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Aufschlagzünder
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Die Erfindung betrifft einen Aufschlagzünder für die Außenwände von
Zielobjekten durchdringende Geschosse.
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Unter dem Begriff "Geschosse" sollen hier sowohl relativ kleinkalibrige
Geschosse zur Bekämpfung von beispielsweise Flugzielen als auch relativ großkalibrige
Gefechtsköpfe von Flugkörpern, die etwa zum Angriff auf Überwasserschiffe verwendet
werden, sowie ähnliche Gefechtsteile verstanden werden. Es ist im allgemeinen beabsichtigt,
daß derartige Geschosse nach dem Aufprall auf ein Zielobjekt dessen Außenwand durchdringen,
um erst im Inneren des Zielobjektes zur Detonation zu gelangen. Dabei ist erwünscht,
daß die Detonation in einem gewissen Abstand von der Wand erfolgt da erst dann die
volle Zerstörungswirkung auf die im Inneren des Zielobjektes befindlichen Komponenten
eintritt. Wird die Detonation zu dicht an der Wand ausgelöst, so führt dies zu einem
Aufreissen der Außenwand, wobei ein großer. Teil der Detonationsenergie nach außen
entweicht.
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Derartige Geschosse oder Gefechtsköpfe sind im allgemeinen mit Aufschlagzündern
versehen, mit deren Hilfe die Zündung nach dem Aufprall auf das Zielobjekt ausgelöst
wird.Diese
Auslösung erfolgt mit einer konstanten Zeitverzögerung in Bezug auf den Zeitpunkt
des Aufpralls. Hieraus folgt, daß bei unterschiedlichen Auf schlagwinkeln nach Durchdringen
der Außenwand die Detonation im Inneren des Zielobjektes bei unterschiedffl lichen
Wandabständen erfolgt. Je geringer der Aufschlag winkel, das heißt, je steiler der
Aufprall ist, um so weiter kann das Geschoß bzw. der Gefechtskopf ins Innere des
Zielobjektes vordringen, bevor die Detonation euage löst wird. Bei relativ großen
Auf schlagwinkeln, doho bei flachem Aufprall, wird die Geschoßladung dagegen wehr
dicht an der Außenwand des Zielobjektes detonieren, was zu-den oben erwähnten nachteiligen
Folgen führt Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher; einen Auf schlagztlnder
der eingangs genannten Art bereit zustellen, mit dessen Hilfe die Detonation im
Inneren des Zielobjektes immer innerhalb eines möglichst günstigen Abstandsbereiches
in Bezug auf die Wand des Zielobjektes ausgelöst wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine vom
Aufschlagwinkel abhängigen gemäß einer vorgebbaren, monoton wachsenden Funktion
mit zunehmendem Aufschlagwinkel ansteigende Zündverzögerung vorgesehen ist, wobei
der Aufschlagwinkel auf die im Aufschlagpunkt auf der Außenwand zu errichtende Flächennormale
zu beziehen ist.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Detonationso zeitpunkt
in Bezug auf den Zeitpunkt des Aufschlages um so länger hinausgezögert wird, je
weniger steil der Aufprall erfolgt. Damit ist es grundsätzlich möglich, die
Detonation
im Inneren des Zielobjektes in einem vorgebbaren, immer gleichen Wandabstand auszulösen.
Hierzu sollte die Zündverzögerung zweckmäßig.dem Cosinus des Auf schlagwinkels umgekehrt
proportional sein. Es ist jedoch auch möglich, gewisse aneinandergrenzende Winkelbereiche
vorzugeben, für die die Zündverzögerung jeweils konstant ist, wobei diese konstanten
Werte allerdings im Sinne zunehmender Aufschlagwinkel ansteigen. In diesem Falle
weist die Zündverzögerung in Abhängigkeit vom Auf schlagwinkel also einen stufenweise
ansteigenden Verlauf auf. Diese Variante ist am einfachsten mit mehreren pyrotechnischen
Zündketten zu verwirklichen, die jeweils aneinandergrenzenden Bereiche des Aufschlagwinkels
zugeordnet und für unterschiedliche, jeweils konstante Zündverzögerungen ausgelegt
sind. Die Zündverzögerung wird dabei gewöhnlich durch pyrotechnisch wirkende, in
die Zündkette integrierte Verzögerungsvorrichtungen erreicht.
