DE69106950T2 - Einrichtung zum Sichern und zum Schärfen einer Munition. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft den technischen Bereich der Sicherungs- und Entsicherungsvorrichtungen einer pyrotechnischen Kette, die zwischen einer Einleitungsmischung und einer Zündmischung der Sprengladung einer Munition angeordnet sind.
• Zur Gewährleistung dieser Funktion wurden bereits zahlreiche Sicherungsvorrichtungen vorgeschlagen. Im allgemeinen verwendet man eine pyrotechnische Klappe (z.B. eine Scheibe) die mittels Drehung von einer Sicherungsposition auf eine Entsicherungsposition übergeht. Die Freisetzung der Klappe wird von verschiedenen Sicherungssystemen unter den geplanten Schuß- bzw. Zündbedingungen gewährleistet.
• So beschreibt das Patent FR-A-2 463 386 eine mittels einer Spiralfeder verzögerte Sicherungsvorrichtung. Diese Vorrichtung wird jedoch für ein sich drehendes Geschoß angewendet, wobei der Riegel einen Kreisbogen ausführt, und van der Sicherungsposition auf die Entsicherungsposition überzugehen.
• Das Patent FR-A-2 344 809 beschreibt einen Flugkörper, dessen Sicherungsklappe aus einer zunächst rotations- und dann translationsbeweglichen Welle besteht, um von der Sicherungsposition auf die Entsicherungsposition überzugehen, wobei die Visualisierung der Entsicherungsposition mittels eines Zwischenteils gewährleistet wird.
• Das Patent FR 2 296 834, das die Grundlage des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 bildet, beschreibt eine pyrotechnische Vorrichtung mit Doppelladung mit einer folgegebundenen Sicherung, die zwischen der Vorladung und der Hauptladung angeordnet ist. Diese folgegebundene Sicherung umfaßt insbesondere eine mittels Rotation und/oder Translation von außerhalb des Geschosses von einer Sicherungsposition auf eine Entsicherungsposition steuerbare Entsicherungsstange. Dieses Patent beschreibt jedoch nicht die verschiedenen möglichen Kombinationen dieser beiden mittels Rotation und Translation verschobenen Modelle.
• Die bedeutenden mechanischen Belastungen, denen die Waffen und Munitionen bei der Zündung der Triebwerke oder beim Aufschlag auf dem Wasser ausgesetzt sind, was auf Luftfahrzeugen abgeworfene Unterseewaffen und -munitionen zutrifft, können zu einem ungewollten und ungelegenen Wirken der Waffe oder der Munition führen.
• Der Erregungssitz (Wirken) kommt hauptsächlich von der Sicherungseinrichtung (SE), die Primärsprengstoffe enthält.
• Bei einer von einem Luftfahrzeug abgeworfenen Unterseemunition sind die von der Munition oder der Waffe beim Aufschlag auf dem Wasser erlittenen mechanischen Belastungen sehr stark. Die Merkmale dieser Belastungen hängen von mehreren Faktoren ab: Abwurfhöhe, Aufschlaggeschwindigkeit auf dem Wasser, Zustand des Meeres, Aufschlagwinkel, usw. Bestimmungsgemäß ist die Unterseemunition oder -waffe dazu ausgelegt um bei einer bestimmten Eintauchtiefe zu funktionieren. Ein vorzeitiges Wirken beim Aufschlag beweist einen Zuverlässigkeits- und Sicherheitsmangel des Systems und stellt bei geringen Abwurfhöhen die Sicherheit des abwerfenden Luftfahrzeugs in Frage, was häufig der Fall ist.
• Diese Erfindung hat zum Ziel, die schädlichen Auswirkungen dieser Belastungen zu verringern sowie die Wirksicherheit und -zuverlässigkeit der SE zu erhöhen, unter gleichzeitiger Vermeidung von ungewolltem Wirken aufgrund zufälliger Ereignisse, jedoch ebenfalls ein vorzeitiges Wirken aufgrund eines momentanen Abgleichs der pyrotechnischen Kette bei bedeutenden mechanischen Belastungen, beim Aufschlag auf dem Wasser der von einem Luftfahrzeug abgeworfenen Unterseewaffen und -munitionen.
