DE3123380C1 - Geformte explosive Ladung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine geformte Ladung mit einem Zündsystem, einer explosiven Hauptladung, die eine metallische Auskleidung zum Ausstoßen in Form eines Durchdringungsstrahls umgibt. DOLLAR A Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zündsystem und der explosiven Hauptladung ein Detonationswellengenerator angebracht ist, der wenigstens in dem Teil der an die Auskleidung angrenzenden Hauptladung eine nahezu zur Oberfläche der Auskleidung parallele Detonationswelle erzeugt. DOLLAR A Im Falle einer Hohlladung mit einem Öffnungswinkel von etwa 60 DEG zündet ein Zündsystem 3 eine Explosivstoffschicht 11, die eine Metallplatte 10 mit einem Abhebewinkel von etwa 9 DEG um einen kreisförmigen Schirm 9 herum gegen eine Metallplatte 10a hebt. Auf diese Weise wird eine konische Welle in der Hauptladung 12 erzeugt, die parallel zur Auskleidung 1 verläuft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine geformte explosive La­ dung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 4, 5 und 6.

Eine Ladung dieser Gattung ist aus der DE-OS 19 48 058 be­ kannt.

Zur Verbesserung der Eigenschaften von geformten Ladun­ gen, die allgemein eine Vorrichtung zum Zünden einer explo­ siven Ladung enthalten, die eine in Form eines Durchdrin­ gungsstrahls auszustoßende metallische Auskleidung umgibt, ist theoretisch bekannt, daß die Detonationswelle der explo­ siven Ladung zum Aufprall auf die auszustoßende Auskleidung gebracht werden muß. Mit anderen Worten heißt dies, daß die die explosive Ladung durchlaufende Detonationswelle auf die Auskleidung in ihrer gesamten Länge, d. h. im häufigsten Fall einer konischen Auskleidung vom Scheitelpunkt zur Basis, un­ ter einem konstanten Winkel einwirken soll.

Die Verbesserungen der Eigenschaften erscheinen noch deut­ licher, wenn der Aufprall der Detonationswelle auf die Aus­ kleidung vergrößert wird, d. h. wenn der Winkel i zwischen der Detonationswellenfront und der Auskleidung unter Umstän­ den bis zu seiner Annullierung verkleinert wird.

Es ist bekannt, daß zur Erreichung dieses Ziels beispiels­ weise Schutzschirme in den geformten Ladungen theoretisch ermöglichen, den Einfallswinkel der Detonationswelle zu beein­ flussen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, hat die Detonationswelle 4 bei einer Hohlladung mit einer konischen Auskleidung 1 und einer Explosionsladung 2 mit gewöhnlichem, zentral zur Achse der Ladung angebrachten Zünder 3 eine Form, bei der der zuvor genannte Winkel i zwischen der Wellenfront und der Auskleidung in der Nähe von 90° liegt (Fig. 1a). In Fig. 1b ist eine ideale Ladung mit einem mit einem Schirm 5 versehenen Zünder dargestellt, wobei auch die aufeinanderfolgenden Formen der Detonationswelle 4 angegeben sind. Diese Ausbildung ent­ spricht im wesentlichen dem Stand der Technik nach der ein­ gangs genannten DE-OS 19 48 058. Die Detonationswelle bil­ det einen Winkel von 0° bis 90° - α, wenn α der halbe Schei­ telwinkel der Auskleidung ist. Wenn der Abstand H zwischen dem Trägheitsschirm und dem Scheitelpunkt der Auskleidung groß ist (Fig. 1c), kann dieser Winkel in der Praxis nicht verkleinert werden, und er nimmt im wesentlichen einen kon­ stanten Wert von etwa 90° - α an. Die Anwendung von Schutz­ schirmen dient daher im allgemeinen nur dazu, eine gute Rota­ tionssymmetrie der Detonationswelle zu gewährleisten, er ge­ stattet jedoch keine Verkleinerung des Winkels i zwischen der Detonationswellenfront und der Auskleidung mit dem Ziel, La­ dungen mit synchronem Angriff (Winkel i ist Null) oder quasi­ synchronem Angriff (kleiner Winkel i) zu erhalten.

