EP2442065A2

EP2442065A2 - Umschaltbare Wirkladung

Info

Publication number: EP2442065A2
Application number: EP11008289A
Authority: EP
Inventors: Werner Dr. Arnold
Original assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Current assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: EP2442065A3; EP2442065B1

Abstract

Mit der vorgeschlagenen umschaltbaren Wirkladung und unter Anwendung des Auslöseverfahrens für eine umschaltbare Wirkladung ist es möglich, die Wirkung in Zielrichtung um bis zu 30 Prozent zu steigern und wahlweise entweder geformte beziehungsweise natürliche Splitter zu erzeugen oder die Hülle in feine und feinste Splitter zu zerlegen.
Die Wirkladung besteht aus einer Splitter bildenden Hülle (H), einer Sprengladung (SP) und eine rohrförmige Halterung (PH) mit einer Vielzahl verteilt angeordneter Pellets. Auf der Längsachse der zylindrischen Wirkladung sind Zündstellen (Z1,Z2) angeordnet. Weiterhin sind minimal drei periphere Zündstellen (Z3) gleichmäßig über den Umfang verteilt vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine umschaltbare Wirkladung eines Gefechtskopfes mit einer Splitter bildenden Hülle und mit einer Wirkladung, in der eine rohrförmige Halterung mit einer Vielzahl verteilt angeordneter Pellets angeordnet ist, mit einer ersten stirnseitig angeordneten Zündeinrichtung, die mit einer plattenförmigen Übertragerladung korrespondiert, in deren Bereich ein Detonationswellenlenker angeordnet ist, und einer weiteren Zündeinrichtung, die in Bereich der Längsachse der Wirkladung positioniert ist, wobei die Zündeinrichtungen unabhängig voneinander initiierbar sind, sowie ein Auslöseverfahren für eine umschaltbare Wirkladung eines Gefechtskopfes, wobei dieser eine Splitter bildende Hülle und eine Wirkladung aufweist sowie eine rohrförmige Halterung mit einer Vielzahl verteilt angeordneter Pellets, wobei die Wirkladung wahlweise mit einer ersten stirnseitig angeordneten Zündeinrichtung ausgelöst wird, die mit einer plattenförmigen Übertragerladung korrespondiert, in deren Bereich ein Detonationswellenlenker angeordnet ist, sowie alternativ mit wenigstens einer weiteren Zündeinrichtung, die in Bereich der Längsachse der Wirkladung positioniert ist, wobei die Zündeinrichtungen unabhängig voneinander initiiert werden, wobei wahlweise Splitter unterschiedlicher Größe erzeugt werden.
Das zukünftige Einsatzspektrum von Gefechtsköpfen in unterschiedlichen Szenarien erfordert eine Munition, die sowohl Punktziele als auch Flächenziele wirkungsvoll bekämpfen kann. Gerade unter Beachtung der Anforderung an Minimierung von Kollateralschäden sind Munitionsarten mit umschaltbarer Wirkung von besonderem Interesse. Hier steht der Gedanke zur Minimierung von Kollateralschäden im Vordergrund, aber gleichzeitig auch die Möglichkeit, die vollständige Wirkung ins Ziel bringen zu können, wenn kein urbanes Umfeld zu berücksichtigen ist.
Von der Anmelderin sind bereits verschiedene Konzepte dosierbarer oder umschaltbarer Wirkladungen bekannt geworden, deren Funktionsfähigkeit anerkannt worden ist. Aus der DE 10 2006 048 299 B3 ist eine zylindrische Wirkladung mit einer Splitter bildenden Hülle bekannt geworden. Diese weist eine konzentrisch innerhalb der Ladung angeordnete rohrförmige Halterung auf, die eine Vielzahl verteilt angeordneter Pellets trägt. Weiterhin ist die Wirkladung mit einer ersten stirnseitig angeordneten Zündeinrichtung ausgestattet, welche mit einer plattenförmigen Übertragerladung korrespondiert. Im Bereich der Übertragerladung befindet sich ein Detonationswellenlenker, mittels dem die von der ersten Zündeinrichtung ausgehende Initiierung über die Übertragerladung geführt wird und anschließend im Bereich der Hülle auf die Wirkladung trifft. Weiterhin ist im Bereich der Längsachse der Wirkladung wenigstens eine weitere Zündeinrichtung vorgesehen, die von dort aus die Initiierung der Wirkladung durchführt.
Die Funktionsweise einer Wirkladung mit einer Halterung für Pellets ist derart, dass bei Zündung der weiteren Zündeinrichtung die erzeugte Detonationswelle durch die Sprengstoff-Pellets in der Halterung und weiter zur Hülle läuft. Im Halterungsmaterial wird die Detonationswelle in eine Stoßwelle umgewandelt und dadurch etwas verzögert (da deren Geschwindigkeit geringer ist als die einer Detonationswelle), während die Pellets sofort durchzünden und dadurch neue punktförmige Detonationsquellen ausbilden, die sich miteinander überlagern. Durch diese Wechselwirkung wird ein Muster von Detonationsfronten ausgebildet. Deshalb erfolgt in der Hülle eine Zerlegung des Hüllenmaterials entsprechend dem Muster der Druckspitzen. Dabei werden Splitter in einstellbarer Größe erzeugt.
