DE102019003479B4 - Process for optimizing the performance of an active system - Google Patents
Process for optimizing the performance of an active system Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019003479B4 DE102019003479B4 DE102019003479.1A DE102019003479A DE102019003479B4 DE 102019003479 B4 DE102019003479 B4 DE 102019003479B4 DE 102019003479 A DE102019003479 A DE 102019003479A DE 102019003479 B4 DE102019003479 B4 DE 102019003479B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- casing
- fragment
- shape
- splinter
- determined
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
- F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
- F42B12/20—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type
- F42B12/22—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type with fragmentation-hull construction
- F42B12/24—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type with fragmentation-hull construction with grooves, recesses or other wall weakenings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
- F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
- F42B12/20—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type
- F42B12/22—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type with fragmentation-hull construction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Crushing And Pulverization Processes (AREA)
Abstract
Verfahren (M) zur Leistungsoptimierung eines Wirksystems (1), wobei das Wirksystem (1) einen Sprengladungskern (2) mit einer vorbestimmten Sprengstoffmasse und eine Splitterhülle (3) aufweist, welche eine in Bezug auf die Sprengstoffmasse vorbestimmte Hüllenmasse aufweist und den Sprengladungskern (2) radial umschließt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:Ermitteln (M1) eines Flächeninhalts eines einzelnen Splitters (30) anhand einer vorgegebenen Splittermasse, einer Dicke (t3) der Splitterhülle (3) und der Massendichte des Materials der Splitterhülle (3);Ermitteln (M2) einer Anzahl an Splitter (30), die zur Ausbildung der Splitterhülle (3) erforderlich ist, anhand des ermittelten Flächeninhalts eines einzelnen Splitters (30) und des Flächeninhalts einer Außenfläche (3a) der Splitterhülle (3); undErmitteln (M3) einer Splitterform der Splitter (30) basierend auf dem ermittelten Flächeninhalt des einzelnen Splitters (30) derart, dass mit der ermittelten Anzahl der Splitter (30) eine die Splitterhülle (3) bildende geschlossene Parkettierung ausbildbar ist und dass eine Summe der Kantenlängen (k) der Splitter (30) minimal wird,wobei das Ermitteln (M3) einer Splitterform unter Berücksichtigung einer Sprödigkeit des Materials der Splitterhülle (3) erfolgt derart, dass für den Fall, dass das Flächenträgheitsmoment der ermittelten Splitterform außerhalb eines für das jeweilige Material der Splitterhülle (3) vorbestimmten Bereichs liegt, die ermittelte Splitterform nicht zur Auswahl steht.Method (M) for optimizing the performance of an active system (1), the active system (1) having an explosive charge core (2) with a predetermined explosive mass and a fragmentation casing (3) which has a predetermined casing mass in relation to the explosive mass and the explosive charge core (2 ) radially encloses, the method having the following steps:determining (M1) a surface area of an individual fragment (30) using a predetermined fragment mass, a thickness (t3) of the fragment casing (3) and the mass density of the material of the fragment casing (3); (M2) a number of fragments (30) required to form the fragmentation casing (3), based on the determined surface area of an individual fragment (30) and the surface area of an outer surface (3a) of the fragmentation casing (3); anddetermining (M3) a splitter shape of the splitter (30) based on the determined surface area of the individual splitter (30) in such a way that a closed tiling forming the splitter shell (3) can be formed with the determined number of splitters (30) and that a sum of the Edge lengths (k) of the splinters (30) are minimal, with the determination (M3) of a splinter shape taking into account the brittleness of the material of the splinter casing (3) in such a way that in the event that the area moment of inertia of the splinter shape determined is outside of one for the respective Material of the fragment casing (3) is in a predetermined range, the fragment shape determined is not available for selection.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsoptimierung eines Wirksystems, insbesondere zur Optimierung der Geschwindigkeit und/oder des Penetrationsvermögens von Splittern, in welche eine Splitterhülle des Wirksystems sich zerlegt.The present invention relates to a method for optimizing the performance of an active system, in particular for optimizing the speed and/or the penetration capacity of fragments into which a fragment shell of the active system disintegrates.
Gefechtsköpfe oder andere Wirksysteme weisen häufig einen Sprengladungskern und eine Splitterhülle auf, die den Sprengladungskern umschließt. Bei einer Detonation des Sprengladungskerns zerlegt sich die Splitterhülle in eine Vielzahl von Splittern. Die Wirkung dieser Splitter auf ein Ziel wird vorwiegend durch deren Impuls und somit von deren Masse und Geschwindigkeit bestimmt.Warheads or other effective systems often have an explosive charge core and a fragmentation shell that encloses the explosive charge core. In the event of a detonation of the explosive charge core, the fragmentation shell breaks up into a large number of fragments. The effect of these fragments on a target is mainly determined by their momentum and thus their mass and speed.
