DE10023345C2 - Drallstabilisiertes Projektil mit Bremseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein drallstabilisiertes Projektil gemäß dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Das gattungsgemäße Projektil ist aus der WO 98/01719 A1 bekannt. Dort ist vorgesehen, in der Trennebene zwischen Projektil-Körper und Projektil-Spitze halbkreisförmige Platten anzuordnen, die, einander axial überlappend, azimutal um die Projektil-Längsachse herum gegeneinander versetzt sind. Sie können radial bzgl. dieser Längsachse aus ihrer Verbrin­ gungsstellung innerhalb der Kontur des Projektils in ihre axialsymmetrische Wirkstellung herausgeschoben werden, um dann infolge Erhöhung des aerodynamischen Widerstandes die ballistische Flugbahn zu verkürzen. Der Einbau des Mechanismus für die Verlagerung der Platten zwischen ihren beiden Stellungen und die stabile Halterung der in ausgefahre­ ner Stellung durch die Anströmung stark auf Biegung beanspruchten Platten gerade in der konstruktions- und funktionskritischen Ebene des Überganges von der Spitze in den Kör­ per des Projektils ist aber mit erheblichen Konstruktionsrisiken verbunden, zumal diese Querschnittsebene an sich mit den hier aus der Spitze in den Körper eingreifenden Zünder­ komponenten schön voll belegt ist.

Aus der DE 36 08 109 A1 ist es demgegenüber bekannt, als Bremseinrichtung für ein drallstabilisiertes Projektil in dessen Mittenbereich einen sich peripher erstreckenden Ein­ stich zur Ausbildung von Stau-Kammern für ein Tuch vorzusehen, das durch Freigabe ra­ dial fortschleuderbarer Fliehmassen zu einem kreisringförmigen Bremssegel um die Pro­ jektil-Mantelfläche herum radial aufgespannt wird. Dessen Lage im Verlauf des Projek­ til-Körpers eröffnet zwar grundsätzlich größere konstruktive Freiheiten für die Unterbringung der noch nicht in die Wirkstellung ausgebrachten Bremseinrichtung und deren An­ triebselemente für das fliehkraftbedingte Verbringen in die Wirkstellung; aber diese An­ ordnung verlangt eine völlige Neukonstruktion des Projektils wegen gravierender Eingriffe in die tragende Struktur und dessen Nutzladungsraum. Nachteilig ist auch, daß der textile Ring bei asymmetrischer Anströmung keine Formhaltigkeit gewährleistet.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problem­ stellung zugrunde, ein Projektil gattungsgemäßer Art mit einer einfach aktivierbaren, unge­ steuerten (also Zweipunktverhalten aufweisenden) und dennoch sehr wirksamen, funkti­ onszuverlässigen aerodynamischen Bremseinrichtung auszustatten.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dem Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches zufolge im wesentlichen dadurch gelöst, daß als aerodynamische Bremseinrichtung etwa im Mit­ tenbereich der Projektil-Spitze ein aus der Verbringungsstellung, der Anströmung entge­ gen, in eine geometrisch definierte Wirkstellung ausschwenkbares ringsektorförmiges Klappensystem vorgesehen ist, das dort in einem umlaufenden Einstich an die Wandung des Zündergehäuses angelenkt ist. Da in der Spitze der hier interessierenden großkalibrigen Munition für die Rohrartillerie der Zünder untergebracht ist, ist die komplette Spitze für eine Demontage ausgelegt, also ohne weiteres austauschbar auf dem Körper des Projektils gehaltert. Dadurch kann die herkömmliche, eingeführte Munition auch nachträglich noch mit dieser Bremseinrichtung zur Flugbahnbeeinflussung ausgestattet werden, indem ein­ fach die herkömmliche Projektilspitze gegen eine andere mit den Bremselementen ausge­ tauscht wird.

