DE10151573A1

DE10151573A1 - Splitterschutz zur Minimierung von Kollateralschäden

Info

Publication number: DE10151573A1
Application number: DE2001151573
Authority: DE
Inventors: Werner Arnold
Original assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Current assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: FR2831257A1; FR2831257B1; DE10151573B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Minimierung von Kollateralschäden, die durch Wirksysteme von Flugkörpern verursacht werden, die zur Erzeugung radial abgehender Splitterschauer vorbereitet sind. Die Einrichtung besteht grundsätzlich aus einem Splitterschutzmaterial, der das Wirksystem umgibt und der ganz oder teilweise relativ zum Wirksystem wirkverändernd umpositioniert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Splitterschutz zur Minimierung von Kollateralschäden für einen Flugkörper mit einem Wirksystem, das einen splittererzeugenden Mantel aufweist.
Die heutigen Anforderungen an zukünftige Wirksysteme konzentrieren sich darauf, verschiedene Eigenschaften miteinander zu kombinieren. Auf der einen Seite werden verschiedenste Wirkmechanismen unter dem Aspekt der Mehrzweckfähigkeit miteinander vereint. Dazu zählen beispielsweise Hohlladungs-, Splitterladungs- und Penetrationsfähigkeit des Wirksystems. Auf der anderen Seite steht die Forderung, dass abhängig von den Einsatzbedingungen die Kollateralschäden so gering wie möglich ausfallen sollen. Diese Forderungen sind nur schwer miteinander zu vereinen.
Aus der DE 100 18 285.2-15 der Anmelderin ist ein Gefechtskopf mit einem splitterbildenden Mantel bekannt geworden. Der gesamte Mantel oder zumindest ein sektorförmiger Teil davon kann auf der Oberfläche der Sprengladung mit dem Zweck verschoben werden, dass die Leistung des splitterbildenden Mantels in weiten Grenzen eingestellt werden kann. Dabei wird durch die Entfernung des splitterbildenden Mantels von der Sprengladung die Ausbildung einer Deflagration des Sprengstoffes unterstützt und aufgrund der fehlenden Verdämmung die Wahrscheinlichkeit für den Übergang zu einer Detonation verringert. Die Anwendungsmöglichkeit beschränkt sich jedoch auf bestimmte Typen von Wirksystemen, die die Anforderungen an Mehrzweckfähigkeit nicht erfüllen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für mehrzweckfähige Wirksysteme eine bei Bedarf zuschaltbare Möglichkeit zur Vermeidung von Kollateralschäden anzugeben.
Die Aufgabe wird in einfacher Weise durch die in den Ansprüchen 1, 12, 15 und 17 angegebenen charakteristischen Merkmale und durch die Verwendung des Erfindungsgegenstandes gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den nachgeordneten Ansprüchen beschrieben.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie bei allen Arten von mehrzweckfähigen Wirksystemen mit gleichem Erfolg eingesetzt werden kann. Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, dass das Wirksystem von einem Splitterschutzmantel umgeben ist, dessen Aufgabe es ist, die Leistung der Splitter zu verringern, indem er die Splitter entweder am Beschleunigen hindert und damit die Splittergeschwindigkeit stark reduziert, so dass die ballistische Leistung gering ist, oder indem er die beschleunigten Splitter soweit als möglich wieder abbremst oder sogar auffängt.
Die relative Verschiebung zwischen dem Splitterschutzmantel und dem splittererzeugenden Mantel des Wirksystems kann in allen Fällen leicht bewerkstelligt werden. Bei zylindrischen Wirksystemen bietet sich die Formung des Splitterschutzmantels als Hohlzylinder an. Anpassung an andere Wirksystem-Formen sind leicht und ohne Veränderung der Wirksamkeit zu bewerkstelligen. Der Splitterschutzmantel umgibt jeweils in der Transportphase das Wirksystem. Mittels Umpositionierung des Splitterschutzmantels selbst oder des Wirksystems ist die volle Mehrzweckfähigkeit gegeben. Zwischenstufen sind entweder durch die Umpositionierung des Splitterschutzmantels um einen Teil der möglichen Gesamtstrecke oder durch Umpositionieren wenigstens eines Sektors des Splitterschutzmantels erreichbar.
