DE3724491A1 - Explosivladung, die einen kern freisetzt - Google Patents

Explosivladung, die einen kern freisetzt

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    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B1/00Explosive charges characterised by form or shape but not dependent on shape of container
    • F42B1/02Shaped or hollow charges
    • F42B1/032Shaped or hollow charges characterised by the material of the liner

Description

Die Erfindung betrifft eine Explosivladung, die einen Kern freisetzt. Derartige Ladungen sind in bekannter Weise durch einen explosiven Stoff gebildet, der auf seiner dem Ziel zugewandten Fläche einen Hohlraum aufweist, der bei­ spielsweise kegelförmig ist und bei welchem der Scheitel­ winkel größer als 110° ist; sie sind mit einer metalli­ schen Abdeckung versehen, deren Dichte im allgemeinen größer als die Dichte von Eisen ist.

Durch die Detonation des explosiven Stoffes werden sehr hohe Druckwerte erzeugt, durch welche die Abdeckung defor­ miert und zu einem Projektil umgeformt wird, dessen Ge­ schwindigkeit in der Größenordnung von ein bis zwei Kilo­ metern pro Sekunde liegt.

Diese Ladungen werden als "Flachladungen" bezeichnet, im Gegenssatz zu den sogenannten "Hohlladungen", bei welchen der Scheitelwinkel des Kegels kleiner als 90° ist. Diese Hohlladungen erzeugen ein Projektil in Form eines ge­ streckten Strahls, welches gegenüber modernen Panzerungen eine geringere Wirkung aufweist als der von einer Flach­ ladung erzeugte Kern.

Flachladungen nach dem Stand der Technik sind durch eine Abdeckung aus einem im allgemeinen metallischen Material von hoher Dichte gebildet, das auf einer Seite mit dem explosiven Stoff und auf der anderen Seite mit Luft in Berührung steht. Im Verlaufe der Detonation erfährt das die Abdeckung bildende Material auf einer seiner Flächen folglich eine Druckbeanspruchung in der Größenordnung von einigen 10 Gigapascal und auf der anderen Fläche einen durch die Luft gebildeten, praktisch verschwindenden Wider­ stand gegenüber einer Ausdehnung. Hieraus ergibt sich, daß die in der Abdeckung angesammelten Spannungen ohne jegliche Abschwächung freigesetzt werden können. Eine solche plötzliche Ausdehnung auf der Luftberührungsseite führt im allgemeinen zu einem Absplittern und einer Ver­ bundlösung des Materials, woraus die Abdeckung gebildet ist, insbesondere am Umfang, so daß ein relativ großer Anteil der Masse der Abdeckung für den abgestoßenen Kern verlorengeht. Dies führt zu einem nur mäßigen Ener­ gieausnutzungsgrad der explosiven Ladung. Infolgedessen ist es nicht möglich, eine "dicke" Abdeckung zu verwen­ den (mit einer Dicke von mehr als 10% bzw. 5% der Länge der explosiven Ladung), weil die Masseverluste bei der Überführung der Masse der Abdeckung in den erhaltenen Kern zu hoch sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung und Anordnung der explosiven Ladung dahingehend zu ver­ bessern, daß Kerne erzeugt werden, welche die Gesamtheit der Masse aus der Abdeckung enthalten.

Weiterhin wird angestrebt, daß der entstandene Kern aerodynamisch und flugstabil ist.

