EP2921814B1 - Zündsystem für ein skalierbares wirksystem - Google Patents

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EP2921814B1
EP2921814B1 EP15000783.9A EP15000783A EP2921814B1 EP 2921814 B1 EP2921814 B1 EP 2921814B1 EP 15000783 A EP15000783 A EP 15000783A EP 2921814 B1 EP2921814 B1 EP 2921814B1
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EP
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ignition
explosive charge
ignition system
ignition device
control unit
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EP15000783.9A
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EP2921814A1 (de
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Hans-Dieter Ackermann
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TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
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TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B1/00—Explosive charges characterised by form or shape but not dependent on shape of container
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C15/00—Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C19/00—Details of fuzes
    • F42C19/08—Primers; Detonators
    • F42C19/0838—Primers or igniters for the initiation or the explosive charge in a warhead
    • F42C19/0842—Arrangements of a multiplicity of primers or detonators, dispersed within a warhead, for multiple mode selection

Definitions

  • the invention relates to an ignition system for a scalable active system, which comprises at least one explosive charge, wherein a first ignition device is provided for initiating a subdetonation mechanism, with which an explosive charge can be excited for deflagration, wherein a second ignition device is provided for a detonative initiation of the explosive charge, and wherein the ignition devices are independently triggered by means of a control unit and both ignition devices are arranged immediately adjacent.
  • Such an ignition system is in the DE 10 2013 011 404 A1 described.
  • it is proposed to localize the initiation sites for the deflagrative and the detonative initiation of the explosive charge of the active system.
  • Both ignition devices can be triggered in quick succession, the time interval directly influencing the power scaling of the explosive charge.
  • the two ignition devices to be realized is not mentioned in this description of the invention.
  • the DE 10 2012 006 044 B3 deals with a method for measuring the course of a detonation front, which starts from a first ignition point to determine the appropriate ignition timing of the opposing second ignition point.
  • the DE 39 18 513 C1 relates to a safety device for a Doppelhohlladungsgefechtskopf, which allows the time-delayed ignition of the two shaped charges.
  • the DE 10 2009 017 160 B3 describes a warhead with an explosive charge, the front side has one or more active charges, which act only deflagrativ on the explosive charge.
  • a warhead with a cylindrical explosive charge can according to the DE 100 08 914 C2 with two opposing charges, one of which detonatively initiates the other but deflagratively, in the power output are set within very wide limits. None of the aforementioned inventions is suitable to solve the following problem.
  • the actual initiation of the sub-detonation mechanism is detected, which in turn causes the deflagration of the explosive charge.
  • the initiation of the explosive charge is thus prevented in good time and thus successfully precludes a complete detonation of the explosive charge.
  • active system means, for example, a warhead having at least one explosive charge which can be initiated with at least two different ignition devices in different ways, whereby the power output of the warhead can be adjusted within a wide range.
  • the invention is based on the experience that the ignition of scalable active systems by means of two arranged on the longitudinal axis of the active system ignition devices can at least cause problems, for example, when the target collision that ignition device to trigger the deflagration of the explosive charge is destroyed and then with the system almost full power detonated.
  • a first ignition device initiates the subdetonative conversion of the explosive, before then later in time the detonative initiation is initiated by means of a second ignition device.
  • the scalable power output is then adjusted over the delay time between the sub-detonation and the detonation.
  • the basic principle of the present ignition system is not dependent on the geometry of the active system. That in the FIG. 1 illustrated exemplary ignition system corresponds in structure to the standard of 3inch Air Force and Marine detonators. Thus, it is obvious to incorporate such an effective system in standardized active bodies GK , taking into account their manufacturing process.
  • the initiation of the detonation into the explosive charge S takes place via the explosive booster, which initiates laterally in the "side-light” process through the wall G the surrounding explosive S of the main charge.
  • the ignition system can be easily adapted to known active body.
  • FIG. 2 the block diagram of the ignition system is shown schematically simplified.
