DE102017126442A1

DE102017126442A1 - Geschoss für Schusswaffen

Info

Publication number: DE102017126442A1
Application number: DE102017126442.6A
Authority: DE
Inventors: Johann Fimbinger; Eric Fimbinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-05-16
Also published as: EP3707461B1; AU2018365320B2; RU2020115532A; RU2020115532A3; WO2019092182A1; AU2018365320A1; EP3707461A1; US11118879B2; US20200408493A1

Abstract

Ein Geschoss (2) für Schusswaffen, welches als schlanker Rotationskörper für Überschallgeschwindigkeit gestaltet ist besitzt einen etwa zylindrischen Mittelteil (6), am vorderen Ende eine Spitze (9) und am hinteren Ende ein sich konisch zu einem Geschossboden (12) hin verjüngendes Heck (10); das Geschoss ist derart gestaltet, dass die Umfangsströmung über dessen gesamte Flugbahn von einer vorderen Stoßwelle, über eine den Geschosskörper umhüllende Grenzschicht bis zu einem hinteren Heckwirbel gleichmäßig erhalten bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Geschoss für Schusswaffen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, welches als Projektil für explosive Treibladungen in Patronen für Schusswaffen insbesondere als Langwaffengeschoss für Gewehre vorgesehen ist.
Derartige Geschosse für Patronenmunition besitzen am vorderen Ende eine Spitze, daran schließt sich ein etwa zylindrischer Mittelteil an, welcher vom Hals einer Patronenhülse umfasst ist. Das an den Mittelteil anschließende Heck des Geschosses verjüngt sich als konischer Rotationskörper zu einem das Ende des Geschosses bildenden Geschossboden hin.
Vorliegend geht es um Geschosse in Form schlanker Rotationskörper, welche insbesondere als Geschosse für Überschallgeschwindigkeiten M>1 geeignet ausgebildet sind und somit auch den Anforderungen des militärischen Einsatzes genügen.
Zu den theoretischen und praktischen Grundlagen der Geschossgestaltung sei auf eine umfassende internationale Literatur verwiesen wie beispielsweise aufgeführt unter dem Literaturverzeichnis bei „Beat P. Kneubuehl", erschienen im „Verlag Stocker-Schmid AG, CH-8953 Dietikon-Zürich, Auflage 2013 (ISBN 978-3-7276-7176-0)". Insoweit wird zum Offenbarungsumfang der folgenden Beschreibung auf „Kneubuehl“ Bezug genommen.
Außerdem wird zum Stand der Technik Bezug genommen auf Lutz Möller „LM7 Geschoss“, veröffentlicht unter http://lutzmöller.net/7-mm/LM-7.pHp. Möller hat Schussversuche zu einer Patrone mit der Bezeichnung 4,82 g RS 60 = EI Niesen 145 4.962 bar, 60 cm Lauf, 1.150 m/s V_o durchgeführt und eine Schusstafel zu seinem Geschosstyp 7.2, 7, Lutz Möller LM 7 veröffentlicht, wobei ein dem gattungsgemäßen ähnlich gestaltetes Geschoss zum Einsatz kam. Diese Versuche haben nach eigenen Äußerungen von Lutz Möller „unbrauchbare Ergebnisse“ hervorgebracht (page 6 of 10, letzte Zeile).
Davon ausgehend, dass wie in der Fachwelt allgemein bekannt Standardprojektile mit im wesentlichen zylindrischem Heck aerodynamisch gesehen verbesserungswürdig sind, insbesondere hinsichtlich Reichweite und Flugstabilität Mängel aufweisen, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Geschoss der eingangs beschriebenen Art hinsichtlich der Zielgenauigkeit bei Überschallgeschwindigkeit für Entfernungen bis 1300 m und noch darüber zu verbessern.
Demzufolge besitzt ein erfindungsgemäßes schlankes Projektil für Überschallgeschwindigkeit eine derartige Form, dass die Umfangsströmung des Geschosses über dessen gesamte Flugbahn von einer vorderen Stoßwelle über eine den Geschosskörper umhüllende Grenzschicht bis zu einem hinteren Heckwirbel gleichmäßig erhalten bleibt, wobei die Geschossform mit Optimierung im Wesentlichen nach dem geringsten Strömungswiderstandsverlauf über die Länge der Flugbahn ausgelegt ist.
