DE3540021A1 - Mehrteilige hohlladungsauskleidung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Auskleidungsteilen von Hohlladungen gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1 sowie ein Geschoß oder einen Gefechtskopf für dieses Verfahren gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruches 2.

Die Eigenschaften von Hohlladungen werden hauptsächlich durch die Geometrie des Ladungshohlraumes und seiner Auskleidung sowie durch die Materialeigenschaften der Auskleidung bestimmt. Abgesehen von Sonderformen wie schneidenden oder projektilbildenden Hohlladungen wer­ den vorrangig stachelbildende, bohrende Hohlladungen mit größtmöglicher Durchschlagskraft hergestellt. Im Hinblick auf eine maximale Eindringtiefe ist es erfor­ derlich, die Masse- und Geschwindigkeitsverteilung in­ nerhalb des Stachels über den Aufbau der Ladungsaus­ kleidung gezielt zu beeinflussen. Einfache Auskleidun­ gen, welche nur aus einem bestimmten Werkstoff beste­ hen, sind dafür nur schlecht geeignet. Aus diesem Grun­ de geht man mehr und mehr dazu über, Auskleidungen aus mehreren Schichten unterschiedlicher Werkstoffe zusam­ menzusetzen, um deren unterschiedliche Eigenschaften in den jeweiligen Stachelbereichen gezielt zu nutzen. Da­ bei kommen hauptsächlich metallische Werkstoffe mit ho­ hem Fließvermögen (Duktilität) zur Anwendung, welche hinsichtlich ihrer Dichte und ggf. hinsichtlich ihrer materialspezifischen Schallgeschwindigkeit entsprechend ausgewählt werden. Die einzelnen Teile einer Ausklei­ dung werden getrennt hergestellt und üblicherweise be­ reits vor dem Einsetzen in ein Geschoß oder einen Ge­ fechtskopf zusammengefügt, beispielsweise durch Form­ schluß, Löten oder Kleben. Danach sind solche Ladungen oft jahrelang Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeits-, Druck- und Temperaturschwankungen ausgesetzt. Insbeson­ dere da die gefügten Werkstoffschichten häufig sehr un­ terschiedliche Wärmeausdehnungszahlen aufweisen, kommt es zu Wärmespannungen, Verzug, zu örtlichem Lösen der Löt- oder Klebeverbindungen. Abgesehen von den bereits durch Fertigungstoleranzen vorhandenen Spalten entste­ hen dadurch noch weitere Hohlräume zwischen den Aus­ kleidungsschichten. Derartige Fehlstellen im Ausklei­ dungsgefüge wirken sich stark leistungsmindernd auf die Ladung aus, weil sie die Stachelenergie verringern und die Stachelbildung stören.

Abgesehen von Löten oder Kleben gibt es auch die Mög­ lichkeit, unterschiedliche Metalle, wie Stahl, Kupfer, Aluminium, Titan etc., durch Explosionsschweißen zu verbinden. In der DE-OS 32 37 817 wird diese Fügetech­ nik am Beispiel des Verbindens von Rohrflanschen unter Wasser beschrieben. Für den vorliegenden Fall der Aus­ kleidungsherstellung erscheint diese Technik nicht be­ sonders geeignet, da die großen Fügeflächen der Aus­ kleidungsteile zum Verschweißen extrem hohe Explosions­ drücke erfordern würden, welche - abgesehen von Ihrer Unwirtschaftlichkeit - zu Kaltverfestigung und damit geringerer Duktilität, zu Wandstärkenänderungen und sonstigen, bleibenden Verformungen führen würden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Füge­ verfahren anzugeben, welches mit einem geringen tech­ nischen und energetischen Aufwand im Zeitpunkt des Ab­ feuerns der Ladung einen spaltfreien Verbund der Aus­ kleidungsteile sicherstellt, sowie ein Geschoß oder einen Gefechtskopf zu schaffen, welches bzw. welcher zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch 1 sowie im Nebenanspruch 2 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren benutzt zwar - wie das Explosionsschweißen den Detonationsdruck einer Spreng­ ladung, dieser hat jedoch nur die Aufgabe, die Ausklei­ dungsteile zusammenprallen zu lassen und kurzzeitig spaltfrei gegeneinanderzudrücken, was gegenüber dem Schweißen mit wesentlich geringeren Druckwerten und mit einer relativ kleinen, wirtschaftlichen Zusatzladung möglich ist. Da der Fügevorgang erst beim Auftreffen des Geschosses oder Gefechtskopfes auf das Ziel er­ folgt, müssen die Auskleidungsteile nicht schon im vor­ aus fest verbunden werden, sie sind mit gegenseitigem Abstand im Geschoß oder Gefechtskopf angeordnet und können sich unabhängig voneinander an wechselnde Umge­ bungsbedingungen anpassen. Daß die Detonationsgase der Zusatzladung indirekt über ein mechanisches Zwischen­ glied auf ein Auskleidungsteil einwirken, schützt die Auskleidung vor den Wirkungen dieser heißen Gase und erleichtert die Stachelbildung bei relativ niedrigem Gegendruck im Inneren des Zwischengliedes. Im Hinblick auf bestmögliche Leistungsübertragung ist es erforder­ lich, das der Hohlladung nächstliegende Teil der Aus­ kleidung spaltfrei und fest mit der Sprengmittelfüllung zu verbinden. Dieses Teil behält seine Position während des Fügevorganges bei. Die Hauptladung wird - nach der Zusatzladung bereits gezündet, bevor die Auskleidungs­ teile aufeinanderprallen. Dadurch ist die Hauptladung beim Aufprall bis nahe an die Auskleidung durchgezündet und hat einen ausreichend hohen Gegendruck aufgebaut, um ein Abplatzen der Sprengmittelfüllung von der Aus­ kleidungsrückseite zu verhindern.

