NO317193B1 - Forbedret missil-krigshodekonstruksjon - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører missiler. Spesielt vedrører den foreliggende oppfinnelse missilkrigshoder som er konstruert til å trenge gjennom harde mål, slik som angitt i ingressen av vedlagte krav 1.

Missiler anvendes i et stort antall av krevende applikasjoner som strekker seg fra applikasjoner knyttet til luft-til-luft kamp og kamp på bakken til konstruksjonsmessige demoleringsapplikasjoner. Slike applikasjoner krever ofte missiler med krigshoder som effektivt og konsekvent kan trenge gjennom og eksplodere innenfor harde mål og som kan sikkert transporteres og lagres med minimal eksplosjonsfare.

Et typisk missil for hardt mål innbefatter et eksplosivt krigshode som er innesluttet i et stålhylster. En tenninnretning tjener til å tenne det eksplosive krigshodet etter støt mot målet. Når et krigshode trenger gjennom et mål, vil tenninnretningen detonere en forterkningsladning som i sin tur detonerer eksplosivene i krigshodet. Ved høye mål-anslagshastigheter og skrå anslagsvinkler kan eksisterende krigshoder erfare en klaske-effekt. Klaskeeffekten bevirker missilkrigshodet hylse til å bli oval formet når missilet klasker mot målet. Som et resultat kan tenninnretningen som er plassert i enden av missilets krigshodehylster komme ut av stilling, hvilket hindrer krigshodedetonering. Videre vil krigshodet ofte ikke klare på adekvat måte å trenge gjennom og ødelegge et mål på grunn av missilhastighet eller på grunn av konstruksjonsegenskap for krigshodet som begrenser krigshodets snittrykk. (Snittrykk er relatert til trykket som et krigshode utøver på et mål ved anslag og uttrykkes i form av vekt per enhetsareal). Et eksempel på et slikt konstruksjonsmessig trekk som kan begrense gjennomtregningen av et krigshode er krigshodehylsteret med stor diameter som blir anvendt på tradisjonelle krigshoder.

For å forbedre krigshodemålgjennomtregning, har konstruktører forsøkt å øke missilets hastighet. Imidlertid viser dette seg kostbart og vanskelig på grunn av missilleverings-systembegrensninger og eksisterende missilnyttelastlengdebegrensninger.

I tillegg blir missiler ofte utskutt fra et utvalg av utskytningsplattformer tilhørende marinen og luftforsvaret. Kapasiteten til disse utskytningsplattformer virker som en missilkonstruksjonsbegrensning, og som begrenser lengden og diameteren for missilet.

Under værst tenkelige lagrings eller transportbetingelser, kan krigshoder utsettes for brann eller annen ekstrem varme, hvilket skaper varmepunkter i det eksplosive fyll-materialet. Disse varme punkter kan føre til utilsiktet krigshodedetonering.

For å øke missilsikkerhet anvender konstruktører ofte påkjenningsopplegg, såkalte "stress risers". Et påkjenningsopplegg implementeres via et spor i missilhylsteret. Når hylsteret utsettes for brann eller annen varmekilde, utvider eksplosivene seg og missilhylsteret sprekker ved sporet. Eksplosivene vil så langsomt brenne og bli ventilert gjennom sprekken i missilhylsteret, hvorved det unngås uønsket detonering av missileksplosiver. Påkjenningsopplegget virker imidlertid som en sviktende sammenføyning ved krigshodets anslag mot hardt mål. Dette reduserer målgjennomtrengningsevnen.

Det eksisterer derfor et behov innenfor teknikken for et sikkert og kostnadseffektivt krigshode som er tilpassbart til eksisterende missilnyttelastseksjoner som kan pålitelig og konsekvent trenge gjennom et stort utvalg av harde mål.

