NO324962B1

NO324962B1 - Split-generating warhead for fighting technical targets

Info

Publication number: NO324962B1
Application number: NO20023680A
Authority: NO
Inventors: Werner Arnold; Manfred Horst
Original assignee: Tdw Verteidigungstech Wirksys
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2008-01-14
Also published as: NO20023680D0; DE10137483A1; DE10137483B4; FR2828275A1; FR2828275B1; NO20023680L

Description

Oppfinnelsen angår et splintfrembringende stridshode for bekjempelse av tekniske mål med en sprengladning omgitt av en ikkestrukturert splintdannende kappe ifølge innledningen i krav 1. The invention relates to a shrapnel-producing warhead for combating technical targets with an explosive charge surrounded by a non-structured shrapnel-forming jacket according to the introduction in claim 1.

Splintfrembringende stridshoder som er kjent og befinner seg i bruk, som ut over dette må ha muligheten til å trenge inn i et mål før utløsningen av detonasjonen, er for det meste fremstilt i høyfast spesialstål, for å passe til de høye fasthetsfordringene ved gjennomtrengningen av målveggene. Et typisk anvendelsesområde for slike stridshoder er bekjempelse av skip. Splinter-producing warheads that are known and in use, which in addition must have the ability to penetrate a target before the detonation is triggered, are mostly made of high-strength special steel, to suit the high strength requirements when penetrating the target walls . A typical area of application for such warheads is combating ships.

Bygningsartbetinget er forholdet mellom sprengstoffmasse og til kappemasse relativt liten. Da den maksimale totalmassen for flylegemet som bærer stridshodet er angitt på forhånd fører dette til at sprengningseffekten lider under det. Nettopp ved bekjempelse av skip utgjør sprengningseffekten hovedandelen av den ødeleggende virkningen. En del av den kjemiske energien i sprengstoffet som står til rådighet blir forbrukt ved oppdelingen og akselereringen av kappen som består av metall. Denne andelen er desto større jo tykkere kappen er utformet. Depending on the type of building, the ratio between explosive mass and casing mass is relatively small. As the maximum total mass of the aircraft body carrying the warhead is specified in advance, this causes the blast effect to suffer. Precisely when fighting ships, the blasting effect constitutes the main part of the destructive effect. Part of the chemical energy in the explosive that is available is consumed by the splitting and acceleration of the jacket, which consists of metal. This proportion is the greater the thicker the jacket is designed.

På grunn av det lille forholdet mellom sprengstoffmasse og kappemasse blir det en ytterligere ulempe ved at splintene som dannes ved oppdelingen av kappen ikke blir akselerert til den maksimalt mulige hastigheten. Derved blir ved siden av sprengningseffekten også splinteffekten redusert. Due to the small ratio between explosive mass and casing mass, there is a further disadvantage in that the splinters that are formed during the splitting of the casing are not accelerated to the maximum possible speed. Thereby, in addition to the blast effect, the splinter effect is also reduced.

Utviklingen går dermed dit hen å optimere størrelsene som har innflytelse på stridshodene som hittil snarere er blitt neglisjert. Til dette hører også formgivningen av stridshodet og materialvalget for bestanddelene i stridshodet. The development thus goes towards optimizing the sizes that have an influence on the warheads, which have so far been rather neglected. This also includes the design of the warhead and the choice of materials for the components in the warhead.

Fra US 6 012 393 er et penetrerende stridshode kjent, hvor spissen er utformet asymmetrisk med det formål å optimere inntrengningen i målet. Denne arten av optimering begrenser seg dermed til inntrengningsforløpet i målet. En forbedring av splinteffekten for stridshodet som har trengt inn i målet blir ikke diskutert. Da den foreslåtte formforandringen utelukkende angår spissen på stridshodet, blir resten av stridshodet bevart i den formen det har hatt hittil. Denne delen er utformet symmetrisk, alternativer blir ikke foreslått, heller ikke materialvalget for stridshodekappen. From US 6 012 393 a penetrating warhead is known, where the tip is designed asymmetrically with the aim of optimizing penetration into the target. This type of optimization is thus limited to the course of penetration into the target. An improvement of the shrapnel effect for the warhead that has penetrated the target is not discussed. As the proposed change of shape only concerns the tip of the warhead, the rest of the warhead is preserved in the shape it has had until now. This part is designed symmetrically, alternatives are not suggested, neither is the choice of material for the combat headgear.

