DE102018005258B4 - Tandem charge for a missile and anti-shock cap for a main charge of a tandem charge - Google Patents
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Abstract
Tandem-Ladung (1) für einen Flugkörper, mit:einer Vorladung (2), insbesondere Vorhohlladung;einer Hauptladung (3), welche eine Hülle (4) mit einer zu der Vorladung (2) ausgerichteten Spitze (5) aufweist; undeiner auf die Spitze (5) aufgesetzten Kappe (6), welche zur Abweisung von bei Detonation der Vorladung (2) entstehenden Schockwellen ausgebildet ist, wobei die Kappe (6) ein zu der Hülle (4) unterschiedliches Material aufweist und derart ausgelegt ist, dass sie bei Abweisung einer bei Detonation der Vorladung (2) entstehenden Schockwelle zerbricht, sodass die Spitze (5) der Hülle (4) freigelegt wird.Tandem charge (1) for a missile, with: a summons (2), in particular pre-shaped charge; a main charge (3), which has a shell (4) with a tip (5) aligned with the summons (2); anda cap (6) placed on the tip (5), which is designed to deflect shock waves occurring when the subpoena (2) detonates, the cap (6) having a different material to the casing (4) and being designed in such a way, that it shatters when deflecting a shock wave generated by the detonation of the subpoena (2), so that the tip (5) of the casing (4) is exposed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tandem-Ladung für einen Flugkörper und eine schockabweisende Kappe für eine Hauptladung einer solchen Tandem-Ladung.The present invention relates to a tandem charge for a missile and a shock-resistant cap for a main charge of such a tandem charge.
Sogenannte Tandem-Ladungen enthalten eine Vorladung und eine Hauptladung, was der Bekämpfung von harten Zielstrukturen, wie Bunker oder dergleichen dient. Die Vorladung, welche meist als Vorhohlladung vorgesehen ist, erzeugt zunächst einen tiefen Krater im Zielmaterial, in welchen die Hauptladung vordringt. Durch diese „Vorbohrung“ mittels der Vorhohlladung wird einerseits die Wirkleistung der Hauptladung deutlich erhöht und andererseits das Risiko einer Abgleitung vom Ziel bei schiefen Auftreffwinkeln („Ricochet“-Effekt) reduziert. Entsprechend groß wird dafür eine derartige Vorhohlladung ausgelegt.So-called tandem charges contain a subpoena and a main charge, which is used to combat hard target structures such as bunkers or the like. The preliminary charge, which is usually provided as a preliminary hollow charge, first creates a deep crater in the target material, into which the main charge penetrates. This “pre-drilling” using the pre-shaped charge significantly increases the effective power of the main charge on the one hand and reduces the risk of the target slipping off the target at oblique impact angles (“ricochet” effect) on the other. Such a pre-shaped charge is designed to be correspondingly large.
Die
Weitere Tandem-Ladungen sind in der
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Tandem-Ladung bereitzustellen, um die Belastung auf innerhalb der Hülle angeordnete Bauelemente zu verringern, ohne die Wirkung der Hauptladung zu beeinträchtigen.With this in mind, it is an object of the present invention to provide improved tandem charging to reduce stress on components located within the envelope without impairing the effectiveness of the main charge.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Tandem-Ladung für einen Flugkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch eine schockabweisende Kappe für eine Hauptladung einer Tandem-Ladung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.According to the invention, this object is achieved by a tandem charge for a missile having the features of
Demgemäß ist eine Tandem-Ladung für einen Flugkörper vorgesehen. Die Tandem-Ladung umfasst eine Vorladung, insbesondere Vorhohlladung, sowie eine Hauptladung, welche eine Hülle mit einer zu der Vorladung ausgerichteten Spitze aufweist. Darüber hinaus ist eine auf die Spitze aufgesetzte Kappe vorgesehen, welche zur Abweisung von bei Detonation der Vorladung entstehenden Schockwellen ausgebildet ist.Accordingly, a tandem charge for a missile is provided. The tandem charge includes a subcharge, in particular a preshaped charge, and a main charge, which has a shell with a tip aligned with the subcharge. In addition, a cap placed on the tip is provided, which is designed to deflect shock waves produced when the subpoena detonates.
Darüber hinaus ist eine schockabweisende Kappe für eine Hauptladung einer Tandem-Ladung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Tandem-Ladung, vorgesehen. Die Kappe enthält eine erste Seite, welche eine Vertiefung aufweist, die zur Aufnahme einer Spitze einer Hülle einer Hauptladung ausgebildet ist, und eine zweite Seite, welche ein spitz zulaufendes Ende zur Abweisung von Schockwellen aufweist.In addition, a shock-resistant cap is provided for a main charge of a tandem charge, in particular a tandem charge according to the invention. The cap includes a first side having a recess adapted to receive a tip of a main charge envelope and a second side having a pointed end for deflecting shock waves.
