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Die
Erfindung betrifft ein Penetrationsgeschoss mit einem stabförmigen Kern
aus einem im Ziel nahezu ballistisch unwirksamen Werkstoff geringer
Kompressibilität
und wenigstens einer den Kern radial umgebenden Hülle aus
einem im Ziel ballistisch wirksamen weiteren Werkstoff, wobei sich
die Werkstoffe des Kerns und der Hülle bezüglich der Dichte deutlich unterscheiden,
sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines aus unterschiedlichen Materialien
bestehenden Penetrationsgeschosses unter Verwendung einer Wirkladung
mit einer geformten Auskleidung, die wenigstens eine Schicht eines
ersten zur Zielpenetration geeigneten ersten Materials aufweist.
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Geschosse
oder Gefechtsköpfe
werden grundsätzlich
so ausgelegt, dass sie im jeweiligen Ziel eine möglichst große spezifische Wirkung entfalten.
Damit wird je nach Einsatzbereich eine hohe Durchschlagsleistung
oder eine möglichst
flächenhafte
Wirkung zur Steigerung der Effizienz angestrebt. Solange sich Ziele
harten oder leichten Zielklassen zuordnen lassen, genügt es, die
Geschosse oder Gefechtsköpfe
dementsprechend auszulegen.
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Zunehmend
treten jedoch sogenannte gehärtete
Zielobjekte auf, deren Bekämpfung
eine relativ hohe Durchschlagsleistung erforderlich macht. Im Inneren
des Zieles erzeugt das für
das Durchschlagen der Zielaußenfläche notwendige
Projektil nur in einem räumlich
sehr begrenzten Bereich eine destruktive Wirkung. Hieraus entsteht
die Forderung, dass das Geschoss neben der Durchschlagsleistung auch
im Ziel eine gewisse Lateralwirkung entfalten soll. Dies führte zur
Entwicklung eines neuen Geschosstyps.
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Aus
der
DE 197 00 349
C2 ist ein Geschoss zur Bekämpfung gepanzerter Ziele bekannt
geworden, welches die vorgenannten Forderungen zu erfüllen vermag.
Das stabförmige
Geschoss besteht aus einer Hülle,
die in vorteilhafter Weise aus Metall oder Schwermetall gefertigt
ist. Der Innenraum wird von einem sogenannten Aufweitmedium (AWM)
ausgefüllt,
welches aus einer Reihe geeigneter Medien ausgewählt wird, die spezifische Eigenschaften
aufweisen. Notwendig ist eine deutlich geringere Dichte als das
Material der Hülle
und zugleich eine geringe Kompressibilität. Als Beispiele für solche
Materialien sind Polyethylen (PE), glasfaserverstärkter Kunststoff
(GFK) und auch Aluminium genannt. Die spezielle Auslegung derartiger
Geschosse hängt
von Parametern wie Zielmaterial und tatsächliche Auftreffgeschwindigkeit,
aber auch vom erwünschten
Aufweitungseffekt ab.
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Das
Funktionsprinzip eines solchen penetrierenden Geschosses, welches
in der Fachwelt als PELE-Penetrator
bezeichnet wird (Penetrator mit Erhöhtem Lateralen Effekt), ist
in der Druckschrift ausführlich
beschrieben und soll deshalb hier nur kurz erläutert werden. Nach dem Zielaufprall
wird das Penetrationsgeschoss von der Auftreff-Geschwindigkeit auf
die sogenannte Kratergrund-Geschwindigkeit
abgebremst. Diese hängt
bei Auftreff-Geschwindigkeiten ab etwa 2000 m/sec lediglich von
dem Verhältnis der
Dichten von Geschoss- und Zielmaterial ab. Da aber der Kern des
Geschosses aus einem AWM mit geringerer Dichte als die Hülle besteht,
ist die Kratergrund-Geschwindigkeit
des AWM niedriger als die der Hülle.
