DE10137483B4 - Splittererzeugender Gefechtskopf zur Bekämpfung technischer Ziele - Google Patents

Splittererzeugender Gefechtskopf zur Bekämpfung technischer Ziele Download PDF

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Abstract

Splittererzeugender Gefechtskopf zur Bekämpfung technischer Ziele mit einer von einer nicht strukturierten splitterbildenden Hülle (1) umgebenen Sprengladung (S) und einer zwischen der splitterbildenden Hülle (1) und der Sprengladung (S) angeordneten, mit einer Kerbstruktur versehenen Innenhülle (3), wobei die splitterbildende Hülle (1) einen elliptischen Querschnitt aufweist und die kleine Achse (2) der Ellipse während des Zielanfluges etwa in der Vertikalebene des Gefechtskopfes liegt und wobei wenigstens eine Einrichtung (5) zur Initiierung der Sprengladung (S) im Bereich der oberen Hälfte der durch die kleine Achse (2) und durch die Längsachse (6) des Gefechtskopfes aufgespannten Ebene innerhalb des Gefechtskopfes angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen splittererzeugenden Gefechtskopf zur Bekämpfung technischer Ziele mit einer von einer nicht strukturierten splitterbildenden Hülle umgebenen Sprengladung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Bekannte und derzeit im Einsatz befindliche splittererzeugende Gefechtsköpfe, die darüber hinaus die Fähigkeit haben müssen, vor der Auslösung der Detonation in eine Ziel einzudringen, sind zumeist aus hochfestem Sonderstahl angefertigt, um den hohen Festigkeitsanforderungen bei der Durchdringung der Zielwandung gerecht zu werden. Ein typisches Anwendungsgebiet für derartige Gefechtsköpfe ist die Bekämpfung von Schiffen.
  • Bauartbedingt ist das Verhältnis der Sprengstoffmasse in Relation zur Hüllenmasse relativ gering. Da die maximale Gesamtmasse des den Gefechtskopf tragenden Flugkörpers vorgegeben ist, führt dies dazu, dass der Blasteffekt darunter leidet. Gerade bei der Bekämpfung von Schiffen macht der Blasteffekt den Hauptanteil an der zerstörenden Wirkung aus. Ein Teil der zur Verfügung stehenden chemischen Energie des Sprengstoffes wird bei der Zerlegung und Beschleunigung der aus Metall bestehenden Nülle verbraucht. Dieser Anteil ist umso größer, je dicker die Hülle ausgeführt ist.
  • Wegen des geringen Verhältnisses von Sprengstoffmasse zu Nullenmasse ergibt sich ein weiterer Nachteil dadurch, dass die durch die Zerlegung der Hülle gewonnenen Splitter nicht auf die maximal mögliche Geschwindigkeit beschleunigt werden. Dadurch wird neben der Blastleistung auch die Splitterleistung reduziert.
  • Die Entwicklung geht somit dahin, Einflussgrößen an Gefechtsköpfen zu optimieren, die bisher eher außer Betracht geblieben sind. Dazu gehören auch die die Formgebung des Gefechtskopfes und die Materialwahl bei den Bestandteilen des Gefechtskopfes.
  • Aus der US 6,012,393 A ist ein penetrierender Gefechtskopf bekannt, dessen Spitze zum Zweck des optimierten Eindringens in ein Ziel asymmetrisch geformt ist. Diese Art der Optimierung beschränkt sich somit auf den Eindringvorgang in das Ziel. Eine Verbesserung der Splitterleistung des in das Ziel eingedrungenen Gefechtskopfes wird nicht diskutiert. Da die vorgeschlagene Formänderung sich ausschließlich auf die Spitze des Gefechtskopfes bezieht, bleibt der Rest des Gefechtskopfes in der bisherigen Form erhalten. Dieser Teil des Gefechtskopfes ist symmetrisch ausgeführt, Alternativen werden nicht vorgeschlagen, auch nicht hinsichtlich der Materialauswahl beim Gefechtskopfmantel.