Erfindungsgemäß weist die Kappe ein zu der Hülle unterschiedliches Material auf. Unterschiedliche Materialien weisen in der Regel eine unterschiedliche Schockwellenimpedanz auf. Dies gilt insbesondere für Materialien mit unterschiedlicher Dichte, da die Schockwellenimpedanz unter anderem wesentlich von der Dichte eines Materials abhängt. An Materialübergängen, Nahtstellen oder dergleichen, an welchen sich im Falle unterschiedlicher Materialien ein Dichtesprung ergibt, ergeben sich somit auch Impedanzsprünge. Derartige Impedanzsprünge führen zu teilweiser Transmission und teilweiser Reflexion der Schockwelle. Eine entsprechend geschickte Materialauswahl der Kappe mit einem möglichst großen Impedanzunterschied der Kappe im Vergleich zu der Hülle, insbesondere mit einer höheren Dichte und Schockwellenimpedanz als die Spitze, kann daher die Schockwellenübertragung in die Hülle zusätzlich reduzieren.According to the invention, the cap has a different material to the shell. Different materials usually have different shock wave impedances. This is especially true for materials with different densities, since the shock wave impedance depends significantly on the density of a material, among other things. At material transitions, seams or the like, at which there is a density jump in the case of different materials, there are also impedance jumps. Such jumps in impedance lead to partial transmission and partial reflection of the shock wave. A suitably skilful choice of material for the cap with the greatest possible impedance difference of the cap compared to the shell, in particular with a higher density and shock wave impedance than the tip, can therefore additionally reduce the shock wave transmission into the shell.
Erfindungsgemäß ist die Kappe ferner derart ausgelegt, dass sie bei Abweisung einer bei Detonation der Vorladung entstehenden Schockwelle zerbricht, sodass die Spitze der Hülle freigelegt wird. Dies kann beispielsweise durch Verwendung eines spröden Materials und/oder eine oder mehrere Sollbruchstellen des Materials realisiert werden. Somit wird nach Abweisung der Schockwelle die Spitze der Hülle freigegeben. Insbesondere im Falle einer Penetratorhülle ist dies besonders vorteilhaft, da die mittels der Vorladung an sich stark erhöhte Penetrationsleistung somit nicht durch die Kappe beeinträchtigt wird.According to the invention, the cap is also designed in such a way that it ruptures upon deflection of a shock wave resulting from the detonation of the subpoena, so that the tip of the casing is exposed. This can be realized, for example, by using a brittle material and/or one or more predetermined breaking points of the material. Thus, after deflecting the shock wave, the tip of the sheath is released. In the case of a penetrator shell in particular, this is particularly advantageous, since the penetration performance, which per se is greatly increased by means of the subpoena, is therefore not impaired by the cap.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, die Spitze einer Hülle einer Hauptladung mit einer zusätzlichen schockabweisenden Kappe zu versehen. Auf diese Weise können die Eigenschaften der Spitze frei modifiziert werden, ohne dass dabei Rücksicht auf für die Ausgestaltung der Spitze geltende Randbedingungen genommen werden braucht. Insbesondere ist somit eine Formgebung bzw. Geometrie und eine Materialauswahl der Kappe für die Schockabweisung optimiert wählbar. Auf diese Weise wird eine Einkopplung der Schockwelle in die Hülle wirksam vermindert. Somit wird eine Belastung auf innerhalb der Hülle angeordnete Bauelemente der Hauptladung, insbesondere eine meist an einer Rückseite angeordneten Sicherungseinrichtung und/oder ein Zündsystem sowie mechanische Komponenten wie Gewinde und dergleichen, stark reduziert.The idea on which the present invention is based is to provide the tip of a casing of a main charge with an additional shock-resistant cap. In this way, the properties of the tip can be freely modified without having to take account of the boundary conditions that apply to the design of the tip. In particular, a shape or geometry and a choice of material for the cap can be selected in an optimized manner for shock deflection. In this way, coupling of the shock wave into the envelope is effectively reduced. Thus, a load on components of the main charge that are arranged inside the casing, in particular a safety device and/or an ignition system that is usually arranged on a rear side, as well as mechanical components such as threads and the like, greatly reduced.
Die Hauptladung kann dabei unterschiedlichste Ausgestaltungen aufweisen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung sowohl für Haupthohladungen mit Schutzhaube bzw. -hülle als auch für Penetrator-Hauptladungen mit einer Penetratorhülle anwendbar. Die Kappe ist dabei speziell zur Aufnahme der jeweiligen Spitze einer Hülle ausgebildet, insbesondere mit einer Vertiefung, welche der Negativform der Spitze entspricht.The main charge can have a wide variety of configurations. In particular, the present invention can be used both for main hollow charges with a protective hood or sleeve and for penetrator main charges with a penetrator sleeve. In this case, the cap is specially designed to accommodate the respective tip of a sleeve, in particular with a recess which corresponds to the negative shape of the tip.
Die erfindungsgemäße Lösung einer auf die Spitze der Hülle der Hauptladung aufgebrachten Kappe benötigt vorteilhaft nur einen geringen Raum und erfordert keinerlei Änderung der Hauptladung an sich. Vorteilhaft wird die Hauptladung somit auf der Leistungsseite und hinsichtlich der Funktionalität keinerlei Einschränkungen unterworfen.The solution according to the invention of a cap applied to the tip of the shell of the main charge advantageously requires only a small space and does not require any modification of the main charge itself. The main charge is thus advantageously not subject to any restrictions on the performance side and in terms of functionality.