Es ist auch eine Explosionsladung bekannt (Fig. 1d), die nacheinander ringförmige, koaxiale, aneinander angrenzende Schichten 2a, 2b, 2c enthalten, die mit der Entfernung von der Achse immer stärker mit schwerem, leistungsfähigen Explosivstoff angereichert sind. Auf diese Weise breitet sich die Detonationswelle in den Randschichten schneller aus, wobei die Geschwindigkeit von der Achse zum Rand in Abhängigkeit vom größten Gehalt an leistungsfähigem Explo­ sivstoff zunimmt.

Bei einer Ladung mit Ringschichten gibt es Nachteile in zweifacher Hinsicht:

• - Vom Energiestandpunkt aus führt die Verwendung von wenig leistungsfähigen Explosivstoffen in den mittleren Teilen der Ladung zu einer Verringerung der Wirksamkeit.
• - Vom Standpunkt der Realisierung aus ist es nicht möglich, beliebige Werte für den Winkel i zu gewährleisten. Dieser Winkel hängt nämlich von der Detonationsgeschwindigkeit von zwei aneinander angrenzenden Explosivstoffen ab. Wenn in der Praxis der schnellste auf dem Markt erhältliche Explosivstoff verwendet wird, der mit 8750 m/s detoniert, und wenn der langsamste noch reproduzierbare Explosiv­ stoff verwendet wird, der mit etwa 5000 m/s detoniert, kann kein Neigungswinkel der Detonationswelle bezüglich der Achse unter 35° erhalten werden. Wenn α der halbe Scheitel­ winkel des Auskleidungskegels der Hohlladung ist, kann der Winkel i zwischen der Detonationswelle und der Auskleidung nicht kleiner als 35° - α sein. In der Praxis ist nicht einmal dieser Wert realisierbar, wenn die minderwertigen ballistischen Eigenschaften eines mit 5000 m/s detonieren­ den Explosivstoffs berücksichtigt werden.

Es ist übrigens bekannt, Wellengeneratoren, beispielsweise Generatoren für ebene Wellen, zu verwenden, um durch Verlang­ samung die Konfiguration einer mittels eines Zündsystems er­ zeugten Detonationswelle zu modifizieren. Bei der Erzeugung einer ebenen Welle am Ausgang einer zylindrischen Kartusche entsteht beim punktförmigen Zünden der Kartusche an der Achse bekanntlich zunächst eine divergierende sphärische Welle; bei Verwendung einer genügend langen Kartusche (4 bis 5 mal länger als der Durchmesser) wird eine ebene und permanente Welle erhalten. Wenn eine ebene Welle erzwungen werden soll, muß sie vom Rand der Kartusche bis zu ihrer Achse zunehmend ver­ langsamt werden, indem mit großer Sorgfalt eine Zone mit nie­ driger Wellenausbreitungsgeschwindigkeit eingefügt wird.

Es gibt mehrere Möglichkeiten zum Verzögern der Welle. Es kann ein Medium mit niedriger Wellenausbreitungsgeschwindig­ keit (ein langsames explosives Medium oder ein inertes Medium) eingefügt werden; es kann auch ein Projektil vorwärtsgeschleu­ dert werden, wobei die Tatsache vorteilhaft ausgenutzt wird, daß die Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeiten im allgemeinen niedrig gegenüber den Detonationsgeschwindigkeiten sind. Im zuerst genannten Fall, d. h. bei Detonationswellengeneratoren mit Zwischenmedium, sind doppelexplosive Generatoren die äl­ testen eingesetzten Generatoren, deren Hauptnachteil, nämlich ihr großer Platzbedarf, dazu geführt hat, daß sie von Genera­ toren mit inertem Zwischenmedium ersetzt worden sind. Vom energetischen Standpunkt aus bestehen jedoch große Einschrän­ kungen, und das Zünden des auf das Zwischenmedium folgenden Hauptexplosivstoffs ist häufig schwierig.

