Gebiet und Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Projektile und Raketen und insbesondere
gegen Schlingern stabilisierte gelenkte Raketen oder "smart bombs", die zum
Erreichen und Durchdringen spezifischer gehärteter Ziele ausgebildet sind.
Ein derartiges Projektil ist in US-A-4 084 678 beschrieben. Diese Schrift gilt
als der nächstliegende Stand der Technik.
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Zur einfacheren Darstellung wird die vorliegende Erfindung hierin anhand
einer Lenkrakete beschrieben, wobei vorausgesetzt wird, daß die Erfindung
einen weitaus größeren Anwendungsbereich umfaßt.
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Eine typische Lenkrakete besteht im allgemeinen aus einer Anzahl von Abschnitten,
die in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse von in Längsrichtung
variierendem Gehäuse angebracht oder mit diesem verbunden sind.
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Am vorderen Ende der Rakete befindet sich der Lenkbereich, der üblicherweise
einen oder mehrere Sensoren, beispielsweise eine "Forward Looking Infrared-"
(FLIR) oder eine Videokamera, sowie die verschiedenen elektronischen Systeme
aufweist, welche die Sensoren steuern, die von den Sensoren empfangenen
Signale analysieren und interpretieren, und das Flugsteuersystem steuern,
welches die Flugbahn und die Schlingerposition der Rakete bestimmen. Der
Lenkabschnitt kann ferner Einrichtungen zum Empfangen von Signalen von
außerhalb der Rakete und Einrichtungen zum Senden von Signalen von der
Rakete aufweisen.
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Hinter dem Lenkabschnitt befindet sich der Sprengkopf, der typischerweise
ein hohlzylindrisches Gehäuse ist, das üblicherweise aus hochfestem Stahl
besteht. Die Funktion eines Penetrationsgefechtskopfs ist es, ein gehärtetes
Ziel zu durchdringen und die Sprengladung im Moment der Explosion an der
geeigneten Position anzubringen, d. h. in dem Ziel, wodurch die Wirkung der
Explosion auf das Ziel maximiert wird. Im hohlen Gehäuse befindet sich der
Sprengstoff und am hinteren Ende des Sprengkopfs liegt die Zündung, die
zum Auslösen im geeigneten Moment ausgebildet ist, d. h. üblicherweise zu
einem vorbestimmten Zeitpunkt nachdem der Gefechtskopf auf das Ziel trifft.
Der Sprengkopf besteht üblicherweise aus drei Abschnitten: (1) einem vorderen
Abschnitt oder Nase, üblicherweise in Form eines Spitzkegels oder Konus;
(2) einem Hauptabschnitt, der die Sprengladung enthält und üblicherweise
zylindrisch ist; und (3) einem hinteren Teil, der die Sprengladung im Gehäuse
einschließt und den Zünder hält.
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Hinter dem Sprengkopf liegt üblicherweise der Motor, der die Schubkraft für
die Rakete liefert.
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Am hinteren Ende der Rakete, und in manchen Fällen auch an anderen Stellen
entlang dem Gehäuse der Rakete, ist im Gehäuse der Flugsteuerbereich
aufgenommen und mit diesem verbunden, welcher Finnen und Tragflächen
aufweist, die dem Einstellen und Stabilisieren der Flugbahn der Rakete während
des Flugs zum Ziel dienen und das Schlingern der Rakete während des Fluges
verhindern.
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Für eine maximale Penetration des gehärteten Ziels ist es erwünscht, daß
die Rakete direkt auf das Ziel aufschlägt, d. h. unter einem Winkel von 90º
zur Zieloberfläche. In den meisten Fällen ist der Auftreifwinkel - manchmal
erheblich - von dem optimalen Winkel von 90º verschieden.
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Zum Beispiel ist ein erheblicher Teil gehärteter Ziele, wie Befehlsbunker und
dergleichen, in der Erde errichtet und weist eine Außenwand auf, die im
wesentlichen horizontal ist. Eine typische Lenkrakete würde üblicherweise
in einem vom optimalen 90º Winkel erheblich verschiedenen Winkel zwischen
ungefähr 45º und ungefähr 65º auf die Außenwand auftreffen. Die Abweichung
des Aufschlags von der Senkrechten verringert die Penetrationstiefe des
Sprengkopfes in das Ziel erheblich und verringert die Wirksamkeit der Explosion
wesentlich.
