DK150257B - Anti-materiel projektil - Google Patents

Description

i 150257

Opfindelsen angår et anti-materiel projektil uden sprængladning og af den i krav l's indledning angivne art.

Jord-baserede luftforsvarskanoner med kalibre på 20 mm og mere, som for tiden anvendes, udnytter konven-5 tionelle højeksplosive projektiler til at nedkæmpe et mål. Selv om højeksplosive projektiler har gode slutvirk-ninger imod luftfartøjer, medfører deres dermed forbundne ydre ballistiske egenskab ringe træfsandsynlighed ved brug imod hurtige luftfartøjer. Højeksplosive projektil 10 ler indeholder en brandrørsmekanisme og en højeksplosiv ladning. Disse bestanddele er temmelig fyldige og har ringe vægt og begrænser derfor projektilets gennemsnitlige densitet ugunstigt. Den resulterende ballistiske koefficient er sådan, at den forårsager en høj grad af has-15 tighedsnedsættelse som funktion af rækkevidde og tilsvarende lang flyvetid . Ved anvendelse fra kanoner på jorden mod lavt flyvende, hurtige luftfartøjer kræver den lange flyvetid meget store foranholdelsesvinkler og over-højdevinkler. Ved avancerede jord-støtte luftfartøjer 20 er disse vinkler af en sådan størrelse, at den resulte rende træfsandsynlighed er utilfredsstillende selv ved brug af forfinede ildstyringsorganer.

For at jord-baseret kanonild kan være effektiv er evnen til at ramme målet en forudsætning. For at opnå høj træf-25 sandsynlighed over for hurtigtflyvende fjendtlige luft fartøjer er det væsentligt at affyre projektiler med kort flyvetid som følge af høj projektilhastighed. Dette nedsætter igen kravet til foranholdelsesvinklen og overhøjdevinklen. 1

Hurtige projektiler med kort flyvetid er nødvendige for at opnå høje træfsandsynligheder uanset graden af ydeevnen af et forfinet ildstyringsorgan. De ønskede korte flyvetider kan opnås ved brugen af med afkastelige føringsorganer forsynede underkalibrerede projektiler med 2 150257 en høj mundingshastighed som beskrevet i USA patentskrift nr. 3 714 900. For yderligere at nedsætte hastighedstab som følge af den ballistiske koefficient bør underkalibrerede projektiler have en høj gennem-5 snitlig densitet, dvs. bør bestå af et materiale med en høj densitet, f.eks. en wolfram-legering med en densitet på omtrent 16 til 19 g/cm^. Disse egenskaber og dermed beslægtede ballistiske egenskaber findes ved avancerede panserbrydende projektiler med afkastelige- og 10 kaliberudfyldende føringsorganer, som er beskrevet i førnævnte USA patentkstift nr. 3 714 900. Selvom der tilvejebringes de ønskede træfsandsynligheder er slut-effektiviteten af denne art ammunition imod luftfartøjs-mål imidlertid utilfredsstillende.

15 Panserbrydende projektiler har begrænset sluteffektivi- tet over for bløde mål, som f.eks. hurtige luftfartøjer, idet projektilet kan ramme målet og forårsage overfladisk beskadigelse uden at ødelægge det, idet et sådant projektil ofte flyver igennem målet og fortsætter på 20 den anden side af dette.

Fra engelsk patenskrift nr. 1 205 167 kendes en type panserbrydende projektil fremstillet af U238, hvilket projektil antændes under dets flugt og har en aksial passage således, at det fungerer som ram jet. Det er be-25 regnet til at gennemtrænge panser uden fragmentering og skal til dette formål både have høj trækstyrke og tryk-styrke til pansergennemtrængning.

Fra engelsk patentskrift nr. 1 514 908 kendes et panser-brydende projektil, som har tilstrækkelig hårdhed og sej-30 hed til at passere gennem fraktureret panser uden spræng ning.

