DE3430581A1

DE3430581A1 - Geformte hochleistungsladung

Info

Publication number: DE3430581A1
Application number: DE19843430581
Authority: DE
Inventors: Marcel Bernard; Michel De Glintasty; Alain Kerdraon; Alain Bossi
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Giat Industries SA
Current assignee: Giat Industries SA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1983-08-18
Filing date: 1984-08-20
Publication date: 1993-02-25
Also published as: GB8420375D0; GB2280012B; US5322020A; IT1236500B; IT8448737A0; GB2280012A; DE3430581C2; CA1334492C; FR2672380A1; FR2672380B1

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Art geformter Ladungen und insbesondere Hohlladungen mit einer rotationssymmetrischen und gegebenenfalls konischen oder gegebenenfalls V-förmigen Auskleidung, die durch eine Sprengladung angetrieben wird, die ihrer seits von einem Block aus einem Zündsprengstoff ge zündet wird.

Die gegenwärtige Entwicklung auf diesem techni schen Gebiet führt zu dem Bestreben, das Durchschlag vermögen geformter Ladungen und insbesondere von Hohl ladungen erheblich zu steigern. Diese Absicht führte dazu, die Anwendung von Hochleistungs-Auskleidungs geometrien (geschlossene bzw spitze Winkel, verringer te Dicke) in Betracht zu ziehen, die jedoch dann auch gegenüber Herstellungsfehlern sowie insbesondere Ver zerrungen der zur Zündung dienenden Detonationswelle ziemlich empfindlich sind.

Die Hohlladungen und noch allgemeiner die ge formten Ladungen, die bisher angegeben wurden, sind mit einem auf einer Kugelwelle beruhenden Zündsystem (punktuelle Zündung) oder einem auf einer torischen Stoßwelle beruhenden Zündsystem (Ringzündung) ausgerüstet.

Die experimentellen Ergebnisse zeigen, daß der Über gang von der punktuellen Zündung zur Ringzündung hin sichtlich der Durchschlagtiefe in hochfestem Stahl einen Gewinn von etwa 15% bringt. Dennoch liegt ein wesentlicher Nachteil dieses Zündertyps in der mangeln den Reproduzierbarkeit seiner Eigenschaften. Dies be ruht einerseits auf dem natürlicherweise instabilen Charakter von Systemen konvergenter Detonationswellen und andererseits auf der großen Empfindlichkeit des Projektilbildungsmechanismus der die Hohlladung be grenzenden Auskleidung gegenüber Symmetriefehlern der Detonationswelle, wenn sie diese Auskleidung gleichzeitig angreift.

Ein weiteres Problem, das bei diesem Zündertyp generell auftritt, liegt darin, daß die Detonationswelle auf ein maximales Energieniveau gebracht werden muß. Dies erfordert, daß die Detonationswelle auf einem ausreichenden "Detonationsweg" zwischen dem Initiierungs punkt und der Auskleidung verlaufen kann. Diese Forde rung belastet sowohl die Massenbilanzen derartiger Vorrichtungen wie auch ihren Raumbedarf generell in äußerst negativer Weise.

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zu grunde, unter Vermeidung dieser Nachteile eine ge formte Ladung mit verbesserten Eigenschaften anzuge ben, mit der gleichzeitig folgende Fortschritte er zielt werden können:

- Anwendung höchstwirksamer Auskleidungsgeometrien (insbesondere geschlossene bzw. spitze Winkel und verringerte Dicken);
- Anwendung hyperenergetischer Sprengstoffe, die zum Teil nach herkömmlichen Methoden schwierig zu zünden sind, was insbesondere für Sprengstof fe mit TNT als Bindemittel gilt;
- leichte Herstellbarkeit und Montierbarkeit der Ladungen, da ebene Stoßwellen gegenüber Ab weichungen von der koaxialen Lage des Zünder blocks und des Hohlladungsblocks nur wenig empfindlich sind;
- verringerte Masse und verringerter Raumbedarf, da die im Sprengstoff der Ladung erzeugte Stoß welle ein Energieprofil besitzt, das unmittel bar zur Projektilerzeugung durch den Konus der Hohlladung verwendbar ist. Letzterer kann folg lich in unmittelbarer Nachbarschaft des Zünd systems vorgesehen sein;
- Vergrößerung der auf die Auskleidung übertragenen Energie durch die Wirkung der erzeugten axialen Eingrenzung, d. h. durch Begrenzung der rückwärtigen Ausdehnung der Detonationswelle.

