DE2741984A1 - Hohlladung mit zur bahntangente geneigter achse - Google Patents

Description

Hohlladung mit zur Bahntangente geneigter Achse

Die bisherige Entwicklung von Panzerungen für Kampffahrzeuge führte zu geneigten Platten zum Schütze des Inneren, da sich herausgestellt hatte, daß nicht nur die angebotene Wegstrecke in der Panzerung durch den Plattenwinkel entsprechend ansteigt, sondern daß zusätzlich ein verbesserter Schutz gegen kinetische Energiegeschosse durch die mit der Neigung zunehmende Abprall-Erwartung auftritt und beim hydrodynamischen Eindringen eines Hohlladungsstachels die instationäre Phase des Eindringens bzw. Austretens des Stachels verlängert und damit die Durchschlagsfähigkeit beeinträchtigt wird. (Bei etwa 3° zwischen Plattenoberfläche und Stachelachse würde auch der HL-Stachel abgleiten.)

Außerdem hat sich gezeigt, daß ein weiterer Schutz durch Aufteilung der Plattendicke - in mehrere Platten mit Abständen dazwischen - gewonnen wird, weil die erwähnte instationäre Eindringphase hierdurch bei jeder Platte neu auftritt.

Neuere Überlegungen einer Veränderung des Plattenmaterials sowie sogenannte akti\'e Panzeranordnungen nützen den geschilderten V'inkeleffekt verstärkt.

So entstand der Eindruck, daß, obwohl reale Panzerungen mit verstärkter Schutzwirkung noch nicht in militärischem Einsatz sind, die Hohlladung ihre Bedeutung eingebüßt hat.

Soweit erkennbar gilt dies natürlich auch für Geschosse mit hoher Auftreffgeschwindigkeit, also nicht nur für HL-Projektile. Die Konsequenz ist, diese geschilderte verbesserte Schutzwirkung durch Kalibervergrößerung zu beantworten.

Im Wechselspiel zwischen Geschoß und Panzerung war dies schon häufir ger der Fall gewesen. Die Entwicklung neuer schwererer Kaffen noch vor dem Verbrauch der derzeitigen V.'affensysterne ist naturgemäß mit einem großen Aufwand verbunden.

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NACNG^KS

Diese hohen Kosten könnten vermindert werden, wenn es gelänge, heutige V'affensysteme derartig umzustellen, daß sie mit einem Minimum an Änderung die notwendige Durchschlagsleistung erbringen. Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch Maßnahmen, die, jede für sich allein oder - wo dies sinnvoll ist - in Kombination einiger davon, zu neuen Konstruktionen führen.

1. Maßnahme

Anstellwinkel der HL-Achse zur in der Bahntangente liegenden Proj ektilachse.

Betrachtet man die angebotene V.'egstrecke durch ein Mehrplattenziel mit Luftzwischenräumen im Vergleich zur Eindringtiefe in ein Massivziel, so zeigt sich, daß bei etwa 30 zwischen HL-Achse und Plattenoberfläche des Mehrplattenzieles nur etwa die halbe Wegstrecke durchschlagen wird.

Da die Eindrin^tiefe etwa proportional dem Durchmesser der Hohlladung ist, bedeutet dies, daß eine Hohlladung mit kleinerem Kaliber bei steilerem Auftreffen die gleiche Durchschlagswahrscheinlichkeit aufweist.

Mit Rücksicht auf die erforderliche Innenwirkung, welche unabhängig von der Schutzwirkung der Panzerung mindestens gleich, besser größer sein soll, ist es aber nicht zweckmäßig, die Kaliberverkleinerung bis zur Hälfte zu treiben.

Oberschlägige Berechnungen zeigen, daß der Erwartungswert des Raumwinkels zwischen HL-Achse und Plattenoberfläche je nach azimutalem Drehen der Platte (über alle Drehwinkel 0 < α < 90° gemittelt) einen Schielewinkel ψ zwischen Bahntangente und HL-Achse in der durch beide gespannten Ebene von etwa 30° bis 45° erforderlich macht. Diese Ebene wird vorzugsweise senkrecht zur Erdoberfläche gerichtet sein, da durch ein zusätzliches seitliches Schielen der Raumwinkel Ω eher verschlechtert wird.

Natürlich läßt sich der Angriffswinkel 6 durch zusätzliches horizontales Schielen un den Winkel * teilweise kompensieren, was aber für die gespiegelte Angriffsrichtung, die ja gleich wahrscheinlich ist, eine entspechende Verschlechterung bedeutet. Trotzdem darf das horizontale Schielen nicht außer Acht gelassen werden, wenn es, wie später gezeigt wird, erforderlich scheint, die bisherige Hohlladung in mehrere Teilladungen aufzuteilen. Dann könnten Vorteile erreicht wer-

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den durch jeweils paarweise Teilladungen mit nach links bzw. rechts horizontal gedrehten IIL-Achsen.

