DE19725396A1

DE19725396A1 - Waffensystem

Info

Publication number: DE19725396A1
Application number: DE19725396A
Authority: DE
Inventors: Christopher David Lawrence; Francis Edyvean Stanton
Original assignee: DEFENCE EVALUATION AND RESEARCH AGENCY FARNBOROUGH; DEFENCE EVALUATION AND RES AGE; UK Secretary of State for Defence
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 2003-09-04
Also published as: ITRM970366A1; FR2833341B1; GB2407148B; NO972422L; IT1316423B1; GB2407148A; GB9614086D0; NL1006303C2; FR2833341A1; ITRM970366A0

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Waffensystem für einen Angriff gegen Unterwasserziele, wie Minen und mehrschalige Fahrzeuge, das eine Ausstoßeinrichtung (2) für Projektile aufweist, aus der mit Hilfe von Treibmitteln (4) ein Projektil (11) ausgestoßen wird, das eine Brisanzladung (9) als Nutzlast und einen Verzögerungszünder (6) enthält. Die Ausstoßeinrichtung wird entweder, wenn das vorgesehene Ziel eine Mine ist, in oder an einem ferngesteuerten Fahrzeug oder, wenn das vorgesehene Ziel ein mehrschaliges Fahrzeug ist, in einem Leichttorpedo als Träger installiert und von diesem Träger in eine Position bei oder nahe dem anzugreifenden Ziel verbracht. DOLLAR A Wenn die Nutzlastspitze in Betrieb gesetzt wird, wird das Projektil durch expandierende Treibgase entlang der Ausstoßeinrichtung beschleunigt und abgeschossen. Das Projektil durchringt die äußere Hülle des Zielfahrzeugs oder das Gehäuse einer Mine, und der Verzögerungszünder bringt die Brisanzladung der Nutzlast sofort oder sobald sich das ferngesteuerte Fahrzeug in sichere Distanz gebracht hat oder wenn das Projektil in eine Position nahe der inneren Hülle des Zielfahrzeugs gelangt ist, zur Entzündung. DOLLAR A Bei einer bevorzugten Form der Ausführung auf Torpedobasis tritt der Zustand vollständigen Abbrennens des Treibmittels erst ein, nachdem das Projektil aus der Ausstoßeinrichtung ausgetreten ist. Auf diese Weise wird die eingrenzende Wirkung des Wassers auf die expandierenden Treibgase ausgenutzt, um das Projektil weiter ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Waffensystem zur Verwendung gegen Unterwasserziele und insbesondere ein derartiges System, das sich zur Anwendung entweder als Leichttorpedo zum Bekämpfen eines mehrschaligen Fahrzeugs oder als Antiseeminenwaffe eignet.
Um beispielsweise ein U-Boot außer Gefecht zu setzen, das einen zweischaligen Aufbau aufweist, müssen beide Schalen und eine etwaige Zwischenschalenstruktur aufgebrochen werden. Die Bresche in der inneren Schale muß oberhalb einer bestimmten kritischen Größe liegen, damit die Beschädigung für das U-Boot tödlich ist. Wenn die Bresche in der inneren Hülle unterhalb der kritischen Größe liegt, kann der Wassereinbruch durch die Bresche von innen her eingedämmt werden, und das U-Boot bleibt kampfbereit.
Von bestimmten U-Boot-Typen ist es bekannt, daß sie innere und äußere Schalen besitzen, um ihre Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe zu verbessern, da der Zwischenraum zwischen den beiden Hüllen üblicherweise mit Wasser gefüllt ist und zusätzlich komplexe Zwischenschalenstrukturen enthalten kann, die schwer zu durchdringen sind. Eine in der Technik der Bekämpfung von doppelschaligen U-Booten unter Verwendung von Torpedos bekannte Methode besteht darin, innerhalb der Nutzlastspitze des Torpedos eine ungeteilte Hohlladung mit einer Auskleidung hoher Dichte zur Detonation zu bringen, die konisch verjüngt und auf das U-Boot zu gerichtet ist. Der auf diese Weise gebildete Hohlladungsstrahl vermag die doppelschalige Struktur zu durchdringen und das U-Boot kampfunfähig zu machen. Der Hauptnachteil dieser Methode besteht darin, daß die Bresche in der innersten Schale kleiner sein kann als die vorerwähnte kritische Größe. Dieser Nachteil verschärft sich, wenn der Zwischenraum zwischen der inneren und der äußeren Schale komplexe Zwischenschalenstrukturen enthält, die zu dem von dem Hohlladungsstrahl zu durchdringenden Material des Ziels hinzukommen. Es ist schwierig, dieses Problem zu bewältigen, da eine Hohlladung in Durchmesser und explodierender Masse (und damit im Durchdringungsvermögen) begrenzt ist, wenn sie als Nutzlastspitze für einen Torpedo und insbesondere einen Leichttorpedo verwendet werden soll. Ein weiterer Nachteil der Verwendung einer Nutzlastspitze mit einer Hohlladung entsteht daraus, daß dann, wenn die innere Schale des U-Boots viel kleiner ist als seine äußere Schale, der Hohlladungsstrahl insbesondere bei großen Angriffswinkeln überhaupt an der inneren Schale vorbeigehen kann.
