JP3604705B2 - 改良されたミサイルの弾頭 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はミサイル、特に堅いターゲットを貫通するように設計されたミサイル弾頭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ミサイルは空対空および地上戦闘用から構造物破壊用までの範囲の種々の需要のある応用で使用されている。このような応用では、実効的におよび徹底して堅いターゲットを貫通しその内部で爆発することができ、安全に運ばれ爆発の危険性を最小にして保存される弾頭を具備したミサイルがしばしば必要とされる。
【０００３】
典型的な堅いターゲット用のミサイルは鋼鉄ケース内に収納された爆発物弾頭を含んでいる。ヒューズはターゲットに衝突した後爆発物弾頭を点火する役目を行う。弾頭がターゲットを貫通するとき、ヒューズはブースタチャージを爆発させ、ブースタチャージは弾頭内の爆発物を爆発させる。高いターゲット衝突速度と傾斜衝突角度で、既存の弾頭はスラップダウン（slap down）効果を受ける。スラップダウン効果はミサイルがターゲットに当ったときミサイル弾頭ケースを楕円形にする。結果としてミサイル弾頭ケース端部に位置するヒューズは移動され弾頭の爆発が妨げられる。また、弾頭は不適切なミサイル速度または弾頭の断面圧力を限定する弾頭の構造上の特徴のために、多くは適切にターゲットを貫通し破壊することができない。（断面圧力は、衝突時に弾頭がターゲットに与えた圧力に関連し、単位面積当りの重量に関して表現される。）弾頭の貫通を限定することができるこのような構造上の特徴の例は従来の弾頭で使用される大きい直径の弾頭ケースである。
【０００４】
弾頭のターゲット貫通を改良するために、設計者はミサイル速度を増加することを試みた。しかしながら、これはミサイル飛翔体システムの限定と既存のミサイルペイロードの長さの制限のために高価なものとなり、実現が困難であることが証明された。
【０００５】
さらに、ミサイルはしばしば種々の海軍および空軍の発射プラットフォームから発射される。これらの発射プラットフォームの容量は、ミサイルの長さおよび直径を限定するミサイル設計の制限として作用する。
【０００６】
最悪の場合である貯蔵および転送状態では、弾頭は火災またはその他の極度の熱に露出され、爆発物充填にホットスポットを生じる可能性がある。これらのホットスポットは意図しない弾頭爆発を起こしかねない。
【０００７】
【発明の解決使用とする課題】
ミサイルの安全性を増加するために、設計者はしばしば応力増加装置を使用する。応力増加装置はミサイルケースの溝により構成される。ケースが火災またはその他の熱源に露出されるとき、爆発物は膨張し、溝の部分でミサイルケースに亀裂を生じる。爆発物はその後ゆっくりと燃焼し、ミサイルケースの亀裂を通して燃焼ガスを漏洩してミサイル爆発物の意図しない爆発を防止する。しかしながら、応力増加装置は、弾頭が堅いターゲットに衝突したときには接合部の故障として作用するためてターゲットの貫通能力を減少させる。
【０００８】
したがって、広い範囲の堅いターゲットを確実に徹底的に貫通することができる既存のミサイルペイロード部分に適合した安全で価格が効率的な弾頭が技術では必要とされている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この技術上の必要性は本発明の堅いターゲットを貫通する弾頭により解決される。
本発明は、ターゲットに向かって推進され、衝突してターゲットを貫通したとき爆発物を爆発させるミサイル弾頭において、弾頭爆発物を収容し、ミサイルの弾頭がターゲットに衝突するとき最初にターゲットに接触するノーズを有するケースと、弾頭のノーズがターゲットに衝突するとき、弾頭がターゲットに与える単位面積当りの圧力を高めて貫通力を増加させるためにケース内の弾頭爆発物の前方に配置されているバラスト機構と、ケース内に配置され、ターゲットの貫通時に弾頭爆発物を爆発させる爆発機構とを具備し、バラスト機構は、テラダイナミック安定性を増加させるために弾頭のノーズの近くにミサイルの質量を集中させるようにケース内のノーズに近接した位置に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