Behovet innenfor teknikken løses av for harde mål gjennomtrengende krigshodet ifølge foreliggende oppfinnelse. I den illustrerende utførelsesform er det oppfinneriske system tilpasset for bruk med lengdebegrensede missilnyttelastrom og innbefatter et krigshodehylster for oppbevaring av eksplosiver. En wolframballast innføres i hylsteret for å tilveiebringe et høyt krigshodesnittrykk ved anslaget av missilet mot et mål. En tenninnretning detonerer krigshodeeksplosivene etter gjennomtrengning av målet. En tenn-innretningsbrønn rommer tenninnretningen og er festet til hylsteret ved én ende. En glidepasningsseksjon av tenninnretningsbrønnen tilveiebringer konstruksjonsmessig støtte for hylsteret og hindrer at tenninnretningsbrønnen og tenninnretningen kommer ut av stilling fra hylsteret ved missilanslaget mot et mål. Eksplosiv-utblåsningsporter som inngår i tenninnretningsbrønnen hindrer uønsket detonering av krigshodeeksplosivene ved uhellsmessig eksponering overfor høy varme.

Med polyetylen forstås også begrepet polyetelen (eng.: polyethelene).

I en særlig utførelsesform innbefatter hylsteret en 6 kaliber radius hodenese. Tenn-innretningsbrønnen innbefatter hovedeksplosiv-utblåsningsporter for å tillate uhellsmessig eksponering overfor høy varme til å brenne missileksplosivene og på sikker måte ventilere gasser som skyldes brenningen. Hovedeksplosivenes utblåsningsporter er anbragt rundt en omkrets av tenninnretningsbrønnen og innbefatter ni porter som har et overflateareal som er utformet for å hindre uønsket detonering. Utblåsningsportene kan også innbefatte forsterkningsutblåsningsporter for å tillate sikker ventilening av forsterkningsladningseksplosiver som inngår i tenninnretningen. I tillegg blir innsiden av hylsteret foret med en spesiell polyetylen/polyalfaolefinforing, hvilket forbedrer sikker ventileringsytelse under hurtige avkoknings-hasardiøse tilstander. Krigshodeeksplosivene innbefatter PBXN-109. Hylsteret innbefatter en profilert eller lett sporet overflate for å lette binding av ballasten til hylsteret.

Nærmere bestemt kjennetegnes det innledningsvis nevnte leveringskode ved en hylstermekanisme for å romme eksplosiver, en ballastmekanisme som er anbrakt innenfor minste én hulromsseksjon, idet hulromsseksjonen er innenfor hylstermekanismen og hosliggende en nese derav, og idet ballastmekanismen er formet til å passe til nevnte minste ene hulromsseksjon og derved konsentrerer masse hosliggende leveringshodets nese og tilveiebringer et høyt leveringshode snitt-trykk ved anslag, og en detoneringsmekanisme for å detonere eksplosivene ved gjennomtrengning av målet.

Ytterligere utførelsesformer av krigshode er angitt i de vedlagte, underordnede patentkrav 2-11.

Oppfinnelsen skal nå beskrives ytterligere under henvisning til de vedlagte tegningsfigurer. Figur 1 er et tverrsnittsriss over et krigshode som er konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et mer detaljert tverrsnittsriss over hylsteret for krigshodet ifølge figur 1.

Figur 3 er et mer detaljert tverrsnittsriss over ballasten i figur 2.

Figur 4 er et isometrisk riss av ballasten i figur 3.

Figur 5 er et mer detaljert riss over tenninnretningens brønn i krigshodet i figur 1.

Figur 6 er et riss bakfra av tenninnretningsbrønnen i figur 5.

Figur 7 er et tredimensjonalt tverrsnittsriss over en alternativ utførelsesform av krigshodet ifølge den foreliggende oppfinnelse festet i en Tomahawk-nyttelastseksjon.

Selv om den foreliggende oppfinnelse er beskrevet her med henvisning til illustrerende utførelsesformer for særlige anvendelser, vil det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til dette. De med ordinær fagkunnskap og tilgang til læren som er gitt her vil kjenne muligheten av ytterligere modifikasjoner anvendelser og utførelsesformer innenfor omfanget herav og ytterligere områder der foreliggende oppfinnelse ville av vesentlig nytte.