Idealerweise ist das Material des Splitterschutzmantels impedanzmäßig an das Material des splittererzeugenden Mantels angepasst. Vorteilhafterweise nimmt die Impedanz von innen nach außen ab, was zur Dispersion der durchlaufenden Stoßwelle führt und diese dadurch abschwächt. Als Werkstoffe können im Splitterschutzmantel besonders gut spröde Werkstoffe mit hoher Dichte oder gepresstes Pulvermaterial eingesetzt werden. Dadurch zerlegt sich das Material bei der Reflexion der Stoßwelle an der freien Oberfläche und es wird gleichzeitig verhindert, dass die Stoßwelle wieder in das Material des Splitterschutzmantels zurückläuft.
Alternativ können Faserwerkstoffe oder Faserverbundwerkstoffe vorteilhaft als Material für den Splitterschutzmantel verwendet. Bewährt haben sich Faserwerkstoffe, bei denen Fasern in Kunststoffmatrizen eingelassen sind und auch Sandwichanordnungen mit optimierter Schichtung. Gegebenenfalls können auch Einbauten im Flugkörper wie beispielsweise eingegossene elektronische Schaltungen oder auch formmäßig angepasste Thermalbatterien mitverwendet werden.
Bei der Verwendung des Splitterschutzmantels zusammen mit einem Penetrator verbleibt der Splitterschutzmantel ganz oder zumindest teilweise in seiner Ausgangsposition, während der Penetrator mit Hilfe seiner Austreibeinrichtung ausgestoßen wird und dabei gegebenenfalls einen oder mehrere Sektoren des Splitterschutzmantels mittransportiert.
Wird der Splitterschutzmantel hingegen bei einer Hohlladung mit Splittermantel eingesetzt, so wird vorteilhafterweise ein Teil des Splitterschutzmantels oder der gesamte Splitterschutzmantel mittels eines eigenen Antriebs vor der Auslösung von dem splittererzeugenden Mantel der Hohlladung wegbewegt.
Es ist klar, dass die vorliegende Lösung nicht zur Anwendung kommt, wenn bei einem Penetrator die Penetrationsleistung kombiniert mit anschließender Detonation im Ziel verlangt wird. Sie kommt erst zum Tragen, wenn die Kombination von Hohlladungs- und Splitterleistung gefordert ist. Je nach Anwendungssituation kann es beim Penetrator oder bei der Hohlladung erwünscht sein, dass ausschließlich Hohlladungsleistung geliefert wird oder aber Hohlladungsleistung in Kombination mit einem Bruchteil oder der gesamten Splitterleistung. Je nach Forderung wird der Splitterschutzmantel relativ zur Hohlladung oder zum Penetrator verschoben, indem entweder bei der Hohlladung vor deren Detonation ein Antrieb in Gang gesetzt wird oder beim Penetrator die Austreibeinheit gezündet wird und dieser damit aus seinem Schutzzylinder ausfährt, bevor wiederum verzögert die Penetratorladung gezündet wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Flugkörpers mit einem splittererzeugenden Wirksystem (Penetrator gegebenenfalls mit integrierter Hohlladung),
Fig. 2 den Austreibvorgang zu Fig. 1 mit einem sektoriell aufgeteilten Splitterschutzmantel,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Flugkörpers mit einem splittererzeugenden Wirksystem (Hohlladung),
Fig. 4 die Umpositionierung eines Sektors des Splitterschutzmantels zu Fig. 3,
Fig. 5 verschiedene Arten von Splitterschutzmänteln.
In der Fig. 1 ist ein Teil eines Flugkörpers dargestellt. Innerhalb seiner Außenhülle 1 ist ein Wirksystem in der Gestalt eines Penetrators 3a gelagert. Üblicherweise trägt der Flugkörper den Penetrator 3a bis in die Nähe des Ziels. Wenn die Flugrichtung des Flugkörpers auf das Ziel genau genug ausgerichtet ist, wird die Austreibeinheit 5a des Penetrators 3a gezündet und der Penetrator damit in Richtung auf das Ziel beschleunigt.
