DE102014004003B3

DE102014004003B3 - Zündsystem für ein skalierbares Wirksystem

Info

Publication number: DE102014004003B3
Application number: DE102014004003.8A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Ackermann
Original assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Current assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2034-03-21
Also published as: EP2921814A1; ES2616143T3; US9273939B2; EP2921814B1; US20150345915A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für ein hinsichtlich seiner Leistungsabgabe skalierbares Wirksystem mit zwei unterschiedlichen Zündkreisen für die subdetonative und die detonative Initiierung der Sprengladung des Wirksystems, wobei ein Kontrollmechanismus im subdatonativen Zündkreis die korrekte Funktion überwacht und damit die unkontrollierte vollständige Leistungsabgabe der Wirkladung verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für ein skalierbares Wirksystem, welches wenigstens eine Sprengladung aufweist, wobei eine erste Zündeinrichtung für eine Initiierung eines Subdetonationsmechanismus vorgesehen ist, mit dem eine Sprengladung zur Deflagration anregbar ist, wobei eine zweite Zündeinrichtung für eine detonative Initiierung der Sprengladung vorgesehen ist, und wobei die Zündeinrichtungen unabhängig voneinander mittels einer Steuereinheit auslösbar sind und beide Zündeinrichtungen unmittelbar benachbart angeordnet sind.
Ein derartiges Zündsystem wird in der DE 10 2013 011 404 A1 beschrieben. Hier wird vorgeschlagen, die Initiierungsorte für die deflagrative und die detonative Initiierung der Sprengladung des Wirksystem örtlich zusammen zu fassen. Es können beide Zündeinrichtungen kurz nacheinander ausgelöst werden, wobei der zeitliche Abstand die Leistungsskalierung der Sprengladung unmittelbar beeinflusst. In welcher Art die beiden Zündeinrichtungen realisiert werden sollen ist in dieser Erfindungsbeschreibung jedoch nicht erwähnt.
Die DE 10 2012 006 044 B3 befasst sich mit einem Verfahren zur Messung des Verlaufs einer Detonationsfront, welche von einer ersten Zündstelle ausgeht, um den geeigneten Zündzeitpunkt der gegenüber angeordneten zweiten Zündstelle zu bestimmen.
Die DE 39 18 513 C1 betrifft eine Sicherungseinrichtung für einen Doppelhohlladungsgefechtskopf, welche die zeitversetzte Zündung der beiden Hohlladungen ermöglicht.
In der US 4,815,385 A wird eine Zündeinrichtung für eine Sprengladung dargestellt, welche gegenüberliegende Zündstellen aufweist, die gleichzeitig gezündet werden, um in der Mitte der zylindrischen Ladung eine fokussierte radiale Leistungsabgabe zu bewirken.
Die DE 10 2009 017 160 B3 beschreibt einen Gefechtskopf mit einer Sprengladung, die stirnseitig eine oder mehrere Wirkladungen aufweist, welche ausschließlich deflagrativ auf die Sprengladung einwirken.
Ein Gefechtskopf mit einer zylindrischen Sprengladung kann gemäß der DE 100 08 914 C2 mit zwei sich gegenüber liegenden Ladungenvon denen eine detonativ, die andere jedoch deflagrativ initiiert, in der Leistungsabgabe in sehr weiten Grenzen eingestellt werden. Keine der vorgenannten Erfindungen ist geeignet folgende Aufgabe zu lösen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein grundsätzlich aus zwei eigenständigen Zündeinrichtungen bestehendes Zündsystem zu entwerfen, das in der Lage ist, im Fall des Versagens der deflagrativen Initiierung die detonative Initiierung sicher zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Bereich des Ausgangs der ersten Zündeinrichtung an dem damit korrespondierenden Subdetonationsmechanismus ein Detonationssensor zum Zweck der Detektion der Normalfunktion der Initiierung oder deren Fehlfunktion angeordnet ist, dessen Ausgangsignal mit dem Anschluss für die Freigabe oder Sperrung der zweiten, direkt auf die Sprengladung wirkenden Zündeinrichtung verbunden ist.
Mittels eines derartigen Zündsystems wird die tatsächliche Initiierung des Subdetonationsmechanismus festgestellt, die ihrerseits die Deflagration der Sprengladung bewirkt. Im Fall der Fehlfunktion der ersten Zündeinrichtung wird somit rechtzeitig die Initiierung der Sprengladung verhindert und damit eine vollständige Detonation der Sprengladung erfolgreich ausgeschlossen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Zündsystems sind den nachgeordneten Ansprüchen entnehmbar und werden in der Beschreibung erörtert.
Die Erfindung ist in den Figuren der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1: einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zündsystem,
2: ein Blockschaltbild des Zündsystems mit Angabe der Funktion der Elemente.
Zur Erläuterung sei vorausgeschickt, dass unter Wirksystem beispielsweise ein Gefechtskopf verstanden wird, der wenigstens eine Sprengladung aufweist, die mit wenigstens zwei unterschiedlichen Zündeinrichtungen auf unterschiedliche Weise initiiert werden kann, wodurch die Leistungsabgabe des Gefechtskopfes in einem weiten Bereich einstellbar ist.
Die Erfindung basiert auf der Erfahrung, dass die Zündung skalierbarer Wirksysteme mittels zweier auf der Längsachse des Wirksystems angeordneter Zündeinrichtungen zumindest dann zu Problemen führen kann, wenn beispielsweise beim Zielaufprall diejenige Zündeinrichtung, die die Deflagration der Sprengladung auslösen soll, zerstört wird und anschließend das Wirksystem mit annähernd voller Leistung detoniert.