  • Die DE 197 34961 A1 beschreibt einen Gefechtskopf, dessen splitterbildende Hülle aus einem zähen Werkstoff wie beispielsweise Titan oder einer entsprechenden Legierung bestehen kann. Dieser Gefechtskopf ist aber aufgrund seiner strukturierten Hülle nicht zur Penetration geeignet und er ist auch nicht in besonderer Weise für das Bekämpfen von Seezielen ausgelegt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen bekannten Gefechtskopf unter der Randbedingung einer gleichbleibenden Gesamtmasse und unter Wahrung der Fähigkeit, in Ziele einzudringen, mit einer deutlich höheren Blast- und Splitterleistung auszustatten. Insbesondere soll die Anpassung der Splitterdichte und die Erhöhung der Durchschlagsleistung im Hinblick auf ein ausgewähltes Spektrum von Zielen möglich sein.
  • Die Aufgabe wird in einfacher Weise. durch die in den Ansprüchen 1 und 5 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den nachgeordneten Ansprüchen beschrieben.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich bei Verwendung eines hochfesten Materials aus der Gruppe IV B des Periodensystems der E lemente oder eines dementsprechenden Materialanteils in einer Legierung für die Hülle des Gefechtskopfes die Menge der erzeugten nutzbaren Splitter etwa verdoppelt. Kerbgitter in der Außenhülle sind nicht notwendig, damit aufgrund des Kontrollmechanismus für die Splitterbildung, wird jegliche Schwächung vor der Zielpenetration vermieden.
  • Weitere nennenswerte Vorteile ergeben sich besonders aus der Verwendung von Titan oder einer Titan-Legierung in der Hülle. Im Gegensatz zu Stahl ist Titan relativ stark pyrophor, damit trägt es durch energetische Zusatzeffekte zu einer Wirkungssteigerung des Gefechtskopfes bei, indem es die Wirkung des Gefechtskopfes durch Blast- und Brandwirkung verstärkt. Bei kontrollierter Zerlegung der Hülle entstehen aus ca. 80% des Hüllenmaterials kontrollierte Splitter einer definierten Größe, aus den restlichen 20% natürliche Splitter mit geringen Massen und relativ großen Oberflächen. Aufgrund der hohen Reaktionstemperatur der Detonationsfront reagieren die Splitter mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff. Die kleinen natürlichen Splitter werden in den heißen expandierenden Schwaden energetisch umgesetzt und leisten damit einen Blastbeitrag, analog zu der Wirkung von Aluminiumpulver, welches in hinsichtlich der Blastleistung optimierten Sprengladungen üblicherweise enthalten ist. Die in Brand gesetzten Splitter können brennbare Materialien im Ziel beim Aufschlag entzünden und somit brandverstärkend wirken. Brandverstärkung ist gerade bei der Bekämpfung von Schiffszielen ein wesentlicher Wirkungsfaktor, weil Brände bei einem Flugkörpertreffer fatale Ausmaße annehmen können.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Titan oder einer seiner Legierungen ist die hohe Korrosionsbeständigkeit im Zusammenhang mit der heute erwünschten Nutzungsdauer von 20 bis 30 Jahren. Weiterhin ist die hohe Zähigkeit und Duktilität dieses Materials besonders dann von Vorteil, wenn Beständigkeit gegen den Beschuss mit Projektilen und Splittern gefordert wird.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Anti-Schiffs-Gefechtskopfes ist die querschnittlich ovale Formgebung. Gekoppelt mit einer exzentrischen Mehrfachinitiierung entlang der Hauptachse des Gefechtskopfes erhält man eine Vorzugsrichtung sowohl für den Blasteffekt wie auch für die Flugrichtung der erzeugten Splitter. Die überwiegende Abgabe von Splittern nach unten ist nicht nur bei der Detonation des Gefechtskopfes im Schiffsinneren, sondern auch bei der Bekämpfung des Zieles im Überflug von großem Vorteil. Mes sungen haben ergeben, dass eine Leistungssteigerung der Blast- und Splitterwirkung von bis zu 30% möglich ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch einen Gefechtskopf,
  • 2 einen Querschnitt durch den Gefechtskopf nach 1.
