuls a

RDX-ului precum și o valoare de 4,184kJ/g respectiv 7,2kcal/g pentru căldura de

explozie respectiv de ardere a TNT-ului respectiv aluminiului.

4

110gTNT / 60g folie Al

1,658 0,395 0,219 56,39 35,12 26,81 2,128 46,8 5 1,427 0,493 0,251 53,62 34,37 26,34 2,245 45,4 6 1,808 0,367 0,208 59,10 38,91 24,98 1,955 48,7 7

110gTNT / 110g folie Al

1,201 0,432 0,195 40,21 25,92 17,25 1,689 46,1 8 0,725 0,308 0,217 36,18 25,06 18,12 1,506 42,5 9 1,277 0,276 0,180 43,26 25,68 17,62 1,651 46,9 10

110gTNT / 200g folie Al

0,960 0,214 0,187 31,72 17,49 18,56 1,058 36,8 11 1,482 0,291 0,151 34,49 21,95 17,11 1,174 35,4 12 1,128 0,274 0,178 32,08 19,26 12,69 1,194 36,7 13

110gHITEX / 20g folie Al

2,346 0,659 0,236 43,69 58,48 21,65 2,468 22,1 14 2,482 0,607 0,235 42,10 32,87 20,24 2,515 23,3 15 2,127 0,530 0,221 41,82 47,24 20,29 2,564 25,8 16 2,096 0,560 0,264 50,01 20,67 24,07 2,508 23,1 17 2,042 0,480 0,236 46,74 26,82 34,69 2,453 24,1 18 1,864 0,540 0,272 47,15 24,12 24,36 2,349 21,9 19

110gHITEX / 60g folie Al

2.879 0.950 0.297 59.76 47.24 23.49 2.531 20.9 20 1.885 0.672 0.316 61.56 53.96 25.16 2.767 23.2 21 3.435 0.718 0.305 62.49 47.08 24.51 2.683 21.2 22 1.342 0.561 0.336 47.14 27.94 40.07 2.611 20.8 23 1.528 0.794 0.336 48.53 32.35 37.78 2.706 21.4 24 2.070 0.531 0.336 52.54 32.50 26.38 2.814 21.9 25

110gHITEX / 110g folie Al

3.340 N/A 0.295 97.17 N/A 31.18 3.236 29.4 26 N/A N/A N/A N/A N/A N/A 2.627 28.9 27 2.268 0.665 0.221 58.43 51.95 26.08 3.068 29.2 28 1.953 0.443 0.218 48.99 32.47 24.54 2.956 29.3 29 N/A 0.581 N/A N/A 22.37 N/A 3.024 29.5 30 1.720 0.452 0.169 37.53 37.50 18.81 2.867 29.3 31

110gHITEX / 200g folie Al

1.972 0.524 0.219 46.41 36.74 21.35 2.519 31.9 32 N/A N/A N/A N/A N/A N/A 2.413 30.9 33 3.569 0.976 N/A 56.32 35.56 N/A 2.611 30.8 34 1.588 0.521 0.187 24.92 27.37 24.13 2.508 30.7 35 1.682 0.417 0.172 46.58 26.86 22.32 2.524 31.1 36 N/A 0.415 N/A N/A 22.84 N/A 2.587 32.4

18

a. b.

Fig.17 - Valori măsurate suprapresiune (a. RDX/Al, b.TNT/Al)

a. b.

Fig.18 – Impulsul relativ vs raportul maselor (a. RDX/Al, b.TNT/Al)

19

a. b.

Fig.19 – Masă echivalentă TNT vs masă aluminiu (a. RDX/Al, b.TNT/Al)

a. b.

Fig.20 – Procentaj aluminiu ars vs masă aluminiu (a. RDX/Al, b.TNT/Al)

Într-o manieră similară cu cea prezentată în paginile anterioare, configurațiile

testate au fost evaluate într-o abordare multicriterială, cu păstrarea ponderilor

impuse anterior. Rezultatul analizei este detaliat în Tabelul 8.

Tabelul 8 - Scorurile generale ale variantelor

Opțiuni Impuls

1m

Impuls

2m

Impuls

3m Dimensiune

Dur

ată

Scor

final

110TNT+20Al 75 71 67 72 84 71.08

110TNT+60Al 93 90 88 71 100 89.40

110TNT+110

Al

66 64 60 55 96 63.69

110TNT+200

Al

54 49 55 39 77 53.04

110RDX+20Al 75 87 82 84 50 80.54

110RDX+60Al 91 100 100 91 46 95.11

110RDX+110 100 90 85 100 62 89.08

20

Al

110RDX+200

Al

72 74 76 85 67 74.87

Ponderile 20 30 40 5 5

În conformitate cu obligațiile contractuale asumate în Contractul 28PED/2017

(activitatea 5 a Etapei 1), cei doi parteneri implicați în realizarea temei de cercetare

au diseminat informațiile directe și indirecte derulate la realizarea prezentei etape.

