DE10232441A1 - Projectile or missile has axial channels to take air flow through from high pressure at leading end to low pressure zone at trailing end - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung des ventilierten Flugkörpers betrifft das Gebiet der freifliegenden atmosphärischen Flugkörper insbesondere aus dem waffentechnischen und militärischen Anwendungsbereich.The invention of the ventilated missile relates the area of free-flying atmospheric missiles in particular from the field of weapons technology and military applications.
Aus der Literatur ist bekannt, daß mit Hilfe von Steuerflächen, aerodynamischer Formgebung und Transitionshilfen der Widerstand und die Flugstabilität von Flugkörpern , wie Geschossen, Granaten, Raketen und anderen stumpfen Körpern verbessert werden kann. Außerdem ist durch wissenschaftliche Untersuchungen der letzten Jahre erforscht worden, daß der Widerstand von Kugelmodellen und Kugelzylindern durch zentrale Ventilationsbohrungen vermindert werden kann (Suryanarayana et al.; Mei Lu).It is known from the literature that with the help of Control surfaces, aerodynamic shape and transition aids the resistance and flight stability of missiles such as projectiles, grenades, missiles and other blunt bodies can be. Moreover has been researched through scientific research in recent years, that the Resistance of spherical models and spherical cylinders reduced by central ventilation holes can be (Suryanarayana et al .; Mei Lu).
Nachteilig ist bei den erstgenannten Verfahrensweisen bei Flugkörpern, daß stumpfe Formen durch solche Maßnahmen nur begrenzt verbessert werden können und zusätzliche Elemente den hohen Beschleunigungen und Luftkräften oft nicht gewachsen sind, und darüber hinaus noch zusätzlichen Widerstand erzeugen. Bei einfachen Flugkörpern wie Geschossen aus Handfeuerwaffen und Gewehren, wie auch bei Granaten sind stumpfe Heckformen üblich und es wird oft für bestimmte Verwendungen zu stumpfen Nasen gegriffen, die beide erhebliche Nachteile, wie zusätzlichen Luftwiderstand und Instabilität, mit sich bringen. Zur Lagestabilisierung und Kompensation der Instabilitäten wird eine starke Drallbewegung eingeleitet. Wegen der Instabilität der Kreiselbewegung um die Achse kleinsten Trägheitsmomentes ist auch diese Maßnahme fragwürdig.The former is disadvantageous Missile procedures, that blunt Forms through such measures can only be improved to a limited extent and additional Elements are often not up to the high accelerations and air forces, and above beyond that Generate resistance. For simple missiles such as projectiles from small arms and rifles, as with grenades, blunt tail shapes are common and it is often used for certain uses resorted to blunt noses, both significant disadvantages, like additional Air resistance and instability, entail. To stabilize the position and compensate for the instabilities a strong swirl movement initiated. Because of the instability of the gyroscopic movement around the axis of smallest moment of inertia is this measure too questionable.
Mit der in dem Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung der Ventilation von Flugkörpern werden deren Flugeigenschaften in verschiedener Hinsicht entscheidend verbessert. Gestützt auf die an einer ventilierten Kugel im Windkanal und Wasserkanal gewonnenen Erkenntnisse (Suryanarayana et al., Mei Lu) sind bei Flugkörpern jeglicher Art erhebliche Verbesserungen der Reichweite, der Flugstabilität und der Zielgenauigkeit möglich. Der Luftwiderstand wird durch Verminderung des sogenannten, Druckwiderstandes und des Formwiderstandes je nach Form des Flugkörpers und der gewählten Ventilation typisch um bis zu 50% vermindert. Durch die Ventilation wird daher die Reichweite wesentlich erhöht, ohne daß sich an der äußeren Form und an der Masse viel ändert. Die durch Nachlaufinstabilitäten erzeugten Schwingungen nehmen ab wodurch die Bahnstabilität erhöht wird. Außerdem wird die aeroakustische Geräuscherzeugung stark reduziert.With the specified in claim 1 Invention of the ventilation of missiles becomes their flight characteristics decisively improved in various ways. Based on those obtained from a ventilated ball in the wind tunnel and water channel Findings (Suryanarayana et al., Mei Lu) are common to missiles Kind of significant improvements in range, flight stability and Accuracy possible. The air resistance is reduced by the so-called pressure resistance and the form resistance depending on the shape of the missile and the selected ventilation typically reduced by up to 50%. The ventilation therefore the range significantly increased, without on the outer shape and changes a lot in the crowd. Due to post-instability generated vibrations decrease, which increases the web stability. Moreover becomes aeroacoustic noise generation greatly reduced.
Die in den Patentansprüchen 1 bis
13 angegebene Erfindung löst
das Problem des hohen Widerstandes und der strömungsbedingten Instabilitäten und
Geräusche
von relativ stumpfen Flugkörpern
Typische We
Durch den Ventilationskanal
Eine außerordentlich wichtige Wirkung
der Ventilation von Flugkörpern
besteht in der Beruhigung der Nachlaufströmung, die zu einer Stabilisierung
der Flugbahn und einer Verminderung der Geräuscherzeugung führt. Diese
Wirkung kann wie die Widerstandsverminderung durch eine Unterteilung oder
ringspaltartige Form der austretenden Ventilationsströmung noch
weiter gesteigert werden (s.