Der Penetrator 3a weist im Bereich des Sprengstoffes 6 einen Mantel 2 auf, der zur Erzeugung von Splittern ausgelegt ist. Diese Splitter kommen bei der üblichen Anwendungsart nach dem Eindringen in ein Ziel zur Anwendung. Es sind jedoch auch andere Anwendungsfälle denkbar, bei denen nur die Wirkung der Auskleidung 7 der Sprengladung 6 im Ziel erwünscht ist und gleichzeitig die Erzeugung von radial wirksamen Splittern komplett oder bis zu einem definiertem Anteil vermieden werden soll. Auf diesen Anwendungsfall bezieht sich die Ausgestaltung gemäß der Erfindung.
In der Transport- oder Ruhestellung des Penetrators 3a ist dieser von einem Splitterschutzmantel 4 umgeben. Dieser ist in vollem Umfang wirksam solange sich der Penetrator 3a in dieser Stellung befindet. Soll dem Anwendungsfall entsprechend die Erzeugung von Kollateralschäden vermieden werden, so wird beim Erreichen des Ziels die Sprengladung 6 des im Flugkörper gelagerten Penetrators gezündet. Die Auskleidung 7 der Sprengladung 6 bildet den erwünschten Stachel aus und die vom splittererzeugenden Mantel generierten Splitter werden vom Splitterschutzmantel 4 weitgehend aufgefangen oder in ihrer Wirksamkeit erheblich beschränkt.
Soll hingegen zumindest ein Teil oder die gesamte Splittermenge zur Anwendung gebracht werden, so wird in optimaler Entfernung vor dem Ziel die Austreibeinheit 5a des Penetrators 3a gezündet. Es handelt sich hierbei um einen Treibsatz, der den Penetrator 3a aus seiner Transport- oder Ruhestellung in Richtung auf das Ziel beschleunigt. Je nach Fortschritt des Austreibvorganges ist noch ein größerer oder kleinerer Teil des Splitterschutzmantels wirksam, wenn die Zündung der Sprengladung unmittelbar nach der Zündung der Austreibeinheit erfolgt. Erst wenn der Penetrator den Bereich des Splitterschutzmantels verlassen hat, ist die Splitterabgabe in vollem Umfang möglich.
Der Splitterschutzmantel 4 kann auch, wie in Fig. 2 dargestellt, aus zwei oder mehreren Sektoren 4a, 4b bestehen. Je nach Anwendungsfall werden diese Sektoren bei der Zündung der Austreibeinheit 5a entweder am Flugkörpermantel 1 oder am Penetrator 3a selbst fixiert. Damit ergibt sich eine steuerbare Auswahl, welche Bereiche in der Zielumgebung mit Splittern abgedeckt werden und in welchen Bereichen der Splittereinfluss weitgehend reduziert ist.
Die Fig. 3 stellt einen anderen Anwendungsfall dar. Hier trägt der Flugkörper innerhalb seiner Hülle 1 eine Hohlladung 3b die mit dem Flugkörper fest verbunden ist. Die Hohlladung 3b selbst ist mit einem splittererzeugenden und nicht ortsveränderbaren Mantel 2 versehen. Innerhalb der Flugkörperhülle 1 ist der splittererzeugende Mantel 2 von einem Splitterschutzmantel 4 in dessen Transport- oder Ruhestellung umgeben. Solange sich der Splitterschutzmantel 4 in dieser Stellung befindet, führt eine Auslösung der Hohlladung 3b nicht zur radialen Abgabe von Splittern, da alle erzeugten Splitter vom Splitterschutzmantel 4 zumindest gebremst oder aufgefangen werden.
Bedingt der Anwendungsfall jedoch die Abgabe von Splittern, so wird der Splitterschutzmantel 4 mit Hilfe eines Antriebs 5b innerhalb des Flugkörpers soweit verschoben, bis entweder ein Teil oder der gesamte splittererzeugende Mantel 2 der Hohlladung 3b freiliegt. Als Antrieb 5b kommen verschiedene bekannte Systeme in Frage wie beispielsweise vorgespannte Federsysteme, Elektromotoren oder pyrotechnische Antriebe.