In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass diese Splitter anhand der Vorgaben aus dieser Druckschrift nicht in beliebig kleine Splitter zerlegt werden können, wie dies inzwischen als Fähigkeit des Gefechtskopfes gewünscht ist. Es ist bekannt, dass die Flugweite von Splittern in der Luft exponentiell mit der Größe des Oberflächen/Volumen-Verhältnis abnimmt.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine bekannte umschaltbare Wirkladung derart weiter zu entwickeln, dass in Zielrichtung eine bis zu 30 % höhere Splittergeschwindigkeit erzielbar ist und in einem Zerlegemodus eine Zerlegung der Hülle in sehr feine Splitter erfolgt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Bereich der rohrförmigen Halterung wenigstens drei Zündeinrichtungen über den Umfang verteilt angeordnet sind, dass im Bereich der rohrförmigen Halterung parallel zur Hauptachse der Wirkladung mehrere einzelne Zündeinrichtungen oder streifenförmige Zündeinrichtungen angeordnet sind, und dass zwei oder mehrere benachbarte Zündeinrichtungen zeitgleich oder gesteuert nacheinander initiierbar sind.
Somit ist es erstmals mit einer zylindrischen Wirkladung, die innerhalb der Sprengladung eine rohrförmige Halterung mit einer Vielzahl von mit Sprengstoff gefüllten Pellets enthält, eine Fokussierung der Leistung in Richtung auf das Ziel zu bewirken und gleichzeitig die Leistungsabgabe entgegen der Zielrichtung und in einem weiten Winkelbereich darum herum deutlich zu reduzieren. Dabei wird in Zielrichtung eine Leistungssteigerung von bis zu 30 % erreicht.
In vorteilhafter Weise wird die Halterung derart gestaltet, dass die Durchmesser der Pellets etwa 1 bis 10 mm Millimeter betragen, und dass das Verhältnis des Abstandes der Mittelpunkte benachbarter Pellets zu deren Durchmesser größer als 1 aber kleiner als 5 ist (1 < a/d < 5), und dass die Hülle hinsichtlich des Ladungsdurchmesser, der Krümmung der Hülle, der Splitterseitenlänge, der Splitterdicke und den für das Material der Hülle typischen Parametern so dimensioniert ist, dass die Hülleneigenschaften im Bereich der Grenzkurve bei glatter Detonationsfront (Zerlegung/ Nichtzerlegung) der Hülle liegen, wobei die Grenzkurve für das jeweilige Material der Hülle durch die Verhältnisse von Splitterseitenlänge zum Ladungsdurchmesser und von Splitterseitenlänge zur Splitterdicke definiert ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Pellets bezüglich ihres Durchmessers und oder ihrer gegenseitigen Abstände stochastisch verteilt angeordnet sind oder die Pellets systematisch geordnet auf der Halterung angeordnet sind.
Feinste Splitter werden erfindungsgemäß erzeugt, wenn das Verhältnis des Abstandes der Mittelpunkte benachbarter Pellets zu deren Durchmesser größer als 1 aber kleiner als 3 ist (1 < a/d < 3).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Wirkladung wird dadurch erzielt, dass die gekerbte oder mechanisch vorbereitete Hülle in Splitter bestimmter Größe und/oder Form zerlegbar ist oder dass die ungekerbte Hülle aufgrund der Maxima und Minima der auftreffenden Detonationsfront in Splitter bestimmter Größe und/oder Form zerlegbar ist.
Die Aufgabe wird außerdem dadurch gelöst, dass die innerhalb der Halterung befindliche Ladung einen ersten zentralen Teil und einen den zentralen Teil unmittelbar umgebenden zweiten Teil aufweist, wobei der erste Teil aus einem leistungsfähigen Sprengstoff besteht und der zweite Teil aus einem Sprengstoff mit niedrigerer Leistung als der Sprengstoff des ersten Teils besteht und wobei die Schicht eine Dicke im Bereich von 5 - 25 mm aufweist, wobei der zweite Teil der Sprengladung vorzugsweise ein Metallpulver und/oder Ammoniumperchlorat enthält.
Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht darin, dass der zweite Teil der Ladung unmittelbar an einer aus einem inerten Werkstoff bestehenden Schicht anliegt, die selbst in Kontakt mit der Hülle angeordnet ist, wobei die Schicht Ausnehmungen oder andere zur Formung von Splittern aus der Hülle geeignete Einrichtungen aufweist.
Schließlich besteht eine Lösung der Aufgabe in einem Auslöseverfahren für eine umschaltbare Wirkladung eines Gefechtskopfes, wobei dieser eine Splitter bildende Hülle und eine Wirkladung aufweist sowie eine rohrförmige Halterung mit einer Vielzahl verteilt angeordneter Pellets, wobei die Wirkladung wahlweise mit einer ersten stirnseitig angeordneten Zündeinrichtung ausgelöst wird, die mit einer plattenförmigen Übertragerladung korrespondiert, sowie alternativ mit wenigstens einer zweiten Zündeinrichtung, die im Bereich der Längsachse der Wirkladung positioniert ist, wobei die Zündeinrichtungen unabhängig voneinander initiiert werden, wodurch wahlweise Splitter unterschiedlicher Größe erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Initiierung der ersten Zündeinrichtung die Detonationsfront über die Übertragerladung radial nach außen läuft, an der Hülle umgelenkt wird und dann streifend entlang der Halterung verläuft und damit die Beschleunigung großer vorgeformter oder die Erzeugung und Beschleunigung natürlicher Splitter bewirkt, oder dass bei Initiierung wenigstens einer dritten Zündeinrichtung, die innerhalb der Hülle der Wirkladung und im Bereich der Halterung angeordnet ist, die im gegenüber liegenden Bereich der Halterung und in geringem Abstand zueinander verteilt angeordneten Pellets initiiert werden, sich diese Vielzahl von initiierten Detonationspunkten überlagern und dadurch an der Hülle eine Detonationsfront mit eng nebeneinander liegenden Druckmaxima und Druckminima vorliegt, welche eine lokale Zerlegung der Hülle in Abhängigkeit vom Material der Hülle in eine Vielzahl unterschiedlicher Splitter bewirkt.