図示の実施形態では、本発明のシステムは長さが制限されているミサイルペイロードベイで使用され、爆発物を収容した弾頭ケースを含んでいる。タングステンのバラストがケース内の爆発物の前方に挿入され、それによってターゲットに対してミサイルが衝突するとき高い弾頭断面圧力を与える。ターゲットの貫通に続いてヒューズが弾頭の爆発物を点火する。ヒューズウエル機構はヒューズを収納し、１端部でケースに取付けられている。ヒューズウエル機構のスリップフィット部分はケースに対する構造上の支持を与え、ミサイルがターゲットに衝突したときヒューズウエル機構とヒューズがケースから離れることを防止する。ヒューズウエル機構に含まれている爆発物噴出ポートは、弾頭爆発物の偶然的な高熱に対する露出による弾頭爆発物の意図しない爆発を防止する。
【００１１】
特定の実施形態では、ケースは６口径範囲のヘッドノーズを含んでいる。ヒューズウエル機構は、高熱への偶然的な露出がミサイル爆発物を燃焼することを可能にし、燃焼から生じるガスを安全に漏洩する主爆発物噴出ポートを含んでいる。主爆発物噴出ポートはヒューズウエル機構の周囲に位置され、意図しない爆発を防止するように設計された表面区域を有する複数個のポートを含んでいる。さらに、ヒューズに含まれているブースタチャージ爆発物の安全な漏洩性能を改良するためのブースタ噴出ポートも設けられている。付加的に、特別なポリエチレン／ポリアルファオレフィンライナーがケース内部に並び、高速度の熱による自然発射の危険な状況下における安全な漏洩を可能にする。弾頭爆発物はPBXN−109を含んでいる。ケースはバラストとケースの結合を容易にするために凹凸のある表面或いは浅い溝を付けられた表面を含んでいる。
【００１２】
【発明の実施形態】
本発明を特定の応用についての図示の実施形態を参照してここで説明するが、本発明はそれに限定されないことを理解すべきである。当業者は本発明の技術的範囲内の付加的な変形、応用、実施形態、および本発明が非常に有効である付加的な分野を認識するであろう。
【００１３】
図１は、本発明にしたがって構成された弾頭10の断面図である。弾頭10は図示の用にケース12に収容されており、ケース12は前端部にノーズ14を備え、ケース12内にはノーズ14に近い位置でケース12内に挿入されたタングステンバラスト16と、ケース12の反対側の端部の内部に取付けられたヒューズウエル機構18を含む爆発機構と、ケース12の内面に形成されたライナー20と、ライナー20により囲まれた選択された高性能の爆発物22とが配置されている。
【００１４】
ケース12は4340の並の航空機品質の鋼鉄合金から構成された330ポンド貫通用の厚い壁を有するケースである。ノーズ14は最大の弾頭貫通であるように設計された６口径の半径のヘッドノーズ（6CRH、弾頭の直径の６倍の半径の弧）である。タングステンバラスト16は重量が約240ポンドであり、ノーズ14と組み合わさって非常に高い弾頭断面圧力を生じる。タングステンバラスト16とノーズ14は、長さがペイロードまたはその他の要素により制限を受ける既存の弾頭に比較して非常に優れたターゲット貫通能力を与える。
【００１５】
タングステンバラスト16は鋼鉄の約2.4倍の密度であり、弾頭重力の中心を前方向にシフトし、さらに40％まで余分の爆発物の運搬を可能にする。弾頭10のノーズ近くにミサイル質量を選択的に集中することにより、弾頭のテラダイナミック安定性は強化され、これは弾頭の貫通能力を改良し、ターゲットセット、即ちさらに多くの爆発物を運搬する弾頭10の攻撃を成功させるターゲットのセットを拡大する。例えば、弾頭10は堅牢な、または積層されたターゲットを攻撃するために使用されることができ、匹敵する長さの制限を有する従来のミサイルはこのようなターゲットを貫通し破壊するのは困難である。
【００１６】
ライナー20はケース12の内面を被覆して爆発物22を包囲して爆発物22が直接ケース12と接触することを阻止するように作用し、リエチレン／ポリアルファオレフィンフィルムで構成されている。ライナー20はミサイルが組立てられる前に、ケース12内部にスプレーされるか注入されてもよい。ライナー20は爆発物22が偶然的な外部熱源に露出されることによる意図しない爆発の確率を減少する。
【００１７】