Dieser Schielewinkel in der Vertikalen ist nach unten gerichtet, um so, gemittelt über alle Plattenneigungen und Angriffsrichtungen, diese Plattenneigung zu kompensieren.

Die heutigen gepanzerten Kampffahrzeuge weisen etwa 10 bis 70 vertikale Neigungswinkel α auf. In der Horizontalen reicht der Drehwinkel B von 0° bis 90°. Je nach dem Verhältnis von Fahrzeuglänge zur Breite, sowie der Dicke und Neigung der Front bzw. Seite ergibt sich ein Minimum an Durchschlagserwartung für den horizontalen Angriff zwischen 35° < ß < 45°, d.h. etwa in Richtung der Diagonale des Kampffahrzeuges.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen:

Die HL-Achse in der Vertikal-Ebene um 15° < φ < 50°, vorzugsweise 30° bis 45° nach unten zu richten (Fig. 1).

2. Maßnahme

Da mit einem Minimum an Änderungen eine Verbesserung der HL-Wirkung erzielt v.erden soll, ist (einschränkend zur an sich bestehenden Möglichkeit, den Gefechtskopf schräg zur Bahntangente anzuordnen) beabsichtigt, das derzeitige Kaliber beizubehalten.

Die Konstruktion der geneigten Hohlladung wird also im Kaliber-Zylinder untergebracht.

IVie die Skizze zeigt, ist dies am einfachsten mit Kugeln, deren Durchmesser den Kaliber entspricht, möglich (Fig. 2). Denkt man sich eine kugelförmige Hohlladung, so könnte deren Achse beliebige V'inkel bis zur Querlage mit der Zylinderachse einschließen.

Ist der '"inkel 0 < t < 90°, so läßt sich bis zum Durchstoßpunkt der HL-Achse durch den Zylindermantel ein die Kugel tangierender Kegel mit der Spitze im Zylindermantel zum Kugelvolumen hinzufügen. Das so von ψ abhängige Volunen der aus Kegel und Kugel zusammengesetzten Hohlladung kann auf den benötigten Kaliber-Zylinder-Abschnitt bezogen werden, was den Füllungsgrad ergibt.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, mehrere solche Ladungen hintereinander im Zylinder anzuordnen. Da der Füllungsgrad etwa proportional dem Massenverhältnis von geneigter HL zu ursprünglicher achsialer HL ist, besteht die Möglichkeit, bei 50$ Füllungsgrad 2 geneigte HL

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im Zylinder anzuordnen, so daß die Gefechtskopfmasse erhalten bleibt, allerdings um den Preis einer Verlängerung des Zylinders, also einer Verlängerung des Umrisses des ursprünglichen HL-Gefechtskopfes.

Die Konsequenz der geneigten HL-Konstruktion ist daher entweder eine Beibehaltung des ursprünglichen Gefechtskopf-Umrisses mit verminderter Masse oder die Beibehaltung der Gefechtskopfmasse mit einer Verlängerung des Umrisses. Beides führt zu einer unvermeidlichen Veränderung der Flugeigenschaften der Munition. Damit ist klar, daß eine Auswahl der durchzuführenden Maßnahmen nur für jeden konkreten Fall erfolgen kann.

3. Maßnahme

Die beispielsweise skizzierte geneigte Hohlladung aus Kegel und Kugel stellt eine brauchbare Lösung, nicht aber die beste Lösung dar. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, anstelle der Kaliberkugel ein Ellipsoid um die HL-Achse mit anschließendem Kegel zu verwenden (Fig. 3). Diese Ladung hat das höchstmögliche Volumen und den größtmöglichen Hohlraum-Basisdurchmesser. Trägt man über p, dem Basisradius des Hohlraumes die Ladungsvolumina auf, so zeigt sich die Überlegenheit der Kegel + Ellipsoid-Ladung im Vergleich zur Kegelzylinder- bzw. Kegelkugel-Gestalt (Fig. 4).

Die Unterschiede sind aber nicht sehr groß, so daß es mit Rücksicht auf die Fertigung solcher Ladungen zweckmäßig sein dürfte, eine Kombination von Kegel und Zylinder zu verwenden.

V'eit gravierender ist eine Verkürzung der HL-Ladung, weil hierdurch zwar ρ steigt, aber der Füllungsgrad von ca. 50% bis gegen 10$ fällt.

