DE102021104169A1

DE102021104169A1 - Munition umfassend Konstruktionssplitter

Info

Publication number: DE102021104169A1
Application number: DE102021104169.4A
Authority: DE
Inventors: Iwan Schenker
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft Munition (2), umfassend ein Geschoss (4) und darin mitgeführte Konstruktionssplitter (6, 34), die nach einer Umsetzung einer gegebenenfalls vorhandenen Spreng- und/oder Ausstoßladung (14, 32) in einem Luftsprengpunkt, insbesondere unmittelbar vor einem Zielaufprall, ausstoßbar sind oder zusammen mit dem Geschoss (4) in eine Zielstruktur gelangen; erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Konstruktionssplitter (6, 34) einen Kern (18, 36) aus einem Penetratorwerkstoff (20, 38) und eine Beschichtung (22, 40) des Kerns (18, 36) aus einem reaktiven Material (24, 42) aufweisen und dass das reaktive Material (24, 42) durch mechanische Beanspruchung in der Zielstruktur in einer exothermen Reaktion umsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft Munition, umfassend ein Geschoss und darin mitgeführte Konstruktionssplitter, die nach einer Umsetzung einer gegebenenfalls vorhandenen Spreng- und/oder Ausstoßladung in einem Luftsprengpunkt, insbesondere unmittelbar vor einem Zielaufprall, ausstoßbar sind oder zusammen mit dem Geschoss in eine Zielstruktur gelangen.
Derartige Munition ist insbesondere als Sprengmunition oder als sogenannte „KETF“-Munition („KETF“ = „Kinetic Energy Time Fuze“) bekannt. Dabei werden bislang inerte Konstruktionssplitter innerhalb des Geschosses mitgeführt und typischerweise unmittelbar vor dem Zielaufprall ausgestoßen, oder sie erreichen mit dem Geschoss die Zielstruktur. Im ersten Fall einer Umsetzung einer mitgeführten Spreng- oder Ausstoßladung in einem Luftsprengpunkt umfasst die Munition bzw. das Geschoss eine programmierbare zeitverzögerte Zündvorrichtung für die Spreng- oder Ausstoßladung, die typischerweise mit Daten aus einem Feuerleitrechner des Geschützes programmiert werden kann. Die Zündzeit wird dabei typischerweise nach einer Messung der Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses von dem Feuerleitrechner errechnet, und es werden entsprechende Daten an die programmierbare Zündvorrichtung gegeben. Diese Datenübergabe bzw. Programmierung kann induktiv im Bereich der Rohrmündung des Geschützes individuell für jedes Geschoss erfolgen. Dies ermöglicht es, eine mitgeführte Ausstoßladung oder Zerlegerladung zu zünden und umzusetzen, wodurch dann kurz vor dem Zielaufprall mitgeführte Konstruktionssplitter freigesetzt und typischerweise in einem vorwärts gerichteten Streukegel ausgestoßen werden.
Konstruktionssplitter der hier in Rede stehenden Art sind bestimmungsgemäß in der Munition bzw. innerhalb eines Geschosskörpers, insbesondere in größerer Anzahl von insbesondere wenigstens 100 Stück, mitgeführte Körper, die eine endballistische Wirkung am Zielort über deren kinetische Energie und Impuls verursachen sollen. Sie haben vorzugsweise eine hohe Dichte, was wiederum eine große Reichweite und ein möglichst tiefes Eindringen in eine Zielstruktur ermöglicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Munition der vorstehend beschriebenen Art hinsichtlich ihrer Wirkung bei der Zielstruktur noch weitergehend zu verbessern.
Diese Aufgabe wird ausgehend von Munition der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Konstruktionssplitter einen Kern aus einem Penetratorwerkstoff und eine Beschichtung des Kerns aus einem reaktiven Material aufweisen und dass das reaktive Material durch mechanische Beanspruchung in der Zielstruktur in einer exothermen Reaktion umsetzbar ist.
