(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方発射型破砕弾頭において、
爆発の際に１％より大きくない質量効率で微粉砕される材料から形成されているケース（１８、２３２）と、
前記ケース中の爆薬（３０、２３８）と、
爆発を開始させるイニシエーター（３２、２４４）と、
前記爆薬の爆発の際に少なくとも７０％の質量効率で破片（４０、２５４）を放出する破砕レイヤ（４０、２５２）と、放出される破片のパターン密度を前方発射パターン（２２）に成形する手段（４８、２４０、２５２）とを含む、前方発射型破砕（３８、２５０）アセンブリとを具備し、
前記破砕アセンブリは、前記爆薬（３０）と前記破砕レイヤ（４０）との間にパターンシェーパー（４８）を備え、
前記放出される金属破片のパターン密度を成形するために、前記爆薬の接面とパターンシェーパーの接面（４６、５２）は、前記破砕アセンブリの後部表面にわたる伝播圧力波（５４）の相対速度を変化させるように、非平面であり、かつ、合致している前方発射型破砕弾頭。
【請求項２】
前記爆薬（３０、２３８）は、致死半径を有するガス爆風を生成させ、前記微粉砕されるケースの材料（２４）は、前記爆薬のガス爆風による致死半径より大きくない致死半径を有する請求項１記載の弾頭。
【請求項３】
前記爆薬の接面（４６）は、半径Ｒ１と斜度Ｓ１とを有する、前記ケースの中心を通る機体軸を囲む凸状の円錐形（５６）を有する請求項１記載の弾頭。
【請求項４】
前記爆薬の接面（４６）は、斜度Ｓ２を有する、半径Ｒ２＞Ｒ１において始まる周囲を囲む凸状の環状形（５８）を有する請求項３記載の弾頭。
【請求項５】
前記パターンシェーパーは、前記爆薬よりも低密度の材料から形成されている請求項１記載の弾頭。
【請求項６】
前記パターンシェーパーは、前記放出された破片の単位面積当たりの数が、前記爆薬の爆発の際に、規定されている立体角にわたっておおよそ均一になるように、前記ケースの中心を通る機体軸から半径Ｒ１までの半径が増加するにしたがって、圧力波（５４）の伝播速度を徐々に遅らせ、半径Ｒ２＞Ｒ１からの半径が増加するにしたがって、前記圧力波の伝播速度を徐々に増加させる請求項１記載の弾頭。
【請求項７】
前記破砕アセンブリは、ドーム成形された前方セクション（２４０）を有する前記爆薬（２３８）とドーム成形されている前記破砕レイヤ（２５２）とを含む請求項１記載の弾頭。
【請求項８】
前記爆薬の爆発は、前方に伝播して、前記前方発射パターンで前記破片を放出する圧力波（２７０）を生成させ、前記ドーム成形された破砕レイヤは、前記圧力波入射の先の形におおよそ一致する請求項７記載の弾頭。
【請求項９】
前記爆薬を保持する格納構造（２３０）をさらに具備し、前記格納構造および前記爆薬は、前記ケースに合致する直径を有する前方セクションを有し、テーパー付後部セクション（２３４）を有し、テーパー付後部セクション（２３４）は、減少した直径に向かってテーパーが付けられて、前記ケースと前記格納構造との間にテーパー付の空いたスペース（２３６）を規定し、前記イニシエーター（２４４）は、前記テーパーの先端において前記爆薬の爆発を開始させるために、前記爆薬の後部に位置付けられている請求項７記載の弾頭。
【請求項１０】
前記爆薬の爆発は、前記テーパー付爆薬を通って前方に伝播して、前記前方発射パターンで前記破片を放出する圧力波（２７０）を生成させ、前記テーパー（２３４）は、前記破砕レイヤに分け与えられる総爆薬エネルギーを減少させることなく、前記空いたスペース（２３６）を最大化させるように最適化されている請求項９記載の弾頭。
【請求項１１】
前記パターンシェーパーは、周辺領域（３１４）より中心領域（３１２）に厚みがある請求項７記載の弾頭。
【請求項１２】
前記爆薬を保持する格納構造（２３０）をさらに具備し、前記格納構造および前記爆薬は、前記ケースに合致する直径を有する前方セクションを有し、テーパー付後部セクション（２３４）を有し、テーパー付後部セクション（２３４）は、減少した直径に向かってテーパーが付けられて、前記ケースと前記格納構造との間にテーパー付の空いたスペース（２３６）を規定し、前記イニシエーターは、前記テーパーの先端において前記爆薬の爆発を開始させるために、前記爆薬の後部に位置付けられている請求項１記載の弾頭。
【請求項１３】
前記爆薬の爆発は、前記テーパー付爆薬を通って前方に伝播して、前記前方発射パターンで前記破片を放出する圧力波（２７０）を生成させ、前記テーパー（２３４）は、前記破砕レイヤに分け与えられる総爆薬エネルギーを減少させることなく、前記空いたスペース（２３６）を最大化させるように最適化されている請求項１２記載の弾頭。
【請求項１４】
前記破砕レイヤは、調整破片（４０、２５４）を備える請求項１記載の弾頭。
【請求項１５】
前記前方発射型破砕アセンブリは、前記破砕レイヤの周囲および後部を囲む格納リング（５０、２５６）を備える請求項１記載の弾頭。
【請求項１６】
前記前方発射型破砕アセンブリは、前記弾頭の長軸の回りの３度から４５度の間の片側角（２２）の前記前方発射パターンで、破片を放出する請求項１記載の弾頭。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、破砕弾頭に関連し、さらに詳細には、前方発射パターンで、大量の破片を放出する前方発射型破砕弾頭に関連している。
【関連技術の説明】
【０００３】
破砕弾頭は、爆薬の爆発の際に、金属破片を放出する。破砕弾頭は、攻撃兵器として、または、ロケット推進グレネードのような対人兵器または対建物兵器に対する対抗手段として、使用される。弾頭は、地上から、海上から、または、空挺プラットフォームから発射されてもよい。典型的な弾頭は、スチールケース内部に爆薬を含む。爆薬を爆発させるために、ブースター爆薬と、セーフアームデバイスとが、ケース内に位置付けられている。
【０００４】
放射状爆風破砕弾頭は、爆薬の長さに沿って、予めカットされている、または、刻み目が入っているスチールケースを含んでいる。ブースター爆薬は、ケースの中心セクションに位置付けられている。爆薬の爆発は、ケースを微粉砕して、一般的に球形パターンで、全方向に、予めカットされている金属破片を放出する、中心ポイントから放射状に発するガス爆風を生成させる。致死的とはいえ、破片の放射状分布は、味方の部隊および発射プラットフォームへの付帯的被害に対する潜在性も示している。
【０００５】
前方爆風破砕弾頭は、爆薬の先頭の平面を背にして、スチールケースの前部セクション中の開口部に配置されている破砕アセンブリを含む。破片が、ある程度予測できるパターンおよびスピードで放出されるように、破片のサイズおよび形を制御するために、破片アセンブリは、“刻み目が入っている”金属、または、球形または立方体のような個々の調整破片を典型的に含む。個々の破片は、１００％に近い質量効率で放出されるが、刻み目が入っている金属は、おおよそ８０％の質量効率を生成させる。ここで、質量効率は、総破片質量に対する、放出される（それゆえ、ねらっているターゲットに対して有効な）破片質量の比として定義される。言い換えると、質量効率は、総質量に対する、発射プロセスの間に消費される（それゆえ、ねらっているターゲットに対して無効な）間隙質量を除いた総質量の比である。
【０００６】
