DE2454584A1 - Rohrfoermiges geschoss - Google Patents

Description

Liedl, Dr. Pontani.. FJoth, Zeitlsr

Patentanwälte
BOOO München 22 · S tei.nsdarf straße 21..- 22 · Telefon 089Λ ,2^ JJjL. §2.

B 7003

Her Majesty the Queen in right of Canada

vertreten durch Minister of National Defence, Ottawa, Ontario, CANADA

Rohrförmiges Geschoß

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Geschoß, insbesondere ein rohrförmiges Geschoß vom Vollkaliber oder Unterkaliber, das derart ausgebildet ist, daß es durch Anwendung vorgewählter Flugbedingungen innerhalb des Geschoßes einer gewünschten' Flugbahn folgt.

Geschoße werden üblicherweise von einem Gewehr,' einer Abschußrampe oder dergleichen abgeschossen. Sie sollen normalerweise von einem Abschußplatz oder Abschußfahrzeug einer gewünschten Flugbahn bis hin zu einem Ziel oder einer Zielfläche folgen. Die gewünschte Flugbahn wird jedoch nicht immer erreicht. Dies kann

. 50982 T/0347

beispielsweise von strengen, einschneidenden Forderungen an die Flugbahn herrühren, beispielsweise in Form eines langsamen Zerfalls am Ziel, gefolgt von einem schnellen Zerfall und einer Instabilität jenseits des Zieles, um die Reichweite zu verringern, lh anderen Fällen besteht demgegenüber die Forderung zur Maximierung der Reichweite. Daß die gewünschte Flugbahn nicht immer erreicht wird, kann auch auf äußeren und störenden Kräften beruhen, die entweder während des Abschusses oder beim freien Flug erzeugt werden.

lh dem Versuch, einige dieser Probleme zu beseitigen, sind in der Vergangenheit entsprechende Anstrengungen unternommen worden. Hierbei wurde beispielsweise festgelegt, daß die maximale Reichweite und die Genauigkeit der Flugbahn eines Geschoßes von Faktoren, wie beispielsweise einer großen Masse,geringen Luftwiderstandskräften und einer hohen Abschußgeschwindigkeit abhängig sind. Diese Faktoren ergänzen sich jedoch nicht immer gegenseitig. So erfordert beispielsweise eine hohe Anfangsgeschwindigkeit ein großes Verhältnis aus Querschnittsfläche zu Gewicht, während dieses Verhältnis bei der Forderung nach maximaler Reichweite klein sein soll. Gemäß einer bekannten Lösung für dieses Problem (amerikanische Patentschrift 2 386 054) ist es erforderlich, daß ein Unterkalibergeschoß zum Abschuß durch eine Träger anordnung gelagert wird, die derart ausgebildet ist, daß sie sich nach dem Austritt aus dem Abschußrohr ablöst. Dieses bekannte Geschoß weist-ein Hauptkörperteil sowie einen Basisabschnitt auf, der nach dem Abschuß vom Hauptkörperteil abtrennbar ist. Dieses Abtrennen ergibt sich aufgrund des gegen die Basis wirkenden Luftdruckes. Das Hauptkörperteil des bekannten Geschoßes ist mit einer Bohrung versehen, deren Durchmesser gleichförmig gehalten ist und etwa 1/5 des Durchmessers des zylindrischen Körpers entspricht. Diese Bohrung

⁷⁰⁰³ 509821/0347

erstreckt sich axial durch den Geschoßkörper. Die sich durch diese Bohrung ergebende Luftströmung kann daher jedes Vakuum, das gegebenenfalls an der Basis des Geschoßes gebildet werden kann, beseitigen, wodurch die.Geschwindigkeit vergrößert und eine größere Flugreichweite geschaffen wird.

Ih einigen Fällen treten jedoch weitere Probleme auf, da die erforderliche Trägeranordnung häufig in ihrem Aufbau kompliziert und daher kostenaufwendig ist. Darüber hinaus können durch das Abtrennen des Trägers Gierbewegungen eingeleitet werden, die in unerwünschter Weise große Anfangsanstellwinkel erzeugen.

Versuche zur Lösung von Problemen, die in Verbindung mit der Instabilität eines Geschoßes auftraten, haben Lösungsmöglichkeiten . dahingehend aufgezeigt, dieses Geschoß mit einem Drall zu versehen. Durch den Vorschlag, das Geschoß mit einem Drall zu versehen, sollen Kreiselmomente erzeugt werden, die größer sind als die aerodynamischen Momente und gewährleisten sollen, daß das Geschoß seiner Flugbahn folgt. Es haben sich jedoch hierdurch weitere Schwierigkeiten ergeben, da die Länge eines durch einen Drall stabilisierten Geschoßes auf maximal etwa das Fünffache des Geschoßdurchmessers begrenzt ist. Wenn diese Dimensionierung überschritten wird, kann das Verhältnis aus axial gerichteten zu quer gerichteten Trägheitsmomenten nicht mehr ausreichen, um die erforderliche Längsstabilität zu erzielen. -

Bei einem weiteren bekannten Geschoß (amerikanische Patentschrift 2 638 051) ist ein Geschoßkern mit einem Träger vorgesehen (auch mit dem englischen Fachausdruck "sabot" bezeichnet), der während des Fluges leicht abgeworfen wird. Hierbai wird jede mögliche Neigung des Kerns,' zu gieren oder von der genauen Flugbahn abzu-

509821/0347

weichen, unterdrückt, und zwar ohne daß die Geschwindigkeit des Geschoßes verringert wird. Zum Erreichen dieser Ziele ist das vorbekannte Geschoß während des Fluges durch das Abschußrohr oder den Gewehrlauf genau zentriert, wobei der Abwurf des Trägers, sofort nach dem Abschuß stattfindet. Der Träger wird hierbei mittels Luftdruck und mittels Zentrifugalkräften abgelöst, die durch die Drallbewegung des Geschoßes erzeugt werden. Der beschriebene Träger weist eine Anzahl von Nuten (Zügen) auf, um zu gewährleisten, daß der gesamte Träger aufgrund der Zentrifugalkräfte abgelöst wird.

Aus alledem ergibt sich, daß seit langer Zeit ein Bedürfnis zur Entwicklung eines Geschoßes bestand und weiterhin besteht, das in relativ einfacher und wirtschaftlicher Weise hergestellt werden kann. Vor allen Dingen soll das zu schaffende Geschoß die erwähnten Probleme, die trotz der Versuche zu ihrer Überwindung nach wie vor bestehen, zumindest verkleinern, vorzugsweise jedoch beseitigen.

Das zur Lösung dieser bereits seit langer Zeit bestehenden Aufgabe erfindungsgemäß geschaffene Geschoß ergibt sich aus den Ansprüchen.

Mit dem erfindungsgemäßen Geschoß werden viele Nachteile der vorbekannten Ausbildungen beseitigt. Das erfindungsgemäße rohrförmige Geschoß weist entweder Vollkaliber oder Unterkaliber auf. Darüber hinaus können die Ausbildung und das Innenprofil des Geschoßes derart gestaltet werden, daß unterschiedliche Flugbahnerfordernisse erfüllt werden. Insbesondere wird durch die Erfindung eine gesteuerte Steigerung oder Minderung der Luftwiderstandskräfte erzielt, die einem rohrförmigen Geschoß beim freien Übers challflug erteilt werden, so daß das Geschoß einer vorgewählten Flugbahn folgt.

509821/0347

Das Geschoß gemäß der Erfindung weist einen rohrförmigen Körper mit einem vorderen und einem hinteren Ende auf, wobei beide Enden einander gegenüberliegende Enden einer mittigen Öffnung begrenzen. Diese Öffnung ist ihrerseits durch eine Innenfläche begrenzt, die sich axial zum Geschoß von dem einen Geschoßende bis zum gegenüberliegenden Geschoßende erstreckt. Das vordere Ende und die Innenfläche sind derart ausgebildet, daß sie vorgewählte Flugbedingungen innerhalb der mittigen Öffnung erzeugen, wodurch der während des freien Fluges auf das Geschoß ausgeübte aerodynamische Luftwiderstand gesteuert wird. Das vordere Ende ist Vorzugsw eise als Ende eines Innenkeils, Außenkeils oder eines zusammengesetzten Keils ausgebildet. Diese Keüformen wirken in Verbindung mit der Innenfläche der mittigen Öffnung zusammen und erzeugen gegenseitig sich beeinflussende Strömungsfelder innerhalb dieser Öffnung. Die Strömungsfelder wirken sich^ derart aus, daß die auf das Geschoß beim Flug ausgeübten Luftwiderstandskräfte .entweder verringert oder vergrößert werden. Das vordere Ende und die Innenfläche der mittigen Öffnung sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie innerhalb dieser Öffnung Choke (Würgebohrung)-Über schallflugbedingungen erzeugen. Eine nahe dem hinteren Geschoßende vorgesehene Lagerungsfläche ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie eine vom Geschoß abtrennbare Treibbasis aufnimmt und hält. Die Treibbasis kann in Form eines Festkerngeschoßes vorgesehen sein. Das vordere Ende des rohrförmigen Geschoßes ist wahlweise mit einem ablösbaren Reiterband versehen. Vorzugsweise ist das rohrförmige Geschoß mittels eines Treibbandes drallstabilisiert. Dieses Treibband ist ebenfalls nach dem Abschuß vom Geschoß abtrennbar. Die gesteuerte Drallbewegung des Geschoßes erzeugt Beanspruchungen innerhalb des rohrförmigen Körpers. Diese sind derart ausgestaltet, daß eine Zerstörung im freien Flug ausgeschlossen ist, daß jedoch sich diese Beanspruchungen bzw.

7003 509 8 21/0347

Belastungen beim Aufprall, beispielsweise auf ein Ziel, bis zu einem Ausmaß steigern, daß sich die Zerstörung des Geschoßes aufgrund dessen Zerfalls in Einzelteile ergibt.

Wie schon erwähnt, weist das erfindungsgemäße rohrförmige Geschoß einen rohrförmigen Körper mit einer vorderen Kante und einer hinteren Kante und mit einer sich axial durch das Geschoß hindurcherstreckende mittigen Öffnung auf, die eine die beiden Endkanten verbindende Innenfläche besitzt. Diese Innenfläche und wenigstens die vordere Geschoßkante sind derart ausgebildet, daß während des Fluges vorgewählte bzw. vorbestimmte Flugcharakteristiken innerhalb der mittigen Öffnung erzeugt werden, um dadurch den auf das Geschoß ausgeübten aerodynamischen Luftwiderstand zu steuern und eine gewünschte Flugbahn des Geschoßes zu erzielen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die vordere Kante und das Innenprofil der mittigen Öffnung derart ausgebildet, daß positive und negative Strömungsfelder innerhalb der mittigen Öffnung erzeugt werden. Diese Strömungsfelder beeinflussen sich gegenseitig derart, daß der Druckwiderstand und der Basisluftwiderstand, d.h. der Luftwiderstand an der Druckseite und an der Basisseite des Geschoßes, verringert werden. Durch diese Verringerung der Luftwiderstandskräfte wird die Flugreichweite des Geschoßes vergrößert.

Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die vordere Geschoßkante und das Innenprofil der mittigen Öffnung des rohrförmigen Geschoßes derart ausgebildet, daß ein minimaler Luftwiederstand über einen ,vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich bis zu einer kritischen Geschwindigkeit erzielt wird, bei der innerhalb der mittigen Öffnung plötzlich dann Choke-mäßige aerodynamische Strömungsbedingungen auftreten. Diese Strömungsbedingungen bauen vor dem in freiem Flug befindlichen Geschoß eine normale Stoßwelle auf

⁷⁰⁰³ 509821/034 7

üben auf das Geschoß eine beträchtlich vergrößerte Druckwiderstandskraft aus. Diese vergrößerte Druckwiderstandskraft verringert schnell den Flugbereich bzw. die Reichweite des Geschoßes, was bedeutet, daß diese Kraft zur Begrenzung der Reichweite des Geschoßes verwendet wird.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das rohrförmige Geschoß nahe der hinteren Kante eine Lagerungsflache auf, die derart ausgebildet ist, daß sie eine Treibbasis in Form eines nicht rohrförmigen Geschoßes aufnimmt. Die beiden Geschoße werden nach dem Abschuß voneinander getrennt, und zwar aufgrund des in der mittigen Öffnung entwickelten großen Staudruckes.

Gemäß einer bevorzugten Ausfühfungsform des rohrförmigen Geschoßes weisen die vordere und die hintere Kante jeweils eine schneidenähnliche Kante auf, die den Scheitel eines querschnittlich (in radialem Schnitt zum rohrförmigen Körper gesehen) konisch geformten Ringteils begrenzt. Bei einigen Anwendungsfällen weist der Ringkeil einen Ihnenkeil auf, der die Luftströmung in die mittige Öffnung ablenkt, wo das Profil der Innenfläche und der Innenkeil negative und positive Strömungsfelder innerhalb dieser Öffnung erzeugen. Diese Strömungsfelder beeinflussen sich gegenseitig derart, daß.die auf das Geschoß im freien Flug ausgeübten Druckwiderstandskräfte verringert werden.

Bei einer weiteren erfindungs gemäßen Ausführungsform begrenzt der am vorderen Ende des rohrförmigen Körpers vorgesehene Ringkeil ein konvergierend ausgebildetes Einlaßteil der mittigen Öffnung, wobei der Keil und das Einlaßteil an einer aerodynamischen Unstetigkeitsstelle enden, die stromabwärts in bezug auf das vordere Ge* schoßende in einem Abstand angeordnet ist, der in der Größenordnung

7003 . 509821/0347

von etwa 1/4 - 1/2 der Länge des Geschoßes liegt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des. Geschoßes sind innerhalb der mittigen Öffnung zwei solcher aerodynamischer Unstetigkeitsstellen vorgesehen, die in axialer Richtung zum Geschoß im Abstaid voneinander abgeordnet sind und die Grenzen oder Enden · eines halskehlenartigen Einschnürungsäbschnitte mit konstanter Qnerschnittsflache bilden. Dieser Einschnürungsabschnitt wirkt sich bei einem vorbestimmten Größenbereich der Überschallgeschwindigkeiten des in freiem Flug befindlichen Geschoßes derart aus, daß in der mittigen Öffnung Choke-mäßige aerodynamische Stromungsbedingungen erzeugt werden. Dies baut eine von der vorderen Kante des Geschoßes losgelöste normale oder bogenförmige Stoßwelle auf und verleiht dem Geschoß weitgehend vergrößerte Druckwiderstandskräfte, so daß die Reichweite des Geschoßes verringert wird.

Die vorstehende Beschreibung bezog sich auf verschiedene Ausführungsformen, bei denen die vordere und die hintere Geschoßkante jeweils den Scheitel eines Ringkeiles begrenzen bzw. bilden, der die Form eines Ihnenkeils oder zusammengesetzten, d.h. Verbundkeils aufweisen kann. Das Profil dieser Keilformen ist in seiner Ausbildung normalerweise linear, jedoch kann bei Wunsch auch ein gekrümmtes Profil verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 im Längsschnitte eine einfache Ausführungsform eines rohrförmiges Geschoßes;

Fig. 2 im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform;

7003

509821/0347

Fig. 3 im Längsschnitt eine andere Ausführungsform;

Fig. 4 perspektvisch die Einzelteile einer bevorzugten Ausführungsform des Geschoßes in aus einander gezogener Stellung, d.h. vor dem zum Abschuß erfolgenden Zusammenbau;

Fig. 5 im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform;

Fig. 6, schematisch die theoretischen und praktischen Ausfüh-

o\ ' rungsformen eines rohrförmigen Geschoßes, wobei die

• Wirkungen der sich gegenseitig beeinflussenden StrömungSr feider innerhalb der mittigen Öffnung des Geschoßes ersichtlich sind;

Fig. 9 schematisch die Ausbildung der Überschallströmungsfelder um ein rohrförmiges Geschoß;

Fig. 10, schematisch die durch drei verschiedene Ausführungsformen erzeugten Stoßwellenausbildungen, die sich bei unterschiedlichen Mach-Zahlen, d.h. bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ergeben;

Fig. 13 im Diagramm die Beziehung zwischen dem Luftwiderstandsbeiwert und der Geschwindigkeit (Mach-Zahl) eines rohrförmigen Geschoßes im Vergleich zu einem konventionellen Geschoß;

Fig. 14 im Diagramm die Reichweitenerfprdernisse für konventionelle und rohrförmige Geschoße;

509821/0.3 47

Fig. 15 Schattenbilddarstellungen der Stoßwellenausbildung eines rohrförmigen Geschoßes gemäß der Erfindung, das sich mit unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten bewegt, wobei "Fig. 15 die nicht gechokte Überschallströmung zeigt, während aus Fig. 16 die Stoßwellen ausbildungen ersichtlich sind, die in Verbindung mit einer sich innerhalb des rohrförmigen Geschoßes ergebenden gechokten Strömung auftreten;

Fig. 17 schematisch jeweils in Seitenansicht die Wirkung des Berührens und Eindringens eines rohrförmigen Geschoßes in ein Ziel;

Fig. 18 im Diagramm das Ausmaß des Einschiagens rohrförmiger Geschoße gemäß der Erfindung und die sich hieraus ergebenden Fragmente sowie

Fig. 19 schematisch in Seitenansicht eine Darstellung zur Erläuterung, wie die Aufschlagdetonation eines Sprengstoffs mit einem rohrförmigen Geschoß gemäß der Erfindung bewirkt werden kann.

In der Zeichnung bedeutet:

STUP = Stabilized Tubular Projectile

= Stabilisiertes Rohrförmiges Geschoß

Bei der Aus Fig. 1 und 6 ersichtlichen Ausführungsform weist das dargestellte rohrförmige Geschoß 10 einen rohrförmigen Körperabschnitt 12 auf, dessen Außenfläche in diesem Fall allgemein zylindrisch gehalten ist. Der Körperabschnitt 12 endet an seinem einen

'5 09821/0347

Ende in einer Vorderkante 16 und an seinem anderen gegenüberliegenden Ende in einer Hinterkante 18. Ih Fig. 1 ist das rohrförmige Geschoß 10 im freien Flug von links nach rechts dargestellt. Die sich relativ zum Geschoß 10 ergebende Luftströmung verläuft daher in der entgegengesetzten Richtung, wie durch den Pfeil 20 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform bildet die vordere Geschoßkante 16 den Scheitel eines Ihnenkeils ■ 22. Dieser ist" ringförmig ausgebildet, und sein Querschnitt weist die Form eines Kegels auf, der sich von der vorderen Geschoßkante 16 aus längs gerade verlaufender Linien verjüngt. Die Innenfläche 24 verjüngt sich daher nach innen in Richtung auf die Mittelachse des Geschoßes 10 und endet an einem Einschnürungsabschnitt 26. Dieser begrenzt innerhalb einer mittigen Öffnung oder Ausnehmung 28 eine ebene Zone von minimaler Querschnitts fläche. Die Verbindung zwischen der Innenfläche 24 und dem Einschürungsabschnitt 26 stellt innerhalb der mittigen Öffnung 28 eine aerodynamische Unstetigkeitsstelle dar. Die mittige Öffnung 28 erstreckt sich in axialer Richtung, des Geschoßes 10 von dessen einem Ende bis zu dessen anderem Ende. Es können daher die Vorderkante 16 und die Hinterkante 18 als in Verbindung mit der mittigen Öffnung 28 stehender Einlaß, bzw. Auslaß angesehen werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 6 weist der rphrförmige Körperäbschnitt 12 stromabwärts in bezug auf den Einschnürungsabschnitt 26 ein Teil auf, das ebenfalls die Form eines Ihnenkeils 30 besitzt. Dieser Innenkeil 30 weist ebenfalls eine ringförmige Form auf und schließt eine Innenfläche 32 ein. Die Innenfläche 32 erstreckt sich vom Einschnürungsabschnitt 26 aus längs gerade verlaufender Linie und endet an einem durch die hintere Geschoßkante 18 gebildeten bzw. begrenzten Scheitel. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Ausbildung derart gehalten, daß sie spiegelbildlich symmetrisch zu einer Ebene ist, die parallel zu einer den Einschnürungsabschnitt

7003 509821/0 3A 7

enthaltenden Ebene liegt. Im einzelnen ergibt sich hierbei bei dieser Ausführungsform die spiegelbildliche Symmetrie zu einer mit dem Einschnürungsabschnitt 26 zusammenfallenden Ebene.

Die Vorderkante und die Hinterkante 16, 18 sind schneidenähnlich ausgebildet. Es ist daher der zwischen den Innenflächen 24 bzw. und der Außenfläche des Körperabschnitts 12 eingeschlossene Winkel klein. Für gegenwärtig zu erfüllende Zwecke beträgt dieser Winkel am Scheitel der Vorder- und Hinterkanterkeile weniger als etwa 15 , wobei er vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 5-10 liegt. Weiterhin muß das Verhältnis aus Wanddicke zu Außendurchmesser des rohrförmigen Körperabschnittes 12 klein sein. Hierdurch wird die stirnseitige Querschnittsfläche und die Ablenkung der Überschallströmung durch das Geschoß 10 minimiert. Dieses Verhältnis ist durch Strömungsbedingungen und durch die dynamische Längsstabilität des in freiem Flug befindlichen Geschoßes 10 begrenzt. Selbstverständlich kann die Querschnittsform des Ringkeiles, der die vorderen und hinteren Kanten 16, 18 des Geschoßes 10 bildet, in seinem Profil und seiner Ausbildung variieren. Es kann daher der Ringkeil am vorderen und/oder hinteren Ende 16 bzw. 18 des Geschoßes 10 die Form eines Doppelkeiles, eines zusammengesetzten Verbundkeiles, eines Innenkeiles oder von Abwandlungen hiervon aufweisen. Profil oder Ausbildung können außerdem, falls erwünscht, gekrümmte Linien aufweisen, und zwar in Abhängigkeit von der Anwendung und evtl. vorliegenden Abschußbehinderungen. Das hintere Ende 18 des Geschoßes 10 ist z.B. üblicherweise derart abgewandelt, daß es eine zum Abschuß erforderliche Treibbasis aufnehmen kann.

Nach dem Abschuß von einem Gewehr einer Abschußrampe oder dgl. bewegt sich das rohrförmige Geschoß 10 im Freiflug. Dieses Geschoß 10 soll normalerweise mit spezieller Geschwindigkeit und Mach-

7003 5 09821/0347

Zahl abgeschossen werden und eine gewünschte Flugbahn mit vorbestimmten Flugcharakteristiken erreichen. Die Ausbildung der Vorder- und Hinterkantenkeile, die zusammen mit den Innenflächen 24, 32 wirken, bestimmt die Art der Strömungsablenkung und der Stoßwellenreflektion, die sich innerhalb der mittigen Öffnung 28 ergibt. Das rohrförmige Geschoß 10 wird normalerweise, wie schon erwähnt, mit Übersdiallgeschwindigkeit abgeschossen. Es sind daher dem rohrförmigen Geschoß 10 Überschallströmungsfeider zugeordnet, die zwei unterschiedliche Ausbildungen besitzen können.

So kann in dem einen Fall das Strömungsfeld, wie aus Fig. 9, 10 und 15 ersichtlich, eine Schrägstoßwellenausbildung erzeugen, bei der der Vorderkante 16 eine Druckstoßwelle anliegt, hierauf ein Expansionsbereich folgt, dem sich eine mit der Hinterkante 18 verbundene Rekompressionsstoßwelle anschließt. Ein Überschallströmungsfeld, bei dem eine Schrägstoßwellenausbildung gebildet wird, .weist auf niedrige Widerstandskräfte hin. Weiterhin weist die starke Schrägstoßwelle, die mit der Hinterkante 18 des Geschoßes 10 verbunden ist, darauf hin, daß die aerodynamische Strömung innerhalb des rohrförmigen Geschoßes 10 eine Überschallströmung ist.

Im zweiten Fall kann das dem rohrförmigen Geschoß 10 zugeordnete Strömungsfeld eine starke Normalstoßwelle (oder Bogenwelle) aufweisen, die von der Vorderkante 16 des rohrförmigen Geschoßes gelöst ist. In Fig. 16 ist solch eine Bogenwelle 17 dargestellt, wobei solche Bogenwellen auch schematisch aus einigen der Strömungsfeldbildern gemäß Fig. 11 und 12 ersichtlich sind. Die Anwesenheit einer von der Vorderkante 16 losgelösten starken Normälstoßwelle weist darauf hin, daß innerhalb des betreffenden Geschoßes Chokemäßige Strömungsbedingungen existieren. Diese suchenden Eindruck zu vermitteln, daß das Geschoß ein Vollzylinder ist und vermitteln

.509821/0 347

dem Geschoß in jedem Fall große Widerstandskräfte.

Das Choke-Phänomen des rohrförmigen Geschoßes 10 wurde in Windkanalversuchen nachgewiesen, und zwar unter Anwendung von 105 mm-Modellen und Techniken zur Sichtbarmachung der Strömung. Diese Versuche wurden bei Mach-Zahlen von 1,8 , 2,25 , 3,0 und 4,25, bei Anstellwinkeln zwischen 2° - + 18° und bei Flug-Reynolds-Zahlen, soweit möglich, durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind aus den Strömungsbildern gemäß Fig. 10, 11 und 12 ersichtlich. Im einzelnen ist hieraus zu entnehmen, daß das rohrförmige Geschoß 10 mit einem Außenkeil an der Vorderkante nicht gechokt war und daher bei den vier untersuchten Mach-Zahlen niedrige Widerstandswerte entwickelte. Das rohrförmige Geschoß 10 mit einem Kombinations- bzw. Verbundkeil an der Vorderkante war bei den Mach-Zahlen 1,8 und 2,25 gechokt und entwickelte hohe Widerstandskräfte, war jedoch bei den Mach-Zahlen 3,0 und 4,25 nicht gechokt, was bedeutet, daß innerhalb des rohrförmigen Geschoßes eine Überschallströmung vorlag. Das rohrförmige Geschoß 10 mit einem Ihnenkeil an der Vorderkante war bei sämtlichen untersuchten Mach-Zahlen gechokt.. Wenn der Anstellwinkel geändert wurde, zeigte sich, daß das rohrförmige Geschoß bei Anstellwinkeln bis zu 18 teilweise ungechokt wurde. Das Geschoß 10 mit dem Außenkeil an der Vorderkante wurde bei Änderungen des Anstellwinkels nicht gechokt, d.h. änderte seinen ungechokten Zustand nicht.

Hieraus wird deutlich, daß die Widerstandskräfte, die auf eine rohrförmiges Geschoß wirken, mit dem Profil der Keile an der Vorderkante und Hinterkante sowie mit der Innenfläche der mittigen Öffnung 28 zusammenhängen. Zusätzlich zu der Schärfe oder Stumpfheit der Vorderkante und Hinterkante sind auch das Verhältnis aus Wanddicke zu Durchmesser, das Schlankheitsverhältnis bzw. der Schlankeitsgrad

509821 /0347

und das Kaliber Faktoren, welche die Widerstandskräfte beeinflussen. Der Gesamtluftwiderstand des Geschoßes 10 bei einem Anstellwinkel von O⁰ setzt sich aus dem Druckwiderstand, dem Basiswiderstand und dem Mantelreibungswiderstand zusammen. Der Druckwiderstand beruht auf dem Vorhandensein und der Form der durch das Geschoß erzeugten Stoßwellen. Demgegenüber hängt der Basiswiderstand von den Basisflugbedingungen, der Geometrie und der Dicke der Hinter-

kante ab. Der Mantelreibungswiderstand steht im Zusammenhang mit der Reynolds-Zahl und der benetzten Fläche. Der Mantelreibungswiderstand beispielsweise eines rohrförmigen Geschoßes ist fast doppelt so hoch wie derjenige eines konventionellen Vollkerngeschoßes, und zwar aufgrund der zusätzlichen Innenfläche, die der Strömung des Mediums ausgesetzt ist, durch das sich das Geschoß bewegt. Dieses Medium ist normalerweise gasförmig, kann jedoch in einigen Fällen, wie beispielsweise bei Wasser, auch flüssig sein. Der letztgenannte Fall liegt dann vor, wenn das Geschoß die Form eines von einem Schiff abzuschießenden Torpedos oder dgl. aufweist. Um die Ausbildung eines rohrförmigen Geschoßes im Hinblick auf einen minimalen aerodynamischen Luftwiderstand zu optimieren, schreibt die entsprechende Theorie vor, daß die Strömungsablenkung gering sein muß, d.h. daß der vom Vorderkantenkeil eingeschlossene Winkel klein sein muß. Weiterhin soll die Strömungsausbildung mit dem Geschoß verbundene Schrägstoßwellen enthalten, die Hinterkantendicke sollte sich dem Wert Null nähern und der Schlankheitsgrad sowie das Wanddickenverhältnis sollen einem solchen entsprechen, das eine optimale Balistik gewährleistet.

Zur Erläuterung einiger Hintergründe wird im folgenden insbesondere auf Fig. 6 und 9 Bezug genommen. Wie schon erläutert, bestimmt die Ausbildung der Vorder- und Hinterkantenkeile, die in Verbindung mit dem Profil der Innenflächen 24, 32 der mittigen Öffnung 28 wir-

7003 5 0 9821/0347

ken, die Art der Strömungsablenkung und der Stoßwellenreflektion, . die sich in dieser mittigen Öffnung 28 ergibt. Ein kleiner Winkel zwischen der Außenfläche 14 des Gesehoßes 10 und der Innenfläche 24 ergibt ein scharf begrenztes Muster der Strömungsablenkung. Es wird daher durch die Vorderkante 16 eine Druckstoßwelle 36 erzeugt. Wie aus Fig. 9 und 15 ersichtlich, entwickelt diese Druckstoßwelle 36 über einen sehr kurzen Abstand hinweg, einen Druckunterschied und ist außerordentlich gut abgegrenzt. Die Maßnahme, eine scharf oder genau begrenzte aerodynamische Unstetigkeitsstelle, beispielsweise bei 26, vorzusehen, ist von Bedeutung, um die gewünschte gegenseitige Beeinflussung zwischen den Strömungsfeldern und den diesen zugeordneten Druckkräften innerhalb der mittigen Öffnung 28 zu erzielen.

Um den Druckwiderstand am rohrförmigen Geschoß 10 zu verringern, muß die Unstetigkeitsstelle 26 derart angeordnet und ausgebildet sein, daß sie die Stoßwelle 36 in der aus Fig. 1 und 6 ersichtlichen Weise reflektiert, und zwar mittels der stromabwärts gelegenen Fortsetzung 36' dieser Druckstoßwelle 36. Der sich quer zur Druckstoßwelle 36 ergebende Druckunterschied wirkt auf den rohrförmigen Körper 12. Hierdurch werden auf den Körper 12 radial nach außen gerichtete Kräfte ausgeübt. Diese heben sich jedoch deswegen selbst auf, weil sie paarweise diametral einander gegenüberliegend ausgebildet sind. Der sich quer zur Druckwelle 36 ergebende Druckunterschied weist auch axial gerichtete Komponenten auf. Diese Axialkomponenten üben auf das Geschoß eine Verzögerungskraft aus, und zwar aufgrund des Umstandes, daß die Innenfläche 24 eine Neigung gegenüber der Mittelachse des Geschoßes 10' besitzt. Diese axialen Kraftkomponenten sind nach rückwärts gerichtet, und die hierdurch erzeugte Verzögerungskraft sucht das Geschoß zu verlangsamen.

7003 509821/0347

Ih der stromabwärts gelegenen Hälfte des Geschoßes 10 besitzt die reflektierte Druckstoßwelle 36' ebenfalls einen quer zu ihr verlaufenden Druckunterschied. Hier übt jedoch der Druckunterschied Kraftkomponenten aus, die sowohl axial zum rohrförmigen Körper 12 verlaufen als auch radial nach außen gerichtet sind. Wie beim zuvor geschilderten Fall heben sich die radial nach außen gerichteten Kraftkomponenten selbst auf, da sie paarweise einander gegenüberliegend vorliegen. Die Axialkomponenten werden jedoch in nach vorwräts gerichteter Richtung auf das rohrförmige Geschoß 10 ausgeübt, und zwar aufgrund des Umstandes, daß die Innenfläche 32 in dem stromabwärts gelegenen Teil des Geschoßes 10 geneigt verläuft. Aus Fig. 1 und 6 sind die Ablenkung und Reflektion der Druckstoßwellen im Idealfall ersichtlich. Wenn daher die Innenflächen 24, 32 gegenüber der Mittelachse des Gesehoßes 10 in' einander entgegengesetzten Richtungen in gleicher Weise geneigt sind und die Druckstoßwelle 36 zu 100 % abgelenkt und reflektiert wird, heben .sich die axial gerichteten Druckkomponenten sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts in bezug auf die Unstetigkeitsstelle 26 selbst auf, wie aus Fig. 7 ersichtlich. Bei diesen idealen Strömungsbedingungen existiert, wie auch aus Fig. 1 und 6 ersichtlich, ein Überschallströmungsfeld, das außerhalb der Umrandung des Geschoßes keinerlei Stoßwellen aufweist.

Es ist selbstverständlich schwierig, eine vollständige Aufhebung der Verzögerungskräfte zu erreichen, um den Druckwiderstand und den Basiswiderstand weitgehend zu Null zu machen. Wie schon erwähnt, ist dies lediglich bei einem idealen Strömungsfeld möglich. Ih der Praxis treten noch Wechselwirkungen mit der. Grenzschicht auf, da sich Auswirkungen aus dem Anstellwinkel des Geschoßes, der Steigerung oder Verringerung der Mach-Zahlen (d.h. der Geschwindigkeit des Geschoßes) oder Auswirkungen aufgrund der tatsächlichen Geo-

⁷⁰⁰³ 509 8 21/0347 ·

metrie eines speziellen Geschoßes und der jeweiligen Anordnungen bzw. Vorrichtungen zum Abschießen dieses Geschoßes ergeben.

Trotz dieser Koplikationen können jedoch in der Praxis immer noch weitgehende Verringerungen des Ausmaßes des auf das Geschoß ausgeübten Luftwiderstandes erzfeit werden. Selbst wenn daher die Druckstoßwellen 36 an der Unstetigkeitsstelle 26 nicht zu 100 % reflektiert werden, ergibt sich tatsächlich noch stromabwärts in bezug auf diese Unstetigkeitsstelle 26 eine angemessene Druckausbeute, die für beträchtliche Verringerungen der Druckwiderstandskräfte sorgt. So haben Versuche, die mit gemäß Fig. 1 und 6 ausgebildeten Geschoßprototypen durchgeführt wurden, tatsächlich eine Verringerung des Luftwiderstandes um bis zu 30 % gezeigt, was auch für eine Verringerung der auf das Geschoß ausgeübten Druck- -kräfte kennzeichnend ist. Ein verringerter Luftwiderstand hat eine höhere Geschoßleistung am Ziel sowie eine kürzere Flugzeit zur Folge. Hierbei sei auf die vergleichende Gegenüberstellung zwischen Fig. 6, 7 einerseits und Fig. 8, 8A andererseits verwiesen, woraus sich schematisch sowohl für den Idealfall als auch für den praktischen Fall die Ablenkung der Strömung und die Reflektion der Stoßwellen als auch die Natur der auf das im Freiflug befindliche Geschoß wirkenden Druckkräfte ergibt.

So ist aus Fig. 6 die Situation im Idealfall ersichtlich. Die axial gerichteten Kraftkomponenten entwickeln daher sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts in bezug auf die aerodynamische Unstetigkeitsstelle 26 zu 100 % reflektierte Stoßwellen und zeigen im stromabwärts gelegenen Teil des Geschoßes 10 eine 100%ige Druckausbeute. Die axial gerichteten Druckkräfte sind gleich groß, wirken jedoch aufgrund der entsprechenden Neigung der Innenflächen 24 und 32 in einander entgegengesetzten Richtungen. Aus Fig. 8 sind demgegen-

⁷⁰⁰³ 509821/0347

über die Bedingungen des praktischen Anwendungsfalls ersichtlich, wenn sich stromabwärts in bezug auf die Unstetigkeitsstelle eine unvollständige Druckausbeute ergibt. Dies hat eine unvollständige gegenseitige Aufhebung der auf das Geschoß wirkenden axial gerichteten Druckkräfte zur Folge, so daß das Geschoß demgemäß durch die Axialkomponenten der Druckkräfte verzögert wird.

Im folgenden werden einige Ausführungsformen beschrieben, die das rohrförmige Geschoß gemäß der Erfindung in der Praxis tatsächlich annehmen kann. Bei der aus Fig. 2' ersichtlichen, in der Praxis verwirklichbaren Ausführungsform weist das rohrförmige Geschoß 50 einen rohrförmigen Körper 52 auf, der eine querschnittlich kreisrunde Form besitzt und eine Außenfläche 54 aufweist. Der rohrförmige Körper 52 besitzt als einstückig hiermit verbundene Teile einen Einlaßabschnitt 56, einen Einschnürungsabschnitt 58 und einen Auslaßabschnitt 60. Diese Abschnitte 56, 58, 60 sind miteinander verbunden, sind rohrförmig ausgestaltet, weisen einen kreisrunden Querschnitt auf und begrenzen eine mittige Öffnung 62. Diese Öffnung 62 erstreckt sich in Längsrichtung sowie axial vom einen Ende des Geschoßes 50 zum anderen gegenüberliegenden Ende. Der Pfeil 64 gibt die Strömungsrichtung oder die Bewegung des Fluids auf das Geschoß 50 an, wenn sich letzteres im Freiflug befindet.

Der Einlaßabschnitt 56 ist als ringförmiger Kombinations- oder Verbundkeil ausgebildet, dessen Scheitel eine Vorderkante 66 bildet. bzw. bgrenzt. Die Innenfläche 68 und die Außenfläche 69 dieses Keils sind in bezug auf die Achse des Geschoßes 50 geneigt. Hierbei müssen die Neigungswinkel der Innen- und Außenfläche 68, 69 in bezug auf die Mittelachse des Geschoßes 50 nicht übereinstimmen. Der Neigungswinkel jeder Fläche 68, 69 ist jedoch aus den gleichen, zuvor in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 6

⁷⁰⁰³ 509821/0347

erläuterten Gründen vorzugsweise kleiner als etwa 15 . Dies bedeutet, daß der zwischen den Flächen 68, 69 des Vorderkantenverbundkeils eingeschlossene Winkel insgesamt kleiner als etwa 30 , vorzugsweise jedoch kleiner als etwa 15 ist. Die Innenfläche 68 des Einlaßabschnittes 56 begrenzt einen konvergierenden Einlaß, dessen Querschnittsfläche sich von der Vorderkante 66 in Richtung der Strömung 64 gleichförmig verkleinert. Diese Innenfläche 68 verläuft in bezug auf das Geschoß 50 radial nach innen konvergierend bis sie auf das stromaufwärts gelegene Ende des Einschnürungsabschnittes trifft. Dieser erstreckt sich über eine Strecke, die etwa 25 - 50 % der Gesamtlänge des Geschoßes 50 entspricht. Die Querschnittsfläche der mittigen Öffnung 62 verbleibt über der gesamten Länge der Öffnung 62 weitgehend konstant. Im vorliegenden Fall verläuft die Innenwand des Einschnürungsabschnittes 58 parallel zur Mittelachse des Geschoßes 50.

Der hintere Auslaßabschnitt 60 ist ebenfalls als ringförmiger Verbundkeil ausgestaltet. Die Basis dieses Verbundkeiles trifft hierbei auf das stromabwärts gelegene Ende des Einschnürungsabschnittes 58. Der Hinterkantenverbundkeil weist eine Innenfläche 71 auf, die sich vom stromabwärts gelegenen Ende des Einschnürungsabschnittes 58 aus kegelförmig nach außen bis zu einem Scheitel erweitert, der eine Hinterkante 70 begrenzt bzw. bildet. Das stromaufwärts und das stromabwärts gelegene Ende des Einsclinürungsabschnittes 58 bilden innerhalb der mittigen Öffnung 62 aerodynamische Unstetigkeitsstellen, die in axialem Abstand voneinander angeordnet sind.

Die Innenfläche 71 des Hinterkantenverbundkeils weist eine diametral nach außen gerichtete Schulter oder Stufe 72 auf, die stromabwärts gerichtet ist. Diese Stufe 72 kann eine gestrichelt gezeichnete Treibbasis 74 aufnehmen und lösbar halten. Die Treibbasis 74 hält die im

7003

509821 /0347

Abschußrohr enthaltenen Druckgase abgedichtet zurück und überträgt auf das Geschoß 50 diejenigen Kräfte, die zum Abschuß des Geschoßes 50 erforderlich sind. Die Treibbasis 74 ist normalerweise unmittelbar nach dem Abschuß vom Geschoß 50 abtrennbar. Die Abtrennung wird aufgrund von beträchtlichen Staudruckkräften bewirkt, die innerhalb der mittigen Öffnung 62 des im Flug befindlichen Gescboßes 50 vorliegen.

Bis auf die diametral verbreitete Stufe 52 sind die stromaufwärts und die stromabwärts gelegenen Teile des Geschoßes 50 im allgemeinen spiegelbildlich symmetrisch zueinander ausgebildet. Diese Symmetrie bezieht sich auf eine Ebene, die senkrecht zur Mittelachse des Geschoßes 50 verläuft und in der Mitte der Geschoßlänge liegt. In ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 6 ist die Basis des Vorderkantenkeils und des Hinterkantenkeils jeweils in derselben Ebene wie die aerodynamische Unstetigkeitsstelle an den beiden Enden des Einschnürungsabschnittes' angeordnet. Es verläuft daher die Ebene, die jeweils die aerodynamische Unstetigkeitsstelle in der mittigen Öffnung 62 enthält, parallel zu der vorerwähnten Symmetriebene. Wie. aus Fig. 6, 7, 8 und 8A ersichtlich, ist diese Symmetrie zum Erzielen der vorerwähnten Druckausbeute von Vorteil.

Das Profil und die Ausbildung der Innenflächen der Vorder- und Hinterkantenkeile sowie des Einschnürungsabschnittes 58 sind von besonderer Bedeutung bei der Bestimmung, ob sich bei den auf das Geschoß 50 einwirkenden Widerstandskräften eine Steigerung oder Minderung ergibt. Es muß daher, wie schon erläutert, das Verhältnis aus Wanddicke zu Durchmesser des Geschoßes klein sein, um die Stirnfläche und die Strömungsablenkung zu minimieren,¹ die sich aufgrund der Uberschallströmung des Mediums ergibt, durch welches

509821/0347

das Geschoß fliegt. Das Wanddicken-Durchmesserverhältnis hängt selbstverständlich vom Durchmesser des Einschnürungsabschnittes 58 ab. Weiterhin begrenzen auch steuerbare Strömungsbedingungen innerhalb der mittigen Öffnung 62 zusammen mit der dynamischen Längsstabilität des Geschoßes 50 das Längen-Durchmesserverhältnis (d.h. den Schlankheitsgrad) des Geschoßes 50. So ist es beispielsweise erforderlich, daß die mittige Öffnung 62 einen Durchmesser und eine Querschnittsfläche aufweist, die ausreichend groß sind, um es zu ermöglichen, daß die anfänglich gebildete losgelöste Bogenwelle in eine mit der Vorderkante verbundene Schrägstoßwelle umgewandelt wird, so daß sich hierdurch nach der Abtrennung der Treibbasis vom Geschoß eine Überschallströmung durch die mittige Öffnung hindurch ergibt.

Wie schon erläutert, wird durch die Erfindung die Steuerung bzw. Beeinflussung der Flugbahn und der Flugreichweite des Geschoßes geschaffen. Mit der vorstehenden Beschreibung wurde erläutert, wie Luftwiderstandskräfte verkleinert werden können, um hohe Geschoßgeschwindigkeiten beizubehalten und die Flugzeit des Geschoßes zu verringern. Gemäß der Erfindung ist es jedoch außerdem möglich, die auf ein rohrförmiges Geschoß einwirkenden Widerstandskräfte beträchtlich und plötzlich zu steigern. Es ist daher möglich, die Gestaltung eines rohrförmigen Geschoßes derart vorzusehen, daß sich für eine vorgewählte Reichweite ein minimaler Luftwiderstand ergibt. Diesem Zustand folgt bei einem vorbestimmten Schwellwert oder einer kritischen Geschwindigkeit (und Mach-Zahl) ein natürlicher Übergang zu Choke-Strömungsbedingungen,. die auf das Geschoß sehr hohe Widerstandskräfte ausüben und demgemäß dessen Flugweite begrenzen.

⁷⁰⁰³ 509821/0347

Wie beispielsweise aus Fig. 14 ersichtlich, überschreitet die tatsächliche Flugreichweite sowohl konventioneller Gesehoße als auch des rohrförmigen Geschoßes bei weitem diejenige Reichweite, die häufig als zweckmäßige .Maximalreichweite angesehen wird. Die Abschußgeschwindigkeit und die Ausbildung der Vorderkante sowie der Innenfläche der mittigen Öffnung des erfindungs gern äßen Geschoßes können vorgewählt werden. Auf diese Weise hat sich gezeigt, daß das rohrförmige Geschoß gemäß der Erfindung aufgrund der Anwesenheit dieser Widerstandskräfte, die sich aus derjenigen Druckausbeute gibt, die in vermeidbarer Weise in der Praxis unvollständig ist, derart ausgebildet werden kann, daß es sich innerhalb einer vorbestimm-, ten Reichweite auf einen Schwellwert oder auf eine kritische Geschwindigkeit und Mach-Zahl verlangsamt. Wie aus Fig.\ 13 ersichtlich, ist daher bei dieser kritischen Mach-Zahl die Überschall strömung, die zuvor innerhalb der mittigen Öffnung vorgelegen hat, zu einer gechokten Strömung geworden. Eine gechokte Strömung baut vor dem Geschoß eine hiervon gelöste Normalstoßwelle auf und übt auf das Geschoß beträchtlich vergrößerte Luftwiderstandskräfte aus, Der Übergang von den kleinen Widerstandskräften zu den beträchtlich vergrößerten Widerstandskräften erfolgt plötzlich. Der Schwellwert oder die kritische Mach-Zahl, bei der sich dieser Übergang von der Überschallströmung zur gechokten Strömung ergibt, kann berechnet werden. Die Theorie zur Bestimmung dieser kritischen Mach-Zahl ist jedoch nicht Bestandteil der Erfindung, weswegen sie hier nicht erläutert wird. ,

Durch diese steuerbare Änderung der Luftwiderstandskärfte, die auf ein im Flug befindliches rohrförmiges Geschoß ausgeübt werden, läßt sich die Anwendbarkeit vieler Geschoße in großem Umfang steigern. So kann es in Verbindung mit einem Geschoß der Praxis beispielsweise wünschenswert oder sogar erforderlich sein, die Reich-

509821/0347

weite einzuschränken. Dies ist häufig der Fall, da Geschoße, die von modernen Waffen abgeschossen werden, eine wirksame Reichweite bis zu 3000 m aufweisen können. Im Gegensatz hierzu steht jedoch der Umstand, daß entsprechend den Geschwindigkeiten, mit denen solche Projektile abgeschossen werden, die maximale Reichweite bis zu dem hohen Wert von 20.000 m reichen kann. Für dieses Dilemma wird durch die Erfindung eine ausgezeichnete Lösung gezeigt. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, daß mit dem rohrförmigen Geschoß gemäß der Erfindung wirksam und ständig jeglicher unerwünschte Abpraller bzw. Querschläger des Geschoßes jenseits des Zieles minimiert wird.

Bei den Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 ist ein rohrförmiges Geschoß 80 vorgesehen, das einen durch einen Körperäbschnitte gebildeten kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der Körperabschnitt 82 besitzt als einstückig miteinander verbundene Teile einen Vorderkantenkeil 84 und einen Hinterkantenkeil 86. Diese Keile 84, 86 sind als Kombinations- bzw. Verbundkeile ausgebildet und jeweils ringförmig ausgestaltet, so daß sie einen Einlaß sowie einen Auslaß für eine mittige Öffnung 88 begrenzen. Weiterhin besitzt der Vorderkantenkeil 84 eine Innenfläche 90, die sich stromabwärts radial nach innen verjüngt und an einem stromaufwärts gelegenen Ende eines Schnürungsabschnittes 92 endet. Die hülsenförmige Wand des Körperabschnittes 82 ist dünn, so daß das Wanddicken-Durchmesserverhältnis des Geschoßes 80 entsprechend klein ist. Der Vorderkantenkeil 84 besitzt einen Scheitel, der eine Vorderkante 94 begrenzt bzw. bildet. Der Vorderkantenkeil 84 weist die Form eines Verbundkeils auf, dessen Außenfläche sich von der Vorderkante 94 aus bis zur Außenfläche des Körperabschnittes 82 radial nach außen kegelförmig verdicht. Die Außenfläche dieses Verbundkeiles 84 kann lösbar ein Reiterband 96 tragen, das vorzugsweise aus einem polymeren Ma-

509821/0 3 47

terial gefertigt ist. Dieses Reiterband 96 ist im Geschoß 80 vor dem Abschießen aufsetzbar und dient zur Führung des Geschoßes im Absehußrohr oder -lauf. Beim oder nach dem Abschießen ist das Reiterband 96 vom Geschoß 80 abtrennbar, und zwar entweder aufgrund der aerodynamischen Widerstandskräfte und/oder aufgrund einer Zerstörung unter der Wirkung von Zentrifugalkräften, die diesem aufgrund der Drallbewegung des Geschoßes 80 erteilt werden. Die Drallbewegung des Geschoßes 80 wird im folgenden noch näher erläutert.

Der Hinterkantenkeil 86 weist ebenfalls die Form eines Verbundkeiles auf, dessen Scheitel eine Hinterkante 98 begrenzt bzw. bildet. Die Innenfläche des Hinterkantenkeils 86 ist diametral nach außen verbreitert, um einen Lagersitz 100 zu schaffen. Dieser Lagersitz 100 kann lösbar eine Treibbasis 102 lagern, die dazu dient, den Gasdruck innerhalb des Abschußrohres in eine Antriebskraft zur Abschußbeschleunigung der Geschoßanordnung umzuwandeln. Um die Wirksamkeit dieser Energieumwandlung zu maximieren, ist üblicherr weise eine Dichtung 104 vorgesehen, die dem Umfang der Treibbasis 102 anlegbar ist.

Um das rohrförmige Geschoß 80 während des Freifluges zu stabilisieren, · ist es zweckmäßig, diesem Geschoß 80 einen Drall zu erteilen.. Dieser Drall wird durch ein Treibband 106 übertragen, das über Teilen der Treibbasis 102 und der Außenfläche. des Hinterkantenteils 86 liegt. Das Treibband 106 ist üblicherweise aus einem Material gefertigt, das weicher ist als dasjenige des Abschußlaufs oder -rohres. Es kommen daher Züge oder Felder (Nuten oder Stege), die an der Innenseite des Abschußlaufes vorgesehen sind, wirksam in Eingriff mit dem Außenumfang des Treibbandes 106. Die Vorwärtsbewegung der Geschoßanordnung durch den Abschußlauf ist da-

509821/0347 ,

her durch eine Roatation begleitet, die sich aufgrund des im Eingriff mit diesen Feldern oder Zügen stehenden Treibbandes 106 ergibt. Dies ist jedoch in der Geschoßtechnik bekannt und wird deswegen nicht näher erläutert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines rohrförmigen Geschoßes wird jedoch der Drall, der einem drallstabilisierten Geschoß eigen ist, in vorteilhafter Weise ausgenutzt. Dieser Drall wird verwendet, um ein Abprallen des erfindungs gemäßen rohrförmigen Geschoßes jenseits des gewünschten Zieles zu verhindern. Durch eine entsprechende Anordnung von Zügen im Abschußlauf oder -rohr wird daher das rohrförmige Geschoß 80 mit einer Drallgeschwindigkeit in der Größenordnung von 500 - 1000 U/s (30.000 - 60.000 U/min.), vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 750 U/s abgeschossen. Drallgeschwindigkeiten in dieser Größe erzeugen entsprechende Beanspruchungen bzw. Belastungen im hülsenförmigen

Körper abschnitt 82, die in der Größenordnung von 4220 - 4570 kp/cm liegen. Selbstverständlich wird das erfindungsgemäße Geschoß 80, das drallstabilisiert sein soll, aus einem sorgfältig ausgewählten Material hergestellt, so daß die Belastbarkeit bzw. Streckgrenze dieses Materials über denjenigen Belastungen liegt, die durch diese hohen Drallgeschwindigkeiten erzeugt werden. Erfolgreich untersuchte Prototypen des rohrförmigen Geschoßes 80 wurden aus AISI 4340-Stahl, einem vergüteten Legierungsstahl, hergestellt. Eine weitere geeignete Stahlart, die aufgrund ihrer geringeren Kosten bevorzugt wird, ist AISI 1018-Stahl. Der letz genannte ist ein unlegierter hartgezogener Kohlenstoffstahl mit einer Streckgrenze in der Größenordnung von 4570 - 4920 kp/cm . Die Streckgrenze des Materials, aus dem das rohrförmige Geschoß 80 gefertigt wird, überschreitet daher um einen geringen Betrag die berechenbaren Belastungen, die auf die Oberfläche des mit einer vorbestimmten Drallgeschwindigkeit abge-

509821/0 347

schossenen rohrförmigen Geschoßes ausgeübt werden.

Wenn solch ein mit einer Drallbewegung versehenes rohrförmiges Geschoß auf ein Ziel oder einen anderen Gegenstand im Zielbereich auftrifft, werden aufgrund des Aufpralls zusätzliche Belastungen und Kräfte auf das Geschoß ausgeübt. Das mit einer Drallbewegung versehene Geschoß weist normalerweise eine hohe Auftreff geschwindigkeit auf, weswegen die durch den Aufprall erzeugte zusätzliche Belastung eine Zerstörung des rohrförmigen Geschoßes bewirkt. Diese Zerstörung ergibt sich aufgrund einer Überbeanspruchung des Materials, aus dem das Geschoß gefertigt wird. Es zersplittert daher der Körperabschnitt 82 des rohrförmigen Geschoßes 80, wobei diese Splitter derart verteilt werden, daß sie ein Aufbrechen des Geschoßes in einer Weise bewirken, die dem Schälen einer Banane nicht unähnlich ist. Wenn der Körper abschnitt 82 in dieser Weise aufbricht, wird auf die sich ergebenden Fragmente ein in starkem Ausmaß vergrößerter aerodynamischer Luftwiderstand ausgeübt. Demgemäß verlangsamen sich die Fragmente äußerst schnell, so daß jegliche Neigung für eine sich in übergroßem Ausmaß ergebende Querschläger- oder Abprallwirkung jensefe der Zielfläche entscheidend verringert und gegebenenfalls sogar vollständig beseitigt wird. Von noch größerer Bedeutung ist, daß sich durch Anwendung dieser Technik eine ständige Zuverlässigkeit hinsichtlich der Steuerung unerwünschter Querschläger bzw. Abpraller jenseits der Zielfläche erreichen läßt.

Bei der aus Fig. 3 ersichtlichen weiteren abgewandelten Ausführungsform entspricht das dargestellte rohrförmige Geschoß 110 grundsätzlich denjenigen gemäß Fig. 2, 4 und 5. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der Hinterkantenkeil jedoch derart ausgebildet, daß er eine Treibbasis 112 in der Form eines konventionellen,

5 0 9 8 21/0347

nicht rohrförmigen Geschoßes lagern bzw. tragen kann. Diese Treibbasis 112 ist derart ausgebildet, daß sie an ihrem Umfang eine radial verlaufende Schulter 114 aufweist. Die. Schulter 114 stützt sich daher an der Schulter oder dem Lagersitz 100 gemäß Fig. 5 ab. Obwohl in Fig. 3 nicht dargestellt, lagert der am Geschoß 110 vorgesehene Hinterkantenteil üblicherweise lösbar wenigstens ein nicht dargestelltes Treibband sowie vorzugsweise eine Dichtungsscheibe. Dieses Treibband und diese Dichtungsscheibe funktionieren in der gleichen Weise wie im Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben. Wenn das rohrförmige Geschoß 110 abgeschossen ist, was üblicherweise mit Überschallgeschwindigkeit erfolgt, erzeugt dieses Geschoß 110 genau vor seiner Vorderkante eine normale Stoßwelle. Das hat zur Folge, daß innerhalb der mittigen Öffnung dieses rohrförmigen Geschoßes 110 hohe Staudrücke aufgebaut werden. Diese Staudrücke bewirken das Abtrennen der Treibbasis 112. Da die auf das konventionelle Geschoß, d.h. auf die Treibbasis 112 ausgeübten Luftwiderstandskräfte größer sind als die auf das rohrförmige Geschoß 110 ausgeübten Widerstandskräfte, folgt jedes Geschoß seiner eigenen Flugbahn. Es können daher die voneinander trennbaren Geschoße 110, 112 derart ausgebildet werden, daß sie Sprengstoff, Brandmittel öder andere solcher Materialien zur Trennung von Zielflächen tragen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sei nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 17, 17A, 18 und 19 beschrieben. Hierbei ist in Fig. 17 schematisch ein rohrförmiges Geschoß 130 der beschriebenen Art im Augenblick des Aufpralls auf ein Ziel 132 dargestellt. Aus Fig. 17 ergibt sich, daß der rohrförmige Körper beim Aufprall innerhalb des Ziels 132 eine Reihe von Druckwellen erzeugt. Da der Aufprall an einer ringförmigen Fläche stattfindet, breiten sich die Druckwellen 134 vom Berührungspunkt des rohrförmigen Geschoßes

5098 2 1/0347

mit dem Ziel 132 radial nach außen aus. Der Ausgangspunkt bzw. Fokus der Druckwellen 134 fällt daher mit der Mittelachse des rohrförmigen Geschoßes 130 zusammen. Bei fortschreitendem Eindringen in das Ziel 132 wird daher, wie aus Fig. 17A ersichtlich, ein Pfropfen hieraus ausgeschnitten bzw. ausgeworfen, der innerhalb des rohrförmigen Geschoßes 130 aufgenommen wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die Druckwellen 134 von derjenigen Fläche des Zieles 132 reflektiert worden, die der Zielfläche gegenüberliegt, an der sich die anfängliche Berührung mit dem Geschoß 130 ergab. Diese reflektierten Flächen 136 setzen das Material des Ziels 132 in Spannung, wie aus Fig„ 17A ersichtlich. Aufgrund der von den Druckwellen 134 ausgeübten Wirkungen ergibt sich ein Aufspalten des Ziels 132 an dessen Rückfläche. Unter der Voraussetzung, daß das rohrförmige Geschoß 130 eine ausreichend hohe Energie zum vollständigen Durchschlagen des Zieles 132 aufweist, wird ein großer Materialpfropfen 138 nach rückwärts aus dem Ziel 132 herausgeschleudert.

In Fig. 18 ist schematisch das Ausmaß des Eindringens eines Geschoßes in ein Ziel dargestellt, das aus einer Reihe von gesonderten Glas epoxy-Aliminium- und Stahlplatten gefertigt ist. Diese sind in der im oberen Teil aus Fig. 18 ersichtlichen Weise relativ zueinander angeordnet. Wie aus Fig. 18 ersichtlich, durchdringt entweder das rohrförmige Geschoß selbst oder durch dieses erzeugte Splitter verschiedene Schichten dieses Zieles. Das Ausmaß des Eindringens bzw. Durchdringes variiert gemäß der Aufprallgeschwindigkeit und hängt vom Durchmesser, der Dichte und daher auch von der Masse des Geschoßes ab.

In Fig. 19 ist schematisch dargestellt, wie ein rohrförmiges Geschoß 150 auf eine Explosivladung 152 auftrifft. Da die Explosiv- . ladung 152 relativ inkompressibel ist, erzeugt der Aufprall des

509821/0347

rohrförmigen Geschoßes 150 auf diese Ladung 152 eine Reihe von Druckwellen 154. Diese Druckwellen 154 erzeugen aus Gründen, die hier nicht näher erläutert werden müssen, eine örtliche Steigerung des Drucks und der Temperatur. Aus den gleichen, schon im Zusammenhang mit Fig. 17 erläuterten Gründen ist außerdem ein Konzentrationsbereich ergeben, der sich im allgemeinen koaxial zum Geschoß 150 innerhalb der Explosivladung 152 erstreckt und an dem die Druckwellen 154 ihren Ausgangspunkt haben bzw.- konzentriert sind. Innerhalb dieses Konzentrationsbereiches ergibt sich ein plötzlicher Druck- und Temperaturanstieg, der den Detonation der Explosivladung 152 bewirken kann. Solch eine Zündungstechnik kann vorteilhafterweise in solchen Fällen angewendet werden, in denen andere Techniken, wie beispielsweise unter Zuhilfenahme von Zeitzündermechanismen oder elektronischer Einrichtungen, nicht, zur Anwendung gelangen können.

509821/0347

Claims (12)

Patentansprüche

1.) Zielgerichtetes Geschoß, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Körper (52, 82, 110) mit einem sich hierdurch, axial erstreckenden mittigen Durchlaß (62, 88), dessen Durchmesser derart gewählt ist, daß das Geschoß (50, 80) ein großes Verhältnis aus Querschnittsfläche zu Gewicht aufweist, und durch ein vorderes Ende (66, 94) und ein hinteres Ende (70, 98) an einander entgegengesetzten Seiten des rohrförmigen Körpers, wobei der rohrförmige Körper zwischen dem hinteren Ende und einer radial nach außen aus dem Körper gerichteten Außenschulter (72) eine sich in Umfangsrichtung erestreckende Außenfläche aufweist und das hintere Ende des rohrförmigen Körpers während des Abschusses des Geschoßes ein Treibbasisteil (74, 102) trägt bzw. lagert.

2. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des rohrförmigen Körpers eine Vorderkante sowie eine dieser benachbarte Außenfläche und eine Innenfläche aufweist, wobei die Außenfläche zur Stabilisierung des Geschoßes während des Abschusses ein Reiterband (96) trägt, das nach dem Abschuß ablösbar ist. ·

3. Geschoß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Außenfläche stromabwärts in bezug auf die vordere Geschoßkante radial nach außen kegelförmig erweitert und eine Selbstausrichtung des Reiterbandes (96) während des Abschießens des Geschoßes (80) bewirkt.

509821/0347

4. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Treibband (106) vorgesehen ist, das während des Abschusses über einem Teil der Treibbasis (102) und der Außenfläche des rohrförmigen Körpers liegt sowie nach dem Abschuß vom Geschoß ablösbar ist.

5. Geschoß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche in Längsrichtung des Geschoßes mit Zügen versehen ist und ein entsprechend mit Zügen bzw. Feldern versehenes Treibband trägt.

6. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des rohrförmigen Körpers eine stromaufwärts gerichtete Fläche vorgesehen ist, welche die Form eines Kegelstumpfes aufweist, der sich von der vorderen Kante zum Umfang des rohrförmigen Körpers radial nach außen in bezug auf den Körper erstreckt.

7. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Granate ausgebildet ist.

8. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß drallstabilisierbar ist.

9. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es im Flug mittels aerodynamischer Kräfte stabilisierbar ist, die aufgrund der Geometrie des rohrförmigen Geschoßkörpers erzeugbar sind.

10. Geschoß nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittige Durchlaß derart ausgebildet ist, daß er zusammen

509821/0347

mit der Innenfläche wirkt und die gewünschten Strömungsbedingungen innerhalb des Durchlasses erzeugt.

11. Geschoß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittige Durchlaß durch eine Innenfläche begrenzt ist, die wenigstens eine aerodynamische Diskontinuität aufweist, um zur Steuerung der Flugbahn des Geschoßes wahlweise innerhalb des Durchlasses gechokte oder ungechokte Strömungsbedingungen zu erzeugen.

12. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Geschoßkante den Scheitel eines Vorderkantenkeils begrenzt bzw. bildet, der ringförmig ausgebildet und an seiner Innenseite derart ausgestaltet ist, daß innerhalb des mittigen Durchlass.es die gewünschten Strömungsbedingungen erzeugt werden.

7003 509821/0347