DE3737997A1 - Drallgedämpftes Übungsgeschoß mit wählbarer Sicherheitsflugweite - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft schußweitenbegrenzte flossen­ stabilisierte Übungsgeschosse. Insbesondere bezieht sie sich auf Übungsgeschosse, bei welchen die Schußweiten­ begrenzung keinen wesentlichen Einfluß auf die Flugbahn des Geschosses innerhalb einer Zielentfernung hat, sondern eine Verkürzung des dahinterliegenden Bereichs bewirkt, um zu verhindern, daß das Ziel verfehlende Geschosse über die Grenzen des Übungsgeländes hinausfliegen.

Es sind Übungsgeschosse bekannt, bei welchen die Höchst­ flugweite, d. h. die maximale Distanz, welche das Geschoß in horizontaler Richtung zurücklegen kann, begrenzt ist, wobei das Geschoß durch verschiedene Mittel veranlaßt wird, nach dem Überschreiten einer Zielentfernung auf den Boden zu fallen. Die so verkürzte Flugweite wird als Sicherheits­ flugweite bezeichnet. Ein solches Übungsgeschoß zerfällt in mehrere instabile Teile, nachdem durch die Luftreibung erzeugte Wärme Teile mit niedrigem Schmelzpunkt erweicht hat. Ein zweites bekanntes Übungsgeschoß weist ein Drallrohr auf, das infolge von durch Drosselung erhöhten Widerstand in­ stabil wird. Ein drittes bekanntes Übungsgeschoß weist eine Reihe von radialen Kanälen zum Auslassen von an den Geschoß­ spitze aufgenommener Luft auf. Die so abgeleitete Luft bremst den Drall und bedingt das Instabilwerden des Geschosses.

Es ist auch bekannt, die Drallabnahme durch Verwendung von Dralldämpfungsflossen zu vergrößern, die vorderhalb des Schwerezentrums des Geschosses in zur Längsachse radialen Ebenen angeordnet sind. Für ein drallstabilisiertes Geschoß existiert ein Stabilitätskriterium und es wurde gezeigt (durch Fowler u. a. in Phil. Trans. Roy Soc. (A), 221, 1920, und Murphy in einem BRL-Bericht 1963 mit dem Titel "Free flight motion of symmetric missiles"), daß dieses durch die Ungleichung Sg < 1 gegeben ist, wobei Sg der Kreiselstabilitätsfaktor ist und durch den Ausdruck gegeben ist:

in welchem q die Drallwinkelgeschwindigkeit des Geschosses in rad m¹, Ix das axiale Trägheitsmoment des Geschosses, ρ die Luftdichte, d der Bezugsdurchmesser des Geschosses, Iy das transversale Trägheitsmoment des Geschosses, und Cmα die aerodynamische Überschlagsmomentensteigung ist.

Während d, Ix und Iy feste Größen sind und ρ und Cmα für flache Hochgeschwindigkeitsflugbahnen nur geringfügig variieren, wird Sg hauptsächlich durch die Drallwinkel­ geschwindigkeit q bestimmt. Jedoch ist q = P/V, wobei P die Drallwinkelgeschwindigkeit in rad^-1 und V die Geschoß­ geschwindigkeit ist. Im Verlauf einer normalen Flugbahn ist die Geschwindigkeitsabnahme größer als die Drallwinkel­ geschwindigkeitsabnahme, so daß der Wert von q zunimmt und das Geschoß stabiler wird. Wenn aber die Dralldämpfung des Geschosses ausreichend vergrößert wird, damit die Drall­ winkelgeschwindigkeitsabnahme die Fluggeschwindigkeitsab­ nahme übersteigt, nimmt S während des Fluges ab und ein bei Flugbeginn stabiles Geschoß kann veranlaßt werden, nach Durchlaufen einer kritischen Distanz instabil zu werden.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Ausnutzung dieses Effekts, um ein flugweitenbegrenztes, drallstabilisiertes Übungsgeschoß zu schaffen, bei welchem die Drallwinkel­ geschwindigkeit wahlweise gedämpft werden kann. Weiter ist es wichtig, daß die Handhabungs- und Schießeigenschaften eines Übungsgeschosses so eng wie möglich dem dadurch simulierten Gefechtsgeschoß entsprechen sollen, und die Erfindung bezweckt deshalb außerdem, Dralldämpfungsflossen bei einem Treibspiegelgeschoß in einer Weise einzusetzen, daß keine Kollision mit der Treibspiegelkonstruktion auftritt.