Fra engelsk patentansøgning nr. 2 021 739 kendes en brandgranat af lille kaliber til brug mod f.eks. et luft- 3 150257 fartøj. Det er beregnet til at gennemtrænge en hel opstilling af konstruktionselementer, men det har en overvejende brandladning i en midterkanal, som antændes ved hjælp af en forsinket sikring.

5 Fra USA patentskrift nr. 3 203 349 kendes et panserbrydende projektil af tungmetalkonstruktion, som er specifikt beregnet på at nedsætte enhver tilbøjelighed til splintring. Skønt frontdelen er fremstillet af 90¾ wolfram-legering er det specifikt beregnet på gennemtræng-10 ning.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe et anti-ma-teriel projektil af den indledningsvis angivne art, som kan udformes med en ballistisk egenskab, som medfører kort flyvetid og deraf følgende høj træfsandsynlighed jL5 og samtidig tilvejebringer den afsluttende ballistiske effektivitet, som er nødvendig for at nedkæmpe luftfartøjs- og helikoptermål.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at det indledningsvis angivne anti-materiel projektil er ejendom-20 meligt ved det i krav l's kendetegnende del angivne.

Projektilet ifølge opfindelsen har således en hoveddel af et skørt metal, som er karakteriseret ved et specifikt forhold imellem trykstyrken og trækstyrken på omtrent 20:1. Som følge af dette kritiske forhold vil pro-25 jektilets ødelæggende evne fremkomme ved strukturel fragmentation af hoveddelen forårsaget ved anslagschok ved målet, efterfulgt af fremad rettet ekspansion af fragmentbundtet forårsaget af den resterende kinetiske energi og forbrænding af målets brændbare metalkompo-•jø nenter. Hoveddelen fragmenterer ved anslag, selv imod et blødt mål såsom et aluminiumslegeme. Projektilet er i stand til at gøre dette i kraft af de i krav 1 angiv- 4 150257 ne særlige egenskaber incl. den specifikke densitet. Projektilet er også i stand til at gennemtrænge en panserplade, nar denne er det første kontaktpunkt.

Den foretrukne udførelsesform for projektilet ifølge 5 opfindelsen, som er angivet i krav 4, er fremstillet ved anvendelse af en sintringsproces, hvor det sintrede metal sænksmedes for at opnå fuld densitet og smedes ved 1400 °C, hvilket er nødvendigt for at opnå de nævnte fysiske egenskaber.

10 Til visse anvendelser kan det være ønskeligt at anvende et projektillegme, som delvis består af et skørt materiale og delvis af en legering med høj styrke. Sådanne sammensatte projektiler tillader nedkæmpelsen af mål med flere i indbyrdes afstand anbragte plader, f.eks.