In der
Die
Die
Ferner werden in der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Leistung eines Wirksystems weiter zu verbessern.It is the object of the present invention to further improve the performance of an active system.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Leistungsoptimierung eines Wirksystems vorgesehen, wobei das Wirksystem einen Sprengladungskern mit einer vorbestimmten Sprengstoffmasse und eine Splitterhülle aufweist, welche eine in Bezug auf die Sprengstoffmasse vorbestimmte Hüllenmasse aufweist und den Sprengladungskern radial umschließt. Der Sprengladungskern weist insbesondere einen Sprengstoff auf oder ist aus einem Sprengstoff gebildet und damit dazu eingerichtet, die Splitterhülle in eine Vielzahl von Splittern zu zerlegen.According to one aspect of the invention, a method for optimizing the performance of an active system is provided, the active system having an explosive charge core with a predetermined explosive mass and a fragmentation shell which has a shell mass predetermined in relation to the explosive mass and radially encloses the explosive charge core. The explosive charge core has, in particular, an explosive or is formed from an explosive and is thus set up to break up the fragmentation casing into a large number of fragments.
Das Verfahren umfasst ein Ermitteln eines Flächeninhalts eines einzelnen Splitters anhand einer vorgegebenen Splittermasse, einer Dicke der Splitterhülle und der Massendichte des Materials der Splitterhülle. Die Dicke der Splitterhülle ist vorgegeben und wird durch ein gewünschtes Verhältnis zwischen der Masse der Splitterhülle und der Masse des Sprengladungskerns, das sogenannte „Gurney-Verhältnis“, welches vorzugsweise in einem Bereich zwischen 3 und 0,4 liegt, für ein jeweiliges Material der Splitterhülle bestimmt. Um eine gewünschte Wirkung durch einen einzelnen Splitter zu erzielen, z.B. um ein (Stahl-)Ziel bestimmter Dicke in einem bestimmten Abstand vom Wirksystem zu durchschlagen, ist anhand dem Fachmann bekannter ballistischer Kriterien eine minimale Splittermasse des einzelnen Splitters ermittelbar. Bei konstanter Dicke der Splitterhülle, kann somit der Flächeninhalts eines einzelnen Splitters anhand der vorgegebenen Splittermasse, der Dicke der Splitterhülle und der Massendichte des Materials der Splitterhülle der Flächeninhalt der Grundfläche des Splitters ermittelt werden.The method includes determining a surface area of an individual fragment based on a predetermined fragment mass, a thickness of the fragment casing and the mass density of the material of the fragment casing. The thickness of the fragmentation casing is predetermined and is determined by a desired ratio between the mass of the fragmentation casing and the mass of the explosive charge core, the so-called "Gurney ratio", which is preferably in a range between 3 and 0.4 for a respective material of the fragmentation casing definitely. In order to achieve a desired effect with a single fragment, e.g. to penetrate a (steel) target of a certain thickness at a certain distance from the active system, a minimum fragment mass of the individual fragment can be determined using ballistic criteria known to those skilled in the art. With a constant thickness of the fragment casing, the surface area of an individual fragment can be determined using the specified fragment mass, the thickness of the fragment casing and the mass density of the material of the fragment casing, the surface area of the base area of the fragment.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens erfolgt ein Ermitteln einer Anzahl an Splitter, die zur Ausbildung der Splitterhülle erforderlich ist, anhand des ermittelten Flächeninhalts eines einzelnen Splitters und des Flächeninhalt einer Außenfläche der Splitterhülle. Hierbei wird letztlich der Flächeninhalt der Außenfläche durch den Flächeninhalt eines einzelnen Splitters dividiert.In a further step of the method, the number of splinters required to form the splinter shell is determined using the determined surface area of an individual splinter and the surface area of an outer surface of the splinter shell. Ultimately, the surface area of the outer surface is divided by the surface area of a single splinter.
