CH708397A2

CH708397A2 - Projektil mit verringertem Wellenwiderstand.

Info

Publication number: CH708397A2
Application number: CH14052013A
Authority: CH
Inventors: Dr Martin Ziegler
Original assignee: Alpha Velorum Ag
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2015-02-27
Also published as: WO2015022377A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Minderung des Wellenwiderstands von Überschallprojektilen, indem die Aussenkontur des Projektils durch den Schuss strömungsgünstig verändert wird. Dazu wird durch den Explosionsdruck des Schusses mit Hilfe eines Kolbens eine Nadel als Vorkörper des Projektils ausgefahren. Erfindungsgemässe Projektile besitzen dazu mindestens den Projektilkörper (1) mit einer axialen Stufenbohrung. In dieser Stufenbohrung befindet sich eine dünne und spitze Nadel (2), die mit einem Kolben (3) fest verbunden ist. Nadel und Kolben können gemeinsam axial verschoben werden, wobei der Kolben in der Bohrung klemmt. Vor dem Schuss ist die Nadel vollständig im Projektilkörper (1) eingefahren. Durch den Schuss wird sie ausgefahren.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft Verfahren zur Minderung des Wellenwiderstandes von Überschallprojektilen sowie eine Vorrichtung zur Umsetzung dieses Verfahrens.

[0002] Projektile werden aus glatten oder gezogenen Waffenläufen verschossen. Gezogene Läufe versetzen das Geschoss zusätzlich in schnelle Rotation, was die Flugbahn durch Kreiselkräfte stabilisiert. Entlang der Flugbahn wird das Geschoss durch Widerstandskräfte gebremst, die von der Form des Projektils und von seiner Geschwindigkeit abhängen: – Im vorderen Bugbereich des Projektils wirken hauptsächlich Formwiderstandskräfte aus Staudruck und Wellenwiderstand. – Im mittleren zylindrisch geformten Bereich des Projektils wirken hauptsächlich Reibungskräfte aus der turbulenten Grenzschicht. – Im hinteren Heckbereich wirken hauptsächlich Kräfte aus der Drucksenkung im Totwasser der stumpfen Basis des Projektils.

[0003] Um eine grosse Reichweite zu erzielen muss das Geschoss eine hohe Anfangsgeschwindigkeit besitzen, vorzugsweise Überschallgeschwindigkeit, und die Widerstandskräfte müssen möglichst gering gehalten werden um den Energieverlust des Projektils entlang der Geschossbahn zu minimieren. Hierzu wird der Bug des Projektils widerstandsoptimiert geformt, vorzugsweise als Ogive, und das Heck etwas eingezogen («boat tailing»), was den Wirkungsquerschnitt der Drucksenkung an der Basis des Projektils reduziert. Bei drallstabilisierten Projektilen kann die Wandreibung gemindert werden, indem Luft aus dem Totwasser mittels Zentrifugalwirkung aus der Eigenrotation des Projektils in die wandnahe Grenzschicht gepumpt wird (unveröffentlichte Patentanmeldung, Schweiz, 01342/13).

[0004] Nachteilig bei allen Projektilen ist der Verlust an kinetischer Energie durch Widerstandskräfte, was die Reichweite und Zielwirkung des Geschosses reduziert. Nachteilig bei Überschallgeschossen ist der Widerstand aus der abgelösten Kopfwelle.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und ein Projektil zu finden, das den Wellenwiderstand des Projektils mindern kann und so dessen Reichweite und Zielwirkung verbessert.

[0006] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Projektil nach Anspruch 4. Die Erfindung wird mit 2 Figuren beschrieben: <tb>Fig. 1<SEP>Ein erfindungsgemässes Projektil vor und nach dem Schuss, das aus glatten oder gezogenen Waffenläufen verschossen werden kann. <tb>Fig. 2<SEP>Ein erfindungsgemässes Projektil vor und nach dem Schuss, das über eine Grenzschichtbeeinflussung durch Eigenrotation verfügt und aus gezogenen Waffenläufen verschossen werden kann.

[0007] Aus der Gasdynamik ist bekannt, dass der Drucksprung in einem schiefen Verdichtungsstoss geringer ausfällt als in einem geraden Stoss, und dass der Wellenwiderstand eines keilförmigen Strömungskörpers bei abgelöster Kopfwelle zunimmt. Abgelöste Kopfwellen treten bei Überschallprojektilen auf, wenn deren Nase wie nach dem Stand der Technik flach oder abgerundet ausgeführt ist. Bei spitzen Strömungskörpern bildet sich dagegen ein Machscher Kegel aus, bei dem die Druckerhöhung gering ausfällt (siehe Sigloch, Technische Fluidmechanik, 4. Auflage, Springer Verlag 2003, Seite 371).