Somit ist es mittels der erfindungsgemäßen Verbesserung einer bekannten umschaltbaren Wirkladung und unter Anwendung des erfindungsgemäßen Auslöseverfahrens für eine umschaltbare Wirkladung möglich die Leistungsabgabe in Richtung auf das Ziel um bis zu 30 Prozent zu erhöhen, wobei die Leistung in entgegen gesetzter Richtung deutlich reduziert ist, wobei es gleichzeitig möglich ist, wahlweise entweder geformte beziehungsweise natürliche Splitter zu erzeugen oder die Hülle in feine und feinste Splitter zu zerlegen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1:: eine Wirkladung mit zusätzlichen im Bereich der Pellethalterung angeordneten Zündstellen,
Fig. 2:: eine periphere Initiierung einer Wirkladung zur Erzeugung schneller Konstruktionssplitter in Zielrichtung,
Fig. 3:: eine periphere Initiierung einer Wirkladung zur Erzeugung stark zerlegter und schneller Konstruktionssplitter,
Fig. 4:: eine periphere Initiierung einer Wirkladung zur Erzeugung schneller und kontrolliert zerlegter größerer Splitter,
Fig. 5:: eine Wirkladung mit peripherer Initiierung und einer die zentrale Sprengladung umgebenden weiteren Sprengladung,
Fig. 6:: eine Wirkladung mit peripherer Initiierung und einer die zentrale Sprengladung umgebenden weiteren Sprengladung und einer Splitter bildenden Innenhülle,
Fig. 7:: eine Wirkladung mit peripherer Initiierung und einer die zentrale Sprengladung umgebenden und mit Kerbeinrichtungen versehenen weiteren Sprengladung,
Fig. 8:: den prinzipiellen Aufbau eines Wirkkörpers mit einer Pellethalterung,
Fig. 9:: ein Beispiel einer Grenzkurve für ein Metall in Abhängigkeit von Ladungs- und Splitterparametern,
Fig. 10:: die Initiierung der Wirkladung im Standard-Modus,
Fig. 11:: die Initiierung der Wirkladung mit Feinstzerlegung der Hülle.

Das Grundprinzip der Erfindung ist in der Figur 1 schematisch vereinfacht dargestellt. Dies betrifft zunächst das aus der Stammanmeldung DE 102010048570.5-15 bekannte Konzept einer zylindrischen Halterung für Sprengstoff-Pellets und zwei auf der Längsachse angeordneten Zündstellen Z1 (stirnseitig) und Z2 (mittig). Erfindungsgemäß kommen weitere periphere Zündstellen Z3a, Z3b hinzu, die im Bereich der Halterung PH und innerhalb der Hülle H angeordnet sind. Minimal sind drei periphere Zündstellen vorgesehen, es können auch mehr als 3 Zündstellen gleichmäßig über den Umfang verteilt vorgesehen sein. Durch deren Anzahl wird die Richtgenauigkeit in Richtung auf das Ziel festgelegt. Je höher die Anzahl der Zündstellen gewählt wird umso höher ist die Richtgenauigkeit auf das Ziel. Somit erhält man mit vier peripheren Zündstellen eine Winkelauflösung von 90°, wenn man nur eine dem Ziel gegenüber liegende Zündstelle initiiert. Es können beispielsweise aber auch zwei Zündstellen gleichzeitig gezündet werden, so dass eine Verfeinerung der Auflösung auf 45° erreicht wird.
Bei den peripheren Zündstellen ist in der Figur 1 nur jeweils eine Zündstelle pro Seite vorgesehen, es können in Längsrichtung der Wirkladung auch mehrere einzelne Zündstellen oder auch ein peripherer Initiierstreifen vorgesehen sein.
Ziel der Erfindung ist die bis zu 30% höhere Geschwindigkeit der aus der Hülle H erzeugten Splitter mit Hilfe der peripheren Zündstellen 3a, 3b in Verbindung mit der in der Halterung PH befindlichen mit Sprengstoff gefüllten Pellets. Die Pellets werden dabei nur dann detonativ wirksam, wenn die Detonationsfront von der Zündstelle Z3a, Z3b kommend etwa senkrecht auf die Halterung PH trifft. Im Beispiel der Figur 2 wird die im Bild links dargestellte Zündstelle Z3a initiiert. Damit trifft die Detonationsfront, die entsprechend ihrer Entwicklungsstufen mit den Bezugszeichen 1, 2 und 3 dargestellt ist, frontal auf den Halter PH auf. Die Pellets werden detonativ wirksam und erzeugen hinter dem Halter PH lokale Detonationswellen, die sich überlagern und zu einer modulierten Detonationsfront 4 führen, die ihrerseits auf die Hülle H trifft und diese entsprechend der DruckMaxima und -Minima zerlegt.
An der Zündstelle selbst breitet sich die Detonationsfront auch in Richtung der Halterung PH aus. Sie trifft die in der Halterung gelagerten Pellets jedoch zunächst nur streifend, so dass diese nicht detonativ wirksam werden, und somit keine modulierte Detonationsfront ausbilden. Mit zunehmender Entfernung von der Zündstelle findet ein Übergang vom streifenden zum frontalen Einfall der Detonationsfront auf die Halterung PH statt. Damit werden auch die Pellets selbst zunehmend detonativ wirksam.