Dadurch erfolgt eine Verschiebung der beiden Materialien gegeneinander
in der Weise, dass das AWM in die Hülle hinein geschoben wird.
Da das AWM wenig kompressibel ist, baut sich ein hoher Druck auf,
der schließlich
die Zerlegung der Hülle
bewirkt. Bei der Zerlegung wird den erzeugten Splittern zusätzlich eine
laterale Geschwindigkeitskomponente aufgeprägt, welche die Splitter in
radialer Richtung ablenkt.
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Ein
wesentlicher Nachteil des PELE-Penetrators besteht darin, dass zu
dessen Beschleunigung ein entsprechendes Beschleunigungsgerät wie beispielsweise
eine Kanone notwendig ist. Systembedingt ist dadurch auch die maximal
erreichbare Geschwindigkeit auf Werte in der Größenordnung von etwa 2000 m/sec
nach oben begrenzt.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein vergleichbares
Penetrationsgeschoss zu entwickeln, das einerseits kein derartiges
Beschleunigungsgerät
benötigt
und das andererseits auf Geschwindigkeiten im Bereich von 1500–9000 m/sec beschleunigt
werden kann und dessen Einsatzspektrum größer als das des bekannten Penetrationsgeschosses
ist.
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Erfindungsgemäß besteht
die Lösung
dieser Aufgabe gemäß Anspruch
1 darin, dass im Ausgangszustand einer Wirkladung im Zentrum einer Auskleidung
der Wirkladung ein in Ausbreitungsrichtung der detonierenden Wirkladung
ausgerichtetes Bauteil angeordnet ist, welches als Kern im mittels der
Auslösung
der Wirkladung geformten Penetrationsgeschoss angeordnet ist und
dass die Hülle
des Penetrationsgeschosses aus wenigstens einem Teil der Auskleidung
der Wirkladung mittels Auslösung der
Wirkladung geformt und mit dem Kern verbunden wird.
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Hierbei
ist der Kern des Penetrationsgeschosses bereits als Bauteil vorgegeben
und verbindet sich nach erfolgter detonativer Auslösung der Wirkladung
mit den von der Auskleidung stammenden Hüllenmaterial zum gewünschten
Penetrationsgeschoss, das auf eine Geschwindigkeit von 1500 m/sec
bis zu 9000 m/sec beschleunigt wird.
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Das
den Kern des Penetrationsgeschosses bildende Bauteil weist wahlweise
die Form eines Stabes oder einer Platte auf. Damit ist sichergestellt, dass
mittels der Erfindung nicht nur rotationssymmetrische Penetrationsgeschosse
erzeugt werden können,
sondern dass auch mittels einer senkrecht zur Schussrichtung gestreckten
Wirkladung plattenförmige
Penetrationsgeschosse gebildet werden können. Somit lässt sich
das Anwendungsspektrum der Erfindung wesentlich erweitern. Neben
der Perforation des Zieles lässt
sich alternativ auch eine Schneidwirkung erzielen.
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Weiterhin
lässt sich
zur Formung des Kerns und der Hülle
des Penetrationsgeschosses wenigstens ein Teil der Wirkladung auslösen. Dies
kann in besonderen Anwendungsfällen
hilfreich sein, insbesondere wenn Teile der Wirkladung zeitversetzt
ausgelöst
werden sollen.
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Zur
erweiterten Gestaltungsmöglichkeit
des Penetrationsgeschosses dient die Anordnung, wonach wenigstens
ein die Hülle
bildender weiterer Teil der Auskleidung im Ausgangszustand der Wirkladung
benachbart zum ersten Teil der Auskleidung angeordnet ist.
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Vorteilhaft
ist es, wenn der weitere Teil der Auskleidung aus Segmenten oder
Sektoren gleichen oder unterschiedlichen Materials besteht. Damit
kann das Penetrationsgeschoss dieser Bauart in vielfältiger Weise
hinsichtlich seiner Gestaltung im Querschnitt variiert werden.
