DE202023107550U1

DE202023107550U1 - Penetrator

Info

Publication number: DE202023107550U1
Application number: DE202023107550.9U
Authority: DE
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2023-12-20
Filing date: 2023-12-20
Publication date: 2024-01-24
Anticipated expiration: 2033-12-21

Abstract

Penetrator (1) für ein Geschoss (3), mit einem endballistisch wirkenden Hauptkörper (5) und mit einem an dem Hauptkörper (5) befestigten Leitwerk (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Leitwerk (8) eine Segmentierung mit einem zumindest teilweise auf den Hauptkörper (5) aufgeschobenen Basissegment (9) und mit zumindest einem an dem Basissegment (9) befestigten und eine Luftleitfläche (12) des Basissegments (9) vergrößernden Opfersegment (11) aufweist, wobei mittels der Segmentierung das Leitwerk (8) derart ausgebildet ist, dass sich die Luftleitfläche (12) bei Überschreiten einer definierten Schwelltemperatur des Leitwerks (8), insbesondere einer Schwelltemperatur von mindestens 500 °K, durch zumindest teilweises Abscheiden des Opfersegments (11) verkleinert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Penetrator für ein Geschoss, mit einem endballistisch wirkenden Hauptkörper und mit einem an dem Hauptkörper befestigten Leitwerk.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Penetrators zur Bekämpfung eines gepanzerten Ziels, insbesondere eines gepanzerten Ziels mit reaktiver Panzerung.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Geschoss, insbesondere ein unterkalibriges Wuchtgeschoss, aufweisend einen solchen Penetrator und einen Treibkäfig.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine patronierte Munition aufweisend ein solches Geschoss und eine Treibladung.
Stand der Technik
Bei einem Penetrator handelt es sich um einen Teil eines Geschosses, der seine Wirkung, nämlich zumindest die Durchdringung einer Panzerung eines Ziels und insbesondere eine damit verbundene Beschädigung oder Zerstörung des Ziels, alleine durch kinetische Energie erzielt. Aufbau und Funktion von Penetratoren sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
Ein Penetrator der eingangs genannten Art ist bspw. in DE 10 2019 126 604 A1 offenbart. Der Penetrator weist einen in der Regel aus einem monolithischen Werkstoff, bspw. ein Wolframschwermetall, gebildeten Hauptkörper auf. Bei dem Hauptkörper handelt es sich um den endballistisch wirksamen Teil des Penetrators, der meistens zylinderförmig mit einer spitz zulaufenden Stirnseite ausgebildet ist (Penetratorspitze). Zur Verbesserung der (außen-)ballistischen Flugphase des Penetrators, also den Weg von der Mündung eines Waffenrohrs, aus welchem der Penetrator bzw. das entsprechende Geschoss abgefeuert wird, bis zum Ziel, an welchem der Penetrator bzw. der Hauptkörper endballistisch wirkt, weist der Penetrator weiterhin ein Leitwerk auf, welches an einem der spitz zulaufenden Stirnseite gegenüberliegenden Ende des Hauptkörpers befestigt ist (Penetratorheck). Das Leitwerk dient dazu bzw. ist dazu ausgebildet, den Penetrator während der (außen-)ballistischen Flugphase aerodynamisch zu stabilisieren und dadurch zur Zielsicherheit des Penetrators beizutragen. Darüber hinaus wirkt sich eine gute aerodynamische Stabilisierung des Penetrators positiv auf die Eindringtiefe und die Aerodynamik aus.
Die (außen-)ballistische Flugphase des Penetrators bzw. des Geschosses kann prinzipiell in zwei Phasenabschnitte unterteilt werden. Der erste Phasenabschnitt erstreckt sich dabei vom Beginn der (außen-)ballistischen Flugphase, also dem Mündungsdurchgang, über eine Strecke von ca. 500 Meter (m). Der zweite Phasenabschnitt ist der sogenannte Zielanflug, der sich vom Ende des ersten Phasenabschnitts, also ab einer Distanz von ca. 500 m ab Mündungsdurchgang, bis zum Erreichen des Ziels erstreckt.
Beim Durchgehen des Penetrators durch das Waffenrohr und insbesondere beim Passieren der Mündung erfährt der Penetrator Störungen normal (orthogonal) zur Flugrichtung. Der erste Phasenabschnitt ist deswegen geprägt durch eine Anfangspendelung, bei welcher der Penetrator mittels des Leitwerks hinsichtlich der Störungen stabilisiert, also eingependelt, werden muss. Hierzu ist es erforderlich, dass das Leitwerk eine große Luftleitfläche aufweist, womit ein hoher Luftwiderstand einhergeht.
Während des zweiten Phasenabschnitts, also nach Abklingen der Anfangspendelung, sollte der Luftwiderstand des Penetrators möglichst gering sein, um dessen Fluggeschwindigkeit nicht übermäßig zu verzögern. Denn die endballistische Leistung bzw. kinetische Energie des Hauptkörpers des Penetrators im bzw. auf das Ziel wird in hohem Maße von seiner Fluggeschwindigkeit charakterisiert. Entsprechend ist es für den zweiten Phasenabschnitt wünschenswert, dass das Leitwerk zum Erzielen eines geringen Luftwiderstands eine möglichst kleine Luftleitfläche aufweist.