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Die Zündketten können dabei in herkömmlicher Weise aus aneinandergereihten
Zündmitteln, wie beispielsweise Zündpillen, Zündübertragen mit pyrotechnischen Verzögerungssätzen
und Detonatoren bestehen, die der eigentlichen Geschoßladung vorgeschaltet sind.
Allerdings ist es auch möglich, die Zündverzögerung mit rein elektronischen Mitteln
zu bewirken, die der Zündkette vorgeschaltet sind, wobei letztere keinen integrierten
Zündverzögerungsmechanismus enthält, oder nur eine konstante Zeitverzögerung, nämlich
die kürzeste, bewirkt.
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Eine besonders vorteilhafte, gewissermaßen autarke Form, unterschiedliche
Auf schlagwinkel zu berücksichtigen, besteht darin, dem vorderen Teil des Geschosses,
der Ge-
schoßogive, eine besondere Form zu geben und mehrere Stoßwellensensoren
zu verwenden. Dabei soll die Geschoßogive eine gewölbte, bezüglich der Geschoßlängsachse
rotationssymmetrische Mantelaußenfläche aufweisen, und zwar etwa in der Art eines
halbierten Rotationsellipsoids oder auch einer Halbkugel. Hierbei sind alle Wölbungsformen
zugelassen, bei denen der Mantel der Geschoßogive von dem im allgemeinen zylindrischen
GeschoS-körper ausgehend durch immer gleichsinnige, auf die Geschoßlängsachsehin
gerichtete Krümmung in die Geschoßspitze übergeht. Weiterhin soll die Geschoßogive
in ihrem Inneren axial versetzte, auf Stoßwellen ansprechende, mit dem Mantel verbundene
Sensoren enthalten.
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Die gleichsinnige Krümmung der gewölbten Mantelaußenfläche der Geschoßogive
bewirkt zusammen mit der Rotationssymmetrie, daß jedem Auf schlagpunkt im gewölbten
Bereich eindeutig ein bestimmter Aufschlagwinkel zugeordnet werden kann. Andererseits
hängt die Laufzeit der von einem Aufschlagpunkt ausgehenden StoBwellen bis zu den
Sensoren von der Lage dieses Punktes ab. Sind mindestens zwei axial versetzte Stoßwellensensoren
vorgesehen, so treten - abgesehen von einer einzigen bestimmten Umfangslinie bei
zwei Sensoren - immer gewisse, in eindeutiger Weise vom Aufschlagwinkel abhängige
Laufzeitdifferenzen auf. Diesen Laufzeitdifferenzen bzw. Laufzeitdifferenzbereichen
können dann entsprechende Zündverzögerungen zugeordnet werden.
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Die Sensoren können beispielsweise ringförmig ausgebildet sein und
an der Mantel innenfläche der Geschoßogive anliegen. Es können jedoch auch quer
zur Geschoß längsachse und
im Kontakt zur Mantel innenfläche im
Inneren der Geschoßogive Platten angebracht sein, die in ihrer Mitte jeweils einen
Sensor tragen. Die Sensoren registrieren die Ankunft von Stoßwellenfronten und geben
jeweils Ausgangssignale ab, die von einer nachgeschalteten Elektronik verarbeitet
werden. Dabei kann einmal ein Komparator vorgesehen sein, der den Sensoren nachgeschaltet
ist, und der aus deren Ausgangssignalen die Zeitdifferenzen der bei ihnen ankommenden
Stoßwellenfronten ermittelt. Dem Komparator können dann gleichberechtigt mehrere
elektroexplosive Elemente nachgeschaltet sein, von denen in Abhängigkeit von dem
Wert der ermittelten Zeitdifferenz jeweils eines angesteuert wird. Jedem elektroexplosiven
Element ist wiederum eine nachgeschaltete pyrotechnische Zündkette zugeordnet, wobei
alle diese Zündketten für jeweils unterschiedliche Zündverzögerungen ausgelegt sind.