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Eine
interessante Variante des Penetrationsgeschosses entsteht dadurch,
dass die Form der Oberfläche
des den Kern bildenden Bauteils gegengleich wie die mit dem Bauteil
jeweils korrespondierende Kontur der Auskleidung ausgebildet ist.
damit ist es möglich,
die Trennlinie zwischen Kern und Hülle des Penetrationsgeschosses
auch gestuft auszubilden, um damit die Eigenschaften des Penetrationsgeschosses
beim Zielaufprall geschickt anzupassen.
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Anspruch
7 betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines aus unterschiedlichen
Materialien bestehenden Penetrationsgeschosses unter Verwendung einer
Wirkladung mit einer geformten Auskleidung, die wenigstens eine
Schicht eines ersten zur Zielpenetration geeigneten ersten Materials
aufweist sowie einen im Bereich der Zentralachse der Auskleidung befestigtes
Bauteil aus einem zweiten im Ziel weitgehend unwirksamen Material,
welches sich durch geringe Kompressibilität und niedrigere Dichte als
das erste Material auszeichnet, bei welchem mittels Initiierung
der Wirkladung das Geschoss in der Weise geformt wird, dass das
erste Material das zweite Material umgibt und mit diesem fest verbunden
wird, wobei die Formung des Geschosses vom Zentrum der Auskleidung
beginnend das gesamte Auskleidungsmaterial umfasst und wobei anteilige
Ladungsenergie zur Beschleunigung des Geschosses auf Geschwindigkeiten
im Bereich 2000 bis 9000 m/sec verwendet wird.
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Hierbei
ist es vorteilhaft, wenn ein Bauteil in der Form eines Stabes oder
einer Platte verwendet wird. Damit können sowohl rotationssymmetrische als
auch plattenförmige
Penetrationsgeschosse erzeugt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung wenigstens einer weiteren Schicht
aus einem zur Zielpenetration geeigneten weiteren Material, welches
zwischen dem zweiten Material und der Sprengladung eingebracht wird.
dadurch kann ein Penetrationsgeschoss erzeugt werden, welches im
Inneren einen penetrierenden Kern aufweist, der vom Aufweitmaterial
umgeben ist, um das letztlich die Hülle aus einem Material höherer Dichte
als das AWM-Material gelegt wird. Dieses Konzept kombiniert gute
Penetrationseigenschaften mit hoher Lateralleistung.
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden unter Bezugnahme auf die Ansprüche erläutert. Es zeigen:
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1:
das Wirkungsprinzip eines gemäß der Erfindung
erzeugten Penetrationsgeschosses,
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2:
eine Sandwich-Ladung mit zentraler Initiierung und zentralem Bauteil,
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3:
eine Sandwich-Ladung mit flächiger Initiierung
und zentralem Bauteil,
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4:
eine Sandwich-Ladung nach 12 mit mehrschichtiger
Auskleidung,
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5:
eine Sandwich-Ladung mit mehrteiliger, gestufter Auskleidung und
gegengleich geformtem zentralem Aufweitmedium.
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Das
Funktionsprinzip eines gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugten Penetrationsgeschosses, kurz in der Fachwelt
als PELE-Stab (Penetrator mit Erhöhtem Lateralen Effekt mit der
Form eines Stabes) genannt, wird kurz anhand der 1 erläutert, in
der die Vorgänge
beim Aufschlag eines Penetrationsgeschosses mit der Geschwindigkeit
v auf ein Ziel Z dargestellt ist. Während der Penetration wird
das Geschoss in bekannter Weise auf die Kratergrund-Geschwindigkeit
abgebremst, die im Wesentlichen nur vom Verhältnis der Dichte der Materialien
von Ziel Z und dem Geschoss AWM, M ab. Da aber der Kern des Geschosses
aus einem Aufweitmaterial, kurz AWM genannt, geringerer Dichte als die
Hülle M
besteht, ist auch die Kratergrund-Geschwindigkeit des AWM geringer als
die der Hülle
M. Dadurch wird eine relative Verschiebung zwischen den beiden Materialien,
das bedeutet, dass das AWM in die Hülle M geschoben wird. Da das
AWM aber auch wenig kompressibel ist, baut sich in seinem Inneren
ein hoher (hydrodynamischer) Druck auf, der schließlich die
Zerlegung der Hülle
M in Splitter bewirkt. Die Zerlegung kann in natürliche Splitter mit rein zufälliger Größenverteilung
oder mittels kontrollierter Zerlegung in definierte Splittergrößen erfolgen. Bei
der Zerlegung wird den erzeugten Splittern neben der vorhandenen
axialen Geschwindigkeit vA zusätzlich eine
laterale Geschwindigkeit VL aufgeprägt und somit
ein nicht unerheblicher Lateraleffekt erzielt.