Weiterhin erfolgt ein Ermitteln einer Splitterform der Splitter basierend auf dem ermittelten Flächeninhalt des einzelnen Splitters derart, dass mit der ermittelten Anzahl der Splitter eine die Splitterhülle bildende geschlossene Parkettierung ausbildbar ist und dass eine Summe der Kantenlängen der Splitter minimal wird. In diesem Schritt wird eine optimale geometrische Form der Fläche der einzelnen Splitter ermittelt, wobei die Formen so ausgewählt werden, dass sich die Splitter zu einer Parkettierung zusammensetzen lassen, um eine geschlossene Mantelfläche der Splitterhülle zu bilden, und so, dass die Summe der Kantenlängen der Splitter minimal wird. Die Kantenlänge eines Splitters entspricht der Summe der Längen der einzelnen Kanten, welche die geometrische Form der Fläche des einzelnen Splitters definieren, und somit der Umfangslänge eines jeweiligen Splitters.Furthermore, a fragment shape of the fragments is determined based on the determined surface area of the individual fragment such that a closed tiling forming the fragment shell can be formed with the determined number of fragments and that the sum of the edge lengths of the fragments is minimal. In this step, an optimal geometric shape of the surface of the individual splinters is determined, with the shapes being selected in such a way that the splinters can be assembled into a tessellation in order to to form a closed lateral surface of the splinter shell, and in such a way that the sum of the edge lengths of the splinter is minimal. The edge length of a splinter corresponds to the sum of the lengths of the individual edges, which define the geometric shape of the surface of the individual splinter, and thus to the circumferential length of a respective splinter.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ermitteln einer Splitterform unter Berücksichtigung einer Sprödigkeit des Materials der Splitterhülle erfolgt. Beispielsweise können bestimmte geometrische Formen zu fragil für das jeweilige Material der Hülle und den gewünschten Einsatzzweck sein. Z.B. können Splitter mit großer lateraler Ausdehnung, wie die Doppeltrapezform, in Verbindung mit einem spröden Material der Hülle bei der Detonation brechen. Bei der Ermittlung der Splitterform würden diese Formen dann nicht zur Auswahl stehen. Ein Kriterium für Berücksichtigung einer Sprödigkeit des Materials kann beispielsweise das Flächenträgheitsmoment der jeweiligen Splitterform sein, wobei, wenn dieses außerhalb eines für das jeweilige Material vorbestimmten Bereichs liegt, die jeweilige Splitterform nicht zur Ausbildung der Parkettierung ermittelt wird.Furthermore, it is provided according to the invention that the determination of a splinter shape takes place taking into account the brittleness of the material of the splinter casing. For example, certain geometric shapes can be too fragile for the respective material of the shell and the intended use. For example, fragments with a large lateral extent, such as the double trapezoidal shape, in combination with a brittle material of the cladding can fracture upon detonation. When determining the shape of the splinter, these shapes would then not be available for selection. A criterion for considering a brittleness of the material can be, for example, the area moment of inertia of the respective splinter shape, wherein if this is outside a predetermined range for the respective material, the respective splinter shape is not determined for the formation of the tiling.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht somit darin, die geometrische Form der Splitter so zu optimieren, dass die Summe der Kantenlängen der Splitter minimal wird. Dadurch lässt sich die Geschwindigkeit der einzelnen Splitter nach der Zerlegung der Hülle überraschend effizient steigern. Das sogenannte „Venting“ ist ein Maß dafür, wie viel Gas des detonierenden Sprengstoffes an den einzelnen Splittern vorbeigeführt wird und dementsprechend nicht zum Beschleunigungsprozess beiträgt. Je kleiner der Wert des Ventings ist, desto effizienter ist die Beschleunigung der Splitter. Bei einer vollständigen Parkettierung, also einer Belegung der Oberfläche ohne Lücken, ist das Venting proportional zur gesamten Kantenlänge aller Splitter. Damit lässt sich durch Minimierung der gesamten Kantenlänge das Venting verringern und damit sowohl die Geschwindigkeit als auch das Penetrationsvermögen der Splitter verbessern.One idea on which the invention is based is therefore to optimize the geometric shape of the splinters in such a way that the sum of the edge lengths of the splinters is minimal. This makes it surprisingly efficient to increase the speed of the individual fragments once the hull has been dismantled. The so-called "venting" is a measure of how much gas from the detonating explosive is guided past the individual fragments and accordingly does not contribute to the acceleration process. The smaller the value of the venting, the more efficient the acceleration of the fragments. With a complete tessellation, i.e. a covering of the surface without gaps, the venting is proportional to the total edge length of all splinters. By minimizing the overall edge length, venting can be reduced, thereby improving both the speed and the penetration capacity of the fragments.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den auf die unabhängigen Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.Advantageous refinements and developments result from the dependent claims referring back to the independent claims in connection with the description.