CH709673A2 - Aerodynamically improved bullet tail. - Google Patents

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CH709673A2
CH709673A2 CH00763/14A CH7632014A CH709673A2 CH 709673 A2 CH709673 A2 CH 709673A2 CH 00763/14 A CH00763/14 A CH 00763/14A CH 7632014 A CH7632014 A CH 7632014A CH 709673 A2 CH709673 A2 CH 709673A2
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projectiles
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CH00763/14A
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Martin Ziegler
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Alpha Velorum Ag
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    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
    • F42B10/32Range-reducing or range-increasing arrangements; Fall-retarding means
    • F42B10/38Range-increasing arrangements
    • F42B10/42Streamlined projectiles
    • F42B10/44Boat-tails specially adapted for drag reduction

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Abstract

Die Erfindung betrifft zwei Verfahren zur Reduktion des Basiswiderstands von Geschossen (29), insbesondere von Überschallgeschossen, die durch Drall stabilisiert werden, sowie konstruktive Form-Elemente am Heck solcher Geschosse zur Umsetzung der Verfahren. Die Erfindung soll ebenfalls die Präzision von Geschossen verbessern. Ein erstes Verfahren erhöht den Druck im Totwasser der Geschossbasis durch ein zusätzliches wandfestes Stoss-System (32), das durch konkave Funktionsflächen am Heck des Geschosses erzeugt wird. Ein zweites Verfahren vermindert die Turbulenz im Nachstrom des Geschosses, indem durch das Heck axial orientierte Wirbelfäden erzeugt werden, die sich im Nachstrom zu einem gemeinsamen Wirbelzopf verdrillen. Hierzu wird das Heck mit axial orientierten Transportrillen versehen, deren Längskanten Wirbelfäden induzieren. Diese Transportrillen reduzieren gleichzeitig den Basiswiderstand des Geschossbodens. Beide Verfahren können in einem Geschoss kombiniert werden.The invention relates to two methods for reducing the base resistance of projectiles (29), in particular supersonic projectiles, which are stabilized by spin, and constructive form elements at the rear of such projectiles for implementing the method. The invention is also intended to improve the precision of projectiles. A first method increases the pressure in the dead water of the projectile base by an additional wall-resistant shock system (32), which is produced by concave functional surfaces at the rear of the projectile. A second method reduces the turbulence in the wake of the projectile by the rear generated axially oriented vortex filaments, which twist in the wake of a common vortex braid. For this purpose, the tail is provided with axially oriented transport grooves whose longitudinal edges induce vortex filaments. These transport grooves simultaneously reduce the base resistance of the basement floor. Both methods can be combined in one bullet.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft zwei Verfahren zur Reduktion des Basiswiderstands von Geschossen, insbesondere von Überschallgeschossen, die durch Drall stabilisiert werden, sowie konstruktive Form-Elemente am Heck solcher Geschosse zur Umsetzung der Verfahren. Die Erfindung soll ebenfalls die Präzision von Geschossen verbessern. The invention relates to two methods for reducing the base resistance of projectiles, in particular of supersonic projectiles, which are stabilized by spin, and constructive form elements at the rear of such projectiles for implementing the method. The invention is also intended to improve the precision of projectiles.

[0002] Alle Geschosse oder Projektile erfahren im Flug eine Widerstandskraft aus der Wandreibung und aus einer Druckabsenkung an der Geschossbasis. Das ist der Basiswiderstand, der durch den Bodensog aus der Umströmung des Geschosshecks verursacht wird. Überschallgeschosse fliegen schneller als der Schall und bilden nach den Gesetzen der Gasdynamik Stossfronten an Bug und Heck aus, die sich mit abnehmender Fluggeschwindigkeit verändern und den Wellenwiderstand verursachen. Der Gesamtwiderstand setzt sich dann zusammen aus dem Wellenwiderstand, dem Reibungswiderstand und dem Basiswiderstand. Alle drei Widerstandskomponenten verändern sich mit der Geschossgeschwindigkeit. All bullets or projectiles experience in flight a resistance from the wall friction and from a pressure drop at the bullet base. This is the base resistance caused by the bottom suction from the flow around the bullet tail. Supersonic missiles fly faster than the sound and form according to the laws of gas dynamics shock fronts at the bow and stern, which change with decreasing airspeed and cause the wave resistance. The total resistance is then composed of the characteristic impedance, the frictional resistance and the base resistance. All three resistance components change with the bullet velocity.