Für den Fall der Vernichtung von Seeminen beruhen die bisher üblichen Methoden auf dem Versuch, sie zur Detonation zu bringen, indem längsseits der Mine eine große Sprengladung plaziert und zur Explosion gebracht wird, um so die Minenfüllung mit explodieren zu lassen. Diese Technik ist jedoch zunehmend unwirksam geworden, wegen der immer größer werdenden Unempfindlichkeit der in Minen verwendeten modernen Polymerverbundsprengstoff(PBX)- Füllungen. Als Folge davon ist es oftmals nur bei einer Annäherung an die Mine auf weniger als 150 mm möglich, eine Mitdetonation zu erreichen. Die Minensensoren erkennen einen nahenden Angriff jedoch mindestens aus einer Entfernung von 500 mm, und es ist erwünscht, daß sich die angreifende Waffe nicht auf weniger als 0,75 bis 1,0 m an das Ziel annähern muß. Es wird daher nach einem Fernangriffssystem gesucht, das imstande ist, das Minengehäuse aus einer Entfernung in der Größenordnung von 1 m zu durchdringen.
Aufgabe der Erfindung ist es, wenigstens einige der vorerwähnten Nachteile der bisher bekannten Systeme zum Angreifen und Vernichten sowohl von Seeminen als auch von mehrschaligen Fahrzeugen zu überwinden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Waffensystem, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird ein Waffensystem zum Angreifen von Unterwasserzielen geschaffen, das eine an ihrem vorderen Ende offene Ausstoßeinrichtung, an derem hinteren Ende eine Treibladung angeordnet ist, ein Projektil, das innerhalb der Ausstoßeinrichtung gleitend verschiebbar vor der Treibladung angeordnet ist und eine Brisanzladung als Nutzlast und einen Verzögerungszünder enthält, und der Ausstoßeinrichtung zugeordnete Transportmittel zu ihrem Verbringen in eine Position bei oder nahe dem anzugreifenden Ziel aufweist.
In dem Falle, daß das Ziel ein U-Boot ist, weist das zugeordnete Transportmittel ein Leichttorpedofahrzeug auf, und die Ausstoßeinrichtung und das Projektil bilden die Nutzlastspitze oder den Gefechtskopf für den Torpedo. Der Gefechtskopf wird in diesem Falle bevorzugt in einer vorgegebenen Standoff-Entfernung vom Ziel durch Zielsensoren gezündet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Verzögerungszünder verwendet wird, der durch die Bedingungen beim Ausstoßen ausgelöst wird, weil ein solcher Verzögerungszünder auf der geschätzten Flugzeit des Projektils bis zu seiner Annäherung an die innere Schale des Ziel-U-Boots basiert. Offensichtlich läßt sich durch Variieren der Standoff-Entfernung die Flugzeit und damit die Position des Projektils bei seiner Detonation variieren. Die vorbestimmte Standoff-Entfernung wird so gewählt, daß sichergestellt ist, daß das Projektil seine maximale Geschwindigkeit gerade vor dem Auftreffen auf das Ziel erreicht. Wenn das der Fall ist, hat das Projektil bei seinem Auftreffen auf die äußere Schale des U-Boots seine maximale kinetische Energie, so daß sein Durchdringvermögen maximal wird. In der Praxis liegt die bevorzugte Standoff-Entfernung zwischen 1 und 2 m.
Im Falle eines Einsatzes als Antiminenwaffe wird die Ausstoßeinrichtung zweckmäßig in oder an einem ferngesteuerten Tauchfahrzeug angeordnet, das so das zugeordnete Transportmittel für diese Art von Waffensystem bildet. Dabei wird das Projektil gegen die Mine ausgestoßen, sobald der Operator des Tauchfahrzeugs dieses bis auf etwa 1 m an die Mine herangeführt hat.
In beiden Fällen wird das Projektil nach dem Ausstoßen auf das U-Boot oder die Mine als Ziel zu beschleunigt durch die expandierenden Treibgase, die erzeugt werden, während die Treibladung verbraucht wird. Wenn das Projektil seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, kann es die Außenhülle eines U-Boots oder das Gehäuse einer Mine aufbrechen, und im Falle des U-Boots vermag es auch etwa vorhandene Zwischenhüllenstrukturen zumindest teilweise aufzubrechen.
Für einen Angriff gegen doppelschalige U-Boote wird die Sprengstoffnutzlast des Projektils durch den Verzögerungszünder zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zur Detonation gebracht, der so gewählt ist, daß sich das Projektil nahe der inneren Schale des U-Boots befindet, wenn die Sprengstoffnutzlast detoniert. Das Wasser, das normalerweise in dem Zwischenraum zwischen den Schalen vorhanden ist, hat einen Eingrenzungseffekt auf den bei der Detonation des Sprengstoffs der Nutzlast entstehenden Gasstoß und richtet ihn auf die innere Schale und verstärkt so seine Wirkung. Das auf diese Weise in der inneren Schale erzeugte Loch kann um Größenordnungen größer sein als das von bekannten Torpedogefechtsköpfen ähnlicher Größe und Masse erzeugte Loch. Außerdem kann selbst dann, wenn das Projektil die vor der Detonation etwa vorhandenen komplexen Zwischenschalenstrukturen nicht gänzlich aufbricht, der erzeugte Gasstoß in die innere Schale ein Loch oberhalb der kritische Größe reißen.
Dagegen wird im Falle eines Angriffs auf eine Mine das Projektil nach dem Durchtritt durch das Minengehäuse in der Minenfüllung zur Ruhe kommen, die mit Rücksicht auf ihre gummiartige Natur sehr widerstandsfähig ist gegen Durchdringung. Die Sprengstoffnutzlast des Projektils wird in diesem Falle durch den Verzögerungszünder zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zur Detonation gebracht, der so festgelegt wird, daß er es dem Trägerfahrzeug erlaubt, sich zurückzuziehen und so eine Beschädigung durch die nachfolgende Explosion der Mine zu vermeiden. Alternativ dazu kann ein relativ billiges damit für einen einmaligen Einsatz geeignetes Träger- und Ausstoßsystem verwendet werden, in welchem Falle der Zünder auf minimale Verzögerung eingestellt werden kann, was eine praktisch sofortige Detonation der Mine, wenn auch mit zwangsläufigem Verlust des Trägerfahrzeugs zum Ergebnis hat.