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ermitteln einer Splitterform ein Auswählen einer einzigen Splitterform oder von zwei verschiedenen Splitterformen aus einer Gruppe von Formen umfasst. Demnach kann die Parkettierung als Mono-Modale Parkettierung mit nur einer Splitterform oder als Bi-Modale Parkettierung, z.B. als Penrose-Parkettierung oder in anderer Form, mit zwei verschiedenen Splitterformen realisiert werden.According to one embodiment it is provided that the determination of a splinter shape includes selecting a single splinter shape or two different splinter shapes from a group of shapes. Accordingly, the tiling can be realized as mono-modal tiling with only one splinter shape or as bi-modal tessellation, e.g. as Penrose tiling or in another form, with two different splinter shapes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gruppe von Formen folgende Formen enthält: Dreieck, insbesondere gleichseitiges Dreieck, Quadrat, Fünfeck, Hexagon, Trapez, Doppeltrapez, L-Form. Aus dem für einen einzelnen Splitter ermittelten Flächeninhalt können die Kantenlängen für jede der geometrischen Formen ermittelt werden, die zur Ausbildung des Flächeninhalts mit der jeweiligen Form notwendig sind, wobei die Form gewählt wird, mit der sich eine Parkettierung mit der kleinsten gesamten Kantenlänge realisieren lässt. Durch die Auswahl einer Form aus einer vorgegebenen Gruppe, z.B. der voranstehend genannten Gruppe, wird der Rechenaufwand vorteilhaft verringert.According to a further embodiment it is provided that the group of shapes contains the following shapes: triangle, in particular equilateral triangle, square, pentagon, hexagon, trapezium, double trapezium, L-shape. From the surface area determined for an individual splinter, the edge lengths for each of the geometric shapes can be determined, which are necessary to form the surface area with the respective shape, with the shape being selected with which a tessellation with the smallest total edge length can be realized. Selecting a shape from a given group, such as the group mentioned above, advantageously reduces the computational effort.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Ermitteln einer Splitterform ein Auswählen einer vorbestimmten geschlossenen monomodalen oder bimodalen Parkettierung aus einer Gruppe Parkettierungen umfassen. Demnach kann alternativ oder zusätzlich zu der jeweiligen Form ein bestimmtes vorgegebenes Parkettierungsmuster aus einer oder mehreren Formen hinsichtlich dessen Kantenlänge, die sich für den geforderten Flächeninhalt eines einzelnen Splitter ergibt, bewertet werden, wobei die Parkettierung mit der geringsten gesamten Kantenlänge gewählt wird.According to another embodiment, determining a chip shape may include selecting a predetermined closed monomodal or bimodal tiling from a group of tilings. Accordingly, as an alternative or in addition to the respective shape, a specific predetermined tiling pattern from one or more shapes can be evaluated with regard to its edge length, which results for the required surface area of an individual splinter, with the tiling with the lowest overall edge length being selected.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ermitteln der Anzahl der Splitter das Ermitteln einer ganzzahligen Anzahl umfasst.According to a further embodiment it is provided that the determination of the number of splitters includes the determination of an integer number.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren zusätzlich einen Schritt des Ausbildens der Splitterhülle mit der ermittelten Splitteranzahl und Splitterform auf, wobei die Splitter als geschlossene Parkettierung angeordnet werden. Demnach erfolgt ein Herstellen der Splitterhülle mit einem formgebenden Verfahren derart, dass die in ihrer Form optimierten Splitter als geschlossenen Parkettierung zur Bildung der Hülle angeordnet werden.According to a further embodiment, the method additionally has a step of forming the fragment casing with the determined number of fragments and fragment shape, with the fragments being arranged as a closed tiling. Accordingly, the fragment casing is produced using a shaping method in such a way that the fragments, which are optimized in terms of their shape, are arranged as a closed tiling to form the casing.
Optional das Ausbilden der Splitterhülle ein Ausbilden von die Splitter definierenden Kerben in der Splitterhülle umfassen. Demnach wird die Splitterhülle mit Kerben versehen, welche z.B. in die Außenfläche der Hülle gefräst werden können, wobei die Kerben so verlaufen, dass sie die ermittelte geometrische Form der einzelnen Splitter definieren.Optionally, forming the fragment casing includes forming notches in the fragment casing that define the fragments. Accordingly, the splinter casing is provided with notches, which, for example, in the outer surface of the shell can be milled, with the notches running in such a way that they define the determined geometric shape of the individual fragments.
Auch ist denkbar, dass das Ausbilden der Splitterhülle ein Ausbilden von die Splitter definierenden Kerben in einer Zwischenhülle umfasst, wobei die Zwischenhülle zwischen der Sprengladung und der Splitterhülle angeordnet wird. Hierbei wird die Splitterhülle selbst nicht bearbeitet, sondern es wird ein Kerbgitter in eine Zwischenhülle eingebracht, wobei die Kerben auf der Zwischenhülle so verlaufen, dass sie die ermittelte geometrische Form der einzelnen Splitter definieren. Bei einer Detonation des Sprengladungskerns bewirkt die Zwischenhülle dann einen Spannungseintrag in die Splitterhülle derart, dass sich die Splitterhülle in Splitter der ermittelten Form und Größe zerlegt.It is also conceivable that the formation of the fragmentation casing comprises formation of notches defining the fragments in an intermediate casing, with the intermediate casing being arranged between the explosive charge and the fragmentation casing. In this case, the fragment casing itself is not processed, but instead a notch grid is introduced into an intermediate casing, with the notches running on the intermediate casing in such a way that they define the determined geometric shape of the individual fragments. In the event of a detonation of the explosive charge core, the intermediate casing then brings about a voltage input into the fragmentation casing in such a way that the fragmentation casing breaks up into fragments of the determined shape and size.