Es wird also erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass mitgeführte Konstruktionssplitter nicht lediglich über deren kinetische Energie und Impuls bei der Zielstruktur Wirkung entfalten, sondern dass zusätzlich infolge des sich bei mechanischer Beanspruchung in der Zielstruktur in exothermer Reaktion umsetzenden reaktiven Materials der Beschichtung der Konstruktionssplitter eine zusätzliche Energiefreisetzung in der Zielstruktur herbeigeführt wird. Das reaktive Material dieser Beschichtung der Konstruktionssplitter vollzieht infolge der mechanischen Beaufschlagung beim Zielaufprall und/oder insbesondere unterstützt durch eine erst in der Zielstruktur zur Umsetzung gebrachte Sprengladung eine exotherme Reaktion. Die dabei erzeugte und freigesetzte Wärme und gegebenenfalls Blastwirkung erhöht die endballistische Wirkung der Munition. Insbesondere können hierdurch im Bereich der Zielstruktur auch insensitive Sprengstoffe zur Umsetzung geführt werden oder jedenfalls die Wahrscheinlichkeit einer Initiierung solcher Sprengstoffe erhöht werden. Darüber hinaus können durch auf diese Weise freigesetzte Wärme- und Blastwirkung im Bereich der Zielstruktur vorhandene pyrotechnische Wirkstoffe oder brennbare Flüssigkeiten zur Umsetzung bzw. zum Abbrand gebracht werden. Auch die rein mechanische Schädigungswirkung im Bereich der Zielstruktur kann insbesondere durch eine zusätzliche Blastwirkung infolge der exothermen Umsetzung reaktiven Materials der Beschichtung erhöht werden. Wenn vorstehend von einer mechanischen Beanspruchung beim Zielaufprall oder in der Zielstruktur die Rede ist, so umfasst dies insbesondere eine mechanische Stoßbelastung, Druckbelastung, Scherbeanspruchung und/oder eine Reibbeaufschlagung. Bei der externen Reaktion kann es sich um eine Oxidation oder eine die Bildung intermetallischer Phasen umfassende Reaktion handeln.
Wie bereits erwähnt, sollen die guten außenballistischen Eigenschaften, also eine hohe Reichweite und hohe Auftreffgeschwindigkeit, die bereits durch vorbekannte Munition und die Verwendung von mitgeführten Konstruktionssplittern aus einem Penetratorwerkstoff, also einem Werkstoff mit hoher Dichte, erzielt wurden, beibehalten werden. Insofern erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Penetratorwerkstoff eine Dichte von wenigstens 12,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 13,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 14,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 15,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 16,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 17,0 g/cm³ , insbesondere wenigstens 17,5 g/cm³ aufweist.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Penetratorwerkstoff Wolfram-basiert ist und insbesondere zu wenigstens 68 Gew.-%, insbesondere zu wenigstens 80 Gew.-%, insbesondere zu wenigstens 85 Gew.-%, insbesondere zu wenigstens 88 Gew.-%, und weiter insbesondere zu wenigstens 90 Gew.-% Wolfram umfasst.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Penetratorwerkstoff zur Bildung eines Wolfram-basierten Schwermetallwerkstoffs neben wenigstens 85 Gew.-% Wolfram eine Binderphase aus anderen Metallen, wie Nickel, Eisen, Nickel/Eisen, Nickel/Kupfer, Nickel/Kobalt, Nickel/Eisen/Kobalt umfasst.
Es kann sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn der Penetratorwerkstoff einen keramischen Hartmetallwerkstoff, insbesondere einen Wolframcarbid-basierten Hartmetallwerkstoff mit wenigstens 63 Gew.-%, insbesondere mit wenigstens 65 Gew.- %, insbesondere mit wenigstens 68 Gew.-% Wolframcarbid, umfasst.
In Weiterbildung dieses Gedankens erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Penetratorwerkstoff zur Bildung eines keramischen Hartmetallwerkstoffs eine Binderphase aus anderen Metallen, wie insbesondere Kobalt, Nickel, Kupfer, Chrom, oder Kombinationen dieser Metalle wie insbesondere Nickel/Chrom, Nickel/Kobalt umfasst.
Der Penetratorwerkstoff könnte ein Gusswerkstoff sein. Herstellungstechnisch kann es sich aber auch als vorteilhaft erweisen, wenn der Penetratorwerkstoff ein Sinterwerkstoff ist.