Hier sind also nur diskrete, mit zunehmendem Auf schlagwinkel stufenweise ansteigende
Werte für die Zündverzögerung möglich. Hingegen ist es auch möglich, dem Komparator
ein Steuergerät nachzuschalten, das in Abhängigkeit von der durch den Komparator
ermittelten Zeitdifferenz jeweils eine entsprechende Zeitverzögerung auf rein elektronischem
Wege bereitstellt, und zwar im Sinne einer eindeutigen Zuordnung von Aufschlagwinkel
und Zeitverzögerung. Es genügt dann, diesem Steuergerät ein einziges elektroexplosives
Element nachzuschalten, dem wiederum eine einzige pyrotechnische Zündkette ohne
integrierte Zündverzögerung zugeordnet ist.
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Bei Zielobjekten mit sehr starker Außenwankann es vorkommen, daß die
den Zünder enthaltende Geschoßspitze
beim Aufprall abbricht. Der
die eigentliche Geschoßladung mitführende, zylindrische Geschoßkörper dringt danflg
wenn die Außenwand des Zielobjektes nicht zu stark isto in dieses ein, ohne zu detonieren,
da die Zündung ausbleibt, oder prallt im Falle einer sehr starken AuBenwand, ebenfalls
ohne Detonation, einfach von dieser ab.
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Um zu erreichen, daß auch in einem derartigen Fall eine Detonation
im Kontakt mit dem Zielobjekt überhaupt erfolgt,' kann dort, wo der Bruch am wahrscheinlichsten
liste zusätzlich ein Bruchsensor vorgesehen sein. Dieser soll die Geschoßladung
unabhängig vom Aufschlagwinkel ohne,Zündverzögerung zur Detonation bringen. Damit
kann zumindest erreicht werden, daß durch die Splitterwirkung der Detonation möglicherweise
gewisse, im Außenraum des Zielobjektes liegende Komponenten, wie Flugzeugtriebwerke
oder Schiffsaufbauten, beschädigt werden.
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Im folgenden werden das Prinzip sowie einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 unter verschiedenen
Aufschlagwinkeln auf der Außenwand eines Zielobjektes aufprallende Geschosse, Fig.
2 eine Geschoßogive mit annähernd punkt- und ringförmigen Sensoren, Fig. 3 eine
Geschoßogive mit an Querplatten angebrachten Sensoren,
Fig. 4 ein
Blockschaltbild mit zwei Sensoren und mehreren Zündketten, sowie Fig. 5 ein Blockschaltbild
mit zwei Sensoren und einer Zündkette.
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Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Weise ein Geschoß 1, das auf
die Außenwand 2 eines Zielobjektes auftrifft, und zwar unter zwei verschiedenen
AufschlagwinkelnO< . Die AufschlagwinkelO4sind dabei auf die Geschoßlängsachse
4 sowie die im Auf schlagpunkt auf der Außenwand 2 zu errichtende Flächennormale
3 bezogen.
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Dargestellt sind rechts ein steiler Aufschlag mit kleinem Aufschlagwinkel
ts und links ein relativ flacher Aufschlag mit vergleichsweise großem AufschlagwinkelC
.