Fra den kjente teknikk på området skal det videre vises til DE 197 34961 Al. From the known technique in the area, further reference should be made to DE 197 34961 Al.

Det er oppfinnelsens formål å utstyre et kjent stridshode, som har rammebetingelsen med en stabil totalmasse og ved bevaring av egenskapen å trenge inn i mål, med en tydelig større sprengnings- og splinteffekt. Spesielt skal tilpasningen av splinttetthet og økningen av gjennomslagsytelsen med henblikk på et utvalgt spektrum av mål være mulig. It is the purpose of the invention to equip a known warhead, which has the frame condition of a stable total mass and, by preserving the property of penetrating the target, with a clearly greater blast and splinter effect. In particular, the adaptation of splinter density and the increase of the penetration performance with a view to a selected spectrum of targets must be possible.

Formålet blir på en enkel måte oppnådd gjennom karakteristikken angitt i krav 1. Fordelaktige utforminger av oppfinnelsen er beskrevet i de uselvstendige krav. The purpose is achieved in a simple way through the characteristic stated in claim 1. Advantageous designs of the invention are described in the independent claims.

Den spesielle fordelen ved oppfinnelsen består i at til tross for anvendelsen av et høyfast materiale fra gruppe IVB i grunnstoffenes periodiske system eller en tilsvarende materialandel i en legering for kappen i stridshodet blir mengden av brukbare splinter omtrent fordoblet. Kjervgitter i den ytre kappen er ikke nødvendig, slik at på grunn av kontrollmekanismen for splintdannelsen blir enhver svekkelse før målpenetreringen unngått. The particular advantage of the invention is that despite the use of a high-strength material from group IVB in the periodic table of the elements or a corresponding material proportion in an alloy for the jacket in the warhead, the amount of usable splinters is approximately doubled. Notched grids in the outer jacket are not required, so due to the splinter control mechanism any weakening prior to target penetration is avoided.

Andre fordeler som det er verdt å nevne fremkommer spesielt ved anvendelsen av titan elle en titanlegering i kappen. I motsetning til stål er titan relativt sterkt pyrofor, dermed bidrar det ved energetisk tilskuddseffekt til en virkningsøkning for stridshodet, idet det forsterker virkningen av stridshodet gjennom sprengnings- og brannvirkning. Ved kontrollert oppdeling av kappen oppstår det av ca. 80 % av kappematerialet kontrollerte splinter med en definert størrelse, av de resterende 20 % naturlige splinter med liten masse og relativt store overflater. På grunn av den høye reaksjonstemperaturen i detonasjonsfronten reagerer splintene med oksygenet i luften. De små naturlige splintene blir omsatt energetisk i den varme ekspanderende skyen og yter dermed et sprengningsbidrag, analogt til virkningen av aluminiumspulver som sprengladninger vanligvis omfatter som er optimert med hensyn til sprengningseffekten. Splintene som blir satt i brann kan antenne brennbare materialer ved nedslaget og dermed virke brannforsterkende. Brannforsterkning er nettopp ved bekjempelse av skipsmål en vesentlig virkningsfaktor, fordi branner kan anta fatale følger ved et flylegemetreff. Other advantages that are worth mentioning arise in particular from the use of titanium or a titanium alloy in the sheath. In contrast to steel, titanium is relatively strong pyrophoric, thus it contributes to an increase in the effectiveness of the warhead through an energetic supplement effect, as it reinforces the effect of the warhead through explosive and fire effects. In controlled splitting of the mantle, approx. 80% of the casing material controlled splinters with a defined size, of the remaining 20% natural splinters with small mass and relatively large surfaces. Due to the high reaction temperature in the detonation front, the splinters react with the oxygen in the air. The small natural splinters are transformed energetically in the hot expanding cloud and thus make an explosive contribution, analogous to the effect of aluminum powder that explosive charges usually include, which is optimized with regard to the explosive effect. The splinters that are set on fire can ignite combustible materials upon impact and thus act to intensify the fire. Reinforcement by fire is precisely an important impact factor when combating ship targets, because fires can assume fatal consequences in the event of an aircraft hit.