[0003] Für eine grosse Reichweite muss der Widerstand eines Projektils möglichst gering sein. Um den Basiswiderstand zu senken wird das Geschossheck eingezogen und als Kegelstumpf ausgeführt (Boat-Tail), was die Fläche des Geschossbodens vermindert. Dadurch sinkt die Kraftwirkung des Bodensogs infolge der Heckumströmung und der Basiswiderstand nimmt ab. Erfahrungsgemäss ist der optimale Kegelwinkel für das Boat-Tail-Heck etwa sieben Grad, und seine optimale Länge beträgt etwa 0.75 Kaliber (Beat Kneubuehl: Geschosse, Gesamtausgabe, Verlag Stocker-Schmidt, Zürich-Dietikon, 2013, Seite 114 – nachfolgend «KNEU, Seite 114»). For a long range, the resistance of a projectile must be as low as possible. To lower the base resistance, the bullet tail is retracted and executed as a truncated cone (boat tail), which reduces the floor of the floor. As a result, the force effect of the soil suction decreases due to the Heckumströmung and the base resistance decreases. Experience has shown that the optimal cone angle for the boat-tail tail is about seven degrees, and its optimal length is about 0.75 caliber (Beat Kneubuehl: projectiles, complete edition, publisher Stocker-Schmidt, Zurich-Dietikon, 2013, page 114 - hereinafter "KNEU, Page 114 »).

[0004] Nachteilig bei herkömmlichen Projektilen ist der Bodensog aus der Heckumströmung. Nachteilig ist auch die Instabilität des Kegelhecks aus der Mündungsballistik aufgrund des Restdruckes der Pulvergase im Lauf. Wenn das Geschoss den Lauf verlässt wird das Projektil von Pulvergasen aus dem Lauf in einem sich erweiternden Ringspalt überströmt, wodurch das Projektil in Mündungsnähe einen Seitenimpuls erhalten kann, was die Präzision des Schusses mindert. Nachteilig ist schliesslich die hohe Turbulenz im Nachlauf des Geschosses während seines Fluges. Die Höhe der Turbulenz ist ein Mass für die Energieverlustrate im Flug. A disadvantage of conventional projectiles is the bottom suction from the Heckumströmung. Another disadvantage is the instability of the cone tail from the mouth ballistics due to the residual pressure of the powder gases in the barrel. As the projectile leaves the barrel, the projectile is overflowed by powder gases from the barrel in an expanding annulus, allowing the projectile to receive a side impact near the port, thereby reducing the precision of the shot. The disadvantage is finally the high turbulence in the wake of the projectile during his flight. The level of turbulence is a measure of the energy loss rate in flight.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es Verfahren zu finden, die den Basiswiderstand von Projektilen aus dem Bodensog vermindern, die Präzision eines Schusses steigern, und die Turbulenz im Nachlauf des Geschosses reduzieren. Aufgabe der Erfindung ist auch konstruktive Form-Elemente für Geschosse zu finden, mit denen die Verfahren umgesetzt werden können. The object of the invention is to find methods that reduce the base resistance of projectiles from the bottom suction, increase the precision of a shot, and reduce the turbulence in the wake of the projectile. The object of the invention is also to find structural form elements for projectiles, with which the method can be implemented.

[0006] Die Aufgabe wird gelöst durch Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 sowie konstruktive Form-Elemente nach Anspruch 4 bis 6. Die Erfindung wird anhand von 8 Figuren beschrieben: <tb>Fig. 1<SEP>Darstellung der Mündungsballistik und Aussenballistik von Boat-Tail-Geschossen im Überschall sowie Veränderung der Stossfronten beim Übergang vom Überschall in den Unterschall. <tb>Fig. 2<SEP>Typischer Verlauf des Widerstandsbeiwerts von Überschallgeschossen bei abnehmender Machzahl. <tb>Fig. 3<SEP>Verhalten von Überschallströmungen an konvexen und konkaven Ecken, reibungsfrei und reibungsbehaftet dargestellt. <tb>Fig. 4<SEP>Darstellung eines ersten Verfahrens zur Minderung des Bodensogs am Boat-Tail-Geschossheck, sowie konstruktive Form-Elemente zur Umsetzung des ersten Verfahrens. <tb>Fig. 5<SEP>Darstellung eines zweiten Verfahrens zur Minderung des Bodensogs am Boat-Tail-Geschossheck samt Minderung der Turbulenz im Nachlauf, sowie konstruktive Form-Elemente zur Umsetzung des zweiten Verfahrens. <tb>Fig. 6<SEP>Ableitung von Form-Elementen zur Kombination beider Verfahren in einer Geschossform. <tb>Fig. 7<SEP>Mündungsballistik bei einer optimierte Geschossform. <tb>Fig. 8<SEP>Vergleich der Stosswellensysteme herkömmlicher und neuer Geschosse.The object is achieved by the method according to claim 1 to 3 and constructive form elements according to claim 4 to 6. The invention will be described with reference to 8 figures: <Tb> FIG. 1 <SEP> Representation of the orifice ballistics and outdoor ballistics of boat-tail projectiles in supersonic as well as change of the impact fronts in the transition from supersonic to subsonic sound. <Tb> FIG. 2 <SEP> Typical course of the drag coefficient of supersonic projectiles with decreasing Mach number. <Tb> FIG. 3 <SEP> Behavior of supersonic flows at convex and concave corners, frictionless and frictional. <Tb> FIG. 4 <SEP> Presentation of a first method to reduce bottom suction on the boat tail, as well as constructive form elements to implement the first method. <Tb> FIG. 5 <SEP> Presentation of a second method to reduce bottom suction on the boat tail, including the reduction of turbulence in the wake, as well as constructive form elements for implementing the second method. <Tb> FIG. 6 <SEP> Derivation of shape elements to combine both processes in a bullet shape. <Tb> FIG. 7 <SEP> Mouth ballistics with an optimized bullet shape. <Tb> FIG. 8 <SEP> Comparison of the shock wave systems of conventional and new projectiles.

