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EP3591331B1 - Penetrator - Google Patents

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Publication number
EP3591331B1
EP3591331B1 EP19178715.9A EP19178715A EP3591331B1 EP 3591331 B1 EP3591331 B1 EP 3591331B1 EP 19178715 A EP19178715 A EP 19178715A EP 3591331 B1 EP3591331 B1 EP 3591331B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
penetrator
chisel
tip
head
blade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP19178715.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3591331A1 (de
Inventor
Jakob Breiner
Martin Baur
Markus Graswald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Original Assignee
TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH filed Critical TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Publication of EP3591331A1 publication Critical patent/EP3591331A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3591331B1 publication Critical patent/EP3591331B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
    • F42B12/04—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type
    • F42B12/06—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type with hard or heavy core; Kinetic energy penetrators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
    • F42B12/04—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type
    • F42B12/08—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type with armour-piercing caps; with armoured cupola
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
    • F42B12/20—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type
    • F42B12/201—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type characterised by target class
    • F42B12/204—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type characterised by target class for attacking structures, e.g. specific buildings or fortifications, ships or vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a penetrator.
  • the present invention relates in particular to a penetrator for a supersonic missile such as a guided missile, a guided or unguided missile, and / or a (ballistic) projectile or the like for acting on targets made of ultra-high-strength target material.
  • UHPC ultra high performance concrete
  • steel fibers are added as high-strength components, whereby a greatly increased compressive strength of the concrete of up to 200 MPa can be achieved.
  • Polypropylene fibers that are also mixed in also improve the fire resistance and prevent the UHPC from suddenly failing in the event of fire due to the very high vapor pressure.
  • penetrators with very high impact speeds are proposed, among other things.
  • the high impact forces that occur as a result mean that the internal components of the penetrator, including the electronic elements and in particular the active charge, are protected from the extremely high mechanical impact loads. Regardless of this, there are generally higher requirements placed on the mechanical resistance of the penetrator and especially on its housing, so that it can penetrate the target material as completely as possible without premature structural failure.
  • the high compressive strength of such concrete materials can increase the risk of ricochets in the event of oblique impact.
  • the pamphlets WO 2013/150511 A1 , U.S. 4,488,487 A and DE 40 33 754 A1 describe projectiles with chisel-like elements in the area of a projectile tip.
  • the present invention is based on the object of finding solutions for penetrators capable of supersonic penetration with improved effectiveness.
  • the penetrator comprises a penetrator tip and a chisel ring, which has a plurality of chisel elements which are arranged radially offset around the penetrator tip, the chisel elements being positioned axially backwards opposite the penetrator tip, and the chisel elements each having a radially oriented radial cutting edge and an azimuthally oriented cutting edge Have azimuthal cutting edge.
  • One idea underlying the present invention is to considerably improve the effectiveness of a penetrator, ie an active system for a missile, a rocket and / or a projectile or the like, through an innovative external design by combining specially designed chisel elements with an upstream penetrator tip will.
  • the invention lies here in particular, the idea is based on improving the penetration capacity of the penetrator by means of a multi-stage penetration process.
  • the penetrator tip of the penetrator can, for example, have a stepped and / or ogive shape, which can be specially optimized for penetration into ultra-high-strength target material, e.g. a nose shape with a high "caliber-radius-head” ratio or similar.
  • the penetrator tip Because the penetrator tip is positioned in front of the chisel elements, the penetrator initially strikes a target object with it. In this case, the penetrator tip generates radial pre-damage to the target object in the area of impact, with the first cracks in particular being able to spread from the point of impact. Then the chisel elements of the chisel ring hit the target, the previously damaged point of impact between the chisel elements and the penetrator tip being smashed to a certain extent. Due to their alignment, the azimuthal cutting edges reduce the ricochet behavior of the penetrator, as they stabilize the penetrator against oblique impact angles.
  • the chisel edges ensure that the penetrator claws into the target at shallow angles of impact, creating an impulse that drives the penetrator into the target.
  • the radial cutting edges in turn sever reinforcement structures within the target object, such as steel elements and / or reinforcement fibers.
  • the chisel elements can promote cavitation effects within the armor material and thereby further improve the effectiveness of the penetrator.
  • the debris that arises between the chisel elements can flow away unhindered.
  • the present invention thus provides an efficient, highly effective penetrator system which can also withstand impacts at supersonic speeds on ultra-high-strength concrete targets and / or multi-layer or solid targets.
  • the failure mechanisms of such materials, especially UHPC, are taken into account for the design of the penetrator head.
  • the radial cutting edge can protrude radially from the penetrator tip.
  • the radial cutting edge is thus aligned along the primary cracks spreading from the point of impact of the penetrator tip and can thus ideally penetrate the previously damaged target material and sever the reinforcing elements located there.
  • the azimuthal cutting edge can sit radially on the outside on the radial cutting edge.
  • the external arrangement of the azimuthal cutting edges compared to the radial cutting edges increases the effect of the azimuthal cutting edges to reduce the risk of ricochet, since the leverage of the arrangement is used.
  • the radial cutting edge can be positioned axially back in relation to the azimuthal cutting edge.
  • the chisel elements strike the target object first with the azimuthal cutting edges.
  • the azimuthal cutting can for this purpose, in particular, sit radially on the outside on the radial cutting edge.
  • the chisel elements thus first engage with the azimuthal cutting edges in the concrete material of a target before the material is smashed further by the radial cutting edges between the penetrator tip and the azimuthal cutting edges.
  • the chisel elements can run from the azimuthal cutting edge over the radial cutting edge axially backwards at an angle to the penetrator tip.
  • the cutting edges of the chisel elements interact to form a wreath-shaped gripper arm, which first reaches into the target object with the upstream azimuthal cutting edges and is driven into the target object due to the penetrator impulse, with the recessed radial cutting edges shredding any material in between.
  • the radial cutting edge can be ground on both sides.
  • the azimuthal cutting edge can be ground on one side.
  • the two-sided grinding of the radial cutting edges prevents, among other things, that an axial rotational moment is created around the penetrator axis.
  • the cutting edge of the azimuthal cutting edges directed towards the penetrator axis supports the engagement of the chisel elements in the target object, so that the risk of ricochet is further improved.
  • the radial cutting edges and / or the azimuthal cutting edges can be heat-treated (e.g. by means of vacuum hardening, case hardening, induction hardening, flame hardening, nitriding, etc.) in order to improve the wear resistance of the cutting edges.
  • chisel elements between three and twelve chisel elements can be present.
  • the penetrator can furthermore have a penetrator head.