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DE-A-14 28 690 offenbart einen Gefechtskopf mit einer asymmetrischen Spitze,
bei der, wenn der Gefechtskopf ein Ziel trifft, Kräfte erzeugt werden, welche
die Abweichung des Gefechtskopfs beschleunigen. Die asymmetrische Spitze
des in DE-A-14 28 690 offenbarten Gefechtskopfs beschleunigt das Neigen
des Gefechtskopfs beim Aufschlag auf ein Ziel.
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US-A-4 085 678, erteilt an Heincker, lehrt ein Gefechtskopf mit einem Sprengkopf,
das einen vorderen und einen hinteren Abschnitt aufweist. Der vordere Abschnitt
hat ein asymmetrisches hinteres Ende, während der hintere Abschnitt ein
asymmetrisches vorderes Ende hat, so daß das vordere und das hintere Ende
zueinander passen. Der vordere Abschnitt dient dem Durchdringen des Ziels,
während der hintere Abschnitt den Sprengstoff enthält und dem vorderen
Abschnitt in das Ziel folgen soll.
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US-A-4 554 871, erteilt an Nixon, offenbart eine Rakete mit wenigstens zwei
Unter-Gefechtsköpfen, die jeweils ein asymmetrisches Ende haben. Erreicht
die Rakete einen vorbestimmten Punkt in ihrer Flugbahn, werden die Unter-
Gefechtsköpfe derart ausgeklinkt, daß die Unter-Gefechtsköpfe verschiedene
Flugbahnen einnehmen.
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Es besteht daher ein allgemeiner Bedarf nach einem Gefechtskopf, das derart
ausgebildet ist, daß sein Durchschlag beim Auftreffen auf ein Ziel unter einem
Winkel, der von der Senkrechten abweicht, verbessert ist, und es wäre höchst
vorteilhaft, über einen derartigen Gefechtskopf zu verfügen.
Überblick über die Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft einen Penetrationgefechtskopf in Kombination
mit einer Rakete mit definierten oberen und unteren Teilen, wobei die Rakete
positionsgesteuert ist, um sicherzustellen, daß die Rakete mit aufwärts gerichtetem
oberen Teil und nach unten gerichtetem unteren Teil fliegt, und wobei die
Rakete rollstabilisiert ist, um die Winkelposition der Rakete um deren Achse
im wesentlichen konstant zu halten, wobei der Gefechtskopf eine Hauptachse
und einen Nasenabschnitt aufweist, der bezüglich der Hauptachse des Gefechtskopfs
asymmetrisch ist, wobei die Asymmetrie derart gewählt ist, daß beim Auftreffen
auf ein Ziel unter einem Winkel, der von einer Senkrechten auf eine Fläche
des Ziels abweicht, die von dem Ziel auf den Nasenabschnitt ausgeübten Kräfte
ein Moment um den Schwerpunkt des Gefechtskopfs erzeugen, welches den
Penetrationsgefechtskopf in eine Richtung leitet, die im wesentlichen in Richtung
der Senkrechten auf die Fläche des Ziels verläuft, wodurch die Eindringtiefe
des Gefechtskopfs in das Ziel vergrößert wird.