En annen fordel ved anvendelsen av titan eller en av dets legeringer er den høye korrosjonsmotstandsdyktighet i sammenheng med den i dag ønskede bruks varigheten på 20 til 30 år. Videre er den høye seigheten og duktiliteten til dette materialet spesielt fordelaktig når det kreves motstandsdyktighet mot beskytning med prosjektiler og splinter. Another advantage of the use of titanium or one of its alloys is the high corrosion resistance in connection with the currently desired service life of 20 to 30 years. Furthermore, the high toughness and ductility of this material is particularly advantageous when resistance to shelling with projectiles and shrapnel is required.

En spesielt fordelaktig utforming av et anti-skips-stridshode er den ovale formgivningen av tverrsnittet. Sammenkoplet med eksentrisk flere gangers initieringer langs hovedaksen av stridshodet får man en fortrinnsretning så vel for sprengningseffekten som også for fluktretningen til de dannede splintene. Avgivelsen av splinter overveiende nedover er ikke bare en stor fordel ved detoneringen av stridshodet i det indre av skipet, men også ved bekjempelse av målet ved overflygning. Målinger har vist at en effektøkning for sprengnings- og splintvirkningen på inntil 30 % er mulig. A particularly advantageous design of an anti-ship warhead is the oval design of the cross-section. Coupled with eccentric multiple initiations along the main axis of the warhead, a preferential direction is obtained both for the blasting effect and also for the direction of flight of the formed splinters. The emission of shrapnel predominantly downwards is not only a great advantage in the detonation of the warhead in the interior of the ship, but also in combating the target by overflight. Measurements have shown that a power increase for the blasting and splintering effect of up to 30% is possible.

Utformingseksempler av oppfinnelsen er vist skjematisk forenklet i tegningen og skal i det etterfølgende beskrives nærmere. Her viser figur 1 et snitt gjennom et stridshode, figur 2 et tverrsnitt av et stridshode ifølge figur 1. Design examples of the invention are shown schematically simplified in the drawing and will be described in more detail below. Here figure 1 shows a section through a warhead, figure 2 a cross section of a warhead according to figure 1.

Figur 1 viser et snitt i retning av lengdeaksen 6 i et stridshode. Stridshodet er utformet som en penetrator som ved hjelp av et flylegeme blir anbrakt i nærheten av målet. På grunn av sin form og fastheten i oppbygningen er penetratoren i stand til å trenge inn i målet. Den sensorstyrte tenningsinnretningen finner så det optimale tidspunktet for utløsningen av tenningen. Det er likeså godt mulig å la flylegemet fly henover et mål i lav høyde og derved utføre målbekjempningen ovenfra. Figure 1 shows a section in the direction of the longitudinal axis 6 of a warhead. The warhead is designed as a penetrator which is placed close to the target with the help of an aircraft body. Due to its shape and the firmness of its structure, the penetrator is able to penetrate the target. The sensor-controlled ignition device then finds the optimal time for triggering the ignition. It is equally possible to let the aircraft body fly over a target at low altitude and thereby carry out the target engagement from above.

På grunn av penetreringsforløpet som som regel finner sted er det nødvendig å fremstille stridshodet av ekstra fast metall. Stridshodet består av en ytre kappe 1, som på grunn av fastheten ikke har noen strukturering eller kjerver i sin indre eller ytre overflate. Men da denne kappen 1 er nødvendig for splintdannelsen er det inne i kappen 1 anordnet en splintformende innerkappe 3. Denne har en kjervstruktur av kjent type som ikke er nærmere vist i tegningen. Formen og størrelsen på splintene som kan dannes blir fastlagt gjennom dimensjoneringen av denne skjervstrukturen. Because of the penetration process that usually takes place, it is necessary to manufacture the warhead from extra solid metal. The warhead consists of an outer sheath 1, which, due to its firmness, has no structuring or notches in its inner or outer surface. But as this sheath 1 is necessary for the splint formation, a splint-forming inner sheath 3 is arranged inside the sheath 1. This has a notched structure of a known type which is not shown in detail in the drawing. The shape and size of the splinters that can be formed are determined through the dimensioning of this shard structure.

