DE68924336T2 - Geschoss für Panzerbekämpfung mit Stacheln bildendem Kern. - Google Patents
Geschoss für Panzerbekämpfung mit Stacheln bildendem Kern.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft panzerbrechende Projektile, und insbesondere Anordnungen zum Verbessern des Eindringens in die Panzerung.
- Moderne panzerbrechende Projektile basieren auf dem Prinzip, daß sie beim Angriff mit hoher kinetischer Energie (KE), die auf eine kleine Fläche der Panzerung konzentriert ist, in die Panzerung eindringen. Die Projektile haben Unterkaliber und sind als ein Pfeil mit Leitflügeln konstruiert. Sie werden aus Kanonen mit einem Kaliber von wenigstens 40 mm mit Mündungsgeschwindigkeiten von 1500 m/s oder mehr abgefeuert.
- Um eine hohe KE zu erzielen, muß das Material im Geschoß eine hohe Dichte aufweisen. Normalerweise wird ein schweres Material verwendet, beispielsweise eine Wolframlegierung, die ein paar Prozent Nickel oder Eisen enthält. Typischerweise besteht die Legierung aus 92% Wolfram, 5% Nickel und 3% Eisen und hat eine Dichte von 17,5 Mg/m³. Das Projektilmaterial wird aus Pulver hergestellt, das zu Stangen geformt und bei ungefähr 1470ºC schmelzphasengesintert ist. Der Herstellprozeß wird normalerweise mit Kaltbearbeitung und Wärmebehandlung abgeschlossen. Andere Projektilmaterialien sind verarmtes Uran, legiert mit Titan, aber es wird auch Stahl verwendet.
- Es ist bei diesem Stand der Technik bereits bekannt, daß panzerbrechende Projektile mit Kernen aus anderem Material konstruiert sind. Beispielsweise ist gemäß der Schrift US- A-4,616,569 vom 14. Oktober 1986 ein panzerbrechendes Projektil mit einem Körper verstärkt, der sich durch die gesamte Projektilmitte erstreckt, und eine extreme Festigkeit und Starrheit hat. Der innere Körper, der wenigstens teilweise aus Drähten besteht, ist am Projektil durch Zusammenschrumpfen befestigt und dient dazu, das Projektil beim Aufschlag gegenüber der Panzerung zusammenzuhalten. Gemäß der Schrift US-A-4,256,039 vom 17. März 1981 ist ein axial sich erstreckender Kern mit einer Folie aus metallischem Glas (amorphem Metall) mit hoher Härte eingehüllt. Bei einer solchen Einrichtung wird ein Projektil mit einem Außenteil mit hoher Festigkeit erhalten. Gemäß dem vorliegenden Patent ist das Projektil mit einem anderen Typ von Kern konstruiert, dessen Funktion es ist, den Widerstand gegen Eindringen in das Panzerungsmaterial zu verringern.
- Die US-A-3,599,573 offenbart schließlich ein panzerbrechendes Projektil 10 in Form eines im wesentlichen rotationssymmetrischen Projektilkörpers 16, der mit einem Kern 12 aus unterschiedlichem Material hergestellt ist. Dieser Kern ist zentral angeordnet und fluchtet zur Längsrichtung des Projektilkörpers 16. Das Projektil als solches ist von einem allgemein verwendeten Typ mit einem harten, nicht verformbaren Kern, der in die Panzerung mit Geschwindigkeiten um 1000 m/sec eindringen soll. Der Kern dieses Projektils soll damit während des Eindringens in die Panzerung mehr oder weniger intakt bleiben.
- Die Idee hinter der vorliegenden Erfindung ist es dagegen, daß das Projektil und der Kern während des Eindringens in die Panzerung mehr oder weniger verbraucht werden dürfen.
- Ein weiterer Unterschied zwischen den Projektilen gemäß der US-A-3,599,573 und der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Kern gemäß dem besagten Patent zwischen 40 bis 60% des Projektilvolumens einnimmt, während der Kern gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen 5 und 25% des größten Durchmessers des Projektilkörpers einnimmt, d.h. ein sehr viel dünnerer Kern ist, der auch bezüglich seines Verhältnisses von Länge zu Durchmesser definiert ist.