Idealerweise sorgt das Leitwerk insofern während des ersten Phasenabschnitts für eine hinreichende Stabilisierung der Anfangspendelung (hoher Luftwiderstand), während des zweiten Phasenabschnitts hingegen für einen geringen Luftwiderstand des Penetrators. Derzeit bekannte Leitwerke sind daher hinsichtlich ihrer Luftleitfläche als Kompromiss zwischen dem ersten und dem zweiten Phasenabschnitt ausgelegt und weisen insofern eine mittelgroße Luftleitfläche und damit sowohl während des ersten Phasenabschnitts, als auch während des zweiten Phasenabschnitts einen moderaten Luftwiderstand auf.
Darüber hinaus ist während der (außen-)ballistischen Flugphase das Leitwerk hohen thermischen Belastungen ausgesetzt, bei welchen sich das Leitwerk insbesondere aufgrund der Luftreibung auf über 1000° Kelvin (K) erhitzt. Insofern muss das Leitwerk weiterhin auch eine ausreichend hohe thermische Belastbarkeit aufweisen. Die bekannten Leitwerke sind daher insgesamt aus einem entsprechend temperaturbeständigen Werkstoff gefertigt, da andernfalls ein Schmelzen des Leitwerks und damit verbunden Störungen der ballistischen Flugphase auftreten können.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Penetrator mit einem hinsichtlich der zuvor beschriebenen Problematik optimierten Leitwerk bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Penetrator mit den Merkmalen von Anspruch 1. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass das Leitwerk eine Segmentierung mit einem zumindest teilweise auf den Hauptkörper aufgeschobenen (und ggf. an diesem befestigen) Basissegment und mit zumindest einem an dem Basissegment befestigten und eine Luftleitfläche des Basissegments vergrößernden Opfersegment aufweist, wobei mittels der Segmentierung das Leitwerk derart ausgebildet ist, dass sich die Luftleitfläche des Leitwerks bei Überschreiten einer definierten Schwelltemperatur des Leitwerks, insbesondere einer Schwelltemperatur von mindestens 500° K, durch zumindest teilweises Abscheiden des Opfersegments verkleinert.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass während der (außen-) ballistischen Flugphase des Penetrators, also dem Weg von der Mündung bis ins Ziel, eine selbsttätige Anpassung der Luftleitfläche des Leitwerks und damit des Luftwiderstands des Penetrators realisiert ist. Dadurch wird die Effektivität des Hauptkörpers des Penetrators, insbesondere dessen endballistische Wirkung, auf vorteilhafte Weise optimiert. Insofern bietet der erfindungsgemäße Penetrator den Vorteil einer gegenüber bekannten Penetratoren gesteigerten Leistungsfähigkeit bei Beibehaltung der bzw. gleichbleibender Präzision.
Unter dem Begriff Schwelltemperatur ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung keine exakte Temperatur, sondern vielmehr ein festgelegter Temperaturbereich zu verstehen, dessen Bandbreite, insbesondere mindestens 500 °K ± 50° K, sich für den Fachmann unter Zuhilfenahme seines Fachwissens unproblematisch aus zu berücksichtigenden Umweltbedingungen, insbesondere Werkstoffeigenschaften des Leitwerks und dessen Temperatur beim Übergang von dem ersten in den zweiten Phasenabschnitt, erschließt.
Da sich, wie eingangs erwähnt, der Penetrator bzw. dessen Leitwerk während der (außen-)ballistischen Flugphase, also mit zunehmender Flugdauer, zunehmend erhitzt, kann der Zeitpunkt des Abscheidens des Opfersegments durch ein gezieltes Festlegen der Schwelltemperatur eingestellt werden.
Vorzugsweise wird die Schwelltemperatur daher derart definiert, dass sie derjenigen Temperatur des Leitwerks entspricht, die das Leitwerk beim oder kurz nach dem Übergang von dem ersten Phasenabschnitt in den zweiten Phasenabschnitt aufweist.
Somit kann in diesem Fall das Leitwerk aufgrund der Segmentierung derart ausgebildet sein, dass das Abscheiden des Opfersegments bzw. die Verkleinerung der Luftleitfläche beim Beginn oder kurz nach Beginn des zweiten Phasenabschnitts eintritt. Mit anderen Worten ist also vorgesehen, dass mittels Abscheidens von Segmenten des Leitwerks der Luftwiderstand des Penetrators während der (außen-)ballistischen Flugphase an die jeweiligen Anforderungen der einzelnen Phasenabschnitte anpassbar ist.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Leitwerk derart auslegbar bzw. ausgelegt ist, dass die eingangs genannten Anforderungen an den ersten und den zweiten Phasenabschnitt der (außen-)ballistischen Flugphase jeweils optimal erfüllbar sind. So ist das Leitwerk mittels der Segmentierung derart konzipierbar bzw. konzipiert, dass es während des ersten Phasenabschnitts die für die Stabilisierung der Pendelung erforderliche große Luftleitfläche aufweist, welche sich aufgrund der definierten Schwelltemperatur zum oder ab Beginn des zweiten Phasenabschnitts durch Abscheiden des Opfersegments verkleinert, um den für den zweiten Phasenabschnitt geringen Luftwiderstand und damit verbunden eine hohe kinetische Energie bzw. einen geringen Geschwindigkeitsabfall des Penetrators zu gewährleisten.