Zu diesem Zweck wird durch die Erfindung eine explosive Ladung geschaffen, die einen Kern freisetzt, mit einer Umkleidung, die durch einen explosiven Stoff in Bewegung gesetzt wird, der durch eine Zündvorrichtung gezündet wird; sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus zwei bündig aneinandergesetzten Platten besteht, nämlich aus einer inneren Platte, die zur Erzeu­ gung des Kerns bestimmt ist und wovon eine Fläche mit dem explosiven Stoff in Berührung ist, und einer äußeren Plat­ te, deren eine Fläche gegen die freie Luft gerichtet ist, und daß die äußere Platte aus einem solchen Material ge­ bildet ist, daß ihre Dichte zwischen 10% und 55% der Dichte des Materials beträgt, woraus die innere Platte ge­ bildet ist, ihre Kompressibilität unter einem Druck von 50 Gigapascal kleiner als oder gleich 50% ist, die Gesamt­ masse der äußeren Platte kleiner als die Gesamtmasse der inneren Platte ist und die Dicke der äußeren Platte an ihren Rändern größer als 25% der Dicke der inneren Platte an ihren Rändern ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mit der äußeren Platte in Berührung stehende Fläche der inneren Platte eine kegelförmige Fläche, deren Schei­ tel gegen den explosiven Stoff gerichtet ist und deren Scheitelwinkel größer als oder gleich 110° ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Oberfläche, an welcher die innere Platte mit der äußeren Platte in Berührung ist, eine kugelförmige Oberfläche, deren konvexe Seite gegen den explosiven Stoff gerichtet ist und deren Durchmesser größer als der 0,5-fache Durch­ messer des explosiven Stoffes ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Dicke der äußeren Platte von ihren Rändern gegen ihre Mitte abnehmend, während die Dicke der inneren Platte von ihren Rändern gegen ihre Mitte zunimmt.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist die äußere Platte ringförmig.

Auf der Oberfläche der äußeren Platte, welche mit der inne­ ren Platte in Berühung steht, sind bei einer weiteren Aus­ führungsform eine bestimmte Anzahl N von radialen Rillen vorgesehen, die von den Rändern ausgehen und miteinander einen Winkel von 2 Π/N Radian bilden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die miteinan­ der in Berührung stehenden Oberflächen der äußeren und der inneren Platte Wellungen auf, wovon eine bestimmte Anzahl P einer Reduzierung der Dicke der Platte entsprechen, wo­ bei diese Berührungsoberflächen eine Symmetrie der Ord­ nung P bezüglich ihrer entsprechenden Achsen aufweisen.

Bei einer praktischen Ausführungsform ist die innere Plat­ te aus einem der folgenden Stoffe gebildet: Uran, Tantal; die äußere Platte ist aus einem der folgenden, gegebenen­ falls legierten Stoffe gebildet: Eisen, Nickel, Aluminium, Titan, Glas. Bei weiteren Ausführungsformen besteht die innere Platte aus Eisen, Kupfer, Nickel oder Molybdän, während die äußere Platte aus Titan, Aluminium, Magnesium oder Glas besteht.

Bei der Zündvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Generator, der ebene Detonationswellen erzeugt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genom­ men wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt einer erfindungs­ gemäß ausgebildeten explosiven Ladung;

Fig. 2 und 4 zwei besondere Ausführungsformen im Teilschnitt;

Fig. 3 und 5 entsprechende Ansichten in den mit F 1 bzw. F 2 bezeichneten Richtungen;

Fig. 6 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Umkleidung;

Fig. 7 eine Ansicht des Teils 6 in Fig. 6 entlang der mit F 3 bezeichneten Richtung; und

Fig. 8 eine Perspektivansicht des Teils 6 in Fig. 6.

Die in Fig. 1 gezeigte explosive Ladung enthält einen explosiven Stoff 2 in einer zylindrischen Kammer 17, die in einem Gehäuse 3 gebildet ist. Der explosive Stoff weist an einem seiner Enden eine Zündvorrichtung 7 bekann­ ter Art und am anderen Ende eine Abdeckung 4 auf. Diese Abdeckung ist aus zwei mit dem Innenumfang der zylindri­ schen Kammer 17 in Berührung stehenden Platten gebildet, nämlich einer inneren Platte 5, die mit dem explosiven Stoff in Berührung ist, und einer äußeren Platte 6, die mit der inneren Platte 5 in Berührung steht (die Berüh­ rungsfläche der Platte 5 ist mit 12 und die der Platte 6 mit 11 bezeichnet). Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausfüh­ rungsform weisen die beiden Platten 5, 6 kugelförmige Oberflächen 11 und 12 sowie 15 und 16 auf, von denen die Oberfläche 15 mit der Luft und die Oberfläche 16 mit dem explosiven Stoff in Berührung ist.