In der Fig. 4 ist eine Variante zu Fig. 3 dargestellt. Hierbei wird nur ein Sektor 4c des Splitterschutzmantels 4 umpositioniert, so dass ein bestimmter Bereich der Zielumgebung mit Splittern abgedeckt wird, während der restliche Bereich hiervon geschützt ist.
Im Rahmen der Erfindung können zu den Beispielen nach Fig. 2 und 4 verschiedene Arten der Teilung des Splitterschutzmantels 4 realisiert werden. Neben der bevorzugten sektorförmigen Unterteilung sind alle anderen sinnvoll nutzbaren Teilungen ebenso gut möglich. Die Aufteilung in 2 oder 4 Sektoren ermöglicht eine azimutale Auswahl der Unterdrückung von Splitterleistung, d. h. die Splitterleistung kann bewusst gerichtet werden.
In der Fig. 5 sind drei unterschiedliche Konzepte zur Ausgestaltung des Splitterschutzmantels dargestellt. Im linken Teil der Fig. 5 ist das Prinzip der Impedanzanpassung dargestellt, das darauf beruht, dass nach der Detonation des Sprengstoffes 6 der splittererzeugende Mantel 2 im wesentlichen durch mehrmaligen Stoßwellendurchgang beschleunigt wird. Durch weitestgehendes Abfangen dieser Stoßwelle (sog. Shock-Wave-Trapping) kann diese Beschleunigung der Splitter reduziert werden. Zu diesem Zweck wird der Splitterschutzmantel 4 impedanzmäßig an das Splittermaterial angepasst, so dass die gesamte Stoßwellenamplitude in das Material des Splitterschutzmantels 4 einläuft. Die Impedanz Z ist hierbei definiert als das Produkt aus der Dichte ρ des Splitterschutzmantel-Materials und der Stosswellengeschwindigkeit des Werkstoffes. Die Impedanz kann über die Schichtdicke des Splitterschutzmantels konstant sein. Bevorzugt wird jedoch eine zur Außenfläche des Splitterschutzmantels hin abnehmende Impedanz, wie sie in der Figur dargestellt ist. Dies führt zu einer Dispersion der Stoßwelle und damit zu deren Abschwächung. Zusätzlich soll das Material des Splitterschutzmantels spröde und so ausgestaltet sein, dass es keine Zugspannungen aushält und bei der Reflexion der Stoßwelle an der freien Oberfläche 4c zerlegt wird. Damit wird verhindert, dass die Stoßwelle wieder in das Splittermaterial zurückläuft.
Ein Dichtegradient innerhalb des Splitterschutzmantels führt zu einem Impedanzgradienten. Solche Dichtegradienten lassen sich beispielsweise durch unterschiedlichen Füllungsgrad von Schwermetallpulvern in spröden Kunststoffen oder durch Schichtanordnungen erreichen.
Die energetischen Verhältnisse einer Kombination aus splittererzeugendem Mantel 2 und Splitterschutzschicht 4 bedingen, dass mit zunehmender Gesamtmasse Impuls und kinetische Energie der Anordnung stark abnehmen. Wird der Splitterschutzmantel 4 aus sprödem Material mit hoher Dichte hergestellt, so erreicht man einerseits, dass Impuls und Energie und somit auch die Splittergeschwindigkeit gering sind und andererseits, dass der Splitterschutzmantel beim Beschleunigen mehr oder weniger in Staub zerfällt, wie dies die mittlere Zeichnung der Fig. 5 zeigt. Als Beispiel für geeignetes Material wäre sprödes Sintermaterial oder gepresstes Pulvermaterial aus Schwermetall wie beispielsweise Wolfram zu nennen. Der erzeugte Splitterstaub wird aufgrund der Luftabbremsung, die durch das Oberflächen- zu Volumen-Verhältnis maßgeblich bedingt ist, auf sehr geringe Geschwindigkeit reduziert.
In der rechten Zeichnung der Fig. 5 ist eine weitere Alternative zur Ausbildung eines Splitterschutzmantels 4d. es handelt sich hierbei um einen Faserwerkstoff, bei dem die Fasern in Kunststoffmatrizen eingelassen sind. Derartige Faserwerkstoffe haben sich bei Fahrzeugpanzerungen oder bei Kugelwesten bewährt. Sandwichanordnungen mit optimierten Schichtungen sind besonders gut geeignet. Denkbar ist auch die Miteinbeziehung von ohnehin im Flugkörper vorhandenen Einbauten, wie beispielsweise zylinderförmige Thermalbatterien oder eingegossenen Elektronikschaltungen.