Bei den bekannten Detonationswellengeneratoren mit vorwärts­ geschleudertem Projektil wird zwischen Generatoren mit abge­ hobener Platte und Generatoren mit vorwärtsgeschleuderter Scheibe unterschieden. Beim zuerst genannten Typ ist eine Metallkuppel durch eine dünne Explosivstoffschicht abgehoben und prallt auf den zu zündenden Explosivstoff auf; wegen der Konstanz der Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Platte kön­ nen Wellen mit großer Präzision erhalten werden, und es erge­ ben sich ein geringer Platzbedarf und gute energetische Eigenschaften, jedoch auf Kosten einer empfindlichen Ein­ stellung. Im zweiten Fall stößt eine explosive Schicht fron­ tal auf eine Scheibe. Diese zuletzt genannten Generatoren sind äußerst interessant, da sie einfach aufgebaut sind, wenig Platz beanspruchen, leicht zu bauen sind, sehr energie­ reich sind und sich relativ äquiimpulsartig verhalten, wobei eine sehr gut annehmbare Genauigkeit von 100 ns über 90% eines Durchmessers von etwa 140 mm erhalten wird. Sie weisen jedoch zwei Hauptnachteile auf. Zunächst hat die Verformung der vor­ wärtsgeschleuderten Scheibe Grenzen, und nach einer zu langen Flugzeit bricht die Scheibe durch, was das Zünden von Wellen mit kleiner Krümmung und großem Durchmesser oder das Zünden von Wellen mit großer Krümmung ausschließt. Im Gegensatz zu den zuvor genannten Generatoren wird die Welle schließlich nicht augenblicklich im Explosivstoff gebildet, da dieser dank seiner hohen Detonationsgeschwindigkeit an der Bildung betei­ ligt ist; daraus ergibt sich, daß sehr nahe des Randes eine nicht erzwungene, sphärische, divergierende Welle entsteht. Die Entstehung dieser Welle verbietet die Bildung von Wellen mit starken Krümmungen, beispielsweise von sehr geschlossenen konischen Wellen, und außerdem ergibt sich daraus ein irre­ versibler Fehler am Rand.

Es gibt natürlich auch andere bekannte Mittel zur Bildung einer Detonationswelle. Beispielsweise kann das Verfahren ge­ nannt werden, bei dem die Detonation an einer großen Anzahl von Punkten auf einer Fläche parallel zur Fläche der angestreb­ ten Welle ausgelöst wird, wobei das gleichzeitige Zünden dieser Punkte auf verschiedene Arten realisiert werden kann, bei­ spielsweise durch Zünder, die mittels eines besonderen Zünd­ kastens gezündet werden, oder mittels eines Zünders, der Zünd­ schnüre auslöst. Die Genauigkeit solcher Generatoren ist natür­ lich nur mittelmäßig. Es können auch asymmetrische Generatoren mit Doppelexplosivstoff oder mit angehobener Platte verwen­ det werden; diese zuletzt genannten Generatoren werden natür­ lich dann verwendet, wenn die Ladung nicht an der Achse ge­ zündet werden kann.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die geschilderten Generatoren zwar theoretisch die Erzeugung jeder beliebigen Wellenform ermöglichen, ihre Anwendung jedoch aus technolo­ gischen oder räumlichen Gründen begrenzt ist, was insbeson­ dere hinsichtlich der Bildung und der Stabilisierung von Wellen mit starker Krümmung gilt, die bei der Verwirklichung von Generatoren für konische Wellen anwendbar sind, die sich für geformte Ladungen, insbesondere für Hohlladungen eignen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer geform­ ten Ladung eine Leistungssteigerung dadurch zu erzielen, daß die Detonationswellen etwa senkrecht auf der Auskleidung auf­ treffen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Ladung erfin­ dungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentan­ sprüche 1, 4, 5 oder 6 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen geformten Ladung ist der Detona­ tionswellengenerator sorgfältig angepaßt und ausgewählt, so daß er unabhängig von der explosiven Hauptladung und dem Zündsystem in dem Explosivstoff der Ladung eine Detonations­ welle erzeugt, deren Winkel i mit der metallischen Ausklei­ dung der geformten Ladung über die gesamte Länge der Aus­ kleidung konstant und so klein wie möglich (Ladung mit quasi­ synchronem Angriff) oder Null (Ladung mit synchronem Angriff) ist.

In verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen geformten Ladungen ist der Detonationswellengenerator ein Generator mit inertem oder aktivem Zwischenraum, oder ein Generator mit abgehobener Platte, oder ein Generator mit vorwärtsgeschleuderter Scheibe.

Vorzugsweise ist bei Ladungen nach der im Patentanspruch 6 angegebenen Ausführungsform die konische, metallische Aus­ kleidung dünn, und sie weist eine von der Basis zum Scheitel­ punkt abnehmende Dicke auf.

Die nach der Erfindung ausgebildeten geformten Ladungen wei­ sen eine gesteigerte Vorstoßgeschwindigkeit der Auskleidung auf, und alle Teile der Auskleidung, insbesondere die Basis des Kegels, nehmen an der Bildung des Durchdringungsstrahls teil.

Einzelheiten mehrerer Ausführungsformen der Erfindung gehen aus der anschließenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung hervor. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung bekannter Hohlladun­ gen, in denen die Detonationswelle auf die Ausklei­ dung auftrifft,

Fig. 2 eine ebene Ladung nach der Erfindung mit einem Deto­ nationswellengenerator mit vorgeschleuderter Scheibe (Beispiel 1),

Fig. 3 eine Hohlladung mit einem Detonationswellengenerator mit abgehobener konischer Platte (Beispiel 2),

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Hohlladung mit einem Detonationswellengenerator mit zylindrischer abgehobener Platte (Beispiel 3) und

Fig. 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hohlla­ dung, bei der der Angriff der Detonationswelle an der Auskleidung unter einem konstanten, jedoch von Null verschiedenen Winkel erfolgt (quasisynchroner Angriff; Beispiel 4).

Beispiel 1

In Fig. 2 ist eine ebene Ladung dargestellt, die eine aus Kupfer bestehende metallische Auskleidung 1 mit einer Dicke von etwa 5 mm aufweist, die eine erweiterte Kegelform mit einem Öffnungswinkel 2α von etwa 140° hat. Eine Zündvor­ richtung 3 zündet eine kreisförmige Explosivstoffschicht 6, die eine Stahlscheibe 7 gegen die Hauptexplosionsladung 2 schleudert. Die Scheibe, deren Durchmesser ein wenig kleiner als der der Ladung ist, ist von der Hauptexplosionsladung durch einen Hohlraum 8 getrennt. Es ist zu erkennen, daß die Geschwindigkeit, mit der die Scheibe vorwärtsgeschleudert wird, kleiner als die Detonationsgeschwindigkeit ist und daß in der Hauptexplosionsladung 2 eine Welle 4 gebildet werden kann, die parallel zur Oberfläche der Auskleidung 1 verläuft. Die nicht angepaßte Randzone 4a ist reduziert und erfordert, daß die Auskleidung an ihrer Basis 1a geringfügig abgeschnit­ ten ist.

Es konnte festgestellt werden, daß mit einem kleinen Verhält­ nis der vorwärtsgeschleuderten Masse (der Auskleidung) zur schleudernden Masse (Hauptexplosionsladung) die Ladung sehr energiereich ist. Außerdem gewährleistet der ebene Detona­ tionswellengenerator eine große Regelmäßigkeit der Welle in der Größenordnung von 100 ns auf einem Durchmesser von 120 mm.