În acest sens, în cadrul lucrărilor conferinței International conference

KNOWLEDGE-BASED ORGANIZATION a fost publicată lucrarea Design and

Testing of an Unguided Rocket with Thermobaric Warhead for Multiple Launcher

System (vol.23(3), 2017, p.188-198, DOI · 10.1515/kbo-2017-0175). De asemenea,

o lucrare științifică (intitulată Experimental study on aluminum foils use in blast

enhancement application) ce sintetizează rezultatele obținute în cadrul etapei

derulate a fost înaintată spre evaluare în vederea publicării în jurnalul Propellants,

Explosives, Pyrotechnics. Fragmente ale acestei ultime lucrări fiind prezentate mai

jos:

“Abstract: The present study aims to address, by experimental meaning for a

previous defined and published particular configuration, the issue of optimum

RDX/Al-foil mass ratio in blast enhancement applications. Using thin aluminum

foils as case envelope, the explosive charge was wrapped up prior detonation in

open field by employing 20, 60, 110 and 200 grams of aluminum. The experimental

data in terms of overpressure, impulse and fireball dimension and duration are

discussed. The measurements clearly indicate for the explosive-aluminum foil case

a blast enhancement compared with the bare explosive case. Aluminum wrap up

methodology influence in terms of overpressure and impulse for the 20 grams

aluminum case was also looked into.

Keywords: blast enhancement, aluminum foil, overpressure, impulse.

Conclusions

The experimental tests performed aimed to investigate a possible scenario to

enhance the blast wave parameters for a RDX based classical charge as well as to

determine RDX/Al-foil optimum mass ratio. By correlating the experimental data

for the investigated HE/Al-foil configurations and the HE bare charge, significant

blast enhancement was pointed out. The presence of aluminum foils induces in

open field a pseudo-thermobaric behavior for the HE charge. Single layer over

layer wrap up of the HE charge is recommended since better results are obtained.

Due to the charge configuration specificity (aluminum is not distributed within

21

explosive mass), the optimum RDX/Al_foil mass ratio resulted is bound to be

around 0.5. However, the use of different type of HE (with higher energy and

different oxygen balance) could result in a different optimum mass ratio.”

La baza întocmirii documentației tehnice corespunzătoare Etapei 1 a

ctr.28PED/2017 au stat aspecte științifice publicate într-o serie de lucrări publicate

în fluxul internațional principal, precum:

Clough R. W., Early history of the finite element method from the view point of a

pioneer, Int. J. Numer. Meth. Engng, vol. 60, pp. 283–287, 2004;

CNBM International Cooperation, Aluminum foil technical data, 2017;

Department for Communities and Local Government: London, Multi-criteria

analysis. A manual, January, 2009;

Goga D.A., Orban O., Fabricaţia şi proprietăţile substanţelor explozive, Editura

Academiei Tehnice Militare, Bucureşti, 1997;

Hammond, J. S., Keeney, R. L., Raiffa, H., Smart Choices. A Practical Guide to

Making Better Decisions, Harvard University Press, Boston, Massachusetts,

1999;

Mohamed A. K., Mostafa H. E., Elbasuney S., Nanoscopic fuel-rich thermobaric

formulations: Chemical composition optimization and sustained secondary

combustion shock wave modulation, Journal of Hazardous Materials 2016,

301, 492-503;

Needham C.E., Blast Waves, Springer, London, 2010, p.84;

Roman, M., Analiza Multi-Criterială. Manual, Guvernul României, ianuarie 2012;

Trzcinski W. A., Yan Q. L., Cudzilo S., Trană E., Matache L., Rotariu T., Matyas

R., Zeman S., Gozin M., Thermobaric effects formed by aluminium foils

enveloping cylindrical charges, Combustion and Flame 2016, 166, 148-157;

Trzcinsky W. A., and Maiz L., Thermobaric and Enhanced Blast Explosives –

Properties and Testing Methods, Propellants, Explosives, Pyrotechnics

2015, 40, 632-644;

Türker L., Thermobaric and enhanced blast explosives (TBX and EBX), Defence

Technology 2016, 12, 423–445;

Xing X. L., Zhao S. X., Wang Z. Y., and Ge G. T., Discussions on Thermobaric

Explosives (TBXs), Propellants, Explosives, Pyrotechnics 2014, 39(1), 14-17;

Xue L., Ductile Fracture Modeling - Theory, Experimental Investigation and

Numerical Verification, PhD Thesis, Massachusetts Institute of Technology,

2007;

Yen N. H., Wang L. Y., Reactive Metals in Explosives, Propellants, Explosives,

Pyrotechnics 2012, 37, 143–155;

22

Weibull W., A statistical theory of the strength of materials, Proceedings of the

Ingeniors Vetenskapsakad, 1939.