Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Splittergrößen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung unterschiedlicher Splittergrößen aus einer ungekerbten Hülle eines Gefechtskopfes und eine Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Splittergrößen unter Verwendung des Verfahrens.

Es sind aus der DE 101 30 324 B4 Technologien bekannt, wie man mit einer zusätzlichen Innenhülle zwischen einer ungekerbten Splitter bildenden Hülle eines Gefechtskopfes und einer Sprengladung die Hülle kontrolliert in Splitter bestimmter Größe zerlegen kann.

Die Innenhülle, die auch als Nut-Gitter oder Fragmentierungsschablone bezeichnet werden kann, erzeugt bei der Detonation der Sprengladung in der Hülle des Gefechtskopfes Kerben. Je nach Auslegung dieses Nut-Gitters sind diese Kerben symmetrisch oder asymmetrisch. Entsprechend zerlegt sich die Hülle durch die Zugspannungen, verursacht durch die Umfangsspannung bei Expansion der Hülle in eine bzw. zwei Splittergrößen. Auf diese Weise ist es möglich geworden, eine nicht vorgekerbte Hülle kontrolliert in Splitter zu zerlegen.

Das Nut-Gitter bestimmt bei dieser Technologie die Splittergröße der kontrolliert zerlegten Splitter. In der Druckschrift wird jedoch kein Hinweis darauf gegeben, wie eine zielangepasste Umschaltung in verschiedene Splittergrößen mit diesem Verfahren erfolgen könnte.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine zielangepasste Umschaltbarkeit der Größe der Splitter zu realisieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erzeugung unterschiedlicher Splittergrößen gelöst, bei dem zielangepasste Splitter aus einer ungekerbten Hülle eines Gefechtskopfes unter Verwendung einer Innenhülle mit zumindest örtlich flächig verteilten, bezüglich eines Lots auf die Oberfläche der Innenhülle hinsichtlich ihres Querschnitts asymmetrischen und gleichartig ausgerichteten Nuten und unter Verwendung von wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegenden Initiiereinrichtungen, die einzeln und/oder mit einstellbarem Zeitabstand gezündet werden, erzeugt werden.

Hierbei wird in einfacher und vorteilhafter Weise die Eigenschaft von streifend an der Innenhülle entlang laufenden Detonationswellen in Kombination mit asymmetrischen Nuten in der Innenhülle genutzt, um über die Steuerungsparameter der Lage der verwendeten Initiiereinrichtungen und deren einstellbarer Zündzeitpunkte zwei oder auch mehrere unterschiedliche Splittergrößen erzeugen zu können.

Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Splittergrößen unter Verwendung des vorgenannten Verfahrens gelöst, das dadurch charakterisiert ist, dass ein Gefechtskopf eine Splitter bildende Hülle und eine innerhalb dieser angeordnete Innenhülle aufweist, dass die Innenhülle eine Vielzahl verteilt angeordneter, bezüglich eines Lots auf die Oberfläche der Innenhülle hinsichtlich ihres Querschnitts asymmetrischer und bezüglich ihrer Lage gegenüber der ersten Initiiereinrichtungen gleichartig ausgerichteter und in eine Vorzugsrichtung weisender Nuten aufweist, und dass wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegende Initiiereinrichtungen im Bereich der Sprengladung vorgesehen sind, die einzeln und/oder mit einstellbarem Zeitabstand zündbar sind.

Mit dieser gegenläufigen Anordnung von wenigstens zwei Initiiereinrichtungen und den in einer Vorzugsrichtung gegenüber der ersten Initiiereinrichtung ausgerichteten asymmetrischen Nuten in der Innenhülle kann mittels Einstellung der Zündzeitpunkte der beiden Initiiereinrichtungen zueinander die Wirkung der Innenhülle auf die ungekerbte Außenhülle derart beeinflusst werden, dass zielangepasste unterschiedliche Splittergrößen erzeugt werden können. Dies war bei bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art nicht bekannt.