15 af luftfartøjer eller helikoptere udstyret med armerede cockpits eller andre beskyttede komponenter.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå: fig. 1 viser et længdesnit af en typisk spin-stabili-20 seret underkalibreret patron med afkasteligt førings- organ , fig. 2 viser et længdesnit af et underkalibrerefc projektil, fig. 3 viser et længdesnit af et andet underkalibreret 25 projektil, fig. 4 er et længdesnit af et projektil af flere dele i-følge opfindelsen, fig. 5 er et skematisk billede af et projektil, som nærmer sig et mål, 150257 5 fig. 6 er et skematisk billede af et mål, efter dette er ramt af et projektil, fig. 7 er et skematisk billede af et mål, f.eks. et luftfartøj, hvori flere konstruktionsdele og panserplader 5 er gennemtrængt af projektiler ifølge opfindelsen af flere dele, fig. 8 er et skematisk billede af et mål, f.eks. et luftfartøj, hvori flere konstruktionsdele og en panserplade gennemtrænges af et projektil af flere dele ifølge 10 opfindelsen, fig. 9 er et længdesnit af et projektil af flere dele ifølge opfindelsen, som indeholder en lyssporsats, og fig. 10 viser et længdesnit af et projektil ifølge opfindelsen, som indeholder et selv-destruerende organ. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 På fig. 1 er formen og dimensionerne af det underkali 2 brerede projektil med afkasteligt føringsorgan tilsva 3 rende som ved helt konventionelle fuldkalibrerede pro 4 jektiler. Det afkastelige føringsorgan styrer det un 5 derkalibrerede projektil 12 i en koaksial position og 6 består i det væsentlige af tre komponenter som be 7 skrevet i USA patentskrift nr. 3 714 900. En ballistisk 8 hætte 14 omslutter det underkalibrerede projektil. Det 9 afkastelige føringsorgan består af projektilbunden 16, 10 som er forsynet med et roterende bånd 18, som fortrins- 11 vis er fremstillet af injektionsstøbt plast som anført 12 i beskrivelsen til USA patentskrift nr. 3 786 760. Det 13 underkalibrerede projektil med afkasteligt føringsor 14 gan er generelt fastgjort til et konventionelt med 15 tændladning forsynet patronhylster 20, som indeholder 16 en drivladning 22. Ved affyring og fremkomst fra kanon mundingen bliver det afkastelige føringsorgan automatisk afkastet på en måde, som er beskrevet i USA patent 6 150257 nr. 3 714 900, og det underkalibrerede projektil fortsætter langs ildlinien med høj hastighed.

1 projektilet ifølge opfindelsen omfatter det i fig.

2 og 3 viste projektil en hoveddel 24 med en cylin- 5 drisk midtersektion 25, en tilspidset næsesektion 26 og en tilspidset basissektion 27. Projektilets hoveddel 24 består af en skør, højdensitetslegering. Projektilspidsen 28 er fortrinsvis fremstillet af et pyro-phosphormetal, f.eks. zirconiumlegering, titanium el-1.0 1 er for radioaktivitet opbrugt uraniumlegering. De to dele kan samles på mange kendte måder. I den i fig.

2 viste udførelsesform opnås samlingen ved hjælp af en prespasning ved grænsefladen mellem den nippel-formede forlængelse 29 på pyrophosphormetalprojektilspidsen 15 og projektilets hoveddel. Hvis det ønskes, kan forlæn gelsen 29 strække sig bagud i hele projektilhoveddelens længde som vist i fig. 3.

Anvendelsen af pyrophosphormetalprojektilspidsen er optimal og kan udelades ved meget småkalibrerede projek-20 tiler. I det tilfælde består hele det underkalibrerede projektil af et skørt materiale med høj densitet som vist i fig. 1, som omfatter det underkalibrerede projektil i ét stykke.

Det skøre højdensitetsmetal i det underkalibrerede pro-25 jektil, som udgør en del af opfindelsen, har særlige styrkeegenskaber, som muliggør den ønskede funktion. For det første har metallet trykstyrke til at modstå den acceleration i længderetningen, som. frembringes med projektilet ved affyring fra kanonen. Disse accelerationer 30 kan overstige 175 000 g i en kort varighed, som kræver en sammentrykningsstyrke på over 15 000 kg/cm . Ued anslag imod målet frembringer det underkalibrerede projektil en anslagschokbølge, som udbredes bagud gennem projektilet. Umiddelbart efter den chok-frembragte sam-35 mentrykning frembringer materialet ekspansion. Denne 7 150257 ekspansion medfører høje trækbelastninger, som belaster materialet til brud, en proces, som betegnes som afskalling. For at opnå den ønskede projektilfragmentation ved forholdsvis moderate anslagsstødintensiteter, 5 som f.eks. opstår ved anslag mod et luftfartøjs aluminiumsbeklædning ved forøgede træfningsafstande og tilsvarende reducerede projektilhastigheder, skal projektilmaterialets trækstyrke være tilstrækkelig lav, f.eks.

2 omtrent 800 kg/cm , eller inden for + 10 «.