Zudem ist erfindungsgemäß auch eine Nachrüstbarkeit der erfindungsgemäßen Kappe an bestehenden Tandem-Ladungen ermöglicht. Diese braucht bei einem bestehenden System lediglich auf die Spitze der Hülle der Hauptladung aufgesetzt werden, was durch den geringen Bauraum und ohne Notwendigkeit von sonstigen Änderungen auf einfache Weise ermöglicht ist. Selbstverständlich kann dabei eine geeignete Befestigung der Kappe bedarfsgerecht vorgesehen werden.In addition, according to the invention, it is also possible to retrofit the cap according to the invention to existing tandem charges. In an existing system, this only needs to be placed on the tip of the casing of the main charge, which is made possible in a simple manner by the small installation space and without the need for other changes. Of course, a suitable attachment of the cap can be provided as required.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren. Advantageous refinements and developments result from the further dependent claims and from the description with reference to the figures.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Hauptladung als Penetratorladung ausgebildet und die Hülle als Penetratorhülle mit einer entsprechend als Penetratorspitze geformten Spitze vorgesehen. Da eine Penetrationsleistung eines Penetrators wesentlich von der Form der Penetratorspitze abhängt, kann diese in der Regel keinen geometrischen Änderungen zur Schockabweisung unterworfen werden. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann dem entgegengewirkt werden, indem die Penetratorspitze unverändert bleibt und dennoch durch die Kappe eine optimierte Schockabweisung bei Detonation der Vorladung ermöglicht ist. Somit wird erreicht, dass die Schockwelle nur in stark reduziertem Maße in die Hülle gelangen kann.According to a development, the main charge is designed as a penetrator charge and the shell is provided as a penetrator shell with a tip shaped accordingly as a penetrator tip. Since the penetration performance of a penetrator essentially depends on the shape of the penetrator tip, this can generally not be subjected to any geometric changes to deflect shocks. This can be counteracted with the solution according to the invention in that the penetrator tip remains unchanged and the cap nevertheless enables optimized shock deflection when the subpoena detonates. This ensures that the shock wave can only reach the envelope to a greatly reduced extent.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Spitze bi-konisch ausgebildet, wobei die Kappe zumindest einen vorderen Konus der Spitze abdeckt. Insbesondere ist die Kappe zweiteilig mit einer inneren und einer äußeren Kappe ausgebildet, wobei der vordere Konus mit der inneren Kappe und der hintere Konus samt der inneren Kappe mit der äußeren Kappe abgedeckt ist. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine speziell für bi-konische Penetratorspitzen ausgelegte und dennoch einfach herzustellende und aufzubringende Kappe bereitgestellt. Bei Bedarf können auch unterschiedliche Werkstoffe für die innere und die äußere Kappe vorgesehen werden, insbesondere ein Kunststoff für die innere Kappe und Kupfer oder ein Schwermetall, beispielsweise Wolfram Schwermetall, für die äußere Kappe, um zusätzliche Reflektion der Schockwelle an dem Materialübergang zu erreichen.According to one embodiment, the tip is bi-conical, with the cap covering at least one front cone of the tip. In particular, the cap is designed in two parts with an inner and an outer cap, the front cone being covered with the inner cap and the rear cone together with the inner cap being covered with the outer cap. In this way, a cap that is specially designed for biconical penetrator tips and is nevertheless easy to manufacture and apply is advantageously provided. If required, different materials can also be provided for the inner and outer caps, in particular a plastic for the inner cap and copper or a heavy metal, for example tungsten heavy metal, for the outer cap in order to achieve additional reflection of the shock wave at the material transition.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Kappe ein spitzes Ende mit einer im Vergleich zu einem Winkel der Spitze in einem spitzeren Winkel zulaufenden Form auf. Auf diese Weise wird aus einer einfallenden Schockwelle ein deutlich kleinerer Teil, insbesondere entsprechend dem Produkt der einfallen Schockwelle mit dem Sinus des Auftreffwinkels, in die Hülle transmittiert als bei einem stumpferen Winkel, dessen Sinus deutlich größer wäre. Der nicht in die Hülle transmittierte Rest der Schockwelle gleitet sodann entlang der Kappe bzw. der Hülle ohne Transmission ab.According to one embodiment, the cap has a pointed end with a shape that tapers at a more acute angle compared to an angle of the tip. In this way, a significantly smaller part of an incident shock wave, in particular corresponding to the product of the incident shock wave with the sine of the impact angle, is transmitted into the envelope than with a more obtuse angle, the sine of which would be significantly larger. The rest of the shock wave that is not transmitted into the shell then slides along the cap or the shell without transmission.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die Kappe ein Schwermetall. Insbesondere kann es sich um ein Wolframschwermetall handeln. Auf diese Weise wird eine hohe Dichte und somit eine im Vergleich zur in der Regel metallischen Hülle hohe Schockwellenimpedanz bereitgestellt, welche vorteilhaft einen Impedanzsprung am Materialübergang schafft und so zur Reduktion der Übertragung einer Schockwelle in die Hülle beiträgt.According to an advantageous embodiment, the cap contains a heavy metal. In particular, it can be a tungsten heavy metal. In this way, a high density and thus a shock wave impedance that is high in comparison to the generally metallic shell is provided, which advantageously creates an impedance jump at the material transition and thus contributes to reducing the transmission of a shock wave into the shell.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Kappe einen Mehrschichtaufbau aus Materialien unterschiedlicher Schockwellenimpedanz auf. Auf diese Weise kann der Effekt der lediglich teilweisen Transmission und teilweisen Reflexion an Materialübergängen bereits innerhalb der Kappe mehrfach genutzt werden, sodass eine zusätzliche Reduktion der Übertragung einer Schockwelle in die Hülle ermöglicht ist.According to a development, the cap has a multi-layer structure made from materials with different shock wave impedances. In this way, the effect of only partial transmission and partial reflection at material transitions can already be used multiple times within the cap, so that an additional reduction in the transmission of a shock wave into the shell is made possible.