Das wäre nicht der Fall, wenn - gemäß dem aus der DE 28 56 859 A1 bekannten drallstabilisierten Übungsgeschoß mit auf etwa 50% verkürzter Reichweite - in die Teilungsfuge zwischen Projektilspitze und Projektilkörper (also nicht in der Mitten-Querschnittsebene der Spitze, sondern an ihrem Ende) eine einteilige Bremseinrichtung in Form einer Lochscheibe mit strahlenförmig davon abstehen­ den Bremsflügeln eingespannt würde, die für die Verbringung aus dem Waffen­ rohr am Übergang zum Außenrand der Lochscheibe um Sollbiegestellen herum nach hinten, bis zum Eingriff in achsparallele Aussparungen in der Mantelfläche zum Geschoßkörper hin umgeschwenkt werden, wo sie an ihren freien Stirnenden vom Hals der Patronenhülse übergriffen werden können. Denn diese Verbrin­ gungsstellung läßt sich nur schon im Zuge der Fertigung realisieren, nicht bei nachträglicher Bestückung eines unveränderten Geschoßkörpers mit einem zur Bahnkorrektur ausgerüsteten Bremszünder; und das Anlenken der Bremsflügel in der Trennebene zwischen Geschoßspitze und Geschoßkörper ist aerodynamisch weit weniger wirksam, als ein radial ausstellbarer Kranz von erfindungsgemäß weiter zur Stirn der Geschoßspitze hin verlegt ausklappbaren Bremsflügeln.

Zwar ist es insoweit aus der DE 198 45 611 A1 bekannt, eine Bahnsteuerung bei entdrall­ ten und bei pfeilstabilisierten Projektilen dadurch vorzunehmen, daß Korrekturelemente axialasymmetrisch mehr oder weniger weit aus einer separaten Korrektureinheit, aus dem Geschoßkörper oder auch aus dem Zünder ausgefahren werden; wobei aber für die dort stetige Steuerung der Korrekturelemente und deren Stellkraftbeaufschlagung ein ganz er­ heblicher Einbauraum benötigt wird, der selbst bei einer wesentlichen Umkonstruktion in eingeführten Zündersystemen schwerlich verfügbar ist.

Im Rahmen vorliegender Erfindung dagegen bewirkt die Zentrifugalkraft am drallstabili­ sierten Projektil das ungebremst durchschwingende Ausschwenken der klappenförmigen Sektoren der Bremseinrichtung in eine sternförmige, etwa radial orientierte Wirkstellung, die durch das Kräftegleichgewicht der an den Bremselementen angreifenden Zentrifugal- und Staudruck-Kräfte gegeben ist. Dadurch erübrigt es sich, im Innern der Projektil-Spitze Konstruktionselemente für ein aktives Ausstellen der Bremseinrichtung wirksam werden zu lassen; so daß dieses Bremssystem relativ weit vorne um verjüngten Bereich der Spitze angelenkt werden kann, wo die aerodynamische Bremswirkung am größten ist und deshalb die Bremsklappen relativ kurz sein können. Die Lage möglichst weit vor der Trennebene zum Projektilkörper ist auch zweckmäßig, weil dort das Innere der Spitze praktisch nicht für Zünderfunktionen benötigt wird und weil dieser Bereich auch konstruktiv ohne Be­ deutung für die Biegesteifigkeit des Projektils insgesamt ist, also eine Schwächung des Zündergehäuses durch radiale Einstiche zur Lagerung der Schwenkwellen für die Brems­ klappen durchaus verträgt. Dabei werden die einzelnen klappenförmigen Bremssektoren nicht bis gegen einen gehäusefesten Anschlag ausgeschwenkt, weil das dort - zumal bei womöglich in Ausstellrichtung wirkender Anströmung - kritische Stabilitätsprobleme auf­ werfen würde. Bei Munition mit geringem Drall kann das Aufklappen der Bremselemente durch hinterlegte, zwischen den Bremselementen und dem Gehäuse der Projektil-Spitze eingespannte Schenkelfedern gefördert werden. Zweckmäßigerweise ist in jedem Falle eine einfache Verrastung gegen ein Zurückschlagen der in ihre Wirkstellung frei durch­ schwingenden Klappsektoren der Bremseinrichtung vorgesehen, damit die Bremseinrich­ tung ihre einmal erreichte, geometrisch definierte Wirkstellung im Interesse stabilen Bremsverhaltens sofort und auch noch unter wechselnden Anströmverhältnissen zuverläs­ sig beibehält.