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Der Wandabstand im Inneren des Zielobjektes, bei dem die Detonation
des eingedrungenen Geschosses erwünscht ist, ist durch eine parallel zur Außenwand
2 verlaufende Linie 5 angedeutet. Das Geschoß muß bei flachem Aufprall nach Durchdringen
der Außenwand 2 ersichtlich eine längere Strecke bis zu dieser Linie 5 zurücklegen,
als bei steilem Aufschlag. Daher ist für den Fall eines größeren Aufschlagwinkels
Cx eine entsprechend verlängerte Zündverzögerung vorzusehen. Zusätzlich kann dabei
berücksichtigt werden, daß bei flachem Aufschlag noch eine gewisse Ablenkung aus
der ursprünglichen Flugrichtung und eine durch die größere Durchgangs strecke bedingte
Geschwindigkeitsreduzierung auftreten kann, deren Ausmaß von der Stärke der Außenwand
2 abhängt. Dieser Effekt wird bei gegebener Wandstärke umso deutlicher sein, je
flacher der Aufschlag ist. Je nach der Art des Geschosses kann daher noch ein entsprechendes
Korrekturglied aufgenommen
werden, welches bei immer flacher werdendem
Aufschlag im Sinne einer noch stärkeren Zündverzögerung wirkt.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen in stark schematisierter Form jeweils die
den vorderen Teil eines Geschosses 1 bildende Geschoßogive 6. In beiden Fällen hat
die Mantelaußenfläche 13 der Geschoßogive annähernd die Form eines halbierten Rotationsellipsoids,
dessen Rotationsachse mit der Geschoßlängsachse 4 zusammenfällt. Diese Oberflächenform
ist aber nicht zwingend, vielmehr genügt es, daß die Außenfläche der Geschoßogive
zur Spitze hin eine einsinnige Krümmung aufweist, so daß den kreisförmigen Umfangslinien
von der Geschoßspitze aus fortschreitend auf eindeutige Weise tangentiale Kegelflächen
mit ständig abnehmendem Offnungswinkel zugeordnet werden können. Daraus folgt, daß
jedem Punkt der Mantelaußenfläche der Ogive eindeutig eine bestimmte Tangentialebene
bzw. ein bestimmter Aufschlagswinkel zugeordnet werden kann. Diese Forderung erfüllen
auch andere Oberflächenformen, beispielsweise eine Halbkugel oder andere gekrümmte
Flächen, die durch Rotation einer bezüglich der Geschoßlängsachse konkav gekrümmten
Bogenlinie um diese Achse entstehen. Aus der Lage des Aufschlagpunktes in Bezug
auf im Inneren der Geschoßogive angebrachte Sensoren 7, 8, 11, 12 ergeben sich dann
wiederum bestimmte Lauf zeiten für die vom Aufschlagpunkt ausgehenden Schockwellen,
und die beim Vorhandensein mehrerer Sensoren auftretenden Lauf zeitdifferenzen -
nach Betrag und Vorzeichen - stehen wiederum in direktem Zusammenhang mit der Lage
des Aufschlagpunktes und somit dem Aufschlagwinkel.
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Die Sensoren 7, 8 in Fig. 2 sind annähernd punkt- bzw.
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ringförmig und liegen an der Mantelinnenfläche der Geschoßogive an.
Die Sensoren 11, 12 in Fig. 3 sind an kreis-
förmigen Platten 9,
10 angebracht, die wiederum quer zur GeschoBlängsachse 4 in die Geschoßogive eingepaßt
sind.
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Bei den Sensoren kann es sich um aktive, piezoelektrische oder passive,
piezoresistive, druck- und stoßwellenempfindliche Materialien handeln. Aktive, piezoelektrische
Materialien sind beispielsweise Keramiken aus Bleizirkonattitanat, Kunststoffe (Plexiglas)
oder Folien.
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Typische passive, piezoresistive Sensoren sind Manganin-Sonden oder
Kohleschichtwiderstände, die ihren Widerstandswert in Abhängigkeit vom Druck sondern.
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Die Platten 9, 10 müssen die Stoßwellen von der gekrümmten Mantelaußenfläche
13 möglichst gut zu den jeweils in der Plattenmitte angeordneten Stoßwellensensoren
11, 12 hin leiten. Hierfür eignet sich eine Vielzahl von Metallen, aber auch Kunststoffen.
