CH685069A5 - Unterkalibriges, flügelstabilisiertes Geschoss, das mit Drall verschossen wird. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein unterkalibriges, flügelstabilisiertes Geschoss, das mit Drall verschossen wird.

Geschosse solcher Art, beispielsweise Wuchtgeschosse oder Pfeilsgeschosse weisen ein grosses Verhältnis von Länge zu Durchmesser auf und werden mittels Treibspiegeln aus grösserkalibrigen Rohrwaffen verschossen. Sie erhalten so eine hohe Geschwindigkeit und vermögen relativ dicke Panzerungen zu durchdringen. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass das Geschoss mit der Spitze voran und mit einem praktisch verschwindenden Anstellwinkel des Geschosses zur Flugrichtung auftrifft. Der Stabilisierung der Fluglage kommt deshalb zentrale Bedeutung zu. Mit vollem Drall verschossene Pfeilgeschosse mit herkömmlichen Leitwerken geraten in Pendelschwingungen, die so lange anhalten, bis die Drehzahl des Geschosses weitgehend abgeklungen ist. Dies führt zu unerwünschtem Geschwindigkeitsverlust und zu unregelmässiger, ballistischer Streuung sowie zu ungünstigen Anstellwinkeln beim Auftreffen im Ziel.

Flügelstabilisierte Wuchtgeschosse sind beispielsweise aus der EP-B 0 295 362 bekannt. Diese zeigt ein Geschoss mit einem hohen Länge/Durch-messer-Verhäitnis. Am Heck des Geschosskörpers sind rechtwinklig zu diesem mehrere ebene Flügel angelötet. Das Geschoss ist aber nicht geeignet, aus einem gezogenen Rohr verschossen zu werden. Beim Abfeuern dieses Geschosses aus Glattrohrkanonen tritt das Problem der Pendelschwingungen nicht auf. Aus Glattrohrkanonen können aber nur flügelstabilisierte Geschosse und keine andern mehr verschossen werden. Bei der unterkalib-rigen Munition ist dabei der zum Teil problematischen aerodynamischen Trennung des Treibspiegels Beachtung zu schenken.

Eine bekannte Massnahme zur Stabilisierung von aus gezogenen Rohren abgefeuerten Pfeilgeschossen besteht in der Verwendung eines durchrutschenden Führungsbands am Treibspiegel. Ferner beschreibt die DE-A 2 924 217 ein unterkalibriges, flügelstabilisiertes Wuchtgeschoss und erwähnt die schädliche Wirkung des Dralls auf die Stabilisierung des Geschosses. Als besondere Massnahmen zur Verminderung dieser Wirkung sind einerseits das durchrutschende Führungsband vorgesehen, das die Drallübertragung durch die Züge herabsetzt, und andererseits ein um die Geschossiängsachse drehbar angeordnetes Stabilisierungsleitwerk, das im Flug weniger rasch dreht als der Geschossköper. Die speziellen konstruktiven Massnahmen sind also auf eine Reduktion des Dralls gerichtet. Sie vermögen allerdings insofern nicht zu befriedigen, als sie wegen der vom Rohrzustand abhängigen Reibungskräfte und unterschiedlicher Gasverluste grosse Abgangsstreuungen bezüglich Geschossdrehzahl und -geschwindigkeit verursachen.

Es besteht die Aufgabe, bei einem unterkalibri-gen, flügelstabilisierten Geschoss, das aus gezogenen Rohren verschossen werden kann, die Flugstabilität wesentlich zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Lehre gelöst. Durch die ortsfeste, spezielle Anordnung der Stabilisierungsflügel am Geschosskörper wird nicht nur eine markant verbesserte Flugstabilität erzielt, sondern auch eine einfache Flügelkonstruktion, die eine billige Herstellung ermöglicht.

Die Erfindung wird anhand der nachstehend erwähnten Figuren näher erläutert, die folgendes zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemässes unterkalibriges, flügelstabilisiertes Geschoss in bevorzugter Ausführungsform, von der Seite und von hinten;

Fig. 2 verschiedene Flügelanordnungen von hinten betrachtet mit eingetragenen Bezugsgrössen;

Fig. 3 bis Fig. 5 Verlauf des Anstellwinkels über die Distanz für drei verschiedene Geschosse;

Fig. 6 eine konkave, instabile Flügelanordnung in einer orthogonalen Schnitteben zur Geschosslängsachse;

Fig. 7 bis Fig. 10 vier verschiedene, konvexe Flügelanordnungen in einer Orthogonalebene zur Geschosslängsachse.