Die äußere Platte 6 steht mit dem Gehäuse 3 über ihre zylindrische Oberfläche 9 in Berührung. Ihre Dicke e 1 an diesem Berührungsbereich ist größer als ihre Dicke e 3 in der Mitte. Umgekehrt weist die innere Platte 5 in ihrer Mitte eine Dicke e 4 auf, die größer als ihre Dicke e 2 am Rand ist. Das Material, aus welchem die äußere Platte 6 gebildet ist, wird in Abhängigkeit von dem Material ge­ wählt, woraus die innere Platte 5 gebildet ist. Seine Dichte beträgt zwischen 10% und 55% der Dichte der inne­ ren Platte. Bei einer praktischen Ausführungsform besteht die innere Platte aus Eisen (Dichte 7800 kg/m3) und die äußere Platte aus Aluminium (Dichte 2700 kg/m3).

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: Nach Deto­ nation der explosiven Ladung wird das Material, aus wel­ chem die innere Platte 5 gebildet ist, durch die Detona­ tionswirkung plötzlich und sehr stark komprimiert. Seine Ausdehnung (die bei bekannten Ladungen im allgemeinen von zerstörerischer Wirkung ist) wird durch die Kompression und anschließend die Dehnung des Materials gehemmt, woraus die äußere Platte 6 besteht. Die Beanspruchungen, die in der inneren Platte 5 entstehen, bleiben daher unterhalb der Bruchgrenze des Materials, woraus die Masse von hoher Dichte gebildet ist. Aus diesem Grunde werden ein Absplit­ tern und Aufbrechen dieser Masse verhindert, so daß ein Kern gebildet wird, der die Gesamtheit der Masse der inne­ ren Platte 5 aufweist.

Hingegen erzeugen die Dehnungsbeanspruchungen, die in dem Material von geringerer Dichte erzeugt werden, woraus die äußere Platte 6 besteht, im Bereich der mit Luft in Berüh­ rung befindlichen Oberfläche 15 die Zerstörung dieser Platte.

Der durch diese Dehnungsbeanspruchung verursachte Energie­ verlust bleibt relativ klein, wenn die äußere Platte eine Gesamtmasse aufweist, die kleiner als die Masse der inne­ ren Platte ist.

Die oben beschriebene Arbeitsweise ist hinreichend gewähr­ leistet, wenn die Kompressibilität des Materials, woraus die äußere Platte besteht, ausreichend klein ist und in der Praxis kleiner als oder gleich 50% unter einem Druck von 50 Gigapascal ist. Die meisten Metalle wie Aluminium, Eisen, Nickel, Kupfer, Magnesium erfüllen diese Forderung. Es kommen aber auch andere Werkstoffe wie Glas oder Kera­ mik in Betracht.

Während für eine Ladung, deren Abdeckung aus nur einer Platte gebildet ist, die geometrische Endform des Projek­ tils im wesentlichen durch die Anfangsverteilung der Ge­ schwindigkeiten gegeben ist, die ihrerseits von der Dicke der Abdeckung und der Geometrie der Grenzfläche zwischen explosivem Stoff und Abdeckung abhängt, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung durch Abstimmung der relati­ ven Dicken der beiden Platten eine Veränderung der geome­ trischen Endform des Projektils, ohne die anfängliche Geschwindigkeitsverteilung zu verändern. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform weist die äußere Platte 6 eine vom Rand zur Mitte abnehmende und die innere Platte eine vom Rand zur Mitte zunehmende Dicke auf. Durch diese Aus­ bildung kann einerseits ein Absplittern der Platte 5 ver­ hindert werden, wie zuvor beschrieben wurde, insbesondere an ihrem Umfangsbereich, wo die Gefahr des Aufbrechens der Abdeckung am größten ist, und andererseits wird eine größere Berührungsfläche 9 zwischen der äußeren Platte und dem Gehäuse 3 erhalten, wodurch ein besserer Ein­ schluß des explosiven Stoffes 2 erreicht wird, mit der Folge, daß die Dehnungsbeanspruchungen des Gehäuses 3 aufgrund der Zentrifugalkraft vermindert werden, durch welche die Erzeugung eines kompakten Kerns behindert wird. Die Energieübertragung aus dem explosiven Stoff in die Abdeckung wird auf diese Weise verbessert.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß durch die Erfindung:

  • - bei gegebener Masse des Projektils für die Inte­ gration in ein Waffensystem die Verwendung von explosiven Ladungen mit einer aus zwei Platten bestehenden Abdeckung zweckmäßig ist, da diese von geringerem Kaliber und geringerer Masse als bei explosiven Ladungen sein können, die eine Abdeckung aus nur einer Platte aufweisen, denn für Ladungen mit einer aus zwei Platten bestehen­ den Abdeckung wird die gesamte Masse der inneren Platte in dem erzeugten Kern wiedergefunden;
  • - bei gegebenem Kaliber der Ladung der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestoßene Kern eine höhere Masse und somit eine geringere Abbrem­ sung auf der Flugbahn sowie eine verbesserte Wir­ kung als bei Verwendung einer aus nur einer Platte bestehenden Abdeckung aufweist.

Durch die Erfindung wird auch die Bildung eines aerodyna­ misch flugstabilen Kernes ermöglicht.

Bekanntlich wird durch Flügel am hinteren Ende eines Projektils die Flugstabilität auf längeren Flugbahnen ge­ steigert. Bei einem Projektil, das durch die Deformierung einer Abdeckungsplatte unter der Wirkung einer Explosion erhalten wird, können "Flügel" erhalten werden, wenn die Platte, aus der das Projektil gebildet wird, entlang ra­ dialen Segmenten, die vom Rand der Platte ausgehen, ge­ schwächt wird. Während ihrer Formung besteht dann eine natürliche Tendenz, daß die Platte entlang diesen bevor­ zugten Richtungen Faltungen annimmt. Die Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsformen, bei denen von dieser Möglichkeit Gebrauch gemacht wird und gleichzeitig die Vorteile einer aus zwei Platten bestehenden Abdeckung genutzt werden.

Die äußere Platte 6 weist auf ihrer Oberfläche, die mit der inneren Platte 5 in Berührung steht, vier radiale Ril­ len 8 auf, die vom Rand der Platte ausgehen. Diese Rillen, durch welche Zonen geschaffen werden, in denen die innere Platte mit Luft in Berührung steht, bestimmen lokalisierte Dehnungszonen für diese Platte. Durch diese Dehnungen wird die innere Platte örtlich geschwächt, so daß Faltungszonen erzeugt werden können, die ein stabilisierendes Leitwerk bilden. Die Anzahl von Rillen kann vergrößert werden, wo­ bei die Winkel zwischen den Rillen untereinander gleich sein müssen, damit der entstehende Kern eine symmetrische Form aufweist (wenn N Rillen vorhanden sind, sind die je­ weiligen Winkel gleich 2 Π/N Radian).

Die mittlere, ungeschwächte Zone der inneren Platte bildet den in der Nähe der Achse liegenden Kernteil, so daß Kerne erhalten werden, die ein großes Verhältnis von Länge zu Durchmesser aufweisen (die vom Rand zur Mitte zunehmende Dicke dieser Platte bewirkt einen analogen Effekt).

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform, durch die ein Leitwerk am ausgestoßenen Kern erhalten wird. Die Berührungsflächen 11, 12 der beiden Platten weisen ein Profil auf, das mit Wellungen 13 und 14 versehen ist, die gleichmäßig beabstandet und deren Gesamtanzahl 2×P beträgt, wenn die Platten eine Symmetrie der Ordnung P in bezug auf ihre Achsen aufweisen. Bei der besonderen gezeigten Aus­ führungsform ist P = 4. Die Platte 6 weist somit eine Anzahl P von Zonen verminderter Dicke auf (Wellung 14).

Die Faltungszonen der Platte 5 bilden sich auf natürliche Weise aufgrund der Änderung der Dehnungsdrücke entlang den geschwächten Zonen der Platte 6, deren Dicke mit der Wel­ lung der Kontaktoberfläche verknüpft ist.

Da das Absplittern bei einer Abdeckung, woraus ein Kern gebildet werden soll, am Rand der Platte, woraus die Ab­ deckung besteht, sehr viel größer ist, kann eine Abdeckung aus zwei Platten (Fig. 4 und 5) geschaffen werden, bei denen die äußere Platte 6 ringförmig ist und somit eine Öffnung 10 aufweist.