Demgemäß beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Basis­ geschoß zur Verwendung in Übungsmunition, mit einem Geschoß­ körperteil, das in einen Treibspiegel zum Abschuß aus einem gezogenen Geschützrohr einsetzbar ist, und mit einem koni­ schen, über den Treibspiegel überstehenden Kopfteil, wobei der vorspringende Kopfteil einen Kopfspitzenteil aufweist, der mit einer achsensymmetrischen Anordnung von Dralldämpfungs­ flossen versehen ist, die jeweils in einer zur Geschoßlängs­ achse radialen Ebene verlaufen und sich über keine größere Radialdistanz als den maximalen Radius des vorspringenden Kopfteils erstrecken.

Vorzugsweise ist der Kopfspitzenteil vom Kopfteil trenn­ bar, wobei beide Teile mit miteinander in Eingriff bringbaren Befestigungsmittel versehen sind, um dadurch eine wahlweise Befestigung irgendeines aus einer Anzahl von Kopfspitzenteilen zu ermöglichen, die jeweils mit Dralldämpfungsflossen ver­ sehen sind, die jeweils speziell für die Verursachung eines Stabilitätsverlustes des Geschosses und folglich eine Been­ digung seiner Flugbahn innerhalb einer gewählten Sicherheits­ flugweite bemessen sind.

Zweckmäßigerweise haben der Kopfspitzenteil und der Kopf­ teil quer zur Längsachse verlaufende zusammenpassende Stirn­ flächen, die jeweils mit einem axialen Gewindezapfen bzw. einer axialen Gewindebohrung versehen sind, welche die mit­ einander in Eingriff bringbaren Befestigungsmittel bilden.

Das Basisgeschoß nach der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise Dralldämpfungsflossen mit gepfeilten und ange­ schärften Vorderkanten. Vorzugsweise haben die Flossen in zum Axialschnitt des Basisgeschosses parallelen Ebenen liegende ebene Oberflächen.

Das Basisgeschoß nach der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise einen Kopfspitzenteil mit vier Dralldämpfungs­ flossen, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Bei­ spielsweise sind die Flossen in einer solchen Flossenan­ ordnung vorzugsweise derart ausgebildet, daß das Verhältnis R des einfachen Flächeninhalts einer Seitenfläche jeder Flosse in mm² zum größten Durchmesser des Basisgeschosses in mm nicht größer als 6.0 ist. Beispielsweise beträgt der einfache Flächeninhalt einer Flossenseitenfläche bei einem Basisgeschoß von 72 mm Durchmesser zum Abschuß aus einem 120 mm-Geschütz vorzugsweise etwa 420 mm², wobei R etwa 5,8 beträgt.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung außerdem eine Trainingsmunition mit einem Basis­ geschoß und einem auf dem Basisgeschoß sitzenden Treib­ spiegel zum Abschuß des Basisgeschosses aus einem Geschütz vor. Vorzugsweise beträgt der Innendurchmesser des Treib­ spiegels an seinem vorderen Ende nicht weniger als die diametrale Distanz von der Längsachse des Basisgeschosses zur äußeren Längskante jeder Flosse, in einer zur Längs­ achse senkrechten Ebene gemessen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr ledig­ lich beispielshalber mit Bezug auf die anliegenden Zeich­ nungen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 eine teilweise axial geschnittene Seitenansicht eines in einen axial geschnittenen Treibspiegel einge­ setzten Übungsgeschosses mit einem mit Flossen versehenen Kopfspitzen­ teil,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Kopfspitzen­ teils,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer flugweitenbegrenzten und einer nicht flugweitenbegrenzten Geschoßflugbahn, die

Fig. 4 und 5 die Ergebnisse einer Versuchsschuß­ reihe mit speziell bemessenen Kopf­ spitzenteilen nach der allgemeinen Konfiguration nach den Fig. 1 und 2, und
Tafel 1 die spezifischen Abmessungen mit Bezug auf die Fig. 4 und 5.