4. Maßnahme

Die große Variationsbreite von ρ und Füllungsgrad bei Veränderung der Ladungslänge führt auf die Frage, welche Länge sollte mit Rücksicht auf die Durchschlagsleistung genommen werden.

Angenähert ist die Eindringtiefe T einer Hohlladung proportional dem Radius der Basis p. Außerdem geht noch die Sprengstoffmasse ein, wobei es klar ist, daß eine sehr lange Sprengstoffsäule kaum mehr T erhöht. Es handelt sich also um eine Massenfunktion oder - bei gegebener Dichte der Sprengladung - um eine Volumsfunktion, so daß klar ist,

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daß weder das größte ρ noch das größte Volumen der Ladung optimale Eindringtiefen ergeben können.

Die optimale Eindringtiefe erhält man mit einer Ladung bestehend aus einem Kegel (Initiierungsseite), anschließend dem ellipsoiden oder zylindrischen Teil und schließlich aus einem Kegelstumpf. Dieser Kegelstumpf entsteht durch Abtrennen der Kegelspitze (Fig. 5). Der Schnitt soll so gelegt werden, daß

z.B. bei ψ = 30° 0,75 < p/y < 0,81 ·

ψ = 45° 0,78 < p/y < 0,85
beträgt (y ist der Radius der Kegelbasis).

5. Maßnahme

V'eicht man vom Ladungsdurchmesser 2y ab, so lassen sich auch kleinere Durchmesser innerhalb der Längsellipse realisieren, wovon längere, aber schlankere Ladungen in größerer Zahl eingebaut werden können. Dies wäre dann von Vorteil, wenn die benötigte Durchschlagsleistung gegen schwach gepanzerte Ziele klein ist (Fig. 6).

6. Maßnahme

Ist umgekehrt das Ziel schwer gepanzert, so wird vorgeschlagen, geneigte Teilladungen abwechselnd räch links und rechts in der horizontalen Fbene zusätzlich zur vertikalen Neigung mit einem Kinkel von φ in vergleichbarer Größe einzubauen (Fig. 7).

Dies hat den Effekt, daß zwar die Hälfte der Teilladungen keine Chance rehr hat, einen Durchschlag hervorzurufen, aber man erhält dann Durchschläge jener Ladungen, bei welchen fr den azimutalen Anstellwinkel des Zieles β kompensiert. Während bei <b =0° die Hohlladungen, wie oben angedeutet, nur bei senkrecht zur Zielfläche liegenden Angriffsrichtungen Erfolg hätten.

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7. Maßnahme | nacs^ü: ;c;cht|

Um die auf die beschriebene Weise konstruierten Teilhohlladungen zu initiieren, wird vorgeschlagen, das Zündsystem mit den entsprechenden Sicherungseinrichtungen getrennt von den Teilladungen unterzubringen und die Initiierung (z.B. über Detonationsschnüre) an den Kegelspitzen einzuleiten. Hierdurch ist es möglich, mit nur einem Zündsystem - zeitlich verzögert - die Teilladungen wirken zu lassen, da sonst Nachbarladungen in ihrer Wirkung beeinträchtigt würden (Fig. 8).

8 . Maßnahme

Schließt eine Hohlladungsachse mit der Bahntangente einen Winkel (ξ) ein, so überlagert sich die Geschwindigkeit eines Stachelelementes (u) der Bahngeschwindigkeit (v) (Fig. 9) .

In HL-Achsenrichtung ergibt sich eine leicht veränderte Partikelgeschwindigkeit, die praktisch keinen Einfluß auf die Durchschlagsleistung hat. Quer hierzu bewirkt aber die Komponente von ν eine Abweichung der Stachelelemente von der Achse, so daß einander folgende Partikel nicht mehr im Kratergrund, sondern seitlich davon auftreffen oder an die Kraterwand anstoßen bzw. außerhalb des Kraters aufschlagen, je nachdem Wie stark die Komponente ist. Durch diesen Effekt wird die Anwendbarkeit der Neigung von Hohlladungen zur Bahntangente sowohl was ν als auch was ξ betrifft, eingeschränkt.

Schnelle Gefechtsköpfe könnten nur ganz schwach geneigt, größere Neigungen nur bei sehr langsamen Gefechtsköpfen angewandt werden.

Um hier Abhilfe zu schaffen, wird erfindungspemäß vorgeschlagen, die an sich rotationssymmetrische Konstruktion der Hohlladung so abzuändern, daß eine ebensymmetrische Ladung entsteht. Aus früheren Anmeldungen des Verfassers ist bekannt, daß durch solche ebensymmetrische Abweichungen der HL-Stachel veranlaßt wird, von der Achse abzuweichen.

