JP2000510570A - 改良されたミサイル弾頭設計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 堅いターゲットを貫通する弾頭（10）は長さが制限された弾頭ペイロードベイで使用される。弾頭（10）は、弾頭の爆発物（22、27）を含むための弾頭ケース（12）を含んでいる。タングステンのバラスト（16）がケース（12）内に配置され、ターゲットに対して弾頭（10）が衝突するとき高い弾頭断面圧力を与える。ヒューズ（19）はターゲットの貫通に続いて弾頭の爆発物（22、27）を点火する。ヒューズウェル（18）はヒューズ（19）を収納し、ケース（12）の１端部に取付けられている。ヒューズウェル（18）のスリップフィット部分はケース（12）に対する構造上の支持を与え、弾頭がターゲットに衝突したときヒューズウェル（18）とヒューズ（19）がケース（12）から離れることを阻止する。ヒューズウェル（18）に含まれている爆発物噴出ポート（24）は、弾頭爆発物（22、27）の偶然的な高熱や火に対する露出による弾頭爆発物の意図しない爆発を防止する。特定の実施形態では、ケース（12）は６口径の半径のヘッドノーズ（14）を含んでいる。爆発物噴出ポート（24）は、熱が弾頭爆発物（22）を燃焼することを可能にし、燃焼から生じるガスを漏洩する主爆発物噴出ポート（24）を含んでいる。主爆発物噴出ポート（24、25）はヒューズウェル（18）の周囲に位置され、偶然的な発火の場合に爆発および／または発火の危険性を最小にするように設計された表面区域を有する９個のポートを含んでいる。噴出ポート（24、25）はまたヒューズ（19）に含まれているブースタチャージ爆発物（27）の安全な燃焼を可能にするためのブースタ噴出ポート（25）を含んでいる。付加的に、特別なポリエチレン／ポリアルファオレフィンライナー（20）がケース（12）内部に設けられ、高速度の熱による自然発射の安全性能を可能にする。図示の実施形態では、弾頭爆発物（22）はＰＢＸＮ−１０９を含んでいる。ケース（12）はバラスト（16）とケース（12）の結合を容易にするために凹凸のある表面或いは溝を付けられた表面を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】 改良されたミサイル弾頭設計 ［発明の技術分野］ 本発明はミサイル、特に堅いターゲットを貫通するように設計されたミサイル 弾頭に関する。 ［関連技術の説明］ ミサイルは空対空および地上戦闘用から構造物破壊用までの範囲の種々の需要 のある応用で使用されている。このような応用では、実効的におよび徹底して堅 いターゲットを貫通しその内部で爆発することができ、安全に運ばれ爆発の危険 性を最小にして保存される弾頭を具備したミサイルがしばしば必要とされる。 典型的な堅いターゲット用のミサイルは鋼鉄ケース内に収納された爆発物弾頭 を含んでいる。ヒューズはターゲットに衝突した後爆発物弾頭を点火する役目を 行う。弾頭がターゲットを貫通するとき、ヒューズはブースタチャージを爆発さ せ、ブースタチャージは弾頭内の爆発物を爆発させる。高いターゲット衝突速度 と傾斜衝突角度で、既存の弾頭はスラップダウン（slap down）効果を受ける。 スラップダウン効果はミサイルがターゲットに当ったときミサイル弾頭ケースを 楕円形にする。結果としてミサイル弾頭ケース端部に位置するヒューズは移動さ れ弾頭の爆発が妨げられる。また、弾頭は不適切なミサイル速度または弾頭の断 面圧力を限定する弾頭の構造上の特徴のために、多くは適切にターゲットを貫通 し破壊することができない。（断面圧力は、衝突時に弾頭がターゲットに与えた 圧力に関連し、単位面積当りの重量に関して表現される。）弾頭の貫通を限定す ることができるこのような構造上の特徴の例は従来の弾頭で使用される大きい直 径の弾頭ケースである。 弾頭のターゲット貫通を改良するため、設計者はミサイル速度を増加しようと した。しかしながら、これはミサイル飛翔体システムの限定と既存のミサイルペ イロードの長さの制限のために、高価で困難であることが証明された。 さらに、ミサイルはしばしば種々の海軍および空軍の発射プラットフォームか ら発射される。これらの発射プラットフォームの容量は、ミサイルの長さおよび 直径を限定するミサイル設計の制限として作用する。 最悪の場合である貯蔵および転送状態では、弾頭は火災またはその他の極度の 熱に露出され、爆発物充填にホットスポットを生じる可能性がある。これらのホ ットスポットは意図しない弾頭爆発を起こしかねない。 ミサイルの安全性を増加するために、設計者はしばしば応力増加装置を使用す る。応力増加装置はミサイルケースの溝により構成される。ケースが火災または その他の熱源に露出されるとき、爆発物は膨張し、溝においてミサイルケースに 亀裂を起こす。爆発物はその後ゆっくりと燃焼し、ミサイルケースの亀裂を通し て漏洩し、それによってミサイル爆発物の意図しない爆発を防止する。しかしな がら、応力増加装置は、弾頭が堅いターゲットに衝突したときに故障の接合部と して作用する。これはターゲットの貫通能力を減少する。 したがって、広い範囲の堅いターゲットを確実に徹底的に貫通することができ る既存のミサイルペイロード部分に適合した安全で価格が効率的な弾頭が技術上 必要とされている。 ［発明の要約］ この技術上の必要性は本発明の堅いターゲットを貫通する弾頭により解決され る。図示の実施形態では、本発明のシステムは長さが制限されたミサイルペイロ ードベイで使用され、爆発物を含むための弾頭ケースを含んでいる。タングステ ンのバラストがケース内に挿入され、それによってターゲットに対してミサイル が衝突するとき高い弾頭断面圧力を与える。ヒューズはターゲットの貫通に続い て弾頭の爆発物を点火する。ヒューズウェルはヒューズを収納し、１端部でケー スに取付けられている。ヒューズウェルのスリップフィット部分はケースに対す る構造上の支持を与え、ミサイルがターゲットに衝突したときヒューズウェルと ヒューズがケースから離れることを防止する。ヒューズウェルに含まれている爆 発物噴出ポートは、弾頭爆発物の偶然的な高熱に対する露出による弾頭爆発物の 意図しない爆発を防止する。 特定の実施形態では、ケースは６口径範囲のヘッドノーズを含んでいる。ヒュ ーズウェルは、高熱への偶然的な露出がミサイル爆発物を燃焼することを可能に し、燃焼から生じるガスを安全に漏洩する主爆発物噴出ポートを含んでいる。主 爆発物噴出ポートはヒューズウェルの周囲に位置され、意図しない爆発を防止す るように設計された表面区域を有する９個のポートを含んでいる。噴出ポートは またヒューズに含まれているブースタチャージ爆発物の安全な漏洩性能を改良す るためのブースタ噴出ポートを含んでいる。付加的に、特別なポリエチレン／ポ リアルファオレフィンライナーがケース内部に並び、高速度の熱による自然発射 の危険な状況下における安全な漏洩を可能にする。弾頭爆発物はＰＢＸＮ−１０ ９を含んでいる。ケースはバラストとケースの結合を容易にするために凹凸のあ る表面或いは浅い溝を付けられた表面を含んでいる。 ［図面の簡単な説明］ 図１は、本発明にしたがって構成された弾頭の断面図である。 図２は、図１の弾頭のケースのより詳細な断面図である。 図３は、図２のバラストのより詳細な断面図である。 図４は、図３のバラストの斜視図である。 図５は、図１の弾頭のヒューズウェルのより詳細な図である。 図６は、図５のヒューズウェルの背面図である。 図７は、トマホークペイロード部分に固定された本発明の弾頭の別の実施形態 の３次元断面図である。 ［好ましい実施例の詳細な説明］ 本発明を特定の応用についての図示の実施形態を参照してここで説明するが、 本発明はそれに限定されないことを理解すべきである。当業者は本発明の技術的 範囲内の付加的な変形、応用、実施形態、および本発明が非常に有効である付加 的な分野を認識するであろう。 図１は、本発明にしたがって構成された弾頭10の断面図である。弾頭10は特別 なノーズ14、特別なノーズ14に近接するケース12内に挿入されているタングステ ンバラスト16と、ケース12の反対側の端部の特有のヒューズウェル18と、内部ラ イナー20と、ライナー20により囲まれた特別に選択された高い爆発物22とを有す るケース12を含んでいる。 ケース12は４３４０の並の航空機品質の鋼鉄合金から構成された３３０ポンド 貫通用の厚い壁を有するケースである。特別なノーズ14は最大の弾頭貫通である ように設計された６口径の半径のヘッドノーズ（６ ＣＲＨ、弾頭の直径の６倍 の半径の弧）である。タングステンバラスト16は重量が約２４０ポンドであり、 ノーズ14と組み合わさって非常に高い弾頭断面圧力を生じる。タングステンバラ スト16と特別なノーズ14は、長さがペイロードまたはその他の要素により制限を 受ける既存の弾頭よりも非常に優れたターゲット貫通能力を与える。 タングステンバラスト16は鋼鉄の約２．４倍の密度であり、弾頭重力の中心を 前方向にシフトし、さらに４０％まで余分の爆発物の運搬を可能にする。弾頭10 のノーズ近くにミサイル質量を選択的に集中することにより、弾頭のテラダイナ ミック安定性は強化され、これは弾頭の貫通能力を改良し、ターゲットセット、 即ちさらに多くの爆発物を運搬する弾頭10の攻撃を成功させるターゲットのセッ トを拡大する。例えば、弾頭10は堅牢にされたまたは積層されたターゲットを攻 撃するために使用されてもよく、それに匹敵する長さの制限を有するミサイルは しばしばこれらのターゲットを貫通し破壊するのに有効ではない。 特別なライナー20は爆発物22を包囲するポリエチレン／ポリアルファオレフィ ンフィルムである。ライナー20はミサイルが組立てられる前に、ケース12内部に スプレーされるか注入されてもよい。ライナー20は爆発物22が偶然的な外部熱源 に露出されることによる意図しない爆発の確率を減少する。 さらに弾頭10の安全性を増加するため、ヒューズ本体19は爆発物噴出ポート25 を含んでいる。ポート24は熱がヒューズ本体19に入り、ゆっくりとブースタチャ ージ爆発物27を燃焼することを可能にする。主要な爆発物22を燃焼させるプロセ スは“熱による自然発射”として知られる。火災の場合、爆発物22は爆発せずに 高速度で燃尽きる。爆発物22が燃焼を可能にされないならば、結果として生じる 爆発物22のホットスポットは意図しない弾頭爆発につながる。ブースタチャージ 噴出ポート25はブースタチャージ爆発物27の高速度の熱による自然発射燃焼を可 能にする。 ヒューズウェル18はケース12に捩子込まれ、ケース12に対して付加的な構造支 持を行うように特別に設計され（以下より詳細に説明する）、それによって弾頭 10からヒューズウェル18が不所望に離れることを防止する。保持プレート26は弾 頭10の端部に捩子留めされ、弾頭ケース12をミサイルペイロードベイ（図７の72 参照）中に固定する。本発明の特別な実施形態では、ヒューズウェル18は標準的 なＦＭＵ−１４８／Ｂヒューズ19を収納するように設計されている。 弾頭10は、誘導制御プロセッサと空気力学フィンを有する誘導制御システムと 、エンジンおよび燃料システムを有する推進システムとを含んだミサイルシステ ム（図示せず）の一部である。 図２は、図１の弾頭10のケース12のより詳細な断面図である。本発明のこの実 施形態では、ケース12はトマホークペイロード部分と共に使用されるように構成 され、ケース12の端部から約１．５インチ延在する内側捩子溝30を含んでいる。 ヒューズウェル（図１参照）の外側の捩子山は捩子溝30に結合する。 ケース12はそれぞれ約８．７インチと７．２インチの外側直径と内側直径を有 する主要な円筒形本体32を有する。本体32のヒューズウェルスリップフィット部 分34は約７．２１４インチの内側直径を有する。スリップフィット部分34は以下 、より詳細に説明するようにヒューズウェルの対応するスリップフィット部分に 適合するように設計されている。 本発明の特別な実施形態では、ケース12は６１．５インチの長さであり、Rock well Ｃ４０＋／−まで熱処理される航空機品質４３４０の鋼鉄合金からなり、 ＭＩＬ−Ｈ6875によるものである。ノーズ14は円錐形のベベル36を含んでおり、 その表面は縦方向のミサイル軸40に関して約６２．５度の角度38を形成している 。 ケース12はノーズ14の端部から約４．５インチの箇所から始まり、約９インチ の長さである。第１の空洞部分42は約２５．１度の頂点角度を有するコーン部分 のような形状である。第１の空洞部分42は、ケース12が約６．０インチの内側直 径を有し第２の空洞部分44が始まるところまでで終端する。第２の空洞部分44は 縦軸40に沿って８．０インチの長さであり、ケース12が約７．２インチの内側直 径を有するところで終端する。空洞部分44は約４．３度の頂点角度を有するコー ンの一部分のように成形されている。 第３の空洞部分46は主本体32に対応し、第２の部分44からスリップフィット部 34まで延在し、約７．２インチの内側直径を有する円筒形である。第３の空洞部 分46は高い爆発物を収納するように設計されており、第１の空洞部分42と第２の 空洞部分44は特有のタングステンバラスト（図１参照）を収納するように設計さ れており、捩子山溝30とスリップフィット部34は本発明の特有のヒューズウェル （図１参照）を収納するように設計されている。 ケース12は部分的に溶接されているか、固体原料から機械加工されるか、鋳造 されてもよい。本発明の優れた設計は、僅かな溝の構成48により実行され、これ は高強度の工業的エポキシ接着剤によりタングステンバラストをケース12に結合 するのを容易にする。 図３は図２のバラスト16のより詳細な断面図である。バラスト16は第１の円錐 部分50、第２の円錐部分52、第３の円錐部分54を含んでいる。第１の円錐部分50 と第２の円錐部分52はミサイルケースの第１の空洞部分（図２の42参照）に適合 する。第３の円錐部分54はミサイルケースの第２の空洞部分（図２の44参照）に 適合する。第１の円錐部分50、第２の円錐部分52、第３の円錐部分54の表面は対 応する空洞部分への結合を改良するため粗くされている。 第１の円錐部分50はバラスト16の端部から約０．２４インチ延在し、その直径 は約１．５７インチから２．１７インチまで拡張する。第２の円錐部分52は第１ の円錐部分50の端部から約８．８インチ延在し、第２の円錐部分52の直径は約２ ．１７インチから約５．９８インチまで拡張する。第３の円錐部分54は第２の円 錐部分52の端部から約７．７５インチ延在し、その直径は約５．９８インチから 約７．１８インチまで拡張する。バラストの全長は約１６．８インチである。 バラスト16が一度図２のケース12に設置されると、特別なポリエチレン／ポリ アルファオレフィンライナーがケース内部に注入されるかスプレーされ、ＰＮＸ Ｎ−１０９爆発物が充填される準備を行う（図１の22参照）。 バラスト16は、タングステンＩＡＷ ＭＩＬ−Ｔ−２１０１４Ｄ ＣＬＡＳＳ ４鋳造から構成され、適切な寸法に機械加工される。バラスト16はバラストの効 果を最大にするように設計され、価格を最低にするが、当業者はその他のバラス ト形状も本発明の技術的範囲を逸脱することなく使用されてもよいことを認識す るであろう。さらに、その他のバラストサイズと、鉛または劣化ウラニウム等の その他の材料が本発明の技術的範囲を逸脱することなく使用されてもよい。 図４は図３のバラストの斜視図である。 図５は図１の弾頭10のヒューズウェル18のより詳細な図である。ヒューズウェ ル18はヒューズおよびブースタチャージ（図１参照）を収納するためのチャンバ 60を含んでいる。内部捩子溝62はチャンバ60にヒューズを固定する。外側捩子山 64はヒューズウェル18をケース12に固定し、図２の捩子溝30と結合する。ヒュー ズウェル18のスリップフィット部66は直径約７．２１であり、図２のケース12の 対応するスリップフィット部34に適合し、ケースに対して付加的な構造支持を与 える。付加的な支持は弾頭が優れた貫通性能を維持しながら高い衝突応力に耐え る能力を増加する。 偶然的な火災の場合、爆発物噴出ポート24は熱が弾頭に入り、弾頭内の爆発物 を燃焼することを可能にし、爆発物の燃焼から発生するガスが安全に弾頭外に漏 洩することを可能にする。これは意図しない弾頭の爆発の可能性を減少させる。 ・ヒューズ本体19内のブースタ噴出ポート25は爆発物噴出ポート24と類似の機能 をするが、ヒューズのブースタチャージの意図しない爆発を防止するように設計 されている。 ヒューズウェル18は約８．２９インチの長さである。チャンバ壁68は約０．０ ９インチの厚さである。ヒューズウェル18の外側直径は約７．６インチである。 ヒューズウェル18は部分的に鋳造され、および互いに溶接されてもよく、１つの 部品として鋳造されてもよく、または機械加工されてもよい。好ましい構造材料 は、タイプＩ、II、IIIの不動態化されたＱＱ−Ｐ−３５仕上げの１７−４ステ ンレス鋼鉄である。 図６は図５のヒューズウェル18の背面図である。爆発物噴出ポート24は弾頭の 縦軸40と同軸であり、ヒューズウェル18の周囲に位置されており、周囲に４０度 間隔で位置される９個の噴出ポートを含んでいる。６個のブースタ噴出ポート25 はヒューズ（図１の場合19参照）の一体部分である。爆発物噴出ポート24の中心 は縦軸40から約２．９インチに位置されている。 図７はトマホーククルーズミサイルペイロード部分72に固定された本発明の弾 頭の別の実施形態70の３次元断面図である。弾頭70は、前面が連続的にテーパー を付けられた表面76を有するタングステンバラスト74と、第２のテーパーを付け られた表面80を有する後部刻み目を含んでいる。弾頭70の外部寸法は図１のミサ イル10の寸法と類似しているが、トマホークペイロード部72の既存の寸法に限定 される。 以上、本発明を特別な応用における特別な実施形態を参照してここで説明した 。当業者は本発明の技術的範囲内で付加的な変形、応用と、実施形態を認識する であろう。 それ故、請求の範囲によって本発明の技術的範囲内で任意および全てのこのよ うな応用、変形、実施形態をカバーすることが意図される。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 にし、燃焼から生じるガスを漏洩する主爆発物噴出ポー ト（24）を含んでいる。主爆発物噴出ポート（24、25） はヒューズウェル（18）の周囲に位置され、偶然的な発 火の場合に爆発および／または発火の危険性を最小にす るように設計された表面区域を有する９個のポートを含 んでいる。噴出ポート（24、25）はまたヒューズ（19） に含まれているブースタチャージ爆発物（27）の安全な 燃焼を可能にするためのブースタ噴出ポート（25）を含 んでいる。付加的に、特別なポリエチレン／ポリアルフ ァオレフィンライナー（20）がケース（12）内部に設け られ、高速度の熱による自然発射の安全性能を可能にす る。図示の実施形態では、弾頭爆発物（22）はＰＢＸＮ −１０９を含んでいる。ケース（12）はバラスト（16） とケース（12）の結合を容易にするために凹凸のある表 面或いは溝を付けられた表面を含んでいる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．爆発物（22、27）を含むためのケース機構（12）と、 ミサイル（10）がターゲットに衝突したとき高いミサイル断面圧力を与えるた めにケース機構（12）内に配置されたバラスト機構（16）と、 ターゲットを貫通するとき、ミサイル爆発物（22、27）を爆発する爆発機構（ 18、19）とを具備していることを特徴とするミサィル（10）。 ２．バラスト機構（16）は、タングステン、鉛および／または減損ウラニウム材 料を含んでいる請求項１記載のミサイル。 ３．爆発機構（19）を収容するように１端部でケース機構（12）に取付けられて いるヒューズウェル機構（18）をさらに含んでいる請求項１記載のミサイル。 ４．ケース機構（12）に対する構造支持を与え、それによってミサイルが衝突す るときにヒューズウェル機構（18）および爆発機構（18、19）が離れるのを防止 する支持機構（34、66）をさらに含んでいる請求項３記載のミサイル。 ５．支持機構（34、66）は、ミサイルケース（12）内でスリップするヒューズウ ェル機構（18）のスリップフィット部（66）を含み、スラップダウン負荷による ミサイルケースの変形を減少する請求項４記載のミサイル。 ６．ケース機構（12）は６個の口径半径のヘッドノーズ（14）を含んでいる請求 項１記載のミサイル。 ７．爆発機構（18、19）によるおよび／または熱への露出によるミサイル爆発物 （22、27）の意図しない爆発を防止し、ヒューズウェル機構（18）に噴出ポート （24、25）を含む安全機構（20、24、25）をさらに含んでいる請求項１記載のミ サイル。 ８．噴出ポートは、熱がミサイル爆発物（22）を燃焼し、燃焼から生じたガスを 漏洩することを可能にする主爆発物噴出ポート（24）を含んでいる請求項７記載 のミサイル。 ９．噴出ポートは、安全な燃焼を可能にし／または爆発機構（19）に含まれてい るブースタチャージ爆発物（27）を漏洩するブースタ噴出ポート（25）を含んで いる請求項７記載のミサイル。 １０．安全機構（20、24、25）は高速度の熱による自然発射の安全性能を改良す るためのケース機構（12）内に並ぶライナーを含んでいる請求項７記載のミサイ ル。 １１．ケース機構（12）は、それにバラスト機構（14）を結合することを容易に する凹凸面または溝を付けられた表面（48）を含んでいる請求項１記載のミサイ ル。