Fig. 1 zeigt ein Übungsgeschoß 1 mit einem sich ver­ jüngenden, im wesentlichen konischen Kopfteil 2 und einem Körperteil 3, das in einen Treibspiegel 4 eingesetzt ist. Der Kopfteil 2, der durch eine Stirnöffnung 5 des Treib­ spiegels 4 hindurchragt, ist mit einem abnehmbaren Kopf­ spitzenteil 6 versehen, das mittels eines in eine Gewinde­ bohrung 8 eingeschraubten Gewindezapfens 7 befestigt ist. Das Kopfspitzenteil 2 ist mit vier Flossen 9 versehen, die jeweils in einer zur Längsachse des Geschosses 1 radialen Ebene mit gleichen gegenseitigen Winkelabständen (siehe Fig. 2) angeordnet sind. Die Flossen 9 ragen radial nicht über den Gesamtdurchmesser der Öffnung 5 hinaus, um sicher­ zustellen, daß das Übungsgeschoß 5 in einen für den Einsatz mit flossenloser Munition ausgebildeten Standardtreib­ spiegel 4 eingesetzt werden kann. Jede Flosse 9 weist eine angeschärfte Vorderkante 10 auf, um den axialen Widerstand der Flosse zu verringern.

Die Anordnung der Flossen 9 auf dem Kopfspitzenteil 2 bewirkt, daß der beim Abfeuern mitgeteilte Drall in schnel­ lerem Maße abnimmt als bei einem entsprechenden flossenlosen Geschoß. Normalerweise nimmt bei einem flossenlosen Geschoß seine Kreiselstabilität während des Fluges zu, weil die Axialgeschwindigkeit schneller abnimmt als die Drallwinkelge­ schwindigkeit, aber bei dem mit Flossen versehenen, drall­ gedämpften Geschoß nimmt die Kreiselstabilität während des Fluges ab, weil eine schnellere Abnahme der Drallwinkelge­ schwindigkeit als der Axialgeschwindigkeit herbeigeführt wird. Dieser Effekt bewirkt, daß das mit Flossen versehene Geschoß während des Fluges instabil wird und folglich seine Flugbahn danach schnell beendet.

Dieser Effekt ist in Fig. 3 dargestellt, gemäß welcher ein von einem Geschütz 21 abgefeuertes flossenloses Geschoß 20 einer Flugbahn 22 folgt, bis es eine Zielentfernung 23 erreicht. Falls kein Ziel direkt getroffen wird oder falls das Geschoß 20 am Ziel abprallt, setzt das Geschoß dann seinen Flug fort, bis eine Gesamtentfernung 24 zurückgelegt worden ist. Ein mit Flossen versehenes Geschoß 25 folgt der gleichen Flugbahn wie das flossenlose Geschoß 20 bis zum Erreichen der Zielentfernung 23, aber danach wird die Kreisel­ stabilität des Geschosses unzureichend niedrig und bewirkt, daß es nach einer begrenzten Entfernung 26 auf den Boden fällt.

Eine typische Zielentfernung beträgt 2 km bis 4 km und die Maximalentfernung für ein 120 mm-Treibspiegel-Gefechts­ geschoß kann 20 km betragen. Es sind existierende Übungs­ geschosse mit identischer Konfiguration wie das Gefechts­ geschoß, jedoch unterschiedlicher Masse, mit einem verringer­ ten Gesamtentfernungsbereich hergestellt worden, welcher die Sicherheitsflugweite noch weiter auf ein für besondere Übungs­ gelände geeignetes Maß begrenzt. Dies wird durch wahlweisen Einsatz von Kopfspitzenteilen 6 mit besonders für diesen Zweck dimensionierten Flossen 9 erreicht, wie nunmehr anhand eines 120 mm-Treibspiegelgeschosses beschrieben wird.

Es wurde eine Reihe von Kopfspitzenteilen 6 hergestellt, die jeweils die in Fig. 1 gezeigte grundsätzliche Flossen­ konfiguration haben, wobei aber die Flossen jeweils unter­ schiedliche einfache Seitenflächeninhalte im Bereich von 200 mm² bis 600 mm² haben, wobei die spezifischen Abmessungen in Tafel 1 mit Bezug auf Fig. 1 angegeben sind. Diese Kopf­ spitzenteile wurden alle für den Einsatz mit einem Geschoß mit einer Gesamtlänge L = 287 mm und einem maximalen Durch­ messer M = 72 mm hergestellt. Die Ergebnisse von Schießver­ suchen mit Geschossen, die mit dieser Reihe von Kopfspitzen­ teilen ausgerüstet wurden, sind in den Fig. 4 und 5 gezeigt, wobei Fig. 4 eine graphische Darstellung der Gesamtentfernung über dem einfachen Flossenseitenflächeninhalt und Fig. 5 die jeder Flossengröße bei einer Zielentfernung von 2 km zuge­ ordnete Streuung zeigt.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß ein einfacher Flossen­ seitenflächeninhalt von bis zu 250 mm² keine wesentliche Dralldämpfungswirkung entfaltet, daß aber die durch größere Flossen hervorgerufene Dämpfung eine zunehmend deutlichere Verringerung der Gesamtentfernung bewirkt.