Vorzugsweise wird die Größe der in dem Gefechtskopf des Torpedos verwendeten Treibladung so gewählt, daß der Zustand vollständigen Abbrands der Treibladung erst auftritt, nachdem das Projektil die Ausstoßeinrichtung verlassen hat. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird das Projektil wie bei herkömmlichen Systemen entlang der Ausstoßeinrichtung vorwärtsgetrieben durch expandierende Treibgase, die innerhalb der Ausstoßeinrichtung eingeschlossen sind; abweichend vom Herkömmlichen wird das Projektil jedoch auch nach seinem Austritt aus der Ausstoßeinrichtung weiter durch die expandierenden Treibgase beschleunigt, da diese durch das umgebende Wasser eingegrenzt werden. Die expandierenden Treibgase beschleunigen das Projektil weiter, bis der Druck der Treibgase gleich dem umgebenden Wasserdruck ist. An diesem Punkt erreicht das Projektil seine maximale Geschwindigkeit. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform eines Torpedogefechtskopfes gemäß der Erfindung kann eine relativ kurze Ausstoßeinrichtung eingesetzt werden, um ein Projektil auf dieselbe Geschwindigkeit zu beschleunigen wie eine längere Ausstoßeinrichtung ohne die zugehörige massive Vergrößerung der Treibladung. Herkömmlicherweise verlangt eine kurze Ausstoßeinrichtung eine größere Menge an Treibmittel, da die Strecke, über die hinweg das Projektil beschleunigt werden kann (nämlich die Länge der Ausstoßeinrichtung) vermindert ist. Im Falle der vorliegenden Erfindung jedoch ist, weil das Treibmittel weiter abbrennt, nachdem das Projektil aus der Ausstoßeinrichtung ausgetreten ist, und so das Projektil auch außerhalb der Ausstoßeinrichtung weiter beschleunigt (also effektiv die Länge der Ausstoßeinrichtung vergrößert), nur eine geringe Vergrößerung in der Menge des Treibmittels notwendig. Daher kann ein Torpedogefechtskopf gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung leicht und kompakt sein, während der verlangte Pegel an Zieldurchdringung und Schädigung gewahrt bleibt, und er kann daher in einen Leichttorpedo eingebaut werden, der ein U-Boot mit Erfolg kampfunfähig machen kann.
Bei der Minenbekämpfungsausführung der vorliegenden Erfindung ist es nicht von Bedeutung, daß der Totalabbrandzustand für die Treibladung eintritt, nachdem das Projektil die Ausstoßeinrichtung verlassen hat. Dies liegt daran, daß es in Bezug auf den anfänglichen Aufbrechdruck grundsätzlich noch wirksamer ist, das Projektil innerhalb der Eingrenzung durch den Lauf zu beschleunigen, vorausgesetzt, daß eine ausreichend lange Schießstrecke verfügbar ist.
Dagegen wird die Konstruktion der Torpedovariante primär bestimmt durch eine Längenbegrenzung, damit sie in das Torpedovorschiff paßt. Im Ergebnis verlangt sie einen relativ hohen Aufbrechdruck, um das Projektil vor seinem Eintritt in das Wasser zu beschleunigen. Bei einer für die Zwecke der Minenbekämpfung verwendeten Ausstoßeinrichtung dagegen wird der Erfolg der Konstruktion primär bestimmt durch die Gesamtmasse des Systems. Die längere Schußstrecke des Projektils ermöglicht die Verwendung eines Treibladungssystems mit niedrigerem Druck für die Beschleunigung des Projektils, als er für die Torpedovariante erforderlich ist. Dies ist für die Zwecke der Minenbekämpfung von Vorteil, da die Ausstoßeinrichtung dann aus Materialien mit geringerer Masse hergestellt werden kann, als sie notwendigerweise bei der Torpedovariante verwendet werden, womit sich eine proportionale Verminderung der Gesamtmasse ergibt.
In beiden Ausführungsformen weist das Projektil vorzugsweise eine Nase in Form eines Kegelstumpfes mit einem abgestuften Spitzbogenprofil auf. Der Krümmungsradius des Spitzbogens liegt besonders bevorzugt zwischen dem 1,25-fachen und dem 1,75-fachen des Projektildurchmessers. Der Projektildurchmesser ist dabei der Durchmesser des zylindrischen Hauptkörpers des Projektils. Der Hauptvorteil der Verwendung eines Projektils dieses Typs ist, daß das abgestufte Nasenprofil das Wasser aufbricht und einen Semikavitationsfluß rund um das Projektil erzeugt, was Strömungswiderstand und Auftrieb vermindert. Eine Verminderung des Strömungswiderstandes bedeutet, daß die Verzögerung des Projektils durch den Wasserwiderstand geringer wird, und eine Verminderung des Auftriebs bedeutet, daß das Projektil weniger von seiner Bahn abweichen wird. Ein Gefechtskopf dieses Typs besitzt gute Zieldurchdringungseigenschaften mit dem zusätzlichen Vorteil, daß es weniger wahrscheinlich ist, daß er bei großen Angriffswinkeln am Ziel abprallt. Für ein Projektil zur Minenbekämpfung hat dieses Merkmal auch die wichtige Konsequenz, daß eine erfolgreiche Zielansprache über einen weiten Betriebsbereich von Angriffswinkeln bis beispielsweise 45° Neigung und 12° Azimut bei einer Standoff-Entfernung von 0,75 m möglich ist, was der Notwendigkeit eines genauen Zielens durch den Operator für das Trägerfahrzeug entgegenwirkt.