前方爆風弾頭において、ブースター爆薬は、ケースの後部セクションに位置付けられている。スチールケースは、爆薬の爆発により（非常に短い期間の間ではあるが）生じる圧力波の放射エネルギーの部分を閉じ込め、それを弾頭の機体軸に沿って向け直して、金属破片を前方の致死半径に推進させる爆風の威力を増加させる。致死半径は、特定の脅威に対する最小の致死しきい値を満たすすべての致死面積（ゾーン）の和からなる仮想円の半径として規定される。これらの破片は、一般的に、ねらっているターゲットに向けた前方円錐中で放出される。破片の単位面積当たりの密度は、０度付近で最大であり、所望の円錐を大きく超えて拡がったテールを有する増加した角度で低下する。結果として、弾頭は、最大致死率を非常に狭い角度に限定させ、付帯的被害を生じさせるかもしれないある量の致死破片を、所望のターゲット面積の外側に放出する。結果として、脅威と交戦して破壊する一方で、付帯的被害を最小化するための、照準ポイントおよび爆発タイミングの許容範囲はタイトになる。
【０００７】
高性能爆薬の爆発は、爆風の圧力波により生じる、全方向に非常に小さい致死半径を有するガス爆風を生成させる。爆発はまた、スチールケースを切り裂いて、ガス爆風の致死半径を超えて全方向に投じられるさまざまな形およびサイズの金属破片にする。スチールケースの爆発により、味方の部隊および発射プラットフォームへの付帯的被害に対する潜在性を増加させる。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、高致死率で、低付帯的被害の破砕弾頭を提供する。
【０００９】
１つの実施形態では、弾頭は、爆薬の後部に配置されているイニシエーターとともにケース内部に爆薬を具備している。ケースは、爆薬の爆発の際に微粉砕される材料から形成されている。微粉砕されるケース破片の致死半径は、ガス爆風の致死半径より大きくないように適切にされており、したがって、潜在的な付帯的被害を減少させる。破砕レイヤを備える前方発射型破砕アセンブリは、爆薬の前方に位置付けられていて、爆薬の爆発の際に前方発射パターンで破片を放出する。
【００１０】
別の実施形態では、前方発射型アセンブリは、破砕レイヤと爆薬との間に配置されているパターンシェーパーを備えている。爆薬およびパターンシェーパーは、合致した、非平面なインターフェースを有する。合致した、非平面なインターフェースは、規定されている立体角にわたって、所望のパターン密度で、破砕レイヤから金属破片を放出するように、圧力波がそこを通って伝播するときに、圧力波の先を成形する。１つの例示的な実施形態では、パターンシェーパーは、規定されている立体角のみにわたって、より均一な密度を提供する。これにより、致死率を向上させ、付帯的被害をさらに減少させる。放出される金属破片は、少なくとも７０％の質量効率を表わしており、刻み目が入っている金属に対しておおよそ８０％の典型値であり、立方体または球形のような、離散的な破片に対して１００％に近い典型値である。比較すると、微粉砕されるケース破片は、好ましくは０％に近い値で１％より大きくない質量効率を表わしている。破砕アセンブリの周囲を囲み、少なくとも破砕アセンブリと同等の広がりを持つ金属留めリングは、端における破片を所望の方向に誘導し、規定されている立体角の外側の何らかのテールを減少させる閉じ込め手段を提供する。弾頭は、前方発射型または側面発射型として構成されてもよい。実施形態は、爆発の際に微粉砕されるケース材料、および、パターンシェーパーの双方を含むことが好ましいが、付帯的被害を減少させる特徴、または、致死率を向上させる特徴のうちのどちらかのみを使用することにより、破砕弾頭を改良させてもよい。
【００１１】
前方発射型弾頭の１つの例示的な実施形態では、ケースは、爆発の際に０％に近い質量効率で微粉砕される材料からできている。爆発は、爆薬の機体軸後部に沿って、後部に位置付けられているシングルポイントブースターによって開始される。爆薬の前部およびパターンシェーパーは、機体軸からの半径が増加するにしたがって、前進する圧力波を徐々に遅らせて、放出される破片の単位面積当たりの数を、規定されている立体角にわたってより均一にさせるように設計されている。これは、半径Ｒ１と斜度Ｓ１とを有する、機体軸の回りの凸状の円錐形を有する爆薬を提供することにより達成される。爆薬およびパターンシェーパーはまた、前進する圧力波先を周囲において徐々に速度を速め、放出される破片を機体軸に沿って誘導し、規定されている立体角の外側のテールを減少させるように、（留めリングと適切に関連して）設計されている。これは、半径Ｒ２から他の端まで斜度Ｓ２を有する凸状の環状形を有する爆薬を提供することにより達成される。２つの成形される領域は、典型的に、Ｒ２−Ｒ１の平面環状領域だけ離れている。パターンシェーパーの内部表面は、爆薬の形に合致している。外部表面は、典型的に、平面であり、破片アセンブリに接している。パターンシェーパーの厚みは、それを形成している材料の衝撃インピーダンスにより決まる。パターンシェーパーは、破砕アセンブリに一体化している部品とすることができる。しかしながら、ディスクリートな部品は、機械加工を簡略化し、パターンシェーパー材料の選択をより柔軟にすることができる。
【００１２】
別の実施形態では、弾頭は、ケース内部に爆薬格納構造を具備する。爆薬は、格納構造中に配置され、イニシエーターは、爆薬の後部に配置されている。ケースおよび格納構造の双方は、爆薬の爆発の際に微粉砕される材料から形成されている。破砕アセンブリは、爆薬のドーム成形された前方先端と少なくともおおよそ合致するドーム成形された破砕レイヤを備えている。パターンシェーパーは、破砕レイヤと爆薬との間に挿入されていてもよく、そうでなければ、破砕レイヤと爆薬とは合致しているだろう。ドーム形は、爆発の際に破砕アセンブリに達する圧力波の先の形におおよそ一致している。これにより、破片速度を増加させ、さらに均一なパターンで破片を放出する。
【００１３】
別の実施形態では、弾頭は、ケース内部に爆薬格納構造を具備する。格納構造は、ケースの前方セクションと合致する直径を有する前方セクションを有し、ケースと格納構造との間のテーパー付の空いたスペースを規定するように、減少した直径に向かってテーパーが付けられているテーパー付後部セクションを有する。爆薬は、格納構造中に配置されていて、イニシエーターは、爆薬の後部に配置されている。ケースおよび格納構造の双方は、爆薬の爆発の際に微粉砕される材料から形成されている。前方発射型破砕アセンブリは、爆薬の爆発の際に、前方発射パターンで破片を放出するように、爆薬の前方に位置付けられている。爆発の際に、圧力波は、ケースの直径に向かってテーパーが付けられている爆薬を通って前方に伝播する。圧力波の膨張に一致するようにテーパーを最適化し、これにより、破砕アセンブリに分け与えられる総爆薬エネルギーを減少させることなく、空いたスペースを最大化させてもよい。爆薬を無くすことにより、弾頭のコストおよび重量の双方を減少させる。
【００１４】
本発明の、これらの特徴および利点、ならびに、他の特徴および利点は、添付の図面とともになされる、好ましい実施形態の下記における詳細な説明から、当事者にとって明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明にしたがった、高致死率で、低付帯的被害の弾頭の使用を図示しているダイヤグラムである。
【図２】図２は、付帯的被害を減少させるために、爆発の際に微粉砕されるケースと、致死率を向上させるために、放出される破片のパターン密度を成形するパターンシェーパーとを含む弾頭の断面および分解図のダイヤグラムである。