Daraus entstand die Idee, ein Wirksystem mit zwei unmittelbar benachbart angeordneten Zündeinrichtungen zu entwickeln, wobei die skalierbare Leistungsabgabe uneingeschränkt möglich sein soll. Bei diesem Konzept leitet zunächst eine erste Zündeinrichtung die subdetonative Umsetzung des Sprengstoffes ein, ehe dann zeitlich etwas später die detonative Initiierung mittels einer zweiten Zündeinrichtung eingeleitet wird.
Es ist aus mehreren Gründen zwingend erforderlich, dass die Initiierung am gleichen Ort erfolgt und dass die Front der Subdetonation fast gleich schnell voranschreitet wie die nachfolgende Detonationsfront. Die skalierbare Leistungsabgabe wird dann über die Verzögerungszeit zwischen der Subdetonation und der Detonation eingestellt.
Das Grundprinzip des vorliegenden Zündsystems ist nicht abhängig von der Geometrie des Wirksystems. Das in der 1 dargestellte beispielhafte Zündsystem entspricht von seinem Aufbau her dem Standard der 3inch Luftwaffen- und Marinezünder. Somit liegt es nahe, ein solches Wirksystem in standardisierten Wirkkörpern GK einzubauen, wobei deren Herstellungsprozess zu berücksichtigen ist. Die Einleitung der Detonation in die Sprengladung S erfolgt dabei über den Sprengstoff-Booster, der seitlich im „Side Light”-Verfahren durch die Wandung G den umgebenden Sprengstoff S der Hauptladung initiiert. Mittels entsprechender Dimensionierung kann das Zündsystem auf einfache Weise an bekannte Wirkkörper angepasst werden.
Der Einbau des Gehäuses G des Zündsystems erfolgt mittels eines üblichen Einschraubrings in das Gehäuse GKH des Wirksystems GK. Das Volumen und die Position des Steckeranschlusses eines üblicherweise im Inneren der Sprengladung liegenden Spiralkabels wird dabei für den Anschluss des Subdetonationsmechanismus SDM an das Zündsystem genutzt. Diese Verbindung ist so gestaltet, dass sie sich beim Einsetzen des Zündsystemgehäuse G selbsttätig schließt.
In 2 ist das Blockschaltbild des Zündsystems schematisch vereinfacht dargestellt. Die Schärfung beginnt entweder aufgrund einer Entscheidung ARM1, ARM2 oder aufgrund der Sensorsignale Sensor1, Sensor2, die jeweils auf die Sicherheitslogik einwirken. Wenn in der Sicherheitslogik alle Signale für eine gewollte Zündung gegeben sind, wird auch die Stromversorgung HV Generierung Regelung für die Zündkreise bereitgestellt.
Eine wesentliche Funktion in der Sicherheitslogik unterdrückt eine ungewollte Frühzündung des detonativen Ausgangs Sie enthält auch eine Zeitfunktion bestehend aus einem programmierbaren Safety Critical Timer, der zusammen mit der Funktion Back Up Timer den Zündkreis b steuert und damit darüber entscheidet, ob in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Detonationswächters die detonative Initiierung der Wirkladung durchgeführt wird oder nicht.
Im Fall des regulären Ablaufs werden die Zündkreise a1 und a2 initiiert, die beide über Detonatoren EFI oder LEEFI auf die Verstärkerladung Übertrager_Verstärker_Elemente einwirken, welchen dann den Subdetonationsmechanismus auslöst. Der Detonationswächter kann hierbei wahlweise gleichwirkend an der Verstärkerladung oder auch am Subdetonationsmechanismus angeordnet sein.
Wenn der Detonationswächter eine korrekte Funktion an den Programmable Safety Critical Timer liefert wird auch der Zündkreis b nach einer von der gewünschten Leistung der Wirkladung abhängigen Zeitverzögerung initiiert, so dass über einen Detonator EFI oder LEEFI und eine weitere Verstärkerladung der Booster zur detonativen Initiierung der Wirkladung gezündet wird.
Der Ablauf einer Schärfung ist wie folgt. Je nach Programmierung erhält das Zündsystem sein Startsignal entweder von extern, wie beispielsweise von einem Bodenabstandssensor oder von der Steuerung des Flugkörpers, oder das Zündsystem erhält es von einem internen Aufschlagsensor. Mit Hilfe der Programmierung können unterschiedliche Bedingungen am Zielort berücksichtigt werden. Damit kann das Startsignal entweder als Quick Detonation (Sofortzündung), oder auch zeitverzögert oder auch abgängig von Umgebungsbedingungen erfolgen.
Im Normalfall wird dann der Deflagrationsmechanismus über die Zündkreise a1 und a2 gestartet. Der Detonationswächter prüft den korrekten Ablauf und startet den programmierten Timer zur Einleitung der detonativen Initiierung über den Trigger Zündkreis b. Von dort an läuft eine reguläre Zündung über einen weiteren Detonator EFI oder LEEFI auf einen weiteren Übertrager-Verstärker-Elemente auf den Booster zur detonativen Initiierung der Wirkladung. Sollte dieser Weg ausfallen, so wird auch die detonative Initiierung der Sprengladung S nicht stattfinden.
Aufgrund der beiden unterschiedlichen Wege der subdetonativen und der detonativen Initiierung wird sicher gestellt, dass eine unerwünschte detonative Initiierung der Sprengladung S in jedem Fall ausgeschlossen werden kann.
Der Timer in der zentralen Steuereinheit ist sicherheitskritisch, da eine Frühzündung zu einer ungewollten höheren Leistungsabgabe des Wirksystems führt. Dieser Timer ist gemäß den Bestimmungen der STANAG 4187 ausgeführt. Durch diese Ausführung ist sichergestellt, dass mit hoher Sicherheit die eingestellte Verzögerungszeit zur Leistungssteuerung des Wirksystems nicht unterschritten wird. Der Detonationswächter kann in verschiedenen Arten ausgeführt werden. Dies kann ein mechanischer oder ein optischer Sensor sein. Ebenso gut können Koaxialkabel, Lichtleiter oder Ionisationssensoren Verwendung finden.