  • the penetrator tip can sit on the penetrator head together with the chisel ring.
  • the penetrator head can have a larger radial diameter than the chisel ring.
  • the force acting surface of the chisel ring can thus be designed to achieve the greatest possible destruction per unit area. Shattered material can then be displaced by the larger-sized penetrator head placed back. In this way, the effect of scabbing can be intensified in particular.
  • the penetrator can furthermore have a cylindrical penetrator body.
  • the penetrator hull may have a plurality of axially aligned slide rails and / or a plurality of axially aligned debris channels.
  • the slide rails serve in particular to guide the penetrator as straight as possible into a target.
  • axially aligned slide rails improve the flexural rigidity of the penetrator, ie the elastic deformability of the penetrator during penetration.
  • the slide rails define contact surfaces for the armor material. Frictional losses can be reduced via the specific geometric configuration of the slide rails.
  • the slide rails can be designed as axially aligned webs on an outside of the penetrator body.
  • the debris channels in turn ensure hydraulic pressure equalization when the penetrator penetrates into armor material, so that debris can be discharged to the rear without hindrance.
  • the debris channels can be milled or otherwise worked into an outside of the penetrator hull as depressions and / or pockets.
  • the debris canals be designed in such a way that friction losses are further reduced due to a reduced concrete contact area.
  • the slide rails and the debris channels can be arranged alternately in azimuth.
  • the penetrator head, the penetrator tip and / or the chisel rim can have a heavy metal-based alloy, in particular with a ceramic component in a ductile matrix.
  • the penetrator head, the penetrator tip and / or the chisel ring can have a tungsten-based solid carbide.
  • the tungsten-based solid carbide e.g. a tungsten and / or tungsten carbide alloy, can be embedded in a cobalt matrix.
  • the penetrator head, the penetrator tip and / or the chisel ring can be made of such a material.
  • Cobalt as a binder can, among other things, optimize the toughness of the material. In general, such a high strength and rigidity can be achieved, which leads to less wear and deformation and thus ultimately to an improved depth of penetration. Thus, the penetrator's survivability when hitting high-strength materials at supersonic speeds is improved.
  • the penetrator head can be formed integrally with the penetrator tip and the chisel ring.
  • the penetrator head can thus be made in one piece with the penetrator tip and the chisel ring, for example from a tungsten-based solid carbide with a cobalt matrix.
  • the penetrator hull can have a cold work steel.
  • the penetrator hull can be manufactured from a cold work steel.
  • the penetrator hull is typically exposed to high impact loads and bending loads as well as heavy wear and tear or erosion due to the interaction, for example, with concrete (rubble).
  • Modern cold work steels show excellent strength and toughness properties and are therefore ideally suited to reinforce a penetrator hull.
  • Both the penetrator head, including the penetrator tip and the chisel elements, and the penetrator body, in particular the slide rails, can be provided with a suitable low-friction and / or wear-resistant coating.
  • Such coatings can in particular be selected to the effect that there is sufficient surface hardness to avoid abrasive wear, a significant reduction in friction, corrosive protection, high adhesive forces for large surface loads, etc.
  • multi-component and / or multi-layer coating systems can be used.
  • Figure 1 shows a schematic perspective view of a penetrator 10 obliquely from the front according to an embodiment of the invention.
  • the penetrator 10 is designed for use at supersonic speeds, for example Mach 2 or more, specifically for acting on targets made of ultra-high-strength target material such as ultra-high-performance concrete (UHPC).
  • UHPC ultra-high-performance concrete
  • the penetrator upon impact with such a material at such a speed, the penetrator must withstand shock loads in excess of 300,000 m / s 2 for periods of less than a millisecond.
  • shock loads in excess of 300,000 m / s 2 for periods of less than a millisecond.
  • Previous, known systems are often not able to withstand an impact at supersonic speed, e.g. due to structural failure, destruction of the electronics, premature shock initiation of the explosive charge, etc.
  • conventional systems are often inefficient with regard to failure mechanisms, friction, etc.
  • the invention is in principle not limited to this application, but can also be used in the subsonic range.
  • the penetrator for combating targets can be made from materials other than UHPC.
  • the penetrator 10 of the Fig. 1 comprises a penetrator head 6 and a penetrator body 7, which are modular and can be detachably attached to one another.
  • the penetrator head 6 thus serves to a certain extent as an attachment, which can be tailored for specific applications. Damping can be provided between the penetrator head 6 and the penetrator body 7, as described with reference to FIG Fig. 6 is explained in more detail below.
  • the penetrator head 6 is manufactured integrally with a penetrator tip 1 and a chisel ring 2 from a tungsten-based solid carbide with a cobalt matrix. In general, however, in other embodiments these components can have any heavy metal-based alloy, in particular with a ceramic component in a ductile matrix.
  • the penetrator tip 1 has an ogive nose shape and is axially in front of the chisel ring 2 (cf. eg Fig. 5 ).
  • the chisel ring has five chisel elements 3, which are arranged radially offset around the penetrator tip 1 at regular azimuthal distances from one another. Due to the pre-positioning of the penetrator tip 1, the individual chisel elements 3 are positioned axially back relative to the penetrator tip 1. Each chisel element 3 has a radially oriented radial cutting edge 4 and an azimuthally oriented azimuthal cutting edge 5 (cf. Fig. 3 ). Each radial cutting edge 4 projects radially from the penetrator tip 1. The respective azimuthal cutting edge 5 is in turn seated radially on the outside on the associated radial cutting edge 4.
  • the radial cutting edges 4 are arranged axially backwards opposite the azimuthal cutting edges 5, the chisel elements 3 concretely running from the azimuthal cutting edge 5 via the radial cutting edge 4 axially backwards at an angle of about 60 ° towards the penetrator tip 1.
  • Each radial cutting edge 4 is designed to be ground on two sides, while the azimuthal cutting edges 5 are designed to be ground on one side with a cutting edge tapering axially towards the rear.
  • the penetrator tip 1 and the surrounding chisel ring 2 of the penetrator 10 shown are geometrically designed and arranged in such a way that a multi-stage penetration process is created through which a greatly increased penetration capacity compared to conventional penetrators is achieved when used on armor made of UHPC.
  • the penetrator 10 first strikes a target object with the penetrator tip 1 located in front of it, whereby a radially spreading pre-damage of the target object arises in the impact area.
  • the chisel elements 3 of the chisel ring 2 then hit the target with the azimuthal cutting edges 5 and engage in it like a claw.