Bevorzugt weist das Projektil ein Gehäuse aus einem Material mit hoher Druckfestigkeit auf, und noch bevorzugter ist das Gehäuse aus hochfestem Titan hergestellt. Hochfestes Titan besitzt eine hohe Druckfestigkeit, und daher kann ein Projektil mit einem solchen Gehäuse mehrere Schichten des Zielobjekts ohne wesentliche Verformung durchbohren. Titan hat außerdem den zusätzlichen Vorteil einer nur geringen Masse.
Die Sprengstoffnutzlast des Projektils wird durch einen Verzögerungszünder zur Detonation gebracht, der bevorzugt durch die Bedingungen beim Ausstoßen ausgelöst wird. Im Falle der Minenbekämpfung ist die Verzögerung variabel abhängig davon, ob das ferngesteuerte Trägerfahrzeug als Einwegeinheit zu einmaliger Verwendung anzusehen ist oder ob es zurückgebracht werden soll. Bei der Bekämpfung von U-Booten dagegen stellt die Verwendung eines solchen Verzögerungszünders für eine Vielzahl von Angriffswinkeln und Angriffsstellen einen zuverlässigen Weg dar, die Sprengstoffnutzlast dann zur Detonation zu bringen, wenn sie sich nahe der inneren Schale eines U-Bootes befindet. Wie oben erwähnt kann ein das Ziel bildendes U-Boot eine komplexe Zwischenschalenstruktur besitzen, und daher kann die Struktur, die das Projektil antrifft, abhängig von Angriffswinkel und Angriffspunkt erheblich variieren. Die Zeit, die das Projektil braucht, um nahe an die innere Schale heranzukommen, erweist sich dennoch als ein ziemlich konstanter Parameter, auf die das Zündsystem begründet werden kann. Vorzugsweise ist der Verzögerungszünder von elektrischer Art.
Bevorzugt ist zwischen dem Projektil und der Ausstoßeinrichtung eine abreißbare Verbindung vorgesehen. Noch bevorzugter ist die abreißbare Verbindung in Form eines Vorsprungs des Projektils gebildet, der an einer Schulter in der inneren Oberfläche der Ausstoßeinrichtung anliegt und auf ein Ablösen vom Projektil unter der Einwirkung einer vorgegebenen Scherkraft eingerichtet ist. Dann wird das Projektil im Betrieb innerhalb der Ausstoßeinrichtung festgehalten, während die hinter dem Projektil erzeugten Treibgase einen vorbestimmten Druck aufbauen, ab welchem Punkt der Vorsprung vom Projektil abschert und das Projektil entlang der Ausstoßeinrichtung beschleunigt wird. Eine solche abreißbare Verbindung ist bevorzugt, weil sie den von den Treibgasen auf das Projektil übertragenen Schub optimiert.
Ebenfalls vorzugsweise ist die Ausstoßeinrichtung wenigstens lang genug, daß sie das Projektil zur Gänze aufnehmen kann. Dies ist deswegen von Vorteil, weil die Ausstoßeinrichtung eine Stütze für das Projektil darstellt und das Projektil entlang ihrer Achse ausrichtet, so daß das Projektil entlang einer stabilen Bahn ausgestoßen wird. Außerdem ist es, da das Projektil eine explosive Nutzlast enthält, sicherer, wenn das Projektil nicht freiliegt. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine längere Ausstoßeinrichtung geringfügig wirksamer in der Treibstoffausnutzung. Jedoch ist eine kürzere Ausstoßeinrichtung wesentlich leichter und kompakter, während sie den Treibstoff immer noch relativ gut ausnutzt. Bei der Ausführung als Gefechtskopf eines Torpedos hängt die für die Ausstoßeinrichtung gewählte Länge in der Hauptsache von der Größe des Platzes ab, der in dem Torpedo verfügbar ist, an dem der Gefechtskopf montiert werden soll. Aus diesem Grunde ist es vorzuziehen, daß die Ausstoßeinrichtung eine Länge von weniger als 900 mm aufweist, wenn sie innerhalb des vorderen Endes eines Leichttorpedos untergebracht werden soll. Für die Ausführungsform zur Minenbekämpfung ist es vorzuziehen, daß die Ausstoßeinrichtung kürzer ist als 700 mm.
Vorzugsweise wird das Waffensystem nach der Erfindung dann, wenn es die Form eines Torpedogefechtskopfes aufweist, im Vorderteil des Torpedos angeordnet und darin von einer Torpedohülle eingeschlossen, die einen zerbrechlichen Nasenabschnitt aufweist. In dieser Form kann der den Gefechtskopf tragende Torpedo von einem fliegenden Träger wie beispielsweise einem Hubschrauber aus gestartet werden, der für ein U-Boot nur schwer zu erkennen und durch Weglaufen zu vermeiden ist. Der Gefechtskopf wird eingeschlossen, da dies den Torpedo viel sicherer handhabbar macht und den Gefechtskopf vor Seewasser schützt. Die kegelförmige Nase der Torpedohülle ist vorzugsweise zerbrechlich, so daß das Projektil durch das Gehäuse brechen kann, ohne eine größere Menge an kinetischer Energie zu verlieren.