• Zweck dieser Erfindung ist demzufolge eine Sicherungs- und Entsicherungsvorrichtung für Munitionen, die dazu geeignet ist, den Abgleich der pyrotechnischen Kette zu gewährleisten, und die zwei verschiedene Positionen einnehmen kann: eine erste, in der die Zündung der Munition untersagt ist und eine zweite, in der die Zündung übertragen wird, wobei diese Vorrichtung aus einem Unterbrechungsmittel der Kette besteht, mit einem Durchgang nach einem senkrechten Durchmesser in den Richtungen der von der Munition während der operationellen Phasen erlittenen Belastungen, und die eine Relaismischung enthält oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einer spiralförmigen Bahn mit einem Winkel α gesteuert ist, um den Übergang von der ersten Position, der sogenannten Sicherungsposition, in der sie sich auf einer im wesentlichen orthogonalen Ebene zur Abgleichsachse der pyrotechnischen Kette befindet, auf die zweite Position, der sogenannten Entsicherungsposition, wo sie mit der Achse der Kette abgeglichen ist, zu gewährleisten.
• Bei der spiralenförmigen Bewegung kann es sich um eine Kombination einer Translationsbewegung und einer Rotationsbewegung α von ca. 90º handeln.
• Die spiralenförmige Bewegung des Mittels kann innerhalb drei aufeinanderfolgenden Phasen stattfinden, einer ersten Phase A, bei der man insbesondere eine Translationsbewegung und eine geringe Rotation zwischen 0 und 15 % des Winkels α durchführt, gefolgt von einer Phase B mit einer bedeutenden Rotation zwischen ca. 15 und 85 % des Winkels α, und schließlich einer Phase C, mit insbesondere einer Translationsbewegung und einer geringen Rotation bis zur entsicherten Position.
• Das Mittel kann aus einer Welle bestehen, die senkrecht zur Achse der pyrotechnischen Kette angeordnet ist, wobei die spiralförmige Bewegung mittels einer aus einem Führungsnocken und einer spiralförmigen Rille bestehenden Baugruppe erzielt wird.
• Die spiralförmige Rille kann nach dem auf Fig. 3 dargestellten Profil an der Welle eingelassen sein
• Das Unterbrechungsmittel kann mit Visualisierungsmitteln der beiden Sicherungs- und Entsicherungspositionen ausgerüstet sein.
• Die spiralförmige Bewegung kann von einem Antriebssystem vom Typ Ritzel-Zahnstange gesteuert werden, das das Unterbrechungsmittel betätigt.
• Die spiralförmige Bewegung kann mittels hydrostatischem Druck gesteuert werden, der auf das Unterbrechungsmittel einwirkt.
• Die spiralförmige Bewegung kann mittels am Triebwerk der Munition entnommenem Gas gesteuert werden, das auf das Unterbrechungsmittel einwirkt.
• Ein Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß man die Kneif-, Stanz- und Reibungserscheinungen der Zündsprengstoffe, die diesbezüglich empfindlich sind, beseitigt denn die aktiven Stoffe befinden sich in einer weniger belasteten Position.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung eine zusätzliche Verzögerung bzw. eine mechanische Trägheit beim Abgleich der pyrotechnischen Kette aufweist, die dem System nicht abträglich ist, und daß sie die mechanischen Belastungen nach einer bevorzugten Achse (senkrecht zur Verschiebungsrichtung der Munition) absorbiert.
• Diese steht dabei während der maximalen Belastungsphase immer in eventuellem Kontakt mit glatten Seiten.
