SE541548C2 - Förfarande för förfragmentering av en stridsdel samt förfragmenterad stridsdel - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser ett förfarande för förfragmentering av en stridsdel (1) innefattande en stridsdelskropp (2), en sprängladdning (6), en fendel (3) och ett stridsdelsskal (4) med desiteten ρ, varvid stridsdelsskalet (4) innefattar förformade kaviteter (5), var och en innefattande minst en förformad projektil (7) med desiteten ρoch ett utfyllnadsmaterial (8) med densiteten ρ, varvid förfarandet innefattar följande steg: Förformning av kaviteterna (5) i stridsdelsskalet (4). Applicering av minst en projektil (7) i var och en av de förformade kaviteterna (5). Påfyllning av utfyllnadsmaterial (8) i kaviteterna (5) så att kaviteterna fylls upp. Uppfinningen avser även en stridsdel förfragmenterad enligt nämnda förfarande.

Description

Förfarande för förfragmenterlng av en strldsdel samt förfragmenterad strldsdel Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för förfragmentering av en stridsdel. Uppfinningen avser även en förfragmenterad stridsdel.

Vapensystem för bekämpning av luft-, sjö- eller markmål innefattar olika typer av ballistiska stridsdelar, såsom exempelvis granater som skjuts ut från ett eldrör, robotar eller missiler av olika slag eller styrda glidbomber som fälls från flygplan. Förfragmentering av en stridsdel, exempelvis en granat, genom applicering av förformade projektiler, även benämnda splitterelement, med hög densitet, i förformade kaviteter i granatens ytterskal är ett sen tidigare känt förfarande för att förbättra granatens verkan i mål. Ur verkanssynpunkt är en förfragmenterad granat eller bomb effektivare och mer förutsägbar än en naturligt fragmenterande granat eller bomb. Trots detta används fortfarande vapensystem där stridsdelar med naturlig fragmentering ingår.

För många av dagens vapensystem föreligger således ett behov av att ersätta naturligt fragmenterande stridsdelar med förfragmenterade stridsdelar.

Vid uppgradering av vapensystem, enligt ovan, har det dock visat sig att stridsdelarna blivit antingen för tunga eller för lätta, vilket har påverkat stridsdelarnas masströghetsmoment och därmed systemets ballistiska egenskaper .

Detta har i sin tur lett till höga integrationskostnader eftersom vapensystemets styrsystem har behövts modifieras eller bytas ut med hänsyn till de förändrade ballistiska egenskaperna .

Det föreligger således även ett behov av ett förbättrat förfragmenteringsf örfarande där nämnda problem minimeras eller elimineras helt.

Efter en förfragmentering ställs även krav att projektilerna inte ska gå sönder eller deformeras under accelerationsfasen när stridsdelen briserar. Projektilernas hastighet skall vara hög initialt när projektilerna lämnar stridsdelen. Samtidigt skall projektilerna vara utformade så att projektilernas hastighet inte avtar för snabbt på väg mot mål för att därmed uppnå hög verkan i mål.

För ett vapenssystem där stridsdelen utgörs av en granat som skjuts från ett eldrör gäller även att granaten skall klara de höga accelerations- och centrifugalkrafter som uppstår under utskjutningsförloppet . Granatkroppen skall fungera som en drivspegel för projektilerna när dessa lämnar granaten och medverka till att projektilerna accelereras till hög och jämn hastighet i bestämda riktningar.

Genom US 4644 867 är det känt en granat där granatkroppens skal innefattar förformade splitterelement med hög densitet blandade med ett bärarmaterial, företrädesvis ett metallpulver. De förformade splitterelementen bildar tillsammans med metallpulvret ett sammanhängande skal som omsluter granatkroppens explosivämne.

Granat kroppens skal tillverkas via ett pulvermetallurgiskt förfarande där bärarmaterialet blandas med splitterelementen och pressas, under högt tryck och hög temperatur, till ett kompakt skal. Granatkroppens skal bildar ett sammanhängande konstruktionselement vilket tar upp de axiella och radiella krafter som uppstår vid utskjutningen av granaten.