Vorzugsweise ist das Basissegment hülsen- oder rohrförming ausgebildet. Auch eine Ausbildung als Strangpressprofil, insbesondere mit n-eckigem Querschnitt (mit n ≥ 3), ist denkbar. Vorzugsweise erfolgt die Wahl der Geometrie des Basissegments in Abhängigkeit von der Geometrie des Hauptkörpers, an welchem das Basissegment bzw. das Leitwerk zu befestigen bzw. befestigt ist. Insofern ist das Basissegment bevorzugt komplementär zu dem Hauptkörper ausgebildet.
Insbesondere kann in einem Ausführungsbeispiel die Luftleitfläche teilweise, größtenteils oder sogar vollständig durch das Opfersegment bzw. die Opfersegmente gebildet sein.
Insofern kann bei diesem Ausführungsbeispiel die Luftleitfläche durch das Abscheiden des Opfersegments nahezu vollständig oder gar vollständig verschwinden.
Alternativ dazu ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Luftleitfläche durch zumindest ein auf einer Außenseite des Basissegments angeordnetes und sich radial von dem Basissegment weg erstreckendes Luftleitelement gebildet ist, wobei sich das Opfersegment zur Vergrößerung der Luftleitfläche in Verlängerung des Luftleitelements erstreckt und an dem Luftleitelement, insbesondere stoffschlüssig, befestigt ist. Insofern ist die Luftleitfläche zumindest vor dem Abscheiden des Opfersegments durch das Luftleitelement und das daran befestigte Opfersegment gebildet. Das Luftleitelement hingegen ist dauerhaft an dem Basissegment befestigt bzw. bleibt daran angeordnet, sodass auch nach dem Abscheiden des Opfersegments noch ein zumindest geringfügiger Teil der Luftleitfläche in Form des Luftleitelements verbleibt. Vorteilhafterweise wird dadurch auch während des zweiten Phasenabschnitts, also nach dem Abscheiden des Opfersegments, eine zuverlässige Stabilisierung des Hauptkörpers gewährleistet, sodass dieser in seiner Flugbahn stabil bleibt.
Insbesondere ist das Luftleitelement einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem Basissegment ausgebildet. Es ist denkbar, dass das oder die Luftleitelemente aus identischem Material wie das Basissegment ausgebildet und stoffschlüssig am Basissegment befestigt sind, bspw. verschweißt sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Basissegment mehrere, insbesondere vier oder fünf, die Luftleitfläche zumindest anteilig bildende Luftleitelemente auf, an welchen jeweils ein Opfersegment angeordnet ist. Vorteilhafterweise wird dadurch die Stabilität des Penetrators während der (außen-)ballistischen Flugphase weiter verbessert. Insofern ist vorgesehen, dass der Penetrator genauso viele Opfersegmente aufweist wie Luftleitelemente. Vorzugsweise sind die Luftleitelemente dabei gleichmäßig über die Mantelfläche oder den Umfang des Basissegments verteilt bzw. weisen jeweils den gleichen Abstand bzw. Winkelabstand zu den unmittelbar benachbart angeordneten Luftleitelementen auf. Wie oben bereits beschrieben, erstrecken sich die Opfersegmente vorzugsweise jeweils in Verlängerung des betreffenden Luftleitelements.
Vorzugsweise ist vorgesehen bzw. vorzugsweise ist das Opfersegment derart ausgebildet, dass das Opfersegment zur Verkleinerung der Luftleitfläche ablatiert. Insofern beginnt das Opfersegment bei Überschreitung der Schwelltemperatur sich durch Ablation abzuscheiden. Unter dem Begriff „Ablation“ ist dabei im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein kontinuierliches Abtragen des Werkstoffs des Opfersegments zu verstehen, wobei das Opfersegment bzw. dessen noch nicht ablatierter Rest stets weiter mit dem Luftleitelement bzw. Basissegment verbunden bleibt. Bildlich gesprochen ist der Begriff „Ablation“ insofern mit dem Abschmelzen eines Eisbergs (Opfersegment) vergleichbar. Das Abscheiden des Opfersegments in Form von Ablation gewährleistet eine kontinuierliche bzw. stufenweise, jedoch nicht schlagartige Verkleinerung der Luftleitfläche. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein verbesserter, sozusagen weicherer, Übergang von dem ersten Phasenabschnitt in den zweiten Phasenabschnitt stattfindet und das Einpendeln des Hauptkörpers bzw. Penetrators dadurch weiter optimiert wird.
Bevorzugt ist das Opfersegment daher aus einem Werkstoff gefertigt, dessen Schmelzpunkt, insbesondere Schmelzpunktbereich, im Wesentlichen der Schwelltemperatur des Leitwerks (bspw. mindestens 500 °K) entspricht. Hierbei handelt es sich um eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Opfersegments zur Gewährleistung der zuvor erwähnten Ablation. Dem Fachmann ist dabei bewusst, dass aufgrund der intrinsischen Eigenschaften von Werkstoffen und der von Umweltparametern abhängigen Schwankungsbreite der Schwelltemperatur des Leitwerks beim Übergang von dem ersten zu dem zweiten Phasenabschnitt der Schmelzpunkt des Werkstoffs des Opfersegments unter Umständen nicht exakt auf die Schwelltemperatur abstimmbar ist. Der Begriff „im Wesentlichen“ ist daher vorliegend derart zu verstehen, dass es sich bei dem Schmelzpunkt vielmehr um einen Schmelzpunktbereich, insbesondere mit einer Fehlerbreite im Bereich von ±50°, handelt bzw. der Schmelzpunkt auf für den Fachmann verständliche Weise im Bereich der Schwelltemperatur liegt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Basissegment und das Opfersegment aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind. Dadurch sind die Eigenschaften des Leitwerks auf vorteilhafte Weise an die jeweiligen Anforderungen der ballistischen Flugphase anpassbar. Bspw. kann das Opfersegment, da es ohnehin abgeschieden wird, aus einem vergleichsweise günstigen Werkstoff und das Basissegment, das eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen sollte, aus einem besonders hochwertigen bzw. hitzebeständigen Werkstoff gefertigt werden. Darüber hinaus ermöglicht die Ausbildung von Basissegment und Opfersegment aus unterschiedlichen Werkstoffen vorteilhafterweise eine konstruktiv einfache Umsetzung der zuvor erwähnten Ablation.