[0007] Fig. 1.1 zeigt das Strömungsfeld eines Geschosses (12) mit Nase (7), Mittelteil (8) und eingezogenem Boat-Tail (9) im Überschallflug. An der Nase entsteht eine abgelöste Kopfwelle (1) mit Übergang in einen schiefen Stoss (2). An der Geschossbasis befindet sich das Totwassergebiet TW (3), das dem Geschoss mit gleicher Geschwindigkeit folgt und mit einem freien Staupunkt (4) endet. Dieser freie Staupunkt ist Ausgangspunkt für die hinteren Stosswelle (5) und den turbulenten Nachlauf (6), in dem die Bewegungsenergie des Geschosses dissipiert wird. Die Höhe dieser Turbulenz ist ein Mass für die Verlustrate der Bewegungsenergie des Geschosses im Flug. Fig. 1.1 shows the flow field of a projectile (12) with nose (7), middle part (8) and retracted boat tail (9) in supersonic flight. On the nose, a detached head shaft (1) with transition into an oblique shock (2). At the projectile base is the dead water area TW (3), which follows the projectile at the same speed and ends with a free stagnation point (4). This free stagnation point is the starting point for the rear shock wave (5) and the turbulent wake (6), in which the kinetic energy of the projectile is dissipated. The height of this turbulence is a measure of the loss rate of the kinetic energy of the projectile in flight.

[0008] Fig. 1.2 zeigt das Geschoss (12) nahe der Mündung kurz nach dem Verlassen des Laufs (10). Wegen der kegeligen Form des Geschosshecks öffnet sich zwischen Lauf und Heck in der Mündung ein Ringspalt, durch den die Pulvergase (11) infolge von Restdruck im Lauf mit hoher Geschwindigkeit ausströmen und das Geschoss überholen. Dieser Vorgang kann aufgrund von Asymmetrien zu einer Seitenkraft führen, welche die Präzision des Schusses mindert. Fig. 1.2 shows the projectile (12) near the mouth shortly after leaving the barrel (10). Because of the conical shape of the projectile tail, an annular gap opens between the barrel and tail in the mouth, through which the powder gases (11) flow out at high speed due to residual pressure in the barrel and overtake the projectile. This process can lead to side force due to asymmetries, which reduces the precision of the shot.

[0009] Fig. 1.3 zeigt die Veränderung der Stossfronten am Geschoss bei abnehmender Geschwindigkeit bzw. Machzahl gemäss Schlieren-Aufnahmen aus KNEU, Seite 89. Die Darstellungen A, B, C, D, E beziehen sich auf die markierten Punkte in Fig. 2 . <tb>A<SEP>Voll ausgebildeter schiefer Stoss in Bugwelle und Heckwelle des Geschosses bei hoher Machzahl, supersonischer Bereich. <tb>B<SEP>Abgelöste Kopfwelle am Bug des Geschosses bei Eingang in den transsonischen Bereich kurz vor Mach 1. Beginn der Umwandlung des Heckwellen-Systems, Beginn transsonischer Bereich. <tb>C<SEP>Heckwelle mit Wandkontakt an der Geschossbasis, knapp unter Mach 1, keine Kopfwelle mehr vorhanden, Mitte des transsonischen Bereiches. <tb>D<SEP>Verkleinerung des hinteren Überschallgebiets bis zur Terminierung der hinteren Stosswelle, Ende des transsonischen Bereiches, Übergang in den Unterschall. <tb>E<SEP>Unterschallströmung.Fig. 1.3 shows the change in the impact fronts on the projectile at decreasing speed or Mach number according Schlieren shots from KNEU, page 89. The representations A, B, C, D, E refer to the marked points in Fig. 2nd , <tb> A <SEP> Fully trained slate thrust in bow wave and stern wave of the missile at high Mach number, supersonic range. <tb> B <SEP> Detached head wave at the bow of the projectile at the entrance to the transonic area just before Mach 1. Start of the transformation of the stern wave system, beginning of transonic range. <tb> C <SEP> Stern wave with wall contact at the base of the projectile, just below Mach 1, no more head wave present, middle of the transonic area. <tb> D <SEP> Reduction of the rear supersonic area until termination of the rear shock wave, end of the transonic area, transition to the subsonic sound. <Tb> E <September> subsonic flow.