Nämnda förfarande där bärarmaterial och splitterelement blandas och pressas under högt tryck och hög temperatur, innebär att splitterelementens positioner i bärarmaterialet kan variera från granat till granat. Pressningsförfarandet innebär även att det kan uppstå variationer i skalets yttergeometri vilket påverkar granatens ballistiska egenskaper. Vidare så kan den höga temperaturen innebära att splitterelementens materialegenskaper förändras.

Uppfinningen syfte och dess särdrag Ett huvudändamål med föreliggande uppfinning har varit ett förbättrat förfragmenteringsf örfarande som innebär att ett vapensystemets ballistiska egenskaper förblir oförändrade efter att naturligt fragmenterande stridsdelar i vapensystemet ersatts med förfragmenterade stridsdelar. Ändamål samt andra här ej uppräknade syften, tillgodoses på ett tillfredställande sätt inom ramen för vad som anges i de föreliggande självständiga patentkraven. Utföringsformer av uppfinningen anges i de osjälvständiga patentkraven.

Enligt uppfinningen har man åstadkommit ett förbättrat förfarande förförfragmentering av en stridsdel innefattande en stridsdelskropp, en sprängladdning, en fendel och ett stridsdelsskal med densiteten ?skalvarvid stridsdelsskalet innefattar förformade kaviteter, var och en innefattande minst en förformad projektil med densiteten ?projoch ett utfyllnadsmaterial med densiteten ?fyllnvarvid förfarandet innefattar följande steg: — Förformning av kaviteterna i stridsdelsskalet.

— Applicering av minst en projektil i var och en av de förformade kaviteterna.

— Påfyllning av utfyllnadsmaterial i kaviteterna så att kaviteterna fylls upp.

- Bearbetning av utfyllnadsmaterialet så att detta bildar en sammanhängande hållfast struktur med vidfästning till projektilerna och till kaviteternas innerväggar.

Enligt en andra utföringsform för förfragmenteringsförfarandet väljs projektilernas och kaviteternas dimensioner liksom projektilernas och utfyllnadsmaterialets densiteter så att stridsdelens massa förblir densamma efter förfragmenteringen som före förfragmenteringen.

Enligt en tredje utföringsform för förfragmenteringsförfarandet väljs utfyllnadsmaterialets, stridsdelsskalets och projektilernas densiteter så att ?fylln Enligt en femte utföringsform för förfragmenteringsförfarandet bearbetas utfyllnadsmaterialet via ett pressningsoch värmningsförfarande.

Enligt en sjätte utföringsform för förfragmenteringsförfarandet bearbetas utfyllnadsmaterialet via ett härdningsförfarande.

Enligt en sjunde utföringsform för förfragmenteringsförfarandet positioneras kaviteterna på stridsdelsskalet, med hänsyn till stridsdelsskalets hållfasthet, via ett topologiskt optimeringsförfarande.

Enligt uppfinningen har man även åstadkommit en förfragmenterad stridsdel, innefattande en stridsdelskropp, en fendel, en sprängämnesladdning och ett stridsdelsskal med tjockleken tskaloch densiteten ?skal, varvid stridsdelsskalet innefattar förformade projektiler med densiteten ?projoch ett utfyllnadsmaterial med densiteten ?fylln, varvid projektilernas och kaviteternas dimensioner liksom projektilernas och utfyllnadsmaterialets densiteter är valda så att stridsdelens massa är densamma efter som före förfragmentering.

Enligt en andra utföringsform för den förfragmenterade stridsdelen är utfyllnadsmaterialets, stridsdelsskalets och projektilernas densiteter valda så att ?fylln Enligt en tredje utföringsform för den förfragmenterade stridsdelen innefattar projektilerna en legering av volfram.

Enligt en fjärde utföringsform för den förfragmenterade stridsdelen innefattar utfyllnadsmaterialet aluminiumpulver.