Daher ist vorzugsweise der Schmelzpunkt des Werkstoffs des Opfersegments niedriger als der Schmelzpunkt des Werkstoffs des Basissegments, sodass das Opfersegment bei Überschreitung der Schwelltemperatur intrinsisch beginnt zu ablatieren. Dazu ist bspw. denkbar, dass der Schmelzpunkt des Basissegments mindestens 1,5 mal so hoch, vorzugsweise mindestens 1,8 mal so hoch, weiter vorzugsweise mindestens doppelt so hoch ist, wie der Schmelzpunkt des Opfersegments (der im Wesentlichen der Schwelltemperatur entspricht). Dadurch wird sichergestellt, dass das Basissegment stets die notwendige Temperaturbeständigkeit aufweist und gleichzeitig das vorteilhafte Ablatieren des Opfersegments ermöglicht ist.
Für das Basissegment kann Stahl als Werkstoff eingesetzt werden. Stahl weißt eine Schmelztemperatur von ca. 1750 °K auf. Das Basissegment und ggf. das oder die davon weg erstreckenden Luftleitelemente können unabhängig davon aus Stahlfeinguss, aus dem Vollen gefräst oder als Schweißkonstruktion ausgebildet sein.
Im Konkreten können das oder die Opfersegmente jeweils aus Zinn ausgebildet sein. Zinn weißt eine Schmelztemperatur von ca. 500 °K auf. Der Schmelzpunkt des Basissegments (Stahl) wäre damit mehr als doppelt so hoch wie der Schmelzpunkt des aus Zinn ausgebildeten Opfersegments (hier im Beispiel ca. 3,5 mal so hoch).
Ebenfalls denkbar ist, dass das oder die Opfersegmente jeweils aus Zink ausgebildet sind. Zink weißt eine Schmelztemperatur von ca. 700 °K auf. Der Schmelzpunkt des Basissegments (Stahl) wäre damit mehr als doppelt so hoch wie der Schmelzpunkt des aus Zink ausgebildeten Opfersegments (hier im Beispiel ca. 2,5 mal so hoch).
Alternativ hierzu können das oder die Opfersegmente jeweils aus Aluminium ausgebildet sind. Aluminium weißt eine Schmelztemperatur von ca. 930 °K auf. Der Schmelzpunkt des Basissegments (Stahl) wäre damit mehr als 1,8 mal so hoch wie der Schmelzpunkt des aus Aluminium ausgebildeten Opfersegments (hier im Beispiel ca. 1,88 mal so hoch).
Alternativ zur Ablation ist vorzugsweise vorgesehen bzw. ist das Opfersegment derart mit dem Basissegment bzw. dem Luftleitelement verbunden, dass sich das Opfersegment zur Verkleinerung der Luftleitfläche von dem Basissegment bzw. dem jeweiligen Luftleitelement ablöst. Insofern ist in diesem Fall vorgesehen, dass bei Überschreiten der Schwelltemperatur das Abscheiden des Opfersegments durch Ablösen stattfindet. Unter dem Begriff „Ablösen“ ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein stufenloses bzw. schlagartiges und vollständiges Entfernen bzw. Abtrennen des Opfersegments in seiner Gesamtheit von dem Basissegment bzw. dem Luftleitelement zu verstehen. Im Gegensatz zu der vorstehend erörterten Ablation findet beim Ablösen also keine kontinuierliche, sondern eine schlagartige Verkleinerung der Luftleitfläche statt. Hierdurch weist der Penetrator beim Abscheiden des Opfersegments sofort einen deutlich verringerten, ggf. sogar den geringstmöglichen, Luftwiderstand auf, sodass sich auf vorteilhafte Weise eine höhere kinetische Energie und damit ein höherer endballistischer Effekt des Hauptkörpers des Penetrators im Ziel ergibt.
Bevorzugt ist dazu vorgesehen, dass das Basissegment und das Opfersegment bzw. das Luftleitelement und das Opfersegment stoffschlüssig mittels eines Verbundstoffes, insbesondere mittels Schmelzklebstoff oder Lot, verbunden sind, wobei die Schmelztemperatur des Verbundstoffes im Wesentlichen der Schwelltemperatur des Leitwerks entspricht. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf konstruktiv einfach umsetzbare und kostengünstige Weise das Ablösen des Opfersegments ermöglicht ist. Insofern findet in diesem Fall das Ablösen des Opfersegments an durch den Verbundstoff gebildeten Sollbruchstellen bzw. Solltrennstellen statt. Wie zuvor bereits in Bezug auf die Ablation erwähnt, ist auch hier, wie dem Fachmann zweifelsfrei bekannt, nur schwer eine exakte Abstimmung der Schmelztemperatur des Verbundstoffes auf die Schwelltemperatur möglich, sodass auch die Schmelztemperatur vorliegend als Schmelztemperaturbereich, insbesondere mit einer Bandbreite von ±50°, zu verstehen ist.