さらに弾頭10の安全性を増加するため、弾頭後部のヒューズウエル機構機構18を服務爆発機構には爆発物噴出用のポート24が設けられている。このポート24は熱がヒューズ本体19に入り、ゆっくりとブースタチャージ爆発物27を燃焼することを可能にする。主爆発物22を燃焼させるプロセスは“熱による自然発射”として知られる。火災の場合、爆発物22は爆発せずに高速度で燃尽きるようにする必要がある。爆発物22が燃焼できるようにされていないならば、結果として爆発物22のホットスポットが生じて意図しない弾頭爆発につながり保管や輸送中のミサイルが火災に遭遇したとき非常に危険である。ブースタチャージ噴出ポート25はブースタチャージ爆発物27の自然発射燃焼を可能にする。
【００１８】
ヒューズウエル機構18はケース12に捩じ込まれ、ケース12に対して付加的な構造支持を行うように特別に設計され（以下より詳細に説明する）、それによって弾頭10からヒューズウエル機構18が不所望に離れることを防止する。保持プレート26は弾頭10の端部に捩子留めされ、弾頭ケース12を図７に示されているようにミサイルのペイロードベイ72中に固定される。本発明の特定の実施例では、ヒューズウエル機構18は標準的なFMU−148/Bヒューズ19を収納するように設計されている。
【００１９】
弾頭10は、誘導制御プロセッサと空気力学フィンを有する誘導制御システムと、エンジンおよび燃料システムを有する推進システムとを含んだミサイルシステム（図示せず）の一部である。
【００２０】
図２は、図１の弾頭10のケース12のより詳細な断面図である。本発明のこの実施形態では、ケース12はトマホークペイロード部分の内部に取付けられて使用されるように構成され、ケース12の端部から約1.5インチ延在する内側捩子溝30を含んでいる。ヒューズウエル機構（図１参照）の外側の捩子山は捩子溝30に結合する。
【００２１】
ケース12はそれぞれ約8.7インチの外側直径と7.2インチの内側直径とを有する円筒形本体32を有する。本体32のヒューズウエル機構のスリップフィット部分34は約7.214インチの内側直径を有する。スリップフィット部分34は、以下さらに詳しく説明するようにヒューズウエル機構の対応するスリップフィット部分に適合するように設計されている。
【００２２】
本発明の特定の実施形態では、ケース12は61.5インチの長さであり、Rockwell C40±２まで熱処理される航空機品質4340の鋼鉄合金からなり、MIL−H6875によるものである。ノーズ14は円錐形のベベル36を含んでおり、その表面は縦方向のミサイル軸40に関して約62.5度の角度38を形成している。ケース12はノーズ14の端部から約4.5インチの箇所から始まり、約９インチの長さである。第１の空洞部分42は約25.1度の頂点角度を有するコーン部分のような形状である。第１の空洞部分42は、ケース12が約6.0インチの内側直径を有し第２の空洞部分44が始まるところまでで終端する。第２の空洞部分44は縦軸40に沿って8.0インチの長さであり、ケース12が約7.2インチの内側直径を有するところで終端する。空洞部分44は約4.3度の頂点角度を有するコーンの一部分のように成形されている。
【００２３】
第３の空洞部分46は主本体32に対応し、第２の部分44からスリップフィット部34まで延在し、約7.2インチの内側直径を有する円筒形である。第３の空洞部分46は高い爆発物を収納するように設計されており、第１の空洞部分42と第２の空洞部分44は特有のタングステンバラスト（図１参照）を収納するように設計されており、捩子山溝30とスリップフィット部34は本発明の特有のヒューズウエル機構（図１参照）を収納するように設計されている。
【００２４】
ケース12は部分的に溶接されているか、固体原料から機械加工されるか、鋳造されてもよい。本発明の優れた設計は、僅かな溝の構成48により実行され、これは高強度の工業的エポキシ接着剤によりタングステンバラストをケース12に結合するのを容易にする。
【００２５】
図３は図２のバラスト16のより詳細な断面図である。バラスト16は第１の円錐部分50、第２の円錐部分52、第３の円錐部分54を含んでいる。第１の円錐部分50と第２の円錐部分52はミサイルケースの第１の空洞部分（図２の42参照）に適合する。第３の円錐部分54はミサイルケースの第２の空洞部分（図２の44参照）に適合する。第１の円錐部分50、第２の円錐部分52、第３の円錐部分54の表面は対応する空洞部分への結合を改良するため粗くされている。
