DE3913454C1 - Hochgeschwindigkeits-Wuchtgeschoß - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochgeschwindigkeits-Wuchtgeschoß aus einem Metallstab, längs dessen Längenerstreckung zum Optimieren der Einwirkung auf eine jeweils spezielle Panzerung dessen Durchmesser und/oder dessen Materialzusammensetzung unterschiedlich ist, und zwar unabhängig von Ausbildungen zum Verbessern des aerodynamischen Verhaltens. DOLLAR A Bevorzugt ist der Durchmesser des Geschoß-Vorderteils so weit verkleinert, daß der von diesem Vorderteil in eine Panzerung eingebrachte Schußkanal einen solchen Durchmesser aufweist, daß der hintere Teil des Geschosses einen Schußkanal gerade noch unbehindert passieren kann. Hierdurch wird es möglich, mit wesentlich geringerer kinetischer Energie eine Panzerung zu durchschlagen, als sie bei Verwendung eines herkömmlichen Geschosses erforderlich wäre.

Description

Hochgeschwindigkeits-Wuchtgeschosse mit Auftreffgeschwindigkeiten von bis zu 1500 m/s sind in der Regel als schlanke, kreiszylindri­ sche Körper mit konstantem Durchmesser ausgebildet, die nicht nur eine möglichst dicke bzw. feste Panzerung durchschlagen sollen, sondern auch jenseits der Panzerung noch für einen Ausschuß und ei­ ne diesem entsprechende Splitterwolke sorgen sollen, die geeignet ist, das durch die Panzerung geschützte Ziel ausreichend zu bekämp­ fen.

Soweit solche Wuchtgeschosse einen nicht völlig gleichbleibenden Durchmesser über ihre Längenerstreckung aufweisen, handelt es sich um Ausbildungen, die der Verringerung des Luftwiderstandes (Spitze) oder der Stabilisierung (Leitwerk) dienlich sind.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein solches Geschoß nicht in jedem Fall geeignet ist, die ihm innewohnende kinetische Energie so zu nutzen, daß eine entsprechend optimale Wirkung in der jeweils getroffenen Panzerung erzielt wird.

Eine Grunderkenntnis liegt darin, daß der von einem solchen stab­ förmigen Geschoß in einer Panzerung verursachte Krater einen im wesentlichen kreisförmigen Durchmesser aufweist, der jedoch be­ trächtlich größer ist als der Durchmesser des Geschosses. Das Ge­ schoß passiert somit einen größeren Schußkanal, als er erforderlich wäre, um das Geschoß gerade noch im wesentlichen unbehindert durch­ zulassen.

In anderen Fällen kann ein solcher, an sich zu großer Krater für die nachfolgenden Teile des Geschosses noch immer nicht groß genug sein: wenn beispielsweise eine Schutzplatte einer aktiven oder reaktiven Panzerung beim Annähern oder Auftreffen des Geschos­ ses mit einer Komponente quer zu dessen Flugrichtung beschleunigt wird, dann schlägt der Rand des in dieser Schutzplatte vom Geschoß geschaffenden Kraters bzw. Durchschusses gegen den Schaft des Wuchtgeschosses und trachtet danach, dieses um seinen Schwerpunkt zu kippen. Diese Störwirkung würde von der Schutzplatte nicht erreicht, wenn deren Durchschuß eine genügend große lichte Weite hätte, so daß der Rand des Kraters erst dann die Kontur des Wuchtge­ schosses erreicht, wenn dieses entweder bereits durch den Krater vollständig hindurchgeflogen ist oder genügend tief in die eigent­ liche, von der Schutzplatte geschützte Panzerung eingedrungen ist, so daß die von der Schutzplatte verursachte Störung nicht mehr ins Gewicht fällt.

Die bekannten Wuchtgeschosse bestehen in aller Regel aus einem weitgehend homogenen Material, beispielsweise aus Wolfram, also aus einem Material, das der auftretenden, hohen Querschnittsbelastung standhält und sich im übrigen an der Frontseite nur wenig aufpilzt, so daß die Eindring- bzw. Durschlagsleistung nicht verschlechtert wird.

Wuchtgeschosse der beschriebenen Art werden mehr oder weniger wahl­ los gegen alle Ziele verschossen, die von der hierfür eingerichte­ ten Kanone bekämpft werden können, und müssen daher auch zur Be­ kämpfung aller dieser Ziele möglichst geeignet sein. Die bekannten Wuchtgeschosse stellen daher letztlich einen Kompromiß dar.

