STANAG 4400: Ableitung thermochemischer Kennwerte für die Berechnung der Innenballistik

Was es ist

STANAG 4400 ist das NATO-Standardisierungsübereinkommen zur Ableitung thermochemischer Kennwerte für innenballistische Berechnungen. Ausgabe 1 wurde am 3. Juni 1993 in Kraft gesetzt, getragen von CNAD, AC/225 NAAG und ICGIF der NATO.

Die NATO hat STANAG 4400 nicht öffentlich zugänglich gemacht. Diese Seite beschreibt das Übereinkommen daher anhand einer öffentlich verfügbaren nationalen Umsetzung: der tschechischen Verteidigungsnorm ČOS 102507 (2. Ausgabe, Prag 2022, ersetzt die Änderung 1 der 1. Ausgabe). Diese Norm gibt an, STANAG 4400 Ausgabe 1 in den tschechischen Gebrauch zu überführen. Eine nationale Umsetzung kann nationale Anforderungen und Vorbehalte ergänzen. Behandeln Sie das Folgende deshalb als Inhalt der tschechischen Umsetzung, nicht als Text der NATO selbst.

Was die tschechische Umsetzung abdeckt

ČOS 102507 legt Methoden und Verfahren zur Ableitung der thermochemischen Kennwerte fest, die als Eingangsgrößen in innenballistische Berechnungen für Waffen einfließen. Diese Werte gehen laut Norm in ein einheitliches thermodynamisches Modell der Innenballistik mit globalen Parametern ein, das gesondert in STANAG 4367 beschrieben ist. Ein gemeinsames Modell und eine gemeinsame Ableitungsmethode sollen sicherstellen, dass die Werte, die eine Nation bei Fertigung, Erprobung und Einsatz von Waffen oder Munition ermittelt, mit den Werten anderer NATO-Nationen übereinstimmen.

Die Norm legt die Annahmen fest, die eine Ableitung verwenden muss: Die Verbrennungsprodukte werden als im thermochemischen Gleichgewicht ohne Wärmeverlust während der Verbrennung behandelt. Das Gasverhalten wird durch eine nach dem dritten Glied abgebrochene Virialzustandsgleichung oder eine gleichwertige Gleichung beschrieben. Das Gleichgewicht wird durch Minimierung der freien Energie unter einer angegebenen Nebenbedingung wie Volumen oder Energie bestimmt. Jede betrachtete Treibmittelzusammensetzung muss mindestens die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Kalium, Aluminium, Natrium, Barium, Magnesium, Fluor und Blei enthalten. Ein Verhältnis der eingefrorenen spezifischen Wärmekapazitäten wird nach der in der Norm festgelegten Methode berechnet.

Für den zweiten und dritten Virialkoeffizienten, die diese Zustandsgleichung benötigt, gibt ČOS 102507 getrennte Methoden an. Für einen Reinstoff verwendet sie das Lennard-Jones-Potential bei unpolaren Molekülen und das Stockmayer-Potential bei polaren, wobei die zugrunde liegenden Molekülparameter mit rund 10 Prozent unsicher sind. Für Gemische lässt sie die Cornersche Regel als einfachsten Ansatz zu oder, bei hohen Drücken oberhalb von etwa 400 bis 500 MPa wie im französischen Code Bagheera, eine Agamat zugeschriebene Alternative, die sie als ebenso einfach, aber besser abgesichert beschreibt.

Die Koeffizienten für Wärmekapazität, Enthalpie und Entropie jedes reagierenden Stoffs sind vorrangig den thermochemischen JANAF-Tabellen zu entnehmen, mit aus JANAF abgeleiteten NASA-Lewis-Entwicklungskoeffizienten als sekundärer Quelle. Die Atommassen müssen den neuesten Werten folgen, die die IUPAC Commission on Atomic Weights veröffentlicht. Die Norm setzt die universelle Gaskonstante auf 8,314510 J/(mol·K) fest. Sie liefert außerdem eine Referenztabelle der Standardbildungsenthalpien für die wichtigsten Komponenten in Waffentreibmitteln, überwiegend aus einer namentlich genannten Studie von 1990. Für eine dort nicht aufgeführte Komponente muss die Bildungsenthalpie aus derselben Studie stammen oder andernfalls ihre eigene Quelle angeben. Die Norm bezeichnet ihre eigenen ausgearbeiteten Referenzdaten ausdrücklich als Beispiele, die stets der Überarbeitung unterliegen, und gibt an, dass Frankreich die zugrunde liegende Referenzdatenbank pflegt und aktualisiert und allen NATO-Staaten zur Verfügung stellt.

Schließlich legt ČOS 102507 ein einheitliches Berichtsformular fest, auf dem die abgeleiteten Kennwerte eines Treibmittels erfasst werden: Explosionswärme, Feststoffdichte, isochore adiabatische Explosionstemperatur, spezifische Energie, Kovolumen, Verbrennungsprodukte sowie die im geschlossenen Gefäß über einen angegebenen Druckbereich gemessene Abbrandgeschwindigkeit.

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