  • Both the one-sided cutting edge shape and the arrangement of the azimuthal cutting edges 5 reduce the risk of ricochets at inclined steering angles. Because of the impulse present, the penetrator 10 is then driven further into the target. Here, the radial cutters 4 shatter the previously damaged impact point between the azimuthal cutters 5 and the penetrator tip 1, with reinforcement elements such as steel reinforcements or steel fibers being severed or cut through by the radial cutters 4.
  • the double-edged design of the radial cutting edges 4 prevents an undesired rotation of the penetrator 10 from being generated. At the same time, debris that arises between the chisel elements 3 can flow away unhindered.
  • the penetrator head 6 has a larger radial diameter than the chisel ring 2 (cf. Fig. 5 ), so that the debris is then displaced to the outside. As soon as a critical penetration depth has been reached, a rear side of the armor material can be repelled ("scabbing") due to a massive shear failure of the armor material. The sensitivity of the armor material to shear loads was previously increased considerably due to the targeted separation of the reinforcement structures.
  • the penetrator body 7 has a cylindrical basic shape, along which a total of four axially aligned slide rails 8 and four also axially aligned debris channels 9 are arranged azimuthally alternating.
  • the debris channels 9 serve to convey debris, which is carried away along the penetrator head 6.
  • the debris channels 9 have been milled into the penetrator hull 7 as depressions.
  • the debris channels 9 thus ensure a hydrostatic pressure equalization during the penetration of the penetrator 10 into the target object.
  • Both the penetrator head 6 and the penetrator body 7, in particular the penetrator tip 1 and / or the slide rails 8, can be provided with a suitable low-friction and / or wear-resistant coating in order to further improve the penetration of the penetrator 10.
  • a suitable low-friction and / or wear-resistant coating in order to further improve the penetration of the penetrator 10.
  • this is made of cold-work steel in this embodiment.
  • radial fastening bores 11 are formed in the penetrator body 7 and the penetrator head 6.
  • the radial fastening bores 11 of the penetrator body 7 are incorporated into a fastening base 15 of the penetrator body 11, via which the penetrator body 7 can be inserted into a complementarily shaped receiving recess 16 of the penetrator head 6.
  • the penetrator head 6 again has a fastening collar 17 through which its radial fastening bores 11 pass.
  • the penetrator body 7 and the penetrator head 6 can thus be plugged together in such a way that the fastening bores 11 are aligned with one another and then appropriate screws, bolts or similar fastening means can be inserted.
  • FIG. 11 shows a schematic perspective view of the penetrator from FIG Fig. 1 obliquely from the front with a built-in shock absorber 12.
  • the shock absorber 12 is designed flat between the penetrator body 7 and the penetrator head 6 to dampen impact loads of the penetrator head 6 on the penetrator body 7, which occur during the impact on or penetration into a target object.
  • the shock absorber 12 comprises a first damping disk 13, which is designed as a closed circular disk and is arranged axially.
  • the shock absorber 12 comprises a second damping disk 14, which is designed as an annular disk offset axially concentrically with respect to the first damping disk 13.
  • the first damping disk 13 rests on the fastening base 15 of the penetrator body 7 within the receiving recess 16 of the penetrator head 6.
  • the second damping disk 14 is arranged around the fastening base 15 on the penetrator body 7 opposite the fastening collar 17 of the penetrator head 6.
  • the geometries of the penetrator head 6 and of the penetrator body 7 ensure that these bodies are guided linearly in relation to one another, so that, among other things, buckling or bending of the overall system can be prevented. Furthermore, a uniform load on the damping disks 13, 14 is achieved in this way.
  • the damping disks 13, 14 can be made of a solid material such as an aluminum alloy or a fiber-reinforced plastic. In principle, however, more complex damping materials or damping systems can also be used, for example honeycomb structures, wave structures and / or the like. Furthermore, the damping disks 13, 14 can be made of multiple layers in order to absorb shock loads gradually and / or progressively. In principle, there are also general complexes in other designs Internal geometries or internal structures of the damping disks 13, 14 are provided.
  • the modular design of the penetrator 10 shown offers an advantageous mounting area for the shock absorber 12 between the penetrator body 7 and the penetrator head 6 due to the design.
  • the shock absorber 12 is flat in order to keep the required installation space as small as possible on the one hand and to reduce the damping effect on the other hand To maximize compressive stress.
  • shock-sensitive components of the penetrator 10 such as electronic components, active charges or the like, for example, which can be accommodated in the penetrator body 7 (not shown), can be protected.
  • the damping offers in particular an additional protection of the system against, for example, a detonation of a possible pre-hollow charge or the like.
  • the shock loads that occur can in principle represent a technical challenge, for example for ignition electronics.
  • an undesired premature detonation of an explosive charge can be avoided in this way.
  • the probability of failure and / or defects when using the penetrator 10 can be reduced.
  • the fastening bores 11 are advantageously designed as elongated holes with a widened axial diameter along the penetrator axis, so that the fastening means have sufficient play in the event of a Impact of the penetrator 10 and a resulting deflection of the penetrator head 6 on the penetrator body 7.
  • the shown penetrator provides an efficient, highly effective and supersonic system with improved impact damping for the action on ultra-high-strength targets, for example made of UHPC. Due to the modular design, the system can be converted particularly flexibly, quickly and in a targeted manner.

Landscapes

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  • Earth Drilling (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Penetrator. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Penetrator für einen überschallfähigen Flugkörper wie einen Lenkflugkörper, eine gelenkte oder ungelenkte Rakete, und/oder ein (ballistisches) Geschoss oder dergleichen zur Einwirkung auf Ziele aus ultrahochfestem Zielmaterial.
  • In den letzten Jahren ist die Leistungsfähigkeit von Panzerungen aus Beton, Stahlbeton, Stahlfaserbeton oder anderen bewehrten Materialien immer weiter erhöht worden. Ein derartiges Material stellt beispielsweise Ultrahochleistungsbeton (englisch: "Ultra High Performance Concrete", UHPC) dar, ein Werkstoff mit duktilem Verhalten, welcher sich durch besonders hohe Dichtigkeit, Festigkeit und Schlagzähigkeit auszeichnet. Hierbei werden Stahlfasern als hochfeste Bestandteile beigemischt, wodurch eine stark erhöhte Druckfestigkeit des Betons von bis zu 200 MPa erreicht werden kann. Ebenfalls beigemischte Polypropylenfasern verbessern zusätzlich den Brandwiderstand und verhindern, dass der UHPC bei einer Brandbeaufschlagung aufgrund eines sehr hohen Dampfdrucks schlagartig versagt.