Weiterhin kann wobei das Ausbilden der Splitterhülle auch ein Einbringen einer der Anzahl der Splitter entsprechenden Anzahl von Sprengladungspellets in die Splitterhülle umfassen. Hierbei wird durch die geometrische Anordnung einzelner Sprengladungspellets, welche bei einer Detonation des Sprengladungskerns gezündet werden, ein Spannungseintrag in die Splitterhülle derart bewirkt, dass sich die Splitterhülle in Splitter der ermittelten Form und Größe zerlegt.Furthermore, the formation of the fragmentation casing can also include the introduction of a number of explosive charge pellets into the fragmentation casing that corresponds to the number of fragments. The geometric arrangement of individual explosive charge pellets, which are ignited when the explosive charge core detonates, causes a voltage input into the fragmentation casing in such a way that the fragmentation casing breaks up into fragments of the determined shape and size.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines Wirksystems; -
2 eine schematische Ansicht eines Teils einer Splitterhülle nach einer Zerlegung der Splitterhülle in einzelne Splitter; -
3 eine schematische Teilansicht einer Splitterhülle eines Wirksystems nach einem Schritt eines Ausbildens der Splitterhülle in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
4 eine schematische Schnittansicht einer Splitterhülle eines Wirksystems nach einem Schritt eines Ausbildens der Splitterhülle in einem Verfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
5 eine Gruppe von Splitterformen zur Optimierung der Leistung eines Wirksystems durch ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
6 eine Gruppe von mono-modalen Parkettierungen zur Optimierung der Leistung eines Wirksystems durch ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
7 eine Gruppe von bi-modalen Parkettierungen zur Optimierung der Leistung eines Wirksystems durch ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Optimierung der Leistung eines Wirksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a schematic sectional view of an active system; -
2 a schematic view of part of a fragmentation casing after the fragmentation casing has been disassembled into individual fragments; -
3 a schematic partial view of a fragmentation shell of an active system after a step of forming the fragmentation shell in a method according to an embodiment of the invention; -
4 a schematic sectional view of a fragmentation casing of an active system after a step of forming the fragmentation casing in a method according to a further exemplary embodiment of the invention; -
5 a group of fragment shapes for optimizing the performance of an effector system by a method according to an embodiment of the invention; -
6 a group of mono-modal tilings for optimizing the performance of an effector system by a method according to an embodiment of the invention; -
7 a group of bi-modal tilings for optimizing the performance of an effector system by a method according to an embodiment of the invention; and -
8th a flowchart of a method for optimizing the performance of an active system according to an embodiment of the invention.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures, the same reference symbols designate identical or functionally identical components, unless otherwise stated.
Der Sprengladungskern 2 weist auf oder besteht aus einem Sprengstoff und weist eine Masse C auf. Beispielsweise kann der Sprengladungskern 2, wie in
Die Splitterhülle 3 umgibt oder umschließt den Sprengladungskern 3 in Bezug auf eine radiale Richtung R. Die Splitterhülle 3 ist aus einem Metallmaterial, wie z.B. Stahl gebildet, welches eine bestimmte Massendichte ρ3 aufweist. Die Splitterhülle 3 weist eine bestimmte Dicke t3 auf. Insbesondere kann die Splitterhülle 3 hohlzylinderförmig mit Länge 13 und einem bestimmten Innendurchmesser d3 gestaltet sein, wie dies in
Durch die Dicke t3, die Länge 13 und den Innendurchmesser d3 der Splitterhülle 3 ergibt sich ein Volumen der Splitterhülle 3 und durch die Massendichte ρ3 ergibt sich für die Splitterhülle 3 eine bestimmte Masse m3. Die Masse m3 der Splitterhülle 3 ist in Bezug auf die Masse C des Sprengladungskerns 2 vorbestimmt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Masse m3 der Splitterhülle 3 so gewählt wird, dass sich ein Gurney-Verhältnis µ=m3/C zwischen 3 und 0,3 ergibt. Insbesondere kann die Dicke t3 der Splitterhülle entsprechend gewählt werden.The thickness t3, the length 13 and the inside diameter d3 of the
Das Gurney-Verhältnis µ bestimmt die Geschwindigkeit v der sich bildenden Splitter 30, und damit den Impuls I = m3·v bzw. die kinetische Energie Ekin = 0,5·m3·v2 der Splitterhülle 3. Die Geschwindigkeit v kann dabei als