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Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile der bekannten Ausbildungen
durch das Schaffen eines Penetrationsgefechtskopfs oder -projektils, das mit
einem bezüglich der Längsachse asymmetrischen Nasenabschnitt ausgebildet
ist. Der Gefechtskopf ist mit einer rollstabilisierten, positionsgesteuerten Lenkrakete
kombiniert, die zum Durchdringen eines gehärteten Betonziels oder anderer
hochfester Ziele ausgebildet ist. Die Rollstabilisierung dient dem annähernden
Konstanthalten der Winkelposition der Rakete um ihre Achse. Die
Positionssteuerung dient dazu sicherzustellen, daß die Rakete derart ausgerichtet ist,
daß der obere Abschnitt aufwärts gerichtet ist, während der untere Abschnitt
abwärts gerichtet ist, d. h. zu verhindern, daß die Rakete mit einem falschen
Rollwinkel fliegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im folgenden als Beispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen näher beschrieben, welche zeigen:
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Fig. 1 eine illustrative Lenkrakete gemäß der vorliegenden Erfindung
kurz vor dem Aufschlag auf ein Ziel;
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Fig. 2 einen Gefechtskopf mit einer spitzkegelförmigen Nase;
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Fig. 3 einen Gefechtskopf mit einer konischen Nase;
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Fig. 4 die Bahn eines Projektils, das auf ein Ziel unter einem sehr spitzen
Winkel auftrifft, woraus ein Querschläger resultiert;
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Fig. 5 die Bahn eines Projektils, das auf ein Ziel unter einem größeren
Winkel als in Fig. 4 auftrifft, was zu einer J-förmigen Flugbahn
führt;
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Fig. 6 die Bahn eines Projektils, das auf ein Ziel unter einem größeren
Winkel als in Fig. 5 auftrifft, was zu einer abgeflachten J-förmigen
Flugbahn führt;
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Fig. 7 die Bahn eines unter einem Winkel von 90º auf ein Ziel auftreffenden
Projektils;
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Fig. 8 eine schematische Darstellung der auf einen herkömmlichen
Gefechtskopf beim Auftreffen einwirkenden Kräfte;
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Fig. 9 eine schematische Darstellung der auf einen erfindungsgemäßen
Gefechtskopf beim Auftreffen einwirkenden Kräfte;
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Fig. 10 einen Vergleich zwischen den Bahnen eines herkömmlichen
Gefechtskopfs und eines erfindungsgemäßen Gefechtskopfs nach
dem Auftreffen auf ein Ziel unter einem Winkel;
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Fig. 11 eine Seitenansicht einer möglichen Nasenausbildung eines
erfindungsgemäßen Gefechtskopfs;
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Fig. 12 eine Vorderansicht der Nase von Fig. 11;
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Fig. 13 eine Seitenansicht einer zweiten möglichen Nasenausbildung
eines erfindungsgemäßen Gefechtskopfs;
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Fig. 14 eine Vorderansicht der Nase von Fig. 13;
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Fig. 15 eine dritte mögliche Nasenausbildung eines erfindungsgemäßen
Gefechtskopfs;
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Fig. 16 eine Draufsicht der Nase von Fig. 15;
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Fig. 17 eine Seitenansicht einer vierten möglichen Nasenausbildung eines
erfindungsgemäßen Gefechtskopfs;
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Fig. 18 eine Draufsicht der Nase von Fig. 17;
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Fig. 19 eine Seitenansicht einer fünften möglichen Nasenausbildung
eines erfindungsgemäßen Gefechtskopfs;
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Fig. 20 eine Vorderansicht der Nase von Fig. 19;
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Fig. 21 eine Seitenansicht einer sechsten möglichen Nasenausbildung
eines erfindungsgemäßen Gefechtskopfs, und
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Fig. 22 eine Vorderansicht der Nase von Fig. 21.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Penetrationsgefechtskopf im Körper
einer rollstabilisierten oder nicht rollenden Lenkrakete oder Smart Bomb (im
folgenden zusammenfassend oder einzeln als "Rakete" bezeichnet), der einen
Aufbau hat, welcher das Eindringen des Gefechtskopfs in ein Ziel, auf das
es unter einem von der Senkrechten abweichenden Winkel auftrifft, erheblich
verbessert.
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Die Prinzipien und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Gefechtskopfs
oder einer Rakete sind unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die zugehörige
Beschreibung besser zu verstehen. Fig. 1 zeigt eine schematische geschnittene
Seitenansicht einer Rakete 10 mit einem Lenkabschnitt 12, einem Gefechtskopf
14 (der im folgenden näher beschrieben wird) mit einer Explosivladung 15,
einem Triebwerksabschnitt 16 und einem Flugsteuerabschnitt 18 und Heckflügeln
20. Die Rakete 10 ist kurz vor dem Aufschlag auf ein Ziel 22 unter einem
bestimmten Winkel α zwischen der Ebene des Ziels und der Hauptachse
(Längsachse) der Rakete 10 dargestellt.
