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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden
nachfolgend näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen Gefechtskopf,
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2 einen
Querschnitt durch den Gefechtskopf nach 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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%.