Enligt en femte utföringsform för den förfragmenterade stridsdelen innefattar utfyllnadsmaterialet zirkoniumpulver.

Enligt en sjätte utföringsform för den förfragmenterade stridsdelen innefattar utfyllnadsmaterialet ett magnesiumpulver.

Enligt en sjunde utföringsform för den förfragmenterade stridsdelen innefattar utfyllnadsmaterialet en härdplast.

Enligt en åttonde utföringsform för den förfragmenterade stridsdelen innefattar stridsdelen ett andra stridsdelsskal anordnat ovanpå stridsdelsskalet.

Enligt en nionde utföringsform för den förfragmenterade stridsdelen utgörs stridsdelen av en bomb.

Enligt en tionde utföringsform för den förfragmenterade stridsdelen utgörs stridsdelen av en granat.

Fördelar och effekter med uppfinningen Det förbättrade förfragmenteringsförfarandet innebär en rad fördelar och effekter varvid de viktigaste är: En lägre integrationskostnad av ett befintligt vapensystem, eftersom den förfragmenterade stridsdelen har samma massa, tröghetsmoment och yttergeometri som den ersatta naturligt fragmenterande stridsdelen. Befintlig stridsdel kan bytas ut och ersättas med en motsvarande högpresterande variant utan kostsamma förändringar av vapensystemet.

En förbättrad verkan utan att vapensystemets övriga delsystem behöver modifieras eller ersättas, vilket innebär att integrationskostnaden kan minimeras eller elimineras, vilket i sin tur innebär färre stridsdelar för bekämpning av ett mål.

En förbättrad verkan, då en befintlig stridsdel kan ersättas med en stridsdel försedd med tungmetallprojektiler.

En oförändrad initial hastighet för projektilerna jämfört med originalutförandet eftersom den accelererade massan är oförändrad .

Möjlighet att förse en granat eller bomb med asymmetriskt projektiler, exempelvist enbart på ena sidan av granaten utan att granatens tyngdpunktsläge förändras.

Stötvågsdämpning, projektilerna erhåller ett visst skydd mot den initiala chockvågen från detonationen p.g.a. skillnaden i mekanisk impedans mellan materialskikt med olika densitet.

Den exakta positioneringen av kaviteterna på stridsdelens skal medger att stridsdelens verkan kan optimeras med hänsyn till skalets mekaniska hållfasthet.

Ytterligare fördelar och effekter enligt uppfinningen kommer att framgå vid studium och beaktande av den följande, detaljerade beskrivningen, inkluderande ett antal av dess mest fördelaktiga utföringsformer, patentkrav samt de bifogade ritningsfigurerna där: Fig. 1. Visar schematiskt visar en sid-vy av en stridsdel med projektiler anordnade i stridsdelens skal.

Fig. 2. visar schematiskt en delförstoring av en projektil anordnad i en kavitet med utfyllnadsmedel i stridsdelens skal enligt figur 1.

Fig. 3. visar schematiskt en delförstoring av tre projektiler anordnade i en kavitet med utfyllnadsmedel i stridsdelens skal enligt figur 2.

Fig. 4. visar schematiskt en delförstoring av projektiler anordnade i ett utfyllnadsmedel i stridsdelens skal enligt figur 2.

Detaljerad beskrivning Förfragmentering enligt uppfinningen innebär att kaviteter förformas i skalet eller ytterhöljet av en stridsdelskropp, exempelvis en bomb. I kaviteterna anordnas projektiler, exempelvis i form av kulor, kuber, stavar eller cylindrar, med hög densitet. Projektilerna omges med ett utfyllnadsmaterial/ -medel med låg densitet i en mängd som innebär att kaviteterna fylls upp.

Projektilernas och kaviteternas dimensioner liksom projektilernas och utfyllnadsmaterialets densiteter väljs så att bombens massa alltid förblir densamma efter förfragmenteringen som före förfragmenteringen .

