Fuze

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Begriffe

Ein Zünder (FUZE) ist ein Device welches die Explosion triggert, sobald spezifische Anforderungen erfüllt sind. Der Zünder kann die Explosion mechanisch (MFUZE) oder elektronisch (EFUZ) auslösen. Meistens ist ein "Primer" dazwischen geschaltet. Insgesamt sieht die Kette dann so aus: FUZE > PRIMER > DETONATOR. Gegebenenfalls wird eine ganze Kette an Explosionen ausgelöst bevor der Hauptsprengsatz gezündet wird. Das ganze wird "Explosive Train Arming Device" genannt (Link fürt zu einer externen Beschreibung des Patents) . Zu Missile safety and arming circuit gibt es ebenfalls ein Patent.

Der Zünder muss während Transport und Lagerung entsprechend geseichert sein. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen. Beispiele: Zünder muss erst eingeschraubt werden vor dem Start, ein Sicherungspin muss gezogen werden ...).

  • Fuze: Zünder
  • Fuse: Sicherung
  • INST (Instantaneous): Der Zünder löst innerhalb von 0.0003 Sekunden aus.
  • Nondelay: Der Zünder löst innerhalb von 0.0003 bis 0.0005 Sekunden aus.
  • DLY (Delay): Der Zünder löst später als nach 0.0005 Sekunden aus.
  • SST (Safe Seperation Time, Arming Time): Jene Zeit, welche die Bombe benötigt um "scharf" zu sein. Das bedeutet: Zeit von Auslösen der der Bombe, bis der "Explosive Train" bereit ist und auf den mechanischen oder elektrischen Zünder wartet.
  • VT (Proximity): Explosion bei Annäherung an ein Objekt.
  • SAT (Safe Air Travel, Arming Time): Zeit welche die Bombe im Status "safe" nach Auslösung in der Luft ist. Siehe auch Delayed Arming weiter unten.

Einteilung

Neben der Einteilung in mechanisch (MFUZ) oder elektrisch (EFUZ) gibt es folgende weitere

  1. Einteilung nach Auslösung:
    • Impact (Einschlagszünder)
    • mechanical Time (Zeitverzögerung, gemeint ist zB die Verzäögerung in Millisekunden bei einem "Bunker Buster")
    • Proximity (Annäherung)
    • Hydrostatic
    • Long Delay (Langzeitverzögerung, gemeint ist eine Explosion erst Minuten oder Stunden später)
  2. Position des Zünders innerhalb der Bombe
    • Nose
    • Tail
    • Side
    • Multipurpose (Nose + Tail ...)

MFUZ

Vom Prinzip her ist der Vorgang einer MFUZ mit dem Abfeuern einer Handfeuerwaffe vergleichbar. Die Funktion der MFUZ enspricht dem Vorgang vom Betätigen des Abzugs bis zum Zünden der Patrone.

ARMING

Wird die Bombe vom Flugzeug ausgelöst, so wird auf mechanischem Weg (Draht oder Gurt) eine Sicherung gezogen. Diese hat im normalen Flug einen "arming vane" an der Vorderseite der Bombe am rotieren gehindert. Wird die Sicherung durch den Abwurf kurz danach gezogen, dann beginnt sich der "arming vane" im Luftstrohm zu drehen. Auf mechanische Weise wird so der Zünder scharf gestellt.

Arming Vane mit Sicherungsdraht

DETONATOR

In der einfachsten Form (Impact) drückt ein Pin (102) an der Vorderseite der Bombe beim Einschlag auf den Primer. So wird der "explosive Train" in Gang gesetzt. Eine MFUZ ist natürlich wesentlich komplexer als der Abzug einer Handfeuerwaffe. Ensprechend komplex ist auch der Sicherungsmechanismus des mechanisches Zünders. Werden die Bomben per "Jettison" abgeworfen, soll die Bombe ja nicht explodieren. Und das obwohl der Pin gegen den Primer gedrückt wird. Dazu existieren verschiedene Möglichkeiten:

  • Detonator-Safe Fuze (siehe Bilder unten): Der "Firing Train" ist nicht in der Position um auslösen zu können. Erst ein "arming" der Bombe bringt den Zünder in die Position um Auslösen zu können. Siehe oben bei "Arming Vane".
  • Shear-Safe Fuze: Der arming Mechanismus ist physisch von der Bombe getrennt und muss zB erst eingeschraubt werden. Dies ist die auf Flugzeugträgern verwendete Methode. Sorgt dafür, dass im Storage Bomben auch mal runterfallen können, ohne gleich den ganzen Träger in die Luft zu jagen. Schützt aber nicht vor einer ungewollten Scharfschaltung bei TakeOff oder Landung!
  • Delayed Arming: Sorgt dafür, dass die Bombe erst nach einer gewissen Zeit in der Luft scharf geschaltet wird. Methode wird zusätzlich zu shaer-safe auf Flugzeugträgern verwendet. Schützt zusätzlich vor einer ungewollten Scharfschaltung bei TakeOff und Landung.

Der Bau von mechanischen Zündern ist sehr aufwendig und erfordert geringe Fertigunstoleranzen und spezielle Materialen (Flughöhe 35.000 Fuß etwa -55°C, Flug im Iran wenn Sonne auf die Bomben scheint +40 Grad, Luftfeuchtigkeit, Ausdehnung von Stahl in der Hitze ...).

Die folgenden zwei Bilder zeigen einen einfachen Zünder in "safe" (Fig. 4) und "armed" (Fig. 5) Position. Das dritte Bild (Fig. 1-3) zeigt den Sicherungsmechanismus.

Fuze000.png
Fuze001.png
Fuze002 safety.png

EFUZ

Elektronische Zünder sind heute die am meisten verwendeten. Der Aufbau des Zünders selbst wird absichtlich möglichst Primitiv gehalten und besteht aus Netzwerken von Kondensatoren und Widerständen.

Für die Freigabe des Zünders, Berechnungen, GPS ... werden natürlich Mikroprozessoren verwendet. Diese müssen spezielle Anforderungen an Abschirmung und Fehlerkorrektur (Stichwort "bit flip") erfüllen, da gerade auf Flugzeugträgern sehr starke elektromagnetische Störungen autreten. Die Montage der Bombe muss deshalb in speziellen "RADHAZ-free" Bereichen durchgeführt werden.

FMU-139 EFUZ Serie und Mk122 Mod 0 Arming Safety Switch

FMU-139.png

Diese werden bei der NAVY am häufigsten eingesetzt. Sie kommen standardmäßig in MK-80, GBU und BLU Serien zum Einsatz (zB Laser Guided Bombs ...). Der FMU-139 ist ein elektronischer IMPACT oder DELAYED Zünder der als Tail oder Nose Fuze verwendet werden kann. Er ist Mikroprozessorgesteuert und kann im Flug vom Piloten programmiert werden. Der Zünder kann low und high-drag (retarded, zB Snakeye) verwendet werden. Als Arming Time (siehe SAT - safe air travel) kann 2.6, 5.5, und 10.0 Sekunden eingestellt werden. Als Auslöser kann enweder INSTANT verwendet werden, oder ein Delay von 10, 25 oder 60 Millisekunden programmiert werden. Als High-Drag ARM/DELAY sind bei der NAVY nur 2.6/60, 2.6/25, 2.6/10 und 2.6/INST zugelassen. Der Schalter "LOW DRAG ARM TIME" steht während Aufbewahrung, Transport und Montage auf X.

Mk122.png

Die Montage von FMU-139 und MK-122 muss zwingend in speziell elektromagnetisch abgeschirmten Bereichen (RADHAZ-free) geschehen. Nach Montage des FMU-139 wird der Mk122 Arming Safety Switch verbaut. Der rote Pin, welcher im Bild den mittleren Teil des FMU-139 sichert, wird gezogen. Dort wird die Switching Unit des Mk-122 aufgesteckt. Der Mk-122 hat eine elektromagnetisch abschirmende Kappe welche den FMU-139 Zünder schützt. Erst nach der Montage des Mk122 darf die Bombe aus dem RADHAZ-free Bereich auf das Flugdeck gebracht werden.