Diesen Effekt kann man benutzen, um die GefechtskopfgeschwindigVeit zu kompensieren. Obwohl alle Partikel des Stachels unterschiedliche Geschwindigkeit aufweisen, die Resultierende von u und ν also in unterschiedliche Richtungen weist, so ist es trotzdem nur nötig, allen Partikeln etwa die gleiche Querkomponente zu erteilen, um damit wie-

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der achsialen Flug des Stachels zu erzielen. Dent man sich eine Maßnahme, welche allen Stachelelementen die gleiche Quergeschwindigkeit mitteilt, so würde eine solche Ladung - in Ruhe gesprengt - ein achsenparallel versetztes Stachelbild zeigen.

Aus Röntgenblitzaufnahmen läßt sich leicht die Quergeschwindigkeit bestimmen. Hierdurch ist es versuchstechnisch einfacher, die notwendige Änderung an der Symmetrie der Ladung zu entwickeln. Erleichternd' kommt hinzu, daß erfahrungsgemäß die langsamen Stachelteile kaum den Krater vertiefen, so daß man nur von der Spitze des Stachels mit etwa 8 500 m/s bis zu etwa 3000 - 4000 m/s schnellen Stachel elementen kompensieren muß. Die Kompensation geschieht durch Eimvirkung eines Impulses auf den Auskleidungsteil (Ring), aus dem das Stachelelement entsteht. Zwei Möglichkeiten stehen zur Verfügung:

1. Unterschiedliche Impulsdichten am Umfang des Ringes

2. Unterschiedliche Eintreffzeiten eines gleichverteilten Impulses (wahrscheinlich weniger leicht zu handhaben)

Es wird vorgeschlagen, mittels der Methode 1 die Kompensation zu bewerkstelligen und zwar durch Vergrößerung der Sprengstoffmenge (im Bereich der Auskleidung) auf einem Teil des Umfanges. Anstelle der örtlichen Verstärkung des Impulses durch vermehrten Sprengstoff kann auch die Impulsverstärkung durch örtliche Verdammung, z.B. durch aufgelegte Bleifolien, erzielt werden.

Obwohl nach umfangreichen Versuchen eine Näherungsberechnung des Querimpulses möglich ist, ist es für die praktische Lösung doch besser, experimentell die örtliche Vergrößerung des Impulses anhand von Röntgenblitzbildern so lange zu variieren, bis die Partikel im notwendigen Abstand von der Achse parallel zu dieser fliegen. V.'ie erwähnt stehen für die örtliche Impulsdichtenvergrößerung mehrere Vege zur Verfügung (Fig. 10).

1. Der Sprengstoff-Querschnitt wird abweichend vom Kreis eiförmig gemacht. Die dickste Stelle liegt in der Ebene von Ladungsund Gefechtskopf-Zylinder-Achse und zwar vor der Ladungsachse.

2. Anstelle der Verdickung der Sprengstoffschicht nach Punkt 1 kann eine, die Ladung teilweise umgreifende, Verdammung angebracht werden. 909813/0212

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3. An der gegenüberliegenden Stelle wird Sprengstoff weggenommen. Dies kann sowohl an der Außenform als auch im Inneren des Ladungsquerschnittes Cz«^R· durch Bohrungen) geschehen.

4. Die Auskleidungsachse wird parallel zur Ladungsachse etwas versetzt, so daß die Ladungsdicke an der Vorderseite größer, an der Hinterseite dünner wird.

5. Die Auskleidungsachse wird gegenüber der Ladungsachse geneigt, so daß die Spitze die Position wie bei Punkt 4 aufweist, während die Basis zentriert in der Ladung bleibt.

Diese Abänderungen nach den Punkten 1 bis 5 können auch kombiniert werden, wenn konstruktive Randbedingungen eine Methode allein nicht voll ausschöpfen lassen (z.B. für eine Verdickung ist nur begrenzt Platz, dann kann zusätzlich auf der gegenüberliegenden Seite etwas Sprengstoff weggenommen oder auch der Kegel etwas gekippt werden).

Alle Dickenveränderungen sind stetig und nicht stufenförmig anzubringen.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß der gewünschte Quer ίτηριιΐ s auch durch eine Krümmung der Hohlraumachse oder durch Dickenunterschiede in der Auskleidungswandstärke herbeigeführt werden kann

Obwohl solche Kompensationen der Fluggeschwindipkeitskomponente fertigungstechnisch für die Fabrikation der Hohlladung einfach wären, dürfte der Fntwicklungsaufwand solche Lösungen zu teuer machen.