[0010] Fig. 2 bildet die Darstellung der ausgezeichneten Punkte A bis E auf den Verlauf des Widerstandbeiwertes (cw-Wert) bei abnehmender Machzahl ab. Dabei ändert sich das Stoss-System um das Geschoss mit sinkender Geschwindigkeit. <tb>A–B:<SEP>Voll ausgebildete Überschallströmung mit schiefem Stoss in Bug- und Heckwelle (A). Der cw-Wert steigt mit abnehmender Geschwindigkeit, weil der Winkel des schiefen Stosses wächst und der Einfluss der abgelösten Kopfwelle zunimmt. Bei (B) ist die Kopfwelle vollständig abgelöst, kein schiefer Stoss mehr in der Bugwelle. <tb>B–C:<SEP>Die Kopfwelle am Bug verschwindet, die Heckwelle wandert vom freien Staupunkt nach vorne und erhält bei (C) Wandkontakt an der Geschossbasis. Der Drucksprung im Heckstoss erhöht den Basisdruck und mindert den Bodensog, so dass der cw-Wert sinkt. <tb>C–D:<SEP>Das Überschallgebiet der Heckwelle wir kleiner. Der Drucksprung im Heckstoss erhöht den Basisdruck und mindert den Bodensog, der cw-Wert sinkt weiter. <tb>D–E:<SEP>Reine Unterschallströmung. Mit abnehmender Reynoldszahl nimmt der Einfluss der Zähigkeit aus der Wandreibung zu und der Widerstandsbeiwert wächst wieder.Fig. 2 illustrates the representation of the excellent points A to E on the course of the resistance coefficient (cw value) with decreasing Mach number. The shock system around the floor changes with decreasing speed. <tb> A-B: <SEP> Fully formed supersonic flow with oblique shock in bow and stern (A). The cw value increases with decreasing speed, because the angle of the oblique shock increases and the influence of the detached head wave increases. In (B), the head shaft is completely detached, no more slash in the bow wave. <b> B-C: <SEP> The head wave at the bow disappears, the stern wave moves forward from the free stagnation point and receives wall contact at the projectile base at (C). The pressure jump in the rear thrust increases the base pressure and reduces the bottom suction, so that the cw value decreases. <tb> C-D: <SEP> The supersonic region of the stern wave becomes smaller. The pressure jump in the rear shock increases the base pressure and reduces the sinking, the cw value continues to fall. <tb> D-E: <SEP> Pure subsonic flow. As the Reynolds number decreases, the influence of toughness on wall friction increases and the coefficient of resistance increases again.

[0011] Aus der Analyse der Schlieren-Fotos aus KNEU, Seite 89, und der Abbildung auf den Geschwindigkeitsverlauf des cw-Wertes ist erkennbar, dass der Heckstoss den Druck an der Geschossbasis steigert, sobald das Stoss-System den freien Staupunkt (4) verlässt und an der Geschossbasis anhaftet (Punkte C und D). From the analysis of the schlieren photos from KNEU, page 89, and the figure on the velocity profile of the cw value, it can be seen that the rear shock increases the pressure at the projectile base, as soon as the shock system, the free stagnation point (4). leaves and sticks to the bullet base (points C and D).

[0012] Im ersten Verfahren wird dieser Mechanismus nun angewendet, um den Basisdruck auch im Geschwindigkeitsbereich A–B anzuheben und den cw-Wert auch im Überschallbereich A–B zu senken. Hierzu wird die Eigenschaft der Überschallströmung an konkaven Ecken genutzt. In the first method, this mechanism is now used to raise the base pressure in the speed range A-B and to lower the cw value in the supersonic range A-B. For this purpose, the property of supersonic flow is used at concave corners.