10 Fragmentationen af et projektil ved anslag mod et luftfartøj er skematisk vist i fig. 5 eller 6. Det antages, at projektilet, som består af hoveddelen 24 (en skør højdensitetslegering) og pyrophosphormetalspid-sen 26, som er vist i fig. 2, rammer et luftfartøjs 15 aluminiumsbeklædning 30. Anslaget finder sted ved 32 og efterlader et hul 34 i luftfartøjets aluminiumsbeklædning med dimensioner, som er lidt større end projektilets. Anslagsrystelsen får projektilbestanddelene til at gå itu som vist skematisk i fig. 6. Bag den gennem-20 trængte aluminiumsbeklædning 30 fortsætter de tilfældige brudstykker 36 deres bevægelse med en hastighed, som er sammensætningen af den resterende projektil-hastighed efter anslaget og centrifugalhastighedskom-posanten som følge af projektilrotationen. Som følge deraf 25 dannes et ekspanderende bundt af hurtige brudstykker med høj densitet som angivet ved pile i fig. 6.

Som følge af den koniske ekspansion af fragmentbundtet vokser beskadigelsesarealet af efterfølgende komponenter af målet (luftfartøj) med afstanden fra det oprindelige 30 anslagspunkt 32. Denne virkning er skematisk vist i fig. 7, hvor yderligere luftfartøjskomponenter 35 og 38 gennemtrænges af projektilfragmen’terne. Ved hver efterfølgende gennemtrængning; dvs. mod de i fig. 7 viste plader 40 til 44, som repræsenterer indre luft-35 fartøjskomponenter, opstår yderligere opdeling af anslagsfragmenterne 36.

150257 8

Under anslag og fragmentation opstår selvantændelse af pyrophosphormetalprojektilspidsen. Metallets således frembragte eksothermiske reaktion frembringer antændelsestemperaturer op til 3000 °C afhængig af fragment-5 størrelse og fragmenthastighed. De resulterende brand-virkninger har en sådan størrelse, at de forårsager antændelse af mange brændstoffer, f.eks. benzin og jet-brændstof (kerosen).

Som ovenfor angivet' har det underkalibrerede projektils ig skøre materiale særlige fysiske og mekaniske egenskaber for at opnå en gunstig virkning. For det første skal dets densitet være høj, fortrinsvis i området 17 til 19 g/cm"5 for at nå frem til en høj ballistisk koefficient til effektive udvendige ballistiske egenskaber, 15 som er karakteriseret ved kort flyvetid, flad bane og mindst mulig hastighedstab. For det andet skal materialet opnå en høj dynamisk trykstyrke for at modstå den i kanonen frembragte affyringsacceleration. For det tredje skal materialets trækstyrke være tilstrækkelig 20 lav til at sikre en rigtig projektilfragmentation ved reducerede anslagshastigheder imod tynde luftfartøjskonstruktioners beklædning. Størrelsen af de dynamiske styrkeegenskaber afhænger af kaliberen og andre særlige parametre ved projektil-kanonsystemet. Som et eksempel 25 er egenskaberne ved et typisk 35 mm luftforsvarsprojektil med afkastnings-projektilknast som anført:

Materialdensitet 15 - 19 g/cm^

Dynamiske styrkeegenskaber trykstyrke ^ c>15500 kg/cm^ trækstyrke ^Τ·^800 kg/cm^

Af betydning er først og fremmest materialets høje densitet; for det andet den relative svaghed ved træk sammenlignet med styrken over for tryk med et forhold 30 mellem trykstyrke og trækstyrke på omtrent 20.

De ønskede særlige egenskaber kan opnås ved anvendelse 9 150257 af faststof, fusionssintret wolfram af handelskvalitet.

Efter sintring udglødes materialet før bearbejdning. I denne tilstand har materialet en høj skørhedsgrad, og når det udsættes for et anslagschok, som når et pro-5 jektil rammer et mål, vil det sprænges i små fragmenter. En mindre grundig fragmentation, dvs. en sprængning i større partikler, kan opnås ved en mindre grad af udglødning af det sintrede wolfram før bearbejdning.