  • the sharpening begins either on the basis of a decision ARM1, ARM2 or on the basis of the sensor signals Sensor1, Sensor2, which each act on the safety logic. If all signals for a desired ignition are given in the safety logic, the power supply HV generation control is also provided for the ignition circuits.
  • An essential function in the safety logic suppresses an unwanted spark advance of the detonative output. It also contains a time function consisting of a programmable safety critical timer, which together with the function Back Up Timer controls the ignition circuit b and thus decides, depending on the output signal of the detonation monitor the detonative initiation of the active charge is carried out or not.
  • the ignition circuits a1 and a2 are initiated, which both act via detonators EFI or LEEFI on the amplifier charge Sprinter_Verchesr_Elements, which then triggers the Subdetonationsmechanismus.
  • the detonation monitor can optionally be arranged with the same effect on the booster charge or on the subdetonation mechanism.
  • the ignition circuit b is also initiated after a time delay dependent on the desired active charge power, so that the detonator initiates the active charge via a detonator EFI or LEEFI and another booster charge becomes.
  • the process of sharpening is as follows.
  • the ignition system receives its start signal either externally, such as from a ground clearance sensor or from the missile control, or the ignition system receives it from an internal impact sensor.
  • the start signal can either be done as a quick detonation (instantaneous ignition), or even with a time delay or even out of ambient conditions.
  • the deflagration mechanism is then started via the ignition circuits a1 and a2.
  • the detonation monitor checks the correct sequence and starts the programmed timer to initiate the detonation initiation via the Trigger ignition circuit b. From there, a regular ignition via another detonator EFI or LEEFI runs on another transformer-amplifier elements on the booster for detonative initiation of the active charge. Should this way fail, so the detonation initiation of the explosive charge S will not take place.
  • the timer in the central control unit is critical to safety, as a pre-ignition leads to an unwanted higher power output of the active system.
  • This timer is executed in accordance with the provisions of STANAG 4187. This design ensures that the set delay time for power control of the active system is not exceeded with a high level of safety.
  • the detonator can be executed in different ways. This can be a mechanical or an optical sensor. Coaxial cables, optical fibers or ionization sensors can be used as well.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für ein skalierbares Wirksystem, welches wenigstens eine Sprengladung aufweist, wobei eine erste Zündeinrichtung für eine Initiierung eines Subdetonationsmechanismus vorgesehen ist, mit dem eine Sprengladung zur Deflagration anregbar ist, wobei eine zweite Zündeinrichtung für eine detonative Initiierung der Sprengladung vorgesehen ist, und wobei die Zündeinrichtungen unabhängig voneinander mittels einer Steuereinheit auslösbar sind und beide Zündeinrichtungen unmittelbar benachbart angeordnet sind.
  • Ein derartiges Zündsystem wird in der DE 10 2013 011 404 A1 beschrieben. Hier wird vorgeschlagen, die Initiierungsorte für die deflagrative und die detonative Initiierung der Sprengladung des Wirksystem örtlich zusammen zu fassen. Es können beide Zündeinrichtungen kurz nacheinander ausgelöst werden, wobei der zeitliche Abstand die Leistungsskalierung der Sprengladung unmittelbar beeinflusst. In welcher Art die beiden Zündeinrichtungen realisiert werden sollen ist in dieser Erfindungsbeschreibung jedoch nicht erwähnt.
  • Die DE 10 2012 006 044 B3 befasst sich mit einem Verfahren zur Messung des Verlaufs einer Detonationsfront, welche von einer ersten Zündstelle ausgeht, um den geeigneten Zündzeitpunkt der gegenüber angeordneten zweiten Zündstelle zu bestimmen.
  • Die DE 39 18 513 C1 betrifft eine Sicherungseinrichtung für einen Doppelhohlladungsgefechtskopf, welche die zeitversetzte Zündung der beiden Hohlladungen ermöglicht.
  • In der US 4,815,385 A wird eine Zündeinrichtung für eine Sprengladung dargestellt, welche gegenüberliegende Zündstellen aufweist, die gleichzeitig gezündet werden, um in der Mitte der zylindrischen Ladung eine fokussierte radiale Leistungsabgabe zu bewirken.