[0013] Fig. 3 zeigt das Verhalten einer Überschallströmung an konvexen und konkaven Formen in reibungsfreier und reibungsbehafteter Modellierung: <tb>– Fig. 3.1 und 3.2<SEP>zeigen die Umströmung einer konvexen Ecke. Es bildet sich ein Expansionsfächer (Prandl-Meyer-Strömung), die Geschwindigkeit wächst und der Druck sinkt. <tb>– Fig. 3.3 und 3.4<SEP>zeigen die Umströmung einer konkaven Ecke. Es bildet sich ein schiefer Stoss, die Geschwindigkeit sinkt und der Druck wächst.Fig. 3 shows the behavior of supersonic flow on convex and concave forms in frictionless and frictional modeling: <tb> - Figures 3.1 and 3.2 <SEP> show the flow around a convex corner. It forms an expansion fan (Prandl-Meyer-flow), the speed increases and the pressure drops. <tb> - Figures 3.3 and 3.4 <SEP> show the flow around a concave corner. It forms a slanted shock, the speed drops and the pressure grows.

[0014] Das erste Verfahren der Erfindung dient der Senkung des Bodensogs an der Geschossbasis indem am Geschossheck ein schiefer Stoss erzeugt wird, der an der Geschosswand anhaftet und den Druck in der Nähe des Geschossbodens erhöht. Dadurch steigt der Druck im Totwasser und der Basiswiderstand des Geschosses sinkt. The first method of the invention serves to lower the soil suction at the projectile base by creating a slanted shock at the rear of the projectile, which adheres to the projectile wall and increases the pressure in the vicinity of the projectile floor. This increases the pressure in the dead water and the base resistance of the projectile decreases.

[0015] Die Umsetzung dieses Verfahrens erfordert eine oder mehrere Funktionsflächen am Geschossheck gemäss Fig. 4.1 bis 4.4: <tb>– Fig. 4.1a<SEP>zeigt ein Geschossheck mit umlaufender konkaver Hohlkehle (13) im Kegelstumpf am Heck. Dadurch entsteht eine umlaufende Funktionsfläche (14), die nach Fig. 4.1b einen an der Wand des Flecks anhaftenden Stoss (15) induziert. Die Funktionsfläche (14) ist kegelig gegen die Strömung geneigt und unterkalibrig ausgeführt. <tb>– Fig. 4.2a<SEP>zeigt ein Geschossheck mit umlaufender konkaver Hohlkehle (13). Dadurch entsteht eine umlaufende Funktionsfläche, die nach Fig. 4.2b einen an der Wand des Hecks anhaftenden Stoss (15) induziert. Die Funktionsfläche (16) ist zylindrisch mit Vollkaliber ausgeführt. <tb>– Fig. 4.3a<SEP>zeigt ein Geschossheck mit umlaufender konkaver Form-Ecke (13). Dadurch entsteht eine umlaufende Funktionsfläche, die nach Fig. 4.3b einen an der Wand des Hecks anhaftenden Stoss (15) induziert. Die Funktionsfläche (17) ist zylindrisch mit Unterkaliber ausgeführt. <tb>– Fig. 4.4a<SEP>zeigt ein Geschossheck mit mehreren umlaufenden konkaven Form-Ecken (13). Dadurch entstehen mehrere umlaufende Funktionsflächen (18), die nach Fig. 4.4b mehrere an der Wand des Hecks anhaftende Stösse (19) induzieren. Die Funktionsflächen (18) sind zylindrisch mit Unterkaliber ausgeführt.The implementation of this method requires one or more functional surfaces on the projectile tail according to FIG. 4.1 to 4.4: <tb> - Fig. 4.1a <SEP> shows a bullet tail with circumferential concave groove (13) in the truncated cone at the rear. This results in a circumferential functional surface (14) which, according to FIG. 4.1b, induces a shock (15) adhering to the wall of the spot. The functional surface (14) is tapered against the flow inclined and executed unterkalibrig. <tb> - Fig. 4.2a <SEP> shows a bullet tail with circumferential concave groove (13). This results in a circumferential functional surface which, according to FIG. 4.2b, induces a shock (15) adhering to the wall of the stern. The functional surface (16) is cylindrical with full caliber. <tb> - Fig. 4.3a <SEP> shows a bullet tail with surrounding concave shape corner (13). This results in a circumferential functional surface, which induces according to Fig. 4.3b adhering to the wall of the rear shock (15). The functional surface (17) is cylindrical with a subcaliber. <tb> - Fig. 4.4a <SEP> shows a bullet tail with several circumferential concave mold corners (13). This results in a plurality of circumferential functional surfaces (18), which induce according to Fig. 4.4b more adhering to the wall of the rear bumps (19). The functional surfaces (18) are cylindrical with sub-caliber.