Nach den Erfordernissen der Fluggeschwindigkeit
und der Abmessungen des Flugkörpers (Machzahl
und Reynoldszahl) aber auch nach dem vertretbaren Aufwand werden
die Kanäle
Bei Überschallgeschwindigkeit ergibt
sich nach Patentanspruch 6 zusätzlich
die Möglichkeit durch
die Ventilation einen Teil des Wellenwiderstandes zu eliminieren.
Dazu wird der Außenmantel
des Flugkörpers
im wesentlichen zylindrisch ausgeführt, so daß ein Großteil der Verdrängungsströmung durch
den Ventilationskanal stattfindet. Hier kann sogar eine relativ
scharfe Vorderkante zweckmäßig sein.
Der Ventilationskanal wird hier vorzugsweise in konischen Segmenten
ausgeführt,
um starke Verdichtungsstöße zu vermeiden
(s.
Die Anwendungsbereiche für ventilierte Flugkörper sind hauptsächlich Geschosse, Granaten, Raketen und andere stumpfe Körper. Da der Bereich der erheblichen Widerstandsverminderung bei Reynoldszahlen über einer halben Million beginnt, sind die Flugkörper dementsprechend einzuordnen.
- 1. Die stumpfen Geschosse aus Faustfeuerwaffen,
wie etwa nach
1 und7 geformt, haben einen Re-Zahl-Bereich von 2 ××10exp5 < Re < 5 × 10exp5 und lassen eine Widerstandsverminderung durch Ventilation von etwa 50% zu. Im Bereich der kleineren Werte der Re-Zahl ist dies nur erreichbar, wenn es gelingt durch Transitionshilfen15 wie Kerben oder Wandrauhigkeiten die Außengrenzschicht umschlagen zu lassen. - 2. Geschosse aus Gewehren haben einen Bereich der Reynoldszahlen 3 × 10exp5 < Re < 1 × 10exp6. Hier ist eine Widerstandsverminderung nach der bisherigen Erfahrung besonders leicht zu realisieren und erreicht Werte von bis zu 50% je nach Form und Machzahl.
- 3. Hochgeschwindigkeitsgeschosse aus Gewehren und kleinkalibrigen
Kanonen haben einen Reynoldszahlbereich 1 × 10exp6 < Re < 4 × 10exp6.
Bei diesen Geschossen ist wegen der hohen Machzahlen 2 < Ma < 6 eine besondere Formgebung
mit glattem Außenzylinder
wie etwa in
3 zweckmäßig. Die erzielbare Widerstandsverminderung nimmt hier stark mit dem Querschnittswert q der Ventilation zu. - 4. Granaten und Bomben haben typische Re-Zahlen im Bereich 2 × 10exp6 < Re < 6 × 10exp6 wobei Widerstandsverminderungen von 30% erreichbar sind.
- 5. Kugelförmige
und stumpfe Munition für
Luftgewehre lässt
bei typischen Re-Zahlen
von 3 × 10exp4 < Re < 5 × 10exp4
eine größere Widerstandsverminderung
nur zu, wenn durch Transitionshilfen
15 oder die Formgebung (8 ) die Außenströmung turbulent gemacht wird, da bei laminarer, vorzeitiger Grenzschichtablösung die Ventilation wenig wirksam ist. - 6. Raketen haben im allgemeinen ohnehin eine rückwärtige Auslassöffnung für den Antriebsstrahl,
so daß sich
hier die Ventilation für
die antriebsfreie Phase des Fluges leicht realisieren lässt. Besonders
bei Feststoffraketen ist nach Abbrand des Treibstoffes ein Ventilationskanal
im Inneren automatisch frei, so daß eine Umschaltung zwischen
beiden Flugphasen automatisch erfolgen kann. Die Re-Zahlen sind
bei diesen Flugkörpern
je nach Größe und Geschwindigkeit
in einem weiten Bereich von 10exp6 < Re < 10exp7
angesiedelt, so dass hier auch wegen des weiten Machzahlbereiches
von 0,5 < Ma < 8 unterschiedliche
Konfigurationen nach
6 oder4 zweckmäßig sind.
- 1. The blunt projectiles from handguns, such as after
1 and7 shaped, have a Re number range of 2 ×↔ 10exp5 <Re <5 × 10exp5 and allow a resistance reduction by ventilation of about 50%. In the area of the smaller values of the Re number, this can only be achieved if transition aids succeed15 like notches or wall roughness to have the outer boundary layer change. - 2. Rifle bullets have a range of Reynolds numbers 3 × 10exp5 <Re <1 × 10exp6. Based on previous experience, a reduction in resistance is particularly easy to achieve here and reaches values of up to 50% depending on the shape and mach number.