Bei in das Gehäuse eingeklappter Verbringungsstellung tragen die klappenförmigen Brem­ selemente kaum radial auf. Sie dürfen deshalb nicht so breit sein, daß sie z. B. bei ihrer Anlenkung seitlich über die Mantelfläche der Zünder-Spitze vorstehen. Deshalb sind ver­ gleichsweise schmale Klappen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt an unsymme­ trisch montierten bolzenförmigen Schwenkwellen angelenkt. Unter jeweils zwei einander benachbarten Klappen können Federstützen angeordnet sein, um über den gesamten Um­ fang der Spitze durch wechselseitige Unterstützung ein gleichförmig ablaufendes Aufstel­ len aller Klappen zu fördern.

Die in ihre Verbringungslage parallel zur Hauben-Mantelfläche an das Zündergehäuse her­ an eingeschlagenen klappenförmigen Bremselemente in Form von Ringscheiben-Sektoren können einander in Umfangsrichtung des Zündergehäuses also nicht so weit überlap­ pen, daß sie in radial ausgebrachter Stellung in der Frontansicht einen geschlossenen, radi­ al breiten Ring um die Spitze aufspannen, weshalb sich im ausgestellten Zustand keine ununterbrochene Ringscheibe ergibt, sondern eine breit angelegte speichenförmige Struk­ tur. Deren aerodynamische Bremswirkung ist allerdings gegenüber einer geschlossenen Ringscheibe nur geringfügig reduziert, weil Wirbelverluste an den Übergängen von den geschlossenen Sektoren zu den lückenden Ausschnitten zusätzliche Bremseffekte zur Fol­ ge haben. Es kann die Bremswirkung aber noch erhöht werden, indem die Zwischenräume zwischen den Ringscheiben-Sektoren durch flexible Elemente überbrückt werden, etwa durch textile Ausschnitte, die sich beim Aufstellen der Klappen zwischen den Sektoren aufspannen. Dabei ergibt sich eine einfachere Anlenkung bei geometrisch und mechanisch stabiler Struktur für die Bremseinrichtung, wenn die klappenförmigen Ringschei­ ben-Sektoren zu dünnen Speichen verschmälert werden, die einem ringscheibenförmig ausgestellten textilen Gebilde nach Art eines Regenschirmes infolge radialer Verstrebung geometrische Stabilität auch unter wechselnden aerodynamischen Einwirkungen verleihen. Der durch die Speichen verstrebte textile Ring kann dann noch durch einen unverstrebt umlaufenden Rand vergrößert werden, um die bremsende Angriffsfläche für die Anströ­ mung zu optimieren.

Wenn andererseits die im wesentlichen textile ununterbrochene Struktur der Bremsein­ richtung durch eine mechanisch stabilere da in Anströmrichtung metallisch geschlossene Ringfläche ersetzt werden soll, wie sie ja durch die Breite der klappenförmigen Sektoren allein nicht lückenlos erreichbar ist, dann können diese Bremselemente an ihren radial sich erstreckenden Sektor-Längsrändern beidseitig mit dreieckförmigen Federblechen ausge­ stattet sein, die einander im eingeklappten zustand der Sektoren unter elastischer Anpas­ sung an die Mantelflächenwölbung der Projektil-Spitze wechselseitig überlappen und im gestreckt ausgeklappten Zustand die an sich freien Ausschnitte zwischen den Klappen paarweise gerade überdecken.