In einer nachveröffentlichten Druckschrift (DE 39 11 575 A1) ist eines der Ausführungsbeispiele ein Geschoß mit einem zy­ lindrischen, stabförmigen Penetrator, dessen Vorderabschnitt einen kleineren Durchmesser aufweist. Dieser Abschnitt dient zwar zur Halterung einer das aerodynamische Verhalten ver­ bessernden Geschoßnase, trägt aber seinerseits eigentlich nichts zur Aerodynamik bei.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, das bekannte Wuchtgeschoß dahingehend weiterzubil­ den, daß seine Leistung im Ziel entweder bei gleichbleibender kine­ tischer Energie verbessert oder bei verringerter kinetischer Ener­ gie beibehalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Hierbei geht die Erfindung von dem Grundkonzept aus, daß nicht mehr, wie bisher, auf alle Ziele jeweils ein und dasselbe Geschoß verfeuert wird, dessen Wirkung in aller Regel nur das Ergebnis eines Kompromisses ist, sondern das Geschoß an die Erfordernisse des speziellen, jeweiligen Zieles angepaßt ist und entsprechend gewählt wird.

Der Durchmesser des Vorderab­ schnitts ist so bemessen, daß der von ihm in der getroffenen Panzerung geschaffene Krater einen solchen Durchmesser aufweist, daß der ver­ dickte hintere Abschnitt des Geschosses diesen Krater gerade noch unbehindert passiert. Somit weist der in der Panzerung geschaffene Schußkanal einen Durchmesser auf, der gerade ausreicht, um das Geschoß hindurchzulassen. Jede Auftreffenergie verzehrende Durch­ messervergrößerung, die letztlich zur Wirkung des Geschosses im Ziel nichts beiträgt, ist hierbei vermieden, aber auch jede unnö­ tige Abbremsung des Hinteren Teiles des Geschosses im Schußkanal.

Der Durchmesser des vom Vorderabschnitt geschaffenen Kraters hängt nicht nur von dem Durchmesser dieses Vorderabschnitts, von dessen Material und von der Auftreffgeschwindigkeit des Geschosses ab, sondern in hohem Maße auch von den Materialeigenschaften der be­ troffenen Panzerung; so ist es vorteilhaft, den Durchmesser des Vorderab­ schnitts des Geschosses auf die Materialeigenschaften einer "zuge­ hörigen" Panzerung abzustimmen.

Da die Materialeigenschaften der Panzerungen überwiegend eingesetz­ ter feindlicher Panzerungen bekannt ist, ist es durch die Abstim­ mung des erfindungsgemäßen Wuchtgeschoßes speziell auf jede dieser Panzerungen möglich, die Durchschlagleistung und damit auch die noch wirksame Schußentfernung zu steigern, ohne daß die innenballi­ stische Leistung von Geschützen verbessert werden muß; eine solche Steigerung führt nämlich in der Regel unvermeidlich zu einer dra­ stischen Verkürzung der Lebensdauer der betreffenden Geschützrohre.

Es ist auch gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung vorteilhaft, über dem verkleinerten Durchmesser des Vorderabschnitts des erfindungsgemäßen Geschosses kann nämlich ein Aufsatz aus duktilem oder sprödem Material mit bevorzugt vergrößertem Durchmesser aufzusetzen: dieser Aufsatz sorgt in der Schutzplatte einer aktiven Schutzeinrichtung für einen Durchschuß mit besonders großem Durchmesser; bei dessen Herstellung desintegriert der Aufsatz, so daß für den Durchschlag durch die nachfolgende, eigentliche Panzerung das für diesen Zweck optimierte Geschoß mit verkleinertem vorderem Durch­ messer zur Verfügung steht.

Durch die Verwendung eines solchen "maßgeschneiderten" Geschosses, das auf die jeweils zu bekämpfende Panzerung abgestimmt ist, ge­ lingt es erfindungsgemäß, die dem Geschoß innewohnende kinetische Energie wesentlich besser zu nutzen, als dies bisher möglich war, oder ohne Einbuße an der Wirkung im Ziel die kinetische Energie zu reduzieren, was letztlich auch zur längeren Lebensdauer der Ge­ schützrohre beiträgt.

In der Praxis bedeutet die Erfindung nun nicht, daß etwa ein im Einsatz befindlicher Kanonenjagdpanzer ein breites Sortiment an diversen Wuchtgeschoßen mitführen muß, denn bei jedem Einsatz ist in der Regel das Einsatzziel und damit der Panzerungstyp, gegen den sich dieser Einsatz richtet, von vorneherein bekannt. Nur dort, wo beim Feind mit dem gleichzeitigen Auftreten aktiv geschützter und ungeschützter Panzerungen zu rechnen ist, müssen zwei unterschied­ liche, erfindungsgemäße Wuchtgeschoßtypen bereitgehalten werden.