Gemäß einer Weiterbildung enthält der Mehrschichtaufbau zumindest eine Kunststoffschicht und zumindest eine Metallschicht, insbesondere Kupfer- oder Schwermetallschicht. Aufgrund der stark unterschiedlichen Dichten liegt ein hoher Impedanzunterschied zwischen der Kunststoffschicht und der Metallschicht vor. Kupfer hat bereits eine im Vergleich zu Kunststoff relativ hohe Impedanz (Dichte von 8,9 g/cm3). Im Falle eines Schwermetalls kann jedoch dieser Unterschied noch deutlich gesteigert werden, zum Beispiel durch den Einsatz von Wolfram Schwermetall (Dichte von bis zu ca. 18 g/cm3). Somit wird der Impedanzunterschied und dadurch der Reflektionsgrad erhöht.According to a development, the multi-layer structure contains at least one plastic layer and at least one metal layer, in particular a copper or heavy metal layer. Because of the large difference in density, there is a high impedance difference between the plastic layer and the metal layer. Compared to plastic, copper already has a relatively high impedance (density of 8.9 g/cm 3 ). In the case of a heavy metal, however, this difference can be significantly increased, for example by using tungsten heavy metal (density of up to approx. 18 g/cm 3 ). This increases the impedance difference and thus the degree of reflection.
Gemäß einer Weiterbildung enthält die Kappe ein Sintermaterial, insbesondere gesintertes Schwermetall. Dies kann sowohl bei einer massiven Kappe als auch bei einem Mehrschichtaufbau der Kappe vorgesehen werden. Bevorzugt handelt es sich dabei um Wolframschwermetall, welches derart spröde ausgelegt ist, dass es bei einer bei Abweisung der Schockwelle auftretenden Belastung zerlegt wird. Diesbezüglich lassen sich die Materialeigenschaften im Sinterprozess einstellen. Beispielsweise kann bei Wolframschwermetall durch Einstellung der Sintermatrix-Anteile und Sinterdauern das Material gezielt spröde ausgestaltet werden. Dazu können beispielsweise die Anteile des Materials von Wolfram bei mehr als 90 %, insbesondere in einem Bereich von 90 % bis 98 %, liegen und lediglich der Rest als Matrix, beispielsweise enthaltend Nickel und/oder Eisen, vorgesehen sein. Beispielsweise können geeignete Sinterdauern in einem Bereich von 4 bis 8 Stunden liegen. Selbstverständlich sind dabei je nach eingesetzter weiterer Bedingungen, wie unter anderem Druck und Temperatur, Abweichungen möglich.According to a development, the cap contains a sintered material, in particular sintered heavy metal. This can be provided both in the case of a solid cap and in the case of a multi-layer structure of the cap. This is preferably tungsten heavy metal, which is designed to be so brittle that it is broken up when a load occurs when the shock wave is deflected. In this regard, the material properties can be adjusted in the sintering process. For example, in the case of tungsten heavy metal, the material can be made brittle in a targeted manner by adjusting the sintering matrix proportions and sintering durations. For this purpose, for example, the proportions of the tungsten material can be more than 90%, in particular in a range from 90% to 98%, and only the remainder can be provided as a matrix, for example containing nickel and/or iron. For example, suitable sintering times may range from 4 to 8 hours. Depending on the other conditions used, such as pressure and temperature, deviations are of course possible.
Gemäß einer Ausführungsform der schockabweisenden Kappe ist die Vertiefung entsprechend einer Form der Spitze konisch zulaufend ausgebildet, wobei das spitz zulaufende Ende der zweiten Seite mit einem im Vergleich zu der Vertiefung spitzeren Winkel zuläuft. Somit wird mittels der Kappe eine im Vergleich zu der Spitze der Hülle spitzer zulaufende Geometrie bereitgestellt, sodass bereits rein durch die geometrische Ausgestaltung der Kappe ein in die Hülle transmittierter Anteil der Schockwelle verringert wird.According to an embodiment of the shock-resistant cap, the indentation is tapered according to a shape of the tip, wherein the pointed end of the second side tapers at an acute angle compared to the indentation. Thus, by means of the cap, a geometry that tapers more acutely in comparison to the tip of the sleeve is provided, so that a portion of the shock wave transmitted into the sleeve is already reduced purely by the geometric configuration of the cap.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die Kappe ein Schwermetall. Insbesondere kann es sich um ein Wolframschwermetall handeln. Somit ist vorteilhaft eine hohe Schockwellenimpedanz der Kappe bereitgestellt, welche sich von dem Material der Spitze unterscheidet. Alternativ oder zusätzlich weist die Kappe einen Mehrschichtaufbau aus Materialien unterschiedlicher Schockwellenimpedanz auf. Als Material niedriger Schockwellenimpedanz kommen beispielsweise Kunststoffe und als Material hoher Schockwellenimpedanz beispielsweise Kupfer oder Schwermetalle, insbesondere Wolframschwermetall, in Frage. Auf diese Weise wird innerhalb der Kappe eine Vielzahl von Impedanzsprüngen bereitgestellt, wobei sich der reflektierte Anteil der Schockwelle erhöht und sich der in die Hüllte transmittierte Anteil vorteilhaft weiter verringert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Kappe derart ausgelegt ist, dass sie bei Abweisung einer bei Detonation einer Vorladung entstehenden Schockwelle zerbricht. Vorteilhaft kann somit die Spitze einer Hülle, insbesondere im Falle einer Penetratorhülle, nach der Abweisung freigegeben werden. Somit bleibt vorteilhaft eine optimale Penetratorleistung gewährleistet.According to one embodiment, the cap contains a heavy metal. In particular, it can be a tungsten heavy metal. A high shock wave impedance of the cap, which differs from the material of the tip, is thus advantageously provided. Alternatively or additionally, the cap has a multi-layer structure made from materials with different shock wave impedances. Plastics, for example, can be considered as the material with low shock wave impedance, and copper or heavy metals, in particular heavy tungsten metal, can be considered as material with high shock wave impedance. In this way, a large number of impedance jumps are provided within the cap, with the reflected portion of the shock wave increasing and the portion transmitted into the cover advantageously further reducing.