Die erfindungsgemäße geformte Ladung besitzt ein Zündsystem, das aufweist:

- Einen Initiierungszünder, der eine Detonations welle in einem Zündsprengstoffblock hervorruft, der aus einem Donatorsprengstoff und einem Akzeptorspreng stoff besteht, und
- einen Hohlraum, der zwischen dem Donatorspreng stoff und dem Akzeptorsprengstoff vorgesehen ist und eine solche Form besitzt, daß die Oberfläche, die ihn auf der Seite des Donatorsprengstoffs begrenzt, mit der Oberfläche, die ihn auf der Seite des Akzeptorspreng stoffs begrenzt, derart zusammenwirkt, daß die Detona tionswelle im Akzeptorsprengstoff und anschließend in der Sprengladung eben sowie senkrecht zur Dreh achse oder zur Symmetrieebene der. Auskleidung ist.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal ist die Oberfläche des Hohlraums auf der Seite des Donatorsprengstoffs flach oder konkav (sphärisch, ellipsoid, paraboloid, hyperboloid etc.) ausgebildet.

Die Oberfläche, die den Hohlraum auf der Seite des Donatorsprengstoffs begrenzt, kann mit einer projektilbildenden Auskleidung überzogen sein, die bei der Zündung auf die Oberfläche des Akzeptor sprengstoffs geschossen wird, die den Hohlraum auf dessen Seite begrenzt.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann die projektilbildende Auskleidung aus einem Metall oder bimetallisch aus zwei Metallen bestehen oder aus organischen Materialien oder organischen und metallischen Materialien zusammengesetzt sein. Die Dicke dieser Auskleidung kann dabei gleichblei bend sein oder sich ändern; im letzteren Fall nimmt sie von der Drehachse zum Umfang hin ab.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann der Hohlraum leer bzw. evakuiert sein oder ein Gas niederen Drucks (Druck 1 bar), beispielsweise Stickstoff, oder ein leicht komprimierbares Material wie einen Schaum enthalten.

Weitere Ausführungsformen des Erfindungskonzepts sind wie folgt gekennzeichnet:

- Die Oberfläche, die den Hohlraum auf der Seite des Akzeptorsprengstoffs begrenzt, kann mit einer Schicht aus einem Metall und/oder einem organischen Material überzogen sein;
- die projektilbildende Auskleidung und die Schicht, die auf der Oberfläche vorgesehen ist, die den Hohlraum auf der Seite des Akzeptorspreng stoffs begrenzt, bilden eine dichte Kapsel;
- der Scheitel (Kegelspitze bzw. Winkelscheitel) der geformten Ladung befindet sich in der Nähe des Hohlraums;
- das Zündsystem allein oder die gesamte Ladung können in einer starren bzw steifen Umhüllung einge schlossen sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungs gemäße Ladung und ihre Zündvorrichtung;

Fig. 2 bis 5 verschiedene Ausführungsformen des Zündsystems, ebenfalls im Querschnitt, sowie

Fig. 6 eine von der projektilbildenden Auskleidung und der Schicht, die den Hohlraum auf der Seite des Akzeptorsprengstoffs be grenzt, gebildete dichte Kapsel, eben falls im Querschnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform eines Zündsystems 1 ist mit einer Hohlladung 2 ver bunden, die in herkömmlicher Weise eine Auskleidung 3 konischer Form und die eigentliche Sprengladung 4 auf weist.

Das Zündsystem umfaßt folgende Bestandteile: Einen punktuell wirkenden Initiierungszünder, einen ersten, als Donatorsprengstoff 6 bezeichneten Spreng stoff, einen zweiten, als Akzeptorsprengstoff 7 be zeichneten Sprengstoff und einen Hohlraum 8, der sich zwischen dem Donatorsprengstoff und dem Akzeptorspreng stoff befindet, wobei das Ganze in einer Umhüllung 9 eingeschlossen ist. Diese Umhüllung kann dabei nur das Zündsystem 1 oder auch die gesamte Ladung voll ständig umgeben. Das Vorliegen einer solchen Umhüllung erhöht die Ausbeute der gesamten Anordnung durch Ein grenzung der Detonationsprodukte, d. h. Begrenzung der Ausdehnung der Detonationswelle.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei spiel besitzt der Hohlraum 8 in der Schnittdarstel lung die Form eines Halbmonds. Die Oberfläche 10 des Donatorsprengstoffs 6 besitzt die Form einer Kugel fläche, deren Zentrum im Zündungspunkt der Ladung liegt. Die Oberfläche 10 ist mit einer projektil bildenden Auskleidung 11 aus einem duktilen Metall überzogen, die im Fall dieses Beispiels aus Kupfer besteht. Die Form der Oberfläche 12, die den Hohl raum auf der Seite des Akzeptorsprengstoffs begrenzt, ist derart festgelegt, daß die Detonationswelle, nachdem die projektilbildende Auskleidung 11 den ge samten Hohlraum 8 durchlaufen hat, in der Nähe des Scheitels der Auskleidung 3 eben ist. Diese Ober fläche wird in folgender Weise bestimmt:

Wenn die sphärische Oberfläche 10 einen Radius R aufweist, der einen Winkel R mit der Achse der Ladung bildet, muß die Oberfläche 12 derart ausgebildet sein, daß, wenn ausgehend von der Ebene 13, die senkrecht zur Achse der Ladung liegt und die Oberfläche 12 tangiert, eine ebene Stoßwelle erzielt werden soll, die folgenden Beziehungen erfüllt sein müssen:

worin bedeuten:
O und M die Schnittpunkte des Radius R mit der Oberfläche 10 bzw. 12,
H die Projektion von M auf die Ebene 13,
D₁ und D₂ die Detonationsgeschwindigkeit des Donatorsprengstoffs bzw. des Akzeptor sprengstoffs,
a der Abstand zwischen der punktuellen Quelle der Initiierungszündung und der Ebene 13
V₀ die Projektilstrahlgeschwindigkeit der Auskleidung 11 und
τ die Zeit, welche die Detonationswelle von der Punktquelle der Initiierungs zündung bis zur Ebene 13 braucht.

Die Oberfläche 12 läßt sich entsprechend durch folgende Wertepaare darstellen:

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform zeigt ein erfindungsgemäßes Zündsystem, bei dem die projektil bildende Auskleidung 11 eine sich ändernde Dicke besitzt. Die Dicke ist dabei im Bereich der Achse der Ladung am größten und nimmt zum Rand des Hohlraums ab. In diesem speziellen Fall nimmt die Masse der Auskleidung pro Flächeneinheit der auf die gegenüberliegende Fläche des Hohlraums bei der Zündung geschleuderten Oberflä che im gleichen Sinn ab. Aus diesem Grund ist die Ge schwindigkeit der Auskleidung im axialen Bereich er heblich kleiner als im Umfangsbereich. Dies führt ins besondere zu einer Verringerung des Abstands OM, d. h. der Dicke des Hohlraums 8 in dem der Achse der Ladung benachbarten Bereich, wodurch wiederum ein Zündsystem mit verringertem Raumbedarf zugänglich ist.

Die gestrichelte Linie 12a in Fig. 2 deutet die Lage der Oberfläche 12 an, die den Hohlraum 8 auf der Seite des Akzeptorsprengstoffs 7 begrenzt, wenn eine projektilbildende Auskleidung 11 mit gleichbleibender Dicke vorliegt.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Er findung dargestellt, bei der die projektilbildende Aus kleidung 11 aus Kupfer besteht, während der Akzeptor sprengstoff 7 mit einer Metallschicht 14, beispiels weise aus Stahl, überzogen ist, was zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Akzeptorsprengstoffs dient.

Darüber hinaus ist der Hohlraum 8 bei diesem Bei spiel mit einem Hohlräume aufweisenden Material ge füllt. Dieses Material kann beispielsweise ein Schaum wie etwa expandiertes Polystyrol sein, das im Augenblick der Zündung stark komprimiert wird.

In Fig. 4 ist eine andere mögliche Form des Hohlraums 8 dargestellt. Die Oberfläche 10 des Donatorsprengstoffs ist plan und mit einer projektil bildenden Auskleidung 11 überzogen, die aus zwei Platten 11a und 11b zusammengesetzt ist. Die Platte 11a kann aus Acrylglas (Plexiglas) oder aus Aluminium und die Platte 11b aus Kupfer bestehen. Diese Kompositstruktur dient zur Verhinderung des Ab tragens der Platte 11b bei der Projektilbildung, da eine eventuelle Abtragung oder Erosion die Bedingungen der Wiederzündung des Akzeptorspreng stoffs 7 verschlechtern könnte.

In Fig. 5 ist ein Zündsystem dargestellt, bei dem die Oberflächen 10 und 12 keinen Überzug auf weisen, was die Herstellung der Vorrichtung verein facht.

In Fig. 6 ist schließlich eine Kapsel dargestellt, die dicht ausgebildet sein kann und von der projektil bildenden Auskleidung 11 und dem metallischen Über zug 14 der Oberfläche 12 gebildet wird.