Således kan graden af fragmentation styres, inden for 10 grænser, ved graden af udglødning og den deraf afhængige rekrystallering af projektilmaterialet.

De ovenfor beskrevne ulegerede wolfram-materialer har en densitet på omtrent 19 g/cm^, og deres fragmentationsegenskaber er særlig egnet til brug i anti-luft-15· skytsprojektiler med kalibre fra 12,7 til 40 mm.

Til luftforsvarsammunition med større kaliber og tilsvarende tungere projektiler ønskes en fragmentation i større partikler end ovenfor beskrevet i forbindelse med de mindre kalibre. Dette opnås med et omtrent 80 % tæt 2ø sintret wolfram, som udsættes for kobberinfiltrering.

Det således opnåede kobberinfiltrerede wolfram har en densitet på 16 g/cm;. Ved anslag mod et luftfartøjsmål, sprænges materialet i tilfældigt formede fragmenter, hvis største dimensioner er fra omtrent 2 til 8 mm. 1 2 3 4 5 6

Andre materialer foruden wolfram kan anvendes ifølge 2 opfindelsen, omfattende skørt for radioaktivitet i 3 det væsentlige opbrugt uran, som har relative dyna 4 miske styrkeegenskaber ved tryk og træk som ovenfor 5 beskrevet. Materialer med mindre densitet, dvs. mindre 6 end 15 g/cm^, kan benyttes, men er mindre ønskelige, eftersom de mangler nogle af de naturlige fordele ved ovennævnte underkalibrerede projektiler med høj densitet. Som eksempel vil stållegeringer med en densitet på 7,8 g/cm^ have en mindre ønskelig ydre ballistisk 150257 ίο og endelige ballistiske egenskaber. Alligevel vil skøre stållegeringer med relative styrkeegenskaber ved tryk og træk som ovenfor beskrevet være effektive i-mod meget hurtige mål,f.eks. interkontinentale raket-5 ter, hvor den resulterende anslagshastighed er meget høj.

Den endelige ballistiske mekanisme ved det skøre wolframprojektil, (se fig. 6) når det benyttes med en hovedsagelig aluminiumskonstruktion, f.eks. et luft-10 fartøj, omfatter beskadigelse som følge af fragment- anslag og -gennemtrængning, pyrophosphorreaktioner og beskadigelse som følge af aluminiumsstøv og/eller aluminiumsdampvirkninger. Sidstnævnte skyldes fordampningen af aluminiummet som følge af anslagsbundtet 15 af hurtige wolframfragmenter og efterfølgende eksplosive oxidering af det hvidglødende aluminium. Fordampningsvirkningernes udstrækning er enestående for denne projektiltype og er resultatet af den næsten totale omdannelse af wolframfragmenternes kinetiske energi til 20 aluminiumsmålet. Størrelsen af projektilets slutvirk- ninger er hastighedsafhængig og vokser med voksende an-slagshastighed.

Den kinetiske energi ved fragmentationsbundter med høj hastighed og høj densitet, som rammer luftfartøjers 25 brændstoftanke, frembringer alvorlige hydrauliske chok i væsken og deraf følgende ødelæggelse af tanken. Aluminiumsdampeksplosioner gg/eller forbrænding af pyro-phosphormetalfragmenter er mest effektive ved antændelse af brændstoffet og brændstof-luftblandinger.

30 Selvom et underkalibreret, anti-materiel projektil består af en skør wolframlegering, er det også effektivt imod stærkt pansrede mål, forudsat sådanne mål er det første anslagspunkt. Hvis projektilet sprængesser det rammer hårdt panser, f.eks. af en alumini-35 umsplade .eller et andet metal anbrågt i en afstand 11 150257 foran det hårde panser, er dets evne til at gennemtrænge det hårde panser derimod'reduceret.