According to an advantageous embodiment, the cap is designed in such a way that it breaks when a shock wave that occurs when a summons is detonated is rejected. Advantageously, the tip of a sleeve, particularly in the case of a penetrator sleeve, can thus be released after rejection. Optimum penetrator performance is thus advantageously ensured.
Gemäß einer Weiterbildung enthält die Kappe ein Sintermaterial welches derart spröde ausgelegt ist, dass es bei einer bei Abweisung der Schockwelle auftretenden Belastung zerlegt wird. Vorteilhaft können bei Sinterwerkstoffen die Materialeigenschaften im Sinterprozess eingestellt werden. Insbesondere kann es sich um ein gesintertes Schwermetall, bevorzugt Wolframschwermetall, handeln. Vorteilhaft kann damit durch Einstellung der Sintermatrix-Anteile und Sinterdauern das Material gezielt spröde ausgestaltet werden. Ferner ist somit eine hohe Dichte und somit eine hohe Schockwellenimpedanz bereitgestellt.According to a further development, the cap contains a sintered material which is designed to be so brittle that it is broken up when a load occurs when the shock wave is deflected. In the case of sintered materials, the material properties can advantageously be adjusted in the sintering process. In particular, it can be a sintered heavy metal, preferably tungsten heavy metal. The material can thus advantageously be made brittle in a targeted manner by adjusting the sintering matrix proportions and sintering durations. Furthermore, a high density and thus a high shock wave impedance is thus provided.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche die Kappe betreffenden Merkmale einer erfindungsgemäßen Tandem-Ladung auf eine schockabweisende Kappe übertragbar, und umgekehrt. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above configurations and developments can be combined with one another as desired, insofar as this makes sense. In particular, all the features of a tandem charge according to the invention that relate to the cap can be transferred to a shock-resistant cap, and vice versa. Further possible configurations, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Tandemladung; -
2 eine schematische Einzeldarstellung einer erfindungsgemäßen schockabweisenden Kappe; -
3 eine beispielhafte Penetrator-Tandem-Ladung ohne Kappe; -
4 eine schematische Darstellung der Transmission von Schockwellen in die Hülle bei Detonation der Vorhohlladung. -
5 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Hauptladung gemäß einer Ausführungsform; -
6 eine Detaildarstellung von durch die Kappe erzielten geometrischen Maßnahmen zur Schockabweisung; -
7 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Hauptladung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
8 ein Diagramm des Schockwellendruckverlaufs über der Partikelgeschwindigkeit für unterschiedliche Werkstoffe; -
9 eine Abwandlung der Ausführungsform nach5 ; und -
10 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Hauptladung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
-
1 a schematic representation of a tandem charge according to the invention; -
2 a schematic individual representation of a shock-resistant cap according to the invention; -
3 an example uncapped penetrator tandem charge; -
4 a schematic representation of the transmission of shock waves into the shell upon detonation of the pre-shaped charge. -
5 a schematic representation of a portion of a main charge according to an embodiment; -
6 a detailed representation of achieved by the cap geometric measures for shock absorption; -
7 a schematic representation of a portion of a main charge according to a further embodiment; -
8th a diagram of the shock wave pressure curve over the particle speed for different materials; -
9 a modification of theembodiment 5 ; and -
10 12 is a schematic representation of a portion of a main charge according to yet another embodiment.
Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying figures are intended to provide a further understanding of embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the foregoing advantages will become apparent by reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale with respect to one another.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist -jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing, elements, features and components that are the same in function and have the same effect are provided with the same reference symbols unless otherwise stated.
