WO2005045356A1 - Aufschlagteil eines geschosses - Google Patents

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Josef Bissig
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Ruag Land Systems, Warhead Division
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    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C19/00—Details of fuzes
    • F42C19/06—Electric contact parts specially adapted for use with electric fuzes
    • F42C19/07—Nose-contacts for projectiles or missiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
    • F42B10/32—Range-reducing or range-increasing arrangements; Fall-retarding means
    • F42B10/38—Range-increasing arrangements
    • F42B10/42—Streamlined projectiles
    • F42B10/46—Streamlined nose cones; Windshields; Radomes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
    • F42B12/04—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type
    • F42B12/10—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type with shaped or hollow charge
    • F42B12/105—Protruding target distance or stand-off members therefor, e.g. slidably mounted

Definitions

  • the invention relates to an impact part on a projectile which contains at least one active charge and one ignition device activated during impact, the impact part being designed in the form of a cambered cap with a cavity delimited by it.
  • Ignition devices such as those used in tandem hollow charges require a defined impact shock to activate them (see data sheet PEPZ-05 Piezo Fuze System, PEPZ-05, Zaugg Elektronik AG, CH-4573 Lohn-Ammannsegg). It is therefore notoriously known to design the tips of such projectiles more or less solidly in the form of a cambered cap in order to transmit the necessary activation energy to the ignition device contained in the projectile. A curved (rounded) shape of the tip tries to activate the ignition chain even if the projectile hits the target at an angle.
  • the tip of the impact part is thin-walled relative to its side walls, that at least two ring grooves concentric to the direction of flight are embedded in the side walls and that elastomers are inserted in these ring grooves, which fill and / or protrude from the ring grooves.
  • Ring grooves according to the invention attack in the target, even if they strike at an angle and trigger the ignition process.
  • Inlaid elastomers maintain the air resistance values compared to smooth impact parts.
  • the thin-walled tip does not normally affect the effective power of the projectile (oblique angle at the target).
  • Tandem hollow charges hitting the target at an angle of 20 ° to 60 ° are optimal. It has been shown that the tip is damaged during the transmission of the energy required to ignite the charges in this angular range in such a way that the shaped charge jet of the precharge has enough energy to detonate an ERA box (ie the explosives stored in the target). Due to the flat design of the stored explosives, the outer one metallic protective plate of the armor blasted off perpendicular to its base and flies past the projectile, so that the shaped charge of the main charge can now develop its full effect.
  • the tip can be designed in such a way that in the case of a projectile hitting the target surface more or less perpendicularly, the tip absorbs the energy of the first shaped charge jet (the pre-charge) and disrupts its construction so that an ERA box is not ignited.
  • the beam of the main charge then penetrates the already drilled tip, ignites the ERA box, penetrates its metallic cover and can penetrate into the armor - the effect of the projectile in such a case corresponds to that of a simple shaped charge ignited at an optimal distance.
  • the phenomenon remains that the same impact part makes the beam of the pre-charge effective when it hits the target at an oblique angle and not when it hits the target more or less vertically. This can be explained by the fact that when it hits the tip vertically - before it breaks - it turns inside out and thereby massively interferes with the shaped charge jet that is still being built up. The energy of the beam is therefore not sufficient to activate the ERA box.
  • the impact part hooks into the target or cuts into its surface so that the projectile is not deflected and remains at the target; Claim 2.
  • Ring seals according to claim 3 are particularly easy to handle. They are easy to insert and protect the personnel handling the projectile from injuries. When you hit the target, the ring seals are pushed away and release the sharp edges for engagement.
  • O-rings according to claim 4 are particularly economical and resistant in a wide temperature range and do not wear out during normal handling.
  • An external thread according to claim 6 facilitates the assembly of the projectile;
  • service parts with different fracture characteristics can be prepared and adapted to the presumptive goal.
  • the geometric adaptation of the external shape mentioned in claim 7 enables the minimum still initiating angle of incidence to be predetermined.
  • Fig. 3 shows the projectile tip Fig. 1 when hitting an oblique target
  • a head of a projectile of a tandem shaped charge is designated by 1 in FIG.
  • An impact part consists of a tip 2 in the form of a dome with embedded elastomers, ie with O-rings 3 made of silicone rubber, and is placed on a preload with lining 4, explosives 5 and ignition device 6.
  • the entire shell 7 is slim and has a notoriously known main charge, not shown, at the end of its cavity. Between the explosive 5 or the ignition device 6, the shell 7 encloses a cavity 8, which forms the necessary distance to the main cargo, not shown.
  • the very thin-walled tip 2 is designated in its thickness with 22 (wall thickness).
  • an external thread 23 is to be used, which can be screwed into the front end of the shell 7.
  • FIG. 3 shows the front part of the projectile when it strikes a target Z at an oblique angle, designated ⁇ in relation to the direction of flight F.
  • FIG. 4 alternatively shows a head of a larger, arbitrary ammunition body according to the invention with current threads S drawn in.
  • the elastic rings 3 prevent turbulence even at high launch speeds.
  • the subject of the invention permits optimal use of projectiles, even in cases where conventional impact parts lead to failure. This also significantly reduces the dud rate.