Als geeigneter Klebstoff kann bspw. Weichlot bis 500 °K eingesetzt werden. Dies trägt zu einer verzögerten Wärmeleitung in die Trennstelle zwischen Opfersegment und Luftleitelement bzw. Basissegment bei.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist zumindest das Basissegment, optional das Basissegment und das oder die Luftleitelemente, insbesondere auch das Opfersegment, aus einem hitzebeständigen Werkstoff gefertigt. Der Begriff „hitzebeständig“ ist dabei derart zu verstehen, dass ein Schmelzpunkt des Werkstoffes größer, insbesondere doppelt so groß, ist, als die maximal mögliche Temperatur, auf welche sich der Penetrator bzw. das Leitwerk im Verlauf der ballistischen Flugphase insbesondere aufgrund der dabei auftretenden Luftreibung erhitzen kann bzw. erhitzt. Dies gewährleistet auf vorteilhafte Weise die während der (außen-) ballistischen Flugphase erforderliche Temperaturbeständigkeit des Leitwerks. Für den Fall, dass das Leitwerk, wie vorstehend bereits erörtert, ablatierend ausgebildet ist, ist nur das Basissegment aus dem hitzebeständigen Werkstoff gefertigt. Wie oben bereits angedeutet, kann hierzu bspw. Stahl als Werkstoff eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist, sofern zur Verkleinerung der Luftleitfläche das zuvor beschriebene Ablösen des Opfersegments vorgesehen ist, zusätzlich zu dem Basissegment auch das Opfersegment aus einem hitzebeständigen Werkstoff gefertigt. Bevorzugt sind in diesem Fall das Opfersegment und das Basissegment aus demselben Werkstoff gefertigt, sodass das Leitwerk einfach und kostengünstig herstellbar ist. Bspw. können hierzu Basissegment, Luftleitelement(e) und Opfersegment(e) jeweils aus Stahl ausgebildet sein. Alternativ kann das Opfersegment in diesem Fall auch aus einem anderen, gleichwohl ebenfalls hitzebeständigen, Werkstoff gefertigt sein, wobei der Schmelzpunkt dieses Werkstoffs mindestens der Schwelltemperatur entspricht.
Das Geschoss mit den Merkmalen von Anspruch 10 weist einen Penetrator und einen Treibkäfig auf und zeichnet sich dadurch aus, dass der Penetrator erfindungsgemäß, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet ist. Es ergeben sich die diesbezüglich bereits genannten Vorteile. Vorzugsweise ist das Geschoss als unterkalibriges Wuchtgeschoss ausgebildet.
Die patronierte Munition mit den Merkmalen von Anspruch 11 weist ein Geschoss und eine Treibladung auf und zeichnet sich dadurch aus, dass das Geschoss erfindungsgemäß, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet ist. Es ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Penetrators gemäß Anspruch 12 wird dieser zur Bekämpfung eines gepanzerten Ziels, insbesondere eines gepanzerten Ziels mit reaktiver Panzerung, eingesetzt. Der Penetrator weist dabei die im Vorfeld bereits genannten Vorteile auf.
Bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen:

1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Penetrators mit einem vorteilhaften Leitwerk; und
2 eine vereinfachte perspektivische Darstellung des vorteilhaften Leitwerks aus 1.

1 zeigt in einer vereinfachten schematischen Darstellung einen Penetrator 1 zur Verwendung bei der Bekämpfung eines gepanzerten Ziels. Zusammen mit einem in 1 anhand gestrichelter Linien angedeuteten Treibkäfig 2 bildet der Penetrator 1 ein Geschoss 3, welches insbesondere als unterkalibriges Wuchtgeschoss ausgebildet ist. Das Geschoss 3 wiederum ist zusammen mit in 1 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten weiteren Elementen, insbesondere einer Treibladung und einer Hülse, Bestandteil einer patronierten Munition 4.
Der Penetrator 1 erzielt seine Zielbekämpfungswirkung alleine durch kinetische Energie. Hierzu weist der Penetrator 1 einen sich entlang einer Längsachse L erstreckenden zylinder- oder stiftförmigen Hauptkörper 5 auf, der gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Schwermetall, insbesondere Wolframschwermetall, gebildet ist. Der Hauptkörper 5 weist einen dem zu bekämpfenden Ziel zugeordneten ersten Endabschnitt 6 auf, der spitzzulaufend bzw. kegelförmig ausgebildet ist (Penetratorspitze). An einem dem ersten Endabschnitt 6 gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 7 des Hauptkörpers 5 (Penetratorheck) ist ein Leitwerk 8, insbesondere stoffschlüssig, an dem Hauptkörper 5 befestigt.