För att uppfylla verkanskraven innefattar projektilerna ett material med hög densitet, företrädesvis, en tungmetall, exempelvis en legering innefattande volfram. Även andra materialkombinationer med hög densitet kan användas. Utfyllnadsmaterialet utgörs av ett material med låg densitet, företrädesvis av ett komprimerat och värmebehandlat metallpulver innefattande, exempelvis, magnesium och/eller aluminium eller blandningar därav. Utfyllnadsmaterialet kan även utgöras av en härdplast, exempelvis en isocyanathärdande polyuretanplast. Utfyllnadsmaterialet kan även innefatta flera skikt av material med olika densiteter, lagrade på varandra.

Figur 1 visas en bomb 1 som fälls från ett flygplan. Bomben 1 innefattar en bombkropp 2 och en bakre fendel 3. Bombkroppen 2 innefattar ett yttre bombskal 4, omslutande en inre sprängämnesladdning 6. I bombskalet 4 är det anordnat kaviteter 5, bestämda till form och storlek. Kaviteterna 5 är förformade i bombskalet 4 på förutbestämda positioner på bomben 1.

I var och en av kaviteterna 5 är det anordnat minst en projektil 7 bestämd till form, storlek och densitet. Projektilerna 7 utgörs, företrädesvis, av tungmetallkulor, men även typer av projektiler 7 kan förekomma.

I kaviteterna 5, runt projektilerna 7 är det anordnat ett utfyllnadsmaterial 8, vilket är bestämt till mängd, form och densitet. Förfarandet vid förfragmentering innefattar följande huvudsteg: bearbetning/förformning av kaviteter i bombkroppens 2 bombskal 4. Applicering av projektiler 7 i kaviteterna 5. Påfyllning av utfyllnadsmaterial 8 i kaviteterna 5 runt projektilerna 7 i en mängd så att utfyllnadsmaterialet 8 helt fyller upp kaviteterna 5. Bearbetning av utfyllnadsmaterialet 8 så att utfyllnadsmaterialet 8 bildar en fast sammanhängande struktur med god vidhäftning till projektilerna 7 och till kaviteternas 5 innerväggar.

Förformning av kaviteterna 5 i bombskalet 4 sker, företrädesvis, via något mekaniskt förfarande, exempelvis ett borrnings- eller fräsningsförfarande. Alternativt kan bearbetningen ske via laserbränning. Det är även möjligt att kombinera olika bearbetningstekniker för bearbetningen.

I ett alternativt utförande innefattar bomben 1 även ett andra bombskal, fast anordnat ovanpå det första bombskalet 4, varvid det andra bombskalets funktion är att säkerställa att projektilerna 7 hålls kvar i kaviteterna 5 vid rotation av bomben 1. Det andra bombskalet utgörs, företrädesvis, av ett förformat metalliskt skal i stål eller plast, utformat så att det helt eller delvis täcker det första bomskalet och så att det kan monteras på det första bombskalet 4, via exempelvis ett krympn ingsförf arande , alternativt via någon typ av fästanordning, exempelvis snäppfästen.

Som framgår av figur 2 är projektilerna 6 anordnade i cylindriskt formade kaviteter 5, med cirkulärt tvärsnitt, på bestämda avstånd från varandra, varvid kaviteternas 5 botten är halvsfäriskt utformade. Alternativt kan kaviteterna 5 utformas med kvadratiskt eller rektangulärt tvärsnitt och kaviteternas 5 botten kan även utformas konformig, då en konformig botten medverkar till att centrera projektilen 7 till kavitetens 5 mittpunkt.

En konformig botten medverkar även till att utfyllnadsmaterialet 8 fördelar sig lättare runt projektilen 7 under påfyllningsoperationen.

I figur 3 och 4 visas två alternativa utföringsformer av ett granatskal 4 enligt uppfinningen. Figur 3 visar ett utförande med en större kavitet 10 utformad för att innefatta tre projektiler 7, i stället för en, och ett omgivande utfyllnadsmaterial 8. Den större kaviteten 10 innebär ett kompaktare projektilskal och ett enklare förfarande vid förfragmenteringen jämfört med utföringsformen enligt figur 2.