In gleicher Weise wird die Ausstoßeinrichtung dann, wenn das Waffensystem ein Minenbekämpfungssystem aufweist, entweder bei seinem Einbau in ein ferngesteuertes Trägerfahrzeug in dessen Hülle oder bei externer Montage am Trägerfahrzeug durch eine gesonderte Abdeckung eingeschlossen. In beiden Fällen weist die Abdeckung vorzugsweise einen zerbrechlichen Abschnitt auf, der es dem Projektil gestattet, durchzubrechen, ohne zu viel von seiner kinetischen Energie zu verlieren.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise beschrieben; dabei zeigen in der Zeichnung:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Torpedoausführung der Erfindung, wobei der Gefechtskopf ein in einer Ausstoßeinrichtung angeordnetes panzerbrechendes Projektil aufweist,
Fig. 2, 2A bis 2D ein dem in Fig. 1 veranschaulichten Projektil ähnliches Projektil in verschiedenen Stadien seiner Beschleunigung innerhalb und außerhalb der Ausstoßeinrichtung,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Projektilgeschwindigkeit über der Zeit für ein Waffensystem der in Figur veranschaulichten Art für die U-Bootbekämpfung und
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung für die Minenbekämpfung.
Bei der speziell in Fig. 1 dargestellten Torpedoausführung eines Waffensystems nach der Erfindung weist der Ausstoßteil des Gefechtskopfes eine Verschlußeinheit 1 und ein Ausstoßrohr 2 auf.
Die Verschlußeinheit 1 ist aus einem Metall von hoher Festigkeit und geringer Masse und vorzugsweise aus einer Titanlegierung hergestellt und enthält eine Haupttreibladung 4. Weiter ist in der Verschlußeinheit 1 ein Zündrohr 19 untergebracht, das im Zentrum der Haupttreibladung 4 angeordnet ist. Das Zündrohr 19 weist ein zylindrisches Metallgehäuse 10 auf, durch das in regelmäßigen Intervallen Löcher gebohrt sind. Das zylindrische Metallgehäuse 10 enthält einen Zündsatz 3.
Der in Fig. 1 gezeigte Gefechtskopf ist mit einem Projektil geladen, das allgemein mit 11 bezeichnet und in dem Ausstoßrohr 2 angeordnet ist. Das Projektil 11 weist ein Gehäuse 8 auf, das aus einem Metall von hoher Festigkeit und geringer Masse und vorzugsweise aus einer Titanlegierung gefertigt ist. Das Gehäuse 8 weist eine abgestumpfte Nase von Spitzbogenform auf, wobei der Krümmungsradius des Spitzbogens das 1,5-fache des Projektildurchmessers beträgt, und ist im Nasenprofil abgestuft. Das Gehäuse 8 ist an einer Grenzfläche 13 mit einer Endkappe 7 verschraubt.
Die Endkappe 7 ist aus Aluminiumlegierung hergestellt und weist ein axiales zylindrisches Loch auf, das zur Unterbringung eines Verzögerungszünders 6 darin eingebohrt ist. Der Verzögerungszünder 6 erstreckt sich in einen im Gehäuse 8 ausgebildeten und von der Endkappe 7 abgeschlossenen Hohlraum. Dieser Hohlraum ist mit einer Brisanzladung 9 gefüllt. Die Endkappe 7 weist einen ringförmigen Vorsprung 5 auf, dessen Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Vorderendes der Verschlußeinheit 1 ist. Das Ausstoßrohr 2 ist glatt gebohrt und weist an seinem Vorderende einen Innendurchmesser auf, der gleich dem größten Außendurchmesser des Gehäuses 8 ist, so daß das Projektil 11 gleitend in dem Ausstoßrohr 2 sitzt. Das Ausstoßrohr 2 weist an seiner inneren Oberfläche eine Schulter 15 auf, die mit dem ringförmigen Vorsprung 5 der Endkappe 7 korrespondiert. Das Ausstoßrohr 2 ist vorzugsweise unter Anwendung von Leichtbautechnologie aus rund um eine Metallbüchse gewickelten Hochleistungsfasern gefertigt, beispielsweise aus einem Rohr aus Titan oder fließgeformtem Maraging-Stahl, das mit einem hochfesten Kompositfasermaterial umwunden ist. Dies ergibt ein sehr leichtgewichtiges, hochfestes Bauteil, das sich sehr gut für Leichttorpedos eignet.
Das Projektil 11 wird gleitend in die Verschlußeinheit 1 eingepaßt, bis der ringförmige Vorsprung 5 der Endkappe 7 am vorderen Ende der Verschlußeinheit 1 zur Anlage kommt. Dann wird das Projektil 11 festgelegt, indem das Ausstoßrohr 2 an einer Grenzfläche 14 auf die Verschlußeinheit 1 aufgeschraubt wird. Die Schulter 15 an der inneren Oberfläche des Ausstoßrohres 2 paßt über den ringförmigen Vorsprung 5 der Endkappe 7 und hält die Endkappe 7 and damit das Projektil 11 fest an Ort und Stelle. Zwischen der Rückseite der Endkappe 7 und der Haupttreibladung 4 verbleibt ein Hohlraum 18.
Der Verzögerungszünder 6 ist eine elektrisch gesteuerte Einrichtung, bei der die Zeitsteuerung durch die Schießbedingungen beim Ausstoßen des Projektils 11 ausgelöst wird. Alternativ dazu können andere herkömmliche Verzögerungszünder verwendet werden. Der Verzögerungszünder 6 ist mit einem isolierenden Stopfen 16 versehen, der an seinem rückwärtigen Ende angeordnet ist, um ihn vor der Haupttreibladung 4 zu schützen.
In Fig. 1 ist das System innerhalb des Vorderteils eines Leichttorpedos 17 angeordnet und in eine Torpedohülle 21 eingeschlossen. Der Nasenabschnitt der Hülle 21 ist vorzugsweise aus einem zerbrechlichen Material gefertigt. Der Nasenabschnitt ist weiter geschwächt durch Einarbeiten einer Mehrzahl von blütenblattförmigen Nuten in die Innenfläche der Nase der Hülle 21, wobei sich die Spitzen der Blütenblätter am Scheitelpunkt des Nasenabschnitts treffen. Der Torpedo 17 kann von einem nicht gezeigten fliegenden Träger wie einem Hubschrauber ausgestoßen und auf das Ziel gerichtet werden. Der Torpedo 17 ist mit einem nicht eigens gezeigten Zielsensor ausgestattet, der den Torpedo 17 zu einem Ziel führt und den Gefechtskopf in einer kurzen Standoff-Entfernung vom Ziel zündet, um sicherzustellen, daß das Projektil 11 seine Maximalgeschwindigkeit erreicht, bevor es das Ziel trifft.