• Ein weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, daß die kombinierte Translations- und insbesondere Rotationsbewegung (1/4 Drehung) eine genaue und unzweideutige Visualisierung der entsicherten SE ermöglicht, und
• zwar mittels einer am Ende des Unterbrechungsmittels eingravierten Marke, entweder direkt, wenn das Achsenende sichtbar ist, oder durch die Rücksendung der Position dieser Marke zum Beispiel mittels einer Lichtleitfaser, und nicht an einem unterschiedlichen zusätzlichen Teil.
• Dazu ist zu bemerken, daß diese Kontrolle an einer pyrotechnischen Klappe vom Typ "Achse" leichter und genauer ist, als an einer pyrotechnischen Klappe vom Typ "Scheibe".
• Die Kenntnis dieser Information (entsichert oder nicht) ist von ausschlaggebender Bedeutung, und zwar bei jeder beliebigen Konfiguration der Waffe oder der Munition.
• Weitere Vorteile dieser Erfindung werden in der nachfolgenden, ergänzenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsart unter Bezugnahme auf Zeichnungen deutlich gemacht, auf denen:
• - Fig. 1 ein Teilschnitt der pyrotechnischen Kette darstellt,
• - Fig. 2 einen Schnitt AA der Fig. 1 darstellt und zwei Anwendungstypen zeigt
• - Fig. 3 die erfindungsgemäße Kombination der Translations- und Rotationsbewegung darstellt,
• Fig. 4 bis 6 drei Darstellungsbeispiele des Wellenantriebssystems zeigen.
• Die auf Fig. 1 teilweise dargestellte pyrotechnische Kette umfaßt einen elektrischen oder durch Stoß ausgelösten Zünder 1, eine Relaismischung 2, die von einer Welle 3 in einem Durchgang 2a getragen wird, und ein Detonator-Hauptrelais 4, das neben einer herkömmlichen, nicht dargestellten Sprengladung angeordnet ist. Diese Einheit ist in eine teilweise dargestellte Munition 5 integriert und muß in entsicherter Position mit der Achse 6 der pyrotechnischen Kette abgeglichen sein. Die Welle 3 gleitet nach einer auf Fig. 3 dargestellten spiralförmigen Bewegung in einer Aufnahme 7 der Munition, nach einer gemäß Pfeil X auf einem seiner Enden ausgeübten Kraft. Dazu ist in der Aufnahme 7 ein Führungsnocken 8 befestigt, der sich in eine an der Welle 3 vorgesehenen Rille 9 einfügt. Am Ende ist ein Visualisierungsmittel 3a der Wellenposition 3 vorgesehen; bei diesem Mittel kann es sich um eine nach einem Durchmesser am Achsenende angeordneten Rille handeln. Die Richtung wird nach Vereinbarung gewählt.
• Die Welle 3 dreht um ihre Rotationsachse 10 in einem Winkel α von ca. 90º und erfährt eine Translation (d), um den Durchgang 2a oder die Mischung 2 mit dem Zünder 1 und dem Relais 4 abzugleichen. Die Welle wird in dieser Position verriegelt. Nach einem anormalen Verhalten der Munition während der Flugphase oder beim Abwurf, kann die Welle jedoch automatisch oder von Hand wieder in die Sicherungsposition zurückversetzt werden.
• Die Fig. 1, die insbesondere das Konzept der pyrotechnischen Klappe vom Typ Achse mit einer spiralförmigen Rampe und die Positionskontrolle der Klappe unmittelbar am Achsenende aufweist, zeigt jedoch nicht die anderen Merkmale der SE wie z.B. die Rückstellvorrichtung der pyrotechnischen Klappe und die Blockiervorrichtung der Klappe in Sicherungsstellung (nicht entsichert).
• Die nicht dargestellten Vorrichtungen sind von einfacher Auslegung und können zahlreich sein:
• - Schraubenfeder, Blattfeder, für die Rückstellvorrichtung, was die einfachsten Vorrichtungen anbetrifft,
• - Trägheitskopf, einziehbarer Anschlag, Stift und bewegliche Sicherheitsflamme, eventuell Abscherstift in bestimmten Fällen, was die Blockiervorrichtung anbetrifft.