Im Hinblick auf eine sichere Umsetzung des reaktiven Material erweist es sich als vorteilhaft, wenn das reaktive Material metallische oder metallbasierte Verbindungen umfasst, insbesondere Metall/Metalloxid-Gemische (Thermite), wie insbesondere Molybdän(VI)-oxid/Aluminium, Eisen(III)-Oxid/Aluminium, Kupfer(II)-oxid/Aluminium, Eisen(III)-Oxid/Titan, Eisen(III)-Oxid/Zirkon, Eisen(III)-Oxid/Tantal.
Weiter kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn das reaktive Material Mischungen aus Metallen umfasst, welche intermetallische Verbindungen eingehen, insbesondere Nickel, Aluminium. Die Freisetzung von Energie bei der Umsetzung des reaktiven Materials beruht hier also auf der exothermen Bildung von intermetallischen Phasen.
Weiter kann das reaktive Material Mischungen aus mindestens einem Metall, insbesondere Aluminium, Magnesium, Aluminium-Magnesium-Legierung, Tantal, Titan, Wolfram, und einem Polymer, insbesondere einem Fluorpolymer, wie Polytetrafluorethylen oder Polyvinylidenfluorid, umfassen.
Es ist auch denkbar, dass das reaktive Material Mischungen aus Metall/Metalloxid-Gemischen und Fluorpolymeren umfasst.
Bei der erfindungsgemäßen Munition erfolgt die Initiierung der exothermen Reaktion der Umsetzung des reaktiven Materials durch mechanische Beanspruchung bei der Zielstruktur, insbesondere beim Zielaufprall, wo die betreffenden Konstruktionssplitter eine mechanische Stoß- oder Schlag- oder Druckbelastung oder auch eine Scher-beanspruchung oder Reibbeaufschlagung erfahren, welche die exotherme Reaktion direkt oder thermisch unterstützt initiiert. Diese exotherme Reaktion umfasst typischerweise Oxidationsvorgänge und/oder eine Bildung intermetallischer Phasen.
Im Hinblick auf eine sichere Initiierung der exothermen Reaktion des reaktiven Materials der Beschichtung des Kerns der Konstruktionssplitter erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Beschichtung aus einem reaktiven Material eine Schichtdicke (d) von wenigstens 0,5 mm, insbesondere von wenigstens 0,8 mm, insbesondere von wenigstens 1,0 mm und höchstens 5,0 mm, insbesondere höchstens 4,0 mm, insbesondere höchstens 3,0 mm, insbesondere höchstens 2,0 mm und weiter insbesondere von höchstens 1,5 mm aufweist.
Ein Durchmesser D der Konstruktionssplitter bedeutet den Durchmesser D einer kleinsten den Konstruktionssplitter vollständig einhüllenden Kugel. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn ein Durchmesser D des Kerns der Konstruktionssplitter wenigstens 1,0 mm, insbesondere wenigstens 2,0 mm, insbesondere wenigstens 3 mm, insbesondere wenigstens 4,0 mm und insbesondere höchstens 30,0 mm, insbesondere höchstens 22,0 mm, insbesondere höchstens 12 mm und weiter insbesondere höchstens 10 mm beträgt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In der Zeichnung zeigt:

1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Munition in Form eines Sprenggeschosses;
2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Munition in Form eines KETF-Geschosses;
3 eine schematische Schnittdarstellung eines kugelförmigen Konstruktionsssplittersmit einer reaktiven Beschichtung und
4 eine schematische Schnittdarstellung eines zylindrischen Konstruktionsssplitters mit einer erfindungsgemäßen reaktiven Beschichtung.

1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Munition 2 in Form eines Geschosses 4 mit darin aufgenommenen und mitgeführten beispielhaft kugelförmigen Konstruktionssplittern 6. Das Geschoss 4 umfasst eine zylindrische Geschosshülle 8, die sich nach vorn verjüngt. An einem hinteren Ende ist eine programmierbare Zündvorrichtung 10 aufgenommen, welche eine daran anschließende Verstärkungsladung 12 zündet, die ihrerseits eine Sprengladung 14 zündet. Das Geschoss 4 ist also als Sprenggeschoss ausgebildet.