- Beim Eindringen des Projektils in die Stahlpanzerung der üblichen Art wird die Projektilspitze mit dem Verdrängen des Materials der Panzerung gleichzeitig graduell verformt und es wird ein Loch ausgebildet, wie dies aus der Fig. 1 zu ersehen ist. Die Eindringgeschwindigkeit in die Panzerung wird von der KE des Projektils abhängen, die durch die Energie ausgeglichen wird, welche für das Verdrängen des Materials der Panzerung erforderlich ist. Wenn der Kontaktpunkt zwischen Projektil und Panzerung als stationär betrachtet wird, kann das Eindringen so beschrieben werden, daß Projektil und Panzerung in Richtung Kontaktpunkt fließen. Daher wird ein Druckgleichgewicht gemäß Bernoulli erhalten:
- 1/2 PPaU² + R Pa = 1/2 pPa(V-U)² + Pr,
- wobei U die Geschwindigkeit am Kontaktpunkt, V die Projektilgeschwindigkeit, p die Dichte des Geschosses Pr bzw. der Panzerung Pa ist und die Fließspannung des jeweiligen Materials ist. R ist ein geometrischer Formfaktor, der auf ungefähr 3,5 gesetzt ist.
- Je höher die Geschwindigkeit des Projektils ist, umso höher wird der Druck an der Kontaktfläche zwischen Projektil und Panzerung sein und umso höher wird die Geschwindigkeit sein, mit der das Projektil und das Material der Panzerung seitlich verdrängt werden. Der radiale Materialfluß führt dazu, daß in der Panzerung ein Eindringkanal geformt wird. Je höher die Geschwindigkeit des radialen Materialstroms ist, umso größer ist der Durchmesser des so gebildeten Kanals. Bei moderater Projektilgeschwindigkeit (1500 m/s) wird der Durchmesser des so gebildeten Loches selbst moderat sein oder ungefähr den zweifachen Durchmesser des Projektils betragen. Wenn die Geschwindigkeit steigt, wird der Kanal fortschreitend größer. Bei übermäßigen Geschwindigkeiten von 2000 m/s wird die KE, die für den radialen Massentransport verbraucht wird, insgesamt über die Energie dominieren, die dafür erforderlich ist, die mechanische Festigkeit der Stahlpanzerplattierung zu überwinden.
- Eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit eines Projektils hat nur eine begrenzte Auswirkung auf das Eindringen. Darüber hinaus führt die starke Verformung der Projektilspitze während dem Eindringen zu einer derart immensen Wärmeerzeugung, daß das Material örtlich schmilzt und jegliche mechanische Festigkeit verliert. Für ein panzerbrechendes Projektil ist auch eine erhebliche Zähigkeit erforderlich, um mehrere Schichten einer modernen Panzerplattierung durchdringen zu können. Normalerweise führt eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit zu einer Verringerung der Zähigkeit.
- Bei Projektilgeschwindigkeiten von weniger als 1000 m/s werden harte Projektile (Sinterhartmetalle) verwendet, die ihre Form beim Eindringen beibehalten. Bei solchen Projektilen wird der Materialfluß vor dem Eindringen des Projektils durch die Spitzenform beeinflußt. Eine mehr spitz zulaufende - oder lanzenförmige - Form verleiht innerhalb gewisser Grenzen einen niedrigeren Widerstand gegen Eindringen und somit ein tieferes Eindringen. Dies ist deshalb der Fall, weil die radiale Panzerungsmaterialverdrängung vor dem eindringenden Projektil mit geringerer Beschleunigung und geringerer Geschwindigkeit stattfindet, wobei der Widerstand gegenüber dem Eindringen unter Einrechnung der Massenkräfte verringert ist. Anders gesagt, es ist möglich, die Eindringtiefe durch die Form der Projektilspitze zu beeinflussen. Die ursprüngliche Form der Spitze hat offensichtlich keine Signifikanz bei panzerbrechenden Projektilen, die bei hoher Geschwindigkeit graduell während dem Eindringen in die Panzerung verformt werden.
- Die Möglichkeiten der Erhöhung der Eindringtiefe für panzerbrechende Projektile sind begrenzt auf die Erhöhung der Projektilgeschwindigkeit und das Verhältnis von Länge zu Durchmesser. Solche Maßnahmen erfordern jedoch höhere Anforderungen an mechanische Festigkeit und Zähigkeit des Materials im Projektil, etwas, das problematisch zu erzielen ist.