Die Fig. 1 zeigt als erfindungsgemässes Geschoss 1 ein Pfeilgeschoss ohne den für den Ab-schuss unerlässlichen Treibspiegel. Ein Geschosskörper 3 weist eine kegelige Spitze 2 und einen zylinderförmigen Schaft auf. Am Heckteil 4 sind Stabilisierungsflügel 5 angebracht. Das Geschoss hat einen Rechtsdrall, rotiert also von hinten gesehen im Uhrzeigersinn, wie dies durch einen Drallrichtungspfeil 6 in der Ansicht von hinten angegeben ist. Ein durch den Schwerpunkt 7 des Geschosses 1 verlaufender Richtungspfeil 9 gibt die momentane Flugrichtung des Geschosses 1 an. Zwischen der Geschosslängsachse 8 und dem Richtungspfeil 9 kann ein unerwünschter Anstellwinkel 8 vorhanden sein, den es zu eliminieren gilt.

Die Stabilisierung beruht auf der Wirkung der Luft-Anströmkräfte auf die Stabilisierungsflügel 5 zusammen mit dem Drall. Die Fig. 2 zeigt in einer schematischen Querschnittansicht von hinten in fünf Sektoren a bis e fünf verschiedene Anordnungen von Stabilisierungsflügeln, deren Flächen parallel zur Geschosslängsachse 8 verlaufen. Eine zylinderförmige Geschosskörperoberfläche 10 erscheint als Kreis, der in fünf Abschnitte unterteilt ist. Der Geschosskörper 3 rotiert in Richtung des Drallrichtungspfeils 6 im Uhrzeigersinn um die Geschosslängsachse 8. Die Luftströmung relativ zum Geschoss verläuft in dieser Ansicht in konzentrischen Kreisen um die Geschosslängsachse 8, entgegengesetzt zur Drallrichtung; sie ist durch Strömungspfeile 11 angegeben.

Im Sektor a sind die Verhältnisse bei bekannten Geschossen, wie sie einleitend erwähnt wurden, dargestellt. Ein Stabilisierungsflügel 5a mit seitlichen Begrenzungsflächen 51a und 52a und einer virtuellen Mittelfläche 53a ist an einer Verbindungsstelle 12a orthogonal zur zylindrischen Geschosskörperoberfläche 10 angeordnet. Die virtuelle Mittelfläche 53a und eine virtuelle Verbindungslinie 15a von der Spitze des Stabilisierungsflügels 5a zur Verbindungsstelle 12a fallen in diesem Beispiel zu-

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sammen. Sie schliessen mit der Geschosskörperoberfläche 10, dargestellt durch deren Tangente 13 in Drallrichtung an der Verbindungsstelle 12a, den Winkel a von +90° ein, das heisst, der Winkel a wird von der Geschosskörperoberfläche 10 zur virtuellen Verbindungslinie 15a entgegen der Drallrotationsrichtung positiv gezählt. Der Auftreffwinkel ß der relativen Luftströmung, dargestellt als Winkel zwischen einer Tangente 14 an den Strömungspfeil 11 und der Linie der virtuellen Mittelfläche 53a, ist dementsprechend ein rechter Winkel.

Wird ein Geschoss mit einer Flügelanordnung gemäss Fig. 2, Sektor a mit Drall verschossen, tritt die beabsichtigte Stabilisierung erst ein, nachdem die Geschossdrehzahl in erheblichem Mass abgeklungen ist. Nach dem Abschuss fliegt das Pfeilge-schoss mit schwankendem Anstellwinkel 8. Die Schwankungen klingen zwar ab, der mittlere Anstellwinkel aber bleibt bestehen. Die Werte hängen von den Abgangsstörungen ab. Die Fig. 3 zeigt einen Verlauf 21 des Anstellwinkelbetrags |8| aufgetragen über eine Flugdistanz x. Der Winkel ist bei Austritt aus dem Rohr, also bei der Distanz x = 0, noch null. Sofort danach beginnt das Geschoss zu pendeln und der Betrag des Anstellwinkels 8 schwankt. Die Amplitude der Schwankungen ist abhängig von den Abgangsstörungen, z.B. dem Treib-spiegelabwurf. Sie ist begrenzt durch eine obere Hüllkurve 22 und eine untere Hüllkurve 23. Die beiden Hüllkurven nähern sich beide asymptotisch einer horizontalen Geraden 24. Das Geschoss fliegt also in einem metastabilen Zustand, wobei der mittlere Anstellwinkel |8m| beträgt.