Figur 1 er et tverrsnittsriss av et krigshode 10 konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Krigshodet 10 innbefatter et hylster 12 som har en spesiell nese 14, en ballast 16 av wolfram innsatt innenfor hylsteret 12 nær den spesielle nesen 14, en unik tenninnretningsbrønn 18 ved den motsatte enden av hylsteret 12, en innvendig foring 20, og særlig valgte høyeksplosiver 22 som omgis av foringen 20.

Hylsteret 12 er et 149,7 kg (330 pund) gjennomtrengende, tykkvegget hylster som er konstruert av 4340 mod luftfartøy kvalitetsstål-legering. Den spesielle nesen 14 er en 6 kaliber radius hodenese (6 CRH, en bue med en radius som er 6 ganger krigshodets diameter) konstruert for maksimum krigshodegjennomtregning. Wolframballasten 16 veier ca 108.8 kg (240 pund) og i kombinasjon med nesen 14 medfører et meget høyt krigshodesnittrykk. Wolframballasten 16 og den spesielle nesen 14 tilveiebringer vesentlig mer målgjennomtrengning enn eksisterende krigshoder hvis lengder er begrenset av nyttelastrom eller andre faktorer.

Wolframballasten 16 er ca 2,4 ganger tettere enn stål, hvilket muliggjør en forskyvning av tyngekratfsenteret for krigshodet fremover og tillater en bæring av opptil 40 % mer av eksplosiver. Ved selektivt å konsentrere missilmassen nær nesen for krigshodet 10, blir krigshodets terradynamiske stabilitet forøket, hvilket forbedrer krigshodegjennom-trengning, og i sin tur utvider målsettet, dvs settet av mål som på vellykket måte kan angripes av krigshodet 10 som bærer flere eksplosiver. Eksempelvis kan krigshodet 10 anvendes til å angripe herdete eller lagdelte mål, mens sammenlignbare lengdebegrensede missiler, se for eksempel DE-A-3424237, ofte er ineffektive ved gjennomtrengning og ødeleggelse av disse mål.

Den spesielle foringen 20 er en polyetylen/polyalfaolefinfilm som omgir eksplosivene 22. Foringen 20 kan sprøytes eller helles på den innvendige av hylsteret 12 før missilets sammenstilling. Foringen 20 hjelper til med å redusere sannsynligheten for at eksplosivene 22 utilsiktet vil detonere på grunn av å være utsatt for en eventuell ved uhell ekstern varmekilde.

For ytterligere å øke krigshodets 10 sikkerhet, innbefatter et tenninnretningslegeme 19 utblåsningsporter 25 for eksplosiver. Portene 24 tillater varme å gå inn i tenninnretningslegemet 19 og langsomt brenne forsterkningsladningseksplosiver. Prosessen ved hvilken hovedeksplosivene 22 brenner er kjent som "avkokning". I tilfellet av en brann, vil eksplosivene 22 avbrennes hurtig uten å eksplodere. Dersom eksplosivene 22 ikke tillates å brenne, hvilket resulterer i varme punkter i eksplosivene 22, kan dette føre til utilsiktet krigshodedetonering. Utblåsningsporter 25 for forsterkningsladning muliggjør hurtig avkokningsbrenning av forsterkningsladningens eksplosiver 27.

Tenninnretningsbrønnen 18 skrues inn i hylsteret 12 og er unikt utformet til å gi ytterligere konstruksjonsmessig støtte til hylsteret 12 (slik det er omtalt nærmere nedenfor) for derved å hindre at tenninnretningsbrønnen 18 uønsket kommer ut av stilling fra krigshodet 10. En fastholdelseplate 26 er påskrubar på enden av krigshodet 10 og hjelper til å fastgjøre krigshodehylsteret 12 i missilets nyttelastrom (se 72 på figur 7). I den foreliggende særlige utførelsesform er tenninnretningsbrønnen 18 konstruert til å romme en standard FMU-148/B tenninnretning 19.

Krigshodet 10 er en del av et missilsystem (ikke vist) som innbefatter et ledingsstyre-system som har en ledingsstyreprosessor og aerodynamiske finner, og et fremdrifts-system som har et motor og brennstoffsystem.