Claims

Zündsystem für ein skalierbares Wirksystem, welches wenigstens eine Sprengladung aufweist, wobei eine erste Zündeinrichtung für eine Initiierung eines Subdetonationsmechanismus vorgesehen ist, mit dem die Sprengladung zur Deflagration anregbar ist, wobei eine zweite Zündeinrichtung für eine detonative Initiierung der Sprengladung vorgesehen ist, und wobei die Zündeinrichtungen unabhängig voneinander mittels einer Steuereinheit auslösbar sind und beide Zündeinrichtungen unmittelbar benachbart angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Ausgangs der ersten Zündeinrichtung und einem damit korrespondierenden Subdetonationsmechanismus (SDM) ein Detonationssensor zum Zweck der Detektion der Normalfunktion der Initiierung oder deren Fehlfunktion der ersten Zündeinrichtung angeordnet ist, dessen Ausgangsignal mit dem Anschluss für die Freigabe oder Sperrung der zweiten, direkt auf die Sprengladung wirkenden Zündeinrichtung verbunden ist, wobei im Falle der Fehlfunktion der ersten Zündeinrichtung die detonative Initiierung der Sprengladung verhindert wird.
Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zündeinrichtung redundant ausgeführt ist.
Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zündeinrichtung redundant ausgeführt ist.
Zündsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündsystem eine zentrale Steuereinheit aufweist.
Zündsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit wenigstens zwei Umweltsensoren verbunden ist.
Zündsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit einer Sicherheitslogik verbunden ist, die ihrerseits mit der Zündfreigabe und Umweltsensoren verbunden ist, und je nach Art ihrer Eingangsgrößen die Zündung sperrt oder freigibt.
Zündsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit programmierbar ist.
Zündsystem nach wenigstens einem der Anspruche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitslogik eine Zeitschaltung aufweist, welche in Abhängigkeit von Eingangssignalen innerhalb eines Zeitfensters oder zu einem definierten Zeitpunkt weitere Funktionen steuert.
Zündsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte System in einem kompakten Gehäuse angeordnet ist, welches in ein Mundloch des Wirksystems einschiebbar ist, wobei selbsttätig die notwendigen elektrischen Anschlüsse zu weiteren Funktionselementen des Wirksystems verbindbar sind.