9. Maßnahme

V.'ie aus den bisher gesagten erkennbar ist, sind alle geschilderten Maßnahmen, soweit sie eine Hohlladungsachse nit einem Winkel zur Bahntangente bedingen, nur anwendbar für nicht rollende, achsenstabil fliegende Gefechtsköpfe. Derzeit sind im wesentlichen nur Lenkflugkörper der sogenannten 1. Generation hierfür geeignet.

Die meisten Granaten und Flugkörper rotieren aber um die Längsachse des FK, teils um mittels des Dralles den Flug zu stabilisieren, teils um Bauungenauigkeiten unwirksam zu machen, aber auch um Lenkkräfte rundum einwirken lassen zu können.

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Es sind Vorschläge und Lösungen bekannt, die Hohlladung nicht am Stabilisierungsdrall teilnehmen zu lassen (um den störenden Dralleffekt zu vermeiden).

In ähnlicher V.'eise wird vorgeschlagen, auch für die geeignete Hohlladung, wie sie hier eingehend beschrieben wurde, eine achsenstabile Lage zu realisieren, d.h. den Gefechtskopftei1 mit einer oder mehreren geneigten Hohlladungen drehbar am rotierenden Flugkörper (Granate) anzubringen und durch LuftkrSfte oder Kreisel dafür zu sorgen, daß der Gefechtskopf nicht durch die Lagerreibunf mitgedreht wird (Fig. 11).

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Claims (9)

1. PROF. DIPL. ING. FRANZ RUDOLF THOMANEK ββ»β schrobenhausen 13.1.19

   ORTSTEIL SANDIZELL AM SCHLOSSKELLER 9S TELEFON 0 83 89-77 88

   Hohlladung mit zur Bahntangente geneigter Achsen.

   Pa tent-Aηsprüche

   Hohlladungsgefechtskopf dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlladungsachse stabilisiert einen von der Bahntangente nach unten gerichtet
   schließt.

   gerichteten Winkel von 20 bis 50 , vorzugsweise 35 , ein-
2. 2. HL-Gefechtskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Hohlladung innerhalb des Zylinderkalibers untergebracht ist, wobei die Form einer solchen Ladung aus einem durch Kegelflächen abgestumpften Rotationsellipsoid um die HL-Achse besteht.
3. 3. HL-Gefechtskopf nach 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kegeligen Enden statt durch das Ellipsoid durch einen Zylinderteil verbunden sind.
4. 4. HL-Gefechtskopf nach 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der zum Ziel gerichtete Kegel zu einem Kegelstumpf so abgeschnitten wird, daß der Durchmesser des kleineren Querschnittes 70% bis 90% des Kegelstumpf-Basis-Kreisdurchmessers aufweist, wobei diese Prozentsätze mit dem Neigungswinkel etwas wachsen und vorzugsweise bei einer Neigung von 30° 78%, bei 45° 81% betragen.
5. 5. Gefechtskopf nach 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer größtmöglichen Hohlladung mehrere im Durchmesser schlankere. Ladungen angeordnet werden.
6. 6. Gefechtskopf 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Teilladungen im Kaliberzylinder hintereinander angeordnet sind, wobei

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   die Teilladungen unterschiedliche Neigungen in den Vertikalen und zusätzlich Anstellwinkel in der Horizontalen haben können.
7. 7. Gefechtskopf nach 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß vom im Gefechtskopf eingebauten Zündsystem elektrische, Flammstrahloder detonative Verbindungsleitungen mit gegebenenfalls unterschiedlichen Verzögerungszeiten zu den Teilladungen führen.
8. 8. Gefechtskopf nach 1 .bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß- die geneigte Hohlladung zur Kompensation der auf die Hohlladungsachse bezogenen Komponente der Gefechtskopfgesctwindigkeit ebensymmetrisch von der Rotationssymmetrie abgeändert wird, durch wahlweise bzw. kombinierte .Verdickung der vor der HL-Achse liegenden Sprengkörperwandstärke, durch örtliche Verdammung mittels inerter Massen, durch Schwächung der hinter der HL-Achse liegenden Sprengstoffwand, durch Neigung oder Versetzung der Auskleidungsachse hinter die HL-Achse.
9. 9. Gefechtskopf nach 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Gefechtskopf bei rotierendem Flugkörper drehbar am FK befestigt wird, wobei eine achsenstabile Lage des Gefechtskopfes durch an sich bekannte Mittel wie Ruderflächen oder Kreisel gesichert wird.

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