  • Die DE 10 2009 017 160 B3 beschreibt einen Gefechtskopf mit einer Sprengladung, die stirnseitig eine oder mehrere Wirkladungen aufweist, welche ausschließlich deflagrativ auf die Sprengladung einwirken.
  • Ein Gefechtskopf mit einer zylindrischen Sprengladung kann gemäß der DE 100 08 914 C2 mit zwei sich gegenüber liegenden Ladungenvon denen eine detonativ, die andere jedoch deflagrativ initiiert, in der Leistungsabgabe in sehr weiten Grenzen eingestellt werden. Keine der vorgenannten Erfindungen ist geeignet folgende Aufgabe zu lösen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein grundsätzlich aus zwei eigenständigen Zündeinrichtungen bestehendes Zündsystem zu entwerfen, das in der Lage ist, im Fall des Versagens der deflagrativen Initiierung die detonative Initiierung sicher zu verhindern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Bereich des Ausgangs der ersten Zündeinrichtung an dem damit korrespondierenden Subdetonationsmechanismus ein Detonationssensor zum Zweck der Detektion der Normalfunktion der Initiierung oder deren Fehlfunktion angeordnet ist, dessen Ausgangsignal mit dem Anschluss für die Freigabe oder Sperrung der zweiten, direkt auf die Sprengladung wirkenden Zündeinrichtung verbunden ist.
  • Mittels eines derartigen Zündsystems wird die tatsächliche Initiierung des Subdetonationsmechanismus festgestellt, die ihrerseits die Deflagration der Sprengladung bewirkt. Im Fall der Fehlfunktion der ersten Zündeinrichtung wird somit rechtzeitig die Initiierung der Sprengladung verhindert und damit eine vollständige Detonation der Sprengladung erfolgreich ausgeschlossen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des Zündsystems sind den nachgeordneten Ansprüchen entnehmbar und werden in der Beschreibung erörtert.
  • Die Erfindung ist in den Figuren der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1: einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zündsystem,
    • Fig. 2: ein Blockschaltbild des Zündsystems mit Angabe der Funktion der Elemente.
  • Zur Erläuterung sei vorausgeschickt, dass unter Wirksystem beispielsweise ein Gefechtskopf verstanden wird, der wenigstens eine Sprengladung aufweist, die mit wenigstens zwei unterschiedlichen Zündeinrichtungen auf unterschiedliche Weise initiiert werden kann, wodurch die Leistungsabgabe des Gefechtskopfes in einem weiten Bereich einstellbar ist.
  • Die Erfindung basiert auf der Erfahrung, dass die Zündung skalierbarer Wirksysteme mittels zweier auf der Längsachse des Wirksystems angeordneter Zündeinrichtungen zumindest dann zu Problemen führen kann, wenn beispielsweise beim Zielaufprall diejenige Zündeinrichtung, die die Deflagration der Sprengladung auslösen soll, zerstört wird und anschließend das Wirksystem mit annähernd voller Leistung detoniert.
  • Daraus entstand die Idee, ein Wirksystem mit zwei unmittelbar benachbart angeordneten Zündeinrichtungen zu entwickeln, wobei die skalierbare Leistungsabgabe uneingeschränkt möglich sein soll. Bei diesem Konzept leitet zunächst eine erste Zündeinrichtung die subdetonative Umsetzung des Sprengstoffes ein, ehe dann zeitlich etwas später die detonative Initiierung mittels einer zweiten Zündeinrichtung eingeleitet wird.
  • Es ist aus mehreren Gründen zwingend erforderlich, dass die Initiierung am gleichen Ort erfolgt und dass die Front der Subdetonation fast gleich schnell voranschreitet wie die nachfolgende Detonationsfront. Die skalierbare Leistungsabgabe wird dann über die Verzögerungszeit zwischen der Subdetonation und der Detonation eingestellt.
