DE3142802A1

DE3142802A1 - Verfahren und vorrichtung zur reduzierung des basiswiderstandes von geschossen

Info

Publication number: DE3142802A1
Application number: DE19813142802
Authority: DE
Inventors: Boo 69133 Karlskoga Bolinder; Arne Dipl.-Ing. 69134 Karlskoga Franzen; Lennart 69151 Karlskoga Johansson; Ulf Dipl.-Ing. 69141 Karlskoga Melhus
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1982-06-24
Also published as: GB2086548A; NL8104786A; IT1171610B; IT8149574A0; IL64060A; CH657449A5; ATA456081A; CA1162103A; FR2492910B1; GB2086548B; US4756252A; BE890867A; SE8007549L; NO149225B; FR2492910A1; NO149225C; SE442246B; NO813624L

Description

GLÄWE, DELFS, MOLL & PARTNER.

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Aktiebolaget Bofors, Bofora, Schweden

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C	2000 HAMBURG 13 POSTFACH 25 70 ROTHENBAUM- CHAUSSEE 58 TEL (040) 410 2008 TELEX212921SPEZ
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RICHARD QLAWE DRHNQ. WALTER MOLL DIPL-PHYS. DR. RER. NAT. ÖFF. BEST. DOLMETSCHER
8000 MÜNCHEN 26 POSTFACH 162 LIEBHERRSTR. 20 TEL (089) 226548 TELEX 5 22 505 SPEZ TELECOPIER (089) 223938
MÜNCHEN
A 58

Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des Basiswiderstandes von Geschossen

Beschreibung

Auf dem Gebiet der Artillerietechnik besteht ein kontinuierliches Bestreben nach Erhöhung der Reichweite und der Genauigkeit von Geschützen. Eine erhöhte Reichweite wird entweder durch Verbesserungen am Geschütz, einschließlich solche Modifikationen bezüglich Treibladung, die eine Umkonstruktion von Geschützteilen, beispielsweise infolge erhöhtem Gasdruckes im Laufrohr, erforderlich machen oder durch Verbesserung an

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der Geschoßausführung erzielt. Die Auswechselzeit für Geschützteile ist lang und daher ist es attraktiver, eine=

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Verbesserung der GeschoBiührung selbst ohne Abänderung des Geschützes zu versuchen, da die Munition eine fortlaufende Auswechselzeit hat, die von der des Geschützes völlig verschieden ist.

Eine verbesserte Geschoßausführung kann auf mehrere verschiedene Arten erzielt werden, die bis zu einem gewissen Grad bei ein und demselben Geschoß kombiniert werden können. Gegenwärtig werden drei verschiedene Linien verfolgt. Erstens wurde versucht, ein Geschoß mit niedrigerem Widerstand herzustellen, bei dem der Luftwiderstand auf ein Minimum reduziert ist. Dies hat zu längeren und schlankeren Geschossen geführt. Die zweite Linie beinhaltet die Ausstattung von Spezialgeschossen mit einer eigenen Antriebsquelle in Form eines eingebauten Raketenmotors, sogenannte "Reatiles" (Rocket assistant projectile = RAP), und bezüglich der dritten Linie wurde die Arbeit darauf konzentriert, den Basis- oder Bodenwider stand des Geschosses zu reduzieren, der durch den Luftstrom um das Geschoß herum gleich hinter dem Geschoßboden in der umgebenden Luft einen niedrigeren Druck oder Sog erzeugt.

Ss ist theoretisch bekannt, daß der Basis- oder Bodenwiderstand verringert oder sogar beseitigt werden kann, wenn ein Ausströmen eines Gasstromes aus der Bodenfläche des Geschosses auf geeignete Weise ermöglicht wird, wodurch der Bodendruck erhöht wird» Dieser kann weiter erhöht werden, wenn der Gasstrom mit dem Freiwerden von Wärme kombiniert ist. Der hierdurch erzeugte Effekt₉ der sogenannte Bodenausströmeffekt, unterscheidet sich von reinem Raketenantrieb insoweit, als der erzeugte Strom so niedrig ist, daß die durch den Strom erzeugte Reaktionskraft praktisch vernachlässigbar ist, verglichen mit der auf den Geschoßboden einwirkenden Druckveränderung. Das Problem bei der Herstellung eines zufriedenstellenden Bodenausströmgeschosses liegt vorwiegend auf dem praktischen Bereich. Die Erfordernis einer langen Brennzeit und einer gedämpften Gasausströmung hat zu Versuchen geführt, langsam brennende Pulverladungen herzustellen, die in die Bodenfläche des Geschosses über eine relativ große Gasausströmöffnung münden. Daraus folgend war es ein Problem, genügend langsam brennende Pulverladungen herzustellen, die außerdem unter dem gemeinsamen Einfluß aller auf das Geschoß wirkenden Kräfte nicht zerlegt werden. Lansam brennende Pulverladungen für bekannte Bodenausströmgeschosse haben auch den Nachteil ₉ daß die Pulverladungen, die über eine relativ große Ausgangsöffnung ge-