Die Dralldämpfungsflossen bewirken, daß das Geschoß sich allmählich der instabilen Dralldrehzahl annähert, was dazu führt, daß das Geschoß über eine beträchtliche Distanz vor der Beendigung der Flugbahn knapp kreiselstabilisiert ist. Dies kann eine größere Streuung als bei einem flossen­ losen Geschoß bedingen, wie in Fig. 5 angegeben ist. Der 0,32 mil × 0,32 mil-Kasten in dieser Figur bezeichnet die maximale abnehmbare Abweichung bei einem Gefechtsgeschoß. Es ist ersichtlich, daß bei diesem speziellen Beispiel der größte Flossenflächeninhalt, der eine innerhalb der für ein Gefechtsgeschoß erforderlichen Grenzen liegende Streuung bringt, der Flossentyp B ist, der eine verringerte Sicher­ heitsflugweite von 8 km bringt (siehe Fig. 4).

Wenn eine Schießübung auf eine Zielentfernung statt­ finden soll, die eine noch kürzere Sicherheitsflugweite erfordert, kann eine Vorhersage der Auswirkung der größeren Streuung auf die Leistung infolge größerer Flossenflächen­ inhalte leicht aus den vorgegebenen Streuungscharakteristiken berechnet werden, und wo ein Feuerleitrechner eingesetzt wird, kann dies durch eine einfache Modifikation des Rechner­ programms bewirkt werden.

Ein Übungsgeschoß für die gleichen Verwendungen wie das­ jenige nach der vorliegenden Erfindung wird von AB Bofors in der UK-Patentschrift GB 2 091 856A beschrieben. Das dort als "Bofors-Geschoß" bezeichnete Geschoß kann Flossen zum Zwecke der Dämpfung des Dralles des Geschosses haben. Die vorliegende Erfindung wurde im Jahre 1977 erfunden, wurde aber erst 1986 zum Gegenstand einer Patentanmeldung gemacht, nachdem die Versuchsarbeiten fertiggestellt worden sind. Es ist offensichtlich, daß das Bofors-Geschoß unabhängig erfun­ den und entwickelt wurde und während des Zeitraums, während das Geschoß nach der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde, zum Gegenstand einer Patentanmeldung gemacht wurde.

Trotzdem zeigt die vorliegende Erfindung aus den folgen­ den Gründen noch einen bemerkenswerten erfinderischen Schritt über das Bofors-Geschoß, wie es in der GB 2 091 856A be­ schrieben ist. In Spalte 1, Zeilen 36 bis 65, der GB 2 091 856A, ist die Verwendung von (schon vor dem Bofors- Geschoß bekannten) Mitteln zur Dämpfung der Geschoßrotation auf dem Kopfabschnitt eines Geschosses erörtert. Solche Mittel umfassen Kanäle und/oder Schaufeln, um den axialen Luftstrom abzulenken, wie in der deutschen Patentschrift 16 78 197 vorgeschlagen ist. In der GB 2 091 856A wird darauf hingewiesen, daß die Verwendung solcher Mittel am Kopfab­ schnitt nachteilig sei, weil sie das Geschoß vergleichsweise kompliziert und teuer machen, und weil sie das Modifizieren des Geschosses für unterschiedliche Zielentfernungen schwierig machen und die Gefahr besteht, daß die ballistischen Eigenschaften des Geschosses selbst bis zur tatsächlichen Zielentfernung verändert werden.

Durch die vorliegende Erfindung haben wir gezeigt, daß unerwarteter Weise die Verwendung von Flossen am Kopfabschnitt eines Geschosses die vorerwähnten scheinbaren Nachteile nicht wesentlich zutage treten läßt. Tatsächlich hat sich gezeigt, daß der letzterwähnte Punkt, welcher der wichtigste ist, nämlich eine mögliche Veränderung der ballistischen Eigen­ schaften, im wesentlichen nicht auftritt, wie die oben mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschriebenen Ergebnisse demon­ strieren. Des weiteren bietet die Verwendung von Flossen am Kopfabschnitt überraschenderweise die folgenden Nachteile gegenüber den Flossen am zylindrischen Körper wie bei dem Bofors-Geschoß.