【図３】図３は、弾頭の後部断面のさらに詳細な図である。
【図４】図４は、弾頭の後部断面の代替実施形態のさらに詳細な図である。
【図５】図５は、高性能爆薬および微粉砕されるケースの双方のガス爆風の爆風効果を図示しているダイヤグラムである。
【図６】図６は、パターン成形されている破片の爆風効果を図示しているダイヤグラムである。
【図７ａ】図７ａは、従来の破砕アセンブリにわたる圧力波の伝播を図示しているダイヤグラムである。
【図７ｂ】図７ｂは、従来の破砕アセンブリにわたる圧力波の伝播を図示しているダイヤグラムである。
【図７ｃ】図７ｃは、従来の破砕アセンブリにわたる圧力波の伝播を図示しているダイヤグラムである。
【図７ｄ】図７ｄは、従来の破砕アセンブリにわたる圧力波の伝播を図示しているダイヤグラムである。
【図８ａ】図８ａは、本発明にしたがった、パターンシェーパーおよび破砕アセンブリによる圧力波の伝播を図示しているダイヤグラムである。
【図８ｂ】図８ｂは、本発明にしたがった、パターンシェーパーおよび破砕アセンブリによる圧力波の伝播を図示しているダイヤグラムである。
【図８ｃ】図８ｃは、本発明にしたがった、パターンシェーパーおよび破砕アセンブリによる圧力波の伝播を図示しているダイヤグラムである。
【図８ｄ】図８ｄは、本発明にしたがった、パターンシェーパーおよび破砕アセンブリによる圧力波の伝播を図示しているダイヤグラムである。
【図９ａ】図９ａは、従来の破砕アセンブリに対する、放出される破片の数をプロットしているダイヤグラムである。
【図９ｂ】図９ｂは、従来の破砕アセンブリに対する、立体角にわたる面積当たりの放出される破片の数をプロットしているダイヤグラムである。
【図１０ａ】図１０ａは、本発明にしたがった、パターン成形されている破砕アセンブリに対する、放出される破片の数をプロットしているダイヤグラムである。
【図１０ｂ】図１０ｂは、本発明にしたがった、パターン成形されている破砕アセンブリに対する、立体角にわたる面積当たりの放出される破片の数とをプロットしているダイヤグラムである。
【図１１ａ】図１１ａは、代替的な側面発射型弾頭のダイヤグラムである。
【図１１ｂ】図１１ｂは、代替的な側面発射型弾頭のダイヤグラムである。
【図１１ｃ】図１１ｃは、代替的な側面発射型弾頭のダイヤグラムである。
【図１２ａ】図１２ａは、爆薬のドーム成形された前方先端と少なくともおおよそ合致するドーム成形された破砕レイヤを有する弾頭の断面および分解図のダイヤグラムである。
【図１２ｂ】図１２ｂは、爆薬のドーム成形された前方先端と少なくともおおよそ合致するドーム成形された破砕レイヤを有する弾頭の底面図のダイヤグラムである。
【図１３ａ】図１３ａは、前方発射パターンでドーム成形された破砕レイヤから破片を放出するガス爆風伝播のプロットである。
【図１３ｂ】図１３ｂは、前方発射パターンでドーム成形された破砕レイヤから破片を放出するガス爆風伝播のプロットである。
【図１３ｃ】図１３ｃは、前方発射パターンでドーム成形された破砕レイヤから破片を放出するガス爆風伝播のプロットである。
【図１４】図１４は、それぞれが前方発射パターンの片側角を制御するための拡張格納リングを含む、ドーム成形された前方発射型破砕アセンブリの実施形態のダイヤグラムである。
【図１５】図１５は、それぞれが前方発射パターンの片側角を制御するためのパターンシェーパーを含む、ドーム成形された前方発射型破砕アセンブリの実施形態のダイヤグラムである。
【発明の詳細な説明】
【００１６】
本発明は、高致死率で、低付帯的被害の前方発射型破砕弾頭を提供する。爆薬の爆発の際に微粉砕される材料からケース（および何らかの格納構造）を形成することにより、これを達成する。結果として、微粉砕されるケースの破片の致死半径は、ガス爆風の致死半径より大きくなく、したがって、潜在的な付帯的被害を減少させる。前方発射パターンにわたって、より均一な分布で破片を放出するように破砕アセンブリを構成することにより、弾頭致死率を向上させる。破砕レイヤと爆薬との間にパターンシェーパーを配置して、圧力波先を成形することにより、これを達成してもよい。代わりに、破砕レイヤおよび爆薬を、圧力波の先の形におおよそ一致するドーム形に形成することにより、これを達成してもよい。可変厚パターンシェーパーをドーム成形された破砕レイヤと爆薬との間に配置して、前方発射パターンの付加的な成形を提供することにより、２つのアプローチを組み合わせてもよい。破片に分け与えられる総エネルギーに寄与しない弾頭の後部先端における爆薬を無くすことにより、弾頭の重量およびコストを減少させることができる。さらに詳細には、爆薬および爆薬格納構造の後部セクションは、シングルポイント後部爆発からの圧力波の膨張におおよそ一致するように、テーパーが付けられていてもよい。
【００１７】
前方発射型破砕弾頭は、味方の部隊に対する付帯的被害のリスクを最小化する一方で、ロケット推進グレネード（ＲＰＧ）のような脅威を迎撃して破壊するために、地上ベースの発射プラットフォーム（例えば、戦車や人員運搬車）のために、短距離で、低スピードの対抗手段として開発された。破砕弾頭は、しかしながら、何らかのタイプの地上、海上、空中、または宇宙ベースの、発射プラットフォーム、および、より長距離でより高速の交戦を含むように、幅広い戦場シナリオに適応可能である。攻撃兵器としての使用のために、または、対抗手段のために、弾頭を構成してもよい。
【００１８】
破砕弾頭は、砲弾および自動推進式ミサイルを含む広い範囲の迎撃弾と、旋回または無旋回誘導システムおよびさまざまな誘導システムとに関連して使用できる。発射の前に、照準および爆発シーケンスを計算して、迎撃弾にロードしてもよい。例えば、近距離での対抗手段システムでは、誘導システムは、迎撃弾上の一連のモーターをいつ点火するか、および、弾頭をいつ爆発させるかを決定する。このシーケンスを、発射の前に迎撃弾にロードする。より高性能な長距離ミサイルは、ターゲットまで飛行して、それ自体の照準および爆発シーケンスを計算する、または、飛行中にこれらのシーケンスをダウンロードしておく。
【００１９】
例示的な対抗手段システムの図１中で示しているように、破砕アセンブリ１３を有する破砕弾頭１２を備える迎撃弾１０は、味方の部隊１６の至近距離にあるロケット推進グレネード１４として描かれている脅威と交戦して破壊するために発射される。弾頭は高い成功の可能性で脅威を破壊し、部隊に対しての、または、さらに一般的には、交戦中の脅威以外の何らかの人または物体に対しての、付帯的被害の脅威を最小化しなければならない。照準および爆発シーケンスを迎撃弾にロードして、脅威１４に向けて発射する。弾頭は、離隔攻撃距離１７において爆発し、前方発射パターンの規定されている片側角２２に、破砕アセンブリ１３からの金属破片２０を放出して、脅威を破壊する。前方発射パターンは、弾頭の長軸の回りの３度から４５度の間の片側角を適切に占有する。
【００２０】