Figur 2 er et mer detaljert tverrsnittriss over hylsteret 12 for krigshodet 10 i figur 1.1 den foreliggende særlige utførelsesform er hylsteret 12 tilpasset for bruk med Tomahawk nyttelastseksjoner og innbefatter innvendige gjenger 30 som strekker seg ca 3,81 cm fra enden av hylsteret 12. Gjenger på utsiden av tenninnretningsbrønnen (se figur 1) passer til gjengene 30. Hylsteret 12 har et sylindrisk hovedlegeme 32 med en utsidediameter og innsidediameter lik henholdsvis ca 22,1 cm og 18,28 cm. En tenninnretningsbrønns glidepasningsseksjon 34 i legemet 32 har en innvendig diameter på ca 18,32 cm. Glidepasningsseksjonen 34 er konstruert til å oppta en tilsvarende glidepasningsseksjon på den innretningsbrønnen som er omtalt nærmere nedenfor.

I den foreliggende særlige utførelsesform er hylsteret 12 156,2 cm langt og konstruert av 4340 stållegering av luftfartøykvalitet, varmebehandlet til Rockwell C40 +/- 2, ifølge MIL-H-6875. Nesen 14 innbefatter en konisk avfasning 36 hvis overflate danner en vinkel 38 som er lik ca 62,5 grader med hensyn til en langsgående missilakse 40. Hylsteret 12 innbefatter en første hulromseksjon 42 som begynner ca 11,43 cm fra enden av nesen 14 og strekker seg ca 22,86 cm. Den første hulromseksjonen 42 er fonnet som en seksjon av en kjegle som har en toppunkt vinkel lik ca 25,1 grader. Den første hulromseksjonen 42 ender der hylsteret 12 har en innvendig diameter lik ca 15,24 cm hvor en andre hulromseksjon 44 begynner. Den andre hulromseksjonen 44 strekker seg 20,32 cm langs den langsgående aksen 40 og ender der hylsteret 12 har en innvendig diameter lik ca 18,29 cm. Hulromseksjonen 44 er formet som en seksjon av en kjegle som har en toppunktsvinkel lik ca 4,3 grader.

En tredje hulromseksjon 46 svarer til hovedlegemet 32 og strekker seg fra den andre seksjonen 40 til glidepasningsseksjonen 34 og er sylindrisk med en innvendig diameter lik ca 18,29 cm. Den tredje hulromseksjonen 46 er konstruert til å romme høyeksplo-siver. Nevnte første 42 og andre 44 hulromseksjoner er konstruert til å romme den unike wolframballasten (se figur 1), og den gjengete seksjonen 30 og glidepasningsseksjonen 34 er utformet til å romme den unike tenninnretningsbrønnen (se figur 1) ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Hylsteret 12 kan sammensveises i seksjoner, kan maskineres fra massiv blokk eller kan støpes. Den nye konstruksjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse muliggjøres ved en struktur av svake spor 48 som muliggjør binding av wolframballasten til hylsteret 12 via industrielle epoksyklebemidler som har høy styrke.

Figur 3 er et mer detaljert tverrsnittriss over ballasten 16 i figur 2. Ballasten 16 innbefatter en første konisk seksjon 50, en andre konisk seksjon 52, og en tredje konisk seksjon 54. Nevnte første 50 og andre 52 koniske seksjoner passer til den første hulromseksjonen i missilhylsteret (se 42 i figur 2). Den tredje koniske seksjonen 54 passer til den andre hulromsseksjonen i missilhylsteret (se 44 i figur 2). Overflatene av nevnte første 50, andre 52 og tredje 54 koniske seksjoner gjøres grove for å forbedre bindingen til de tilsvarende hulromsseksjoner.

Den første koniske seksjonen 50 strekker seg ca 0,61 cm fra enden av ballasten 16 når diameteren utvider seg fra ca 3,99 cm til 5,51 cm. Den andre koniske seksjonen 52 strekker seg ca 22,35 cm fra enden av den første koniske seksjonen 50 når diameteren av den andre koniske seksjonen 52 utvider seg fra ca 5,51 cm til ca 15,19 cm. Den tredje koniske seksjonen 54 strekker seg ca 19,7 cm fra enden av den andre koniske seksjonen 52 når diameteren utvider seg fra ca 15,19 cm til ca 18,24 cm. Den totale lengden av ballasten er ca 44,67 cm.