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Abstract

Ein Aufschlagteil an einem Geschoss erlaubt die sichere Aktivierung von Piezo-Zündsystemen in einem grossen Winkelbereich (α) am Ziel (Z). Ringförmige Ausnehmungen mit eingelegten Rundringen (3) greifen am Ziel ein und verhindern dessen Abprallen. Eine dünnwandige, kalottenförmige Spitze (2) verhindert grössere störende Einflüsse auf die nachfolgende Hohlladung (4,5). Durch eine Dimensionierung des Aufschlagteils nach den Regeln der Bruchmechanik lässt sich dessen gezielte Fragmentierung am Ziel erreichen.

Description

Aufschlagteil eines Geschosses
Die Erfindung bezieht sich auf ein Aufschlagteil an einem Geschoss welches mindestens je eine Wirkladung und eine beim Aufschlag aktivierte Zündvorrichtung enthält, wobei das Aufschlagteil in Form einer bombierten Kappe mit einem von dieser begrenzten Hohlraum ausgebildet ist.
Zündvorrichtungen wie sie beispielsweise in Tandem-Hohlladungen verwendet werden, erfordern einen definierten Auf- prall-Schock zur Aktivierung (Vgl. Datenblatt PEPZ-05 Piezo Fuze System, PEPZ-05, Zaugg Elektronik AG, CH-4573 Lohn-Am- mannsegg) . Es ist daher notorisch bekannt, die Spitzen solcher Geschosse mehr oder weniger massiv in Form einer bombierten Kappe auszugestalten, um die nötige Aktivierungs- energie auf die im Geschoss enthalte Zündvorrichtung zu übertragen. Durch eine bombierte (gerundete) Form der Spitze wird versucht auch bei einem schrägen Auftreffen des Geschosses im Ziel die Zündkette zu aktiveren.
In praxi entstehen dabei aber oft Blindgänger, d.h. das Ge- schoss wird vom Ziel abgelenkt und/oder die aufgenommene Aufprallenergie reicht nicht zur Aktivierung der Zündkette aus. Dieses Problem tritt noch verstärkt bei Tandem-Hohla- dungen und Mehrfachsprengköpfen auf, die voneinander unabhängige, autonome Zündvorrichtungen besitzen und bei denen jede Zündvorrichtung eine eigene Sicherheitscharakteristik aufweist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Aufschlagteil zu schaffen, welche auch bei schiefwinklig im Ziel eintreffenden Geschossen die erforderliche, zur Initiierung der Zündung notwendige Energie bereitstellt.
Ebenfalls soll das Aufschlagteil nachfolgende Hohlladungsstrahlen (Jets) nicht nachteilig beeinflussen und auch bei aktiven Panzerungen (Explosive Reactive Armor = ERA) eine wirksame Funktion ausüben können. Die Aerodynamik des Geschosses soll dadurch nicht beeinträchtigt werden; ebenfalls soll die Aussenballistik gegenüber anderen, analogen Geschossen nicht verändert werden.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, dass die Spitze des Aufschlagteils relativ zu deren Seitenwänden dünnwandig ist, dass in den Seitenwänden mindestens zwei zur Flugrichtung konzentrische Ringnuten eingelassen sind und dass in diesen Ringnuten Elastomere eingelegt sind, welche die Ringnuten ausfüllen un/oder überragen.
Erfindungsgemässe Ringnuten greifen im Ziel an, auch wenn sie schräg auftreffen und lösen den Zündvorgang aus. Durch eingelegte Elastomere bleiben die Luftwiderstandswerte gegenüber glatten Aufschlagteilen erhalten. Die dünwandige Spitze beeinträchtigt im Normalfall (schiefwinkliges Auf- treffen im Ziel) die Wirkleistung des Geschosses nicht.
Optimal sind am Ziel mit einem Winkel von 20° bis 60° auftreffende Tandem-Hohlladungen. Es hat sich gezeigt, dass die Spitze bei der Übertragung der zur Zündung der Ladungen notwendigen Energie in diesem Winkelbereich derart beschädigt wird, dass der Hohlladungsstrahl der Vorladung genügend Energie besitzt um eine ERA-Box (d.h. den im Ziel eingelagerter Sprengstoff) zu zünden. Auf Grund der flächigen Auslegung des eingelagerten Sprengstoffs wird die äussere metallische Schutzplatte der Panzerung senkrecht zu ihrer Basis abgesprengt und fliegt am Geschoss vorbei, so dass der Hohlladungsstrahl der Hauptladung nun seine volle Wirkung entfalten kann.