• Die Positionierung dieser Vorrichtungen ist auf den Figuren angegeben.
• Auf der Fig. 2A wurde ein Schnitt dargestellt, der einen Schlagzünder 11 mit einem Relais 12 zeigt. Die Fig. 2B zeigt einen aus einer Kapsel 13 bestehenden Relaispreßling, die eine Zündsprengladung 14 enthält. Der Zünder ist unbeweglich und auf der Fig. 1 mit dem Kennzeichen 1 versehen.
• Auf der Fig. 3 wurde ein Beispiel einer Rille für ein Geschoß vom Typ Unterseemunition dargestellt. Erfindungsgemäß gewährleistet diese Rille eine kombinierte Translations-/Rotationsbewegung und ermöglicht gleichzeitig eine progressive Bewegung. Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel der spiralförmigen Rampe, d.h., die Schwankung des Rotationswinkels α je nach x je nach Verschiebung D. Die extremen Werte betragen jeweils 90º und 15 mm, können jedoch selbstverständlich vom Fachmann geändert werden. Auf der ersten Hälfte der Zeichnung weist die Kurve einen ersten Abschnitt mit einem Krümmungsradius R1 von ca. 10 mm auf, gefolgt von einem zweiten Abschnitt mit einem Krümmungsradius R2 von ca. 8 mm. Bei halbem Hub der Welle 3 ändert die Kurve nach einem Radius R3 von ca. 8 mm die Richtung, gefolgt von einem Endabschnitt R4 von ca. 10 mm. Die Bewegung der Welle 3 erfolgt also
• 3 Rotationsphasen A, B und C, deren jeweilige Endwerte 12, 78 und 90º betragen und den jeweiligen Translationen von 5, 10 und 15 mm entsprechen.
• Die Verschiebung der Welle 3 erfolgt in drei Phasen:
• - Phase A, in der die Welle bei Beginn der Abgleichphase (maximale Belastungen) eine vorherrschende Translationsbewegung aufweist, um das Sprengstoffrelais nach den Achsen der geringsten mechanischen Belastungen auszurichten,
• - Phase B, in der man einen Abgleich bei vorherrschender Rotation gewährleistet, kombiniert mit einem Translationsabgleich nach dem Aufschlag auf dem Wasser oder während der Eintauchphase. Der Rotationsabgleichwinkel kann ganz anders beschaffen sein, beträgt im allgemeinen jedoch ca. 90º.
• - Phase C, in der man am Ende der Abgleichphase eine vorherrschende Translationsbewegung erhält, um die mechanische Trägheit der beweglichen Ausrüstung zu verringern (mit Dichtringen bestückte Klappe, Reibung des Führungsnockens in der Rille und Rückzugfeder), und um den Abgleich der pyrotechnischen Kette zu vervollkommnen (niedriger Abgleichdruck).
• Der Rotationsabgleichwinkel kann ganz anders beschaffen sein, beträgt im allgemeinen jedoch ca. 90º.
• Die Bewegung der pyrotechnischen Klappe, die nach der Evolute der spiralförmigen Rampe dargestellt ist, darf keinen "geringen Krümmungsradius" aufweisen, um jegliches Blockieren der pyrotechnischen Klappe zu vermeiden (Bewegung des Führungsnockens in der Rille), worin auch das Interesse der spiralförmigen Rampe besteht, die alle diese Kriterien erfüllt.
• Eine Aufgabe der spiralförmigen Rampe besteht darin, zwei pyrotechnische Elemente ohne Risiko mechanischer Belastungen quasi in Kontakt zu versetzen (einige 1/10 mm möglich), die den korrekten Betrieb der pyrotechnischen Kette auf Detonationsebene gewährleisten.