Auf der Basis dieses Optimierungsziels wurde mittels mathematischer Näherungsmethoden die Endform des erfindungsgemäßen Geschosses in einem ersten Schritt als Simulationshypothese ermittelt und nach derartiger simulationsbasierter Optimierung ersten praktischen Tests unterworfen. Ein konkretes Ziel war zunächst, dass bislang für Reichweiten unter 800 m üblicherweise erzielbare Treffergenauigkeiten für noch deutlich größere Reichweiten erreicht werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass mit Überschallgeschwindigkeit bis zu einer Reichweite von 1,5 km eine überraschend hohe Zielgenauigkeit erzielt werden konnte, was auf ein verbessertes Stabilitätsverhalten entlang des gesamten Geschosswegs bei besserer Treibmitteleffizienz schließen lässt.
Zum Erreichen obiger Zielsetzungen ist erfindungsgemäß eine Gestaltung der Geschossspitze vorgesehen, welche im Wesentlichen eine dreidimensionale ogive Form beschreibt.
Die Geschossspitze ist als Rotationskörper in Form einer annähernd kreisbogenförmigen Ogive oder ähnlich einer ellipsenförmigen Ogive ausgebildet. Diese kann auch im wesentlichen als teilelliptische Ogive ausgebildet sein.
Dabei beschreibt der für die Geschossspitze ausgewählte Rotationskörper eine der bei Geschossformen an sich bekannten sogenannten Newtonspitze angenäherte Ogivenform, wobei diese in einer bevorzugten Ausführungsform die dem Fachmann geläufige Newtonspitze von außen eng einhüllt bzw. umschließt (vgl. 5 der Zeichnung).
Von der an sich bekannten Newtonspitze unterscheidet sich die erfindungsgemäße Geschossspitze auch hinsichtlich einer geringfügig stärkeren Spitzenrundung, deren Radius zwischen 4 und 8 % des Kalibers beträgt.
Ferner ist für die gewählte Geschossform auch die Ausbildung der Heckpartie von besonderer Bedeutung, welche erfindungsgemäß einen nach innen eingetieften rotationssymmetrischen Geschossboden aufweist, der in seiner Mitte einen Dorn besitzt, dessen Spitze etwa in Höhe der Hinterkante des Geschossbodens endet oder geringfügig über diese hinausragt.
Diese erfindungsgemäße Heckpartie gewährleistet einen die Flugbahn stabilisierenden Heckwirbel, welcher die vom Geschossboden ablaufende Strömung sanft in die Umfangsströmung einleitet.
Auch der erzeugende Meridian der Vertiefung des Geschossbodens hat dabei einen Einfluss auf die Stabilität der Flugbahn des Geschosses. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Meridian des Geschossbodens zwischen der Spitze des Dorns und der Hinterkante des Geschossbodens eine flache Kurve beschreibt, deren Krümmungsradius nahe dem Dorn einerseits und der Hinterkante andererseits abnimmt.
In weiterer Ausgestaltung des Geschossbodens ist vorgesehen, dass dessen maximale Tiefe außerhalb des Dorns zwischen 5 und 15 % des Kalibers beträgt. Durch diese begrenzte Tiefe wird eine nachteilige Verminderung der Geschossmasse vermieden, also ein wertvoller Beitrag zur Verbesserung der Flugstabilität erzielt.
Nach der Lehre der vorliegenden Erfindung besteht wie oben aufgezeigt ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Kalibergröße des Geschosses und den übrigen Dimension des Geschosses.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geschosses anhand der Zeichnung erläutert, wobei es einerseits wesentlich auf die Ausgestaltung der Geschossspitze, andererseits des Geschossbodens ankommt.
Beide Enden, also Spitze und Heck eines derartigen Langprojektils beeinflussen jeweils für sich betrachtet aber auch unabhängig voneinander die Eignung des erfindungsgemäßen Geschosses im Rahmen der Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe, d. h. sowohl die Gestaltung der Geschossspitze als auch die Gestaltung des Geschossbodens bestimmen allein und zusammen das Ergebnis der Optimierung nach der Lehre der gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagenen Auslegung der Geschossform.
Figurenliste