For at opnå forbedrede egenskaber imod en sådan multipel plade eller pansermål med indbyrdes afstand kan et sam-5 mensat anti-materiel projektil anvendes. Et længdesnit, som viser hovedelementerne i et sådant underkalibreret projektil 41 er vist i fig. 4. Projektilets midter-sektion 41a består af den ovenfor beskrevne skøre u/ol-framlegering. Bunden 41b ved projektilets bagende er 10 fremstillet af en u/olframlegering med stor styrke eller et ækvivalent metal, som sædvanligvis anvendes ved panserbrydende projektiler. For at forøge brandeffektiviteten for projektilet, kan pyrophosphormate-riale, såsom zirconium eller titaniumlegering benyttes 15 til projektilspidsen 41c. Anvendelsen af pyrophosphor- materiaie er valgfri, og projektilspidsen 41c kan i stedet være én forlængelse af projektilets hoveddel 41a og bestå af en skør u/olframlegering.

Fig. 8 viser forløbet, når et sammensat projektil som vist 2Q i fig. 4 rammer et mål af flere plader. Målet omfatter ydre.

aluminiumsplader 48 og 50 og en indre panserplade 52.

Ved projektilets 41 anslag ved punktet 54 på den ydre plade 48 sprænger det skøre projektils hoveddel 41a og spids 41c i stykkér 36 på samme måde som beskrevet i 25 forbindelse med fig. 6. Projektilets bund 41b forbliver i det væsentlige udeformeret og virker som et panser-brydende projektil, som er i stand til at gennemtrænge -stål med høj styrke eller panserpladen ’52 inden i luftfartøjskonstruktionen.

3Q Et projektil ifølge opfindelsen kan omfatte en kon ventionel pyrophosphorlyssporsats 60, som er anbragt ved bunden som vist i fig. 9. Ved et rotationsstabiliseret projektil med afkasteligt føringsorgan som vist i fig. 1, hvor accelerationskræfterne under affyring 150257 ~s 12 overføres til projektilets bund, er området omkring lyssporsatsens hulrum imidlertid efter ønske forstærket. Tilstedeværelsen af hulrummet 62 for lyssporsatsen medfører væsentlige forskydningskræfter under affyrings-5 accelerationen, som kan overstige det skøre materiales styrkeegenskaber. Et materiale, som kombinerer de før beskrevne egenskaber, har en karakteristisk lav kærv-følsomhed. Derfor er projektildelen, som indeholder hulrummet 62 til en lyssporsats, fremstillet af et 10 stærkere materiale, f.eks. en konventionel wolfram- legering eller et dermed ækvivalent materiale. Valget af en wolframlegering med stor styrke har den fordel, at den således forstærkede projektildel 64 kan fastgøres til projektilets forreste del 66 ved lodning 15 til grænsefladen 68. Grænsefladens 68 geometriske form er ikke kritisk, forudsat den ikke tilfører for store forskydningsbelastninger i projektilets hoveddel 66, som består af det skøre materiale.

Højeksplosive projektiler, som sædvanligvis benyttes mod 20 fjendtlige luftfartøjer, udstyres hyppigt med et selv ødelæggende organ. I de fleste tilfælde er selv-ødelæggelse den sidste funktion ved det projektil-bårne brandrør og aktiveres ved en vis flyvetid svarende til en rækkevidde, som er større end ammunitionens effek-25 tive rækkevidde. Formålet med det selv-ødelæggende organ er destruktionen af projektiler, som ikke standser det tilsigtede mål, før dets anslag mod jord, som tilhører egne eller allierede styrker.

Et skørt projektil ifølge opfindelsen har den fordel, 30 at det hverken kræver et brandrør eller en højeksplosiv ladning til sin funktion. For at opnå en selv-ødelæggende egenskab, kan den pyrolytiske lyssporsats 60 benyttes som en tidsindstilling til igangsættelse af opdelingen af det i fig. 10 viste projektil. Opdeling startes med en tændladning 72,. som er anbragt ved enden