  • Die 1 zeigt einen Schnitt in Richtung der Längsachse 6 eines Gefechtskopfes. Der Gefechtskopf ist als Penetrator ausgeführt, der mit Hilfe eines Flugkörpers in Zielnähe verbracht wird. Aufgrund seiner Form und der Festigkeit seines Aufbaus ist der Penetrator in der Lage, in das Ziel einzudringen. Die sensorgesteuerte Zündeinrichtung ermittelt dann den optimalen Zeitpunkt für die Auslösung der Zündung. Es ist ebenso gut möglicht, den Flugkörper in geringer Höhe über ein Ziel hinwegfliegen zu lassen und dabei die Zielbekämpfung von oben her auszuführen.
  • Aufgrund des in der Regel stattfindenden Penetrationsvorganges ist es notwendig, den Gefechtskopf aus hochfestem Metall herzustellen. Der Gefechtskopf besteht aus einer äußeren Hülle 1, die aus Festigkeitsgründen keine Strukturierung oder Kerbung in ihrer inneren oder äußeren Oberfläche aufweist. Da diese Hülle 1 aber zur Splitterbildung benötigt wird, ist innerhalb der Hülle 1 eine splitterformende Innenhülle 3 angeordnet. Diese weist in bekannter Art eine Kerbstruktur auf, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist. Die Form und Größe der erzeugbaren Splitter werden durch die Dimensionierung dieser Kerbstruktur festgelegt.
  • Mit Hilfe des hier vorgestellten Gefechtskopfkonzepts wird ein penetrierender Gefechtskopf erzeugt, der unter Wahrung der Zieleindringfähigkeit und unter Einhaltung einer vorgegebenen Gesamtmasse eine signifikant höhere Blast- und Splitterleistung aufweist als konventionelle Gefechtsköpfe. Dies wird da durch erreicht dass der herkömmliche Werkstoff Stahl, aus dem die Hülle 1 gefertigt wurde, ersetzt wird durch den Werkstoff Titan oder durch eine titanhaltige Legierung. Bewährt hat sich in diesem Zusammenhang eine besondere Legierung mit der Bezeichnung Ti-6Al-4V. Diese zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit von bis zu 1200 N/mm2 aus, hat aber nur etwa 57% der Dichte von Stahl. Außerdem weist sie eine größere Duktilität und eine höhere Zähigkeit auf als der bisher üblicherweise verwendete Stahl. Als wirtschaftliche Herstelltechnologien für derartige Gefechtskopfhüllen kommen einerseits die Feingusstechnik und andererseits das Schmieden von Halbschalen mit anschließender Verschweißung in Frage.
  • Die Wandstärke der äußeren Hülle 1 wird entsprechend den Anforderungen an die Strukturfestigkeit dimensioniert und liegt in der Größenordnung einer Hülle aus Stahl. Die Ersparnis an der Hüllenmasse aufgrund der geringeren Materialdichte von Titan oder Titanlegierungen kann bei konstanter Gefechtskopfmasse zur Erhöhung der Sprengstoffmasse verwendet werden. Damit wird der Blasteffekt erheblich gesteigert. Darüber hinaus wird auch anteilig weniger Energie für die Beschleunigung der Splitter verbraucht, was wiederum zur Steigerung des Blasteffekts beiträgt.
  • Ziel jeder Auslegung von Gefechtsköpfen ist die Optimierung der Umsetzung der im Rahmen der Gefechtskopfmasse verfügbaren chemischen Energie. Dies bedeutet, dass ein möglichst günstiger Wert des Verhältnisses von Sprengladungsmasse C zu Gesamtmasse C + M (Hüllenmasse = M) erzielt werden soll. Mittels des erfindungsgemäßen Konzepts lassen recht gute Annäherungen an die erzielbaren Maximalwerte von Energie und Impuls erzielen.