Hinsichtlich zusätzlicher Vorteile, Alternativen und Weiterbildungen wird außer auf die Unteransprüche auch auf nachstehende Beschreibung eines in der Zeichnung unter Be­ schränkung auf das funktional Wesentliche stark abstrahiert aber angenähert maßstabsge­ recht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispieles verwiesen, sowie hinsichtlich des Einsatzes eines drallstabilisierten Projektils mit solcher aerodynamischer Bremseinrichtung zur Vermeidung von Wiederholungen voll-inhaltlich auf unsere ältere deutsche Patentan­ meldung "Verfahren zur zielbezogenen Korrektur einer ballistischen Flugbahn", DE 199 57 363 A1 vom 29.11.99, ausdrücklich Bezug genommen. In vorliegender Zeich­ nung zeigt:

Fig. 1 einen Artillerie-Zünder mit inaktiver Bremseinrichtung in Ansicht,

Fig. 2 den Zünder gemäß Fig. 1 in abgebrochener Achsial-Längsschnittdarstellung,

Fig. 3 den Zünder gemäß Fig. 1 bei aktivierter Bremseinrichtung in Ansicht,

Fig. 4 den Zünder gemäß Fig. 3 in abgebrochener Achsial-Längsschnittdarstellung und

Fig. 5 einen Zünder, dessen radial ausgestellte Bremseinrichtung eine in Anströmrich­ tung geschlossene metallische Ringscheibenstruktur aufweist.

Ein drallstabilisiertes Artillerie-Projektil 11 besteht im wesentlichen aus einem gestreckten hohlzylindrischen Körper 12, in den ein demontierbarer Zünder 13 frontal eingreift. Der Zünder 13 ist somit Teil der Spitze 14 des Projektils 11, deren Kontur im wesentlichen durch ihre ballistische Haube 15 bestimmt ist.

Der Zünder 13 ist mit dem Körper 12 über eine koachsiale Verschraubung 16 lösbar ver­ bunden. Er ragt dann durch die Teilungsebene 17 zwischen Spitze 14 und Körper 12 des Projektils 11 hindurch wenigstens mit einer Zündverstärker- oder Übertrager-Ladung 18 samt Sicherungseinrichtung 19 in den Frontbereich des Körpers 12 hinein. Davor liegt, etwa in der Teilungsebene 17, eine z. B. auf Satellitennavigation beruhende Navigations­ einheit 20 hinter einer Batterie 21 in der Basis der Projektil-Spitze 14. Zwischen dieser und der Auswerteelektronik 22 im vorderen Bereich des Zünders 13 ist eine Zündelektronik 23 etwa in der achsialen Mittenebene angeordnet.

In deren Mantelbereich sind als Elemente der Bremseinrichtung klappenförmige Ringscheiben-Sektoren 24 nach vorne - also der Anströmung entgegen - unter Fliehkraft­ wirkung anschlagfrei ausschwenkbar gehaltert. Jedem der klappenförmigen Sektoren 24 ist dafür ein im Mantelbereich tangential orientierter Bolzen 25 als kurze Lager- und Schwenkwelle zugeordnet. Die Bolzen 25 liegen in radialen Einschnitten 26, die etwa in der Mittenquerebene der Spitze 14 in Umfangsrichtung in das Zünder-Gehäuse 27 einge­ bracht sind. Anfang und Ende, also die Lagerstellen, der in einer Querschnittsebene umlau­ fenden Folge von Bolzen 25 liegen jedoch nicht auf einem zur Projektillängsachse 28 kozentrischen Kreis, sondern radial unsymmetrisch, nämlich mit dem einen Ende nach inner­ halb und mit dem anderen Ende nach außerhalb dieses Kreises radial versetzt, so daß die beiderseits in Umfangsrichtung benachbarten Bolzen 25 radial davor bzw. dahinter gela­ gert sind. Diese Verschwenkung aus der Richtung der Sekanten in dem erwähnten ge­ dachten Kreis und damit die bzgl. der Achse 28 unsymmetrische Orientierung der Bolzen 25 ermöglicht es, deren beiderseitige Lager für alle Bolzen 25 identisch auszuführen und dadurch ein symmetrisches Aufstellverhalten der einzelnen in Umfangsrichtung einander benachbarten Sektoren 24 zu fördern.