【００２６】
第１の円錐部分50はバラスト16の端部から約0.24インチ延在し、その直径は約1.57インチから2.17インチまで拡張する。第２の円錐部分52は第１の円錐部分50の端部から約8.8インチ延在し、第２の円錐部分52の直径は約2.17インチから約5.98インチまで拡張する。第３の円錐部分54は第２の円錐部分52の端部から約7.75インチ延在し、その直径は約5.98インチから約7.18インチまで拡張する。バラストの全長は約16.8インチである。
【００２７】
バラスト16が一度図２のケース12に設置されると、特別なポリエチレン／ポリアルファオレフィンライナーがケース内部に注入されるかスプレーされ、図１の22で示される爆発物、例えばPNXN−109爆発物が充填されることができる状態となる。
【００２８】
バラスト16が、タングステンIAW MIL−Ｔ−21014D CLASS4鋳造から構成され、適切な寸法に機械加工される。バラスト16はバラストの効果を最大にするように設計され、価格を最低にするが、当業者はその他のバラスト形状も本発明の技術的範囲を逸脱することなく使用されてもよいことを認識するであろう。さらに、その他のバラストサイズと、鉛または劣化ウラニウム等のその他の材料が本発明の技術的範囲を逸脱することなく使用されてもよい。
【００２９】
図４は図３のバラストの斜視図である。
【００３０】
図５は図１の弾頭10のヒューズウエル機構18をより詳細に示している。ヒューズウエル機構18はヒューズ19およびブースタチャージ27（図１参照）を収納するためのチャンバ60を含んでいる。内部捩子溝62はチャンバ60にヒューズ19を固定する。外側捩子山64は図２の捩子溝30と結合してヒューズウエル機構18をケース12に固定する。ヒューズウエル機構18のスリップフィット部66は直径約7.21インチであり、図２のケース12の対応するスリップフィット部34に適合し、ケースに対して付加的な構造支持を与える。付加的な支持は弾頭が優れた貫通性能を維持しながら高い衝突応力に耐える能力を増加する。
【００３１】
偶然的な火災の場合、爆発物噴出ポート24は熱が弾頭に入り、弾頭内の爆発物を燃焼することを可能にし、爆発物の燃焼から発生するガスが安全に弾頭外に漏洩することを可能にする。これは意図しない弾頭の爆発の可能性を減少させる。ブースタ噴出ポート25は爆発物噴出ポート24と類似の機能をしてブースタチャージ爆発物27の意図しない爆発を防止するように設計されている。
【００３２】
ヒューズウエル機構18は約8.29インチの長さである。チャンバ壁68は約0.09インチの厚さである。ヒューズウエル機構18の外側直径は約7.6インチである。ヒューズウエル機構18は部分的に鋳造され、および互いに溶接されてもよく、１つの部品として鋳造されてもよく、または機械加工されてもよい。好ましい構造材料は、タイプＩ、II、IIIの不動態化されたQQ−Ｐ−35仕上げの17−４ステンレス鋼鉄である。
【００３３】
図６は図５のヒューズウエル機構18の背面図である。爆発物噴出ポート24は弾頭の縦軸40と同軸であり、ヒューズウエル機構18の周囲に位置されており、周囲に40度間隔で位置される９個の噴出ポートと含んでいる。６個のブースタ噴出ポート25はヒューズ（図１の場合19参照）の一体部分である。爆発物噴出ポート24の中心は縦軸40から約2.9インチに位置されている。
【００３４】
図７はトマホーククルーズミサイルペイロード部分72に固定された本発明の弾頭の別の実施形態70の３次元断面図である。弾頭70は、前面が連続的にテーパーを付けられた表面76を有するタングステンバラスト74と、第２のテーパーを付けられた表面80を有する後部刻み目を含んでいる。弾頭70の外部寸法は図１のミサイル10の寸法と類似しているが、トマホークペイロード部72の既存の寸法に限定される。
【００３５】
以上、本発明を特別な応用における特別な実施形態を参照してここで説明した。当業者は本発明の技術的範囲内で付加的な変形、応用と、実施形態を認識するであろう。
【００３６】
それ故、特許請求の範囲によって本発明の技術的範囲内で任意および全てのこのような応用、変形、実施形態をカバーすることが意図される。