Ergänzt wird die vorgenannte Vorrichtung dadurch, dass wenigstens ein Detonationswellenlenker in der Sprengladung im Bereich der Initiiereinrichtungen angeordnet ist. Damit wird erreicht, dass die Detonationswellen annähernd streifend an der Innenseite der Innenhülle entlang laufen, wodurch die gewünschten Effekte der Bildung oder der Nichtbildung von Kerben in der Außenhülle nochmals unterstützt werden.

In vorteilhafter Weise kann im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Initiiereinrichtung eine dritte Initiiereinrichtung angeordnet sein. Die Einstellmöglichkeiten können noch dadurch erweitert werden, dass wenigstens eine Initiiereinrichtung innerhalb der Sprengladung längsverschiebbar gelagert ist. Damit kann sowohl die Erzeugung unterschiedlicher Splittergrößen als auch die Verteilung der unterschiedlichen Splittergrößen nochmals beeinflusst werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1:

Prinzip der Umschaltbarkeit von Splittergrößen durch eine zweite Zündkette und ein asymmetrisches Nut-Gitter,

Fig. 2:

unterschiedliche Nut-Auslegungen (symmetrisch und asymmetrisch),

Fig. 3:

Zwischeneinlagen aus Dachfolien (mit Kunststoff bzw. Metall),

Fig. 4:

drei verschiedene Splittermoden, bei entsprechend ausgeformter Kerbe ("asymmetrisch", "symmetrisch" oder "unzureichend")

Fig. 5:

Parameter zur Steuerung der Splittergröße,

Fig. 6:

erzwungene Orientierung der Detonationsfront mit zwei Zündketten und Detonationswellenlenkern,

Fig. 7:

drei Zündketten mit entsprechend unterschiedlichen Orientierungen der Detonationsfronten und angepasstem Nut-Gitter.

Die oben genannte Technologie beinhaltet, dass das Nut-Gitter symmetrische oder asymmetrische Kerben in der äußeren Hülle des Gefechtskopfes erzeugt. Bei der anschließenden Expansion der Hülle zerlegt sich diese an den Kerben, die wie Sollbruchstellen wirken, in die gewünschten Splittergrößen.

Eine Umschaltbarkeit auf zwei oder auch mehrere verschiedene Splittergrößen kann auf die nachfolgend beschriebene Weise realisiert werden.

Die Erzeugung von Kerben durch das Nut-Gitter der Innenhülle IH hängt von verschiedenen Auslegungs-Parametern ab. Diese sind so zu optimieren, so dass die Kerbtiefe in der Hülle MH des Gefechtskopfes ausreichend für eine ordnungsgemäße Zerlegung ist. Wird nun ein signifikanter Auslegungs-Parameter in eine Richtung verändert, in der die Kerbwirkung stark beeinträchtigt wird, so ist die kontrollierte Zerlegung unzureichend bzw. nicht gegeben.

Das Prinzip dieses Verfahren ist in Figur 1 schematisch vereinfacht dargestellt. Ein signifikanter Parameter ist die Orientierung der Detonationsfront 1, 2, 3 nach der Initiierung einer der Initiierstellen, dargestellt durch die Zündketten ZK1, ZK2, relativ zur Orientierung des Nut-Gitters NG. Mit den Bezugszeichen 1, 2, 3 sind Momentaufnahmen der Bewegung der Detonationsfront im zeitlichen Ablauf bezeichnet. Das Nut-Gitter NG ist asymmetrisch aufgebaut. Es soll in der Hülle MH tiefe Kerben erzeugen sobald die Detonationsfront von "links nach rechts" läuft (Zündkette ZK1). Die auf diese Weise erzielten Kerben lassen die Hülle MH in kontrollierte Splitter zerlegen.

Eine zweite Zündkette ZK2, der ersten diametral gegenübergestellt, dreht nun die Richtung und damit die Orientierung der Detonationsfront um und behindert dadurch die optimale Kerbwirkung. Die Hülle MH zerlegt sich in diesem Fall unkontrolliert, also in natürliche Splitter, die eine völlig andere Massenverteilung und damit Splitterwirkung haben.