Der oben beschriebene Gefechtskopf arbeitet wie folgt. Das Zündrohr 19 wird durch den Zielsensor innerhalb des Torpedos 17 ausgelöst, wenn sich der Gefechtskopf typischerweise 1 bis 2 m vom Ziel befindet. Dadurch wird der Zündsatz 3 gezündet, und Strahlen von brennendem Treibmittel schießen durch die Löcher im Metallgehäuse 10 und zünden die Haupttreibladung 4. Das gezündete Treibmittel der Haupttreibladung 4 erzeugt heiße Treibgase. Der Druck der Treibgase innerhalb des Hohlraumes 18 baut sich auf, und wenn der Druck einen vorbestimmten Wert erreicht, schert der ringförmige Vorsprung 5 von der Endkappe 7 ab in einem Zeitpunkt T₀ (siehe Fig. 3). Das Projektil 11 wird durch die innerhalb des Ausstoßrohres 2 hinter dem Projektil 11 eingeschlossenen expandierenden Treibgase beschleunigt. Das Projektil 11 bricht ohne Schwierigkeiten durch den Nasenabschnitt der Torpedohülle 21 hindurch, ohne eine größere Menge an kinetischer Energie zu verbrauchen. Der Anfangsschub, den das Projektil 11 beim Abscheren des ringförmigen Vorsprungs 5 erfährt, kann dazu benutzt werden, um den Verzögerungszünder 6 auszulösen.
Gemäß den Darstellungen in Fig. 2A bis 2D und in Fig. 3 zeigt Fig. 2A das Projektil 11 zu einem Zeitpunkt T₁ (siehe Fig. 3), während es gerade dabei ist, das Ausstoßrohr 2 des Gefechtskopfes zu verlassen. Die in dem Ausstoßrohr 2 eingeschlossenen Verbrennungsgase 20 expandieren weiter und beschleunigen so das Projektil 11.
Fig. 2B zeigt das Projektil 11 zu einem Zeitpunkt T₂ (siehe Fig. 3), wenn es das Ausstoßrohr 2 des Gefechtskopfes gerade verlassen hat. Die expandierenden Verbrennungsgase 20 werden von dem umgebenden Wasser eingeschlossen und expandieren und beschleunigen so das Projektil 11 weiter. Die expandierenden Verbrennungsgase 20 beschleunigen das Projektil 11 solange weiter, wie der Treibgasdruck größer ist als der umgebende Wasserdruck.
Fig. 2C zeigt das Projektil 11 zu einem Zeitpunkt T₃ (siehe Fig. 3), wenn der Treibgasdruck dem umgebenden Wasserdruck gleichkommt und die Beschleunigung des Projektils 11 aufhört.
Im Zeitpunkt T₃ erreicht somit das Projektil 11 seine Maximalgeschwindigkeit, die typischerweise in der Größenordnung einiger Hundert m/s liegt.
Fig. 2D zeigt das Projektil 11 zu einem späteren Zeitpunkt T₄ und in einem Kavitationsflußbereich. Ein Kavitationsflußbereich ist von Vorteil, da er den Strömungswiderstand und den Auftrieb vermindert, die das Projektil 11 erfährt. Ein Kavitationsflußbereich wird gefördert durch ein Projektil 11, das ein abgestuftes Nasenprofil (wie bei 12 in Fig. 1) aufweist. Dies liegt daran, daß die scharfen Kanten des Nasenprofils das Wasser aufbrechen.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Projektilgeschwindigkeit über der Zeit. Die Geschwindigkeit des Projektils 11 nimmt rasch zu, während es innerhalb des Ausstoßrohres 2 von T₀ bis T₁ beschleunigt wird. Die Projektilgeschwindigkeit nimmt weiter zu von T₁ bis T₃, während das Projektil 11 durch die in dem umgebenden Wasser eingeschlossenen expandierenden Treibgase beschleunigt wird. Das Projektil 11 erreicht seine maximale Geschwindigkeit zur Zeit T₃, wenn der Treibgasdruck dem umgebenden Wasserdruck gleich wird. Von der Zeit T₃ an nimmt die Geschwindigkeit des Projektils 11 allmählich ab, da es wegen des Wasserwiderstandes verzögert wird.
Wenn das Projektil 11 aus dem oben beschriebenen Gefechtskopf ausgestoßen wird und eine Maximalgeschwindigkeit von typischerweise einigen Hundert m/s erreicht, hat es hinreichend kinetische Energie, um mehrere Schichten einer Zielstruktur aufzubrechen, bevor es zum Stillstand kommt. Der Verzögerungszünder 6 kann so eingestellt werden, daß die Brisanzladung 9 detoniert, während sich das Projektil 11 einem ausgewählten Teil des Zieles nähert. Wenn das Ziel beispielsweise ein U-Boot ist, ist das Projektil 11 imstande, die äußere Schale und die Zwischenschalenstruktur des U-Bootes in einem großen Bereich von Angriffswinkeln aufzubrechen. Der Verzögerungszünder 6 ist so eingestellt, daß die Brisanzladung 9 detoniert, wenn das Projektil 11 sich der inneren Schale nähert oder sie berührt. Die Verzögerungszeit des Zünders 6 ist die geschätzte Laufzeit des Projektils 11, bevor das Projektil 11 die innere Schale des U-Bootes erreicht. Die Detonation der Brisanzladung 9 kann ein Loch in die innere Schale reißen, das weit größer ist als die kritische Größe.
Fig. 4 zeigt ein allgemein mit 50 bezeichnetes Gefechtskopfsystem für die Minenbekämpfung, bei dem eine Verschlußeinheit 51 und ein integrales Ausstoßrohr 52 die Ausstoßeinrichtung für ein Projektil 61 bilden. Die Verschlußeinheit 51 beherbergt eine Haupttreibladung 54. Ein Zündrohr 70 besitzt ein zylindrisches Metallgehäuse 71, durch das in regelmäßigen Intervallen Löcher gebohrt sind. Das zylindrische Metallgehäuse 71 enthält einen Zündsatz 72.