Die Spitze kann so ausgelegt werden, dass bei einem mehr oder weniger senkrecht auf der Zielfläche auftreffenden Geschoss die Spitze die Energie des ersten Hohlladungsstrahls (der Vorladung) soweit absorbiert und dessen Aufbau stört, dass eine ERA-Box nicht gezündet wird. Der zweite, stärkere und zwischenzeitlich bereits vollständig ausgebildete
Strahl der Hauptladung durchdringt dann die bereits durchbohrte Spitze, zündet die ERA-Box, durchdringt deren metallische Abdeckung und kann in die Panzerung vordringen.- Die Wirkung des Geschosses entspricht in einem solchen Fall derjenigen einer im optimalen Abstand gezündeten einfachen Hohlladung.
Es verbleibt das Phänomen, dass das selbe Aufschlagteil bei dessen schiefwinkligen Auftreffen im Ziel den Strahl der Vorladung wirksam werden lässt und bei einem mehr oder we- niger senkrechten Auftreffen am Ziel nicht. Dies lässt sich dadurch erklären, dass beim senkrechten Auftreffen die Kalotte der Spitze - vor ihrem Brechen - sich nach innen umstülpt und dadurch den noch im Aufbau befindlichen Hohlladungsstrahl massiv stört. Somit reicht die Energie des Strahls nicht aus um die ERA-Box zu aktivieren.
Diese Wirkung kann erzielt werden, wenn das Aufschlagteil aus einem genügend zähen und trotzdem noch duktilen Stahl besteht. Bewährt haben sich hierfür ungehärtete Vergütungsstähle. In abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgenstands beschrieben.
Durch den Einsatz scharfer Kanten hängt sich das Aufschlagteil im Ziel ein bzw. schneidet sich in dessen Oberfläche ein, so dass das Geschoss nicht abgelenkt wird und am Ziel bleibt; Anspruch 2.
Besonders einfach handbar sind Ringdichtungen gemäss Anspruch 3. Sie lassen sich leicht einlegen und schützen das mit dem Geschoss hantierende Personal vor Verletzungen. Beim Aufschlag am Ziel werden die Ringdichtungen weggedrängt und geben die scharfen Kanten zum Eingriff frei.
Handelsübliche O-Ringe nach Anspruch 4 sind besonders wirtschaftlich sowie widerstandsfähig in einem weiten Temperaturbereich und Verschleissen bei normaler Handhabung nicht.
Die im Anspruch 5 aufgeführten ünstetigkeiten im Profil erlauben nach den Regeln der Bruchmechanik die Vorgabe von Bruchstellen.
Durch ein Aussengewinde gemäss Anspruch 6 erleichtert sich die Montage des Geschosses; zudem können Aufschlagteile mit unterschiedlicher Bruchcharakteristik vorbereitet und an das präsumptive Ziel angepasst werden.
Die in Anspruch 7 genannte geometrische Anpassung der Aus- senfor ermöglicht den minimalen noch initiierenden Auftreffwinkel vorausbestimmen.
Unter dem Einbezug von Kerbfaktoren lassen sich weitere Bruchstellen definieren, so dass beispielsweise eine gezielte Fragmentierung des Aufschlagteils erfolgt und sich dadurch der anschliessende Hohlladungsstrahl ungehindert aufbauen kann. Siehe Anspruch 9.
Als Vergütungsstahl, Anspruch 10, hat sich 42 CrMo 4 V (nach DIN 1.72225) aufgrund seiner hohen Zähigkeit sehr bewährt.
An Hand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung diskutiert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Geschosskopf mit Aufschlagspitze, Vorladung und Zündsystem,
Fig. 2 den Grundkörper der vergrössert dargestellte Aufschlagspitze Fig.l,
Fig. 3 die Geschossspitze Fig. 1 beim Auftreffen auf eine schiefwinklige Zielfläche und
Fig. 4 die Strömungsverhältnisse an einem grosskalibri- gen Geschosskörper.