- 3. High-speed bullets from rifles and small-caliber cannons have a Reynolds number range of 1 × 10exp6 <Re <4 × 10exp6. Because of the high Mach numbers 2 <Ma <6, these bullets have a special shape with a smooth outer cylinder such as in
3 appropriate. The reduction in resistance that can be achieved increases sharply with the cross-sectional value q of the ventilation. - 4. Grenades and bombs have typical Re numbers in the range of 2 × 10exp6 <Re <6 × 10exp6, whereby resistance reductions of 30% can be achieved.
- 5. Spherical and blunt ammunition for air rifles, with typical Re numbers of 3 × 10exp4 <Re <5 × 10exp4, only allows a greater reduction in resistance if using transition aids
15 or the shape (8th ) the external flow is made turbulent, since ventilation is not very effective in the case of laminar, premature separation of the boundary layer. - 6. Rockets generally have a rear outlet opening for the propulsion jet anyway, so that here the ventilation for the non-propulsion phase of the flight can be easily implemented. In the case of solid rockets in particular, a ventilation duct inside is automatically free after the fuel has burned up, so that a switchover between the two flight phases can take place automatically. The Re numbers for these missiles are located in a wide range of 10exp6 <Re <10exp7, depending on their size and speed, so that there are also different configurations due to the wide Mach number range of 0.5 <Ma <8
6 or4 are appropriate.
Für
Zwecke der Steuerung können
nach
Die Ausführung mit einem sternförmigen Einsatz
(s.
Die Ventilationsbohrung hat bei vielen
Geschossen überdies
die erwünschte
Nebenwirkung, dass sich die Geschosse bei Aufprall in kontrollierter Weise
verformen oder zerlegen. Dies kann durch eine entsprechende Strukturierung
des Geschosskörpers
Einige Ausführungsbeispiele sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, auf die sich auch die Ziffern im obigen Text beziehen.Some embodiments are in the attached Drawings are shown, on which also the numbers in the above Get text.
Zusammenfassend lässt sich sagen, daß mit der Erfindung der Ventilation von Flugkörpern erhebliche Verbesserungen der Reichweite, der Zielgenauigkeit, der Bahnstabilität, der Geräuscharmut und der Steuerungsmöglichkeiten erreicht werden. Diese Verbesserungen entstehen durch eine an kugelförmigen Modellen nachgewiesene Widerstandsverminderung und Strömungsbeeinflussung mittels der Ventilationsströmung durch die Ventilationskanäle.In summary, it can be said that with the Invention of missile ventilation made significant improvements the range, the target accuracy, the web stability, the low noise and the control options can be achieved. These improvements come from a spherical model proven reduction in resistance and flow influence by means of the ventilation flow through the ventilation channels.
Literaturliterature
Suryanarayana, G.K.; Pauer, H.; Meier, G.E.A.: Passiv control of the wake of a sphere by ventilation. Proc. IUTAM Conf. on Bluff-Body Wakes, Dynamics and Instabilities. Springer-Verlag, 1992, pp. 91–94Suryanarayana, G.K .; Pauer, H .; Meier, G.E.A .: Passive control of the wake of a sphere by ventilation. Proc. IUTAM Conf. on Bluff-Body Wakes, Dynamics and Instabilities. Springer-Verlag, 1992, pp. 91-94
Mei Lu: Widerstandsverminderung durch Ventilation stumpfer Körper bei höheren Reynoldszahlen. DLR-Forschungsbericht 2001-28, 2001,Mei Lu: Reduced resistance through ventilation dull body at higher Reynolds numbers. DLR research report 2001-28, 2001,
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002132441 DE10232441A1 (en) | 2002-07-17 | 2002-07-17 | Projectile or missile has axial channels to take air flow through from high pressure at leading end to low pressure zone at trailing end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002132441 DE10232441A1 (en) | 2002-07-17 | 2002-07-17 | Projectile or missile has axial channels to take air flow through from high pressure at leading end to low pressure zone at trailing end |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10232441A1 true DE10232441A1 (en) | 2004-02-19 |
Family
ID=30468992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2002132441 Withdrawn DE10232441A1 (en) | 2002-07-17 | 2002-07-17 | Projectile or missile has axial channels to take air flow through from high pressure at leading end to low pressure zone at trailing end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10232441A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2871562A1 (en) * | 2004-06-09 | 2005-12-16 | Ladriere Serge | Projectile for small, medium or large-caliber firearms has one-piece body with radial fins and axial channel for insert |
WO2016131158A2 (en) | 2015-02-18 | 2016-08-25 | Ruag Ammotec Ag | Tracer ammunition |
-
2002
- 2002-07-17 DE DE2002132441 patent/DE10232441A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2871562A1 (en) * | 2004-06-09 | 2005-12-16 | Ladriere Serge | Projectile for small, medium or large-caliber firearms has one-piece body with radial fins and axial channel for insert |
WO2016131158A2 (en) | 2015-02-18 | 2016-08-25 | Ruag Ammotec Ag | Tracer ammunition |
US10451392B2 (en) | 2015-02-18 | 2019-10-22 | Ruag Ammotec Ag | Tracer ammunition |
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