Die im Geschoß oder Gefechtskopf verschiebbaren Teile müssen einerseits so fest eingepaßt sein, daß sie beim Abschuß nicht verrücken, andererseits muß die Passung aber so sein, daß ein Verschieben durch die Gaskräfte der Zusatzladung möglich ist. Die beim Zusammenschieben zwischen den Auskleidungsteilen verdrängte Luft kann durch Gasdurchtrittsöffnungen in dem verschiebbaren Teil bzw. in den verschiebbaren Teilen in das Innere des Trägers entweichen. Der Freiraum im Träger ist auch groß genug, um die Stachelbildung nicht zu storen.

Die Unteransprüche 3 bis 7 enthalten bevorzugte Ausge­ staltungen des Geschosses oder Gefechtskopfes nach An­ spruch 2.

Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist es möglich, die Zusatzladung als Vor-Hohlladung auszuführen, welche die Hauptladung wirkungsmäßig unterstützt und deren Auskleidungsteile zusammenfügt.

Die Verwendung von kunststoffgebundenem Sprengstoff verhindert das Entstehen von leistungsmindernden Spal­ ten, Lunkern oder Bruchstellen.

In vielen Fällen genügt eine zweiteilige Ausführung der Auskleidung als sog. Bimetall-Auskleidung, und zwar in Form von ineinanderpassenden Kreiskegeln.

Die Verwendung eines Piezo-Generators für die Initiie­ rung ermöglicht es, die Trägheitskraft eines Ausklei­ dungsteiles direkt für die Erzeugung des Zündstromes zu nutzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläu­ tert. Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Mittellängsschnitt durch einen Tandem-Gefechts­ kopf.