Dies ist das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung. Im Folgenden werden verschiedene Ausgestaltungen beschrieben. Das Nut-Gitter NG wird dafür speziell auf die Bedürfnisse der Umschaltbarkeit hin ausgelegt. Auf diesen Aspekt wurde in den bekannten Druckschriften bislang kein Wert gelegt, da die Idee der Umschaltbarkeit, d.h. die Ausnützung genau dieses Aspektes neu ist.

Figur 2 zeigt verschiedene Bespiele von Nut-Gitter-Varianten NG. Weitere daraus in vorteilhafter Weise abgeleitete Varianten sind möglich, sollen aber hier nicht weiter diskutiert werden. Das in den Figuren 2a, 2d dargestellte symmetrische Nutsystem wird für die Umsetzung der Erfindung in ein asymmetrisches Nutsystem gemäß der Figuren 2b, 2c überführt. Hierbei werden zur Kerberzeugung die Wirkung von beschleunigten Metallstegen, die asymmetrische Einströmung von Detonationsschwaden oder eine Stachelbildung analog zu Hohlladungen ausgenutzt.

Letzteres kann beispielsweise mit so genannten Dachfolien DF, wie sie in Figur 3 skizziert sind, erreicht werden. Diese wiederum können aus Kunststoff-Folien oder aber aus Metallfolien wie Kupfer in geeigneten Formen hergestellt werden. Entsprechend werden nach der Zündung der Sprengladung HE die Kerben in der Hülle MH mehr durch einströmende Schwaden oder aber mehr durch aufschlagende Metallpartikel erzeugt.

Es sind der Kreativität eines Konstrukteurs keine Grenzen gesetzt, um die eine Kerbe erzeugenden Elemente des Nut-Gitters so zu gestalten, dass damit optimale Kerbwirkung erreicht wird. Wichtig dabei ist, dass die Kerbwirkung von der Orientierung der Detonationsfront abhängt. Es bieten sich also zu diesem Zweck eher asymmetrische Auslegungen an. Läuft dann die Detonationsfront entgegen dieser optimalen Orientierung, so ist die Kerbwirkung stark eingeschränkt und es ergeben sich nur unzureichende Kerben, die nicht in der Lage sind, die Hülle kontrolliert zu zerlegen.

Die Kerbwirkung hängt bei bestimmten Nut-Gitternin besonderer Weise von der Orientierung der Detonationsfront ab, wie das beispielsweise bei der die Hohlladungswirkung ausnutzenden Dachfolien aus Figur 3 der Fall ist. Bei entsprechender Kenntnis der Kerbbildungsvorgänge ist es also möglich, durch geschicktes Design des Nut-Gitters die Kerben in der Metallhülle gezielt symmetrisch oder asymmetrisch zu erzeugen. Dies lässt dann einen weiteren Freiheitsgrad in der Splitterzerlegung zu.

Nach erfolgter Zündung der Sprengladung HE erzeugen symmetrische Kerben bei Zugbelastung zwei Scherbänder und asymmetrische Kerben nur eines. Dies ist in Figur 4 angedeutet. Auf diese Weise ergeben sich bei asymmetrischen Kerben KA nur eine Splittersorte A (Figur 4a), bei symmetrischen Kerben KU mit zwei Scherbändern hingegen zwei Splittersorten A und B (Figur 4b). Ein dritter Modus ergibt sich bei "falscher" Orientierung der Detonationsfront mit unzureichender Kerbwirkung KK. Hier zerlegt die Hülle weder in A- noch B-Splitter, sondern in natürliche Splitter (Figur 4c).

In Figur 5 sind Designparameter angegeben, die die Steuerung der Splittergröße erlauben. Die Kerbtiefe t muss in einem bestimmten Verhältnis zur Hüllendicke d stehen, um eine ausreichende Fragmentierung zu gewährleisten. Die Kerbtiefe t muss mindestens 10 - 20 % der Hüllendicke d betragen. Auch die Abstände a der Kerben müssen ausreichend groß im Verhältnis zur Hüllendicke sein. Es soll in etwa gelten: d < a < 5d.