Am Flugdeck wird die Bombe am Pylon montiert. Das "Lanyard" wird mit dem Pylon verbunden, das Koaxkabel in die "electrical arming unit" eingesteckt. Dadurch kann kann kein Strom über das Koaxialkabel zur Fuse vordringen. Die Bomble bleibt gesichert.

Fuze004.png


Wird die Bombe ausgelöst, so beginnt sie sich von der Tragfläche zu lösen.

  1. Die Bombe beginnt zu fallen.
  2. Das Lanyard ist so lange, dass es die Sicherung aus der Switching Unit erst entfernt, wenn sich die Bombe sicher von der Trangfläche gelöst hat. Bleibt die Bombe an der Tragfläche "hängen" wird das Lanyard nicht gezogen und es kann kein Strom in die Bombe fließen.
  3. Hat sich die Bombe korrekt gelöst und befindet sich im freien Fall, dann spannt sich das Lanyard und ein Pin wird aus der Switching Unit gerissen. Dies schließt einen Schalter in der Switching Unit. Ab diesem Zeitpunkt kann Strom über das Kooaxialkabel in die Bombe fließen.
  4. Über das Koaxialkabel wird nun die "charging voltage" gesendet. Dies lädt die Kondensatoren der Bombe. Das Koaxialkabel ist so lange, dass die Ladung der Kondensatoren garantiert abgeschlossen werden kann.
  5. Als letztes wird der Stecker des Koaxialkabel aus der Buchse gezogen und der explosive Argumentationsverstärker macht sich weiter auf den Weg nach unten.
  6. Der Zünder / Fuze übernimmt nun seine Aufgabe (siehe zB CBU)

DSU-33 Proximity Sensor

Der autonome DSU-33 Aktivradar Annäherungszünder stellt Funktionen für die MK-80 und BLU-110,111,117 Serie bereit. Der erste Zünder wurde 1980 eingesetzt und von Motorola (33A/B Variante) entwickelt und bis 1995 verkauft. 1998 wurde die JDAM kompatible Version DSU-33B/B entwickelt und ab dem Jahr 2000 von ATK verkauft. Dann 2006 die DSU-33C/B und ab 2008 der DSU-33D/B. Laut Northrop Grumman wurden mit Stand 2019 200.000 Stück ausgeliefert. Aktuell verwendet wird der DSU-33D/B (14-25 ft AGL (factory preset), einsetzbar mit FMU-139 und FMU-152 Fuzes, Kompatibel mit MK-80 und M117 Serie inklusive JDAM Versionen, low und high drag möglich).

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DSU-38 Proximity Sensor

Der DSU-38 findet und verfolgt Laserreflexionen und wird als Annäherungszünder in lasergelenkten Bomben verwendet.

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FMU-140A/B Dispenser Proximity Fuze

Der FMU-140A/B ist ein autonomer Annhäherungszünder, der ein aktives Radar trägt. Er ist trotz extremen ECM Maßnahmen einsetzbar und wird zum Beispiel in der CBU-99 Rockeye und der CBU-78 Gator verwendet. Die Arming time (SST, siehe oben) wird am Boden(!) auf 1.2, 4, 6, 8 oder 10 Sekunden eingestellt. Ebenso ist ein "arm-and-fire" feature implementiert. Dies erlaubt dem Piloten ein override der am Boden voreingestellten Zeit (auf 1.2 Sekunden). Der override Modus wird häufig in CAS Missionen verwendet. Ebenso wird die Höhe der Öffnung bereits am Boden voreingestellt. Es stehen 10 Werte zwischen 300 und 3000 Fuß zur Verfügung welche HOF (Hight Of Function) genannt werden.

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