[0016] Die Heckgestaltung des Geschosses mit einer Umströmung von konkaven Aktionsflächen erzeugt ein weiteres wandfestes Stoss-System vor dem Totwasser (3) und der hinteren Stosswelle (5), wodurch der Basiswiderstand des Geschosses sinkt. The rear design of the projectile with a flow around concave action surfaces generates another wall-fixed shock system before the dead water (3) and the rear shock wave (5), whereby the base resistance of the projectile decreases.

[0017] Dieses erste Verfahren wird nun mit dem zweiten Verfahren kombiniert. This first method will now be combined with the second method.

[0018] Das zweite Verfahren beruht auf der Beobachtung von Fliessprozessen mit induzierten axialen Wirbelströmungen. Aus der Fluidmechanik ist bekannt, dass wirbelbehaftete Fliessprozesse eine hohe Transportrate aufweisen können. Aus der Aerodynamik ist bekannt, dass Flugzeugtragflächen Wirbelschleppen induzieren, die sehr stabil sind. Aus der Bionik des Vogelflugs ist bekannt, dass aufgefächerte Schwingen von Greifvögeln Wirbelschleppen induzieren, deren Gesamtwiderstand geringer ist als der eines einzelnen Flügels. Dabei werden Wirbelschleppen als separate Wirbelfäden induziert, die sich im Nachlauf zusammenfügen und zu einem gemeinsamen Wirbelsystem «verdrillen». Eine solche Umströmung ist energetisch günstig und wird auch von Zugvögeln beim Reiseflug in Dreiecksfonnation genutzt. Dieses Prinzip wird hier verwendet um die hohe Turbulenz im Nachstrom des Geschosses zu mindern und den Fliessprozess um das Geschoss herum energetisch günstig zu strukturieren. The second method is based on the observation of flow processes with induced axial vortex flows. It is known from fluid mechanics that turbulent flow processes can have a high transport rate. From the aerodynamics it is known that aircraft wings induce wake vortices, which are very stable. From the bionics of bird flight is known that fanned wings of birds of prey induce wake vortices whose total resistance is lower than that of a single wing. In this process, wake vortices are induced as separate vortex filaments, which join together in the wake and "twist" into a common vortex system. Such a flow is energetically favorable and is also used by migratory birds in cruising in triangular formation. This principle is used here to reduce the high turbulence in the wake of the projectile and to structure the flow process around the projectile energetically favorable.

[0019] Das zweite Verfahren wird anhand von Fig. 5 erläutert. The second method will be explained with reference to FIG. 5.

[0020] Fig. 5.1 zeigt ein Geschoss, dessen Heck (9) eine Anzahl von nach aussen offenen Längsrillen (20) aufweist, die gleichmässig auf den Umfang verteilt sind. Sie beginnen am Übergang vom zylindrischen Teil des Projektils zum Kegelstumpf am Heck, sie enden im Geschossboden, und sie sind nach hinten offen. Diese Rillen werden längs durchströmt und füllen das Totwasser im Nachlauf des Geschosses auf. Weil sie innerhalb des Geschossbodens enden reduzieren sie den Durchmesser des Bodens virtuell und mindern deshalb den Bodensog. Wenn das Geschoss durch Drall stabilisiert wird, rotieren diese Rillen mit dem Geschoss und induzieren Wirbelfäden im Nachlauf. Fig. 5.1 shows a projectile whose tail (9) has a number of outwardly open longitudinal grooves (20) which are uniformly distributed over the circumference. They start at the transition from the cylindrical part of the projectile to the truncated cone at the rear end, they end in the floor of the bullet and they are open to the rear. These grooves are flowed through longitudinally and fill up the dead water in the wake of the projectile. Because they end up within the floor of the floor, they virtually reduce the diameter of the floor and therefore reduce the bottom suction. When the projectile is stabilized by spin, these grooves rotate with the projectile and induce vortex filaments in the wake.

[0021] Fig. 5.1a zeigt beispielhaft die virtuelle Wirkung der längs angeordneten Transportrillen: Wenn das Geschossheck auf 80% des Kalibers eingezogen ist, dann beträgt die Bodenfläche 64% des Geschossquerschnitts. Wenn die Transportrillen in den Boden des Geschosses bis auf 60% seines Durchmessers hineinreichen, dann ist die aerodynamisch wirksame Bodensogfläche auf etwa 36% des Geschossdurchmessers reduziert, was den Basiswiderstand insgesamt mindert. Fig. 5.1a shows an example of the virtual effect of longitudinal transport grooves: If the bullet tail is retracted to 80% of the caliber, then the bottom surface is 64% of the projectile cross-section. If the transport grooves extend into the bottom of the projectile up to 60% of its diameter, then the aerodynamically effective bottom suction surface is reduced to about 36% of the projectile diameter, which reduces the base resistance overall.