Ved hjelp av stridshodekonseptet som er fremlagt her blir det dannet et penetrerende stridshode som med bevaring av egenskapen til å trenge inn i mål og ved å beholde en forhåndsangitt totalmasse har en signifikant høyere sprengnings- og splinteffekt enn konvensjonelle stridshoder. Dette blir oppnådd ved at det vanlige materialet stål som kappen 1 hittil er blitt fremstilt av blir erstattet av materialet titan eller av en titanholdig legering. I denne sammenhengen har en spesiell legering med betegnelsen Ti-6A1-4V hevdet seg. Denne utmerker seg med en høy fasthet på inntil 1200 N/mm , men har bare omtrent 57 % av tettheten til stål. Dessuten har den en større duktilitet og en høyere seighet enn stålet som hittil vanligvis er blitt brukt. Som lønnsom fremstillingsteknologi for denne typen stridshodekapper er det på den ene siden spørsmål om finstøpteknikk og på den andre siden smiing av halvskall med tilknyttet sammensveising. With the help of the warhead concept presented here, a penetrating warhead is formed which, while preserving the ability to penetrate targets and by retaining a predetermined total mass, has a significantly higher blast and splinter effect than conventional warheads. This is achieved by replacing the usual material steel, from which the jacket 1 has been made up to now, by the material titanium or by a titanium-containing alloy. In this context, a special alloy with the designation Ti-6A1-4V has asserted itself. This is distinguished by a high strength of up to 1200 N/mm, but only has approximately 57% of the density of steel. In addition, it has a greater ductility and a higher toughness than the steel that has hitherto been commonly used. As a profitable production technology for this type of combat headgear, there are, on the one hand, questions of precision casting technique and, on the other hand, the forging of half-shells with associated welding.

Veggtykkelsen av den ytre kappen 1 blir dimensjonert tilsvarende fordringene til strukturfåsthet og ligger i størrelsesordenen for en kappe av stål. Innsparingen av kappemasse på grunn av den lavere materialtettheten til titan og titanlegeringer kan med konstant stridshodemasse bli anvendt til økning av sprengstoffmassen. Derved blir sprengningseffekten betydelig økt. Ut over dette blir det også forbrukt mindre energi til akselereringen av splintene, noe som igjen bidrar til økningen av sprengningseffekten. The wall thickness of the outer sheath 1 is dimensioned corresponding to the requirements for structural strength and is in the order of magnitude for a steel sheath. The savings in casing mass due to the lower material density of titanium and titanium alloys can, with a constant warhead mass, be used to increase the explosive mass. Thereby, the blasting effect is significantly increased. In addition to this, less energy is also consumed for the acceleration of the splinters, which in turn contributes to the increase in the blasting effect.

Målet for enhver utforming av stridshoder er optimeringen av omsetningen av den kjemiske energien innenfor rammen av stridshodemassen som er til rådighet. Dette betyr at en gunstigst mulig verdi for forholdet mellom sprengladningsmasse C og totalmassen C + M (kappemasse = M) skal bli oppnådd. Ved hjelp av konseptet ifølge oppfinnelsen kan riktig gode tilnærmelser til de oppnåelige maksimalverdiene for energi og impuls oppnås. The goal of any warhead design is the optimization of the turnover of the chemical energy within the framework of the warhead mass available. This means that the most favorable possible value for the ratio between explosive charge mass C and the total mass C + M (casing mass = M) must be achieved. With the help of the concept according to the invention, fairly good approximations to the achievable maximum values for energy and impulse can be achieved.

Et annet tiltak for å øke splinteffekten er utformingen av den splintdannende innerkappen 3. Til dette blir det benyttet en innerkappe 3 som er forsynt med et kjervgitter. Av utvalget av de materialene som er egnet til innerkappen 3 fremstår stål som spesielt godt egnet. Kappen har da omtrent halve tykkelsen av ytterkappen 1 som ligger utenfor, slik at massen av nesten alle splintene som er dannet av kappen 3 er omtrent like stor som massen av splintene som er dannet av den utenforliggende kappen 1. Dermed blir antallet splinter med omtrent samme masse på en enkel måte fordoblet og dermed splinteffekten økt. Ved hjelp av valget av den kjervete innerkappen 3 som består av stål blir forholdet som er beskrevet ovenfor C/(C + M) redusert og man nærmer seg på denne måten maksima av kinetisk energi og impuls. Til slutt blir derved den kjemiske energien som er til rådighet på en optimal måte utnyttet til splinteffekten. Another measure to increase the splinter effect is the design of the splinter-forming inner sheath 3. For this, an inner sheath 3 is used which is provided with a notched grid. Of the selection of materials that are suitable for the inner jacket 3, steel appears to be particularly suitable. The jacket then has approximately half the thickness of the outer jacket 1 which lies outside, so that the mass of almost all the splinters formed by the jacket 3 is approximately the same as the mass of the splinters formed by the outer jacket 1. Thus, the number of splinters with approximately the same mass in a simple way doubled and thus the splinter effect increased. By means of the choice of the notched inner jacket 3 which consists of steel, the ratio described above C/(C + M) is reduced and in this way the maxima of kinetic energy and impulse are approached. Finally, the available chemical energy is optimally utilized for the splinter effect.