脅威探知システム、誘導システム、ナビゲーションシステムおよび制御システムを、発射制御コンピュータに入力して、脅威を破壊するための発射ソリューションを発生させる。このソリューションは、面積また体積に変換することができる照準誤差があることを意味する複合システム誤差を有する。円錐の面積また体積は典型的に、示されているターゲットの面積より１００から１０００倍大きい。破砕弾頭は、脅威を破壊する致死的な力で全面積または全体積と交戦しなければならない。脅威当たりの、面積または体積、および、致死率要件により、発射しなければならない破片の数を決定する。典型的に、脅威は、等しい確率で、体積内のどの場所にも存在する。この場合において、破砕弾頭は、体積の規定されている立体角にわたって、おおよそ均一なパターン密度（破片の単位面積当たりの数）を有する金属破片を、放出し、および、好ましくはそれ以上は放出しないように、適切に設計されている。脅威が、等しい確率で体積中に位置しておらず、何らかの態様で偏っている場合に、破砕弾頭はその分布に一致するように適切に設計される。
【００２１】
致死率の向上および付帯的被害の減少という２つの目的を達成するために、ケースの内部の破砕レイヤと爆薬との間にパターンシェーパーを配置する。爆薬およびパターンシェーパーは、合致した非平面インターフェースを有する。合致した非平面インターフェースは、圧力波先がそこを通って伝播して、規定されている立体角２２にわたって、所望のパターン密度で、破砕レイヤから金属破片２０を放出するように、圧力波先を成形する。典型的なシナリオにおいて、パターンシェーパーは、円錐にわたって破片の単位面積当たりおおよそ均一な密度を生成させる。（金属留めリングに適切に関連している）パターンシェーパーおよび爆薬はまた、付帯的被害をさらに減少させるために、所望の円錐を超えて放出される破片のテールを減少させるまたは無くすように設計されている。
【００２２】
代わりに、爆薬の先端および破砕アセンブリ１３は、前進する圧力波の形におおよそ一致する、ほぼ合致したドーム形で適切に形成されている。この双方は、それらの破片に伝わる爆薬エネルギーの量を増加させて、破片の速度を増加させ、所望のパターン（例えば、片側角および片側角にわたって均一な破片密度）で破片を放出するように機能する。爆薬と破砕レイヤとの間に可変厚パターンシェーパーを挿入して、前方発射パターンをさらに成形するように波先の一部を遅らせてもよい。
【００２３】
爆薬の爆発の際に、無害な微粒子２４の雲２３へと微粉砕される、繊維強化複合材や、エンジニアドウッドや、熱可塑性物質（樹脂、ポリマー）や、発泡体でさえあるような、材料でケース１８は形成されている。好ましくは、放出された粒子２４の致死半径が、爆薬の爆発によるガス爆風の致死半径より大きくならないように、粒子は、０％に近く１％より大きくない質量効率を有する。結果として、弾頭のどちらか一方側の兵士に対する脅威は、ガス爆風によりもたらされる脅威まで減少する。典型的な対抗手段サイズの弾頭としては、これは、数メートルである。加えて、破片に分け与えられる総エネルギーに寄与しない弾頭の後部先端における爆薬を無くすことにより、弾頭の重量およびコストを減少させることができる。さらに詳細には、爆薬および爆薬格納構造の後部セクションは、シングルポイント後部爆発からの圧力波の膨張におおよそ一致するように、テーパーが付けられていてもよい。
【００２４】
[パターンシェーパー]
規定されている立体角にわたってのみおおよそ均一な密度を有する金属破片を放出する対抗手段としての使用のために構成されている前方発射型破砕弾頭１２の例示的な実施形態を、図２中で示している。爆薬３０は、ケース１８の内部に配置されている。小型ブースター装薬３２は、爆薬３０の後部の機体軸３４上に配置されている。このタイプのシングルポイント爆発は、これらのタイプの弾頭に対して典型的である。他のマルチポイント構成を使用してもよい。命令されたときにブースターに点火するようにセーフアームデバイス３６が位置付けられている。破砕アセンブリ３８は、ケース内部の爆薬３０の前部に配置されている。アセンブリは、刻み目が入っている金属、または、球体または立方体のような離散的な調整破片４０の破砕レイヤを含む。調整破片は、爆発の際に既知のサイズおよび形を有し、１００％に近い質量効率を維持するので、一般的に好まれる。アセンブリが容易であるように、爆発において微粉砕される（示していない）カップ中に破片は典型的に保持される。ＲＴＶのようなレイヤ４２は、適所にアセンブリを保持する。（示していない）ノーズコーンは弾頭の先に位置付けられている。
【００２５】
所定の設計において、セーフアームデバイス３６と破砕アセンブリ３８との間のスペースが、爆薬の体積４４を規定する。従来のアプローチは、ガス爆風の威力を最大化するために、全体積４４を爆薬で満たす。さらに、ケース３０は、一般的に、機体軸３４に沿って前方に破片を放出するように、ガス爆風を少なくとも部分的に閉じ込めるスチールから形成されている。これは、放出される破片の致死半径を最大化し、おそらく、弾頭の全体的な致死率を最大化する。
【００２６】
本発明の弾頭設計は、付帯的被害のリスクを減少させる一方で、全体的な致死率を向上させるために、従来の設計原理に反する異なるアプローチをとっている。第１に、爆薬３０の爆発の際に微粉砕される、繊維強化複合材や、エンジニアドウッドや、熱可塑性物質（樹脂、ポリマー）や、発泡体でさえあるような、材料でケース１８は形成されている。これにより、スチールケースにより提供される閉じ込めを失うという犠牲を払って、爆発している弾頭から放射状に投じられる金属破片を無くす。第２に、爆薬材料を爆薬３０の前部面４６から取り除き、欠落した体積を満たすために、成形されている前部面に合致するパターンシェーパー４８をケース中に配置する。爆薬とパターンシェーパーとの間のインターフェースは、破砕アセンブリ３８の後部表面にわたる伝播圧力波の相対速度を変化させて、放出される金属破片のパターン密度を成形する。爆発スキーム、パターンシェーパーのために使用する材料、破砕アセンブリの設計、規定されている立体角、および立体角にわたる所望のパターン密度を含む、多数の設計パラメータにより、パターンシェーパーに合致する形または厚みを決定する。金属留めリング５０は、破砕アセンブリ３８の周囲を囲んで配置され、少なくとも破砕アセンブリ３８と同等の広がりを持つことが好ましい。このリングは、放射状の代わりに軸方向に破片を誘導する閉じ込めの程度を提供する。リングは、規定されている立体角を超えるパターン密度のテールを、減少させることまたは無くすことに寄与する。ある量の爆薬材料および閉じ込めは犠牲になるが、シミュレーションテストおよび実発射テストデータは、規定されている立体角にわたって放出される金属破片のパターン密度を制御または成形する能力により、弾頭の全体的な致死率を向上させ、付帯的被害を減少させることを実証している。その理由は、ケースが微粉砕されて、アセンブリから放出される金属破片は、規定されている立体角に、より望ましく閉じ込められるからである。
【００２７】
パターンシェーパー４８、および、爆薬３０とパターンシェーパーとの間で合致するインターフェースの例示的な実施形態を図３中に図示している。この特定の設計は、規定されている立体角にわたっておおよそ均一な密度を達成するシングルポイント爆発のためのものである。パターンの後部面５２は、爆薬の前部面４６に合致している。この非平面インターフェースは、機体軸３２から半径Ｒ１までの半径が増加するにしたがって、圧力波５４の伝播速度を徐々に遅らせ、半径Ｒ２＞Ｒ１からの半径が増加するにしたがって、圧力波の伝播速度を徐々に増加させ、これにより、放出される破片の単位面積当たりの数が、爆薬の爆発の際に、規定されている立体角にわたっておおよそ均一になる。弾頭にわたって、波の異なる空間領域における相対速度の所望の成形を達成するために、爆薬の前部面４６は、半径Ｒ１および斜度Ｓ１を有する、機体軸を囲む凸状の円錐形５６を有し、ケース１８の内壁に対して斜度Ｓ２を有する、半径Ｒ２＞Ｒ１において始まる周囲を囲む凸状の環状形５８を有する。前部面４６は、Ｒ２−Ｒ１の環状領域において平らである。パターンシェーパーの合致する後部面は、半径Ｒ１および斜度Ｓ２を有する凹状の円錐形と、斜度Ｓ２を有し、半径Ｒ２において始まる周囲を囲む凹状の環状形とを有する。