Die relativ schmalen Sektoren 24 sind um ihre Längsachsen gewölbt profiliert, um sich im eingeklappten oder Verbringungs-Zustand gemäß Fig. 1/Fig. 2 den Konturen einerseits innen des Gehäuses 27 und andererseits außen der rückwärtigen Fortsetzung der hier abge­ setzten ballistischen Haube 15 möglichst gut anzupassen. In diesem Verbringungs-Zustand kann über die eingeschlagenen Bremsklappen (Ringsektoren 24) eine (in Fig. 2 strichliniert berücksichtigte) Halterungsmanschette 29 aufgestülpt sein, um in rückwärtiger Fortset­ zung der verkürzten Haube 15 deren Mantelflächenkontur zu definieren, also die aerody­ namisch glatte Geometrie sicherzustellen und gegenüber der Mantelfläche der herkömmli­ chen Projektil-Spitze 14 nicht zu verändern. Zum Ausklappen der Sektoren 24 in die Wirk­ stellung der Bremseinrichung wird diese Manschette 29 z. B. unter Auftrennen längs Soll­ bruchstellen pyrotechnisch abgesprengt. Das ist bei einer Manschette 29 wegen der angrei­ fenden Zentrifugalkräfte und vor allem der Anströmung einfacher realisierbar, als das Ab­ sprengen einer in Flugrichtung hermetisch geschlossenen aerodynamischen Haube, die im Rahmen vorliegender Erfindung aber auch über den eingelappten Sektoren 24 anwendbar wäre.

Durch Entfernen der Halterungsmanschette 29 (oder durch Axialverschieben eines Kro­ nenriegels - nicht dargestellt) werden die Sektoren 24 zum fliehkraftbedingten Ausklappen um die Bolzen 25 herum freigegeben, was mittels integraler oder adaptierter Schenkelbie­ gefedern (nicht dargestellt) unter Abstützung gegenüber dem Gehäuse 27 noch gefördert werden kann. Um einen Gleichlauf des Ausklappens dieser nun freigegeben einander peri­ pher benachbarten Sektoren 24 trotz etwa unsymmetrischer Anströmung zu fördern, kön­ nen statt voluminöser Schenkelfedern bei den Klappbolzen 25 auch einfach radial kurz vorkragende Federstützen angeordnet sein, die sich jeweils über wenigstens zwei einander benachbarte Sektoren 24 erstrecken (in der Zeichnung nicht berücksichtigt).

Aus den eingangs schon genannten Gründen ist es unvermeidbar, daß die Brems­ einrichtung aus den aufgestellten, relativ schmalen einzelnen Ringscheiben-Sektoren 24 speichenförmig lückt. Um zur Steigerung der Bremswirkung diese lückenden Ausschnitte 32 (Fig. 3) zu schließen, kann zwischen je zwei einander benachbarten Sektoren 24 eine flexible Überbrückung 33 vorgesehen sein, die im Zuge des Aufstellens der Sektoren 24 aufgespannt wird, wie in Fig. 3 links berücksichtigt. Diese Überbrückung 33 der sekto­ rierten Brems-Ringscheibe kann etwa aus textilem Gewebe bestehen, das im eingefalteten Zustand der Sektoren 24 radial unter diesen eingefaltet ist. Die Sektoren 24 können dann auch bis zu schmalen radialen Speichen verdünnt werden, deren Aufhängung an kurzen Bolzen 25 konstruktiv unproblematischer als die Klappaufhängung der breiteren Sektoren 24 ist und die im ausgestellten Zustand eine regenschirmartig konstruktiv definierte Ver­ steifung der dann insgesamt textilen ringscheibenförmigen Bremseinrichtung erbringen.

Wenn andererseits eine in Anströmrichtung möglichst lückenlose metallische Ringscheibe als Bremseinrichtung gewünscht wird, dann sind die einzelnen Sektoren 24 an ihren radial sich erstreckenden Längsrändern mit angeschweißten oder angenieteten dreieckförmig berandeten Federblechen 34 bestückt, die vorzugsweise im verwölbten Verbringungs- Zustand der Bremseinrichtung unter der Manschette 29 abwechselnd über- und untereinan­ der zu liegen kommen. Das wird gefördert, wenn die Federbleche 34 eines Sektors 24 in gegeneinander versetzten Ebenen an diesen anschließen, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Diese Anordnung fördert auch ein rasch sich abwälzend umlaufendes Ausklappen der Sektoren 24 bis in ihre Funktionsstellungen, in der die einander benachbarten, nun in Ebenen ent­ spannten Federbleche 34 einander gerade noch zum geschlossenen Ring überlappen.