【００３７】
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明にしたがって構成された弾頭の断面図である。
図２は、図１の弾頭のケースのより詳細な断面図である。
図３は、図２のバラストのより詳細な断面図である。
図４は、図３のバラストの斜視図である。
図５は、図１の弾頭のヒューズウエル機構のより詳細な図である。
図６は、図５のヒューズウエル機構の背面図である。
図７は、トマホークミサイルのペイロード部分に固定された本発明の弾頭の別の実施形態の部分的に断面で示す斜視図である。

Claims (12)

1. ターゲットに向かって推進され、衝突してターゲットを貫通したとき爆発物を爆発させるクルーズミサイルの弾頭（10）において、
   弾頭爆発物（22）を収容し、クルーズミサイルの弾頭（10）がターゲットに衝突するとき最初にターゲットに接触するノーズ（14）を有するケース（12）と、
   クルーズミサイルがターゲットに衝突するとき、弾頭がターゲットに与える単位面積当りの圧力を高めて貫通力を増加させるためにケース（12）内の弾頭爆発物（22）の前方に配置されているバラスト機構（16）と、
   ケース（12）内の弾頭爆発物（22）の後方に配置され、ターゲットの貫通時に弾頭爆発物（22）を爆発させる爆発機構（18,19）とを具備し、
   前記バラスト機構（16）が、テラダイナミック安定性を増加させるために弾頭のノーズ（14）の近くにミサイルの質量を集中させるようにケース（12）内のノーズ（14）に近接した位置に配置されているクルーズミサイルの弾頭（10）。
2. バラスト機構（16）はタングステン、鉛、劣化ウラニウムのうち少なくとも１つを含んでいる請求項１記載のクルーズミサイルの弾頭。
3. 爆発機構はケース（12）の後端部に取り付けられ、ヒューズ（19）とそのヒューズ（19）を収容するヒューズウエル機構（18）を具備している請求項１記載のクルーズミサイルの弾頭。
4. ミサイルが衝突するときに爆発機構がケース（12）から分離されるのを防止するようにケース（12）に対する構造支持を与え支持機構をさらに含んでいる請求項３記載のクルーズミサイルの弾頭。
5. 前記支持機構はターゲットに傾斜した角度で衝突するときミサイルケース（12）が変形してミサイル弾頭爆発物（22）の爆発が妨げられるスラップダウン効果を減少させるためにミサイルケース（12）内にスリップフィットしてミサイルケース（12）の変形を減少させるように構成されたヒューズウエル機構（18）のスリップフィット部（66）を含んでいる請求項４記載のクル ーズミサイルの弾頭。
6. ノーズ（14）のヘッドノーズ部分は弾頭の直径の６倍の半径の弧で湾曲した断面形状を有している請求項１記載のクルーズミサイルの弾頭。
7. 加熱によりミサイルの弾頭爆発物（22）が意図しない爆発を生じることを防止するための安全機構をさらに具備し、この安全機構はヒューズウエル機構（18）に設けられた噴出ポート（24,25）を含んでいる請求項１記載のクルーズミサイルの弾頭。
8. 熱がミサイルの弾頭爆発物（22）を燃焼させるとき、燃焼から生じたガスを漏洩することを可能にする弾頭爆発物噴出ポート（24）を含んでいる請求項７記載のクルーズミサイルの弾頭。
9. 爆発機構中のブースタチャージ爆発物（27）の安全な燃焼を可能にし、ブースタチャージ爆発物（27）の燃焼ガスを漏洩させるブースタ噴出ポート（25）を含んでいる請求項７記載のクルーズミサイルの弾頭。
10. 熱による自然発射に対する安全性能を改良するために、弾頭爆発物（22）を収容する部分のケース（12）の内側を覆って設けられたライナー（20）を含んでいる請求項７記載のクルーズミサイルの弾頭。
11. ケース（12）は、それにバラスト機構（16）を結合することを容易にする凹凸面または溝（48）を有する内部表面を含んでいる請求項１記載のクル ーズミサイルの弾頭。
12. ケース（12）はノーズ（14）に近接して配置されたコーン状空洞部分（42）を含み、バラスト機構（16）はこのコーン状空洞部分（42）内に適合して配置された円錐部分を有している請求項１記載のクルーズミサイルの弾頭。

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