Es lässt sich ein jeweils ein Optimum für die kinetische Energie und den Impuls ermitteln, welches von vorgegebenen Randbedingungen abhängt, wie beispielsweise, dass das Wirksystem 1 eine konstante Gesamtmasse und ein konstantes Kaliber haben soll. Es könnte alternativ auch ein konstantes GesamtVolumen verlangt sein. Erreicht man dieses jeweilige Optimum, so nutzt man die in der Sprengladung 2 gespeicherte chemische Energie optimal aus, um sie in kinetische Energie bzw. Impuls der Splitter 30 umzuwandeln. Impuls und kinetische Energie weisen bei verschiedenen Gurney-Verhältnissen µ ein Maximum auf, so dass üblicherweise ein Gurney-Verhältnis gewählt wird, das zwischen den Maximal liegt. In dem angegebenen Bereich zwischen 3 und 0,3 wird typischerweise ein guter Kompromiss erzielt, bei dem sowohl Impuls als auch kinetische Energie nahezu maximal werden.An optimum for the kinetic energy and the impulse can be determined in each case, which depends on predetermined boundary conditions, such as, for example, that the
Die optionale Zwischenhülle 4 ist in Bezug auf die radiale Richtung R zwischen der Sprengladung 2 und der Splitterhülle 3 angeordnet und bildet eine Art Schablone zur Bildung von Splittern 30, wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird.The optional
In einem weiteren Schritt M2 erfolgt ein Ermitteln einer Anzahl an Splitter 30, die zur Ausbildung der Splitterhülle 3 erforderlich ist, anhand des ermittelten Flächeninhalts eines einzelnen Splitters 30 und des Flächeninhalt einer Außenfläche 3a der Splitterhülle 3. Allgemein kann die Anzahl der Splitter 30 ermittelt werden, in dem der Flächeninhalt der Außenfläche 3a des Splittermantels 30 durch die ermittelten Flächeninhalt eines einzelnen Splitters 30 dividiert wird, wobei beispielsweise zugrunde gelegt wird, dass alle Splitter 30 den gleichen Flächeninhalt aufweisen. Die Anzahl der Splitter 30 wird vorzugsweise so ermittelt, dass sich eine ganzzahlige Anzahl an Splittern 30 ergibt. Falls sich bei der Division eine ungerade Anzahl ergibt, kann in einem optionalen Iterationsschritt der Flächeninhalt der einzelnen Splitter 30 neu ermittelt werden (Schritt M1), wobei die Masse der einzelnen Splitter 30 innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.In a further step M2, the number of
In einem weiteren Schritt M3 wird basierend auf dem ermittelten Flächeninhalt der einzelnen Splitter 30 eine Splitterform der Splitter 30 derart ermittelt, dass mit der ermittelten Anzahl der Splitter 30 eine die Splitterhülle 3 bildende geschlossene Parkettierung ausbildbar ist und dass eine Summe der Kantenlängen k der Splitter 30 minimal wird. Eine geometrische Form der Grundfläche der Splitter 30 wird in diesem Schritt derart bestimmt, dass eine Summe der Kantenlängen k der Kanten, welche die geometrische Form des einzelnen Splitters 30 definieren, minimal wird.In a further step M3, based on the determined surface area of the
Mit der Splitterform ergibt sich eine Optimierungsgröße, die nicht nur die Geschwindigkeit der Splitter 30 durch Reduktion des sogenannten „Venting-Effekts“ erhöhen, sondern gleichzeitig das Penetrationsvermögen der Splitter im Ziel deutlich erhöhen kann. Wie oben bereits erläutert, wird die erzielbare Splittergeschwindigkeit v in erster Linie vom Gurney-Verhältnis µ bestimmt. Bei der Zerlegung der Splitterhülle 3 bilden sich Spalte 38 an den Splitterrändern, wie dies in
In
Zur Ermittlung einer Splitterform können in Schritt M3 aus einer Gruppe von Formen, z.B. für die in den Ansichten (A) bis (I) gezeigten Gruppe von Formen für jede Form eine Summe der Kantenlängen eines einzelnen Splitters 30 ermittelt werden, die sich für einen Splitter 30 in der in Schritt M1 ermittelten Fläche ergibt. Aus dieser Kantenlänge kann dann eine gesamte Kantenlänge ermittelt werden, die sich ergibt, wenn die Splitter 30 mit der jeweiligen Form zu einer geschlossenen Parkettierung angeordnet werden. In Schritt M3 wird dann diejenige Form als Splitterform aus der Gruppe von Formen ausgewählt, bei der die gesamte Kantenlänge minimal wird. Dadurch wird das Venting verringert und damit die kinetische Energie bzw. der Impuls der Splitter 30 gesteigert.To determine a splinter shape, a sum of the edge lengths of an
Bei einer geschlossenen Parkettierung teilen sich jeweils zwei Splitter 30 eine gemeinsame Kante. Als Maßzahl für das Venting kann der Parameter
Für den in Schritt M1 ermittelten Flächeninhalt As ergibt sich folglich bei der in Tabelle 1 beispielhaft gewählten Gruppe, dass der Umfang U eines einzelnen Splitters 30 bei der Form „Hexagon“ (vgl.