Beispiel 2

In Fig. 3 ist eine Hohlladung mit konischer Auskleidung 1 dar­ gestellt, deren Öffnungswinkel etwa 60° (α = 30°) beträgt. Die Zündvorrichtung 3, mit der diese Ladung ausgestattet ist, besteht aus einer Hexogenpille, die eine dünne Explosivstoff­ schicht 11 zündet, die ihrerseits eine Metallplatte 10 gegen eine Metallplatte 10a abhebt; zwischen den Metallplatten besteht ein Abhebewinkel von etwa 9° um einen kreisförmigen Schutz­ schirm 9. Die Metallplatten 10 und 10a sind konisch, wobei die Metallplatte 10a im wesentlichen parallel zur Ausklei­ dung 1 verläuft. Auf diese Weise wird in der Hauptexplosions­ ladung 2 eine konische Welle erzeugt, die mit der Ausklei­ dung den Winkel 0° bildet, da sie parallel zu dieser verläuft. Die nicht angeglichene Zone 4a am Rand führt zu einem Ab­ schneiden der Auskleidung in dieser Zone.

Das Prinzip der Detonationswellenerzeugung mit abgehobener Platte ermöglicht es, die Wellen mit großer Genauigkeit zu erzeugen, da die Geschwindigkeit, mit der die abgehobene Platte vorwärtsgeschleudert wird, konstant ist, wobei Werte bis unter 50 ns mittels einer guten Einstellung erreicht werden können. Außerdem benötigen diese Detonationswellen­ generatoren wenig Platz, sind ziemlich energiereich und haben ein äquiimpulsartiges Verhalten.

Beispiel 3

In Fig. 4 ist eine Hohlladung dargestellt, die mit der im Beispiel 2 beschriebenen Hohlladung vergleichbar ist, was die Auskleidung (mit einem Öffnungswinkel 2α von etwa 60°) anbe­ langt, wobei sie jedoch mit einem Detonationswellengenerator mit zylindrischer abgehobener Platte ausgestattet ist. Die Zündvorrichtung ist ein zylindrischer Zündblock 3, 3a, der eine zylindrische Explosionsladung 13 zündet, die um einen kreisförmigen Schutzschirm 14 angeordnet ist. Diese ring­ förmige Explosionsschicht 13 bewegt eine metallische, zylin­ drische Platte 16, die beispielsweise aus einer leichten Legierung besteht, durch einen Hohlraum 15 hindurch, bis sie in der Hauptexplosionsladung 2 eine parallel zur konischen Auskleidung 1 verlaufende Detonationswelle auslöst. Der Zylin­ der aus der leichten Legierung ist somit um den Winkel α abge­ hoben.

Beispiel 4

Die drei zuvor beschriebenen Beispiele zeigen konische Detonationswellengeneratoren, die einen Konus mit dem gleichen Winkel wie der metallische Konus der Ladung zün­ den. Auf diese Weise wird eine frontale und gleichzeitige Einwirkung auf die Hauptexplosionsladung der Ladung erhal­ ten, was dem Prinzip der Ladung mit synchronem Angriff der Auskleidung entspricht.

Eine Ladung, deren Winkel i, d. h. der Winkel der Detonations­ front zur Auskleidung klein, jedoch von Null verschieden ist (beispielsweise zwischen 0 und 30° liegt), kann wesentlich einfacher realisiert werden; es handelt sich dabei um Ladun­ gen mit quasisynchronem Angriff. Die bekannte biexplosive Ladung (Fig. 1d) ist ein Versuch einer solchen Ausführungs­ form.

In Fig. 5 ist eine Hohlladung dargestellt, bei der der Win­ kel i auf etwa 25° festgelegt worden ist. Die Ladung ist mit einem Detonationswellengenerator mit abgehobener Platte aus­ gestattet, der dem Generator des Beispiels 2 gleicht. Das Zünden erfolgt mittels eines Preßblocks 3 gegen eine Explosiv­ stoffschicht 11, die eine konische Platte 10 aus einer leich­ ten Legierung gegen eine weitere Legierungsplatte 10a um einen Schutzschirm 9 herum bewegt. Auf diese Weise wird in der Hauptexplosionsladung 2 eine konische Detonationswelle erzeugt, die sich mit einem konstanten Winkel von etwa 25° bezüglich der Auskleidung vorwärtsbewegt.