  • Um Panzerungen aus derartigen Materialen wirksam zu durchbrechen, werden unter anderem Penetratoren mit sehr hohen Aufprallgeschwindigkeiten vorgeschlagen. Die hierdurch auftretenden hohen Einschlagskräfte bedingen jedoch, dass die inneren Komponenten des Penetrators einschließlich der elektronischen Elemente und insbesondere der Wirkladung gegenüber den extrem hohen mechanischen Stoßlasten geschützt werden. Davon unabhängig werden generell höhere Anforderungen an die mechanische Widerstandsfähigkeit des Penetrators und insbesondere an dessen Gehäuse gestellt, damit dieser das Zielmaterial ohne frühzeitiges Strukturversagen möglichst vollständig durchschlagen kann. Zudem kann die hohe Druckfestigkeit derartiger Betonmaterialien das Querschlägerrisiko bei schrägem Auftreffen erhöhen.
  • Die Druckschriften WO 2013/150511 A1 , US 4,488,487 A und DE 40 33 754 A1 beschreiben Geschosse mit meißelartigen Elementen im Bereich einer Geschossspitze.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Lösungen für überschallfähige Penetratoren mit verbesserter Wirksamkeit zu finden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Penetrator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Demgemäß ist ein Penetrator vorgesehen. Der Penetrator umfasst eine Penetratorspitze und einen Meißelkranz, welcher eine Vielzahl von Meißelelementen aufweist, die radial versetzt um die Penetratorspitze herum angeordnet sind, wobei die Meißelelemente axial zurückgelagert gegenüber der Penetratorspitze positioniert sind, und wobei die Meißelelemente jeweils eine radial ausgerichtete Radialschneide und eine azimutal ausgerichtete Azimutalschneide aufweisen.
  • Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, die Wirksamkeit eines Penetrators, d.h. eines Wirksystems für einen Flugkörper, eine Rakete und/oder ein Geschoss oder dergleichen, durch eine innovative äußere Formgestaltung erheblich zu verbessern, indem speziell ausgebildete Meißelelemente mit einer vorgelagerten Penetratorspitze kombiniert werden. Der Erfindung liegt hierbei insbesondere die Idee zugrunde, das Durchschlagsvermögen des Penetrators mittels eines mehrstufigen Penetrationsprozesses zu verbessern. Die Penetratorspitze des Penetrators kann beispielsweise eine gestufte und/oder spitzbogenförmige Nasenform (englisch: "ogive shape") aufweisen, die speziell für die Eindringung in ultrahochfestes Zielmaterial optimiert sein kann, z.B. eine eine Nasenform mit hohem "Caliber-Radius-Head"-Verhältnis oder dergleichen. Durch die Vorlagerung der Penetratorspitze gegenüber den Meißelelementen prallt der Penetrator zunächst mit dieser auf ein Zielobjekt auf. Die Penetratorspitze erzeugt hierbei eine radiale Vorschädigung des Zielobjektes im Aufprallbereich, wobei sich insbesondere erste Risse von dem Aufprallpunkt ausbreiten können. Anschließend treffen die Meißelelemente des Meißelkranzes auf das Ziel auf, wobei die vorgeschädigte Aufprallstelle zwischen den Meißelelementen und der Penetratorspitze gewissermaßen zertrümmert wird. Hierbei vermindern die Azimutalschneiden aufgrund ihrer Ausrichtung das Querschlägerverhalten des Penetrators, da sie diesen gegenüber schrägen Aufprallwinkeln stabilisieren. Anders ausgedrückt sorgen die Meißelschneiden dafür, dass sich der Penetrator unter flachen Aufprallwinkeln gewissermaßen in das Ziel hineinkrallt, wodurch ein Impuls erzeugt wird, der den Penetrator in das Ziel hineintreibt. Die Radialschneiden wiederum zertrennen Verstärkungsstrukturen innerhalb des Zielobjekts wie beispielsweise Stahlelemente und/oder Verstärkungsfasern. Allgemein können die Meißelelemente aufgrund ihrer Formgestaltung Kavitationseffekte (englisch: "cavitation effects") innerhalb des Panzermaterials begünstigen und dadurch die Wirksamkeit des Penetrators weiter verbessern. Gleichzeitig können die entstehenden Trümmer zwischen den Meißelelementen ungehindert abfließen. Durch das gezielte Abschneiden bzw. Zertrennen der Verstärkungsstrukturen des Zielobjekts kann insbesondere im Falle von UHPC als Panzermaterial ausgenutzt werden, dass das zugrundliegende Betonmaterial grundsätzlich, d.h. ohne die Verstärkungsstrukturen, empfindlich gegenüber Scherlasten ist. Sobald eine kritische Eindringtiefe erreicht ist, kann eine Rückseite des Panzermaterials aufgrund eines massiven Scherversagens des Betons abgestoßen werden (englisch: "Scabbing").
  • Die vorliegende Erfindung stellt somit ein effizientes, hochwirksames Penetratorsystem bereit, welches auch Einschläge mit Überschallgeschwindigkeit auf ultra-hochfeste Betonziele und/oder Mehrschicht- bzw. Massivziele überstehen kann. Hierbei werden für die Gestaltung des Penetratorkopfes die Versagensmechanismen derartiger Materialien, insbesondere von UHPC, berücksichtigt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann die Radialschneide radial von der Penetratorspitze abstehen. Die Radialschneide ist somit entlang der sich von dem Aufprallpunkt der Penetratorspitze ausbreitenden Primärrisse ausgerichtet und kann derart ideal in das vorgeschädigte Zielmaterial eindringen und dort befindliche Verstärkungselemente zertrennen.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann die Azimutalschneide radial außen auf der Radialschneide aufsitzen. Die äußere Anordnung der Azimutalschneiden gegenüber den Radialschneiden verstärkt die Wirkung der Azimutalschneiden zur Verminderung des Querschlägerrisikos, da die Hebelwirkung der Anordnung ausgenutzt wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann die Radialschneide axial zurückgelagert gegenüber der Azimutalschneide positioniert sein. In dieser vorteilhaften Weiterbildung wird somit insbesondere sichergestellt, dass die Meißelelemente zuerst mit den Azimutalschneiden auf das Zielobjekt auftreffen. Die Azimutalschneiden können hierzu insbesondere radial außen auf der Radialschneide aufsitzen. Die Meißelelemente greifen somit mit den Azimutalschneiden zunächst in das Betonmaterial eines Ziels ein, bevor das Material von den Radialschneiden zwischen der Penetratorspitze und den Azimutalschneiden weiter zertrümmert wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung können die Meißelelemente von der Azimutalschneide über die Radialschneide axial schräg nach hinten auf die Penetratorspitze zulaufen. Die Schneiden der Meißelelemente bilden im Zusammenspiel somit gewissermaßen einen kranzförmigen Greifarm, welcher zunächst mit den vorgelagerten Azimutalschneiden in das Zielobjekt hineingreift und aufgrund des Penetratorimpulses in dieses hineingetrieben wird, wobei die rückgelagerten Radialschneiden jegliches dazwischenliegendes Material zerkleinern.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann die Radialschneide zweiseitig geschliffen ausgebildet sein. Gemäß einer Weiterbildung kann die Azimutalschneide einseitig geschliffen ausgebildet sein. Die zweiseitige Schleifung der Radialschneiden verhindert unter anderem, dass ein axiales Rotationsmoment um die Penetratorachse entsteht. Gleichzeitig unterstützt die zur Penetratorachse gerichtete Schneide der Azimutalschneiden das Eingreifen der Meißelelemente in das Zielobjekt, sodass das Querschlägerrisiko weiter verbessert wird. Alternativ oder zusätzlich können die Radialschneiden und/oder die Azimutalschneiden wärmebehandelt sein (z.B. mittels Vakuumhärten, Einsatzhärten, Induktionshärten, Flammhärten, Nitrieren usw.), um die Verschleißbeständigkeit der Schneiden zu verbessern.