En annen fordelaktig utforming av stridshodet ifølge oppfinnelsen er ved siden av kappen av titan eller en titanlegering formgivningen av det ovale eller elliptiske tverrsnittet av kappen 1, slik det er vist i figur 2. Den lille aksen 2 i ellipsen ligger her i det vertikale symmetriplanet til flylegemet. En modifikasjon av formen på dette tverrsnittet kan bestå i at i det minste en, fortrinnsvis oversiden av ellipsen er flatet ut i det området som forløper omtrent parallelt med den store aksen 4 i ellipsen. Another advantageous design of the warhead according to the invention is, next to the jacket made of titanium or a titanium alloy, the design of the oval or elliptical cross-section of the jacket 1, as shown in figure 2. The small axis 2 of the ellipse lies here in the vertical plane of symmetry of the fuselage. A modification of the shape of this cross-section can consist in at least one, preferably the upper side of the ellipse being flattened in the area which runs approximately parallel to the major axis 4 of the ellipse.

Initieringen foregår ifølge figur 1 på flere steder, fortrinnsvis ifølge figur 2 i det øvre området av den lille aksen 2 i tverrsnittet for de viste kappene 1 og 3. På denne måten får man, antydet ved hjelp av en pil og begrensende stiplede kantlinjer, en fortrinnsretning nedover for så vel sprengningseffekten som også for splinteffekten. Dette er ikke en fordel bare ved utløsningen i det indre av et mål, men også ved bekjempelse av mål under overflygning. Effektøkningen er i fortrinnsretningen inntil 30 %. The initiation takes place according to Figure 1 in several places, preferably according to Figure 2 in the upper area of the minor axis 2 in the cross-section for the sheaths 1 and 3 shown. In this way, indicated by an arrow and limiting dashed border lines, a preferential direction downwards for both the blast effect and the splinter effect. This is not an advantage only when triggering in the interior of a target, but also when fighting targets during overflight. The power increase is in the preferred direction up to 30%.

Claims

1. Shrapnel-producing warhead for combating technical targets with an explosive charge (S) surrounded by an unstructured shrapnel-forming sheath (1) and an inner sheath (3) provided with a notch structure arranged between the shrapnel-forming sheath (1) and the explosive charge (S), characterized in that the splinter-forming jacket (1) has an elliptical cross-section, and the small axis (2) of the ellipse lies during flight towards the target approximately in the vertical plane of the warhead, and that at least one device (5) is arranged for initiating the explosive charge ( S) in the area of the upper tail part of the plane which is stretched through the minor axis (2) and the longitudinal axis (6) of the warhead inside the warhead.

2. Splinter-producing warhead according to claim 1, characterized in that the elliptical cross-section is flattened at least in one area of the periphery which runs roughly parallel to the major axis (4) of the ellipse.

3. A splinter-producing warhead according to claim 1 or 2, characterized in that the splinter-forming part of the inner sheath (3) has approximately the same mass as the corresponding part of the splinter-forming sheath (1).

4. A splinter-producing warhead according to the preceding claim, characterized in that the inner sheath (3) has a notched lattice structure adapted to the target to be fought with regard to splinter size and/or splinter shape.

5. Splinter-producing warhead according to preceding claim 1, characterized in that the splinter-forming sheath (1) is made of a material from group I VB in the periodic table of elements, or an alloy containing such a material.

6. Splinter-producing warhead according to claim 5, characterized in that the splinter-forming sheath (1) is made of a titanium material or a titanium alloy.