[0022] In Fig. 5.2 sind die Transportrillen (21) bis in den zylindrischen Mittelteil (8) des Projektils hineingezogen worden. In Fig. 5.2, the transport grooves (21) have been drawn into the cylindrical middle part (8) of the projectile.

[0023] Die Wirkung der Transportrillen verdeutlicht Fig. 5.3a . Die Längsrillen sind scharfkantig ausgeführt und rotieren mit dem Geschoss im Uhrzeigersinn (26). Dadurch entsteht in jeder Rille eine Druckkante (22) mit höherem Druck und eine Saugkante (23) mit vermindertem Druck, die jede für sich einen Wirbelfaden (24) und (25) induziert, dessen Drehrichtung der des Geschosses entgegengerichtet ist. Im Nachstrom des Geschosses entsteht so ein rotierendes System von Wirbelfäden mit gleicher Drehrichtung, entgegengesetzt zu der des Geschosses, das sich im Nachstrom dann zu einem gemeinsamen Wirbelzopf (28) verdrillt – Fig. 5.3b . Dieses Verfahren führt dazu, dass das Totwasser schneller aufgefüllt und die Turbulenz im Nachstrom reduziert wird. Das Geschoss «fährt geschmeidiger durch die Luft» und der Basiswiderstand sinkt. Die Rillen erfüllen daher zwei Funktionen: <tb>1.<SEP>Transportrille zum Auffüllen des Totwassers. <tb>2.<SEP>Turbulator zur Erzeugung von Wirbelfäden im Nachstrom.The effect of the transport grooves illustrates Fig. 5.3a. The longitudinal grooves are sharp-edged and rotate with the bullet in a clockwise direction (26). This results in each groove a pressure edge (22) with higher pressure and a suction edge (23) with reduced pressure, each of which induces a vortex filament (24) and (25) whose direction of rotation is opposite to that of the projectile. In the wake of the projectile thus creates a rotating system of vortex filaments with the same direction of rotation, opposite to that of the projectile, which then in the stream then to a common vortex braid (28) twisted - Fig. 5.3b. This process causes the dead water to fill up faster and the turbulence is reduced in the wake. The projectile "moves smoother through the air" and the base resistance sinks. The grooves therefore fulfill two functions: <tb> 1. <SEP> Transport groove for replenishing the dead water. <tb> 2. <SEP> Turbulator for creating vortex filaments in the wake.

[0024] Die Form-Elemente für Verfahren eins und Verfahren zwei kann man gemäss Fig. 6 kombinieren und gewinnt so optimierte Geschossformen, in denen beide Verfahren vereinigt sind. In Fig. 6.2 entsteht beispielhaft ein Geschoss (29) aus der Kombination der Funktionsfläche mit Vollkaliber (16) aus Fig. 4.2 und Transportrille (21) aus Fig. 5.2 . The shape elements for method one and method two can be combined as shown in FIG. 6 and thus obtains optimized bullet shapes, in which both methods are combined. In FIG. 6.2, a projectile (29) emerges by way of example from the combination of the functional surface with solid caliber (16) from FIG. 4.2 and transport groove (21) from FIG. 5.2.

[0025] Ein solches Geschoss besitzt gegenüber herkömmlichen Boat-Tail-Projektilen eine verbesserte Mündungsballistik gemäss Fig. 7 . Beim Austritt aus der Mündung (31) können Pulvergase (30) aus dem Lauf (10) das Projektil überströmen, bevor es den Lauf verlässt und die zentrische Führung verliert. Dadurch sinkt der Seitenimpuls auf das Geschoss in der Mündungsballistik und die Präzision des Schusses wird verbessert. Such a projectile has over conventional boat-tail projectiles improved muzzle ballistics according to FIG. 7. When exiting the orifice (31), powder gases (30) from the barrel (10) can overflow the projectile before it leaves the barrel and loses the centric guide. As a result, the side impulse drops to the projectile ballistic missile and the precision of the shot is improved.