  • Eine weitere Maßnahme, die Splitterleistung zu erhöhen, ist die Auslegung der splittererzeugenden Innenhülle 3. Hierfür wird eine Innenhülle 3 benutzt, die mit einem Kerbgitter versehen ist. Aus der Auswahl derjenigen Materialien, die für die Innenhülle 3 geeignet sind, bietet sich Stahl als besonders gut geeignet an. Die Hülle weist dann etwa die halbe Dicke wie die darüber liegende Außenhülle 1 auf, so dass die Masse fast aller aus der Innenhülle 3 gebildeten Splitter etwa gleich groß ist wie die Masse der aus der außenliegenden Hülle 1 gebildeten Splitter. Somit wird die Anzahl der Splitter mit etwa gleicher Masse auf einfache Weise verdoppelt und damit die Splitterleistung erhöht. Mittels der Wahl der aus Stahl bestehenden gekerbten Innenhülle 3 wird das oben beschriebene Verhältnis C/(C + M) erniedrigt und man nähert sich auf diese Weise den Maxima von kinetischer Energie und Impuls. Letztlich wird dadurch die verfügbare chemische Energie in optimaler Weise für die Splitterleistung ausgenutzt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gefechtskopfes ist neben der Hülle aus Titan oder einer Titanlegierung die querschnittlich ovale oder elliptische Formgebung der Hülle 1 wie sie in der 2 dargestellt ist. Die kleine Achse 2 der Ellipse liegt dabei in der vertikalen Symmetrieebene des Flugkörpers. Eine Modifikation dieser querschnittlichen Form kann darin bestehen, dass wenigstens eine, vorzugsweise die obere Seite der Ellipse in demjenigen Bereich, der etwa parallel zur größeren Achse 4 der Ellipse verläuft, abgeflacht ist.
  • Die Initiierung erfolgt gemäß 1 an mehreren Stellen, vorzugsweise gemäß 2 in oberen Bereich der kleinen Achse 2 der im Querschnitt gezeigten elliptischen Hüllen 1 und 3. Auf diese Weise erhält man eine mittels eines Pfeils und begrenzenden gestrichelten Randlinien angedeutete Vorzugsrichtung sowohl für den Blasteffekt wie auch für die Splitterleistung nach unten. Dies ist nicht nur bei der Auslösung im Inneren eines Ziels von Vorteil, sondern auch bei der Bekämpfung von Zielen im Überflug. Die Leistungssteigerung in der Vorzugsrichtung beträgt bis zu 30%.

Claims (6)

  1. Splittererzeugender Gefechtskopf zur Bekämpfung technischer Ziele mit einer von einer nicht strukturierten splitterbildenden Hülle (1) umgebenen Sprengladung (S) und einer zwischen der splitterbildenden Hülle (1) und der Sprengladung (S) angeordneten, mit einer Kerbstruktur versehenen Innenhülle (3), wobei die splitterbildende Hülle (1) einen elliptischen Querschnitt aufweist und die kleine Achse (2) der Ellipse während des Zielanfluges etwa in der Vertikalebene des Gefechtskopfes liegt und wobei wenigstens eine Einrichtung (5) zur Initiierung der Sprengladung (S) im Bereich der oberen Hälfte der durch die kleine Achse (2) und durch die Längsachse (6) des Gefechtskopfes aufgespannten Ebene innerhalb des Gefechtskopfes angeordnet ist.
  2. Splittererzeugender Gefechtskopf zur Bekämpfung technischer Ziele nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elliptische Querschnitt wenigstens in einem Bereich des Umfanges, der etwa parallel zur großen Achse (4) der Ellipse verläuft, abgeflacht ist.
  3. Splittererzeugender Gefechtskopf zur Bekämpfung technischer Ziele nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der splitterformende Anteil der Innenhülle (3) etwa die gleiche Masse aufweist wie der damit korrespondierende Teil der splitterbildenden Hülle (1).
  4. Splittererzeugender Gefechtskopf zur Bekämpfung technischer Ziele nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülle (3) eine dem zu bekämpfenden Ziel angepasste Kerbgitterstruktur hinsichtlich der Splittergröße und/oder der Splitterform aufweist.
  5. Splittererzeugender Gefechtskopf zur Bekämpfung technischer Ziele nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die splitterbildende Hülle (1) aus einem Werkstoff der Gruppe IV B des Periodensys tems der Elemente oder einer Legierung, die einen solchen Werkstoff enthält, gefertigt ist.
  6. Splittererzeugender Gefechtskopf zur Bekämpfung technischer Ziele nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die splitterbildende Hülle (1) aus einem Titanwerkstoff oder einer Titanlegierung gefertigt ist.
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