Beispielsweise Aluminium und seine Legierungen weisen hohe Schallgeschwindigkeit
bei geringem Strukturgewicht auf. Die Platten können durchaus Löcher und Schlitze
aufweisen, ohne daß die Funktion nennenswert beeinträchtigt wird.
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Die Sensoren sind durch nicht dargestellte Signalleitungen mit einer
nachgeschalteten Auswerteelektronik verbunden.
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In den Fig. 4 und 5 sind mit Hilfe von Blockschaltbil-s dern zwei
Ausführungsbeispiele für eine- Auswerteelektronik dargestellt, wobei jeweils zwei
Stoßwellensensoren" und ein Bruchsensor vorgesehen sind. Die von den beiden Sensoren
14, 17 in Fig. 4 gelieferten Ausgangssignale werden jeweils in nachgeschalteten
Verstärkern 15, 18 verstärkt und anschließend Schwellwertschaltern 16, 19 zugeführt.
Diese geben jeweils normierte Ausgangssignale
ab, die in einem
Komparator 20 weiterverarbeitet werden. Der Komparator bewertet die Zeitdifferenzen
der' eintreffenden Signale, die - wie weiter oben bereits geschildert - in eindeutigem
Zusammenhang mit dem Aufschlagwinkel stehen,nach Betrag und Vorzeichen. Dem Xomparator
20 gleichberechtigt nachgeschaltet sind.
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drei Endverstärker 21, 23 und 25. Diesen sind jeweils elektroexplosive
Elemente 22, 24 bzw. 26 zugeordnetf die wiederum jeweils (nicht dargestellte) Zündketten'
mit unterschiedlichen ZUndverzdgerungen aktitieren.
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Je..nach der festgestellten Zeitdifferenz steuert der Komparator2O
den dem entsprechenden Aufschlagwinkelbereich zugeordneten Endverstärker 21, 23
oder'25 an.
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Dieser bringt dann das ihm zugeordnete elektroexplosive Element zum
Ansprechen, wodurch schließlich mit winkelabhängiger Verzdgerung die Detonation
ausgelöst-wird.-Weiterhin ist ein Bruchsensor 27 vorgesehen, der aus einem gewendelten
Draht bestehen kann. Der Bruchsensor wird von einer. Konstantstromquelle 28 gespeist.
Bei Unterbrechung des Stromflusses gelangt ein Signal an einen Schwellwertschalter
29, der seinerseits direkt einen Endverstärker 30 ansteuert. Dieser wiederum aktiviert
ein ihm,zugeordnetes elektroexplosives Element 31 und damit eine nachgeschaltete
Zündkette ohne wesentliche Zündverzögerung.
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Fig. 5 stellt eine Abwandlung des Blockschaltbildes der Fig. 4 dar,
wobei gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Der wesentliche
Unterschied zu dem oben geschilderten. Blockschaltbild besteht hier darin, daß dem
Komparator 20 nunmehr ein Steuergerät 32
direkt nachgeschaltet
ist. An dieses gibt der Komparator entweder ein von der gemessenen Zeitdifferenz
und deren Vorzeichen bestimmtes Signal oder im Falle des Ansprechens des Bruchsensors
27 ein entsprechend identifizierbares Signal weiter. Das Steuergerät 32 bestimmt
hieraus die zugehörige, vom Aufschlagwinkel gemäß einer kontinuierlich ansteigenden
Funktion abhängige Zündverzögerung und steuert den nachgeschalteten Endverstärker
33 erst nach Ablauf einer entsprechenden Zeit an, so daß die Detonation huber ein
zugeordnetes elektroexplosives Element 34 sowie eine nachgeordnete Zündkette ohne
weitere Zeitverzögerung erfolgen kann. Im Falle des Ansprechens des Bruchsensors
27 wird der Endverstärker 33 vom Steuergerät 32 sofort ohne weitere Verzögerung
angesteuert.