Im Sektor b der Fig. 2 ist ein Stabilisierungsflügel 5b gezeigt, der gegenüber der Geschosskörperoberfläche 10 konvex angeordnet ist, das heisst, bei dem die Anströmung 11 unter einem Winkel ß 90° erfolgt. Es handelt sich um einen ebenen Flügel, der am Geschosskörper 3 ortsfest bzw. starr so befestigt ist, dass seine virtuelle Verbindungslinie 15b mit der Tangente 13 an die Geschosskörperoberfläche 10 einen Winkel a > 90° einschliesst.

Eine derartige Flügelanordnung hat eine stabilisierende Wirkung. Fliegt das Geschoss 1 mit einem gewissen Anstellwinkel 8 zur Flugrichtung, befindet sich jeweils ein Teil der mindestens drei Flügel in einer Schattenzone der Luftanströmung. Die Luftkräfte an den Flügeln sind unterschiedlich. Die resultierende Kraft hängt vom Anströmwinkel ß, also von der Flügelstellung ab. Diese Kraft führt zusammen mit dem Drall des Geschosses zur Präzessionsbewegung desselben. Mit der richtigen Richtung der resultierenden Kraft wird die Bewegung gedämpft. Im Falle konvexer Flügelanordnungen präzessiert das Geschoss mit abnehmender Amplitude in Drallrichtung.

Die Fig. 4 zeigt analog zur Fig. 3 einen Verlauf 21' des Anstellwinkelbetrags |8| über die Flugdistanz x. Eine obere Einhüllende 22' fällt asymptotisch gegen die x-Achse ab, eine untere Einhüllende 23' nach einem anfänglichen leichten Anstieg ebenfalls. Der Anstellwinkelbetrag |S| klingt gegen 0 ab. Das Geschoss fliegt stabil.

Der Sektor c von Fig. 2 zeigt die umgekehrten Verhältnisse. Ein ebener Stabilisierungsflügel 5c ist am Geschosskörper 3 so angeordnet, dass er mit der Geschosskörperoberfläche 10 einen Winkel a < 90° einschliesst. Die Luftanströmung 11 erfolgt unter einem Winkel ß < 90°. Diese konkave Flügelanordnung führt zu unstabilem Flugverhalten. Das Geschoss präzessiert entgegen der Drallrichtung. Zwar nehmen auch hier die Schwankungen im Anstellwinkel 8 ab, der mittlere Anstellwinkel selbst aber wächst stetig.

Die Fig. 5 zeigt analog zur Fig. 4 einen Verlauf 21" des Anstellwinkelbetrags |5| über die Flugdistanz x. Eine obere Einhüllende 22" und eine untere Einhüllende 23" nähern sich einander, steigen jedoch beide asymptotisch an. Der mittlere Anstellwinkelbetrag nimmt ständig zu. Das Geschoss fliegt instabil.

Der Sektor d von Fig. 2 zeigt eine weitere, konvexe Flügelanordnung, diesmal mit einem Flügel 5d mit gebogenen Aussenflächen, einer hauptsächlichen Anströmfläche 51 d und einer gegenüberliegenden, der Strömung abgewandten Seite 52d. Eine virtuelle Mittelfläche 53d des Flügels 5d trifft an der Verbindungsstelle 12d auf den Geschosskörper 3. Von der Verbindungsstelle 12d zur Flügelspitze ist eine virtuelle Verbindungslinie 15d eingetragen. Der Winkel a zwischen der Tangente 13 an die Geschosskörperoberfläche 10 und dieser Verbindungslinie 15d beträgt mehr als 90°.

Ein Flügel 5e, wie ihn Sektor e von Fig. 2 zeigt, hat ein abgewinkeltes Profil. Ausserdem ist das Heckteil des Geschosskörpers kegelstumpfförmig ausgebildet. In der Ansicht ist deshalb ein Teil der Geschosskörperoberfläche 10" sichtbar. Eine Verbindungslinie 15e von der Verbindungsstelle 12e der Flügelmittelfläche 53e mit der Geschosskörperoberfläche 10' zur Flügelspitze schliesst mit der Tangente 13' an die Geschosskörperoberfläche 10' einen Winkel a < 90° ein. Diese konkave Flügelanordnung führt zu instabilem Flug des Geschosses.