【００２８】
爆薬３０は爆発し続けるので、凸の中心、ならびに、周辺領域５６および５８のそれぞれにおいて、圧力波５４は相対的により速く伝わる。いったん波がパターンシェーパーに到達すると、波は減速する。波がどの程度減速するかは、シェーパー材料の衝撃インピーダンスにより決まる。シェーパー材料の衝撃インピーダンスは、材料の密度と、材料中の音速と、パターンシェーパーの厚みとの関数である。複合材のようなより低密度の材料は、より少ないエネルギーを吸収することから、一般的に好まれる。しかしながら、より高密度の材料は、より小さい体積を有し、爆薬のためのより多くのスペースを残すことができる。シェーパーに適切な材料の範囲には、繊維強化複合材や、熱可塑性物質（樹脂、ポリマー）や、ナイロンや、ゴムや、ステレオリトグラフ（ＳＬ）材料や、構造発泡体や、金属が含まれる。唯一の条件は、それが型取り可能であるか、機械加工可能であるかのどちらかであることである。
【００２９】
破砕アセンブリ３８の周囲を囲んで配置され、少なくとも破砕アセンブリ３８と同等の広がりを持つ留めリング５０により、数ミリ秒間ではあるが、放出される破片の放射状速度よりも、放出される破片の軸方向速度を強調する閉じ込めがもたらされる。留めリングおよびその他の環状領域５８の設計は、放出される破片の分布のテールを、規定されている立体角に入れるように連帯して最適化されている。図３中で示しているように、リングは、破砕アセンブリと同等の広がりを持つ。図４中で示しているように、リングは、付加的な閉じ込めを提供するために、破砕アセンブリの長さのおおよそ２倍の長さに拡張される。前者の構成は、例えば、立方体破片とともに使用されるのに対して、後者は、例えば、より大きい放射状速度成分を有する傾向がある球形破片とともに使用される。
【００３０】
図３および４中で描いているパターンシェーパーの設計は、特定の爆発構成、所望のパターン密度、ケーシング材料、および、パターンシェーパー材料に対する例示にすぎない。一般的に、パターンシェーパー設計スペースは、弾頭重量および体積のバジェットで始まる。単一の破片に対する最低破片質量および速度は、致死率要件に基づいて決定される。必要面積をカバーし、複合システム誤差を克服するために必要とされる破片の総数を決定する。その後、初めにガーニー近似法から、その後さらに正確には、コンピュータモデリングにより、（多くの破片からなる）破片アセンブリの最大の厚みを決定する。この計算により、必要とされる高性能爆薬の高さおよび重量も得られる。並行して、爆薬と破片アセンブリとの間に挿入できるある一定の密度のシェーパーの最大の厚みが決定される。シェーパーのこの許容可能な体積および質量が、失われるかもしれないエネルギーの量を決定する。シェーパーにより吸収されているエネルギーは、シェーパーを通って伝播される量と比較して取るに足らない。伝播の大きさは、シェーパー材料の性質、特に密度および音速に左右される。密度および音速の積は、音響インピーダンス（または、波の速度がその材料中の音速を超える場合では、衝撃インピーダンスであり、弾頭中でもそうである）と呼ばれる。
【００３１】
このエネルギーバジェットにより、質量要件のみならず、適正な衝撃インピーダンスも満たす、適正クラスの材料を選択することができる。材料がインピーダンスおよび質量要件を満たすならば、通常、軽密度材料を使用することが好ましい。このクラスの材料は、破片を破損しないことが利点である。例えば軽金属のような、より高い密度を有し、さらにインピーダンスおよび質量要件を満たしている材料を選択することが考えられる。しかしながら、その強度および延性により、望ましくはないが、その材料は破片フライアウト特性を変化させる。その後、シェーパーは破片ディスクに結合されて、シェーパー幾何学設計をさらに複雑にさせる。
【００３２】
凸状の円錐領域および凸状の環状領域の、半径および斜度、Ｒ１／Ｓ１とＲ２／Ｓ２とは、パターンシェーパーがない弾頭のテストデータおよび／またはコンピュータシミュレーションと、あるターゲット範囲および立体角におけるパターン破片密度の所望の分布（単位当たりの破片および破片の数）とに基づいて決定される。テストデータが利用可能である場合に、テストデータに一致するようにコンピュータモデルが較正される。初期の破片ポジションからターゲットロケーションまで、ほぼ１対１のマッピングを行うことができる。これらの個々のマッピングを分類して、破片環形とターゲット上の環形との間のマッピングに変える。必要なマッピングは、ベースライン弾頭からなされなければならない放射状弾道補正の大きさを生じさせる。これらの弾道補正は、基本的には、破片速度ベクトル補正である。爆薬と破片のインターフェースの輪郭を描くことにより、破片速度ベクトル補正を実現できる。しかしながら、平らな破片ディスク面（アセンブリ、コスト）を有することを望むので、波先を変化させる代理品として効果的に機能するパターンシェーパーの形態でインターフェース材料を導入する。所望の補正（大きさ、方向）に基づいて、各環形に対して（Ｒ１、Ｓ１）＆（Ｒ２、Ｓ２）を決定する。しかしながら、隣接環形からの直接の影響があるので、所望の（Ｒ１、Ｓ１）、（Ｒ２、Ｓ２）、および、必要であれば（Ｒ３、Ｓ３）などに達するために、コンピュータモデリングを使用しなければならない。
【００３３】
爆薬の爆発および微粉砕されるケースからの放射状爆風パターンと、破砕アセンブリの爆発からの前方軸方向爆風パターンとを、図５および図６中に描いている。機体軸３２に目を向けると、爆薬の爆発は、圧力波６０を生成させるガス爆風を生み出す。圧力波６０は、機体軸から放射状に発せられ、距離にしたがって減少する。ガス爆風の人体への影響がよく知られており、弾頭設計を円滑化するように業界において標準化されている。この特定の弾頭に対して、おおよそ２メートルにおいて、９９％の致命しきい値６２が生じ（このしきい値内の任意のポイントは、９９％の致命であり）、おおよそ２．５メートルにおいて、５０％の致命しきい値６４が生じ、おおよそ２．７メートルにおいて、１％の致命しきい値（致死しきい値）６６が生じ（このしきい値内の任意のポイントは、規定されるように致命的であると考えられ）、おおよそ４メートルにおいて、肺損傷しきい値６８が生じ、おおよそ８メートルにおいて、鼓膜破裂しきい値７０が生じ、それを超えると、爆薬の爆発により生じる圧力波に対する人的影響はほとんどない。もちろん、これらの距離は、弾頭中の爆薬の量に依存する。従来の弾頭では、スチールケーシングの爆発は、それにおいて、ガス爆風自体が人的影響をほとんど有さないしきい値を超えて拡張する、致命しきい値を有するだろう。スチールケーシングの爆発は、弾頭の所望の致死率を大きく向上させることなく、付帯的被害のリスクを著しく増加させる。本弾頭では、微粉砕されるケースは、ガス爆風の致死しきい値６６より大きくない致死しきい値７４を有する。結果として、付帯的被害のリスクは最小化される。
【００３４】