Im beispielhaft dargestellten Fall ist ein sich nach vorn verjüngender Aufnahmeraum 16 vorgesehen, der sich an die Sprengladung 14 in Schussrichtung nach vorn anschließt. In diesem Aufnahmeraum 16 ist eine größere Anzahl der vorausgehend schon erwähnten kugelförmigen Konstruktonssplittern 6 aufgenommen. Diese kugelförmigen Konstruktonssplitter 6 könnten auch an anderer Stelle innerhalb des Geschosses 4 untergebracht sein, etwa radial außerhalb um die Sprengladung 14 herum oder in Schussrichtung hinter der Sprengladung, wobei dann vorteilhafterweise eine am Kopf angeordnete Zündvorrichtung vorgesehen werden könnte.
Anstelle von kugelförmigen Konstruktionssplittern 6 könnten auch Konstruktionssplitter einer weniger symmetrischen oder eher unregelmäßigen Geometrie in dem Geschoss 4 mitgeführt werden.
Die mitgeführten Konstruktionssplitter 6 werden anhand von 3 weiter beschrieben. Sie umfassen einen Kern 18 aus einem Penetratorwerkstoff 20 hoher Dichte. Sichtlich der Dichte und der stofflichen Ausbildung des Penetratorwerkstoffs 20 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Dieser kugelförmige Kern 18 weist eine Beschichtung 22 aus einem reaktiven Material 24 auf. In der Figur ist ein Durchmesser des kugelförmigen Kerns 18 mit D1 und eine Dicke der Beschichtung 22 mit d1 dargestellt, was aber lediglich rein schematisch angedeutet ist. Für diese Abmessungen wird Bezug genommen auf die oben angegebenen Größen. Das reaktive Material 24 ist derart, dass es bei Aufprall in der Zielstruktur und der damit einhergehenden mechanischen Beanspruchung in einer exothermen Reaktion umgesetzt wird. Das reaktive Material 24 ist wie in der Beschreibungseinleitung dargelegt ausgebildet. Es kann metallische oder metallbasierte Verbindungen, wie insbesondere Metall/Metalloxid-Gemische, sogenannte Thermite, umfassen. Es ist aber auch denkbar, dass das reaktive Material Mischungen aus Metallen umfasst, welche in einer exothermen Reaktion intermetallische Verbindungen eingehen. Auch Mischungen aus wenigstens einem Metall und Fluorpolymeren oder aus einem Metall/Metalloxid-Gemisch und Fluorpolymeren sind denkbar.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Munition 2 in Form eines Geschosses 4, das aber nicht als Sprenggeschoss, sondern als sogenanntes „KETF“-Geschoss ausgebildet ist. Es umfasst eine programmierbare Zündvorrichtung 30 für eine Ausstoßladung 32 zur Zerlegung der Geschosshülle 8 in einem Luftsprengpunkt, insbesondere unmittelbar vor einem Zielaufprall. Im Inneren des Geschosses werden eine größere Anzahl von in diesem Fall zylindrischen Konstruktionssplittern 34 mitgeführt, welche dann bei Zündung und Umsetzung der Ausstoßladung 32 in an sich bekannter Weise freigesetzt werden und hierbei zumeist bei der hier beispielhaft gezeigten Anordnung der Konstruktionssplitter 34 in einem ungefähr kegelförmigen Streutrichter in Richtung auf die Zielstruktur gelangen. Auch diese hier beispielhaft zylindrischen Konstruktionssplitter 34 sind nach der Erfindung mit einem Kern 36 aus einem Penetratorwerkstoff 38 hoher Dichte und mit einer Beschichtung 40 aus einem reaktiven Material 42 ausgebildet. Auch hier kann der Penetratorwerkstoff 38 und das reaktive Material 42 wie eingangs beschrieben ausgebildet sein.
Bei beiden Ausführungsformen führt eine mechanische Beaufschlagung der Konstruktionssplitter 6, 34 zur Umsetzung des reaktiven Materials 24, 42 der Beschichtung 22, 40 in einer exothermen Reaktion, wodurch eine Verbesserung der endballistischen Eigenschaften der Munition erreicht wird. Es wird eine hohe Penetrationslänge bzw. Perforationslänge erzielt, und durch die zusätzlich freiwerdende thermische Energie und gegebenenfalls Blastwirkung wird die Wirkung der Munition in der Zielstruktur weiter verbessert.