1 einen Längsschnitt durch ein Patronenlager mit eingesetzter Patrone mit einem Geschoss mit Kaliber .338 (8,6 mm),
2 eine vergrößerte Ansicht des Geschosses gemäß 1,
3 einen schematischen Längsschnitt durch das Geschoss gemäß 2,
4 einen vergrößerten Teilschnitt im Bereich der Hinterkante des Geschossbodens gemäß Detail IV der 3,
5 einen schematischen Geschoss-Längsschnitt gemäß 3, jedoch mit alternativer Ausbildung des Geschossbodens,
6 einen vergrößerten Teilschnitt im Bereich der Hinterkante des Geschossbodens gemäß Detail VI der 5, und
7 einen schematischen Geschoss-Längsschnitt gemäß 3 mit Umfangsströmung (bei Mach 2) und Heckwirbel.

Die Figuren der Zeichnung zeigen ein massstäblich frei, nämlich in verschiedenen Vergrößerungen des - auch unter der Bezeichnung Lapua Magnum bekannten - Kalibers .338 (8,6 mm) dargestelltes Geschoss für Schusswaffen. Es eignet sich für unterschiedliche Einsätze einschließlich der militärischen Verwendung, da dessen Zielgenauigkeit auch hierfür nutzbar ist.
Gemäß 1 ist eine Patrone 1 mit Geschoss 2 und zugehörigem Patronenlager 3 jeweils im Längsschnitt dargestellt. In einem verengten Halsteil 4 einer Patronenhülse 5 ist ein zylindrischer Mittelteil 6 des Geschosses 2 befestigt, d. h. das Geschoss 2 sitzt abschussbereit mit zentraler Ausrichtung im Inneren des Patronenlagers 3 in welchem die Patronenhülse 5 aufgenommen und axial festgehalten ist. An dem Halsteil 4 der Patronenhülse 5 schließen sich ein Kegelabschnitt 7 und daran ein Zylinderabschnitt 8 der Patronenhülse 5 zur Aufnahme der Treibladung an. Das Zündhütchen am verschlossenen heckseitigen Ende der Patronenhülse 5 und der zugehörige Zündmechanismus sowie weitere Teile der Schusswaffe sind in 1 nicht dargestellt.
Das im Längsschnitt gezeichnete Geschoss 2 besitzt eine am vorderen Ende abgerundete Geschossspitze 9, ein zylindrisches Mittelteil 6 und ein sich zum Ende hin konisch verjüngendes Heck 10, welches mit einem um einen Mitteldorn 11 eingetieften Geschossboden 12 endet. 2 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des Geschosses 2 innerhalb seines zylindrischen Mittelteils 6 zwischen dessen oberen Begrenzung 20 und dessen unteren Begrenzung 21 sind insgesamt fünf Führbänder 22 bis 26 vorgesehen, die mit vier Ringnuten 27 gegeneinander abgegrenzt sind und zusammen wie bekannt der geradlinigen Geschossführung im Lauf der Schusswaffe dienen. Im Übrigen werden wie in allen Figuren der Zeichnung gleiche Bezugsziffern für gleiche Bauteile verwendet, so dass sich wiederholende Angaben und Erläuterungen dazu erübrigen.
Die Eintiefung des Geschossbodens 12 ist in einer schematischen Geschossdarstellung gemäß 3 mit Umlaufkante 13 der Hinterkante 14 des Geschossbodens 12 gezeichnet. Das Detail IV der 3 ist in weiterer Vergrößerung der Eintiefung des Geschossbodens 12 in 4 gezeigt. Der für die rotationssymmetrische Eintiefung um den Dorn 11 des Geschossbodens 12 formbestimmende Meridian 15 beschreibt eine flache Kurve, deren Krümmungsradius an beiden Enden, einerseits zum Dorn 11 andererseits zur Hinterkante 14 hin abnimmt. Gemäß 4 endet die Spitze 11' des Dorns 11 etwa in Höhe der Hinterkante 14 des Geschossbodens 12.
Gemäß 3 besitzt die als Rotationskörper ausgebildete Geschossspitze 9 eine Ogivenform, welche sich als Rotationskörper an den zylindrischen Mittelteil 6 des Geschosses 2 anschließt. Die Kontur des Rotationskörpers beschreibt dabei eine im Wesentlichen ellipsenförmige Ogive, wobei deren Mittelabschnitt bevorzugt als Teilabschnitt einer Ellipse ausgebildet ist. Die gezeichnete Ogivenform ist der als Geschossform an sich bekannten sogenannten Newtonspitze angenähert, deren qualitativer Kurvenverlauf mit einer Strich-Punkt-Linie 17 in 5 gezeichnet ist.
Die Geschossspitze 18 ist gerundet ausgebildet, wobei der Radius der Spitzenrundung 4 bis 8 % des Kalibers beträgt. Die gesamte Spitzenlänge beträgt etwa das 2,0 bis 3,0-fache des Kalibers bzw. ca. 40 bis 60 % der Geschosslänge. Die Länge des konischen Hecks beträgt etwa 75 bis 95 % des Kalibers. Wiederum bezogen auf die Kalibergröße beträgt die Gesamtlänge des Geschosses 2 ca. das 4,5 bis 5,5-fache, und die Länge des zylindrischen Mittelteils 6 ca. das 1,5 bis 2,0-fache des Kalibers.
Bezüglich der Mittelachse des Geschosses 2 beträgt der Heckkonuswinkel K ca. 7 Grad (siehe 4).
Die 5 und 6 unterscheiden sich hinsichtlich der Ausbildung des Geschossbodens 12 von den im übrigen gleichen 3 und 4. Bei der Variante gemäß den 5, 6 erstreckt sich die Spitze 11" des Dorns 11 über die Hinterkante 14 des Geschossbodens 12 hinaus, wobei dies durch Variation der Dornlänge bzw. der Tiefe der Eintiefung des Geschossbodens 12 erreicht werden kann.
7 zeigt die Umströmung des etwa mit Mach 2 bewegten Geschosses 2, welches im Längsschnitt durch seine Mittelebene mit Strömungslinien entsprechend einer Anströmung gegen die Spitze 9 zum Heck 10 hin dargestellt ist. Die Strömungslinien verlaufen ähnlich dem aus der Strömungsmechanik bekannten Tropfenmodel und bilden im Bereich anschließend an das Heck 10 des Geschosses 2 einen durch die vertiefte Form des Geschossbodens 12 begünstigten stabilen Heckwirbel 31, der eine sanfte Überleitung in die heckseitige Abströmung am Geschoss 2 bildet. Im Übergangsbereich um die Hinterkante 14 des Geschossbodens 12 wird dies am stetigen Verlauf der Strömungslinien deutlich und durch die Tropfenform der gemäß den Pfeilen 32, 33 gegenläufigen Wirbelströmung eindrucksvoll bestätigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Beat P. Kneubuehl“, erschienen im „Verlag Stocker-Schmid AG, CH-8953 Dietikon-Zürich, Auflage 2013 (ISBN 978-3-7276-7176-0)“ [0004]

Claims

Geschoss (2) für Schusswaffen, welches einen etwa zylindrischen Mittelteil (6) zu dessen Umfassung durch den Hals (4) einer Patronenhülse (1), sowie am vorderen Ende eine Spitze (9) und am hinteren Ende ein sich konisch zu einem Geschossboden (12) hin verjüngendes Heck (10) aufweist, und welches als schlanker Rotationskörper für Überschallgeschwindigkeit derartig gestaltet ist, dass die Umfangsströmung des Geschosses (2) über dessen gesamte Flugbahn von einer vorderen Stoßwelle, über eine den Geschosskörper umhüllende Grenzschicht bis zu einem hinteren Heckwirbel gleichmäßig erhalten bleibt, wobei die Geschossform mit Optimierung im Wesentlichen nach dem geringsten Strömungswiderstandsverlauf über die Länge der Flugbahn ausgelegt ist.
Geschoss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschossspitze (9) im Wesentlichen eine dreidimensionale ogive Form beschreibt.
Geschoss nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschossspitze (9) einen Rotationskörper mit annähernd kreisbogenförmiger Ogive beschreibt.
Geschoss nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschossspitze (9) als Rotationskörper ähnlich einer ellipsenförmigen Ogive ausgebildet ist.
Geschoss nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschossspitze als Rotationskörper eine der sogenannten Newtonspitze angenäherte Ogivenform beschreibt.
Geschoss nach Anspruch 2, mit Kaliber .338 (8,6 mm), dadurch gekennzeichnet, dass der Radius seiner Spitzenrundung (18) zwischen 4 und 8 % des Kalibers beträgt.
Geschoss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen nach innen eingetieften rotationssymmetrischen Geschossboden (12) aufweist, der in seiner Mitte einen Dorn (11) besitzt, dessen Spitze (11', 11'') sich wenigstens bis zur Hinterkante (14) des Geschossbodens (12) erstreckt.
Geschoss nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugende Meridian (15) der Vertiefung des Geschossbodens (12) zwischen der Spitze (11', 11'') des Dorns (11) und der Hinterkante (14) des Geschossbodens eine flache Kurve beschreibt, deren Krümmungsradius nahe dem Dorn (11) einerseits und der Hinterkante (14) andererseits abnimmt.
Geschoss nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Tiefe des Geschossbodens außerhalb des Dorns (11) zwischen 5 und 15 % des Kalibers beträgt.