CH708397A2

CH708397A2 - Projectile with reduced impedance.

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.Method and device for reducing the wave resistance of supersonic projectiles by the outer contour of the projectile is changed aerodynamically by the shot. For this purpose, a needle is extended as a preliminary body of the projectile by the explosion pressure of the shot with the aid of a piston. Projectiles according to the invention have at least the projectile body (1) with an axial stepped bore. In this stepped bore is a thin and pointed needle (2), which is firmly connected to a piston (3). Needle and piston can be moved together axially, with the piston clamped in the bore. Before the shot, the needle is completely retracted in the projectile body (1). It is extended by the shot.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft Verfahren zur Minderung des Wellenwiderstandes von Überschallprojektilen sowie eine Vorrichtung zur Umsetzung dieses Verfahrens. The invention relates to methods for reducing the characteristic impedance of supersonic projectiles and a device for implementing this method.

[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. Projectiles are fired from smooth or towed gun barrels. Trailed barrels additionally set the bullet in rapid rotation, which stabilizes the trajectory by centrifugal forces. Along the trajectory, the projectile is slowed down by drag forces that depend on the shape of the projectile and its speed: - In the front bow area of the projectile mainly form resistance forces of dynamic pressure and characteristic impedance act. - In the middle cylindrically shaped area of the projectile mainly frictional forces act from the turbulent boundary layer. - At the rear end, forces from the pressure drop in the dead water of the blunt base of the projectile mainly act.

[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). In order to achieve a long range, the projectile must have a high initial speed, preferably supersonic speed, and the resistance forces must be kept as low as possible in order to minimize the energy loss of the projectile along the projectile path. For this purpose, the bow of the projectile is formed with optimized resistance, preferably as an ogive, and the tail slightly retracted ("boat tailing"), which reduces the cross section of the pressure reduction at the base of the projectile. In spin stabilized projectiles, the wall friction can be reduced by air from the dead water is pumped by centrifugal action from the self-rotation of the projectile in the wall near the boundary layer (unpublished patent application, Switzerland, 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. A disadvantage of all projectiles is the loss of kinetic energy through resistance forces, which reduces the range and target effect of the projectile. A disadvantage of supersonic projectiles is the resistance from the detached head shaft.

[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. The object of the invention is to find a method and a projectile that can reduce the characteristic impedance of the projectile and thus improves its range and target effect.

[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.The object is achieved by a method according to claim 1 and a projectile according to claim 4. The invention is described with 2 figures: <Tb> FIG. 1 <SEP> A projectile according to the invention before and after the shot, which can be fired from smooth or drawn gun barrels. <Tb> FIG. 2 <SEP> A projectile according to the invention before and after the shot, which has a boundary layer influence by self-rotation and can be fired from towed gun barrels.

[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). From the gas dynamics is known that the pressure jump in an oblique compression shock is lower than in a straight shock, and that the characteristic impedance of a wedge-shaped flow body increases with detached head shaft. Detached head waves occur in supersonic projectiles when their nose is made as in the prior art, flat or rounded. With pointed flow bodies, however, a Machscher cone forms in which the pressure increase is low (see Sigloch, Technical Fluid Mechanics, 4th Edition, Springer Verlag 2003, page 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. In projectiles according to the invention, the characteristic impedance is reduced by the flow body of the projectile changed by the shot its outer contour and forms a pointed preform on which a simple Machkegel arises. Subsequently, the flow is delayed by several skewed compression shocks to subsonic.

[0009] Das Prinzip ist in den beiden Figuren dargestellt. The principle is shown in the two figures.

[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. Fig. 1 shows as an example a projectile with caliber 50 before and after the shot. The projectile (1) contains a stepped bore, which contains a needle (2) and a piston (3). Needle and piston are firmly connected. The piston jams in the bore and can be displaced by an axial force. Before the shot, the needle is retracted and completely contained in the projectile (section 1A). The explosion of the shot creates a positive pressure that accelerates the projectile in the gun barrel and also drives the piston in the projectile forward. This movement of the piston in the projectile extends the needle forward. At its tip now creates a Machkegel with lower pressure increase than a detached head shaft, and at the transition to the nose of the projectile creates a slanted shock. Overall, this reduces the characteristic impedance from the supersonic flow. Range and target Effect of the projectile increase.

[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). In spin-stabilized projectiles according to the patent application Switzerland, 01342/13, the piston additionally fulfills a valve function. This principle is shown in FIG. Here, the piston is positioned in the longitudinal bore of the projectile so that it closes the cross holes before the shot (section 2A) and free after the shot (section 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. The method reduces the wave resistance by the outer contour of the projectile is changed aerodynamically by the shot. For this purpose, a needle is used as a preliminary body of the projectile extended by means of a piston, which is moved by the explosion pressure of the shot.

[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. Projectiles according to the invention have at least the projectile body (1) with an axial stepped bore. In this stepped bore is a thin and pointed needle (2), which is firmly connected to a piston (3). Needle and piston can be moved axially together. Before the shot, the needle is fully retracted. It is extended by the shot.

Claims

1. A method for reducing the wave resistance of supersonic projectiles, characterized in that the outer contour of the projectile is changed by the shot streamlined.

2. The method according to spoke 1, characterized in that the explosion pressure of the shot moves a piston (3) in the projectile (1), and this piston a needle (2) from the projectile extends forward, which acts as a preliminary body of the projectile and its Flow contour changed.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the supersonic flow is delayed by a Machkegel at the top of the needle and at least one oblique shock.

4. projectile with reduced impedance characterized in that the projectile (1) has an axial stepped bore in which a with a piston (3) fixedly connected needle (2), which are axially movable together.

5. Projectile according to claim 4, characterized in that the piston clamps in the bore and can only be moved by a minimum force.

6. Projectile according to claim 4 to 5, characterized in that the needle (2) is completely retracted before the shot in the projectile (1).

7. projectile according to claim 4 to 6, characterized in that the needle (2) after the shot of projectile (1) is extended.

8. Projectile according to claim 4 to 7, characterized in that the projectile (1) has transverse bores, which are blocked by the piston (3) before the shot and released after the shot.

9. projectile according to claim 4 to 8, characterized in that projectile (1), needle (2) and piston (3) are made of different materials.

10. projectile according to claim 4 to 9, characterized in that the needle (2) and piston (3) are made together as a component.