Das Projektil 61 ist in Fig. 4 in das Ausstoßrohr 52 eingesetzt gezeigt. Das Projektil 61 besitzt ein Gehäuse 58, das aus einem Metall hoher Festigkeit und geringer Masse wie einer Titanlegierung gefertigt ist. Das Gehäuse 58 besitzt eine kegelstumpfförmige Nase von Spitzbogenform, wobei der Krümmungsradius des Spitzbogens das 1,5-fache des Projektildurchmessers beträgt, und weist ein abgestuftes Nasenprofil 62 auf.
Das Projektil 61 ist mit einem Zünder 56 ausgestattet, der eine Endkappe 57 besitzt. Die Endkappe 57 weist einen ringförmigen Vorsprung 55 auf, der einen Außendurchmesser hat, der gleich dem Außendurchmesser des vorderen Endes der Verschlußeinheit 51 ist. Das Ausstoßrohr 52 ist glatt gebohrt und weist an seinem vorderen Ende einen Innendurchmesser auf, der gleich dem größten Außendurchmesser des Projektilgehäuses 58 ist, so daß das Projektil 61 gleitend in dem Ausstoßrohr 52 sitzt. Das Ausstoßrohr 52 weist an seiner inneren Oberfläche eine Schulter 65 auf, die mit dem ringförmigen Vorsprung 55 der Endkappe 57 korrespondiert. Das Ausstoßrohr ist vorzugsweise unter Anwendung von Leichtbautechnologie aus rund um eine Metallbüchse gewickelten Hochleistungsfasern gefertigt, beispielsweise aus einem Rohr aus Aluminiumlegierung, das mit einem hochfesten Kompositfasermaterial umwunden ist. Dies ergibt ein sehr leichtgewichtiges, hochfestes Bauteil von minimalem Durchmesser, das sich sehr gut zur Verwendung mit einem ferngesteuerten Trägerfahrzeug eignet.
Das Projektil 61 wird gleitend in die Verschlußeinheit 51 eingepaßt, bis der ringförmige Vorsprung 55 der Endkappe 57 an der Schulter 65 am vorderen Ende der Verschlußeinheit 51 zur Anlage kommt. Dann wird das Projektil 61 festgelegt, indem an einer Grenzfläche 64 ein Klemmring 66 in die Verschlußeinheit 61 eingeschraubt wird, der das Projektil 61 fest an Ort und Stelle hält. Zwischen der Rückseite der Endkappe 57 und der Haupttreibladung 54 verbleibt ein Hohlraum 68.
Der Verzögerungszünder 56 wird hinsichtlich der Verzögerungszeit vorzugsweise elektrisch betrieben. Jedoch kann für ein System mit einem ferngesteuerten Trägerfahrzeug zu einmaliger Verwendung ein relativ einfacher elektromechanischer Zünder mit chemischer Verzögerung bevorzugt sein. Bei der elektrischen Zündervariante erhält die Schaltung für die Zeiteinstellung und die Detonationsauslösung ihre Leistung durch die Aufladung eines Kondensators im Zünder gerade vor dem Abschuß des Projektils 61. Die Leistung wird über einen Draht 73 zum Zünder übertragen. Der Draht 73 wird durch die Verschlußwand in einem druckfesten Wanddurchlaß 74 hindurchgeführt. Der Countdown für den Zündvorgang wird ausgelöst durch das Abtrennen des Drahtes 73, wenn das Projektil 61 sich während des Abschießens entlang des Ausstoßrohres 52 zu bewegen beginnt. Nachdem die vorbestimmte Verzögerungszeit verstrichen ist, wird ein Schießimpuls an den Detonator gegeben, und dies löst dann die Zündfolge innerhalb des Projektils 61 aus.
Im Falle eines einfachen elektromechanischen Zünders wird das chemische Verzögerungselement über eine herkömmliche Schlagbolzendetonatoranordnung gestartet durch die Rückstoßkräfte, die beim Abschuß erzeugt werden.
Zusammenfassend kann die Erfindung definiert werden als ein Waffensystem für einen Angriff gegen Unterwasserziele wie Minen und mehrschalige Fahrzeuge, das eine Ausstoßeinrichtung für Projektile aufweist, aus der mit Hilfe von Treibmitteln ein Projektil ausgestoßen wird, das eine Brisanzladung als Nutzlast und einen Verzögerungszünder enthält. Die Ausstoßeinrichtung wird entweder, wenn das vorgesehene Ziel eine Mine ist, in oder an einem ferngesteuerten Fahrzeug oder, wenn das vorgesehene Ziel ein mehrschaliges Fahrzeug ist, in einem Leichttorpedo als Träger installiert und von diesem Träger in eine Position bei oder nahe dem anzugreifenden Ziel verbracht.
Wenn die Nutzlastspitze in Betrieb gesetzt wird, wird das Projektil durch expandierende Treibgase entlang der Ausstoßeinrichtung beschleunigt und abgeschossen. Das Projektil durchdringt die äußere Hülle des Zielschiffes oder das Gehäuse einer Mine, und der Verzögerungszünder bringt die Brisanzladung der Nutzlast sofort oder sobald sich das ferngesteuerte Fahrzeug in sichere Distanz gebracht hat oder wenn das Projektil in eine Position nahe der inneren Hülle des Zielfahrzeugs gelangt ist, zur Entzündung.
Bei einer bevorzugten Form der Ausführung auf Torpedobasis tritt der Zustand vollständigen Abbrennens des Treibmittels erst ein, nachdem das Projektil aus der Ausstoßeinrichtung ausgetreten ist. Auf diese Weise wird die eingrenzende Wirkung des Wassers auf die expandierenden Treibgase ausgenutzt, um das Projektil weiter zu beschleunigen, nachdem es die Ausstoßeinrichtung bereits verlassen hat, was die Verwendung einer kürzeren und damit leichteren Ausstoßeinrichtung ermöglicht.