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Gegenwärtig werden zahlreiche Geschosse, Bomben und Projektile verwendet,
um gepanzerte Fahrzeuge wie Panzer und dicken Beton oder ähnliche harte
oder gehärtete Ziele zu durchdringen, die üblicherweise aus Beton bestehen
und durch Schichten von Stein, Erde und/oder Stahl weiter geschützt sind.
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Gegenwärtig verfügbare Gefechtsköpfe sind symmetrisch, so daß die Wirkung
der Rakete unabhängig vom Rollwinkel zum Zeitpunkt des Aufschlags der
Rakete auf dem Ziel ist. Die Symmetrie des Gefechtskopfs ist bei Raketen,
Bomben und dergleichen wichtig, die während des Flugs rollen, so daß es
nicht möglich ist, den Rollwinkel der Rakete zum Zeitpunkt des Aufschlags
vorherzusagen.
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Üblicherweise weist die Nase eines herkömmlichen Gefechtskopfs entweder
einen spitzkegelförmigen oder einen konischen Nasenabschnitt auf (siehe
Fig. 2 bzw. Fig. 3), wobei beide Ausbildungen vollkommen symmetrisch
zur Hauptachse des Gefechtskopfs sind.
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Der Zweck eines Penetrationgefechtskopfs ist es, so tief wie möglich in das
Ziel einzudringen, um die Sprengstoffe in dem anvisierten Raum oder möglichst
nahe demselben zu plazieren. Der Grad des Durchschlags des Gefechtskopfs
ist in hohem Maße vom Auftreifwinkel beeinflußt, d. h. dem Winkel zwischen
der Hauptachse der Rakete oder des Gefechtskopfs und der Ebene des Ziels.
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Die meisten Gefechtsköpfe treffen ihr Ziel unter Winkeln, die im wesentlichen
im Bereich zwischen ungefähr 45º und ungefähr 65º Grad liegen. Bei ausreichend
kleinen Winkeln besteht eine größere Möglichkeit eines Querschlägers, d. h.
der Gefechtskopf dringt wahrscheinlich nicht in das Ziel ein und prallt vom
Ziel ab (Fig. 4).
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Unter einem Auftreffwinkel von mehr als ungefähr 45º dringt das Gefechtskopf
in das Ziel ein, neigt jedoch zu einer J-förmigen Bahn (Fig. 5). Die Abweichung
des Gefechtskopfs von einer geraden Bahn wird durch ein Ungleichgewicht
der Kräfte an der Nase des Gefechtskopfs bewirkt, wie schematisch in Fig.
8 dargestellt, wodurch ein Moment induziert wird, das zum Drehen des
Gefechtskopfs um seine Schwerpunkt vom Ziel weg gerichtet führt. In einigen
Fällen stoppt der Gefechtskopf mit leicht vom Ziel weg gerichteter Nase (Fig.
2). Die J-förmige Bahn impliziert eine verringerte Penetration des Gefechtskopfs
in das Ziel.
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Bei etwas größeren Auftreffwinkeln ergeben sich etwas abgeflachtere J-förmige
Bahnen (Fig. 6).