Die vorliegende Erfindung eignet sich sowohl für Ge­ schosse, welche aus Rohrwaffen größeren Kalibers abge­ feuert werden, wie z.B. Geschosse für schwere Panzer­ fäuste, Panzerkanonen, Mörser oder Artilleriegeschütze, als auch für Gefechtsköpfe von Raketen, sonstigen Flug­ körpern oder Torpedos. Die gegenüber konventionellen Hohlladungen funktionsbedingte, größere Baulänge dürfte bei Gefechtsköpfen weniger von Einfluß sein und läßt eher eine diesbezügliche Verwendung erwarten als für Geschosse, weshalb auch ein Gefechtskopf als Ausfüh­ rungsbeispiel gewählt wurde. Der dargestellte Gefechts­ kopf 1 besteht aus einem zylindrischen, dünnwandigen Gehäuse 2 mit strömungsgünstiger Spitzenkontur, in wel­ chem alle Funktionselemente untergebracht sind. Es han­ delt sich um einen sog. Tandem-Gefechtskopf, dessen Be­ zeichnung daher kommt, daß zwei getrennte, sich wir­ kungsmäßig ergänzende Ladungen eingebaut sind, und zwar eine Hauptladung 3 und eine Zusatzladung 4. Im vorlie­ genden Fall sind beide Ladungen als Hohlladungen ausge­ führt, wobei die kleinere Vor-Hohlladung beispielsweise dazu dient, die äußere Schicht einer mehrschichtigen Panzerung zu durchbrechen, damit die größere Hauptla­ dung 3 mit erhöhter Sicherheit den meist dickwandigen Kernpanzer durchschlagen kann. Der Zündmechanismus für die Vor-Hohlladung ist in der Gefechtskopfspitze unter­ gebracht und im vorliegenden Beispiel nicht darge­ stellt. Die Auskleidung der Vor-Hohlladung ist konven­ tionell ausgeführt, die erfindunsgemäße Fügetechnik ist nur bei Ladungen sinnvoll, welche maximale Durch­ schlagsleistungen erbringen müssen wie z.B. die Haupt­ ladung 3. Die Zusatzladung 4 besitzt auf der dem Aus­ kleidungskegel gegenüberliegenden, hinteren Seite einen Deckel, durch welchen ein Teil der Detonationsschwaden rückwärts austreten kann. Diese Gasdurchlässigkeit ist schematisch durch zwei Bohrungen im Deckel dargestellt. Im allgemeinen werden diese Ausblasöffnungen nicht be­ nötigt, da bei Detonation der Vor-Hohlladung genügend Reaktionsgase zur Erzeugung hoher Drücke in ihrer Umge­ bung entstehen. Der Druck der rückwärtig aus der Zu­ satzladung 4 austretenden Detonationsschwaden wirkt auf den Boden 9 des Trägers 8 und beschleunigt diesen kata­ pultartig in Richtung der Hauptladung 3. Die weitgehend gasdichte Anordnung des Mantels 10 im Gehäuse 2 verhin­ dert ein Durchschlagen der aggressiven Detonatinsschwa­ den sowie des hohen Detonationsdruckes auf die Rücksei­ te des Trägers 8. Dort ist das Teil 6 der Auskleidung der Hauptladung 3 fest mit dem Mantel 10 des Trägers 8 verbunden und bewegt sich mit diesem auf die Hauptla­ dung 3 zu. Mit der Sprengmittelfüllung der Hauptladung 3 fest verbunden ist das trichterförmige Teil 5, in welches das Teil 6 exakt hineinpaßt. Das zwischen den Teilen 5 und 6 komprimierte Gas, beispielsweise Luft, kann durch die Gasdurchtrittsöffnung 7 in den Freiraum 11 im Inneren des Trägers 8 entweichen. Diese, aufgrund der hohen Geschwindigkeit praktisch adiabate Kompres­ sion führt zu einem erheblichen Temperaturanstieg in den benachbarten Bauteilen und erhöht in vorteilhafter Weise die Duktilität der aus Aluminium bzw. aus Kupfer oder Tantal gefertigten Teile 5 und 6 der Auskleidung. Noch ehe das Teil 6 auf das Teil 5 trifft, berührt es den ringförmigen Piezo-Generator 12, welcher infolge Kompression einen elektrischen Strom erzeugt, mit wel­ chem die Hauptladung 3 gezündet wird. Dadurch ist die Hauptladung 3 bereits fast vollständig durchdetoniert, bis die beiden Auskleidungskegel zusammenprallen. Der nach wie vor auf den Boden 9 des Trägers 8 wirkende Gasdruck preßt die Teile 5 und 6 nach dem Zusammenprall spaltfrei und fest ineinander, bis die Detonations­ fronten in der Sprengmittelfüllung die eben erst zusam­ mengefügte Bimetall-Auskleidung zu einem Stachel höchster Durchschlagskraft umformen. Die Stachelbildung erfolgt im entsprechend bemessenen Freiraum 11 des Trägers 8, der Stachel durchschlägt den Boden 9 des Trägers 8 und eventuell vorhandene Reste der Zusatz­ ladung 4, um dann mit hoher Energie in das Zielobjekt einzudringen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Fügen von mindestens zwei, aus un­ terschiedlichen Werkstoffen bestehenden Teilen der Aus­ kleidung einer als Hohlladung ausgeführten Hauptladung eines Geschosses oder Gefechtskopfes, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Teile (5, 6) der Aus­ kleidung vor dem Fügen innerhalb des Geschosses oder Gefechtskopfes (1) in gegenseitigem Abstand angeordnet sind, daß ein Teil (6) der Auskleidung durch den Deto­ nationsdruck einer Zusatzladung (4) geradlinig, mit hoher Geschwindigkeit in Richtung auf das bzw. die übrigen Teile (5) der Auskleidung bewegt wird, daß der Fügevorgang durch den Detonationsdruck und durch Um­ setzung der kinetischen Energie beim Zusammenprall der Teile (5, 6) erfolgt, daß der Fügevorgang erst unmittel­ bar vor dem bzw. während des Auftreffens des Geschosses oder Gefechtskopfes (1) auf das Zielobjekt durchgeführt wird, daß der Detonationsdruck der Zusatzladung (4) über ein weitgehend gasdichtes, verschiebbares Zwi­ schenglied (Träger 8) indirekt auf ein Teil (6) der Auskleidung einwirkt, daß ein Teil (5) der Auskleidung auch während des Fügevorganges relativ zum Geschoß oder Gefechtskopf (1) in unveränderter Position bleibt, daß die Zusatzladung (4) vor der Hauptladung (3) gezündet wird, und daß die Zündung der Hauptladung (3) durch das Unterschreiten eines festgelegten Abstandes zwischen Teilen der Auskleidung (5, 6) erfolgt.