Neben dem Vorteil des Geschwindigkeitszuwachses der aus der Hülle erzeugten Splitter in Zielrichtung wird zusätzlich auch eine kontrollierte Zerlegung der Hülle in Splitter erreicht. Dabei wird gerade auf der dem Ziel abgewandten Seite nicht nur eine geringere Geschwindigkeit der Splitter, sondern auch hinsichtlich der Wirkung eine unvorteilhaftere Form der Splitter erzielt, so dass in dieser Richtung der Wirkungsgrad in ähnlicher Weise sinkt wie er in Zielrichtung steigt.
Weitere verschiedenartige Ausgestaltungsformen der Wirkladung sind der folgenden Beschreibung der weiteren Figuren zu entnehmen.
In der Figur 2 ist beispielhaft eine Variante mit vorgeformten Standard-Splittern dargestellt. Es wird hierbei nur eine periphere Zündstelle Z3a aktiviert. Auf der Seite der Initiierung tritt der streifende Einfall der Detonationsfront auf und die Pellets werden nicht wirksam. Es kommt nur zu einer geringen Beschleunigung (V1) der vorgeformten Splitter. Diese können mittels Dimensionierung so groß gewählt werden, dass sie aufgrund ihrer Masse zwar wirksam wären, sie aber aufgrund der geringen Geschwindigkeit diese Wirksamkeit wieder einbüßen. Aufgrund der Größe werden auch nur wenige Splitter abgegeben.
Auf der gegenüber liegenden, auf das Ziel ausgerichteten Seite, werden die Pellets von der Detonationsfront etwa lotrecht getroffen und werden damit aktiviert. Die Überlagerung der lokalen Detonationsquellen, verursacht durch die Pellets, führt zu einer Zerlegung der aus vorgeformten Splittern bestehenden Hülle H in n Teile (n= 2, ..., 6). Der Zerlegungsgrad wird durch eine entsprechend gewählte Pellet - Struktur im Halter PH erzielt. Im dargestellten Beispiel in Figur 2 ist n=4 (kreuzförmige Detonationsfronten), somit werden aus jedem vorgeformten Splitter vier etwa gleichgroße Teile T4 erzeugt. Die Größe der Splitter wird so gewählt, dass die zerlegten Splitter im Ziel optimal wirken. Die Splittergeschwindigkeit ist deutlich höher als auf der dem Ziel abgewandten Seite.
Der Übergang in dieser Wirksamkeit zwischen der dem Ziel gegenüber liegenden Seite und dem Ziel ist kontinuierlich. Das Maximum liegt genau in Zielrichtung, wobei der Unterschied in der Wirksamkeit aufgrund der unterschiedlichen Splitterzerlegung erheblich ist.
Der Unterschied von Figur 3 zu Figur 2 liegt in der Verwendung von vorgeformten Spezialsplittern. Deren Erzeugung wird anhand der Figuren 8 - 11 näher beschrieben. Dabei ist wesentlich, dass in der Richtung auf das Ziel mittels einer rauen Detonationsfront 4 mit eng beieinander liegenden Druckmaximas die vorgeformten Splitter der Hülle H in eine Vielzahl kleiner und kleinster Splitter TF zerlegt werden. Auf kurze Entfernung haben diese Splitter TF eine hohe Wirksamkeit, diese nimmt jedoch mit wachsendem Abstand aufgrund der Luftreibung sehr schnell ab und ist nach einigen Metern Entfernung vernachlässigbar klein. In speziellen Anwendungsfällen ist jedoch genau diese kurze Wirkdistanz erwünscht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus der Verwendung einer kontinuierlichen ungeprägten Hülle HU aus Metall, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Analog zu den vorgeformten Splittern aus den Figuren 2 und 3 wird auch eine ungeprägte Metallhülle HU mittels der Pellets auf der auf das Ziel ausgerichteten Seite kontrolliert in Splitter T zerlegt. Der Zerlegungsgrad und das Zerlegungsmuster ergeben sich durch die Anzahl und die Verteilung der Pellets P auf der Halterung PH.
Auf der Seite der Zündstelle wirken die Pellets P nicht und die Hülle HU wird in so genannte natürliche Splitter mit rein statistischer Splitterverteilung zerlegt.
Im Fall einer kontinuierlichen Hülle HU kann man aber einerseits durch entsprechende Wahl des Materials, insbesondere durch die Wahl des Materialparameters Sprödigkeit, und andererseits mit Hilfe der Rauhigkeit der Detonationsfront nach dem Durchlaufen der Halterung PH so aufeinander abstimmen, dass diese raue Detonationsfront 4 die Hülle HU sowohl durch kontrollierte Zerlegeprozesse, als auch durch Spallationsprozesse in eine Vielzahl kleiner und kleinster Splitter zerlegt, die dann nur eine geringe Reichweite haben.
Auf der Seite der Zündstelle Z3a findet die Zerlegung der Hülle in feinste Splitter nicht statt, da hier die Detonationsfront nicht moduliert ist und streifend auf die Hülle einfällt.
In den weiteren Figuren 5 bis 7 ist jeweils eine weitere Sprengstoffschicht entweder im Bereich der Halterung PH oder im Bereich eines Kerbgitters oder der Hülle selbst angeordnet. Diese weitere Sprengladung SP1, SP2 oder SP3 kann einerseits mit der Sprengladung SP der bisher beschriebenen Varianten identisch sein. Andererseits kann hier auch ein von der Sprengladung SP stark sich unterscheidender Sprengstofftyp verwendet werden. Beispielsweise kann für die innere Sprengladung ein Typ mit erheblicher Druckwirkung (Blast) und Splitterbeschleunigungswirkung verwendet werden, während die äußere Sprengladung SP1, SP2 oder SP3 von dem Typ ist, der Metallhüllen nur dann gut beschleunigt, wenn er über die Sprengladung SP stark initiiert wird. Diese Metallhüllen werden aber nur unzureichend beschleunigt, wenn der Sprengstoff eben nicht stark von entsprechend schwach ausgelegten Zündstellen (z.B. Z3a) initiiert wird.