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genüber der Umgebungsluft offen sind, bei unterschiedlichen Außendrucken mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten verbrennen, d. h. die Verbrennungsgeschwindigkeit verändert sich mit der Geschoßbahnhöhe.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Probleme zu beseitigen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird eine Einrichtung zur Beseitigung des Bodenwiderstandes geschaffen, die unabhängig von der Flughöhe des Geschosses ist, und infolge einer verbesserten Luftmischung ergibt sich eine verbesserte Ausnutzung der Pulverladung, die vom Geschoß getragen werden kann. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen, erfindungsgemäßen Einrichtung zur Beseitigung des Bodenwiderstandes ist es, daß diese in der Regel kein spezielles Zündsystem benötigt, wie es bei bisher bekannten, langsam brennenden Bodenausström-Pulverladungen erforderlich war. Diese bekannten Konstruktionen wurden zwar beim Abfeuern des Geschosses durch die Pulvergase gezündet, wurden dann aber durch den schnellen Druckabfall beim Verlassen des Geschützrohres gelöscht. Die Erfindung umfaßt solche Lösungen, die für Projektile mit eigener Antriebsquelle, wie beispielsweise Raketen, verwendet werden können, die unter Berücksichtigung des Eührungssystems oder aus anderen Gründen mit einem mehr oder weniger glatt abgeschnittenen Boden versehen sind, der einen unerwünschten Bodenwiderstand erzeugt.

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Gemäß der Erfindung werden Verbrennungsgase aus einer Verbrennungskammer abgegeben, in der ein Treibladungspulver oder anderer Treibladungsbrennstoff unter solchen Bedingungen verbrannt wird, daß die Verbrennungsgase die Verbrennungskammer bei einer kritischen oder überkritischen Geschwindigkeit verlassen, d. h. eine Geschwindigkeit größer als die Schallgeschwindigkeit, wonach die Gase den größten Teil ihrer Antriebskraft verlieren, d. h. ihre Ströraungsgeschwindigkeit wird bis zu einem solchen Maß verringert, daß die ausströmenden Gase im Prinzip keine eigentliche Antriebskraft ergeben, wenn sie am Geschoß oder der Rakete in Höhe der Bodenfläche freigegeben werden. Es ist möglich, die Antriebskraft der Verbrennungsgase auf verschiedene Arten zu schwächen. Eine Art, die sich als erfolgreich erwiesen hat, ist es, die Gase zur Änderung der Richtung unter solchen Bedingungen zu zwingen, daß sie wirksam mit der Umgebungsluft vermischt werden. Eine andere Art ist es, ein Ausströmen der kritisch strömenden Verbrennungsgase in eine Kammer mit einem zur Menge des ausströmenden Gases relativ großen Volumen zu ermöglichen. Die Kammer ihrerseits sollte über eine oder mehrere Ausgangsöffnungen mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen.

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Da es sich hier um heiße Verbrennungsgase handelt, die vorzugsweise mittels eines Hindernisses abgebremst werden, das im Flugkörper eingebaut ist, kann das Hindernis auch als ein Flammenteiler definiert werden. Wenn dieser Flammenteiler so ausgebildet ist, daß eine gute Vermischung der Verbrennungsgase mit der Umgebungsluft erzielt wird, kann der vorstehend erwähnte Vorteil der Erhöhung des Bodenwiderstandes erzielt werden, der beim Freigeben von Wärme gewonnen wird.

Im allgemeinen kann die Erfindung darin angesehen werden, daß unter relativ hohem Druck Verbrennungsgase erzeugt werden, die unter kritischer Strömung aus der Verbrennungskammer entlassen werden, wonach die ausströmenden Verbrennungsgase des größten Teils ihrer Bewegungsenergie beraubt werden und sie dann in bisher bekannter Art von der Bodenfläche des Geschosses (Flugkörpers) mit sehr niedriger Geschwindigkeit vollständig abgeleitet werden. D. h., daß das erfindungsgemäß beschriebene Verfahren nicht auf die Verwendung spezieller, bei niedrigem Druck verbrennender Pulver beschränkt ist, sondern im Prinzip mit einem völlig herkömmlichen, sehr kleinen Raketenmotor verwendet werden kann, bei dem die ausströmende Bewegungsenergie der Verbrennungsgase vernichtet wird.

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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindlang werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 bis 8 den rückwärtigen Teil einer Artillerie-granate im Längsschnitt, die mit einer Einrichtung zur Beseitigung des Bodenunterdrucks gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist; und

Fig. 9 eine Rakete im Längsschnitt, die mit einer entsprechenden Einrichtung zur Beseitigung des Bodenunterdrucks versehen ist.