Es handelt sich um eine Tandem-Ladung 1 für einen Flugkörper. Ein Flugkörper 10 ist hier lediglich abschnittsweise symbolisiert dargestellt und auf vielfältige Weise ausführbar. Beispielsweise kann es sich um einen Lenkflugkörper unterschiedlichsten Typs handeln.It is a
Die Tandem-Ladung 1 weist eine Vorladung 2 und eine Hauptladung 3 auf. Bei der lediglich schematisch dargestellten Vorladung 2 handelt es sich insbesondere um eine Vorhohlladung, wobei aber auch andere Arten einer Vorladung denkbar sind. Bei der lediglich abschnittsweise und schematisch dargestellten Hauptladung 3 kann es sich beispielsweise um eine Haupthohlladung oder um eine Penetrator-Hauptladung handeln, wobei aber auch andere Arten einer Hauptladung denkbar sind.The
Die Hauptladung 3 weist eine Hülle 4 mit einer zu der Vorladung 2 ausgerichteten Spitze 5 auf. Auf die Spitze 5 ist eine Kappe 6 aufgesetzt, welche zur Abweisung von bei Detonation der Vorladung 2 entstehenden Schockwellen ausgebildet ist.The
Es handelt sich um eine schockabweisende Kappe 6 für eine Hauptladung 3 einer Tandem-Ladung 1 gemäß
Die Kappe 6 dient der Verminderung der Transmission von bei einer Detonation der Vorladung 2 entstehenden Schockwellen in die Hülle 4 der Hauptladung 3. Auf diese Weise werden die Schockwellen zu einem deutlich geringeren Anteil in die Hülle 4 transmittiert. Somit wird eine Belastung auf innerhalb der Hülle 4 angeordnete Bauelemente, insbesondere eine Sicherungseinrichtung und/oder ein Zündsystem sowie mechanische Komponenten wie Gewinde oder dergleichen der Hauptladung 3, stark reduziert.The
Zur Schockwellenabweisung können unterschiedliche Ausgestaltungen der Kappe 6 vorgesehen sein, insbesondere unterschiedliche geometrische Ausgestaltungen und unterschiedliche Werkstoff-Konfigurationen, worauf in Bezug auf die
Rein beispielhaft wird anhand dieser Tandem-Penetrator-Ladung 100 der Wirkmechanismus von Schockwellen bei Detonation einer Vorladung 2 erläutert. Die hier dargestellte Penetrator-Tandem-Ladung 100 ist ohne die erfindungsgemäße Kappe 4 ausgebildet. Eine Penetratorspitze 105 ist vergleichsweise stumpf ausgebildet, da dies für eine optimale Penetrationsleistung erforderlich ist. Eine Penetratorhülle 104 erstreckt sich von der Spitze bis zu einem hinteren Verschlussgewinde 106, in welchem ein Verschluss 109 mit einer Sicherungseinrichtung SE und ein Zündsystem ZS installiert sind. Zwischen dem Verschluss 109 und dem Sprengstoff der Penetratorladung 103 ist zudem ein Kompressionselement 101 zur Kompression des Sprengstoffes vorgesehen.Purely by way of example, the mechanism of action of shock waves upon detonation of a
Die Vorhohlladung 102 bei diesem Beispiel ist in konventioneller Weise mit einem Hohlladungskegel 110 und dahinter angeordnetem Sprengstoff und Zündsystem 108 ausgebildet, wie sie dem Fachmann an sich bekannt ist und keiner näheren Erläuterung bedarf.The
Durch die Detonation der Vorhohlladung 102 werden als Nebeneffekt Schockwellen 107 über die Luft in die Penetratorhülle 104 eingekoppelt. Diese Schockwellen 107 laufen in der Penetratorhülle 104 weiter nach hinten, werden dort reflektiert und treffen dabei mehrfach auf das Gewinde 106 und den Verschluss 109 bzw. die Sicherungseinrichtung SE und das Zündsystem ZS.As a side effect, the detonation of the preliminary
Die Nasenform der Hülle 4, welche die Spitze 5 beinhaltet, beeinflusst stark die Schockwellentransmission in das Hüllenmaterial. Je spitzer die Nasenform ausgebildet ist, d. h. je spitzer der Winkel der Spitze 5 zuläuft, desto geringere Schockwellenamplituden gelangen in das Hüllenmaterial. Allerdings beeinflusst die Nasenform auch signifikant das Penetrationsvermögen einer Penetrator-Hauptladung 103, sodass die Form der Spitze 5 zumindest für Penetrator-Hauptladungen kaum veränderbar ist.The nose shape of the
Mit der erfindungsgemäßen Kappe 6 lässt sich der Zielkonflikt der Nasenform der Hauptladung 3 auflösen. Die Kappe 6 ermöglicht in neuartiger Weise Maßnahmen zur Schockwellen-Dämpfung welche sowohl geometrische Maßnahmen als auch Maßnahmen bei der Materialkombination umfassen können.The conflicting objectives of the nose shape of the
Bei der dargestellten Ausführungsform ist daher eine auf die Spitze 5 der Hülle 4 der Hauptladung 3 aufgebrachte Kappe 6 vorgesehen, welche die Schockwellen von der Hülle 4 zu einem großen Teil abweist. Diese erfindungsgemäße Lösung einer Tandem-Ladung bzw. einer schockabweisenden Kappe 6 ist dabei nicht auf Penetrator-Hauptladungen beschränkt, sondern für vielfältige Arten von Hauptladungen 3 anwendbar, beispielsweise auch für Haupthohlladungen mit einer Schutzhülle.In the illustrated embodiment, therefore, a
Die Kappe 6 weist ein spitzes Ende 7 mit einer im Vergleich zu einem Winkel α der Spitze 5 der Hülle 4 in einem spitzeren Winkel β zulaufenden Form auf. Aufgrund der auf die Spitze 5 schräg auftreffenden Schockwellen S0 wird nur ein der Teil der einfallenden Schockwelle in die Hülle 4 transmittiert. Der transmittierte Anteil entspricht dabei dem Sinus des Auftreffwinkels. Während bei der ursprünglichen stumpfen Spitze 5 ein vergleichsweise hoher Anteil Sα = S0*sinα die Hülle 4 transmittiert wird, wird dieser Anteil aufgrund des spitzeren Winkels β (und kleinerem sinβ) mit der Kappe 6 deutlich reduziert auf Sβ = S0*sinβ. Der Rest SR
(SR = S0 - Sβ), welcher den Hauptanteil der ursprünglichen Stoßwelle so ausmacht, gleitet nun an der spitzeren Geometrie ab. Der kleinere/spitzere äußerer Kappenwinkel β ist also förderlich für das Abweisen von Schockwellen.The
(SR = S0 - Sβ), which makes up the main part of the original shock wave, now slides off the more pointed geometry. The smaller/more acute outer cap angle β is therefore beneficial for deflecting shock waves.