Die innere Sprengladung SP kann aus einem konventionellen Hochleistungssprengstoff mit so genannter idealer Detonation bestehen, bei der sich in der Detonationsfront die gesamte Sprengladung umsetzt und ihre Energie freigibt. Die äußere Sprengladungsschicht besteht hingegen aus einer nichtidealen Sprengladung, bei der in der Detonationsfront nur ein geringer Anteil umgesetzt wird und die Detonationsdrücke und die Leistungsabgabe entsprechend niedriger ausfallen. Bei derartigen Sprengladungen kommt es oft zu späteren Zeitpunkten zu Nachreaktionen.
Die innere Sprengladung SP weist nach Initiierung eine leistungsstarke Detonation mit hoher Detonationsgeschwindigkeit auf. Trifft diese Detonationsfront nun auf die weitere nicht-ideale Sprengladung SP1, SP2 oder SP3 auf, so nimmt diese weitgehend das Detonationsverhalten der idealen Sprengladung an, wodurch dort die Hülle kontrolliert zerlegt und zu hohen Geschwindigkeiten beschleunigt wird. Die Übergangsschicht hängt von einzelnen sprengstofftypischen detonativen Parametern ab und ist somit in Grenzen variabel einstellbar. Sie ist in der Regel mehrere Millimeter dick (z. B. 10 bis 20 mm). Auf der Seite der Zündstelle (z.B. Z3a) wird hingegen die nicht-ideale Sprengladung SP1, SP2 oder SP3 nur schwach initiiert, wodurch die Hülle dort nicht kontrolliert zerlegt und nicht zu hohen Geschwindigkeiten beschleunigt wird. Auf diese Weise wird dieses Sprengladungs-Verhalten gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den an sich bekannten Fragmentierungsmethoden ausgenutzt.
Die Figur 5 zeigt ein erstes Beispiel der Ausführungsform mit zwei unterschiedlichen Sprengstoffen. Einerseits besteht die innere Sprengladung SP aus einem konventionellen Hochleistungssprengstoff, andererseits umgibt diese an deren Außenfläche eine Schicht aus nicht-idealem Sprengstoff SP1. Im Fall der peripheren Initiierung an der Zündstelle Z3a trifft die Detonationsfront 1, 2, 3 an der gegenüber liegenden Seite frontal auf die Schicht SP1 auf, welche die detonativen Eigenschaften von SP annimmt und daraufhin die Pellets P aktiviert. Auf der Zünderseite hingegen tritt nur eine schwache Detonation in der Schicht SP1 ein, außerdem werden die Pellets nicht wirksam und die Hülle wird nur gering beschleunigt. Die Wirkung verläuft somit ähnlich wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 4, nur dass der Leistungsunterschied noch stärker ausgeprägt ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie dasjenige aus Figur 5, jedoch mit dem Unterschied, dass anstelle der Sprengstoffschicht SPA zwischen dem Halter PH und der Hülle HU nun ein inertes Kerbgitter KG vorgesehen ist. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen Hohlzylinder aus Kunststoff oder Metall, in den Nuten eingefräst sind. Fällt die Detonationsfront 1, 2, 3 senkrecht auf dieses Kerbgitter KG, so wirken die ausgebrochenen Stege zwischen den Nuten N wie fliegende Platten und anschließend strömen Detonationsschwaden mit hoher Geschwindigkeit in die Nuten ein. Dadurch werden in die kontinuierliche Hülle Kerben geschlagen, so dass die Hülle an diesen Stellen bricht.
Anders verhält es sich auf der Seite der Zündstelle Z3a. Die Detonationsfront fällt dort vorzugsweise streifend auf das Kerbgitter KG ein und die Nuten werden durch die plastische Verformung aufgrund der hohen Druckwirkung geschlossen. Es findet keine Kerbung der Hülle statt. Zusätzlich wird die Hülle weitaus geringer beschleunigt, da die Sprengstoffschicht SP2 nur eine schwache Detonation ausbildet.
Somit wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel analog zur Pellet-Methode eine vergleichbare Richtwirkung bezüglich der Fragmentierung der Hülle erreicht, nur dass auch hier der Leistungsunterschied noch stärker ausgeprägt ist.
Ein weiteres Beispiel ist in der Figur 7 dargestellt. Hierbei entfällt die Halterung für die Pellets und die Schicht aus nicht-idealem Sprengstoff SP3 liegt unmittelbar an der Innenseite der Hülle HU an. In ähnlicher Weise wie die Nuten N im Kerbgitter KG in der Figur 6 weist die Sprengstoffschicht SP3 im Bereich der Trennfläche zur Hülle HU eine Vielzahl von Kerben K auf. Auch in diesem Fall wird in gleicher Weise der lokal unterschiedliche Einfallswinkel der sich ausbreitenden Detonationsfront 1, 2, 3 genutzt. Wenn die Detonationsfront senkrecht auf die gekerbte nicht-ideale Sprengstoffschicht SP3 fällt, nimmt diese aufgrund der starken Initiierung deren Detonationsparameter an und die Kerben K wirken im Sprengstoff wie kleine Hohlladungs-Jets. Die Hohlladungs-Jets schlagen ihrerseits wieder Kerben in die ungekerbte Hülle HU, welche dann als Sollbruchstelle für die gerichtete und kontrolliert ablaufende Fragmentierung der Hülle dienen. Bei streifendem Einfall wird der Hohlladungseffekt unterbunden und die Hülle wird zudem, aufgrund der schwachen Detonation von SP3, nur geringfügig beschleunigt.