Ladungen dieses Typs haben den Vorteil einer relativ einfachen Konstruktion, und sie ermöglichen überdies die Erzielung eines Winkels i zwischen der Detonationsfront und der Auskleidung von unter 30°, also eines Winkels, der reichlich unterhalb des mit einer herkömmlichen Ringzündung erhaltenen Winkels liegt. Im Gegensatz zu bekannten biexplosiven Ladungen kann jeder beliebige Winkel i mit einer weit überlegenen energetischen Leistungsfähigkeit erhalten werden.

Claims (7)

1. Geformte Ladung mit einem Zündsystem, einer explosiven Hauptladung, die eine konische metallische Auskleidung zum Ausstoßen in Form eines Durchdringungsstrahls umgibt, und einer zwischen Zündsystem und der explosiven Hauptladung angeordneten Detonationswellen-Lenkeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Auskleidung (1) einen Öff­ nungswinkel von wenigstens 120° hat, daß eine Metallscheibe (7) mit einer axial gezündeten Explosionsscheibe (6) und von gleichem Durchmesser wie der Durchmesser an der Basis der Auskleidung (1) senkrecht zur Achse der Auskleidung (1) an­ gebracht ist und mit ihrem Umfang auf der Hauptladung (2) aufliegt, und daß diese Hauptladung (2) vom Umfang zur Achse hin zunehmend von der Metallscheibe (7) fort ausgehöhlt ist.

2. Geformte Ladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auskleidung (1) an ihrem Außenumfang eine Ab­ flachung (1a) aufweist.

3. Geformte Ladung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der durch die Aushöhlung gebildete Hohlraum (8) der Hauptladung (2) mit einem leichten und hochkompres­ siblen Material wie Schaum oder eine Bienenwabenstruktur ausgefüllt ist.

4. Geformte Ladung mit einem Zündsystem, einer explosiven Hauptladung, die eine konische metallische Auskleidung zum Ausstoßen in Form eines Durchdringungsstrahls umgibt, und einer zwischen Zündsystem und der explosiven Hauptladung angeordneten Detonationswellen-Lenkeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine konisch geformte metallische Platte (10) mit der Auskleidung (1) einen konstanten Winkel bildet, der gleich der Differenz zwischen dem gewünschten Winkel, den die Detonationswelle mit der Auskleidung (1) bilden soll, und dem Neigungswinkel dieser metallischen Platte (10) gegen die Hauptladung (2) ist.

5. Geformte Ladung mit einem Zündsystem, einer explosiven Hauptladung, die eine konische metallische Auskleidung zum Ausstoßen in Form eines Durchdringungsstrahls umgibt, und einer zwischen Zündsystem und der explosiven Hauptladung angeordneten Detonationswellen-Lenkeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Auskleidung (1) einen Öff­ nungswinkel von etwa 60° hat und daß eine konische metalli­ sche Platte (10) einen kleinen konstanten Neigungswinkel bezüglich der Auskleidung (1) bildet.

6. Geformte Ladung mit einem Zündsystem, einer explosiven Hauptladung, die eine konische metallische Auskleidung zum Ausstoßen in Form eines Durchdringungsstrahls umgibt, und einer zwischen Zündsystem und der explosiven Hauptladung angeordneten Detonationswellen-Lenkeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (1) einen Öffnungswinkel von weniger als 60° hat und daß eine zylindrische metalli­ sche Platte (16) von einer zylindrischen, koaxialen, mittels eines Ringzünders aufgelösten Explosionsschicht (13) umgeben und um einen konstanten Abhebewinkel abgehoben ist, der gleich dem halben Öffnungswinkel der Auskleidung (1) ist.

7. Geformte Ladung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auskleidung (1) an ihrem Außenumfang abgeflacht ist.