• Man kann ebenfalls die Teilung der Rampe ändern und somit die allgemeine Form der Kinematik des Mobils an die Spezifikationen der SE und an die Einsatzbedingungen anpassen. Die Auflagen und Kriterien können die gleichen wie die vorher genannten sein, für pyrotechnische Klappen mit Elektromotorantrieb, die sich mittels Gas oder sonstigen Vorrichtungen verschieben. Die von der spiralförmigen Rampe aufgewiesenen Vorteile bleiben bewahrt. Dann wird die Rampenteilung je nach Spezifikationen der SE und dem Niveau der physikalischen Erscheinung zum Abgleich der pyrotechnischen Kette angepaßt.
• Auf der Fig. 4 wurde ein Beispiel von Antriebsmitteln der Welle 3 dargestellt, bestehend aus einer mit der besagten Welle ein Teil bildenden Zahnstange 20 und einem Ritzel 21. Die Welle wird von der Blockiervorrichtung 24 (z.B. abscherbarer Stift) in Sicherungsposition gehalten. Der Rotationsantrieb des Ritzels erfolgt mittels des Getriebemotors 22 über die Achse 23. Selbstverständlich wird dieser Motor während der Flugsequenz in herkömmlicher Weise gesteuert.
• Wird er nicht versorgt, ist der Getriebemotor frei. Die SE befindet sich durch die Wirkung einer Rückstellvorrichtung (z.B. Feder) in Sicherungsstellung.
• Die von der Munition nach einem bestimmten Ablauf erzeugte Stromversorgung des Getriebemotors bedingt den pyrotechnischen Abgleich, wobei die Blockiervorrichtung unterbrochen ist. Dabei wird die Rückstellvorrichtung durch die pyrotechnische Klappe zusammengedrückt.
• In einer verschlechterten Lage bewirkt eine Versorgungsunterbrechung oder ein Ende der Autonomie der Energiequelle (wobei der Motor dann frei ist) den Übergang aus der "entsicherten" Position auf die "nicht entsicherte" Position der Klappe, und zwar durch die Wirkung der Rückstellvorrichtung.
• Auf der Fig. 5 wurde ein anderes Beispiel der Antriebsmittel dargestellt, die unter der Einwirkung von hydrostatischem Druck funktionieren. Dazu ist die Welle 3 an einem Ende mit einem Kolben 25 mit einem Dichtring 26 bestückt, der in einer Kammer 27 gleitet. Diese Kammer ist mittels im Deckel 29 des Munitionskörpers vorgesehenen Löchern 28 nach außen geöffnet.
• Beim Aufschlag auf dem Wasser bleibt die Welle (oder die pyrotechnische Klappe) dank einer nicht dargestellten Rückstellvorrichtung (z.B. Feder) in ihrer "Sicherungsposition". Der auf den Kolben 25 der Klappe ausgeübte, steigende hydrostatische Druck bedingt den Abgleich der pyrotechnischen Klappe.
• Die Rückstellvorrichtung ermöglicht die Beherrschung des Abgleichszeitpunkts der Welle je nach gewünschter Tiefe.
• Bei dieser Vorrichtung kann ein im Loch 30 eingelassener, mit einer Flamme versehener Sicherungsstift auf der Klappe angeordnet werden, und zwar für die Konfigurationen Lagerung, Transport, Einsatz, bis zum Abwurf der Munition.
• Auf der Fig. 6 wurde ein Beispiel eines Antriebsmittels der Welle 3 dargestellt, das für Luft- und eventuell Unterseemunitionen gilt. Ein Ende der Welle 3 ist mit einem Kolben 31 mit einem Dichtring 32 ausgerüstet, der in einer Kammer 33 gleitet. Die Kammer ist mittels eines Deckels 34 geschlossen, der den Kolben gegenüber einem Entnahmekreis von Verbrennungsgasen läßt.
• In Sicherungsposition wird die pyrotechnische Klappe von der nicht dargestellten Blockiervorrichtung 36 in "nicht entsicherter" Position gehalten.