Claims

1. Waffensystem für einen Angriff gegen Unterwasserziele mit
einer Ausstoßeinrichtung (2; 52), die an ihrem vorderen Ende offen ist und an derem hinteren Ende eine Treibladung (4; 54) angeordnet ist, und
einem Projektil (11; 61), das innerhalb der Ausstoßeinrichtung (2; 52) gleitend verschiebbar vor der Treibladung (4; 54) angeordnet ist,
wobei das Projektil (11; 61) eine Brisanzladung (9) als Nutzlast und einen Verzögerungszünder (6; 56) enthält und
der Ausstoßeinrichtung (2; 52) Transportmittel zu ihrem Verbringen in eine Position bei oder nahe dem anzugreifenden Ziel zugeordnet sind.

2. Waffensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportmittel ein Torpedo ist und die Ausstoßeinrichtung (2) in dessen Vorderteil angeordnet ist.

3. Waffensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportmittel ein ferngesteuertes Tauchfahrzeug ist.

4. Waffensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektil (11; 61) eine Nase (12; 62) in Form eines Kegelstumpfes mit einem abgestuften Spitzbogenprofil aufweist, wobei der Krümmungsradius des Spitzbogens zwischen dem 1,25-fachen und dem 1,75-fachen des Projektildurchmessers liegt.

5. Waffensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektil (11; 61) ein Gehäuse (8; 58) aus einem Material mit hoher Druckfestigkeit aufweist.

6. Waffensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11; 61) aus hochfestem Titan besteht.

7. Waffensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungszünder (6; 56) durch die Bedingungen beim Ausstoßen ausgelöst wird.

8. Waffensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungszünder (6; 56) ein elektrischer Zünder ist.

9. Waffensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungszünder (6; 56) ein elektromechanischer Zünder ist.

10. Waffensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand vollständigen Abbrennens der Treibladung (4) eintritt, nachdem das Projektil (11; 61) die Ausstoßeinrichtung (2; 52) verlassen hat.

11. Waffensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Projektil (11; 61) und der Ausstoßeinrichtung (2; 52) eine abreißbare Verbindung (5, 15) vorgesehen ist.

12. Waffensystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die abreißbare Verbindung durch einen Vorsprung (5; 55) am Projektil (11; 61) gebildet ist, der an einer Schulter (15; 65) in der inneren Oberfläche der Ausstoßeinrichtung (2; 52) anliegt und auf ein Ablösen vom Projektil (11; 61) unter der Einwirkung einer vorgegebenen Scherkraft eingerichtet ist.

13. Waffensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausstoßen des Projektils (11; 61) in einem vorgegebenen Abstand von einem Ziel durch einen Zielerkennungssensor ausgelöst wird.

14. Waffensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Abstand zwischen 1 und 2 m beträgt.

15. Waffensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Mittel vorgesehen sind, die es dem Operator eines ferngesteuerten Fahrzeugs erlauben, das Ausstoßen des Projektils (11; 61) gegen ein Ziel auszulösen.

16. Waffensystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Mittel Einrichtungen zum Bestimmen der Nähe der Annäherung des Fahrzeugs an ein Minenziel und zum Anzeigen dieser Daten für den Operator des Fahrzeugs umfassen.

17. Waffensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Ausstoßeinrichtung (2; 52) wenigstens lang genug ist, daß sie das Projektil (11; 61) zur Gänze aufnehmen kann.

18. Waffensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Ausstoßeinrichtung (2; 52) eine Länge von weniger als 900 mm aufweist.

19. Waffensystem nach einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 18, wobei die Ausstoßeinrichtung (2) innerhalb des Vorderteils des Torpedos vollständig in eine Torpedohülle (21) mit einem zerbrechlichen Nasenabschnitt eingeschlossen ist.

20. Waffensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßeinrichtung (52) entweder vollständig in einem Teil des ferngesteuerten Fahrzeugs eingeschlossen oder außerhalb davon angebracht ist.