Figur 4 visar ett utförande med massneutral inbyggnad av projektiler 6 i bombkroppen 4, utan förformade kaviteter. Med massneutral inbyggnad är det möjligt att anordna projektiler 6 enbart på ena sidan av bombkroppen 4 utan att bombens 1 tyngdpunktsläge förskjuts eller att bombens 1 masströghetsmoment förändras. Om bomben 1, med styrsystemets hjälp, kan vända en viss förutbestämd sida av bomben mot målet, och samtidigt har förmågan att brisera i rätt ögonblick, så kan detta utnyttjas genom att vända rätt sida, med projektiler 6, i rätt ögonblick, mot målet.

En annan fördel med massneutral inbyggnad, figur 4, är att naturliga splitter fragment som genereras från den sidan av bomben 1 som saknar projektiler 7 luftbromsas snabbare än projektilerna 7, vilket är fördelaktigt ur MCD-synpunkt (Minimum Collateral Damage) samt genom att riskområdet därmed begränsas. En fördel med detta är att bomben 1 då bara behöver ha projektiler 6 på ena sidan, vilket är ekonomiskt fördelaktigt.

I ytterligare utföringsformer, ej visade, är det anordnat fler projektiler 7 än tre i en och samma kavitet.

Projektilerna kan vara av samma eller olika storlek/form . Kaviteterna 5 kan även utformas som kortare eller längre spår i bombskalet 4. Även andra geometriska utformningar av kaviteterna 5 är möjliga.

Kaviteternas 5 position på bombskalet 4 anpassas lämpligen med hänsyn till bombskalets 4 hållfasthet. I områden med hög mekanisk påkänning ökas avstånden och i områden med låg mekanisk spänning minskas avståndet mellan kaviteterna 5. För att positionera kaviteterna 5 på ett för bombskalet 4, ur hål 1fasthe tssynpunkt , så fördelaktigt sätt som möjligt användas lämpligen en topologisk optimeringsmetod.

Projektiler 7 med densiteten, ?projplaceras och fixeras i förformade kaviteter 5. Projektilerna 7 är utformade så att de fyller upp endast en del av kaviteterna 5. Kaviteternas 5 återstående volym fylls därefter upp med ett utfyllnadsmaterial 8 med densiteten ?fylln. Projektilernas 7 och utfyllnadsmaterialets 8 densiteter väljs så att vikten av det vid förformningen borttagna materialet ur bombskalet 4, är lika med vikten av: tillförda projektiler 7 och tillfört utfyllnadsmaterial 8, d.v.s. så att bombens 1 vikt är densamma efter som före f örfragme nt eringe n . Densiteterna för utfyllnadsmaterialet ?fyllnbombskalet ?skaloch projektilerna ?projväljs så att de förhåller sig enligt relationen: ?fylln Genom att påverka kaviteternas 5 och projektilernas 7 form, storlek och orientering i samband med förfragmenteringen är det möjligt att påverka bombens 1 verkansriktning och verkansef fekt. I en första verkansutföringsformning är kaviteterna 5 cylindriskt utformade och vinkelrätt orienterade relativt bomben 1 längdaxel för åstadkommande av maximal lateral verkan.

I en andra verkansutföringsformning är kaviteterna 5 och projektilerna 7 på bombkroppens 2 främre del orienterade snett framåt relativt bombens 1 längdaxel för förstärkt verkan i bombens 1 framåtriktning samtidigt som kaviteterna 5 och projektilerna 7 på bombkroppens 2 bakre del är orienterade vinkelrätt relativt bombens 1 längdaxel för förstärkt lateral verkan. Kontroll av kaviteternas 5 och projektilernas 7 orientering kan, exempelvis, göras med röntgenteknik.