Das Leitwerk 8 dient dazu bzw. ist dazu ausgebildet, den Hauptkörper 5 bzw. Penetrator 1 während einer (außen-) ballistischen Flugphase aerodynamisch zu stabilisieren. Bei der (außen-)ballistischen Flugphase handelt es sich im Wesentlichen um die Flugstrecke des Penetrators 1 ausgehend von der Mündung eines vorliegend nicht gezeigten Waffenrohrs, aus welchem der Penetrator 1 bzw. das Geschoss 3 abgefeuert wird, bis zum Einschlag in das zu bekämpfende Ziel. Die (außen-)ballistische Flugphase wiederum ist in zwei Phasenabschnitte unterteilbar:
Der erste Phasenabschnitt erstreckt sich vom Beginn der (außen-)ballistischen Flugphase, also dem Durchgang des Penetrators 1 bzw. Geschosses 3 durch die Mündung des Waffenrohrs, über eine Strecke von ca. 500 Meter (m), wo er in den zweiten Phasenabschnitt übergeht. Der zweite Phasenabschnitt wiederum erstreckt sich vom Ende des ersten Phasenabschnitts, also ab einer Distanz von ca. 500 m ab Mündungsdurchgang, bis zum Erreichen des zu bekämpfenden Ziels.
Die aerodynamischen bzw. ballistischen Anforderungen an das Leitwerk 8 zur Stabilisierung des Penetrators 1 sind dabei während des ersten und des zweiten Phasenabschnitts deutlich unterschiedlich zueinander, insbesondere sogar gegensätzlich. Während im Verlauf des ersten Phasenabschnitts eine durch das Leitwerk 8 erzeugte Stabilisierung zum Ausgleich einer auf Störungen normal zur Flugrichtung beruhenden Anfangspendelung des Penetrators 1 vergleichsweise hoch sein sollte, womit ein vergleichsweise hoher Luftwiderstand einhergeht, sollte während des zweiten Phasenabschnitts der Luftwiderstand und damit zusammenhängend der Geschwindigkeitsabfall des Penetrators 1 wiederum möglichst gering sein, da die kinetische Energie und damit die Penetrationswirkung des Hauptkörpers 5 des Penetrators 1 im Ziel maßgeblich von dessen Fluggeschwindigkeit abhängt.
Um diese unterschiedlichen Anforderungen jeweils zu befriedigen, ist bei dem vorliegenden Penetrator 1 vorgesehen, dass das Leitwerk 8 vorteilhafterweise segmentiert ausgebildet ist (Leitwerk 8 weist Segmentierung auf), wodurch eine Verringerung des Luftwiderstands des Penetrators 1 im Verlauf der (außen-)ballistischen Flugphase realisierbar ist.
2 zeigt dazu eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Leitwerks 8 des in 1 gezeigten Penetrators 1.
Das Leitwerk 8 weist ein vorliegend hülsenförmig ausgebildetes Basissegment 9 auf, welches im in 1 beispielhaft dargestellten montierten Zustand des Penetrators 1 zumindest teilweise im Bereich des zweiten Endabschnitts 7 auf den Hauptkörper 5 aufgeschoben und dort befestigt ist. Insofern ist das Basissegment 9 vorzugsweise komplementär zu dem Hauptkörper 5 bzw. dem zweiten Endabschnitt 7 ausgebildet. Dabei ist insbesondere auch eine Ausbildung als Strangpressprofil denkbar.
Das Leitwerk 8 weist weiterhin mehrere, im Beispiel fünf, Luftleitelemente 10 auf, welche an einer Außenseite 9` des Basissegments 9 sich radial von dem Basissegment 9 bzw. der Außenseite 9` weg erstreckendend angeordnet sind. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Luftleitelemente 10 einstückig mit dem Basissegment 9 ausgebildet und gleichmäßig über den Umfang des Basissegments 9 verteilt angeordnet. Alternativ ist auch eine separate Ausbildung der Luftleitelemente 10 und entsprechend eine insbesondere stoff- oder formschlüssige Befestigung der Luftleitelemente 10 an dem Basissegment 9 denkbar, bspw. durch Verschweißen.
An den Luftleitelementen 10 wiederum ist jeweils ein Opfersegment 11 angeordnet und befestigt, welches sich radial außen in Verlängerung des jeweiligen Luftleitelements 10 erstreckt.
Insofern ist vorliegend die Segmentierung des Leitwerks 8 durch das oder die Luftleitelemente 10 aufweisende Basissegment 9 und die Opfersegmente 11 realisiert. Die Luftleitelemente 10 und die Opfersegmente 11 bilden dabei gemeinsam eine Luftleitfläche 12 des Leitwerks 8 bzw. Penetrators 1, mittels welcher der besagte Luftwiderstand des Penetrators 1 erzeugt wird.
Gemäß einem vorliegend nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Luftleitfläche 12 alleine durch das bzw. die Opfersegmente 11 gebildet ist und insofern keine an dem Basissegment 9 angeordneten Luftleitelemente 10 vorhanden sind bzw. die Opfersegmente 11 die Luftleitelemente 10 darstellen. In diesem Fall weist das Leitwerk 8 zumindest ein Opfersegment 11 auf, das sich radial von der Außenseite 9` des Basissegments 9 weg erstreckend an diesem angeordnet ist und die Luftleitfläche 12 bildet.
Bei dem vorliegenden vorteilhaften Leitwerk 8 ist vorgesehen, dass sich die Luftleitfläche 12 im Verlauf der (außen-) ballistischen Flugphase durch zumindest teilweises Abscheiden des Opfersegments 11 bzw. der Opfersegmente 11 verkleinert, um, wie vorstehend bereits erörtert, in dem ersten Phasenabschnitt und dem zweiten Phasenabschnitt den jeweils optimalen Luftwiderstand des Penetrators 1 zu gewährleisten.