Auswechselbare Kopfteile mit unterschiedlichen Flossen­ formen und -Größen können an einem Standardgeschoßkörper angebracht werden. Da nur eine Extremität des Geschosses, d. h. das Kopfspitzenteil, ausgewechselt zu werden braucht, wenn eine andere Zielentfernung zu erreichen ist, werden die Kosten der Herstellung unterschiedlicher Übungsgeschosse für verschiedene Zielentfernungen auf ein Minimum reduziert. Des weiteren können die Flossen, weil das Kopfspitzenteil eine natürliche Abschrägung hat, auf diesem Abschnitt mit ausreichend großem Flächeninhalt angeordnet werden, um eine geeignete Dralldämpfung zu erzeugen, ohne jedoch seitwärts über den Durchmesser des zylindrischen Körpers hinter dem Kopfteil überzustehen, wie dies bei dem Bofors-Geschoß der Fall ist. Dieses vorteilhafte Merkmal ermöglicht es, das Übungsgeschoß nach der vorliegenden Erfindung mit einem Standardtreibspiegel (wie er auch für ein Gefechtsgeschoß gleichen Kalibers benützt wird) auszustatten, d. h. mit der Frontöffnung des Treibspiegels direkt am zylindrischen Körper des Übungsgeschosses anliegend. Es ermöglicht außer­ dem im Gegensatz zu dem Bofors-Geschoß, das Geschoß erfor­ derlichenfalls als Vollkaliber-Übungsgeschoß einzusetzen. Ein weiterer vorteilhafter Gesichtspunkt der Verwendung von Flossen auf dem Kopfabschnitt liegt darin, daß der aero­ dynamische Widerstand des Geschosses verringert wird, weil das Verhältnis von Gesamtlänge zum Durchmesser des Geschosses durch das Vorhandensein der Flossen nicht vergrößert wird (wie bei dem Bofors-Geschoß). Dies erlaubt eine stärkere Abhängigkeit der Stabilität des Geschosses von der Drall­ drehzahl (deren Dämpfung wiederum durch die Flossengröße steuerbar ist) anstatt auf dem Verhältnis von Dralldrehzahl zu Geschwindigkeit.

Claims (8)

1. Übungsmunition-Basisgeschoß mit einem Geschoßkörper­ teil, der in einen Treibspiegel zum Abschuß aus einem gezogenen Geschützrohr einsetzbar ist und einen konischen, über den Treibspiegel hinausragenden Kopfteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Kopfteil einen Kopfspitzenteil aufweist, der mit einer achsensymmetrischen Anordnung von Dralldämpfungsflossen ausgestattet ist, die jeweils in einer zur Längsachse der Munition radialen Ebene über eine Radialdistanz verlaufen, die nicht größer als der maximale Radius des vorspringenden Kopfteils ist.

2. Geschoß nach Anspruch 1, wobei der Kopfspitzenteil vom Kopfteil trennbar ist, und wobei beide Teile mit mit­ einander in Eingriff bringbaren Befestigungsmitteln ver­ sehen sind, um eine wahlweise Anbringung irgendeines aus einer Anzahl von Kopfspitzenteilen zu ermöglichen, die je­ weils besonders bemessene Dralldämpfungsflossen zum Herbei­ führen eines Stabilitätsverlusts des Geschosses und einer daraus folgenden Beendigung von dessen Flugbahn in einem gewählten Sicherheitsbereich aufweisen.

3. Basisgeschoß nach Anspruch 2, wobei der Kopfspitzen­ teil und der Kopfteil quer zur Längsachse verlaufende zusam­ menpassende Stirnflächen aufweisen, die mit einem axialen Gewindezapfen bzw. einer entsprechenden axialen Gewinde­ bohrung versehen sind, welche die miteinander in Eingriff bringbaren Befestigungsmittel darstellen.

4. Basisgeschoß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dralldämpfungsflossen an ihren Vorderkanten gepfeilt und angeschärft sind.

5. Basisgeschoß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopfspitzenteil vier Dralldämpfungsflossen aufweist, die jeweils rechtwinklig zueinander verlaufen.

6. Basisgeschoß nach Anspruch 4, wobei das Verhältnis R des mittleren einfachen Seitenflächeninhalts jeder Flosse in mm² zum größten Durchmesser des Basisgeschosses in mm nicht größer als 6,0 ist.

7. Übungsmunition mit einem Basisgeschoß nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem auf dem Basisgeschoß angeordneten Treibspiegel zum Abschuß des Basisgeschosses aus einem Geschütz.

8. Übungsmunition nach Anspruch 7, wobei der Innendurch­ messer des Treibspiegels an seinem vorderen Ende nicht kleiner als die diametrale Distanz von der Längsachse des Basisgeschosses bis zur äußeren Längskante jeder Flosse ist.