上からの機体軸３２に沿って見ると、爆薬の爆発は、機体軸の回りの規定されている立体角８０で、金属破片を前方に放出する。適切に設計されているシェーパーに起因する均一パターンは、したがって、規定されている体積中の命中の確率を増加させる。各破片は、的中するとそれが殺害をもたらすように、致死的であるように設計されている。規定されている角度にわたり、おおよそ４０メートルの半径に対して、殺害の確率Ｐｋは９９％より高く（８１）、おおよそ５０メートルの半径に対して、殺害の確率Ｐｋは５０％より高く（８２）、おおよそ５３メートルの半径に対して、殺害の確率Ｐｋは１％より高く（致死しきい値８３）、それを超えると、殺害の確率Ｐｋは１％より低くなる。また、（ガス爆風半径８５内以外の）規定されている立体角の外側のＰｋ８４は、１％より低い。
【００３５】
１個はパターンシェーパー４８を有し、１個はパターンシェーパー４８を有さない、２個の弾頭を通る圧力波９０および９２の時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４における伝播をそれぞれ、図７ａないし図７ｄ中、および、図８ａないし図８ｄ中に図示している。明確にするために、波の先頭部分のみを示している。時間Ｔ１において、圧力波先９０がパターンシェーパー４８に達する。時間Ｔ２において、双方の圧力波先が破砕アセンブリ３８の底面に達する。機体軸と（Ｒ２、Ｓ２）との間のシェーパーの環形領域を通過する波先９０の部分は、十分に減速し、結果的に中心部近くの曲率がより高くなる。減速率は、シェーパーの衝撃インピーダンス（密度と音速との積）と、各ロケーションにおけるその厚さとの関数である。エネルギーの損失も正比例するが、実際の適用におけるその体積が、主装薬と比較して非常に小さいことから、損失は許容可能であり、パターン弾道制御における利益がはるかに大きい。波先９２は形を変化させない。時間Ｔ３、および、その後のＴ４において、波の先９０および９２は破砕アセンブリ内にある。波９２の部分は機体軸に閉じ込められ、（Ｒ１、Ｓ１）はすでに、シェーパーを有していないものよりさらに高い曲率を有している。これにより、この領域の破片中により大きな外側の（放射状）速度成分を生成させ、それらをさらに外側に分散して、破片の単位面積あたりの数を均一にできる。シェーパーを有さない弾頭の波先９２は、一定のより低い曲率を有し、非常に小さい放射状速度成分を有する。（Ｒ１、Ｓ１）＆（Ｒ２、Ｓ２）の間の波９０の部分を均一にし、ねらっている軸方向速度成分を有する破片を発射する。（Ｒ２、Ｓ２）と留めリング５０との間の残りの波先９０は、実際には凹状の曲率を達成している。この領域中の破片は、シェーパーがない場合の破片が有するより、さらに少ない外側への／放射状の成分を有する。これは、周辺破片を寄せて、分布のテールを減少させるまたは無くすのに役立つ。
【００３６】
１個はパターンシェーパーを有し、１個はパターンシェーパーを有していない、２個の弾頭により生み出されるパターン密度の、実際の結果、および、シミュレーションの結果をそれぞれ、図９ａ、図９ｂ、図１０ａ、図１０ｂ中に示している。図９ａ中に示しているように、パターンシェーパーを有さない弾頭に対して、機体軸からの角度の増加が、プラス／マイナス１２度の規定されている立体角を超えていっそう拡張すると、破片１００の数は減る。パターンシェーパーを有する弾頭は、規定されている立体角内で、小さい角度からより大きい角度へと破片を効率的にシフトする。破片１０２は、パターンシェーパーの仮の設計に対する結果を図示している。規定されている立体角にわたる、破片の単位面積当たりの数をプロットするパターン成形の影響を、図９ｂ中で示している。予想されるように、パターンシェーパーを有さない弾頭は、機体軸を囲む小さな環形において最大密度１１０を有する。最大密度１１０は、規定されている立体角にわたって、その角度外のテールで急速に減る。比較すると、パターンシェーパーを有する弾頭は、初期設計に対して、規定されている角度にわたっておおよそ均一である密度１１２を有する。図１０ａおよび図１０ｂは、シェーパーなしの実際のデータと対照して、最適化パターンシェーパー設計に対しての（シュミレートされた）破片１１４の数および破片密度１１６を示している。最適化設計は、規定されている立体角にわたるパターン密度のより少ないバリエーションを表わしている。規定されている立体角にわたって、２５％より低い、および、好ましくは１５％より低いバリエーションは、おおよそ均一であると考えられる。パターンシェーパーなしでは、密度は、立体角にわたって８５％よりも多く変化する。
【００３７】
前方発射型弾頭構成は最も典型的であるが、本発明の本質である、微粉砕されるケース材料およびパターンシェーパーは、図１１ａないし１１ｃ中で図示しているように、側面発射型弾頭１２０にも適用できる。この例示的な実施形態では、側面発射型弾頭挿入物１２２を、機体軸の側面に開口部１２６を有する外部ケーシング１２４中にはめる。挿入するための、外部ケース１２４および内部ケーシング１２８は、爆発の際に微粉砕される、繊維強化複合材や、エンジニアドウッドや、熱可塑性物質（樹脂、ポリマー）や、発泡体から適切に形成されている。パターンシェーパー１３０、破砕アセンブリ１３２、および（ケーシングに類似している材料の）カバー１３４は、開口部１２６中の爆薬１３６上に配置されている。ブースター１３８と、（示していない）セーフアームアセンブリとは、爆発を開始するために、破砕アセンブリの反対の先端の中心に配置されていている。爆発は、開口部に向かって、爆薬を通って伝播して、弾頭から、横向きに（放射状に）金属破片を放出する。
【００３８】
[ドーム成形された破砕レイヤ]
図１２ａおよび図１２ｂ中で示しているように、前方発射型弾頭１２の実施形態は、ケース２３２の内部に配置されている爆薬格納構造２３０を含む。格納構造のテーパー付後部セクション２３４は、ケースと格納構造との間のテーパー付の空いたスペース２３６を規定する。ケースと、ドーム成形された先端２４０と、テーパー付後部セクション２４２とに合致する直径を有する前方セクションを有する爆薬２３８は、格納構造の内部にはまっている。爆薬のドーム成形された先端２４０は、格納構造およびケース中の開口部を超えて、適切に拡張されている。爆薬の後部に配置されているイニシエーター２４４（小型ブースター装薬）は、テーパーの先端において、爆薬の爆発を開始させる。このタイプのシングルポイント爆発は、これらのタイプの弾頭に対して典型的である。他のマルチポイント構成を使用してもよい。命令されたときにブースターに点火するようにセーフアームデバイス２４６が位置付けられている。爆薬の爆発の際に、適切に１％より大きくない質量効率で微粉砕される、繊維強化複合材や、エンジニアドウッドや、熱可塑性物質（樹脂、ポリマー）や、発泡体でさえあるような、材料で、格納構造およびケースは形成されている。結果として、微粉砕されるケース材料は、爆発した爆薬の圧力波による致死半径より大きくない対人致死半径を適切に有する。
【００３９】
爆薬のドーム成形された先端を囲む開口部に、前方発射型破砕アセンブリ２５０が位置付けられている。金属破片２５４のドーム成形されたレイヤ２５２を、アセンブリは適切に含み、金属破片２５４は、爆薬の爆発の際に、少なくとも７０％の質量効率で、前方発射パターンで放出される。調整破片は、爆発の際に既知のサイズおよび形を有し、１００％に近い質量効率を維持するので、一般的に好まれる。破片は、特定の脅威に対して、（長方形に、正方形に、または、他の一意的な形に）成形されてもよい。アセンブリが容易であるように、破片は、典型的に、爆発において微粉砕される、エポキシ樹脂により包まれている型で形成されている。