  • Das Grundprinzip des vorliegenden Zündsystems ist nicht abhängig von der Geometrie des Wirksystems. Das in der Figur 1 dargestellte beispielhafte Zündsystem entspricht von seinem Aufbau her dem Standard der 3inch Luftwaffen- und Marinezünder. Somit liegt es nahe, ein solches Wirksystem in standardisierten Wirkkörpern GK einzubauen, wobei deren Herstellungsprozess zu berücksichtigen ist. Die Einleitung der Detonation in die Sprengladung S erfolgt dabei über den Sprengstoff-Booster, der seitlich im "Side Light"-Verfahren durch die Wandung G den umgebenden Sprengstoff S der Hauptladung initiiert. Mittels entsprechender Dimensionierung kann das Zündsystem auf einfache Weise an bekannte Wirkkörper angepasst werden.
  • Der Einbau des Gehäuses G des Zündsystems erfolgt mittels eines üblichen Einschraubrings in das Gehäuse GKH des Wirksystems GK. Das Volumen und die Position des Steckeranschlusses eines üblicherweise im Inneren der Sprengladung liegenden Spiralkabels wird dabei für den Anschluss des Subdetonationsmechanismus SDM an das Zündsystem genutzt. Diese Verbindung ist so gestaltet, dass sie sich beim Einsetzen des Zündsystemgehäuse G selbsttätig schließt.
  • In Figur 2 ist das Blockschaltbild des Zündsystems schematisch vereinfacht dargestellt. Die Schärfung beginnt entweder aufgrund einer Entscheidung ARM1, ARM2 oder aufgrund der Sensorsignale Sensor1, Sensor2, die jeweils auf die Sicherheitslogik einwirken. Wenn in der Sicherheitslogik alle Signale für eine gewollte Zündung gegeben sind, wird auch die Stromversorgung HV Generierung Regelung für die Zündkreise bereitgestellt.
  • Eine wesentliche Funktion in der Sicherheitslogik unterdrückt eine ungewollte Frühzündung des detonativen Ausgangs Sie enthält auch eine Zeitfunktion bestehend aus einem programmierbaren Safety Critical Timer, der zusammen mit der Funktion Back Up Timer den Zündkreis b steuert und damit darüber entscheidet, ob in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Detonationswächters die detonative Initiierung der Wirkladung durchgeführt wird oder nicht.
  • Im Fall des regulären Ablaufs werden die Zündkreise a1 und a2 initiiert, die beide über Detonatoren EFI oder LEEFI auf die Verstärkerladung Übertrager_Verstärker_Elemente einwirken, welchen dann den Subdetonationsmechanismus auslöst. Der Detonationswächter kann hierbei wahlweise gleichwirkend an der Verstärkerladung oder auch am Subdetonationsmechanismus angeordnet sein.
  • Wenn der Detonationswächter eine korrekte Funktion an den Programmable Safety Critical Timer liefert wird auch der Zündkreis b nach einer von der gewünschten Leistung der Wirkladung abhängigen Zeitverzögerung initiiert, so dass über einen Detonator EFI oder LEEFI und eine weitere Verstärkerladung der Booster zur detonativen Initiierung der Wirkladung gezündet wird.
  • Der Ablauf einer Schärfung ist wie folgt. Je nach Programmierung erhält das Zündsystem sein Startsignal entweder von extern, wie beispielsweise von einem Bodenabstandssensor oder von der Steuerung des Flugkörpers, oder das Zündsystem erhält es von einem internen Aufschlagsensor. Mit Hilfe der Programmierung können unterschiedliche Bedingungen am Zielort berücksichtigt werden. Damit kann das Startsignal entweder als Quick Detonation (Sofortzündung), oder auch zeitverzögert oder auch abgängig von Umgebungsbedingungen erfolgen.