[0026] Fig. 8 zeigt schliesslich die Veränderung des Stoss-Systems im Vergleich zu herkömmlichen Geschossen im Überschallflug. Fig. 8.1 zeigt ein herkömmliches Geschoss (12) mit Bugwelle (2) und Heckwelle (5). Fig. 8.2 zeigt ein optimiertes Geschoss (29) mit einem zusätzlichen Stoss-System (32), das durch die konkave Funktionsfläche am Heck des Geschosses erzeugt wird. Wegen der längs angeordneten Transportrillen wird das Stoss-System (32) fächerartig unterbrochen, wobei die einzelnen radialen Segmente mit Geschossgeschwindigkeit rotieren. Dadurch wird der Druck in den Transportrillen und dem Totwasser erhöht und der Basiswiderstand sinkt. Finally, FIG. 8 shows the change of the shock system in comparison to conventional projectiles in supersonic flight. Fig. 8.1 shows a conventional projectile (12) with bow shaft (2) and stern shaft (5). FIG. 8.2 shows an optimized projectile (29) with an additional impact system (32), which is produced by the concave functional surface at the rear of the projectile. Because of the longitudinal transport grooves, the thrust system (32) is interrupted in a fan-like manner, with the individual radial segments rotating at projectile speed. As a result, the pressure in the transport grooves and the dead water is increased and the base resistance decreases.

[0027] Das Prinzip lässt sich auch auf nicht rotierende Geschosse anwenden, die aus glatten Rohren verschossen werden. Dabei verliert man zwar die Turbulenzreduktion im Nachstrom durch Verdrillung der Wirbelfaden, die Absenkung des Basisdrucks durch den virtuell verminderten Durchmesser des Geschossbodens bleibt jedoch erhalten. The principle can also apply to non-rotating projectiles that are fired from smooth tubes. Although it loses the turbulence reduction in the wake by twisting the vortex filament, the lowering of the base pressure due to the virtually reduced diameter of the floor remains.

Claims (6)

1. Verfahren zur Minderung des Basiswiderstands von Geschossen im Überschallflug, dadurch gekennzeichnet, dass am Heck (9) eines Geschosses ein zusätzliches wandfestes Stoss-System (15, 19, oder 32) erzeugt wird, das den Druck im Totwasser des Geschosses erhöht.1. A method for reducing the base resistance of projectiles in supersonic flight, characterized in that at the rear (9) of a projectile an additional wall-resistant shock system (15, 19, or 32) is generated, which increases the pressure in the dead water of the projectile. 2. Verfahren zur Minderung der Turbulenz im Nachstrom von Geschossen, dadurch gekennzeichnet, dass am I leck (9) eines Geschosses axiale Wirbelfäden (24, 25) erzeugt werden, die sich im Nachstrom zu einem gemeinsamen Wirbelzopf (28) verdrillen.2. A method for reducing the turbulence in the wake of projectiles, characterized in that at I lick (9) of a projectile axial vortex filaments (24, 25) are generated, which twist in the wake of a common vortex braid (28). 3. Verfahren zur aerodynamischen Optimierung von Geschossen, dadurch gekennzeichnet, dass beide Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2 in einem Geschoss verknüpft werden und gemeinsam wirken.3. A method for the aerodynamic optimization of projectiles, characterized in that both methods are combined according to claim 1 and claim 2 in a projectile and act together. 4. Aerodynamisch verbessertes Heck für Geschosse zur Umsetzung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Heck des Geschosses eine oder mehrere radial umlaufende Funktionsflächen (14, 16, 17, oder 18) mit konkavem Flächenübergang (13) vorhanden sind, die ein zusätzliches Stoss-System (15, 19, oder 32) vor der hinteren Stosswelle (5) induzieren.4. Aerodynamically improved tail for projectiles for implementing the method according to claim 1, characterized in that at the rear of the projectile one or more radially encircling functional surfaces (14, 16, 17, or 18) with a concave surface transition (13) are present, the one induce additional shock system (15, 19, or 32) in front of the rear shock wave (5). 5. Aerodynamisch verbessertes Heck für Geschosse zur Umsetzung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Heck des Geschosses mehrere axial verlaufenden Transportrillen (20, 21) gleichmässig auf dem Umfang verteilt vorhanden sind, die im Geschossboden enden und nach aussen und nach hinten offen sind, wobei deren Längskanten (22, 23) axiale Wirbelfäden (24, 25) im Nachstrom induzieren.5. Aerodynamically improved tail for projectiles for implementing the method according to claim 2, characterized in that at the rear of the projectile a plurality of axially extending transport grooves (20, 21) distributed uniformly on the circumference are present, which terminate in the floor and to the outside and to the rear are open, wherein the longitudinal edges (22, 23) induce axial vortex filaments (24, 25) in the wake. 6. Aerodynamisch verbessertes Heck für Geschosse, dadurch gekennzeichnet, dass Form-Elemente nach Anspruch 4 und 5 kombiniert sind und gemeinsam in einem Geschoss verwendet werden.6. Aerodynamically improved tail for projectiles, characterized in that form elements are combined according to claim 4 and 5 and used together in a projectile.
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