Ein drallstabilisiertes Artillerieprojektil 11 läßt sich also einfach mit einer axialsymmetri­ schen aerodynamischen Bremseinrichtung zur Verkürzung der ballistischen Flugbahn nachrüsten, wenn die mit dem Zünder 13 ausgestattete, vom Projektilkörper 12 problemlos abnehmbare Spitze 14 in etwa halber Höhe mit unter Fliehkraftwirkung ausklappbar ange­ lenkten Sektoren 24 bestückt ist, die sich in ihrer Verbringungsstellung in die konische Form der Mantelfläche einschmiegen und in Wirkstellung zu einem lückend oder ge­ schlossen ausgestellten radialen Ring ausgeklappt sind. Der einmalige zeitdiskrete Einsatz mit fester Stellgröße durch die gezielte Erhöhung des aerodynamischen Widerstandes - mit Veränderung der Bremswirkung auf den Flugbahnverlauf über eine Anpassung des Zeitpunktes des Ausstellens der Bremseinrichtung - ergibt damit für ein Sprenggeschoß die Möglichkeit einer Flugbahnverkürzung, für ein Bomblettgeschoß darüber hinaus mit der Anpassung des Ausstoßzeitpunktes eine weitere Eingriffsmöglichkeit in die Funktion.

Claims (9)

1. Drallstabilisiertes Projektil (11) mit längs seiner Flugbahn aus einer Verbringungs­ stellung in die axialsymmetrische Wirkstellung radial aufstellbarer aerodynamischer Bremseinrichtung im Projektil-Frontbereich, dadurch gekennzeichnet, daß seine Spitze (14) in etwa ihrer Mitten-Querschnittsebene mit Lagerstellen für klappenförmige Ringscheiben-Sektoren (24) ausgestattet ist, die aus einer Verbrin­ gungsstellung im Mantelflächenbereich der Spitze (14) in eine Wirkstellung etwa quer zur Projektillängsachse (28) ausschwenkbar sind.

2. Projektil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren (24) um Bolzen (25) in die Wirkstellung ausschwenkbar sind, wel­ che in einem Gehäuse-Einschnitt (26) quer zur Längsachse (28) orientiert gelagert sind.

3. Projektil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (25) jeweils derart aus einer sekanten Orientierung verschwenkt asymmetrisch gelagert sind, daß ein Ende eines Bolzens (25) einen größeren Abstand von der Längsachse (28) als das andere Ende aufweist, das vom in Umfangsrichtung sich anschließenden Bolzen (25) mit seinem den größeren Abstand aufweisenden Ende radial bezüglich der Projektil-Längsachse (28) hintergriffen ist.

4. Projektil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren (24) mit Schenkelbiegefedern um die Bolzen (25) herum aufge­ hängt sind, die den Sektoren (24) gegenüber gegen das Zünder-Gehäuse (27) radial abgestützt sind.

5. Projektil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der in ihrer Verbringungsstellung einander überdeckenden Sektoren (24) in deren Wirkstellung einen mit Ausschnitten lückenden Ring etwa quer zur Projektil-Längsachse (28) erbringt.

6. Projektil nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken (32) von zwischen einander in Umfangsrichtung benachbarten Sekto­ ren (24) eingespannten flexiblen Überbrückungen (33) überspannt sind.

7. Projektil nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren (24) schmale Speichen sind.

8. Projektil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren (24) seitlich mit dreieckförmigen Federblechen (34) bestückt sind, die sich im Verbringungs-Zustand überlappen und im ausgeklappter Wirkstellung die Lücken (32) zwischen den Sektoren (24) zum geschlossenen Ring schließen.

9. Projektil nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbleche (34) beiderseits eines Sektors (24) in gegeneinander versetzter projektil-axialer Position am Sektor (24) befestigt sind.