【００４０】
前方発射型破砕アセンブリにおいて、弾頭および破砕アセンブリは、放出される破片の速度と、片側角にわたって放出される破片の密度の均一性と、パターンの片側角とを制御するように、好ましく構成されている。前方発射型破砕アセンブリ２５０において、ドーム成形された爆薬２３８と破片のドーム成形されたレイヤ２５２とを備えることにより、３つすべてパラメータを効率的に取り扱う。第１に、このタイプの従来の弾頭では、弾頭の先頭の平面上に、空力ノーズコーンを配置して、空力安定性を提供する。短距離の対抗手段に対する典型的な速度において、セミブラントな形またはドーム形が使用される。この実施形態では、爆薬を拡張してデッドスペースを満たし、合致する破片レイヤは、空力表面を提供する。爆発の際の付加的な爆薬量により、破片に対してより大きな総エネルギーを分け与え、これにより、破片の速度を増加させる。第２に、シミュレーションの結果は、ドームの曲率が、圧力波の形におおよそ一致するように、適切に選択されることを示している。結果として、金属破片は、向上させた密度均一性で、適切に規定されている円錐中に放出される。より速度の速い弾頭では、爆薬および破砕レイヤは、圧力波の先と、空力の考慮のために弾頭上に配置されているさらにとがった空力ノーズコーンとに一致するように成形されてもよい。
【００４１】
ドーム成形されたレイヤの周囲および後部を囲む格納リング２５６が配置されていてもよい。このリングは、放射状の代わりに軸方向に破片を誘導するように、圧力波の封じ込めの程度を提供する。リングは、一瞬（例えば、数マイクロ秒）ではあるが、リングそれ自体が微粉砕される前に、圧力波を前方方向に誘導するのに十分な長さの間、爆薬の爆風を封じ込める。リングは、規定されている片側角を超えるパターン密度のテールを、減少させることまたは無くすことに寄与する。所望のように片側角を狭めるための付加的な閉じ込めを提供するために、リングを前方に拡張してもよい。ケースの全長に及ぶようにリングを拡張してもよい。波先の一部を減速させて前方発射パターンをさらに成形するために、爆薬と破片レイヤとの間に可変厚パターンシェーパーを挿入してもよい。アセンブリとセーフアームデバイスとの間にベースプレート２６６を配置して、圧力波のエネルギーを前方に反射してもよい。
【００４２】
テーパー付の空いたスペースを生成させるために、爆薬２３８の一部を取り除くことにより、前方発射型破砕アセンブリに分け与えられる総エネルギーを減少させ、兵器の致死率を低下させるだろうことを仮定できる。しかしながら、シミュレーションが実証するように、Ｌ／Ｄ（長さ／直径）の最適化前方発射後部開始型弾頭に対して、爆薬のテーパー付後部の一部は、体積的な“デッド”スペースを表わしている。言い換えると、そのスペース中の爆薬は、前方伝播波中の総エネルギーに寄与しない。本質的に、シングルポイント爆発は、ケーシングの直径を満たすまで、圧力波が前方に動くにつれて膨張する。適切に、格納構造および爆薬のテーパーを所定の弾頭に対して最適化して、前方伝播圧力波における総エネルギーを減少させることなく、テーパー付の空いたスペースを最大化させる。破片に分け与えられる総エネルギーに寄与しない、弾頭の後部先端における爆薬を無くすことにより、弾頭の重量およびコストを減少させる。しかしながら、爆薬の後部セクションにテーパーを付けることはオプション的であり、ドーム成形された破砕アセンブリとともに従来の円筒設計を使用してもよい。
【００４３】
弾頭分析では、ＣＴＨ分析モデルを使用して、爆発圧力波をシミュレーションする。図１３ａないし図１３ｃは、爆薬２７１の爆発から前方発射パターンでの金属破片の放出を通しての圧力波２７０を示している。ＣＴＨ分析は、調整破片のドーム成形されたレイヤ２７４と、後部のテーパー付の空いたスペース２７６とを含む、前方発射型弾頭２７２をシュミレーションしている。ドーム成形されたレイヤの曲率は、圧力波の先２７７に合致している。ベースプレート２７８は、後部に位置付けられ、格納リング２８０は、ドーム成形されたレイヤの周囲を囲んでいる。爆薬の設計は、弾頭の長さ対直径比に最適化されている。この場合では、Ｌ／Ｄ＝１であり、テーパーは４５度である。前方発射型弾頭において、１のＬ／Ｄを大きく超えて（すなわちＬ／Ｄ＞１）、長さを増加させることにより、脅威に対する、破片速度または弾頭致死率における増加的な改善のみが生み出される。しかしながら、Ｌ／Ｄが＞１である場合には、１の爆薬の長さ（すなわち１というＬ／Ｄ）に対して最適化するために、テーパー角度を増加させることができ、したがって、Ｌ／Ｄ＞１である場合に対する爆薬コンテンツを減少させる。
【００４４】
図１３ａ中に示しているように、ｔ＝２マイクロ秒において、圧力波２７０の先２７７は、シングル起爆ポイントからテーパーを通って前方に動き、それが前進するにつれて、テーパーを満たすように膨張する。最も高い圧力は、波先２７７において存在する。後部セクション中の圧力は、非常に低い。
【００４５】
図１３ｂ中に示しているように、ｔ＝８マイクロ秒において、圧力波２７０の先２７７は、テーパーの反対側の先端における、爆薬の直径まで膨張している。
【００４６】
図１３ｃ中に示しているように、ｔ＝１４マイクロ秒において、高圧力波先２７７は、ドーム成形されたレイヤ２７４に達している。波先の形は、実質上、レイヤの形に合致している。格納リング２８０は、領域２８２中の圧力波を一瞬閉じ込め、これにより、圧力波を前方に誘導する。この時点において、ケーシング材料は微粉砕し始め、前方発射型破砕レイヤ２７４は瞬時に放出される。
【００４７】
（ａ）空いたスペースを生成させるために、爆薬および格納構造に適正にテーパーを付けることにより、圧力波の前方エネルギーが低下しないことと、（ｂ）前方発射型破砕レイヤおよび爆薬の形を、圧力波先の形に合致させることにより、破片速度およびパターン均一性を増加させることを、ＣＴＨ分析モデルは明らかに実証している。前方発射型弾頭アーキテクチャの範囲内で、他の、弾頭構成および前方発射型破砕アセンブリの構成を使用してもよい。
【００４８】
図１４ないし図１５において、前方発射型破砕アセンブリの異なる実施形態を描いている。図１４中に示しているように、ドーム成形されたレイヤ２５２の一部とオーバーラップするように、格納リング２５６の長さを前方に拡張させる。この構成中では、構成リングは、圧力波を封じ込め、波の先を前方方向に誘導し、これにより、前方発射パターンの片側角を減少させる。
【００４９】