Claims

1. Splitterschutz zur Minimierung von Kollateralschäden für einen Flugkörper mit einem Wirksystem, das einen splittererzeugenden Mantel (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Flugkörpermantels (1) ein das Wirksystem (3) umgebender Splitterschutzmantel (4) angeordnet ist, und dass mittels eines Antriebs (5a, 5b) der Splitterschutzmantel (4) und das Wirksystems (3) relativ zueinander wirkverändernd umpositionierbar sind.

2. Splitterschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Splitterschutzmantel (4) als Hohlzylinder geformt ist.

3. Splitterschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Splitterschutzmantel (4) das Wirksystem (3) zumindest teilweise umgibt.

4. Splitterschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sektor (4a) des Splitterschutzmantels (4) umpositionierbar ist, während der restliche Teil des Splitterschutzmantels (4b) in seiner ursprünglichen Position gegenüber dem Wirksystem (3) verbleibt.

5. Splitterschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Splitterschutzmantels (4) impedanzmäßig (Impedanz (Z) = Dichte (ρ) × Stoßwellengeschwindigkeit (c) des Materials) an das Material des splittererzeugenden Mantels (2) angepasst ist.

6. Splitterschutz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz des Materials des Splitterschutzmantels (4) von innen nach außen abnimmt.

7. Splitterschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das Material des Splitterschutzmantels (4) ein spröder und/oder leicht zermürbbarer Werkstoff mit hoher Dichte gewählt wird, der beim Durchlaufen der vom splittererzeugenden Mantel initiierten Stoßwelle wenigstens im Bereich der äußeren Oberfläche (4c) zerlegt wird.

8. Splitterschutz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Splitterschutzmantel (4) aus sprödem Sinterwerkstoff besteht.

9. Splitterschutz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Splitterschutzmantel (4) aus gepresstem Pulvermaterial besteht.

10. Splitterschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Splitterschutzmantel (4) aus wenigstens einer Schicht eines verdichteten Faserwerkstoffes (4d) besteht.

11. Splitterschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Splitterschutzmantel (4) zumindest teilweise aus Bauelementen des Flugkörpers besteht.

12. Splitterschutz zur Minimierung von Kollateralschäden für einen Flugkörper mit einem Wirksystem, das einen splittererzeugenden Mantel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirksystem als Penetrator (3a) ausgeführt ist, dass im Bereich des Flugkörpermantels (1) ein den Penetrator (3a) umgebender Splitterschutzmantel (4) ortsfest angeordnet ist, und dass mittels einer Austreibeinrichtung (5a) der Penetrator (3a) gegenüber zumindest einem Teil des Splitterschutzmantels (4) wirkverändernd umpositionierbar ist.

13. Splitterschutz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Splitterschutzmantel (4) sektorweise geteilt ist und dass vor der Auslösung der Austreibeinrichtung (5a) wenigstens ein Sektor (4b) in der gleichen Richtung umpositioniert wird, in die der Penetrator (3a) mittels der Austreibeinrichtung (5a) bewegt wird.

14. Splitterschutz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auslösung der Austreibeinrichtung (5a) ein Teil (4a) des Splitterschutzmantels ortsfest verbleibt während ein anderer Teil (4b) des Splitterschutzmantels mit dem Penetrator (3a) verbunden ist.

15. Splitterschutz zur Minimierung von Kollateralschäden für einen Flugkörper mit einem Wirksystem, das einen splittererzeugenden Mantel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirksystem als Hohlladung (3b) ausgeführt ist, dass im Bereich des Flugkörpermantels (1) ein die Hohlladung (3b) umgebender Splitterschutzmantel (4) angeordnet ist, und dass mittels eines Antriebs (5b) der Splitterschutzmantel (4) gegenüber der ortsfesten Hohlladung (3b) wirkverändernd umpositionierbar ist.

16. Splitterschutz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Splitterschutzmantel (4) sektorweise geteilt ist und dass vor der Auslösung der Hohlladung (3b) wenigstens ein Sektor (4c) des Splitterschutzmantels (4) mittels eines Antriebs (5b) aus dem Bereich des splittererzeugenden Mantels (2) der Hohlladung (3b) bewegt wird.

17. Verwendung eines Splitterschutzmantels, der ein mit einem splittererzeugenden Mantel ausgerüstete Wirksystem eines Flugkörpers umgibt, wobei mittels eines Antriebs der Splitterschutzmantel und das Wirksystem relativ zueinander wirkverändernd umpositionierbar sind.