Überraschend wird durch das Ermitteln (Schritt M3) einer Splitterform der Splitter 30 basierend auf dem ermittelten Flächeninhalt der einzelnen Splitter 30 derart, dass mit der ermittelten Anzahl der Splitter 30 eine die Splitterhülle 3 bildende geschlossene Parkettierung ausbildbar ist und dass eine Summe der Kantenlängen k der Splitter 30 minimal wird, nicht nur die Geschwindigkeit sondern auch das Penetrationsvermögen der Splitter 30 optimiert. Die Splitterpenetration p lässt sich durch die bekannte Thor-Gleichung
Die Cauchy-Fläche A eines Splitters 30 ist
Die Geschwindigkeit v lässt sich abhängig von der zurückgelegten Strecke r des Splitters 30 aus der Anfangsgeschwindigkeit v0 des Splitters, der Dichte von Luft ρAir, dem Luftwiderstandswert cw, der Cauchy-Fläche A des Splittes 30 und der Splittermasse m wie folgt berechnen:
In
In
Die Splitterform kann in Schritt M3 beispielsweise auch ermittelt werden, indem die Kantenlänge für eine geschlossene mono-modalen oder bi-modale Parkettierung aus einer Gruppe Parkettierungen berechnet wird und diejenige Parkettierung ausgewählt wird, für die sich die kleinste gesamte Kantenlänge ergibt.The fragment shape can also be determined in step M3, for example, by calculating the edge length for a closed monomodal or bimodal tiling from a group of tilings and selecting the tiling that results in the smallest overall edge length.
Das Ermitteln der Splitterform in Schritt M3 kann ferner unter Berücksichtigung einer Sprödigkeit des Materials der Splitterhülle 3 erfolgen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einem bestimmten Materialtyp, der eine hohe Sprödigkeit aufweist, bestimmte Splitterformen nicht zur Bildung der Parkettierung zur Auswahl stehen. Beispielsweise kann bei einem besonders spröden Material die Gruppe an Splitterformen, aus welcher ein Auswählen der Splitterform erfolgt, die in
Wie in
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.Although the present invention has been explained above by way of example using exemplary embodiments, it is not limited thereto but can be modified in many different ways. In particular, combinations of the above exemplary embodiments are also conceivable.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Wirksystemeffect system
- 22
- SprengladungskernExplosive Core
- 33
- Splitterhülleshrapnel shell
- 3a3a
- Außenfläche der Splitterhülleouter surface of the fragmentation shell
- 44
- Zwischenhülleintermediate shell
- 55
- Sprengladungspelletsexplosive charge pellets
- 3030
- Splittersplinters
- 3535
- Kerbennotches
- 3838
- Spalt gap
- d2d2
- Durchmesser des SprengladungskernsExplosive core diameter
- d3d3
- Innendurchmesser der SplitterhülleInside diameter of the shrapnel casing
- kk
- Kantenlängeedge length
- 1212
- Länge des SprengladungskernsLength of charge core
- 1313
- Länge der SplitterhülleLength of splinter shell
- MM
- Verfahrenprocedure
- M1-M4M1-M4
- Verfahrensschritteprocess steps
- RR
- radiale Richtungradial direction
- t3t3
- Dicke der SplitterhülleThickness of splinter shell
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019003479.1A DE102019003479B4 (en) | 2019-05-15 | 2019-05-15 | Process for optimizing the performance of an active system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019003479.1A DE102019003479B4 (en) | 2019-05-15 | 2019-05-15 | Process for optimizing the performance of an active system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019003479A1 DE102019003479A1 (en) | 2020-11-19 |
DE102019003479B4 true DE102019003479B4 (en) | 2022-08-25 |
Family
ID=73018826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019003479.1A Active DE102019003479B4 (en) | 2019-05-15 | 2019-05-15 | Process for optimizing the performance of an active system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102019003479B4 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1187960B (en) | 1961-01-19 | 1965-02-25 | Aerojet General Co | Explosive device with splinter effect |
FR2685077A1 (en) | 1991-12-13 | 1993-06-18 | Thomson Brandt Armements | Explosive device with programmable fragmentation |
DE10130324A1 (en) | 2001-06-22 | 2003-03-20 | Tdw Ges Fuer Wehrtechnische Wi | Splinter-producing warhead |
EP1304540A2 (en) | 2001-10-20 | 2003-04-23 | Diehl Munitionssysteme GmbH & Co. KG | Ammunition with a profiled explosive charge |