• Der Druck der vom Treibsatz oder sonstigen Unterbaugruppen der Munition entnommenen Gase, zum Beispiel vom Gasgenerator oder Unterdrucktank, wird von der Leitung 35 in die Kammer 33 geführt, wobei die Gasentnahme nach einem bestimmten Ablauf erfolgt.
• Der vom Gas auf den Kolben 31 der pyrotechnischen Klappe ausgeübte Druck ermöglicht den Abgleich der pyrotechnischen Kette, wobei die Blockiervorrichtung 36 der Klappe dann je nach verwendetem Blockierprinzip aufgehoben, zurückgezogen oder abgeschert ist.
• Die Rückstellvorrichtung ermöglicht bei einer verschlechterten Lage während des Flugs eine Rückkehr der Klappe in die Sicherungsposition.
• Das nach einer spiraltörmigen (kombinierte und progressive Translations-/Rotationsbewegung) Rille (Rampe) erarbeitete Konzept ist ganz besonders für diesen Munitionstyp geeignet und ermöglicht allein, die schädlichen Auswirkungen dieser Belastungen zu verringern oder sogar zu beseitigen. Dieses Konzept gilt für elektrische Versionen der SE, da der Stromkreis nicht geändert wird.

Claims (9)

1 - Sicherungs- und Entsicherungsvorrichtung für Munitionen zum Abgleich der pyrotechnischen Kette, die zwei verschiedene Positionen einnehmen kann, eine erste, in der die Zündung der Munition untersagt ist und eine zweite, in der die Zündung übertragen wird, wobei diese Vorrichtung aus einem Unterbrechungsmittel (3) der Kette besteht, mit einem nach einem zu den Richtungen der von der Munition bei den operationellen Phasen erlittenen Belastungen senkrecht angeordnetem Durchgang (2a), und das eine Relaismischung (2) integriert oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einer spiralförmigen Bahn mit einem Winkel α betätigt wird, um den Durchgang (2a) der ersten sogenannten Sicherungsposition, in der sie sich auf einer in bezug auf die Abgleichachse (6) der pyrotechnischen Kette etwa orthogonalen Ebene befindet, auf die zweite sogenannte Entsicherungsposition, in der sie mit der Achse der Kette (6) abgeglichen ist, zu ermöglichen.

2 - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Bewegung die Kombination einer Translationsbewegung und einer Rotationsbewegung α von ca. 90º ist.

3 - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Bewegung des Mittels in drei aufeinanderfolgenden Phasen erfolgt einer ersten Phase A, in der man insbesondere eine Translationsbewegung und eine geringe Rotation zwischen ca. 0 und 15 % des Winkels α gewährleistet, gefolgt von einer Phase B mit bedeutender Rotation zwischen ca. 15 und 85% des Winkels α, und schließlich einer Phase C mit insbesondere einer starken Translationsbewegung und einer geringen Rotation bis zur entsicherten Position.

4 - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel aus einer Welle (3) besteht, die senkrecht zur Achse (6) der pyrotechnischen Kette angeordnet ist, wobei die spiralförmige Bewegung mittels einer Baugruppe Führungsnocken/spiralförmige Rille (8, 9) erzielt wird.

5 - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Rille (9) auf der Welle (3) nach dem auf Fig. 3 dargestellten Profil eingelassen ist.

6 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrechungsmittel mit Visualisierungsmitteln der beiden Sicherungs- und Entsicherungspositionen ausgerüstet ist.

7 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Bewegung von einem Antriebssystem vom Typ Ritzel/Zahnstange (21, 20) gesteuert wird, das das Unterbrechungsmittel (3) betätigt.

8 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Bewegung mittels hydrostatischem Druck gesteuert wird, der auf das Unterbrechungsmittel (3) einwirkt.

9 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Bewegung mittels am Treibsatz der Munition entnommenen Gasen gesteuert wird, die auf das Unterbrechungsmittel (3) einwirken.