In Figur 1 ist ein Kopf eines Geschosses einer Tandem-Hohlladung mit 1 bezeichnet. Ein Aufschlagteil besteht aus einer Spitze 2 in Kalottenform mit eingelagerten Elastomeren, d.h. mit O-Ringen 3 aus Silikongummi und ist auf einer Vor- ladung mit Auskleidung 4, Sprengstoff 5 und Zündvorrichtung 6 aufgesetzt. Die das Ganze umfassende Geschosshülle 7 ist schlank ausgeführt und weist am Ende ihres Hohlraums eine notorisch bekannte, nicht gezeichnete Hauptladung auf. Zwischen dem Sprengstoff 5 bzw. der Zündvorrichtung 6 schliesst die Geschosshülle 7 einen Hohlraum 8 ein, welcher den notwendigen Abstand zur nicht dargestellten Hauptladung bildet.
Die Schnittdarstellung Fig. 2 zeigt das Profil des Aufschlagteils Fig.l. Orthogonal zur Achse (= Flugrichtung) F sind Ringnuten 20 eingelassen, welche scharfe Kanten 21 aufweisen. Die sehr dünnwandig ausgebildete Spitze 2 ist in ihrer Dicke mit 22 (Wandstärke) bezeichnet. Im unteren Bereich, d.i. heckseitig ist ein Aussengewinde 23 vorgehen, welches im frontseitigen Ende der Geschosshülle 7 ein- schraubbar ist.
Die Darstellung in Fig. 3 zeigt die Frontpartie des Geschosses beim Auftreffen auf ein Ziel Z in einem zur Flugrichtung F mit α bezeichneten schiefen Winkel.
Hier erkennt man, dass im Ziel die elastischen Ringe 3 weg- geschoben werden, so dass sich die scharfen Kanten 21, Fig. 2, an der Oberfläche des Ziels einhaken. Dadurch wird ein Abprallen des Geschosses weitgehend verhindert; es entsteht ein genügend grosser Aufprallschock zur Initiierung der Zündsysteme.
Die Fig. 4 zeigt alternativ einen Kopf eines erfindungsge- mässen, grösseren, an sich beliebigen Munitionskörpers mit eingezeichneten Stromfäden S. Die elastischen Ringe 3 verhindern auch bei hohen Abschussgeschwindigkeiten Turbulenzen.
Der Erfindungsgegenstand erlaubt einen optimalen Einsatz von Geschossen, auch in Fällen wo herkömmliche Aufschlagteile zu Versagern führen. Damit verringert sich auch die Blindgängerquote beträchtlich.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Aufschlagteil an einem Geschoss welches mindestens je eine Wirkladung und eine beim Aufschlag aktivierte Zündvorrichtung enthält, wobei das Aufschlagteil in Form einer bombierten Kappe, mit einem von dieser begrenzten Hohlraum, ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (2) des Aufschlagteils relativ zu deren Seitenwänden dünnwandig ist, dass in den Seitenwänden mindestens zwei zur Flugrichtung (F) konzentrische Ringnuten (20) eingelassen sind und dass in diesen Ringnuten Elastomere (3) eingelegt sind, welche die Ringnuten (20) ausfüllen und/oder überragen.
2. Aufschlagteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnuten (20) scharfe Kanten (21) aufweisen.
3. Aufschlagteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomere (3) Ringdichtungen sind.
4. Aufschlagteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdichtungen (3) O-Ringe aus Silikongummi sind.
5. Aufschlagteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenform des Aufschlagteils ein Profil aufweist, welches ünstetigkeiten zeigt.
6. Aufschlagteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aussengewinde (23) vorgesehen ist, und dass dieses und die Aussenform auf den Kopf des Geschosses (1) angepasst sind.
7. Aufschlagteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenform und die Rillen (20) derart gewählt sind, dass eine Berührungslinie am Ziel (Z) mit der Achse der Flugrichtung (F) einen Winkel (α) von 15° bis 90° einschliesst .
8. Aufschlagteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (2) kalottenförmig ist und deren Wandstärke (22) und Material, derart gewählt sind, dass diese nach einem Aufschlag auf ein hartes Ziel (Z) unter einem Winkel von 80° bis 90°, zumindest partiell bricht.
9. Aufschlagteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich- net, dass die Spitze (2) zumindest peripher Kerben und/oder Materialabtragungen aufweist.
10. Aufschlagteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus einem ungehärteten Vergütungsstahl besteht.
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