  • Im Normalfall wird dann der Deflagrationsmechanismus über die Zündkreise a1 und a2 gestartet. Der Detonationswächter prüft den korrekten Ablauf und startet den programmierten Timer zur Einleitung der detonativen Initiierung über den Trigger Zündkreis b. Von dort an läuft eine reguläre Zündung über einen weiteren Detonator EFI oder LEEFI auf einen weiteren Übertrager-Verstärker-Elemente auf den Booster zur detonativen Initiierung der Wirkladung. Sollte dieser Weg ausfallen, so wird auch die detonative Initiierung der Sprengladung S nicht stattfinden.
  • Aufgrund der beiden unterschiedlichen Wege der subdetonativen und der detonativen Initiierung wird sicher gestellt, dass eine unerwünschte detonative Initiierung der Sprengladung S in jedem Fall ausgeschlossen werden kann.
  • Der Timer in der zentralen Steuereinheit ist sicherheitskritisch, da eine Frühzündung zu einer ungewollten höheren Leistungsabgabe des Wirksystems führt. Dieser Timer ist gemäß den Bestimmungen der STANAG 4187 ausgeführt. Durch diese Ausführung ist sichergestellt, dass mit hoher Sicherheit die eingestellte Verzögerungszeit zur Leistungssteuerung des Wirksystems nicht unterschritten wird. Der Detonationswächter kann in verschiedenen Arten ausgeführt werden. Dies kann ein mechanischer oder ein optischer Sensor sein. Ebenso gut können Koaxialkabel, Lichtleiter oder Ionisationssensoren Verwendung finden.

Claims (9)

  1. Zündsystem für ein skalierbares Wirksystem, welches wenigstens eine Sprengladung (S) aufweist, wobei eine erste Zündeinrichtung (a) für eine Initiierung eines Subdetonationsmechanismus (SDM) vorgesehen ist, mit dem die Sprengladung (S) zur Deflagration anregbar ist, wobei eine zweite Zündeinrichtung (b) für eine detonative Initiierung der Sprengladung (S) vorgesehen ist, und wobei die Zündeinrichtungen (a, b) unabhängig voneinander mittels einer Steuereinheit auslösbar sind und beide Zündeinrichtungen (a, b) unmittelbar benachbart angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Ausgangs der ersten Zündeinrichtung (a) und einem damit korrespondierenden Subdetonationsmechanismus (SDM) ein Detonationssensor zum Zweck der Detektion der Normalfunktion der Initiierung oder deren Fehlfunktion der ersten Zündeinrichtung (a) angeordnet ist, dessen Ausgangsignal mit dem Anschluss für die Freigabe oder Sperrung der zweiten, direkt auf die Sprengladung (s) wirkenden Zündeinrichtung (b) verbunden ist, wobei im Falle der Fehlfunktion der ersten Zündeinrichtung (a) die detonative Initiierung der Sprengladung (S) verhindert wird.
  2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zündeinrichtung (a) redundant ausgeführt ist.
  3. Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zündeinrichtung (b) redundant ausgeführt ist.
  4. Zündsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündsystem eine zentrale Steuereinheit (ZE) aufweist.
  5. Zündsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (ZE) mit wenigstens zwei Umweltsensoren verbunden ist.
  6. Zündsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (ZE) mit einer Sicherheitslogik verbunden ist, die ihrerseits mit der Zündfreigabe und Umweltsensoren verbunden ist, und je nach Art ihrer Eingangsgrößen die Zündung sperrt oder freigibt.
  7. Zündsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (ZE) programmierbar ist.
  8. Zündsystem nach wenigstens einem der Anspruche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitslogik eine Zeitschaltung aufweist, welche in Abhängigkeit von Eingangssignalen innerhalb eines Zeitfensters oder zu einem definierten Zeitpunkt weitere Funktionen steuert.
  9. Zündsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte System in einem kompakten Gehäuse (GK) angeordnet ist, welches in ein Mundloch des Wirksystems einschiebbar ist, wobei selbsttätig die notwendigen elektrischen Anschlüsse zu weiteren Funktionselementen des Wirksystems verbindbar sind.
EP15000783.9A 2014-03-20 2015-03-17 Zündsystem für ein skalierbares wirksystem Not-in-force EP2921814B1 (de)

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