Wie in den Figuren 1 bis 8 dargestellt, umfaßt der rückwärtige Teil 1 eines Granatenkörpers eine Verbrennungskammer 2 mit einer Treibladung 3 für die Einrichtung zur Beseitigung des Bodenwiderstandes und einer Düse 4, über die die durch die Treibladung 3 erzeugten Verbrennungsgase die. Verbrennungskammer 2 verlassen. Zwischen dem rückwärtigen Teil 3¹ der Treibladung 3 und der Düse (bzw. den Düsen) 4 ist ein Luftspalt 2.

In den Figuren 1 bis 7 ist der vordere Granatenkörper 5 mit 39iner explosiven Ladung 6 vor dem rückwärtigen Granatenkörper 1 dargestellt. Der Führungsring der Granate ist mit 7 bezeichnet. Die Düse 4 ist in der Trennwand angeordnet, die die Verbrennungskammer 2 abschließt»

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Bei den in den Figuren 1 bis 8 dargestellten verschiedenen Granaten werden verschiedene Verfahren zum Abbremsen der Bewegungsenergie der Verbrennungsgase verwendet.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Variante erfolgt dies dadurch, daß die Verbrennungsgase in eine, in Bezug zur Gasmenge relativ große Kammer 9 einströmen können, die durch die verlängerten Seitenwände der Granate gebildet ist. Bei der in der Fig. 2 gezeigten Variante wird die Geschwindigkeit des Gases dadurch weiter gebremst, indem die Kammer 9 mit einer Rückwand 10 versehen ist, die ihrerseits mit einer Anzahl von axialen Ausgangsöffnungen 11 versehen ist, die radial und außerhalb der Düse 4 angeordnet sind.

• Fig. 3 zeigt ein anderes Verfahren der Anordnung dieser Ausgangsöffnungen, die in diesem Fall mit 12 bezeichnet sind.Die Öffnungen 12 nötigen den Verbrennungsgasen eine weitere Richtungsänderung auf, um ihnen ihre Bewegungsenergie zu nehmen.

Fig. 4 zeigt eine Variante mit radialen Ausgangsöffnungen 13, die in der Nähe der Bodenfläche der Granate angeordnet sind.

Fig. 5 sollte primär als ein Vorschlag für die Variante angesehen werden, bei der die Bewegungsenergie der Verbrennungsgase durch eine Prallfläche oder einen Flammenteiler 14 beseitigt wird, der gleich hinter der Bodenfläche der Granate angeordnet ist. Diese theoretische Konstruktion erzeugt eine sehr gute Luftmischung und ist daher, wie vorstehend bereits erwähnt, theoretisch sehr wirksam. Das Prallblech 14 wird durch Schraubbolzen 15 an seinem Platz gehalten.

Fig. 6 zeigt eine für die Praxis geeignetere Kon- · struktion des Flammenteilerprinzips, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist. In diesem Fall besteht das Prallblech aus einer Fassung 16, die mit einer Bodenplatte 17 versehen ist und in eine öffnung 10 im Granatenboden eingeschraubt ist. Die Fassungsbodenplatte wirkt als eine Prallplatte zum Abbremsen der Geschwindikgeit der Gase, während die Seitenwände 18 der Fassung eine Anzahl von Auslaßöffnungen 19 aufweisen. Die Fassung 16 mit ihrer Bodenplatte 17 und den radialen Ausgangsöffnungen 19 bremst wirksam die Geschwindigkeit des Gases ab und erzeugt eine gute Mischung zwischen den Pulvergasen und der Umgebungsluft. Hierdurch wird eine wirksame Flammenteilung erzeugt.

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Pig. 8 zeigt eine andere Variante der in der Fig. 6 gezeigten Alternative. In diesem Fall können die Verbrennungsgase direkt aus der Düse 4 in eine verstärkte Flammenteilerfassung 20 strömen, die im Prinzip auf die gleiche Weise wie die Flammenteilerfassung 16 konstruiert ist. In diesem Fäll sind die Ausströmöffnungen mit 21 "bezeichnet. Verglichen mit der in der Fig. 6 gezeigten Konstruktion liegt der Vorteil dieser Konstruktion darin, daß die Kammer 9 beseitigt ist, wodurch eine geringere Geschoßlänge für die Einrichtung zur Beseitigung des Bodenwiderstandes benötigt wird.

Fig. 7 zeigt eine weitere Variante des gleichen Prinzips, bei der die Verbrennungsgase zu einer zweimaligen Richtungsänderung genötigt werden, zuerst über die radialen öffnungen 22 innerhalb einer Zwischenkammer 23 und zweitens von dieser Kammer aus in einer Fassung 24 mit der gleichen Konstruktion wie die in der Fig. 6 darge^ stellt, über die radialen öffnungen 25.

In der Fig. 9 ist dargestellt, wie das Erfindungsprinzip für Flugkörper (Geschosse) verwendet wird, die einen eigenen Raketenmotor aufweisen. In einem Geschoß 26,das mit einem pulvergetriebenen Raketenmotor mit zwei oder mehr Antriebsdüsen 28 versehen ist, werden eine geringe Menge kritisch strömender Verbrennungsgase

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aus der Verbrennungskammer des pulverangetriebenen Raketenmotors 26 über einen Kanal, 29 abgezweigt. Diese Verbrennungsgase werden zum Boden des Geschosses geführt, wo sie auf die anhand der Fig. 1 bis 8 beschriebene Art und Weise des größten Teils ihrer Bewegungsenergie im Flammenteiler 30 beraubt werden, wonach die Gase auf die bereits bekannten Arten zur Reduzierung des Bodenwiderstandes verwendet werden. Diese Variante kann auf geeignete Weise bei solchen Raketen verwendet werden, bei denen Leitsystem oder andere Bodenkontaktsysteme die Anordnung der Raketenmotorauslaßdüsen am Geschoßboden nicht gestatten.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1 J Verfahren zum Reduzieren des jllasiswider Standes eines Flugkörpers durch Führen von Verbrennungsgasen in ausreichender Menge aus einer Verbrennungskammer, die im Flugkörper zur Erzeugung dieser Gase eingebaut ist, zu einer oder mehreren Auslaßöffnungen im Boden des Flugkörpers, durch die die Verbrennungsgase geleitet werden und unter solchen Bedingungen ausströmen, daß der Bodenwiderstand des Flugkörpers vollständig oder teil= weise beseitigt ist, dadurch gekennzeichnet daß die Verbrennungsgase mit kritischer bzwο überkriti-

scher Strömung aus der Verbrennungskanuner (2) abgeleitet und dann über Einrichtungen, die den größten Teil der Bewegungsenergie der Gase vor oder beim Erreichen der Auslaßöffnungen beseitigen,zu den Auslaßöffnungen geführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase durch zwangsweise Richtungsänderung der Gase vor oder beim Verlassen der Bodenfläche (10) des Flugkörpers verringert wird.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennungsgase unter solchen Bedingungen zur Änderung ihrer Richtung gezwungen werden, daß sie mit der Umgebungsluft gut vermischt werden.

4. Verfahren nach jedem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Richtungsänderung der Gase durch eine Querwand erzielt wird, die direkt quer im Weg der aus der Verbrennungskammer strömenden Gase liegt.

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5ο Verfahren nach jedem der Ansprüche 1 Ms 4₉ da= durch gekennzeichnet , daß die Verbrennungsgase z\irei- oder mehrmals zwangsweise ihre Richtung ändern müssen^ bevor sie an der Bodenfläche durch hierfür vorgesehene Öffnungen austreten können„

6ο Verfahren nach jedem ver vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die für die Beseitigung des Bodenwideratande8 erforderlichen Verbrennungsgase von einem für den Vorwärtsantrieb des Flugkörpers verwendeten Raketenmotor seitlich neben dessen Auslaßöffnungen oder ^; Antriebsdüsen abgezweigt werden.

7° Einrichtung zur Beseitigung des Bodenwiderstandes an einem Flugkörper gemäß dem Verfahren nach jedem der Ansprüche 1 bis 6_S gekennzeichnet durch eine Verbrennungskammer (Z₉ 27) mit zugehöriger Treib-= ladung (3)» eine Ausströmdüse (4)₅ di© aus der Verbren= nungskammer zur Umgebungsluft führt und die so air die Treibladung angepaßt und ausgebildet ist, daß die aus= strömenden Pulvergase eine kritische Strömung durch die Düse ergeben, und Einrichtungen (9 bis 16_P -20, 24 und 30), die im Weg der aus der Düse (4) strömenden Verbr©nnungs~ gase angeordnet sind, um den größten Teil der Bewegungsenergie der Pulvergase zu eliminieren ₉ bevor diese den Flugkörper über einen Auslaß in Höhe der Bodenfläche des Flugkörpers verlassen«,

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8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch g*e kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abbremsen der Geschwindigkeit und Eliminieren des größten Teils der Bewegungsenergie der kritisch strömenden Pulvergase aus einer Prallfläche (10, 14, 17 und 20) besteht, die quer zum Strömungsweg der Gase angeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallfläche seitlich von einer Wand (18) mit radialen Ausgangsöffnungen umgeben ist.

10. Einrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallfläche (17, 20) mit der zugehörigen Wand einen sehr viel kleineren Querschnitt als die Bodenfläche des Flugkörpers aufweist.