  • Gemäß einer Weiterbildung können zwischen drei und zwölf Meißelelemente vorhanden sein. Beispielsweise können drei, vier, fünf oder mehr Meißelelemente vorhanden sein.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann der Penetrator weiterhin einen Penetratorkopf aufweisen. Auf dem Penetratorkopf kann die Penetratorspitze zusammen mit dem Meißelkranz aufsitzen. Der Penetratorkopf kann einen größeren radialen Durchmesser als der Meißelkranz aufweisen. Die Krafteinwirkungsfläche des Meißelkranzes kann somit dazu ausgelegt werden, eine möglichst große Zerstörung pro Flächeneinheit zu erreichen. Zertrümmertes Material kann anschließend von dem rückgelagerten größer ausgelegten Penetratorkopf verdrängt werden. Hierdurch kann insbesondere der Effekt des Scabbings verstärkt werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann der Penetrator weiterhin einen zylindrischen Penetratorrumpf aufweisen. Der Penetratorrumpf kann eine Vielzahl von axial ausgerichteten Gleitschienen und/oder eine Vielzahl von axial ausgerichteten Trümmerkanälen aufweisen. Die Gleitschienen dienen insbesondere dazu, den Penetrator möglichst gerade in ein Ziel hinein zu führen. Gleichzeitig verbessern axial ausgerichtete Gleitschienen die Biegesteifigkeit des Penetrators, d.h. die elastische Verformbarkeit des Penetrators während des Eindringens. Darüber hinaus definieren die Gleitschienen Kontaktflächen für das Panzermaterial. Über die konkrete geometrische Ausgestaltung der Gleitschienen können Reibungsverluste vermindert werden. Dies kann unterstützt werden durch speziell ausgewählte Beschichtungsmaterialien, welche zudem die Verschleißbeständigkeit bzw. Verschleißfestigkeit des Penetrators stärken können. Beispielsweise können die Gleitschienen als axial ausgerichtete Stege auf einer Außenseite des Penetratorrumpfes ausgebildet sein. Die Trümmerkanäle wiederum sorgen für einen hydraulischen Druckausgleich beim Eindringen des Penetrators in ein Panzermaterial, sodass Trümmermaterial ungehindert nach hinten abgeführt werden kann. Beispielsweise können die Trümmerkanäle als Vertiefungen und/oder Taschen in eine Außenseite des Penetratorrumpfes gefräst oder anderweitig eingearbeitet werden. Gleichzeitig können die Trümmerkanäle derart ausgebildet sein, dass Reibungsverluste aufgrund einer reduzierten Beton-Kontaktfläche weiter reduziert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung können die Gleitschienen und die Trümmerkanäle azimutal alternierend angeordnet sein.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann der Penetratorkopf, die Penetratorspitze und/oder der Meißelkranz eine schwermetallbasierte Legierung, insbesondere mit einem keramischen Anteil in einer duktilen Matrix, aufweisen.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann der Penetratorkopf, die Penetratorspitze und/oder der Meißelkranz ein wolframbasiertes Vollhartmetall aufweisen. Das wolframbasierte Vollhartmetall, z.B. eine Wolfram- und/oder Wolframcarbit-Legierung, kann in eine Cobaltmatrix eingebettet sein. Insbesondere kann der Penetratorkopf, die Penetratorspitze und/oder der Meißelkranz aus einem derartigen Material gefertigt sein. Cobalt als Bindemittel kann hierbei unter anderem die Zähigkeit des Materials optimieren. Generell kann derart eine hohe Festigkeit und Steifigkeit erreicht werden, was zu weniger Verschleiß und Verformungen und damit letztendlich zu einer verbesserten Eindringtiefe führt. Somit wird die Überlebensfähigkeit des Penetrators beim Einschlag auf hochfeste Materialien mit Überschallgeschwindigkeiten verbessert.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann der Penetratorkopf integral mit der Penetratorspitze und dem Meißelkranz gebildet sein. Der Penetratorkopf kann somit einstückig mit der Penetratorspitze und dem Meißelkranz gefertigt sein, z.B. aus einem wolframbasierten Vollhartmetall mit Cobaltmatrix.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann der Penetratorrumpf einen Kaltarbeitsstahl aufweisen. Insbesondere kann der Penetratorrumpf aus einem Kaltarbeitsstahl gefertigt sein. Der Penetratorrumpf ist typischerweise hohen Stoßlasten und Biegelasten sowie starkem Verschleiß bzw. Erosion aufgrund der Wechselwirkung beispielsweise mit Beton(-schutt) ausgesetzt. Moderne Kaltarbeitsstähle zeigen überragendes Festigkeits- und Zähigkeitsverhalten und sind damit ideal geeignet, um einen Penetratorrumpf zu verstärken.
  • Sowohl der Penetratorkopf samt der Penetratorspitze und den Meißelelementen als auch der Penetratorrumpf, insbesondere die Gleitschienen können mit einer geeigneten reibungsarmen und/oder verschleißfesten Beschichtung versehen sein. Derartige Beschichtungen können insbesondere dahingehend ausgewählt sein, dass eine ausreichende Oberflächenhärte zur Vermeidung von abrasivem Verschleiß, eine deutliche Reduzierung der Reibung, korrosiver Schutz, hohe Haftkräfte für große Oberflächenbelastungen etc. gegeben sind. Insbesondere können Mehrkomponenten- und/oder Mehrlagenbeschichtungssysteme genutzt werden.
  • Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
    • Fig. 1
    schematische perspektivische Ansicht eines Penetrators von schräg vorne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    Fig. 2
    schematische perspektivische Detailansicht eines Penetratorkopfes des Penetrators aus Fig.1;
    Fig. 3
    schematische perspektivische Seitenansicht des Penetratorkopfes aus Fig. 2;
    Fig. 4
    schematische perspektivische Ansicht des Penetratorkopfes aus Fig. 2 von schräg hinten;
    Fig. 5
    schematische perspektivische Seitenansicht des Penetrators aus Fig. 1; und
    Fig. 6
    schematische perspektivische Ansicht des Penetrators aus Fig. 1 von schräg vorne mit einem eingebauten Stoßdämpfer.
  • Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
  • In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Penetrators 10 von schräg vorne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Der Penetrator 10 ist für den Einsatz mit Überschallgeschwindigkeiten, z.B. Mach 2 oder mehr, speziell zur Einwirkung auf Ziele aus ultrahochfestem Zielmaterial wie beispielsweise Ultrahochleistungsbeton (UHPC) ausgebildet. Bei einem Aufprall mit einer derartigen Geschwindigkeit auf ein solches Material muss der Penetrator in typischen Anwendungen Stoßlasten von mehr als 300,000 m/s2 standhalten, die in Zeiträumen unter einer Millisekunde wirken. Um diesen extremen Einsatzbedingungen gerecht zu werden und um derartige hochfeste Ziele durchschlagen zu können, werden in dem gezeigten Penetrator mehrere unterschiedliche Techniken miteinander verknüpft, wie im Folgenden detailliert erläutert wird. Bisherige, bekannte Systeme sind dem entgegen häufig nicht in der Lage einen Einschlag mit Überschallgeschwindigkeit zu überstehen, z.B. aufgrund von strukturellem Versagen, Zerstörung der Elektronik, verfrühter Schockinitiierung der Sprengladung usw. Zudem sind herkömmliche System vielfach ineffizient bezüglich Versagensmechanismen, Reibung etc.
  • Auch wenn sich im Folgenden mit der Anwendung im Überschallbereich beschäftigt wird, ist die Erfindung grundsätzlich nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt, sondern kann ebenso im Unterschallbereich genutzt werden. Weiterhin kann der Penetrator zur Bekämpfung von Zielen aus anderen Materialien als UHPC ausgebildet werden.
  • Der Penetrator 10 der Fig. 1 umfasst einen Penetratorkopf 6 und einen Penetratorrumpf 7, welche modular ausgebildet sind und aneinander lösbar befestigt werden können. Der Penetratorkopf 6 dient somit gewissermaßen als Aufsatz, welcher für bestimmte Anwendungsfälle konfektioniert werden kann. Zwischen dem Penetratorkopf 6 und dem Penetratorrumpf 7 kann eine Dämpfung vorgesehen sein, wie sie mit Bezug auf Fig. 6 weiter unten näher erläutert wird.
  • Detailansichten des Penetratorkopfes 6 sind in Fig. 2 bis 5 dargestellt, insbesondere in Fig. 2. Der Penetratorkopf 6 ist integral mit einer Penetratorspitze 1 und einem Meißelkranz 2 aus einem wolframbasierten Vollhartmetall mit Cobaltmatrix gefertigt. Allgemein können diese Komponenten in anderen Ausführungen jedoch eine beliebige schwermetallbasierte Legierung, insbesondere mit einem keramischen Anteil in einer duktilen Matrix, aufweisen. Die Penetratorspitze 1 weist eine spitzbogenförmige (ogive) Nasenform auf und ist gegenüber dem Meißelkranz 2 axial vorgelagert (vgl. z.B. Fig. 5). Der Meißelkranz weist fünf Meißelelemente 3 auf, die radial versetzt um die Penetratorspitze 1 herum mit regelmäßigen azimutalen Abständen zueinander angeordnet sind. Aufgrund der Vorlagerung der Penetratorspitze 1 sind die einzelnen Meißelelemente 3 axial zurückgelagert gegenüber der Penetratorspitze 1 positioniert. Jedes Meißelelement 3 weist eine radial ausgerichtete Radialschneide 4 und eine azimutal ausgerichtete Azimutalschneide 5 auf (vgl. Fig. 3). Hierbei steht jede Radialschneide 4 radial von der Penetratorspitze 1 ab. Die jeweilige Azimutalschneide 5 sitzt wiederum radial außen auf der zugehörigen Radialschneide 4 auf. Hierbei sind die Radialschneiden 4 axial zurückgelagert gegenüber den Azimutalschneiden 5 angeordnet, wobei die Meißelelemente 3 konkret von der Azimutalschneide 5 über die Radialschneide 4 axial schräg nach hinten unter einem Winkel von etwa 60° auf die Penetratorspitze 1 zulaufen. Jede Radialschneide 4 ist hierbei zweiseitig geschliffen ausgebildet, während die Azimutalschneiden 5 einseitig geschliffen mit einer axial nach hinten zulaufenden Schneide ausgebildet sind.
  • Die Penetratorspitze 1 und der umliegende Meißelkranz 2 des gezeigten Penetrators 10 sind derart geometrisch gestaltet und angeordnet, dass ein mehrstufiger Penetrationsprozess entsteht, durch den ein stark erhöhtes Durchschlagsvermögen gegenüber herkömmlichen Penetratorn bei Anwendung auf Panzerungen aus UHPC erreicht wird. Der Penetrator 10 prallt zunächst mit der vorgelagerten Penetratorspitze 1 auf ein Zielobjekt auf, wobei eine sich radial ausbreitende Vorschädigung des Zielobjektes im Aufprallbereich entsteht. Anschließend treffen die Meißelelemente 3 des Meißelkranzes 2 mit den Azimutalschneiden 5 auf das Ziel auf und greifen in dieses klauenartig ein. Sowohl die einseitige Schneidenform als auch die Anordnung der Azimutalschneiden 5 verringern hierbei das Risiko von Querschlägern unter schrägen Einschlagswinkeln. Aufgrund des vorhandenen Impulses wird der Penetrator 10 anschließend weiter in das Ziel hineingetrieben. Hierbei zertrümmern die Radialschneiden 4 die vorgeschädigte Aufprallstelle zwischen den Azimutalschneiden 5 und der Penetratorspitze 1, wobei insbesondere Verstärkungselemente wie beispielsweise Stahlbewehrungen oder Stahlfasern von den Radialschneiden 4 durchtrennt bzw. durchschnitten werden. Die zweischneidige Ausführung der Radialschneiden 4 verhindert hierbei, dass eine ungewünschte Rotation des Penetrators 10 generiert wird. Gleichzeitig können entstehende Trümmer zwischen den Meißelelementen 3 ungehindert abfließen. Der Penetratorkopf 6 weist einen größeren radialen Durchmesser als der Meißelkranz 2 auf (vgl. Fig. 5), sodass das Trümmermaterial im Anschluss nach Außen verdrängt wird. Sobald eine kritische Eindringtiefe erreicht ist, kann eine Rückseite des Panzermaterials aufgrund eines massiven Scherversagens des Panzermaterials abgestoßen werden (englisch: "Scabbing"). Die Empfindlichkeit des Panzermaterials gegenüber Scherlasten wurde zuvor aufgrund des gezielten Zertrennens der Verstärkungsstrukturen erheblich vergrößert.