Bei einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform wählt man verschiedene geometrische Formen für die Kontaktober­ flächen zwischen innerer Platte und explosivem Stoff, zwi­ schen der äußeren Platte und der Luft oder an den Berüh­ rungsoberflächen, insbesondere: kugelförmige, kegelförmige, ebene oder beliebige konvexe Formen, die punktweise defi­ niert sind.

In bestimmten Fällen, bei denen die Platte, aus welcher der Kern erzeugt wird, aus einem oxidierbaren Material besteht, gewährleistet die äußere Platte einen Korrosions­ schutz.

Weiterhin wird vorgeschlagen, als Zündvorrichtung zum Zünden des explosiven Stoffes einen an sich bekannten Generator zur Erzeugung einer ebenen Detonationswelle zu verwenden; durch diese Ausführung kann die Wirksamkeit der beschriebenen Vorrichtung erheblich gesteigert wer­ den.

Claims (11)

1. Explosive Ladung, die einen Kern freisetzt, mit einer Abdeckung (4), welche durch einen explosiven Stoff (2) in Bewegung versetzt wird, der durch eine Zündvor­ richtung (7) gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (4) aus zwei übereinanderliegenden und aneinandergefügten Platten gebildet ist, von denen eine innere Platte (5) zur Erzeugung des Kerns bestimmt ist und eine mit dem explosiven Stoff (2) in Berührung befind­ liche Fläche (16) aufweist, und eine äußere Platte (6) eine gegen die freie Luft gerichtete Fläche (15) aufweist, und daß die äußere Platte (6) aus einem Material gebildet ist, dessen Dichte zwischen 10% und 55% der Dichte des Materials beträgt, woraus die innere Platte gebildet ist, und dessen Kompressibilität bei 50 Gigapascal kleiner als oder gleich 50% ist, daß die Gesamtmasse der äußeren Platte kleiner als die Gesamtmasse der inneren Platte ist und daß die Dicke der äußeren Platte an ihrem Rand größer als 25% der Dicke der inneren Platte an ihrem Rand ist.
2. Ladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsoberfläche der inneren Platte (5) mit der äußeren Platte (6) eine kegelförmige Oberfläche ist, deren Scheitel zu dem explosiven Stoff gerichtet ist und deren Scheitelwinkel größer als oder gleich 110° ist.
3. Ladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsoberfläche der inneren Platte (5) mit der äußeren Platte (6) eine kugelförmige Oberfläche ist, deren konvexe Seite gegen den explosiven Stoff gerichtet ist und deren Durchmesser größer als der 0,5-fache Durchmesser des explosiven Stoffes ist.
4. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der äußeren Platte (6) von ihrem Rand gegen ihre Mitte abnimmt.
5. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der inneren Platte (5) von ihrem Rand zu ihrer Mitte zunimmt.
6. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Platte (6) ringförmig ist.
7. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Platte (6) auf ihrer mit der innneren Platte (5) in Berührung befindlichen Ober­ fläche eine bestimmte Anzahl N von radialen Rillen (8) auf­ weist, die von ihren Rändern ausgehen und miteinander einen Winkel von 2 Π/N Radian bilden.
8. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in Berührung befind­ lichen Oberflächen (11, 12) der äußeren Platte und der inneren Platte Wellungen (13, 14) aufweisen, wovon eine bestimmte Anzahl P einer Reduzierung der Plattendicke entspricht, wobei die Kontaktflächen eine Symmetrie der Ordnung P in bezug auf ihre zugehörigen Achsen aufweisen.
9. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Platte (5) aus einem der folgenden Stoffe gebildet ist: Uran, Tantal; und daß die äußere Platte (6) aus einem der folgenden Stoffe gebildet ist, die gegebenenfalls legiert sein können: Eisen, Nickel, Aluminium, Titan, Glas.
10. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Platte (5) aus einem der folgenden Stoffe gebildet ist: Eisen, Kupfer, Nickel, Molybdän; und daß die äußere Platte (6) aus einem der folgenden Stoffe gebildet ist: Titan, Aluminium, Magnesium, Glas.
11. Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (7) ein Generator zur Erzeugung einer ebenen Detonationswelle ist.
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