[0008] Bei erfindungsgemässen Projektilen wird der Wellenwiderstand vermindert, indem der Strömungskörper des Projektils durch den Schuss seine Aussenkontur verändert und einen spitzen Vorkörper ausbildet, an dem ein einfacher Machkegel entsteht. Anschliessend wird die Strömung durch mehrere schiefe Verdichtungsstösse auf Unterschall verzögert.

[0009] Das Prinzip ist in den beiden Figuren dargestellt.

[0010] Fig. 1 zeigt als Beispiel ein Projektil mit Kaliber 50 vor und nach dem Schuss. Das Projektil (1) enthält eine Stufenbohrung, darin befindet sich eine Nadel (2) und ein Kolben (3). Nadel und Kolben sind fest miteinander verbunden. Der Kolben klemmt in der Bohrung und kann durch eine Axialkraft verschoben werden. Vor dem Schuss ist die Nadel eingefahren und vollständig im Projektil enthalten (Schnitt 1A). Durch die Explosion des Schusses entsteht ein Überdruck, der das Projektil im Waffenlauf beschleunigt und ebenso den Kolben im Projektil nach vorne treibt. Durch diese Bewegung des Kolbens im Projektil wird die Nadel nach vorne ausgefahren. An ihrer Spitze entsteht nun ein Machkegel mit geringerer Druckerhöhung als bei einer abgelösten Kopfwelle, und am Übergang zur Nase des Projektils entsteht ein schiefer Stoss. Insgesamt wird damit der Wellenwiderstand aus der Überschallströmung vermindert. Reichweite und Ziel Wirkung des Projektils nehmen zu.

[0011] Bei drallstabilisierten Projektilen nach der Patentanmeldung Schweiz, 01342/13, erfüllt der Kolben zusätzlich noch eine Ventilfunktion. Dieses Prinzip ist in Fig. 2 dargestellt. Hier wird der Kolben in der Längsbohrung des Projektils so positioniert, dass er vor dem Schuss die Querbohrungen verschliesst (Schnitt 2A) und nach dem Schuss frei gibt (Schnitt 2B).

[0012] Das Verfahren mindert den Wellenwiderstand, indem die Aussenkontur des Projektils durch den Schuss strömungsgünstig verändert wird. Dazu wird mit Hilfe eines Kolbens eine Nadel als Vorkörper des Projektils ausgefahren, der durch den Explosionsdruck des Schusses bewegt wird.

[0013] Erfindungsgemässe Projektile besitzen dazu mindestens den Projektilkörper (1) mit einer axialen Stufenbohrung. In dieser Stufenbohrung befindet sich eine dünne und spitze Nadel (2), die mit einem Kolben (3) fest verbunden ist. Nadel und Kolben können gemeinsam axial verschoben werden. Vor dem Schuss ist die Nadel vollständig eingefahren. Durch den Schuss wird sie ausgefahren.

Claims

1. Verfahren zur Minderung des Wellenwiderstandes von Überschallprojektilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkontur des Projektils durch den Schuss strömungsgünstig verändert wird.

2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Explosionsdruck des Schusses einen Kolben (3) im Projektil (1) bewegt, und dieser Kolben eine Nadel (2) aus dem Projektil nach vorne ausfährt, die als Vorkörper des Projektils wirkt und dessen Strömungskontur verändert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überschallströmung durch einen Machkegel an der Spitze der Nadel und mindestens einen schiefen Stoss verzögert wird.

4. Projektil mit vermindertem Wellenwiderstand dadurch gekennzeichnet, dass das Projektil (1) eine axiale Stufenbohrung besitzt, in der sich eine mit einem Kolben (3) fest verbundene Nadel (2) befindet, die gemeinsam axial beweglich sind.

5. Projektil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben in der Bohrung klemmt und nur durch eine Mindestkraft bewegt werden kann.

6. Projektil nach Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das die Nadel (2) vor dem Schuss vollständig im Projektil (1) eingefahren ist.

7. Projektil nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das die Nadel (2) nach dem Schuss aus Projektil (1) ausgefahren ist.

8. Projektil nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektil (1) Querbohrungen besitzt, die vor dem Schuss durch den Kolben (3) versperrt und nach dem Schuss freigegeben sind.

9. Projektil nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Projektil (1), Nadel (2) und Kolben (3) aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.

10. Projektil nach Anspruch 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Nadel (2) und Kolben (3) gemeinsam als ein Bauteil gefertigt sind.