In der Figur 8 ist vereinfacht eine Ausführungsform eines zylindrischen Gefechtskopfes zur Splittererzeugung dargestellt. Die Hauptladung SP ist umgeben von einer metallischen Hülle H, die zur Erzeugung geformter Splitter auch vorgeprägt sein kann, bzw. aus vorgeformten Splittern bestehen kann, aber auch aus einem kontinuierlichen nicht vorgeprägten Material gebildet sein kann. Im Bereich der Längsachse A ist eine erste Zündeinrichtung Z1 zur vorzugsweisen Erzeugung axialer Detonationsfronten in der Hauptladung vorgesehen, sowie eine weitere Zündeinrichtung Z2 zur Erzeugung vorwiegend radialer Detonationsfronten.
Ein Detonationswellenlenker DL in der Nähe der Zündeinrichtung Z1 verhindert eine unmittelbare Durchzündung zur Hauptladung SP. Die Detonationsfront wird vielmehr über eine Übertragerplatte ÜL bis an die Hülle H geleitet und breitet sich dann in axialer Richtung entlang der Hülle H aus.
Der Detonationswellenlenker DL kann beispielsweise geschichtet ausgeführt sein. Bei wechselweiser Verwendung von Teflon- und Kupferschichten kann eine sehr kompakte Bauform erreicht werden.
In einem bestimmten Abstand zur Innenwand der Hülle H ist die Halterung PH für die Vielzahl von Sprengstoff-Pellets P innerhalb der Hauptladung angeordnet. Bisher beschriebene Anwendungen solcher Pellethalter waren so dimensioniert, dass die Überlagerung der von der Zündeinrichtung Z2 ankommende Detonationsfront die Pellets P initiiert und sich dann durch Überlagerung der Fronten eine neue modulierte Detonationsfront ausbildet, die letztlich zur kontrollierten Zerlegung der Hülle H entsprechend der Lage der Interferenzen in der Detonationsfront führt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es jedoch, die Hülle wahlweise im Splittermodus mittels der Zündeinrichtung Z1 zu beschleunigen oder zur Vermeidung von Kollateralschäden die Hülle H in feine und feinste Splitter zu zerlegen. Dieses Entwicklungsziel wird erfindungsgemäß nicht allein durch Verkleinerung der Durchmesser und der gegenseitigen Abstände der Pellets P erreicht, vielmehr spielen die typischen Parameter des Hüllenmaterials zusammen mit der Dimensionierung der Pellets eine entscheidende Rolle.
Unter Anwendung der hier vorgeschlagenen Dimensionierung läuft die Detonationsfront ausgehend von der Zündeinrichtung Z2 durch den Pellethalter PH und bildet nach dem Durchgang durch diesen Halter nicht mehr eine glatte unstrukturierte, sondern eine stochastische und damit eine raue Detonationsfront aus, die durch die enge Verteilung relativer Maxima und Minima gekennzeichnet ist. dadurch wird bei geeigneten Materialien der Hülle in diesen die Zerlegung in sehr kleine Splitter oder Fragmente angeregt.
Notwendig ist eine sorgfältige Abstimmung zwischen der Rauheit der Detonationsfront einerseits und der gezielten Wahl der Materialparameter der Hülle H andererseits. In der praktischen Prüfung der Erfindung haben sich bestimmte Stahlsorten als gut geeignet erwiesen, aber auch Materialien wie Molybdän oder Wolfram haben gute Ergebnisse gezeigt. Gesinterte Materialien lassen sich bezüglich ihrer Eignung mittels Sinterdauer und Sinterart gezielt für diesen Anwendungszweck einstellen und anpassen.
Die Figur 9 zeigt eine so genannte Grenzkurve der der Materialzerlegung in Splitter anhand des als Beispiel gewählten Materials Wolframschwermetall (WSM). Bei den eingetragenen Punkten handelt es sich um Ergebnisse aus diversen Tests von Splitterladungen. Die Grenzkurve (gestrichelte Linie) zwischen den Bereichen der Splitterzerlegung (oberhalb der Grenzkurve) und der Nichtzerlegung (unterhalb der Grenzkurve) ist für jedes Material typisch und über die Wahl der genannten Parameter einstellbar. Weiterhin beeinflussen die Verhältnisse s/D, s/t von Splitterseitenlänge s zum Ladungsdurchmesser D und von Splitterseitenlänge s zur Splitterdicke t ganz wesentlich. Je größer die Splitterseitenlänge s relativ zu seiner Dicke t ist, oder je größer die Krümmung der Ladungsoberfläche 1/r (D=2r) ist, umso leichter zerlegen sich die Splitter.
Anhand der Grenzkurven kann durch gezielte Einstellung von Materialparametern, wie beispielsweise der Sinterparameter und/oder der Splittergeometrien auch die Splitterparameter so gewählt werden, dass diese im Bereich der in Figur 9 dargestellten Grenzkurve zwischen der Nichtzerlegung und der Splitterzerlegung zu liegen kommen. Somit soll durch die Wahl der Hüllenmaterialien und der Größen- bzw. Geometrieauswahl erreicht werden, dass diese erzeugten Splitter bei normaler Beschleunigung durch eine glatte Detonationsfront schon knapp an der Grenze ihrer Integrität liegen. Eine so genannte raue Detonationsfront gemäß der Erfindung prägt dem Hüllenmaterial dann lokal starke Druck- und Spannungsgradienten auf, die zwangsläufig zur Zerlegung der Splitter führen.