Zur relativen Orientierung der Detonationsfront 1, 2, 3 zum Nut-Gitter bzw. der Innenhülle IH können bekannte Maßnahmen ergriffen werden. Wichtig und ausschlaggebend ist das Vorhandensein einer zweiten oder mehrerer Initiierstellen ZK2, ZK3, um so die Laufrichtung der Detonationswellen bewusst umschalten zu können. In Ergänzung zu Figur 1, in der das Prinzip bereits skizziert wurde, ist in Figur 6 beispielhaft eine weitere Ausgestaltung dargestellt. Die Detonationsfront 1, 2, 3 wird durch Detonationswellenlenker DWL so geformt, dass sie streifend auf die Innenhülle IH auftrifft. Das Nut-Gitter NG ist (asymmetrisch) so gestaltet, dass es eine dieser streifenden Richtungen bevorzugt (Zündung von ZK1: von "links nach rechts"), womit es besonders tiefe Kerben in der Hülle MH hervorruft. In der entgegen gesetzten Richtung (Zündung von ZK2) hingegen ist die Kerbwirkung nur unzulänglich. Dies ist mit entsprechenden, diagonal durch die Nut laufenden Pfeilen angedeutet.

In Figur 7 ist schließlich eine weitere Ausgestaltung der Erfindung skizziert. Es sind nun drei Initiierstellen in der Form von drei ortsfesten Zündketten oder einer beweglichen und zwei ortsfesten Zündketten ZK1, ZK2, ZK3 angedeutet mit entsprechend unterschiedlicher Orientierung der Detonationsfronten 1, 2, 3 relativ zum asymmetrischen Nut-Gitter NG. ZK1 erzeugt asymmetrische Kerben und damit nur A-Splitter, ZK3 hingegen erzeugt symmetrische Kerben und somit A- und B-Splitter gemäß Figur 4b. ZK2 ist schließlich so unvorteilhaft positioniert, dass bei der Detonation der Sprengladung HE nur unzureichende Kerben entstehen. In diesem Modus werden also natürliche Splitter erzeugt.

Die bereits oben erwähnten zeitlichen Verzögerungen in der Initiierung der einzelnen Zündketten können zusätzlich zur Steuerung der Splittergrößen herangezogen werden.

Gemäß der Darstellung in der Figur 6 kann beispielsweise nur die linke Zündkette ZK1, oder nur die rechte Zündkette ZK2 gezündet werden. Entsprechend ergeben sich entweder nur kontrollierte Splitter oder nur natürliche (unkontrolliert geformte) Splitter. Es können aber auch beide Zündketten gezündet werden. Bei gleichzeitiger Zündung etwa, ergeben sich beispielsweise jeweils ca. 50% der erwähnten Splittersorten. Bei entsprechend relativer zeitlicher Verzögerung in der Initiierung der ersten/zweiten Zündkette zur zweiten/ersten Zündkette können beliebig prozentuale Anteile der jeweiligen Splittersorten erzeugt werden.

In Figur 7 sind bereits drei Zündketten mit entsprechend drei verschiedenen erzeugbaren Splittersorten aufgezeigt. Durch beliebige zeitliche Initiier-Verzögerungen innerhalb der drei Zündketten können entsprechend beliebige, aber genau definierte Mischungen in den jeweiligen Splittersorten erzeugt werden. Dies lässt eine außergewöhnlich große Flexibilität und damit Anpassung an die Zielstruktur und -härte zu.

Als weitere Einflussmöglichkeit wäre noch die Verschiebbarkeit einer oder mehrerer Zündketten entlang der gestrichelt angedeuteten Längsachse der Sprengladung zu nennen, womit wiederum eine Einstellbarkeit des Mischungsverhältnisses unterschiedlicher Splittergrößen gegeben ist.

Die bislang diskutierte Umschaltbarkeit der Splittererzeugung einer integren Metallhülle MH in kontrollierte bzw. natürliche Splitter kann auch auf vorgeformte größere Splitter (Konstruktions-Splitter) angewandt werden.

Diese können dann in ihrer Größe unverändert weg beschleunigt (keine Kerbbildung), oder aber vorher durch die Kerbwirkung in kleinere Untersplitter zerlegt werden. Man kann somit zwischen der Erzeugung von großen und kleinen Splittern umschalten.