2. Geschoß oder Gefechtskopf für das Verfahren nach Anspruch 1, mit einem zumindest teilweise zylindrischen Gehäuse, mit einer fest im Gehäuse angeordneten Haupt­ ladung in Form einer Hohlladung, mit einer mehrteili­ gen, rotationssymmetrischen Auskleidung für die Hohlla­ dung sowie mit einer in Flugrichtung vor der Hauptla­ dung angeordneten Zusatzladung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Teil (5) der Aus­ kleidung fest mit der Hauptladung (3) verbunden ist, daß mindestens ein weiteres Teil (6) der Auskleidung axial verschiebbar zwischen Haupt- und Zusatzladung (3 und 4) angeordnet ist, daß das verschiebbare Teil (6) bzw. die verschiebbaren Teile mit einer oder mehreren Gasdurchtrittsöffnungen (7) versehen sind, daß das ver­ schiebbare Teil (6) bzw. das vorderste der verschiebba­ ren Teile auf der der Zusatzladung (4) zugewandten Sei­ te fest mit einem Träger (8) verbunden ist, daß der Träger (8) aus einem gasdichten, druckfesten Boden (9) und einem zylindrischen Mantel (10) besteht, daß der Träger (8) im Bereich des Mantels (10) weitgehend gas­ dicht aber axial verschiebbar in das Gehäuse (2) des Geschosses oder Gefechtskopfes (1) eingepaßt ist und daß der Träger (6) im Inneren einen für die Stachelbil­ dung ausreichenden Freiraum (11) aufweist.

3. Geschoß oder Gefechtskopf nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß als Zusatz­ ladung im Bereich des druckfesten Bodens (9) des Trä­ gers (8) eine Sprengstoffolie angeordnet ist.

4. Geschoß oder Gefechtskopf nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß als Zusatz­ ladung (4) eine die Hauptladung (3) unterstützende Vor-Hohlladung angeordnet ist (Tandem-Gefechtskopf).

5. Geschoß oder Gefechtskopf nach einem der Ansprü­ che 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptladung (3) aus kunststoffgebundenem, elastischem Sprengstoff besteht.

6. Geschoß oder Gefechtskopf nach einem der An­ sprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auskleidung der Hauptladung (3) aus zwei Teilen (5, 6) besteht (Bimetall-Auskleidung), daß das mit der Hauptladung (3) fest verbundene Teil (5) als geschlossener Kegel ausgeführt ist und aus einem duktilen Werkstoff geringer Dichte, wie z. B. Alumi­ nium, besteht, und daß das mit dem Träger (8) verbun­ dene Teil (6) als offener Kegelstumpf ausgeführt ist und aus einem duktilen Werkstoff hoher Dichte, wie z.B. Kupfer oder Tantal, besteht.

7. Geschoß oder Gefechtskopf nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß für die Initiierung der Hauptladung (3) an der Basis des mit der Hauptladung (3) fest verbundenen Kegels ein Piezo- Generator (12) angeordnet ist.