図１５中に示しているように、爆薬２３８の先端２４０とドーム成形されたレイヤ２５２との間に可変厚パターンシェーパー３１０を配置して、パターン成形を補強する。この特定の実施形態において、爆薬２３８のドーム成形された先端２４０は、中心部３１２で平らになっており、ドーム成形されたレイヤ２５２におおよそのみ合致することに留意されたい。パターンシェーパー３１０は、ドーム成形されたレイヤに合致する。爆薬は、依然として“ドーム形”を有するものとして考えられる。圧力波がパターンシェーパー３１０に達すると、それは中心部３１２のどちらかの側における周辺領域３１４および３１８で、相対的により速く移動する。その理由は、爆薬２３８が爆発し続けているからである。いったん、波が、パターンシェーパーの最も厚い部分を通り過ぎると、それは、最も薄い部分を通り過ぎる波より減速する。結果として、パターンシェーパーは中心の破片を減速させて、さらに直線に集中させる。波がどの程度減速するかは、シェーパー材料の衝撃インピーダンスにより決まる。シェーパー材料の衝撃インピーダンスは、材料の密度と、材料中の音速と、パターンシェーパーの厚みとの関数である。複合材のようなより低密度の材料は、より少ないエネルギーを吸収することから、一般的に好まれる。しかしながら、より高密度の材料は、より小さい体積を有し、爆薬のためにより多くのスペースを残すことができる。シェーパーに適切な材料の範囲には、繊維強化複合材や、熱可塑性物質（樹脂、ポリマー）や、ナイロンや、ゴムや、ステレオリトグラフ（ＳＬ）材料や、構造発泡体や、金属が含まれる。唯一の条件は、それが型取り可能であるか、機械加工可能であるかのどちらかであることである。一般的に、爆薬と破砕レイヤとの間の何らかの材料を最小化、または、むしろ無くして、破片に分け与えられるエネルギーを最大化することが望まれる。しかしながら、いくつかのケースでは、パターンシェーパーは、パターンの形と速度の均一性との最適なバランスを提供してもよい。異なるパターンを達成するために、および、異なる脅威のシナリオを取り扱うために、可変厚パターンシェーパーの、他の形および設計がありえる。
【００５０】
本発明のいくつかの例示的な実施形態を示し記述してきたが、数々のバリエーションおよび代替実施形態が当事者の心に浮かぶだろう。このようなバリエーションおよび代替実施形態を、考え、添付された特許請求の範囲中に規定されているような、本発明の精神および範囲から逸脱することなく実行することができる。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］前方発射型破砕弾頭において、
爆発の際に１％より大きくない質量効率で微粉砕される材料から形成されているケース（１８、２３２）と、
前記ケース中の爆薬（３０、２３８）と、
爆発を開始させるイニシエーター（３２、２４４）と、
前記爆薬の爆発の際に少なくとも７０％の質量効率で破片（４０、２５４）を放出する破砕レイヤ（４０、２５２）と、放出される破片のパターン密度を前方発射パターン（２２）に成形する手段（４８、２４０、２５２）とを含む、前方発射型破砕（３８、２５０）アセンブリとを具備する前方発射型破砕弾頭。
［２］前記微粉砕されるケースの材料（２４）は、前記爆薬のガス爆風による致死半径より大きくない致死半径を有する［１］記載の弾頭。
［３］前記放出される金属破片のパターン密度を成形するために、前記破砕アセンブリ手段は、前記爆薬（３０）と前記破砕レイヤ（４０）との間にパターンシェーパー（４８）を備える［１］記載の弾頭。
［４］前記放出される金属破片のパターン密度を成形するために、前記爆薬の接面とパターンシェーパーの接面（４６、５２）は、前記破砕アセンブリの後部表面にわたる伝播圧力波（５４）の相対速度を変化させるように、非平面であり、かつ、合致している［３］記載の弾頭。
［５］前記爆薬の接面（４６）は、半径Ｒ１と斜度Ｓ１とを有する、前記ケースの中心を通る機体軸を囲む凸状の円錐形（５６）を有する［４］記載の弾頭。
［６］前記爆薬の接面（４６）は、斜度Ｓ２を有する、半径Ｒ２＞Ｒ１において始まる周囲を囲む凸状の環状形（５８）を有する［５］記載の弾頭。
［７］前記パターンシェーパーは、前記爆薬よりも低密度の材料から形成されている［３］記載の弾頭。
［８］前記破砕アセンブリ手段は、前記爆薬（３０）と前記破砕レイヤ（４０）との間のパターンシェーパー（４８）を備え、前記パターンシェーパーは、前記爆薬の接面（４６）の非平面形（５６、５８）に合致する表面（５２）を有し、前記パターンシェーパーは、前記放出された破片の単位面積当たりの数が、前記爆薬の爆発の際に、規定されている立体角にわたっておおよそ均一になるように、前記軸から半径Ｒ１までの半径が増加するにしたがって、圧力波（５４）の伝播速度を徐々に遅らせ、半径Ｒ２＞Ｒ１からの半径が増加するにしたがって、圧力波の伝播速度を徐々に増加させる［１］記載の弾頭。
［９］前記破砕アセンブリ手段は、ドーム成形された前方セクション（２４０）を有する前記爆薬（２３８）とドーム成形されている前記破砕レイヤ（２５２）とを含む［１］記載の弾頭。
［１０］前記爆薬の爆発は、前方に伝播して、前記前方発射パターンで前記破片を放出する圧力波（２７０）を生成させ、前記ドーム成形された破砕レイヤは、前記圧力波入射の先の形におおよそ一致する［９］記載の弾頭。
［１１］前記爆薬を保持する格納構造（２３０）をさらに具備し、前記格納構造および前記爆薬は、前記ケースに合致する直径を有する前方セクションを有し、テーパー付後部セクション（２３４）を有し、テーパー付後部セクション（２３４）は、減少した直径に向かってテーパーが付けられて、前記ケースと前記格納構造との間にテーパー付の空いたスペース（２３６）を規定し、前記イニシエーター（２４４）は、前記テーパーの先端において前記爆薬の爆発を開始させるために、前記爆薬の後部に位置付けられている［９］記載の弾頭。
［１２］前記爆薬の爆発は、前記テーパー付爆薬を通って前方に伝播して、前記前方発射パターンで前記破片を放出する圧力波（２７０）を生成させ、前記テーパー（２３４）は、前記破砕レイヤに分け与えられる総爆薬エネルギーを減少させることなく、前記空いたスペース（２３６）を最大化させるように最適化されている［１１］記載の弾頭。
［１３］前記ドーム成形された破砕レイヤ（２５２）と、前記爆薬（２３８）の前記ドーム成形された前方セクション（２４０）との間に、可変厚パターンシェーパー（３１０）をさらに具備する［９］記載の弾頭。
［１４］前記パターンシェーパーは、周辺領域（３１４）より中心領域（３１２）に厚みがある［１３］記載の弾頭。
［１５］前記爆薬を保持する格納構造（２３０）をさらに具備し、前記格納構造および前記爆薬は、前記ケースに合致する直径を有する前方セクションを有し、テーパー付後部セクション（２３４）を有し、テーパー付後部セクション（２３４）は、減少した直径に向かってテーパーが付けられて、前記ケースと前記格納構造との間にテーパー付の空いたスペース（２３６）を規定し、前記イニシエーターは、前記テーパーの先端において前記爆薬の爆発を開始させるために、前記爆薬の後部に位置付けられている［１］記載の弾頭。
［１６］前記爆薬の爆発は、前記テーパー付爆薬を通って前方に伝播して、前記前方発射パターンで前記破片を放出する圧力波（２７０）を生成させ、前記テーパー（２３４）は、前記破砕レイヤに分け与えられる総爆薬エネルギーを減少させることなく、前記空いたスペース（２３６）を最大化させるように最適化されている［１５］記載の弾頭。
［１７］前記破砕レイヤは、調整破片（４０、２５４）を備える［１］記載の弾頭。
［１８］前記前方発射型破砕アセンブリは、前記破砕レイヤの周囲および後部を囲む格納リング（５０、２５６）を備える［１］記載の弾頭。
［１９］前記前方発射型破砕アセンブリは、前記弾頭の長軸の回りの３度から４５度の間の片側角（２２）の前記前方発射パターンで、破片を放出する［１］記載の弾頭。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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