Claims

Munition (2), umfassend ein Geschoss (4) und darin mitgeführte Konstruktionssplitter (6, 34), die nach einer Umsetzung einer gegebenenfalls vorhandenen Spreng- und/oder Ausstoßladung (14, 32) in einem Luftsprengpunkt, insbesondere unmittelbar vor einem Zielaufprall, ausstoßbar sind oder zusammen mit dem Geschoss (4) in eine Zielstruktur gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstruktionssplitter (6, 34) einen Kern (18, 36) aus einem Penetratorwerkstoff (20, 38) und eine Beschichtung (22, 40) des Kerns (18, 36) aus einem reaktiven Material (24, 42) aufweisen und dass das reaktive Material (24, 42) durch mechanische Beanspruchung in der Zielstruktur in einer exothermen Reaktion umsetzbar ist.
Munition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Penetratorwerkstoff (20, 38) eine Dichte von wenigstens 12,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 13,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 14,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 15,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 16,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 17,0 g/cm³, insbesondere wenigstens 17,5 g/cm³ aufweist.
Munition nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Penetratorwerkstoff (20, 38) Wolfram-basiert ist und insbesondere zu wenigstens 68 Gew.-%, insbesondere zu wenigstens 80 Gew.-%, insbesondere zu wenigstens 85 Gew.-%, insbesondere zu wenigstens 88 Gew.-%, und weiter insbesondere zu wenigstens 90 Gew.-% Wolfram umfasst.
Munition nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Penetratorwerkstoff (20, 38) zur Bildung eines Wolfram-basierten Schwermetallwerkstoffs neben wenigstens 85 Gew.-% Wolfram eine Binderphase aus anderen Metallen, wie Nickel, Eisen, Nickel/Eisen, Nickel/Kupfer, Nickel/Kobalt, Nickel/Eisen/Kobalt umfasst.
Munition nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Penetratorwerkstoff (20, 38) einen keramischen Hartmetallwerkstoff, insbesondere einen Wolframcarbid-basierten Hartmetallwerkstoff mit wenigstens 63 Gew.-%, insbesondere mit wenigstens 65 Gew.-%, insbesondere mit wenigstens 68 Gew.-% Wolframcarbid, umfasst.
Munition nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Penetratorwerkstoff (20, 38) zur Bildung eines keramischen Hartmetallwerkstoffs eine Binderphase aus anderen Metallen, wie insbesondere Kobalt, Nickel, Kupfer, Chrom, oder Kombinationen dieser Metalle wie insbesondere Nickel/Chrom, Nickel/Kobalt umfasst.
Munition nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Penetratorwerkstoff (20, 38) ein Sinterwerkstoff ist.
Munition nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Material (24, 42) metallische oder metallbasierte Verbindungen umfasst, insbesondere Metall/Metalloxid-Gemische (Thermite), wie insbesondere Molybdän(VI)-oxid/Aluminium, Eisen(III)-Oxid/Aluminium, Kupfer(II)-oxid/Aluminium, Eisen(III)-Oxid/Titan, Eisen(III)-Oxid/Zirkon, Eisen(III)-Oxid/Tantal.
Munition nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Material (24, 42) Mischungen aus Metallen umfasst, welche intermetallische Verbindungen eingehen, insbesondere Nickel, Aluminium.
Munition nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Material (24, 42) Mischungen aus mindestens einem Metall, insbesondere Aluminium, Magnesium, Aluminium-Magnesium-Legierung, Tantal, Titan, Wolfram, und einem Polymer, insbesondere einem Fluorpolymer, wie Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, umfasst.
Munition nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Material (24, 42) Mischungen aus Metall/Metalloxid-Gemischen und Fluorpolymeren umfasst.
Munition nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (22, 40) aus einem reaktiven Material (24, 42) eine Schichtdicke (d) von wenigstens 0,5 mm, insbesondere von wenigstens 0,8 mm, insbesondere von wenigstens 1,0 mm und höchstens 5,0 mm, insbesondere höchstens 4,0 mm, insbesondere höchstens 3,0 mm, insbesondere höchstens 2,0 mm und weiter insbesondere von höchstens 1,5 mm aufweist.
Munition nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (D) des Kerns (18, 36) der Konstruktionssplitter (6, 34) wenigstens 1,0 mm, insbesondere wenigstens 2,0 mm, insbesondere wenigstens 3 mm, insbesondere wenigstens 4,0 mm und insbesondere höchstens 30,0 mm, insbesondere höchstens 22,0 mm, insbesondere höchstens 12 mm und weiter insbesondere höchstens 10 mm beträgt.