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Entsprechend
der erfinderischen Lösung wird
ein derartiges Penetrationsgeschosses mit Hilfe der Detonation einer
Wirkladung erzeugt und gleichzeitig auf eine Geschwindigkeit vom
1500 bis 9000 m/sec beschleunigt. Nutzbare Wirkladungstypen sind neben
den Hohlladungen auch EFP-Ladungen
(Explosively Formed Projektile) und hemisphärische Ladungen. Mittels entsprechender
Auslegung der einzelnen Wirkladungstypen können unterschiedliche Projektilformen
und Leistungen erzeugt werden.
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Eine
neue Ausführungsform
einer ein Penetrationsgeschoss erzeugenden Wirkladung ist in den 2 bis 5 anhand
von Ausführungsbeispielen dargestellt,
ohne dass die Realisierung gemäß der vorliegenden
Erfindung sich allein hierauf beschränken würde. In Anlehnung an die bisher
verwendete Nomenklatur wird die hier beschriebene Sandwich-Wirkladung
als Sandwich Ladung mit Erhöhtem Lateralen
Effekt, kurz SELE, genannt.
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In
der 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel in der Form
einer Sandwich-Ladung dargestellt. Die zweidimensional gezeichnete
Wirkladung L kann als rotationssymmetrische, ovale, pyramidenförmige oder
auch rinnenförmige,
flächige
Wirkladung ausgestaltet sein. Der Öffnungswinkel α der Auskleidung
M ist in der Regel kleiner als bei den bisher bekannten PELE-Ladungen. Das Aufweitmaterial
AWM ist als eigenständiges
Bauteil B auf der Symmetrie- und Schuss-Achse der Auskleidung M
angeordnet und im Zentrum der Auskleidung M befestigt. Das Bauteil
B ist je nach Gestaltung der Wirkladung L als Stab oder als Platte
mit endlicher aber beliebiger Tiefe geformt. Die metallische Auskleidung
M ist ebenfalls entweder als Kalotte oder in Form von zwei Platten
ausgeführt. Die
Sprengladung HE erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Auskleidung
M und weist im Scheitelpunkt einen Zünder ZD auf. Nach dessen Auslösung breitet
sich die Detonationsfront, wie in der Figur mit einer gestrichelten
Linie und Pfeilen dargestellt, entlang der Schenkel der Wirkladung
aus.
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Für das Aufweitmaterial
AWM kommen in bekannter Weise Polyethylen, Aluminium oder glasfaserverstärkter Kunststoff
in Frage, aber auch andere Kunststoffe oder Metalle mit niedriger
Dichte und geringer Kompressibilität. Für das Auskleidungsmaterial
M können
bekannte Werkstoffe wie beispielsweise Kupfer, Tantal, Molybdän, Wismut
und auch entsprechende Legierungen verwendet werden. Es muss zu
den konventionellen Auslegungsrichtlinien für Hohlladungen jedoch immer
beachtet werden, dass die Dichte des AWM immer niedriger als diejenige
des Auskleidungsmaterials ist, wobei gleichzeitig niedrige Kompressibilität erforderlich
ist. Derartige Ladungen werden in der Regel nicht für große Tiefenleistungen
ausgelegt sondern eher für
moderate Zieldicken, dafür
aber mit erhöhtem
Lateraleffekt.