- Eine Projektilform, die zu einem verringerten Widerstand gegenüber Eindringen durch verringerte Massenkräfte führt, ist von Bedeutung, insbesondere der Trend in der Militärtechnologie ist, die Projektilgeschwindigkeiten auf ungefähr 2000 m/s anzuheben. Bei einer höheren Geschwindigkeit steigt der relative Einfluß der Massenkräfte.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch Auswahl unterschiedlicher Materialien für den mittleren Teil des Projektils und dessen Umfangsteil eine solche Verformung des Projektils zu realisieren, daß eine lanzenförmige Spitze geformt wird, wodurch das Eindringen in die Panzerung erleichtert wird.
- Das Prinzip für die Projektilform (siehe Fig. 2) erfordert das Einsetzen eines Kerns 2 aus einem Material, das unter den beim Eindringen des Projektils vorherrschenden Bedingungen eine hohe Druckfestigkeit hat, in der Mitte eines weitgehend zylindrischen Projektilkörpers 1, der normalerweise aus Schwermetall hergestellt ist. Als Folge dieser Konstruktion wird der härtere Kern in einem geringeren Ausmaß verformt als das weichere Metall, welches den Kern umgibt. Eine lanzenförmige Spitze wird geformt, welche das Eindringen des Projektils in die Panzerung erleichtert, da die Massenkräfte verringert werden. Beschleunigung und Geschwindigkeit des radialen Materialflusses sinken.
- Für ein starres Projektil kann der Einfluß der spitzen Form auf die Projektilgeschwindigkeit, wie durch Åkte Persson in Proc. 2. International Symposiom for Ballistics, 1976, offenbart, berechnet werden. Eine entsprechende Berechnung macht es möglich, unter Verwendung einer modifizierten Version der Bernoulli'schen Gleichung einen Eindruck zu gewinnen, wie die Eindringgeschwindigkeit durch die spitze Form des Projektils beeinflußt wird. Durch Einführen einer Konstante c in den Ausdruck für die Massenkräfte in der Panzerung können diese zu Werten, entsprechend einer imaginären, zugespitzteren Projektilspitze, modifiziert werden.
- 1/2 cpPaU² + R Pa = 1/2 pPa(V-U)² + Pr.
- Im Normalfall ist c = 1, das bei dieser nicht physikalischen Berechnung etwa einer radialen Geschwindigkeit des verdrängten Zielmaterials entspricht, welche gleich der Eindringgeschwindigkeit U (Fig. 3) ist. Der beabsichtigte Spitzenkonuswinkel des Projektils wird dann 90º sein. Für ein mehr zugespitztes Projektil mit einem beabsichtigten Spitzenkonuswinkel von 60º wird die radiale Geschwindigkeit des Zielmaterials jedoch die Hälfte der Eindringgeschwindigkeit U sein. Eine Berechnung der Eindringgeschwindigkeit für diese beiden Fälle sowie auch für einen Spitzenkonuswinkel von 75º als eine Funktion der Projektilgeschwindigkeit V geht aus der Fig. 4 hervor.
- Damit ein Kern in der Mitte des Projektils an der Bildung einer Spitze während des Eindringens Anteil haben kann, müssen die folgenden Anforderungen an den Kern gestellt werden:
- Ein Hauptanteil der KE muß über die Projektilmasse (Schwermetall, Uranlegierung) übertragen werden. Die Zähigkeit des Projektils muß nicht merkbar durch den härteren Kern beeinflußt sein. Aus diesen Gründen muß der Kern einen begrenzten Teil des Materialvolumens bilden. Daraus folgt, daß das Verhältnis von Kerndurchmesser zu Projektildurchmesser geringer als 1/4 sein sollte.
- Das Material im Kern muß bei jenen Bedingungen, die während dem Eindringen an der Projektilspitze vorherrschen, eine wesentliche Druckfestigkeit haben. Dies beinhaltet, daß die mechanische Festigkeit auch bei außergewöhnlichen Temperaturen von 1000ºC hoch sein muß. Ein Beispiel eines Metalls, welches solche Eigenschaften besitzt und das gleichzeitig eine hohe Dichte hat, ist Wolfram. Unter den Hartmetallen, d.h. Metallkeramikzusammensetzungen, ist Sinterhartmetall (Wolframkarbid-Kobalt) von besonderem Interesse. Gewisse hochfeste Metallkeramiken, wie beispielsweise Aluminiumoxid können auch verwendet werden.
- Die Konstruktion des Kerns muß geeignet sein, um ihre genaue Funktion als eine Lanze sicherzustellen. Während dem Eindringen tritt ein extremer Druck am Kern auf. Dieser Druck bewirkt, daß der Kern nach rückwärts in das umgebende Projektilmaterial gepreßt wird. Um dies zu verhindern, muß der Kern durch das rückwärtige Ende des Projektils abgestützt sein, Fig. 2, und/oder es muß zwischen dem Kern und dem Projektilmaterial eine gute Haftung bestehen.