An der anderen Seite der Kappe 6 weist diese, wie bereits in Bezug auf
Beispielhaft ist in
Bei dieser Ausführungsform ist die Spitze 5 ebenfalls bi-konisch ausgebildet. Die Kappe 6 ist hier jedoch zweiteilig ausgebildet und weist eine innere Kappe 6 A und einer äußere Kappe 6B auf. Der vordere Konus 9A der Spitze 5 ist hier gleich wie gemäß
Darüber hinaus sind weitere Ausprägungen der Spitze 5 sowie weitere Ausprägungen der Kappe 6, insbesondere angepasst an andersartige Spitzen eines Penetrators oder einer andersartigen Hauptladung 3, denkbar.In addition, further forms of the
Optional oder zusätzlich zu der Form der Kappe 6 kann eine Schockwellenabweisung auch durch eine geschickte Materialauswahl der Kappe 6 erreicht werden. Jedes Material hat eine intrinsische Schockwellen-Impedanz, welche wie folgt abgeleitet wird:
Damit ergibt sich ein Schockwellendruck p zu:
An Materialübergängen bzw.-Nahtstellen unterschiedlicher Materialien ergeben sich Dichtesprünge und somit auch Impedanzsprünge, was zu teilweisen Schockwellen-Transmissionen und -Reflexionen führt. Durch eine Materialauswahl mit hohen Impedanzsprüngen kann die Schockwellenübertragung in die Hülle 4 somit optional oder zusätzlich zu geometrischen Maßnahmen weiter reduziert werden.At material transitions or seams of different materials, there are jumps in density and thus also jumps in impedance, which leads to partial shock wave transmissions and reflections. By selecting a material with high impedance jumps, the shock wave transmission into the
Vorzugsweise weist die Kappe 6 daher ein zu der Hülle 4 unterschiedliches Material auf. Insbesondere kann die Kappe ein Material mit einer höheren Dichte und einer höheren Schockwellenimpedanz aufweisen. Beispielsweise kann die Kappe 6 dazu Kupfer oder ein Schwermetall enthalten.The
Kupfer hat schon eine relative hohe Impedanz (Dichte, Schockwellen-Impedanz I = ρUs) und wurde deshalb hier beispielhaft angeführt. Noch vorteilhafter aber erweist sich aber beispielsweise Wolframschwermetall (WSM). Zum einen haben Wolframschwermetalle gegenüber Kupfer (Dichte von 8.9 g/cm3) weitaus höhere Dichten von bis zu ca. 18 g/cm3. Zum anderen weisen sie einen weiteren Vorteil auf der darin besteht, dass Wolframschwermetall durch Sinterung hergestellt wird. Durch den Sinterprozess lassen sich Materialeigenschaften einstellen, die sich an geforderte Gegebenheiten in hohem Umfange anpassen lassen.Copper already has a relatively high impedance (density, shock wave impedance I = ρUs) and was therefore given here as an example. However, tungsten heavy metal (WSM), for example, proves to be even more advantageous. On the one hand, tungsten heavy metals have much higher densities of up to approx. 18 g/cm 3 than copper (density of 8.9 g/cm 3 ). On the other hand, they have another advantage, which is that tungsten heavy metal is produced by sintering. Material properties can be adjusted through the sintering process, which can be adapted to a large extent to the required conditions.
Vorteilhaft kann die Kappe 6 daher derart ausgelegt werden, dass sie bei Abweisung einer bei Detonation der Vorladung 2 entstehenden Schockwelle zerbricht, sodass die Spitze 5 der Hülle 4 freigelegt wird. Auf diese Weise wird eine Beeinträchtigung der Penetrationsleistung einer Penetrator-Ladung vermieden. Dies lässt sich beispielsweise einstellen, wenn die Kappe 6 ein Sintermaterial, insbesondere gesintertes Schwermetall, bevorzugt Wolframschwermetall, enthält, welches derart spröde ausgelegt ist, dass es bei einer bei Abweisung der Schockwelle auftretenden Belastung zerlegt wird. Bei Wolframschwermetall kann beispielsweise durch Einstellung der Sintermatrix-Anteile, insbesondere von 90 - 98 % Wolfram in einer Matrix enthaltend Nickel, Eisen, etc. und der Sinterdauern, insbesondere von 4-8 Stunden, das Material gezielt spröde ausgestaltet werden. Somit wird einerseits nach Detonation der Vorladung 2 ein Großteil der dadurch verursachten Schockwelle an der spitzen Kappe 6 abgewiesen und reflektiert und anschließend die Kappe 6 in kleine Partikel zerlegt. Insbesondere im Falle einer Penetrator-Hauptladung 103 wird somit die Penetration in ein Ziel nicht beeinflusst.The
Darüber hinaus sind auch zusammengesetzte oder alternierende Materialzusammenstellungen möglich.Composite or alternating combinations of materials are also possible.
Die Hülle 4 wird dabei als Metall M angenommen, wozu eine auf der Impedanz von Metall basierende Metallkurve M eingezeichnet ist. Die Kappe 6 wird als Schwermetall SM angenommen, wozu ebenfalls eine auf der Impedanz basierende Schwermetallkurve SM eingezeichnet ist. Ferner ist eine Materialkurve für Kunststoff K für den Fall etwaiger Materialkombinationen eingezeichnet.The
Eine auf das Material treffende Luftschockwelle weist im Auftreffpunkt stets den gleichen Schockwellendruck und die gleiche Partikelgeschwindigkeit wie das Material auf, sodass mit jeder Materialkurve ein hypothetischer oder tatsächlicher Schnittpunkt mit der reflektierten Luftschockwelle L' existiert.An air shock wave hitting the material always has the same shock wave pressure and the same particle velocity as the material at the point of impact, so that there is a hypothetical or actual intersection with the reflected air shock wave L' with every material curve.