Es sind vielseitige Ausgestaltungen von Pelletsmustern denkbar. Es müssen nicht zwangsweise stochastisch verteilt angeordnete Pellets genutzt werden, auch eng gepackte Pelletstrukturen mit zahlreichen Spannungsspitzen und damit stark ausgeprägten Druck- und Spannungsgradienten können verwendet werden.
Der in Figur 10 dargestellte Modus entspricht der bekannten Art der Initiierung einer derartigen Wirkladung. Dabei wird die Zündeinrichtung Z1 aktiviert. Die Detonationsfront DFL läuft - wie gestrichelt gezeichnet - um den geschichtet aufgebauten Detonationswellenlenker bis zur Hülle H und wird dort rechtwinklig umgelenkt.
Dann läuft die Detonationsfront streifend über den Pellethalter PH. Dadurch werden die Pellets zwar initiiert, aber es bilden sich zur Hüllenseite hin keine Überlagerungen unterschiedlicher Detonationsfronten aus. Somit trifft auch keine raue Detonationsfront auf die Innenwand der Hülle H. Die Hülle wird in bekannter Weise zerlegt und die Wirkladung gibt über die kontrolliert zerlegten oder die natürlichen bzw. vorgeformten Splitter ihre volle Leistung an das Ziel ab. Die Reichweite der so erzeugten Splitter ist sehr groß, da große Splitter in bekannter Art nicht so stark in der Luft abgebremst werden.
Gemäß der Erfindung kann die Wirkladung auf wenigstens eine weitere Zündeinrichtung Z2 umgeschaltet werden. Es können optional weitere - nicht dargestellte - Zündeinrichtungen Z3, Z4 vorgesehen sein, die ebenfalls im Bereich der Längsachse A angeordnet sind. Wie in Figur 11 dargestellt, breitet sich die Detonationsfront DFR radial nach außen aus und durchläuft den Pellethalter PH. Nach der Initiierung der mit Sprengstoff gefüllten Pellets P kommt es im Anschluss hinter dem Pellethalter zur Überlagerung der zahlreichen Initiierpunkte, wodurch der Detonationsfront DF die gewünschte Rauhigkeit in ihrer Struktur aufgezwungen wird. Trifft diese extrem strukturierte Detonationsfront auf die Hülle H so kommt es unabhängig davon, ob die Hülle vorgeformt (also aus vorgeformten Splittern besteht) bzw. vorgekerbt ist oder nicht, zur erzwungenen feinen Zerlegung der Hülle H in zahlreiche kleine und kleinste Splitter und Fragmente.
Im Nahbereich von einigen Metern haben diese Splitter ähnlich wie große Splitter nach wie vor eine hohe Wirksamkeit, insbesondere weil der mechanische Impuls und die mechanische Druckwirkung der feinen Splitterfront noch vorhanden sind. Versuche haben ergeben, dass auch dünne Zielplatten in diesem Nahbereich noch durchschlagen werden.
In einer größeren Entfernung ab etwa 5 Metern nimmt die Geschwindigkeit dieser sehr kleinen Splitter entsprechend dem sehr hohen Oberflächen- zu VolumenVerhältnis exponentiell ab, so dass außerhalb einer Entfernung von etwa 10 Metern annähernd keine Wirkung mehr zu verzeichnen ist. Hinzu kommt noch, dass auch die konventionelle Druckwirkung durch die Sprengstoffschwaden sehr schnell mit zunehmendem Abstand abnimmt.

Claims

Umschaltbare Wirkladung eines Gefechtskopfes mit einer Splitter bildenden Hülle und mit einer zylindrischen Wirkladung, in der innerhalb der Sprengladung eine rohrförmige Halterung mit einer Vielzahl verteilt angeordneter Pellets angeordnet ist, mit einer ersten stirnseitig angeordneten Zündeinrichtung, die mit einer plattenförmigen Übertragerladung korrespondiert, in deren Bereich ein zentraler Detonationswellenlenker angeordnet ist, und einer weiteren Zündeinrichtung, die in Bereich der Längsachse der Wirkladung positioniert ist, wobei die Zündeinrichtungen unabhängig voneinander initiierbar sind, gemäß DE 102010048570.5-15, dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich der rohrförmigen Halterung wenigstens drei Zündeinrichtungen über den Umfang verteilt angeordnet sind,
dass im Bereich der rohrförmigen Halterung parallel zur Hauptachse der Wirkladung mehrere einzelne Zündeinrichtungen oder streifenförmige Zündeinrichtungen angeordnet sind, und
dass zwei oder mehrere benachbarte Zündeinrichtungen zeitgleich oder gesteuert nacheinander initiierbar sind.
Umschaltbare Wirkladung nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchmesser (d) der Pellets (P) etwa 1 bis 10 mm Millimeter betragen,
dass das Verhältnis des Abstandes der Mittelpunkte (a) benachbarter Pellets (P) zu deren Durchmesser (d) größer als 1 aber kleiner als 5 ist (1 < a/d < 5),
dass die Hülle (H) hinsichtlich des Ladungsdurchmesser (D), Krümmung der Hülle (1/r), Splitterseitenlänge (s), Splitterdicke (t) und den für das Material der Hülle typischen Parametern so dimensioniert ist, dass die Hülleneigenschaften im Bereich der Grenzkurve (Zerlegung/Nichtzerlegung) der Hülle liegen, wobei die Grenzkurve für das jeweilige Material der Hülle durch die Verhältnisse (s/D, s/t) von Splitterseitenlänge (s) zum Ladungsdurchmesser (D) und von Splitterseitenlänge (s) zur Splitterdicke (t) definiert ist.