Så snart ballasten 16 er innstallert i hylsteret 12 på figur 2, blir den spesielle polyetylen/ polyalfaolefinforingen hellet eller sprøytet på det indre av hylsteret som forberedelse for fylling av PBXN-109 eksplosivene (se 22 i figur 2).

Ballasten 16 er konstruert av wolfram IAW MIL-T-21014D CLASS 4 som er støpt og maskinert til de passende dimensjoner. Ballasten 16 blir konstruert til å maksimere ballasteffektivitet under minimalisering av kostnader. Imidlertid vil fagfolk forstå at andre ballastformer kan anvendes uten å avvike fra omfanget av den foreliggende oppfinnelse. I tillegg kan andre ballaststørrelser og andre materialer, slik som bly eller redusert uran anvendes uten å avvike fra omfanget av den foreliggende oppfinnelse.

Figur 4 er et isometrisk riss over ballasten i figur 3.

Figur 5 er et mer detaljert riss over tenninnretningsbrønnen 18 i krigshodet 10 ifølge figur 1. Tenninnretningsbrønnen 18 innbefatter et kammer 60 for å romme en tenninnretning og en forsterkningsladning (se figur 1). Innvendige gjenger 62 muliggjør fastgjøring av tenninnretningen i kammeret 60. Utvendige gjenger 64 hjelper til med å fastgjøre tenninnretningsbrønnen 18 i hylsteret 12 og passer til gjengene 30 på figur 2. En glidepasningsdel 66 på tenninnretningsbrønnen 18 har diameter lik ca 18,31 cm i diameter og passer inn i den tilsvarende glidepasningseksjon 34 i hylsteret 12 på figur 2 for å gi ytterligere konstruksjonsmessig støtte til hylsteret. Den ytterligere støtte øker krigshodets evne til å overleve høye støtpåkjenninger mens overlegen gjennom-trengningsytelse opprettholdes.

I tilfellet av en uhellsmessig brann tillater utblåsningsportene 24 for eksplosiver varme å gå inn i krigshodet, brenne eksplosiver i krigshodet, og tillater gasser fra de brennene eksplosiver på sikker måte å bli ventilert ut av krigshodet. Dette reduserer sannsynligheten for utilsiktet krigshodedetonering. Forsterkningsladningens utblåsningsporter 25 innenfor tenninnretningslegemet 19 tjener en lignende funksjon som eksplosivenes utblåsningsporter 24, men er konstruert til å hindre utilsiktet detonering av tenninnretningens forsterkningsladning.

Tenninnretningsbrønnen 18 er ca 21,06 cm lang. Kammerveggene 68 er ca 0,23 cm tykke. Den utvendige diameter av tenninnretningsbrønnen 18 er ca 19,3 cm. Tenninn-retningsbrønnen 18 kan støpes i seksjoner og sammensveises, kan støpes som et enkelt stykke, eller kan maskineres. Det foretrukne konstruksjonsmaterialet er 17-4 PH rustfritt stål med en passiverings QQ-P-35 sluttbehandling av type I, II eller IE. Figur 6 er et riss fra baksiden av tenninnretningsbrønnen 18 på figur 5. Eksplosivenes utblåsningsporter 24 er koaksielle med den langsgående aksen 40 for krigshodet og er plassert rundt omkretsen av tenninnretningsbrønnen 18 og innbefatter 9 utblåsningsporter som er anbragt i 40 graders intervaller rundt omkretsen. De 6 forsterknings-ladningsutblåsningsportene 25 er en enhetlig del av tenninnretningen (se 19 i figur 1). Sentrene for de eksplosivenes utblåsningsporter 24 er plassert ca 7,37 cm fra den langsgående aksen 40. Figur 7 er et tredimensjonalt tverrsnittriss over en alternativ utførelsesform 70 av krigshodet ifølge den foreliggende oppfinnelse fastgjort i en Tomahawk kryssermissil nyttelastseksjon 72. Krigshodet 70 innbefatter en wolfram ballast 74 som har en fremre, kontinuerlig avsmalnet overflate 76 og en bakre fordypning med en andre avsmalnet overflate 80. De utvendige dimensjoner av krigshodet 70 er lik de for missilet 10 i figur 1 og er begrenset av den foruteksisterende størrelse av Tomahawk nyttelastseksjonen 72.