  • Der Penetratorrumpf 7 weist eine zylindrische Grundform auf, entlang derer insgesamt vier axial ausgerichtete Gleitschienen 8 und vier ebenfalls axial ausgerichtete Trümmerkanäle 9 azimutal alternierend angeordnet sind. Die Trümmerkanäle 9 dienen hierbei der Weiterleitung von Trümmermaterial, welches entlang des Penetratorkopfes 6 abgeführt wird. Hierzu sind die Trümmerkanäle 9 als Vertiefungen in den Penetratorrumpf 7 eingefräst worden. Die Trümmerkanäle 9 sorgen somit für einen hydrostatischen Druckausgleich während des Eindringens des Penetrators 10 in das Zielobjekt. Die Gleitschienen 8 hingegen versteifen den Penetrator 10 gegenüber Biegungen und führen diesen gleichzeitig weiter in das Zielobjekt hinein. Sowohl der Penetratorkopf 6 als auch der Penetratorrumpf 7, insbesondere die Penetratorspitze 1 und/oder die Gleitschienen 8, können mit einer geeigneten reibungsarmen und/oder verschleißfesten Beschichtung versehen sein, um das Eindringen des Penetrators 10 weiter zu verbessern. Um den Penetratorrumpf 7 mit einer ausreichenden Festigkeit und Steifigkeit zu versehen, ist dieser in dieser Ausführung aus einem Kaltarbeitsstahl gefertigt.
  • Aus Fig. 4 und 5 kann entnommen werden, dass in dem Penetratorrumpf 7 und dem Penetratorkopf 6 radiale Befestigungsbohrungen 11 ausgebildet sind. Hierbei sind die radialen Befestigungsbohrungen 11 des Penetratorrumpfes 7 in einen Befestigungssockel 15 des Penetratorrumpfes 11 eingearbeitet, über den der Penetratorrumpf 7 in eine komplementär geformte Aufnahmevertiefung 16 des Penetratorkopfes 6 einsteckbar ist. Der Penetratorkopf 6 weist wiederum einen Befestigungskragen 17 auf, durch den dessen radiale Befestigungsbohrungen 11 hindurchführen. Zur Montage können der Penetratorrumpf 7 und der Penetratorkopf 6 somit derart zusammengesteckt werden, dass die Befestigungsbohrungen 11 zueinander ausgerichtet werden und anschließend entsprechende Schrauben, Bolzen oder ähnliche Befestigungsmittel eingeführt werden können.
  • Fig. 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Penetrators aus Fig. 1 von schräg vorne mit einem eingebauten Stoßdämpfer 12.
  • Der Stoßdämpfer 12 ist flächig zwischen dem Penetratorrumpf 7 und dem Penetratorkopf 6 dazu ausgebildet, Stoßlasten des Penetratorkopfs 6 auf den Penetratorrumpf 7 zu dämpfen, die während des Aufpralls auf bzw. des Eindringens in ein Zielobjekt entstehen. Hierzu umfasst der Stoßdämpfer 12 eine erste Dämpfungsscheibe 13, die geschlossen als Kreisscheibe ausgebildet und axial angeordnet ist. Ferner umfasst der Stoßdämpfer 12 eine zweite Dämpfungsscheibe 14, die als Ringscheibe axial konzentrisch versetzt bezüglich der ersten Dämpfungsscheibe 13 ausgebildet ist. Die erste Dämpfungsscheibe 13 liegt hierbei auf dem Befestigungssockel 15 des Penetratorrumpfes 7 innerhalb der Aufnahmevertiefung 16 des Penetratorkopfes 6 auf. Die zweite Dämpfungsscheibe 14 ist um den Befestigungssockel 15 herum auf dem Penetratorrumpf 7 gegenüber von dem Befestigungskragen 17des Penetratorkopfes 6 angeordnet. Die Geometrien des Penetratorkopfes 6 sowie des Penetratorrumpfes 7 gewährleisten hierbei eine lineare Führung dieser Körper zueinander, wodurch unter anderem ein Einknicken bzw. Umbiegen des Gesamtsystems unterbunden werden kann. Ferner wird hierdurch eine gleichmäßige Belastung der Dämpfungsscheiben 13, 14 erreicht.
  • Die Dämpfungsscheiben 13, 14 können aus einem Vollmaterial wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung oder einem faserverstärktem Kunststoff gefertigt sein. Grundsätzlich können jedoch ebenso komplexere Dämpfungsmaterialien bzw. Dämpfungssysteme zur Anwendung kommen, z.B. Wabenstrukturen, Wellenstrukturen und/oder dergleichen. Weiterhin können die Dämpfungsscheiben 13, 14 mehrschichtig ausgebildet sein, um Stoßlasten schrittweise und/oder progressiv aufzufangen. Prinzipiell sind in anderen Ausführungen auch allgemeine komplexe Innengeometrien bzw. Innentstrukturen der Dämpfungsscheiben 13, 14 vorgesehen.