Umschaltbare Wirkladung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verhältnis des Abstandes der Mittelpunkte (a) benachbarter Pellets (P) zu deren Durchmesser (d) größer als 1 aber kleiner als 3 ist (1 < a/d < 3).
Umschaltbare Wirkladung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Pellets (P) bezüglich ihres Durchmessers (d) und oder ihrer gegenseitigen Abstände (a) stochastisch verteilt angeordnet sind.
Umschaltbare Wirkladung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Pellets (P) systematisch geordnet auf der Halterung (PH) angeordnet sind.
Umschaltbare Wirkladung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die gekerbte oder mechanisch vorbereitete Hülle in Splitter bestimmter Größe und/oder Form zerlegbar ist.
Umschaltbare Wirkladung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die ungekerbte Hülle aufgrund der Maxima und Minima der auftreffenden Detonationsfront in Splitter bestimmter Größe und/oder Form zerlegbar ist.
Umschaltbare Wirkladung eines Gefechtskopfes mit einer Splitter bildenden Hülle und mit einer zylindrischen Wirkladung, in der innerhalb der Sprengladung eine rohrförmige Halterung mit einer Vielzahl verteilt angeordneter Pellets angeordnet ist, mit einer ersten stirnseitig angeordneten Zündeinrichtung, die mit einer plattenförmigen Übertragerladung korrespondiert, in deren Bereich ein zentraler Detonationswellenlenker angeordnet ist, und einer weiteren Zündeinrichtung, die in Bereich der Längsachse der Wirkladung positioniert ist, wobei die Zündeinrichtungen unabhängig voneinander initiierbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Halterung befindliche Ladung einen ersten zentralen Teil und einen den zentralen Teil unmittelbar umgebenden zweiten Teil aufweist, wobei der erste Teil aus einem leistungsfähigen Sprengstoff besteht und der zweite Teil aus einem Sprengstoff mit niedrigerer Leistung als der Sprengstoff des ersten Teils besteht und wobei die Schicht eine Dicke im Bereich von 5 - 25 mm aufweist.
Umschaltbare Wirkladung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sprengstoff des zweiten Teils Metallpulver und/oder Ammoniumperchlorat enthält.
Umschaltbare Wirkladung eines Gefechtskopfes mit einer Splitter bildenden Hülle und mit einer zylindrischen Wirkladung, mit einer ersten stirnseitig angeordneten Zündeinrichtung, die mit einer plattenförmigen Übertragerladung korrespondiert, in deren Bereich ein zentraler Detonationswellenlenker angeordnet ist, und einer weiteren Zündeinrichtung, wobei die Zündeinrichtungen unabhängig voneinander initiierbar sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die innerhalb der Halterung befindliche Ladung einen ersten zentralen Teil und einen den zentralen Teil unmittelbar umgebenden zweiten Teil aufweist, wobei der erste Teil aus einem leistungsfähigen Sprengstoff besteht und der zweite Teil aus einem Sprengstoff mit niedrigerer Leistung als der Sprengstoff des ersten Teils besteht und wobei die Schicht eine Dicke im Bereich von 5 - 25 mm aufweist,
dass der zweite Teil der Ladung unmittelbar an einer aus einem Werkstoff bestehende Schicht anliegt, die selbst in Kontakt mit der Hülle angeordnet ist.
Umschaltbare Wirkladung eines nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht Ausnehmungen oder andere zur Formung von Splittern aus der Hülle geeignete Einrichtungen aufweist.
Umschaltbare Wirkladung eines nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem inerten Werkstoff besteht.
Auslöseverfahren für eine umschaltbare Wirkladung eines Gefechtskopfes, wobei dieser eine Splitter bildende Hülle und eine Wirkladung aufweist sowie eine rohrförmige Halterung mit einer Vielzahl verteilt angeordneter Pellets, wobei die Wirkladung wahlweise mit einer ersten stirnseitig angeordneten Zündeinrichtung ausgelöst wird, die mit einer plattenförmigen Übertragerladung korrespondiert, sowie alternativ mit wenigstens einer zweiten Zündeinrichtung, die im Bereich der Längsachse der Wirkladung positioniert ist, wobei die Zündeinrichtungen unabhängig voneinander initiiert werden, wodurch wahlweise Splitter unterschiedlicher Größe erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet,
dass bei Initiierung der ersten Zündeinrichtung (Z1) die Detonationsfront (DF) über die Übertragerladung (ÜL) radial nach außen läuft, an der Hülle (H) umgelenkt wird und dann streifend entlang der Halterung (PH) verläuft und damit die Beschleunigung großer vorgeformter oder die Erzeugung und Beschleunigung natürlicher Splitter (S) bewirkt, oder
dass bei Initiierung wenigstens einer dritten Zündeinrichtung (Z3a, Z3b, ...), die innerhalb der Hülle der Wirkladung und im Bereich der Halterung angeordnet ist, die im gegenüber liegenden Bereich der Halterung (PH) und in geringem Abstand zueinander verteilt angeordneten Pellets (P) initiiert werden, sich diese Vielzahl von initiierten Detonationspunkten überlagern und dadurch an der Hülle eine Detonationsfront (DF) mit eng nebeneinander liegenden Druckmaxima und Druckminima vorliegt, welche eine lokale Zerlegung der Hülle (H) in Abhängigkeit vom Material der Hülle in eine Vielzahl unterschiedlicher Splitter bewirkt.