Im Rahmen des Erfindungskonzepts sind weitere Varianten und Ausführungsformen möglich: So können beispielsweise die Oberflächen 10 ellipsoide, para boloide oder hyperboloide Form und noch allgemeiner eine solche Form besitzen, daß die Oberfläche expan dierbar ist, was bedeutet, daß die tangentialen De formationsspannungen der Platte oder der projektil bildenden Auskleidung im Augenblick der Explosion Zugspannungen sind. Die Hohlräume können ferner ein Gas enthalten, das ein Inertgas wie beispielsweise Stickstoff sein kann. In gleicher Weise kann der Hohlraum auch, insbesondere im Fall des in Fig. 6 dargestellten Hohlraums in Form einer Kapsel, einem Vakuumraum entsprechen. Die projektilbildende Aus kleidung 11 sowie der metallische Überzug 14 können in engem Kontakt mit den Sprengstoffen stehen, können jedoch in gleicher Weise auch so angeordnet sein, daß ein Zwischenraum zwischen den Auskleidungen und der angrenzenden Sprengstoffmasse vorliegt, der einem leeren Raum bzw. Vakuum entsprechen oder Luft oder ein bestimmtes Gas enthalten kann.

Claims

1. Geformte Ladung, insbesondere Hohlladung, mit einer rotationssymmetrischen, gegebenenfalls konischen, oder V-förmigen Auskleidung (3), die durch eine Sprengladung (4) angetrieben ist, die durch ein Zündsystem gezündet wird, das einen Donator sprengstoff (6) und einen Akzeptorsprengstoff (7) um faßt, gekennzeichnet durch

- einen Initiirungszünder (5), der eine Detonations welle im Donatorsprengstoff (6) hervorruft,
- einen Hohlraum (8), der zwischen dem Donatorspreng stoff (6) und dem Akzeptorsprengstoff (7) vorge sehen ist und eine solche Form besitzt, daß die Oberfläche, die ihn auf der Seite des Donatorspreng stoffs (6) begrenzt, mit der Oberfläche, die ihn auf der Seite des Akzeptorsprengstoffs (7) begrenzt, derart zusammenwirkt, daß die Detonationswelle im Akzeptorsprengstoff (7) und danach in der Sprengladung (4) eben und senkrecht zur Drehachse oder zur Symmetrieebene der Auskleidung (3) ist.

2. Ladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche, die den Hohlraum (8) auf der Seite des Donatorsprengstoffs (6) begrenzt, plan ist.

3. Ladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche, die den Hohlraum (8) auf der Seite des Donatorsprengstoffs (6) begrenzt, konkav ist.

4. Ladung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche, die den Hohlraum (8) auf der Seite des Donatorsprengstoffs begrenzt, sphärisch, ellipsoid, paraboloid oder hyperboloid ist.

5. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Oberfläche, die den Hohlraum (8) auf der Seite des Donatorsprengstoffs (6) begrenzt, mit einer projektilbildenden Auskleidung (11) über zogen ist, die bei der Explosion in Projektilform auf die Oberfläche geschleudert wird, die den Hohl raum (8) auf der Seite des Akzeptorsprengstoffs be grenzt.

6. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die projektilbildende Auskleidung (11) aus einem Metall besteht.

7. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die projektilbildende Auskleidung (11) aus einem Kompositmaterial besteht.

8. Ladung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompositmaterial der projektilbildenden Ausklei dung (11) ein aus mehreren Metallen, aus organischen Materialien oder aus organischen und metallischen Materialien zusammengesetztes Material ist.

9. Ladung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die projektilbildende Auskleidung (11) in bezug auf die Drehachse rotationssymmetrisch ist und eine von der Achse zum Umfang hin abnehmende Dicke aufweist.

10. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hohlraum (8) ein Gas niederen Drucks enthält.

11. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hohlraum (8) ein leicht komprimier bares Material wie einen Schaum enthält.

12. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hohlraum (8) auf der Seite des Akzeptorsprengstoffs (7) durch eine Metallschicht und/oder eine organische Schicht (14) begrenzt ist.

13. Ladung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die projektilbildende Auskleidung (11) und die Schicht, die den Hohlraum (8) auf der Seite des Akzeptorspreng stoffs begrenzt, eine dichte Kapsel bilden.

14. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen dem Donatorsprengstoff (6) und der projektilbildenden Auskleidung (11) eine Luftschicht oder eine Gasschicht vorgesehen ist.

15. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, daß der Scheitel der Auskleidung der geformten Ladung in der Nähe des Hohlraums (8) liegt.

16. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß sie innerhalb einer starren Umhüllung (9) vorgesehen ist.