  • Die gezeigte modulare Ausbildung des Penetrators 10 bietet konstruktionsbedingt zwischen dem Penetratorrumpf 7 und dem Penetratorkopf 6 einen vorteilhaften Anbringungsbereich für den Stoßdämpfer 12. Der Stoßdämpfer 12 ist flächig ausgeführt, um den benötigten Installationsraum einerseits so gering wie möglich zu halten und um die Dämpfungswirkung andererseits gegenüber einer Druckbeanspruchung zu maximieren. Mittels der Dämpfung können stoßempfindliche Komponenten des Penetrators 10 wie beispielsweise elektronische Bauteile, Wirkladungen oder dergleichen geschützt werden, die z.B. in dem Penetratorrumpf 7 untergebracht sein können (nicht eingezeichnet). Die Dämpfung bietet insbesondere einen zusätzlichen Schutz des Systems gegen beispielsweise eine Detonation einer möglichen Vorhohlladung oder dergleichen. Dies ist ein erheblicher Vorteil, da die auftretenden Schocklasten grundsätzlich eine technische Herausforderung beispielsweise für einen Zündelektronik darstellen können. Beispielsweise kann derart eine ungewünschte verfrühte Detonation einer Sprengladung vermieden werden. Darüber hinaus kann die Ausfall- und/oder Defektwahrscheinlichkeit beim Einsatz des Penetrators 10 gesenkt werden. Dies macht den Penetrator 10 besonders geeignet für die angesprochenen Anwendungen gegen UHPC-Panzerungen. Aufgrund der modularen Aufteilung des Penetrators 10 ist es weiterhin möglich eine Wirkladung auf die beiden Module des Penetrators 10 aufzuteilen, welcher insbesondere unabhängig voneinander oder zeitlich versetzt zueinander zündbar sein können, um die Wirksamkeit des Penetrators 10 weiter zu verbessern. Vorteilhafterweise sind die Befestigungsbohrungen 11 in der gezeigten Ausführung als Langlöcher mit einem verbreiterten axialen Durchmesser entlang der Penetratorachse ausgebildet, sodass die Befestigungsmittel ausreichend Spiel bei einem Aufschlag des Penetrators 10 und einem daraus resultierenden Einfedern des Penetratorkopfes 6 auf den Penetratorrumpf 7 aufweisen.
  • Zusammenfassend wird mit dem gezeigten Penetrator ein effizientes, hochwirksames und überschallfähiges System mit verbesserter Einschlagsdämpfung für die Einwirkung auf ultra-hochfeste Ziele beispielsweise aus UHPC bereitgestellt. Aufgrund der modularen Gestaltung ist das System besonders flexibel, schnell und zielangepasst umrüstbar.
  • In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, keinesfalls jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung sofort und unmittelbar klar sein.
  • Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. In den Ansprüchen sowie der Beschreibung werden die Begriffe "beinhaltend" und "aufweisend" als neutralsprachliche Begrifflichkeiten für die entsprechenden Begriffe "umfassend" verwendet. Weiterhin soll eine Verwendung der Begriffe "ein", "einer" und "eine" eine Mehrzahl derartig beschriebener Merkmale und Komponenten nicht grundsätzlich ausschließen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Penetratorspitze
    2
    Meißelkranz
    3
    Meißelelement
    4
    Radialschneide
    5
    Azimutalschneide
    6
    Penetratorkopf
    7
    Penetratorrumpf
    8
    Gleitschiene
    9
    Trümmerkanal
    10
    Penetrator
    11
    Radialbohrung
    12
    Stoßdämpfer
    13
    erste Dämpfungsscheibe
    14
    zweite Dämpfungsscheibe
    15
    Befestigungssockel
    16
    Aufnahmevertiefung
    17
    Befestigungskragen
    D1
    Durchmesser Meißelkranz
    D2
    Durchmesser Penetratorkopf
    D3
    Durchmesser Penetratorspitze

Claims (15)

  1. Penetrator (10), mit:
    einer Penetratorspitze (1); und
    einem Meißelkranz (2), welcher eine Vielzahl von Meißelelementen (3) aufweist, die radial versetzt um die Penetratorspitze (1) herum angeordnet sind;
    wobei die Meißelelemente (3) axial zurückgelagert gegenüber der Penetratorspitze (1) positioniert sind, und
    wobei die Meißelelemente (3) jeweils eine radial ausgerichtete Radialschneide (4) und eine azimutal ausgerichtete Azimutalschneide (5) aufweisen.
  2. Penetrator (10) nach Anspruch 1, wobei die Radialschneide (4) radial von der Penetratorspitze (1) absteht.
  3. Penetrator (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Azimutalschneide (5) radial außen auf der Radialschneide (4) aufsitzt.
  4. Penetrator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Radialschneide (4) axial zurückgelagert gegenüber der Azimutalschneide (5) positioniert ist.
  5. Penetrator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Meißelelemente (3) von der Azimutalschneide (5) über die Radialschneide (4) axial schräg nach hinten auf die Penetratorspitze (1) zulaufen.
  6. Penetrator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Radialschneide (4) zweiseitig geschliffen und/oder die Azimutalschneide (5) einseitig geschliffen ausgebildet ist.
  7. Penetrator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwischen drei und zwölf, insbesondere fünf, Meißelelemente (3) vorhanden sind.
  8. Penetrator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin mit:
    einem Penetratorkopf (6), auf dem die Penetratorspitze (1) zusammen mit dem Meißelkranz (2) aufsitzt, wobei der Penetratorkopf (6) einen größeren radialen Durchmesser als der Meißelkranz (2) aufweist.
  9. Penetrator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin mit:
    einem zylindrischen Penetratorrumpf (7), welcher eine Vielzahl von axial ausgerichteten Gleitschienen (8) und/oder eine Vielzahl von axial ausgerichteten Trümmerkanälen (9) aufweist.
  10. Penetrator (10) nach Anspruch 9, wobei die Gleitschienen (8) und die Trümmerkanäle (9) azimutal alternierend angeordnet sind.
  11. Penetrator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest eines von dem Penetratorkopf (6), der Penetratorspitze (1) und dem Meißelkranz (2) eine schwermetallbasierte Legierung, insbesondere mit einem keramischen Anteil in einer duktilen Matrix, aufweist.
  12. Penetrator (10) nach Anspruch 11, wobei zumindest eines von dem Penetratorkopf (6), der Penetratorspitze (1) und dem Meißelkranz (2) ein wolframbasiertes Vollhartmetall aufweist, welches insbesondere in eine Cobaltmatrix eingebettet ist.
  13. Penetrator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Penetratorkopf (6) integral mit der Penetratorspitze (1) und dem Meißelkranz (2) gebildet ist.
  14. Penetrator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Penetratorrumpf (7) einen Kaltarbeitsstahl aufweist.
  15. Penetrator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei zumindest eines von dem Penetratorkopf (6), der Penetratorspitze (1), dem Meißelkranz (2) und dem Penetratorrumpf (7), insbesondere die Gleitschienen (8), eine reibungsreduzierte Beschichtung aufweist.
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