DE102008005098A1 (en) | 2008-01-18 | 2009-07-23 | Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg | Cover for projectile i.e. large calibrated ammunition of mortar shell, has pre-fragmentation unit to produce splinter, where linear structural change of defined depth of material of cover reduces tensile strength in zone upto certain depth |
US20140182474A1 (en) | 2012-07-17 | 2014-07-03 | Alliant Techsystems Inc. | Fragmentation bodies, warheads including fragmentation bodies, and related ordnance |
US20180252508A1 (en) | 2017-03-06 | 2018-09-06 | Omnitek Partners Llc | High Explosive Fragmentation Mortars |
-
2019
- 2019-05-15 DE DE102019003479.1A patent/DE102019003479B4/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1187960B (en) | 1961-01-19 | 1965-02-25 | Aerojet General Co | Explosive device with splinter effect |
FR2685077A1 (en) | 1991-12-13 | 1993-06-18 | Thomson Brandt Armements | Explosive device with programmable fragmentation |
DE10130324A1 (en) | 2001-06-22 | 2003-03-20 | Tdw Ges Fuer Wehrtechnische Wi | Splinter-producing warhead |
EP1304540A2 (en) | 2001-10-20 | 2003-04-23 | Diehl Munitionssysteme GmbH & Co. KG | Ammunition with a profiled explosive charge |
DE102008005098A1 (en) | 2008-01-18 | 2009-07-23 | Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg | Cover for projectile i.e. large calibrated ammunition of mortar shell, has pre-fragmentation unit to produce splinter, where linear structural change of defined depth of material of cover reduces tensile strength in zone upto certain depth |
US20140182474A1 (en) | 2012-07-17 | 2014-07-03 | Alliant Techsystems Inc. | Fragmentation bodies, warheads including fragmentation bodies, and related ordnance |
US9389054B2 (en) | 2012-07-17 | 2016-07-12 | Orbital Atk, Inc. | Methods of forming fragmentation bodies, warheads, and ordnance |
US20180252508A1 (en) | 2017-03-06 | 2018-09-06 | Omnitek Partners Llc | High Explosive Fragmentation Mortars |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102019003479A1 (en) | 2020-11-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0433544B1 (en) | Fragmentation missile | |
DE60117018T2 (en) | MODULAR FOG HEAD FOR AMMUNITION BODIES SUCH AS AIRPLANE BODIES | |
DE3137855C2 (en) | ||
DE3036463A1 (en) | TARGET-BREAKING RIFLE BULLET | |
DE3822817A1 (en) | SPLITTER PLATE BEFORE CHARGING | |
DE3010917C2 (en) | Warhead with a main hollow charge and at least one pre-hollow charge | |
EP2194354B1 (en) | Fragmentation warhead | |
EP2652437B1 (en) | Projectile casing for an explosive projectile and method for handling a projectile casing | |
DE102012023398B4 (en) | Partial fragmentation bullet or fragmentation bullet with a Pb-free core riddled with predetermined breaking points | |
DE2508270B2 (en) | Process for the production of shaped charge linings, flat charge coverings or projectile-forming charge coverings as well as explosive charges produced according to this process | |
EP2966398B1 (en) | Device on a cylindrical hollow charge | |
EP0343389A1 (en) | Core for a disintegrating projectile | |
DE3235404A1 (en) | Explosive charge | |
DE102019003479B4 (en) | Process for optimizing the performance of an active system | |
DE1910779C3 (en) | Shaped charge | |
EP2786089B1 (en) | Partially dividing projectile or dividing projectile with a pb-free core interspersed with predetermined braking points | |
EP2154470B1 (en) | Switchable cylindrical explosive charge | |
EP3983749A1 (en) | Projectile, in particular deformation and/or partial fragmentation projectile, and method for producing a projectile | |
DE2941480A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR LOCAL EMBROIDERY OF METALS, ESPECIALLY THE FABRICS OF COMBUSTION CHARGES | |
EP3921903B1 (en) | Prechamber spark plug, ignition electrode for a prechamber spark plug, and method for producing an ignition electrode | |
DE102011011478A1 (en) | Disassembled projectile for e.g. ground targets, has ballistic bodies comprising recesses that completely accommodate expandable media, where materials of ballistic bodies and expandable media have significant density difference | |
DE3510431C2 (en) | ||
DE102005057254B4 (en) | Penetration projectile and method for producing such a projectile | |
DE102008005098A1 (en) | Cover for projectile i.e. large calibrated ammunition of mortar shell, has pre-fragmentation unit to produce splinter, where linear structural change of defined depth of material of cover reduces tensile strength in zone upto certain depth | |
EP1985407A2 (en) | Method for producing steel wool and steel shot pellets |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |