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Dokumentenidentifikation DE19758460A1 12.04.2001
Titel Projektilbildende Ladung
Anmelder Giat Industries, Versailles, FR
Erfinder Kerdraon, Alain, Bourges, FR;
Vives, Michel, Saint-Ambroix, FR
Vertreter Prinz und Kollegen, 81241 München
DE-Anmeldedatum 24.09.1997
DE-Aktenzeichen 19758460
Offenlegungstag 12.04.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2001
IPC-Hauptklasse F42B 1/032
Zusammenfassung Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der projektil- oder kernbildenden Sprengladungen.
Die erfindungsgemäße Ladung enthält eine Platte (6), die zwischen der Sprengladung (3) und dem Mantel (5) angeordnet ist. Diese Platte hat einen Durchmesser, der dem Innendurchmesser des Mantels (2) der Ladung (1) entspricht. Das Material der Platte (6) ist so gewählt, daß es eine Dichte hat, die kleiner oder gleich der Dichte des Materials des Mantels (5) ist und einen Volumenkompressibilitätsmodul hat, der größer oder gleich 100 GPa ist. Die Dicke der Platte ist dabei an allen Stellen einer die Achse der Ladung umgebenden mittleren Zone größer oder gleich der Dicke des Mantels, so daß bei der Auslösung der Ladung eine Verformung der Platte zur Mitte hin gewährleistet wird, die kleiner als die des Mantels ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der projektilbildenden Ladungen.

Diese Ladungen enthalten im allgemeinen eine Sprengladung, die in einem Mantel angeordnet ist, sowie wenigstens eine Abdeckung, die insgesamt die Form einer Kugelkalotte hat.

Bei der Detonation des Sprengstoffs wird die Abdeckung durch die auftreffende Druckwelle in Bewegung gesetzt. Sie verformt sich dabei, indem sie sich wie ein "Handschuhfinger" umstülpt, d. h., daß sie sich in ein Projektil (oder einen Kern) umwandelt, dessen vorderer Teil von einer mittleren Zone der Abdeckung gebildet ist, während der hintere Teil eine Schürze ist, die vom Randbereich der Abdeckung gebildet wird. In der französischen Patentschrift 2 627 580 ist eine solche Ladung beschrieben.

Eine projektilbildende Ladung wird allgemein in einem großen Abstand vom Ziel (zwischen 50 und 100 Kaliber der Ladung entfernt) ausgelöst. Es ist daher wichtig, daß die Geometrie des Projektils so beschaffen ist, daß seine Stabilität auf der Flugbahn gewährleistet wird.

Eine Destabilisierung des Projektils hätte zur Folge, daß dieses das Ziel nicht an der gewünschten Stelle erreicht und eine unzureichende Wirksamkeit hätte.

Zur Gewährleistung dieser Stabilisierung wird gewöhnlich versucht, dem Projektil eine solche Geometrie zu verleihen, daß es an seinem hinteren Teil eine Stabilisierungsschürze aufweist und daß sich sein Schwerpunkt so weit vorne wie möglich befindet.

In der französischen Patentschrift 2 654 821 ist eine projektilbildende Ladung beschrieben, bei der die Abdeckung insbesondere auf der Höhe ihres Umfangs eine Schicht aus einem weniger dichten Material trägt, das eine stabilisierende Schürze bildet.

Diese Lösung ist schwierig zu verwirklichen und erlaubt keine Beherrschung der Reproduzierbarkeit der geometrischen Eigenschaften der hinten befindlichen Schürze.

Das Material der Schürze kommt vom Randbereich der Abdeckung, der sich angrenzend an den Mantel der Ladung befindet.

Bei der Auslösung der Ladung entstehen an diesem Randbereich Reflexionen der Detonationswelle, die meistens zu einer Ansammlung von Material der Abdeckung in Form einer unregelmäßigen Schürze führen, deren Masse zu groß ist und die das Projektil destabilisiert.

Die Beherrschung der Schürze ist noch schwieriger, wenn die Abdeckung aus einem Material wie Tantal gebildet ist, das eine Fließspannung besitzt, die im wesentlichen konstant ist oder abhängig von der auf sie ausgeübten Verformung abnimmt.

Bei solchen Materialien führt nämlich eine Zunahme der Verformung sehr schnell zu einem Zerreißen. Es wird daher unmöglich, das Projektil zu verlängern, um seinen Schwerpunkt so weit wie möglich nach vorne zu verlagern und dabei die Bildung einer Schürze mit reproduzierbarer Form zu gewährleisten.

Mit Hilfe der Erfindung soll eine projektilbildende Ladung geschaffen werden, die diese Nachteile nicht aufweist.

Die erfindungsgemäße Ladung erzeugt ein Projektil, bei dem die Geometrie der Schürze und die Verteilung der Massen beherrschbar sind.

Außerdem ist die Struktur der erfindungsgemäßen Ladung sehr einfach, und ihre Herstellung ist kostengünstig.

Nach der Erfindung ist eine projektilbildende Ladung mit einer Sprengladung, die in einem Mantel angebracht ist, und wenigstens einer Abdeckung mit dem Durchmesser des Mantels, die durch die Explosion der Sprengladung in Bewegung gesetzt werden soll, gekennzeichnet durch eine Platte, die zwischen der Sprengladung und der Abdeckung angeordnet ist, wobei diese Paltte einen dem Innendurchmesser des Mantels entsprechenden Durchmesser hat und die zur Sprengladung hin gerichtete Fläche der Abdeckung vollständig bedeckt, wobei das Material der Platte so gewählt ist, daß es eine Dichte hat, die kleiner oder gleich der des Materials der Abdeckung ist, und einen Volumenkompressibilitätsmodul hat, der größer oder gleich 100 GPa ist, während die Dicke der Platte an allen Stellen einer die Achse der Ladung umgebenden mittleren Zone größer oder gleich der Dicke der Abdeckung ist, so daß bei der Auslösung der Ladung zur Mitte der Platte hin eine geringere Verformung als die der Abdeckung gewährleistet wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß der Durchmesser der mittleren Zone größer oder gleich 75% des Durchmessers der Abdeckung oder der Platte ist.

Ferner kann gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, daß die Abdeckung aus einem Material gebildet ist, das eine abhängig von der Verformung konstante oder abnehmende Fließspannung aufweist.

Die Platte kann eine im wesentlichen konstante oder eine von ihrem Umfang zur Achse der Ladung hin zunehmende Dicke haben.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß das Material der Abdeckung aus folgenden Materialien gewählt ist: Tantal, Molybdän, Nickel, Kupfer und daß die Platte aus Aluminium oder aus Magnesium gebildet ist.

Ferner kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß die Dicke der Platte in der mittleren Zone größer oder gleich 50% der Dicke der Abdeckung am betrachteten Punkt der Platte ist.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß der äußere Krümmungsradius der Abdeckung zwischen dem 0,7- und 1,5- fachen Wert seines Außendurchmesser liegt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer projektilbildenden Ladung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2a und Fig. 2b schematische Darstellungen von zwei aufeinanderfolgenden Stufen bei der Bildung des Projektils der Ladung von Fig. 1 und

Fig. 3 einen Längsschnitt einer projektilbildenden Ladung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Nach Fig. 1 enthält eine projektilbildende Ladung 1 in einer ersten Ausführungsform einen zylindrischen Mantel 2, in dessen Innerem eine Sprengladung 3 angebracht ist, die mit Hilfe von Zündmitteln ausgelöst werden kann, die beispielsweise aus einem Zünder und einem Sprengrelais bestehen.

Diese Ladung enthält auch eine Abdeckung 5, die beispielsweise aus Tantal gebildet ist und die durch eine Platte 6 von der Sprengladung 3 getrennt ist.

Die Platte 6 hat einen Durchmesser, der dem Innendurchmesser des Mantels 2 entspricht; sie steht mit der Abdeckung 5 in Kontakt und bedeckt deren Oberfläche vollständig.

Das Material der Platte 6 ist so gewählt, daß es eine Dichte hat, die kleiner oder gleich der des Materials der Abdeckung ist, während sein Volumenkompressibilitätsmodul größer oder gleich 100 GPa ist.

Die Dichte des Materials der Platte ist so gewählt, daß sie kleiner als die der Abdeckung ist, damit diese den größten Teil der vom Sprengstoff gelieferten Energie aufnehmen kann.

In der Praxis wird ein Material gewählt, dessen Dichte so gering wie möglich ist, und die Ladung wird vorzugsweise so dimensioniert, daß die Abdeckung 65% bis 80% der Masse der Gesamtanordnung aus Abdeckung und Platte einnimmt.

Der Volumenkompressibilitätsmodul (Kv) ist bei einem Druck eine homogene Zahl, und er ist für ein gegebenes Material das Verhältnis der Druckänderung zur relativen Volumenänderung, die durch diese Druckänderung hervorgerufen wird (Kv = Vo × (P - Po)/(V - Vo)).

Dieser Modul wird so gewählt, daß er größer oder gleich 100 GPa ist, damit sich das Material der Platte unter dem Einfluß der Detonation des Sprengstoffs wie folgt verhalten kann:

  • - einerseits soll es ein Verhalten zeigen, das dem einer Abdeckung der projektilerzeugenden Ladung analog ist, d. h., es soll sich plastisch in eine "Handschuhfingerform" umstülpen,
  • - es soll andererseits einen ausreichenden Widerstand gegen eine Deformation zur Mitte hin zeigen, damit nach der Deformation ein großer Durchmesser (D) für seinen vorderen Abschnitt 7 beibehalten wird (von 0,25 bis 0,3 Kaliber oder Durchmesser der Platte).

Eine solche Ausgestaltung ermöglicht der Platte auch, einen Teil der vom Sprengstoff kommenden Schockwellen insbesondere im Bereich ihres Umfangs zu absorbieren. Auf diese Weise wird die Abdeckung 5 gegenüber Schockwellenreflexionen an ihrem Umfang isoliert, die die Bildung der Schürze stören.

Beispielsweise kann eine Abdeckung aus Tantal, Molybdän, Nickel oder Kupfer einer Platte aus Aluminium oder auch aus Magnesium zugeordnet werden.

Einer Abdeckung aus Nickel könnte auch eine Platte aus Magnesium zugeordnet werden.

Die Dicke der Platte ist an allen Stellen einer die Achse 9 der Ladung umgebenden mittleren Zone 8 größer oder gleich der Dicke der Abdeckung, wobei der Durchmesser der Zone größer oder gleich 75% des Kalibers der Ladung ist.

Im Bereich dieser mittleren Zone 8 ist für alle Richtungen d senkrecht zu den Außenflächen der Platte und der Abdeckung die Dicke E der Platte größer als die Dicke e der Abdeckung an dem betrachteten Punkt der Platte.

Eine solche Ausgestaltung gewährleistet eine schwierigere Verformung der Platte zur Mitte hin als dies für die Abdeckung der Fall ist.

Daraus folgt, daß sich aus der Platte ein "Kern" bildet, dessen Schürze mehr aufgeweitet ist als die der Abdeckung. Der vordere Abschnitt 7 der verformten Platte hat dabei einen großen Durchmesser (von 0,25 bis 0,3 Kaliber der Platte).

Die Dicke E der Platte wird natürlich so gewählt, daß sich sein Material im Zeitpunkt der Auslösung der Ladung ohne Reißen verformt.

Beispielsweise könnte eine Platte aus Aluminium mit einer konstanten Dicke von etwa 5 mm genommen werden, die einer Abdeckung aus Tantal mit einer konstanten Dicke von etwa 2 mm zugeordnet wird.

Fig. 2a zeigt eine anfängliche Stufe der Bildung des Projektils aus der Abdeckung 5.

Im Zeitpunkt der Auslösung der Ladung durchläuft die von dem Sprengstoff übertragene Schockwelle durch die Platte 6 und gelangt mit geringer Dämpfung (wegen der niedrigen Dichte der Platte und deren starkem Volumenkompressibilitätsmodul) zur Abdeckung 5.

Daraus ergibt sich eine Verformung der Abdeckung 5. Ihr mittlerer Abschnitt, der die erste Schockwelle empfängt, wird an erster Stelle nach vorne getrieben und bildet den Kopf T des Projektils.

Der Umfangsabschnitt der Abdeckung 5 bildet die Schürze J.

Die Platte 6 verformt sich ebenfalls unter dem Einfluß der Detonation. Sie begleitet die Verformung der Abdeckung 5, wobei sie wegen ihrer geringen Dichte in Anlage an dem schwereren Material der Abdeckung gehalten wird.

Die Dicke der Platte 6 im Bereich der mittleren Zone 8 reduziert ihre Möglichkeiten, sich zur Mitte hin zu verformen. Dabei bildet sich ein grobes Projektil mit einer Schürze J+ mit größerem Durchmesser als der der Schürze J und einem vorderen Abschnitt 7 der verformten Platte mit großem Durchmesser (0,25 bis 0,3 Kaliber).

Die Platte 6 ist somit in einen grob konischen Träger umgewandelt, dessen vorderer Abschnitt 7 ein Auflager für die Schürze J des von der Abdeckung 5 gebildeten Projektils bildet.

Die Schürze J wird auf diese Weise geschützt und von der Platte 6 geformt.

Daraus ergibt sich die Bildung einer Schürze J, die progressiver und reproduzierbarer ist als bei bekannten Ladungen.

Da die Platte 6 die Verformung der Abdeckung schützt und begleitet, wird es möglich, letzterer einen geringeren Krümmungsradius zu geben. Auf diese Weise wird durch diese Abschrägung eine bessere Verlängerung des Projektils gewährleistet, und es wird eine Verschiebung der Masse des Projektils zu seinem Kopf T hin erzielt.

Diese Eigenschaft ist für den Fall von Abdeckungen aus Materialien vorteilhaft, die eine im wesentlichen konstante oder abhängig von der Verformung abnehmende Fließspannung haben (beispielsweise bei Tantal).

Es ist nämlich nicht möglich, einer Abdeckung aus einem solchen Material einen Krümmungsradius zu verleihen, der unter 1 Kaliber liegt, da sich daraus eine zu starke Querschnittsverringerung des mittleren Teils des Projektils ergeben würde, die zu seinem Reißen führen würde.

Die Verwendung der Platte 6 ermöglicht die Reduzierung dieses Radius um etwa 15%, was eine Geschwindigkeit des Projektils in der Größenordnung von 2200 m/s zuläßt.

Es sei bemerkt, daß ein solcher Geschwindigkeitsgewinn erlaubt, den auf die Anwesenheit der Platte zurückzuführenden Energieverlust ohne weiteres zu kompensieren.

Die Erfindung ermöglicht somit die totale Beherrschung der Bildung eines Geschosses aus einem Material mit konstanter oder abhängig von der Verformung abnehmender Fließspannung (wie Tantal).

Der Unterschied des Durchmessers der Schürze J' des Projektils aus der Platte 6 sowie der Schürze J des Geschosses verleiht der Platte 6 einen größeren aerodynamischen Widerstand.

Letztere trennt sich somit schnell vom Projektil 5 und stört dessen Flug nicht (siehe Fig. 2b).

Zur Unterstützung der Bildung der Schürze der Abdeckung und der Trennung der Platte von der Abdeckung kann das Anbringen eines Schmiermittels zwischen der Platte und der Abdeckung vorgesehen werden. Beispielsweise könnte ein Auftrag aus Teflon (Polytetrafluorethylen) oder auch ein Silikonfett angebracht werden.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Ladung 1 nach der Erfindung.

Diese Ladung unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ladung dadurch, daß die Dicke der Platte 6 von ihrem Rand zur Achse der Ladung hin zunimmt. Die Abdeckung 5 hat immer noch eine konstante Dicke, und auch die Dicke der Platte 6 ist an allen Punkten der die Achse der Ladung 9 umgebenden mittleren Zone 8 immer noch größer als die der Abdeckung.

Eine solche Änderung der Dicke der Platte ermöglicht bei der Auslösung der Ladung die Vergrößerung der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Umfang der Abdeckung 5 und deren mittlerem Abschnitt. Daraus ergibt sich eine größere Verlängerung des Projektils, das durch die Abdeckung 5 gebildet wird.

Wie zuvor unterstützt die Platte die Abdeckung. Sie schützt die Schürze und begünstigt deren Bildung.

Gegebenenfalls kann im Bereich der Umfangszone nahe dem Mantel 2 eine Dicke der Platte 6 vorgesehen werden, die geringer als die der Abdeckung ist, damit die Verlängerung des Projektils noch verstärkt wird.

Die erfindungsgemäße Ladung ermöglicht eine Beherrschung der geometrischen Eigenschaften des Projektils in einer besonders ökonomischen Art und Weise.

Die bekannten Lösungen sehen nämlich allgemein örtliche maschinelle Bearbeitungen der Platte vor, um deren Verformung und die Geometrie des erhaltenen Projektils zu steuern.

Gemäß der Erfindung sind diese Bearbeitungsvorgänge überflüssig, da die Form des Geschosses im wesentlichen von den charakteristischen Werten der Platte und insbesondere von der Änderung ihrer Dicke abhängt.

Außerdem wird es mit Hilfe der Erfindung möglich, mit einer Abdeckung mit weiter reduzierter Masse ein Geschoß mit gleichen Leistungseigenschaften zu erhalten. Daher ergeben sich Einsparungen bezüglich des Materials der Abdeckung.

Als Abwandlung ist es möglich, der Abdeckung eine variable Dicke zu geben. Beispielsweise könnte sie vom Rand zur Achse der Abdeckung hin eine zunehmende Dicke erhalten, damit dem Projektil eine günstige Verteilung der Massen verliehen wird (schwererer vorderer Abschnitt des Projektils als sein hinterer Abschnitt).

Außerdem könnte die Erfindung in einer Ladung angewendet werden, die einen Stapel mit mehreren Abdeckungen aufweist.


Anspruch[de]
  1. 1. Projektilbildende Ladung (1) mit einer Sprengladung (3), die in einem Mantel (2) angebracht ist, und wenigstens einer Abdeckung (5) mit dem Durchmesser des Mantels, die durch die Explosion der Sprengladung in Bewegung gesetzt werden soll, gekennzeichnet durch eine Platte (6), die zwischen der Sprengladung (3) und der Abdeckung (5) angeordnet ist, wobei diese Platte einen dem Innendurchmesser des Mantels (2) entsprechenden Durchmesser hat und die zur Sprengladung hin gerichtete Fläche der Abdeckung vollständig bedeckt, wobei das Material der Platte (6) so gewählt ist, daß es eine Dichte hat, die kleiner oder gleich der des Materials der Abdeckung (5) ist, und einen Volumenkompressibilitätsmodul hat, der größer oder gleich 100 GPa ist, während die Dicke (E) der Platte (6) an allen Stellen einer die Achse (9) der Ladung umgebenden mittleren Zone (8) größer oder gleich der Dicke (e) der Abdeckung (5) ist, so daß bei der Auslösung der Ladung zur Mitte der Platte hin eine geringere Verformung als die der Abdeckung gewährleistet wird.
  2. 2. Projektilbildende Ladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der mittleren Zone (8) größer oder gleich 75% des Durchmessers der Abdeckung oder der Platte ist.
  3. 3. Projektilbildende Ladung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (5) aus einem Material gebildet ist, das eine abhängig von der Verformung konstante oder abnehmende Fließspannung aufweist.
  4. 4. Projektilbildende Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (6) eine im wesentlichen konstante Dicke hat.
  5. 5. Projektilbildende Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (6) eine von ihrem Umfang zur Achse (9) der Ladung hin zunehmende Dicke hat.
  6. 6. Projektilbildende Ladung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Abdeckung (5) aus folgenden Materialien gewählt ist: Tantal, Molybdän, Nickel, Kupfer und daß die Platte (6) aus Aluminium oder aus Magnesium gebildet ist.
  7. 7. Projektilbildende Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Platte (6) in der mittleren Zone (8) größer oder gleich 50% der Dicke der Abdeckung (5) am betrachteten Punkt der Platte ist.
  8. 8. Projektilbildende Ladung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Krümmungsradius der Abdeckung (5) zwischen dem 0,7- und 1,5-fachen Wert seines Außendurchmessers liegt.






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