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Der
Entstehungsprozess eines Penetrationsgeschosses P verläuft anders
als beim Kollaps einer Hohlladung oder bei einer Umformung oder
Umstülpung
wie bei einer EFP-Ladung. Vielmehr wird hierbei der Prozess des
sogenannten Plattierens angewandt, bei dem zwei entsprechende Platten
oder vergleichbare Strukturen mittels Initiierung der Sprengladung
HE unter einem vorgegebenen Winkel mit hoher Geschwindigkeit aufeinander
geschossen werden. Beim Aufeinandertreffen entsteht an der Berührungsfläche eine
enge und gut haftende Verbindung, da aufgrund der erzeugten hohen
Drücke
ein lokales hydrodynamisches Ineinanderfließen der Materialien stattfindet.
Dieser Prozess findet in gleicher Weise beispielsweise auch bei
rotationssymmetrischen Auskleidungen statt.
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Alternativ
zu der in 2 gezeigten streifenden Ausbreitung
der Detonationsfront entlang der Auskleidung kann auch eine flächige Auslösung ZF einer
Detonationsfront zur Anwendung gebracht werden, wie dies in der 3 dargestellt
ist. Hierfür
ist ein entsprechendes flächiges
Initiierungssystem erforderlich, wie es beispielsweise von dem sogenannten "Plane Wave Generator" bekannt geworden
ist.
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Durch
das Aufeinandertreffen der Teile des Auskleidungsmaterials auf das
zentrale Bauteil B aus dem Aufweitmaterial AWM werden beide innig
miteinander entweder zu einem stabförmigen SELE-Penetrationsgeschoss
in der rotationssymmetrischen Version oder zu einer SELE-Platte
in der flächigen Version
verbunden und erhalten gleichzeitig mittels der axialen Geschwindigkeitskomponente
eine hohe Geschwindigkeit in Richtung auf das Ziel. Die Höhe dieser
Geschwindigkeit v (vgl. 1) kann über den Winkel α der Sandwich-Ladung
gewählt und
eingestellt werden. Hinsichtlich der Auswahl des Auskleidungsmaterials
M gelten die gleichen Prinzipien wie bei den oben vorgestellten
Varianten.
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Ein
Beispiel für
eine vorteilhafte Ausgestaltung einer SELE-Ladung ist in der 4 wiedergegeben.
In diesem Fall wird vorgeschlagen, das zentrale Bauteil B aus einem
Material M1 hoher Dichte anzufertigen, um
hiermit beim erzeugten Penetrationsgeschoss P einen Kern zu erhalten,
der eine höhere Tiefenwirkung
im Ziel hat. Das Aufweitmaterial AWM und das Material M2 für die Erzeugung
der Hülle
des Penetrationsgeschosses P sind als parallel angeordnete Schichten
der Auskleidung der Sandwich-Ladung vorgesehen. Die Wirkladung selbst
wird in vorteilhafter Weise wie das Beispiel in 3 mittels
eines flächigen
Initiierungssystems ZF initiiert.
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Die 5 zeigt
eine weitere Variante der vorgeschlagenen Sandwich-Ladungen. Hierbei
wird vorgeschlagen, das zentrale Bauteil B in zwei oder mehreren
Bereichen abgestuft auszuführen.
Die Dicke der Auskleidungsschicht wird gegengleich korrespondierend
abgestuft ausgeführt.
In welcher Richtung die Abstufung erfolgt oder welche Materialien
für das
Aufweitmaterial AWM im jeweiligen Fall anzuwenden sind oder ob anstelle
einer Abstufung eine kontinuierliche Dickenänderung günstiger ist, obliegt der Entscheidung
des Fachmannes. Es liegt auch im Rahmen des fachmännischen
Handelns, Details der als Beispiele vorgeschlagenen Ausführungsformen geschickt
miteinander zu kombinieren.