Claims (16)

Patentkrav

1. Förfarande för förfragmentering av en stridsdel (1) innefattande en stridsdelskropp (2), en sprängladdning (6), en fendel (3) och ett stridsdelsskal (4) med densitet ?skal, varvid stridsdelsskalet (4) innefattar förformade kaviteter (5), var och en innefattande minst en förformad projektil (7) med densiteten ?projoch ett utfyllnadsmaterial (8) med densiteten ?fylln, varvid förfarandet innefattar följande steg; förformning av kavitetema (5) i stridsdelsskalet (4), applicering av minst en projektil (7) i var och en av de förformade kavitetema (5), påfyllning av utfyllnadsmaterialet (8) i kavitetema (5) så att kavitetema fylls upp, bearbetning av utfyllnadsmaterialet (8) så att detta bildar en sammanhängande hållfast struktur med vidfästning till projektilerna (7) och till kavitetemas (5) innerväggar där projektilernas (7) och kavitetemas (5) dimensioner liksom projektilernas (7) och utfyllnadsmaterialets (8) densiteter väljs så att stridsdelens (1) massa förblir densamma efter förfragmenteringen som före förfragmenteringen.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid utfyllnadsmaterialets (8), stridsdelsskalets (4) och projektilernas (7) densiteter väljs så att ?fylln< ?skal< ?proj·

3. Förfarande enligt krav 1, varvid kavitetema (5) förformas mekaniskt i stridsdelsskalet (4) via ett borrnings- eller fräsningsförfarande.

4. Förfarande enligt krav 1, varvid utfyllnadsmaterialet (8) bearbetas till en hållfast sammanhängande struktur via ett pressnings- eller värmningsförfarande.

5. Förfarande enligt krav 1, varvid utfyllnadsmaterialet (8) bearbetas till en hållfast sammanhängande struktur via ett härdningsförfarande.

6. Förfarande enligt krav 1, varvid kavitetema (5) positioner på stridsdelsskalen (4) bestäms med hänsyn till stridsdelsskalets (4) hållfasthet via ett topologiskt optimeringsförfarande.

7. Förfragmenterad stridsdel (1) innefattande en stridsdelskropp (2), en fendel (3), en sprängämnesladdning (6) och ett stridsdelsskal (4) med tjockleken tskapoch densiteten ?skal, varvid stridsdelsskalet (4) innefattar förformade projektiler (7) med densiteten ?proj, och ett utfyllnadsmaterial (8) med densiteten ?fyll,varvid projektilernas (7) och kavitetemas (5) dimensioner liksom utfyllnadsmaterialets (8), stridsdelsskalets (4) och projektilernas (7) densiteter är valda så att ?fylln < ?fylln< ?proj·

8. Förfragmenteras stridsdel (1) enligt krav 7, varvid projektilerna (7) är sfäriskt utformade med diametern dprojoch kavitetema är cylindriskt utformade med längden Image available on "Original document" och diameternImage available on "Original document" varvid dproj< dkav.

9. Förfragmenteras stridsdel (1) enligt krav 7, varvid projektilerna (7) innefattar en legering av volfram.

10. Förfragmenterad stridsdel (1) enligt krav 7, varvid utfyllnadsmaterialet (8) innefattar magnesiumpulver.

11. Förfragmenterad stridsdel (1) enligt krav 7, varvid utfyllnadsmaterialet (8) innefattar aluminiumpulver.

12. Förfragmenterad stridsdel (1) enligt krav 7, varvid utfyllnadsmaterialet (8) innefattar zirconiumpulver.

13. Förfragmenterad stridsdel (1) enligt krav 7, varvid utfyllnadsmaterialet (8) innefattar en härdplast.

14. Förfragmenterad stridsdel (1) enligt krav 7, varvid stridsdelen (1) innefattar ett andra stridsdelsskal anordnad ovanpå det första stridsdelsskalet (4).

15. Förfragmenterad stridsdel (1) enligt krav 7, varvid stridsdelen (1) är en bomb.

16. Förfragmenterad stridsdel (1) enligt krav 7, varvid stridsdelen (1) är en granat.