- Es zeigt:
- Fig. 1 die Verformung eines Projektils und einer Panzerung beim Eindringen eines Schwermetallprojektils in Stahlpanzerplattierung.
- Fig. 2 die Konstruktion eines Projektils mit einem Kern gemäß der Erfindung.
- Fig. 3 den Unterschied der Radialgeschwindigkeit des Panzerungsmaterials vor verschiedenen, vorstellbaren Spitzenwinkeln.
- Fig. 4 die errechnete Eindringgeschwindigkeit bei verschiedenen, vorstellbaren Spitzenwinkeln.
- BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- Das kleinkalibrige, panzerbrechende Projektil hat die aus der Fig. 2 ersichtliche Konstruktion. Beim Herstellen des Projektilkörpers wird normalerweise eine gesinterte Wolframlegierung verwendet, ein sog. Schwermetall. Die Herstellung wird durch Schmelzphasensintern von Wolfram-Nickel- Eisen-Pulver ausgeführt.
- Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein langgestreckter, schlanker Kern 2 eingesetzt, wobei der Kern einen Durchmesser hat, der kleiner als 1/4 des Außendurchmessers des Projektils 1 ist, und aus einem Material besteht, das eine hohe Druckfestigkeit bei extremen Temperaturen von 1000ºC hat und das unter den vorherrschenden Eindringbedingungen wenigstens zweimal so hart wie das Projektilmaterial ist, beispielsweise Sinterhartmetall. Der hierbei verwendete Begriff Eindringbedingungen meint eine starke Druckverformung, hohe Verformungsgeschwindigkeit (ε> ) 9&supmin;&sup4;) und Temperaturen oberhalb von 1000ºC.
- Der Kern 2 muß fest in dem Projektilkörper 1 verankert sein, was dadurch erzielt werden kann, daß der rückwärtige Teil des Projektils keinen Kern aufweist oder daß die Bindung zwischen Kern und Projektilkörper sehr stark ist.
- Um eine feste Bindung zwischen Kern und Projektil zu erzielen, kann der Kern direkt in den gepreßten Rohlingskörper oder in eine ausgebohrte Aussparung im vorgesinterten oder gesinterten Projektilrohling eingesetzt werden. Wenn eine Uranlegierung verwendet wird, kann der Kern entsprechend in eine ausgebohrte Aussparung in dem Projektilrohling eingesetzt sein. Nach dem Abdichten der Aussparung kann beispielsweise hetiostatisches Pressen als eine Endstufe verwendet werden, um zwischen dem Kern und dein Projektilmaterial eine gute Haftung sicherzustellen.
- Experimente, die an einem Modellmaßstab unter Verwendung von Schwermetallprojektilen, in welchen ein Kern aus Sinterhartmetall befestigt war, durchgeführt wurden, zeigen, daß das Prinzip der Zuspitzung funktioniert und daß eine erhöhte Eindringtiefe in eine Stahlpanzerplattierung erhalten wird.
Claims (5)
1. Panzerbrechendes Projektil in Form eines im wesentlichen
rotationssymetrischen Körpers (1) aus einem ersten
Material, der einen Kern (2) aus einem zweiten, anderen
Material enthält, der zentrisch angeordnet und in der
Längsrichtung des Projektilkörpers (1) ausgerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Material des
Kerns unter den beim Eindringen in eine Panzerung
herrschenden Bedingungen eine Härte hat, die größer als 200%
der Härte des umgebenden Materials in dem Projektilkörper
ist; daß der Kern über den größeren Teil seiner Länge einen
Durchmesser hat, der zwischen 5 und 25% des größten
Durchmessers des Projektilkörpers ist, und eine Länge, die
zwischen 400 und 4000% des größten Durchmessers des
Projektilkörpers ist; und daß der Kern mit dem umgebenden
Projektilkörper fest verbunden ist.
2. Projektil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kern im wesentlichen aus Wolfram
oder Wolframlegierungen besteht.
3. Prajektil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kern im wesentlichen aus
Hartmetall oder ähnlichem Cermet besteht.
4. Projektil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kern im wesentlichen aus
keramischem Material wie z.B. Aluminiumoxid, Carborundum oder
Titanborid besteht.
5. Projektil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kern in dem umgebenden Projektil
durch Sintern befestigt ist.
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1990
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