Das Abscheiden der Opfersegmente 11 erfolgt dabei in Abhängigkeit des Überschreitens einer definierten Schwelltemperatur des Leitwerks 8. Während der (außen-) ballistischen Flugphase ist das Leitwerk 8 hohen thermischen Belastungen ausgesetzt, wobei sich das Leitwerk 8 aufgrund der Luftreibung mit zunehmender Flugdauer immer weiter, insbesondere auf über 1000° K, erhitzt. Basierend auf dem Effekt der zunehmenden Erhitzung mit zunehmender Flugdauer kann die Schwelltemperatur derart definiert werden, dass sie der Temperatur des Leitwerks 8 beim Übergang von dem ersten in den zweiten Phasenabschnitt entspricht. In anderen Worten ist anhand der Schwelltemperatur der Zeitpunkt des Übergangs von dem ersten in den zweiten Phasenabschnitt definierbar.
Vorliegend ist die Schwelltemperatur daher derart definiert, dass sie der Temperatur des Leitwerks 8 beim Übergang von dem ersten in den zweiten Phasenabschnitt entspricht. Insbesondere kann die Schwelltemperatur dabei im Bereich von mindestens 500° K liegen, wie oben erläutert. Insofern findet mit Beginn des zweiten Phasenabschnitts das teilweise Abscheiden der Opfersegmente 11 und damit die Verkleinerung der Luftleitfläche 12 statt. Vorteilhafterweise sind dadurch die Anforderungen hinsichtlich des Luftwiderstands des Leitwerks 8 optimal an die Bedingungen der beiden Phasenabschnitte anpassbar bzw. darauf abgestimmt. Das Abscheiden der Opfersegmente 11 kann dabei auf zwei verschiedene Arten erfolgen:

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Abscheiden der Opfersegmente 11 in Form von Ablation (vergleiche Definition weiter oben) erfolgt. In diesem Fall verkleinert sich die Luftleitfläche 12 bei Überschreiten der Schwelltemperatur, also ab Beginn des zweiten Phasenabschnitts, kontinuierlich, sodass eine optimale aerodynamische Stabilisation des Penetrators 1 gewährleistet ist.

Um die Ablation zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass das Basissegment 9 und die Opfersegmente 11 aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind, wobei der Schmelzpunkt des Werkstoffs der Opfersegmente 11 im Wesentlichen der definierten Schwelltemperatur entspricht. Dadurch ist auf konstruktiv einfache Weise gewährleistet, dass sich die Luftleitfläche 12 ab Beginn des zweiten Phasenabschnitts verkleinert. Bspw. sind die Opfersegmente 11 dazu aus Zinn gefertigt, dessen Schmelzpunkt im Bereich von 500° Kelvin liegt. Hierbei handelt es sich um diejenige Schwelltemperatur, die das Leitwerk 8 ungefähr beim Übergang von dem ersten in den zweiten Phasenabschnitt aufweist. Das Basissegment 9 und die vorliegend einstückig damit ausgebildeten Luftleitelemente 10 wiederum sind aus einem temperaturbeständigen und insofern den während der ballistischen Flugphase auftretenden thermischen Belastungen gegenüber robusten Werkstoff gefertigt, bspw. aus Stahl. Damit ist auch während des zweiten Phasenabschnitts, insbesondere nach der kompletten Ablation der Opfersegmente 11, durch Vorhandensein der Luftleitelemente 10 zumindest noch ein Mindestmaß an aerodynamischer Stabilität für den Penetrator 1 gewährleistet ist.
Alternativ zur Ablation ist gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Abscheiden der Opfersegmente 11 zur Verkleinerung der Luftleitfläche 12 in Form eines Ablösens (vergleiche Definition weiter oben) erfolgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist also vorgesehen, dass sich bei Überschreiten der definierten Schwelltemperatur, also dem Beginn des zweiten Phasenabschnitts, die Opfersegmente 11 im Wesentlichen sofort vollständig von dem Basissegment 9 entfernen, sodass die Luftleitfläche 12 schlagartig minimiert ist oder gar, sofern die Luftleitfläche 12 vollständig alleine durch die Opfersegmente 11 gebildet ist, gänzlich verschwindet. Durch den damit einhergehenden sofortigen geringeren Luftwiderstand wird der Geschwindigkeitsabfall des Penetrators 1 während des zweiten Phasenabschnitts vorteilhafter Weise weitestgehend minimiert.
Um das Ablösen der Opfersegmente 11 zu ermöglichen, ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Opfersegmente 11 stoffschlüssig mittels eines Verbundstoffes 13, insbesondere Schmelzklebstoff oder Lot (bspw. Weichlot), mit den Luftleitelementen 10 verbunden sind, wobei die Schmelztemperatur des Verbundstoffes 13 im Wesentlichen der festgelegten Schwelltemperatur des Leitwerks 8 entspricht. Die Befestigung der Opfersegmente 11 an den Luftleitelementen 10 mittels des Verbundstoffes 13 ist in 2 exemplarisch anhand des mit gestrichelten Linien dargestellten vergrößerten Ausschnitts A gezeigt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist insofern vorgesehen, dass das Abscheiden bzw. Ablösen der Opfersegmente 11 an Sollbruchstellen bzw. Solltrennstellen stattfindet.
Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist zumindest das Basissegment 9 aus dem hitzebeständigen Werkstoff gefertigt. Vorzugsweise sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel auch die Opfersegmente 11 aus einem hitzebeständigen Werkstoff, insbesondere demselben Werkstoff wie das Basissegment 9, gefertigt. Vorteilhafterweise ist das Leitwerk 8 dadurch gegebenenfalls kostengünstiger und/oder einfacher herstellbar, wobei zudem sichergestellt ist, dass auch während des ersten Phasenabschnitts die Opfersegmente 11 nicht durch thermische Belastung beschädigt werden.
Die beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele des Leitwerks 8 (Ablation/Ablösen) unterscheiden sich insofern hauptsächlich hinsichtlich ihrer Leitwerkskonfigurationen während des zweiten Phasenabschnitts und insbesondere hinsichtlich des für die Opfersegmente 11 verwendeten Werkstoffs.
Das erste Ausführungsbeispiel weist sowohl während des ersten, als auch während des zweiten Phasenabschnitts im Wesentlichen dieselbe Leitwerkskonfiguration, nämlich eine durch die Luftleitelemente 10 und die Opfersegmente 11 gebildete Luftleitfläche 12, auf. Insofern bilden bei dem ersten Ausführungsbeispiel auch während des zweiten Phasenabschnitts die Opfersegmente 11 die Luftleitfläche 12 zumindest zeitweise mit.
Das zweite Ausführungsbeispiel hingegen weist hinsichtlich des ersten und des zweiten Phasenabschnitts unterschiedliche Leitwerkskonfigurationen auf. Während des ersten Phasenabschnitts ist die Luftleitfläche 12 durch Luftleitelemente 10 und Opfersegmente 11 gebildet. Während des zweiten Phasenabschnitts hingegen ist, jedenfalls nach Ablösen der Opfersegmente 11, die Luftleitfläche 12 nur noch durch die Luftleitelemente 10 gebildet, da die Opfersegmente 11 bei Überschreiten der Schwelltemperatur vollständig von dem Leitwerk 8 abgeschieden bzw. abgelöst werden.
Trotz der unterschiedlichen Leitwerkskonfigurationen bieten jedoch beide Ausführungsbeispiele jeweils den Vorteil einer gegenüber bekannten Penetratoren höheren kinetischen Energie und damit gesteigerte Leistungsfähigkeit des Penetrators 1 bei gleichzeitiger Beibehaltung der Präzision.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019126604 A1 [0006]

Claims

Penetrator (1) für ein Geschoss (3), mit einem endballistisch wirkenden Hauptkörper (5) und mit einem an dem Hauptkörper (5) befestigten Leitwerk (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Leitwerk (8) eine Segmentierung mit einem zumindest teilweise auf den Hauptkörper (5) aufgeschobenen Basissegment (9) und mit zumindest einem an dem Basissegment (9) befestigten und eine Luftleitfläche (12) des Basissegments (9) vergrößernden Opfersegment (11) aufweist, wobei mittels der Segmentierung das Leitwerk (8) derart ausgebildet ist, dass sich die Luftleitfläche (12) bei Überschreiten einer definierten Schwelltemperatur des Leitwerks (8), insbesondere einer Schwelltemperatur von mindestens 500 °K, durch zumindest teilweises Abscheiden des Opfersegments (11) verkleinert.
Penetrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitfläche (12) durch zumindest ein auf einer Außenseite (9`) des Basissegments (9) angeordnetes und sich radial von dem Basissegment (9) weg erstreckendes Luftleitelement (10) gebildet ist, und dass das Opfersegment (11) zur Vergrößerung der Luftleitfläche (12) sich in Verlängerung des Luftleitelements (10) erstreckt und an dem Luftleitelement (10), insbesondere stoffschlüssig, befestigt ist.
Penetrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basissegment (9) mehrere die Luftleitfläche (12) bildende Luftleitelemente (10), insbesondere vier oder fünf Luftleitelemente (10), aufweist, an welchen jeweils ein Opfersegment (11) angeordnet ist.
Penetrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Opfersegment (11) zur Verkleinerung der Luftleitfläche (12) ablatiert.
Penetrator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Opfersegment (11) aus einem Werkstoff gefertigt ist, dessen Schmelzpunkt, insbesondere mindestens 500° K, im Wesentlichen der Schwelltemperatur des Leitwerks (8) entspricht.
Penetrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basissegment (9) und das Opfersegment (11) aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind.
Penetrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Opfersegment (11) zur Verkleinerung der Luftleitfläche (12) von dem Basissegment (9) ablöst.
Penetrator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Basissegment (9) und das Opfersegment (11) stoffschlüssig mittels eines Verbundstoffes (13), insbesondere mittels Schmelzklebstoff oder Lot, verbunden sind, wobei die Schmelztemperatur des Verbundstoffes (13) im Wesentlichen der festgelegten Schwelltemperatur des Leitwerks (8) entspricht.
Penetrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Basissegment (9), vorzugsweise auch das Opfersegment (11), aus einem hitzebeständigen, insbesondere demselben, Werkstoff, gefertigt ist.
Geschoss (3), insbesondere unterkalibriges Wuchtgeschoss, aufweisend einen Penetrator (1) und einen Treibkäfig (2), gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Penetrators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Patronierte Munition (4) aufweisend ein Geschoss (3) und eine Treibladung, gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Geschosses (3) nach Anspruch 10.
Verwendung des Penetrators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Bekämpfung eines gepanzerten Ziels, insbesondere eines gepanzertes Ziel mit reaktiver Panzerung.