Die Fig. 6 zeigt von hinten ein Geschoss 16 mit konkaver Anordnung der Stabilisierungsflügel 5, das instabil fliegt. Ein Hilfskreis 31 markiert die maximale radiale Ausdehnung, welche feststehende, beispielsweise vier Flügel 5 haben; im Extremfall ist dies das Rohrkaliber. Der Drallrichtungspfeil 6 markiert die Rotation im Uhrzeigersinn. Die Flügel 5 sind offensichtlich unter einem Winkel a von 0° (nicht gezeichnet) zur Geschosskörperoberfläche 10 angeordnet.

Entgegen dem Geschoss 16 gemäss Fig. 6 weist ein erfindungsgemässes Geschoss 1 gemäss Fig. 7 zum Beispiel vier Flügel 5 auf, welche unter einem Winkel a (nicht gezeichnet) von 180° zur Geschosskörperoberfläche 10 am Geschosskörper 3 befestigt sind. Dieses Geschoss 1 fliegt stabil.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen weitere Varianten konvexer Flügelanordnungen an einem von hinten betrachteten Geschoss 1 mit Rechtsdrall. Das Geschoss von Fig. 8 weist drei ebene Flügel 5 auf. Die Richtung der Geschosskörperoberfläche 10 im Durchstosspunkt ist durch die Tangente 13 angegeben. Der Winkel von dieser zur Flügelfläche beträgt mehr als 120°.

Die vier Flügel 5 des in der Fig. 9 gezeichneten Geschosses weisen gekrümmte Flächen auf. Sie

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sind im wesentlichen im rechten Winkel zur Geschosskörperoberfläche 10 am Geschosskörper 3 befestigt und krümmen sich dann mit gleichbleibender Krümmungsrichtung entgegen der Drallrotationsrichtung. Die Verbindungslinie 15 zwischen Flügelspitze und Flügelwurzel schliesst mit der Geschosskörperoberfläche 10 an diesem Punkt - in der Figur ist die Richtung durch die Tangente 13 dargestellt - einen Winkel a von über 120° ein.

Die Flügel 5 in einer Anordnung gemäss Fig. 10 sind tangential zur Geschosskörperoberfläche 10 befestigt und ebenfalls mit einer gleichbleibenden Krümmung, hier Krümmungsrichtung und Krümmungsradius, entgegen der Drallrotationsrichtung versehen. Der Winkel a zwischen der Verbindungsgeraden von der Flügelspitze zur Wurzel und der Geschosskörperoberfläche 10 ist hier grösser als 180°.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht beschränkt auf die hier angegebenen Beispiele. Anordnungen für Links- statt Rechtsdrall, mit mehr als vier Flügeln, andern Flügelprofilen und ähnlichen Variationen lassen sich in Kenntnis der Erfindung ohne weiteres angeben. Die Erfindung ist auch nicht beschränkt auf Stabilisierungsflügel, deren Seitenflächen parallel zu der Geschosslängsachse verlaufen. Allerdings hat die Ausführungsform mit zylindrischen Flügeln fabrikationstechnische Vorteile, können dieses doch auf einfachste Weise aus Strangprofilen gefertigt werden.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Unterkalibriges, flügelstabilisiertes Geschoss (1), das mit Drall verschossen wird, gekennzeichnet durch eine ortsfeste Anordnung der Stabilisierungsflügel (5) am Geschosskörper (3) derart, dass in einer orthogonal zur Geschossiängsachse (8) liegenden Schnittebene eine virtuelle Verbindungslinie (15), die von der Spitze des Stabilisierungsflügels (5) zur Verbindungsstelle (12) desselben mit der Geschosskörperoberfläche (10) verläuft, mit einer an der Verbindungsstelle (12) in Drallrichtung an die Geschosskörperoberfläche (10) gelegten Tangente (13) einen Winkel (a) von mehr als 90° einschliesst.

2. Geschoss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenflächen (51, 52) der Stabilisierungsflügel (5) parallel zur Geschosslängsachse (8) verlaufen.

3. Geschoss nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenflächen (51, 52) der Stabilisierungsflügel (5) gleichbleibende Krümmungsrichtung aufweisen.

4. Geschoss nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine ebene Seitenfläche (51) des Stabilisierungsflügels (5).

5. Geschoss nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) mindestens 120° beträgt

6. Geschoss nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) 180° beträgt.

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