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Wenn der Gefechtskopf senkrecht auf das Ziel auftrifft, d. h. unter einem Winkel
von 90º, bewegt sich der Gefechtskopf direkt in das Ziel und es wird die maximale
Eindringtiefe erreicht (Fig. 7). In einigen Fällen kann der Unterschied in der
Penetration bei einem senkrechten Aufschlag (Fig. 7) und winkligem Aufschlag
(Fig. 5 und 6) den Unterschied zwischen dem Einbringen der Sprengladung
direkt in den anvisierten Bereich oder in die Nähe des anvisierten Bereichs
ausmachen, wobei entweder eine hocheffektive Explosion entsteht oder die
Sprengladung an einer Stelle explodiert, an der wenig oder kein wirklicher
Schaden am anvisierten Ziel entsteht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen durch kinetische Energie wirkenden
Penetrationsgefechtskopf, das wenigstens teilweise die negativen Auswirkungen
eines winkligen Aufschlags auf einem gehärteten Ziel ausgleicht. Der
erfindungsgemäße Gefechtskopf weist in scharfem Kontrast zu bekannten Gefechtsköpfen
einen vorderen Abschnitt oder eine Nase auf, der in bezug zur Hauptachse
des Gefechtskopfs asymmetrisch ist. Der erfindungsgemäße Gefechtskopf
ist zur Verwendung mit Lenkraketen, Projektilen oder Smart Bombs geeignet,
die nicht rollen oder rollstabilisiert, positionsgesteuert und zum Durchschlagen
harter und hochwertiger Ziele ausgebildet sind. Bei derartigen Systemen weist
die Rakete oder Bombe definierte obere und untere Bereiche und der Aufschlag
erfolgt im wesentlichen mit dem unteren Bereich des Systems (Fig. 9).
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Wie schematisch in Fig. 9 dargestellt, macht es die asymmetrische Ausbildung
des Gefechtskopfs möglich, daß das Gefechtskopf in das Ziel eindringen kann,
indem die Gegenkräfte des Ziels derart auf den Gefechtskopf einwirken können,
daß sie der Tendenz des Gefechtskopfs, eine J-förmige Bahn einzunehmen,
entgegenwirken und diese korrigieren, wie in den Fig. 8, 5 und 6 dargestellt.
Die auf die Nase des Gefechtskopfs einwirkenden Kräfte erzeugen somit ein
Moment um den Schwerpunkt des Gefechtskopfs, welches den eindringenden
Gefechtskopf in eine im wesentlichen senkrechte Richtung leitet, wodurch
die Eindringtiefe des Gefechtskopfs vergrößert wird.
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Der Unterschied in der Bahn, die von einem symmetrischen und einem
asymmetrischen Gefechtskopf eingenommen wird, ist schematisch in Fig.
10 dargestellt. Wie ersichtlich, wird der symmetrische Gefechtskopf aus der
beabsichtigten Richtung abgelenkt, während der erfindungsgemäße Gefechtskopf
in Annäherung an die Senkrechte korrigiert wird. Die resultierende tiefere
Penetration und die sich ergebende verbesserte Explosionswirkung ist aus
Fig. 10 ersichtlich.
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Verschiedene und diverse asymmetrische Nasenabschnitte können vorgesehen
werden. Sie fallen sämtlich in den Rahmen der vorliegenden Erfindung. Die
Fig. 11 bis 22 zeigen Beispiele für einige der verschiedenen Möglichkeiten.
Die genaue Wahl der Nasenausbildung und des Grades der Symmetrie hängen
von den Parametern der beabsichtigten Verwendung ab, einschließlich, jedoch
nicht darauf beschränkt, der erwarteten Art des Ziels, des Typs der verwendeten
Sprengstoffe und des erwarteten Aufschlagwinkels.
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In den Fig. 11 und 12 sind Seiten- und Vorderansichten einer Nasenausbildung
mit planarer Fläche dargestellt. Die planare Fläche hat Ellipsenform.
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Eine andere mögliche Ausbildung ist in den Fig. 13 und 14 dargestellt. Hier
weist der Nasenabschnitt die Form eines schrägen Kegels auf, d. h. eines zu
seiner Basis asymmetrischen Kegels, oder, von wesentlicherer Bedeutung,
eines zur Hauptachse des Gefechtskopfs asymmetrischen Kegels, während
die Kegelspitze jeden gewählten Abstand von der Hauptachse haben kann.
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In den Fig. 15 und 16 ist ein Nasenabschnitt dargestellt, der asymmetrisch
konkav ist, während der Nasenabschnitt der Ausführungsbeispiele der Fign.
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17 und 18 asymmetrisch konvex ist. In den Fig. 19 und 20 und den Fig.
21 und 22 sind zwei weitere Ausbildungen dargestellt, die asymmetrisch konkav
bzw. konvex sind.