Således er den foreliggende oppfinnelse blitt beskrevet her med henvisning til en særlig utførelsesform for en bestemt anvendelse. De med ordinær fagkunnskap og tilgang til den foreliggende lære vil erkjenne muligheten av ytterligere modifikasjoner, anvendelser og utførelsesformer innenfor omfanget derav.

Det er derfor tilsiktet ved de vedlagte krav å dekke hvilke som helst og alle slike anvendelser, modifikasjoner og utførelsesformer innenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse.

Claims (11)

1. Krigshode for et missil (10) for gjennomtrengning av harde mål, karakterisert ved : en hylstermekanisme (12) for å romme eksplosiver (22,27); en ballastmekanisme (16) som er anbrakt innenfor minste én hulromsseksjon (42,43), idet hulromsseksjonen er innenfor hylstermekanismen og hosliggende en nese derav, og .idet ballastmekanismen er formet til å passe til nevnte minst ene hulromsseksjon og derved konsentrerer masse hosliggende leveringshodets nese og tilveiebringer et høyt leveringshode snitt-trykk ved anslag, og en detoneringsmekanisme (18,19) for å detonere eksplosivene (22,27) ved gjennomtrengning av målet.

2. Krigshode som angitt i krav 1, karakterisert ved at ballastmekanismen (16) innbefatter materiale eller materialer av wolfram, bly og/eller redusert uran.

3. Krigshode som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved dessuten å innbefatte en tenninnretningsbrønnmekanisme (18) som er festet til hylstermekanismen (12) ved én ende for å romme detoneringsmekanismen (19).

4. Krigshode som angitt i krav 3, karakterisert ved dessuten å innbefatte en støttemekanisme (34,66) for å tilveiebringe konstruksjonsmessig støtte til hylstermekanismen (12) for å hindre at tenninnretningsbrønnmekanismen (18) og detoneringsmekanismen (18,19) kommer ut av stilling ved anslag.

5. Krigshode som angitt i krav 4, karakterisert ved at støttemekanismen (34,66) innbefatter en glidepasningsdel (66) i tenninnretningsbrønn-mekanismen (18) som glir innenfor hylster-mekanismen (12), hvorved hylster-deformasjoner reduseres på grunn av nedsmekkingsbelastninger.

6. Krigshode som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nesen (14) er en hodenese (14) med en 6 kaliber radius.

7. Krigshode som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved dessuten å innbefatte sikkerhetsmekanisme (20,24,25) for å hindre uønsket detonering av missilets eksplosiver (22,27) fra detoneringsmekanismen (18,19) og/eller ved eksponering overfor varme, idet sikkerhetsmekanismen (20,24,25) innbefatter utblåsningsporter (24,25) i tenn-innretningsbrønnmekanismen (18).

8. Krigshode som angitt i krav 7, karakterisert ved at utblåsningsportene innbefatter hovedeksplosiv-utblåsningsporter (24) for å tillate varmen å brenne missileksplosivene (22) og ventilere gasser som skyldes brenningen.

9. Krigshode som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert v e d at utblåsningsportene innbefatter forsterkerladnings-utblåsningsporter (25) for å tillate sikker brenning og/eller ventilering av forsterkerladnings-eksplosiver (27) som inngår i detoneringsmekanismen (19).

10. Krigshode som angitt i et hvilket som helst av kravene 7-9, karakterisert ved at sikkerhetsmekanismen (20,24,25) innbefatter en foring (20) som forer innsiden av hylstermekanismen (12) for å forbedre hurtig avkoknings-sikkerhetsytelse.

11. Krigshode som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte minst ene av hulromsseksjon (42,44) innenfor hylstermekanismen (12) innbefatter en teksturen eller sporformet overflate (48) for å muliggjøre binding av ballastmekanismen (14) til nevnte minst ene hulromsseksjon (42,44).