Zunächst ist ein Referenz-Schockwellendruck p-Referenz in die Metallkurve M eingezeichnet, welcher eine direkte Einkopplung der Luftschockwelle in die Hülle 4 bzw. deren Spitze 5 repräsentiert, wie dies beispielsweise bei
Bei Materialkombinationen sind zusätzlich die Übergänge zu beachten, welche jeweils durch eine mit einem Apostroph (') gekennzeichnete Spiegelung derjenigen Materialkurve, in welche die Schockwelle einkoppelt, abgetragen werden und zwar bis zu einem Schnittpunkt mit der Materialkurve der des an einem Übergang folgenden Materials.In the case of material combinations, the transitions must also be taken into account, which are each represented by a reflection of the material curve marked with an apostrophe (') into which the shock wave couples, up to an intersection with the material curve of the material following a transition.
Beispielhaft sind in der Abbildung zwei Materialkombinationen aufgetragen:
- 1) Eine Kappe aus Schwermetall SM auf einer Spitze aus Metall M
- 2) Eine Kappe aus Schwermetall (SM) auf einer Spitze aus Metall (M) mit dazwischen angeordneter Kunststoffschicht (K)
- 1) A heavy metal SM cap on a metal M tip
- 2) A heavy metal (SM) cap on a metal (M) tip with a plastic layer (K) in between
Das Beispiel 1) lässt sich über die Impedanz-Sprünge mit den Schnittpunkten a -> b (SM' -> M) nachverfolgen. Es ergibt sich daraus an Punkt b ein niederer in das Metall M eingekoppelter Druck p(1) verglichen mit dem Referenzdruck p-Referenz.Example 1) can be traced using the impedance jumps with the intersection points a -> b (SM' -> M). This results in a lower pressure p(1) coupled into the metal M at point b compared to the reference pressure p-reference.
Das zweite Beispiel 2) mit der zusätzlichen Kunststoffschicht K ergibt sich analog zu A -> B -> C (SM' -> K' -> M) mit einem an dem Metall anliegenden Druck p(2), der im Vergleich mit p(1) noch geringer ausfällt. Ausgenutzt wurden dabei die größeren Impedanz-Sprünge bei den Material-Übergängen, hier insbesondere die Übergänge A -> B zwischen Schwermetall SM und Kunststoff K.The second example 2) with the additional plastic layer K results analogously to A -> B -> C (SM'->K'-> M) with a pressure p(2) applied to the metal, which in comparison with p( 1) still low er fails. The larger impedance jumps at the material transitions were used, here in particular the transitions A -> B between heavy metal SM and plastic K.
Hier ist lediglich beispielhaft eine mögliche Konfiguration für das Beispiel 2) dargestellt, indem die innere Kappe 6A aus Kunststoff und die äußere Kappe 6B aus Schwermetall gefertigt ist.A possible configuration for example 2) is shown here merely as an example, in which the
Die Kappe 6 weist hier einen Mehrschichtaufbau aus Materialien A, B unterschiedlicher Schockwellenimpedanz auf. Beispielsweise enthält der Mehrschichtaufbau in dem Material A ebenfalls zumindest eine Kunststoffschicht K und in dem Material B zumindest eine Metallschicht, insbesondere eine Kupfer- oder Schwermetallschicht SM.The
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die einzelnen Schichten ausgehend von der vorderen Konusform 9A der Spitze 5 jeweils konusartig aufgetragen. Insgesamt ergibt sich somit eine im Vergleich zu
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted to them, but rather can be modified in a variety of ways.
Insbesondere ist die Form der Spitze 5 der Hülle 4 und dementsprechend auch die Form der Vertiefung 8 der Kappe 6 nicht auf die dargestellten Ausführungsformen festgelegt. Beispielsweise kann die Erfindung anstatt einer Konusform oder Bi-Konusform der Spitze 5 auch eine gerundet zulaufende Spitze 4 und entsprechend geformte Vertiefung 8 vorsehen.In particular, the shape of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Tandem-Ladungtandem load
- 22
- Vorladungsubpoena
- 33
- Hauptladungmain charge
- 44
- HülleCovering
- 55
- SpitzeTop
- 66
- Kappecap
- 77
- spitzes Endepointed end
- 88th
- Vertiefungdeepening
- 9A, 9B9A, 9B
- Konuscone
- 1010
- Flugkörper missile
- 100100
- Penetrator-Tandem-LadungPenetrator tandem charge
- 101101
- Kompressionselementcompression element
- 102102
- Vorhohlladungpre-charge
- 103103
- Sprengladungexplosive charge
- 104104
- Penetratorhüllepenetrator shell
- 105105
- Penetratorspitzepenetrator tip
- 106106
- Verschlussgewindelocking thread
- 107107
- Schockwellenshock waves
- 108108
- Zündsystemignition system
- 109109
- Verschlussclosure
- 110110
- Hohlladungskegel shaped charge cone
- α, β, γα, β, γ
- Winkel angle
- A, BAWAY
- Materialienmaterials
- KK
- Kunststoffkurveplastic curve
- L'L'
- Reflektierte LuftschockwelleReflected air shockwave
- MM
- Metallkurvemetal curve
- pp
- Schockwellendruckshock wave pressure
- SMSM
- Schwermetallkurveheavy metal curve
- u, upoops
- Partikelgeschwindigkeitparticle speed
Claims (13)
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