Auch der zu erwartende Neigungswinkel der Panzerung gegenüber der Geschoßflugbahn hängt von dem vom Feind eingesetzten Panzerfahr­ zeugtyp ab und ist somit bekannt. Hierbei ist es jedoch möglich, daß z. B. Stirn- und Seiten- oder Heckpanzerung eines Fahrzeuges so unterschiedliche Neigung aufweisen, daß der Einsatz unterschiedli­ cher Geschoße gegen ein und dasselbe Panzerfahrzeug sinnvoll sein kann.

Es ist zur einfacheren und schnelleren Geschützbedienung von Vor­ teil, ein Geschütz zu verwenden, das eine Zuführeinrichtung auf­ weist, in welcher mehrere Kartuschen mit unterschiedlichen Geschoß­ typen so angeordnet sind, daß wahlweise jene Kartusche geladen und dann abgefeuert werden kann, deren Geschoßtyp gerade am besten zur Bekämpfung des anliegenden Zieles geeignet ist. Ein solches Ge­ schütz ist etwa ein Zwillingsgeschütz, ein Geschütz mit Trommel-Zu­ führeinrichtung usw.; es ist aber auch möglich, bei einem Geschütz mit Gurt- oder Magazinzuführung alternierend Kartuschen mit unter­ schiedlichem Geschoßtyp im Gurt oder Magazin anzuordnen; es ist dann zum Übergang von einem Geschoßtyp auf einen anderen lediglich erforderlich, das geladene Geschütz vor dem Schuß noch einmal durchzuladen.

Eine Zielerkennungselektronik kann mit der Zuführeinrichtung auf eine solche Weise gekoppelt sein, daß selbsttätig und in Abhängig­ keit vom Ausgangssignal dieser Elektronik jeweils das zum Ziel pas­ sende Geschoß in das Geschütz geladen wird.

Der Gegenstand der Erfindung und bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Beispiele und der Zeichnung noch näher beschrieben. In dieser zeigt:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Geschoßes aus dem Stand der Technik und des von diesem in einer Panzerung verur­ sachten Kraters,

Fig. 2 eine Darstellung ähnlich jener der Fig. 1, jedoch mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Geschosses, und

Fig. 3 ein Diagramm, in welchem der Aufwand an erforderlicher ki­ netischer Energie des bekannten Geschoßes nach Fig. 1 mit dem erfindungsgemäßen nach Fig. 2 verglichen wird.

Es wird zunächst zur besseren Verdeutlichung der durch das erfin­ dungsgemäße Geschoß erreichten Wirkung ein Bezugsgeschoß definiert, das als Stab mit konstantem Durchmesser D_R und einer Länge l_R ausgebildet ist, wie in Fig. 1 gezeigt.

Hierbei bedeuten
beim Geschoß:
D_R Geschoßdurchmesser
l_R Geschoßlänge
v_AR Auftreffgeschwindigkeit
ρ_R Dichte des Geschoßmaterials
σ_R dynamische Festigkeit

bei der das Ziel bildenden Panzerung:
p_R Eindringtiefe bzw. Tiefe des Kraters
D_KR Kraterdurchmesser
ρ_T Dichte des Zielmaterials
σ_T dynamische Festigkeit des Zielmaterials.

Die kinetische Energie E_kinR des Bezugsgeschosses beträgt somit:

Das Verhältnis von Kraterdurchmesser D_KR am Kratergrund zum Ge­ schoßdurchmesser D_R wird mit α_R bezeichnet.

α_R ist somit abhängig von der Dichte ρ_R bzw. ρ_T und der dynamischen Festigkeit ρ_R bzw. ρ_T der Materialien von Geschoß bzw. Ziel.

Ein herkömmliches, schnellfliegendes Wuchtgeschoß ist beispielswei­ se als schlankes, stabförmiges Stahlgeschoß mit einer Auftreffge­ schwindigkeit von ca. 1500 m/s ausgebildet. Der Kraterdurchmesser am Kratergrund D_KR kann dann das Doppelte des Geschoßdurchmessers D_R betragen.

Es soll nachfolgend das in Fig. 2 schematisch gezeigte Wuchtgeschoß untersucht werden, das bei gleicher Länge wie ein Bezugsgeschoß nach Fig. 1 die gleiche Eindringtiefe wie dieses in einer gleichar­ tigen, ungeschützten, halbunendlichen Panzerung mit möglichst ge­ ringer kinetischer Energie erreicht.

Hierbei wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Einfachheit halber nur endballistische Überlegungen angestellt werden; der für die beiden in Betracht gezogenen Geschoße jeweils unterschiedliche Treibspiegel, Luftwiderstand etc. bleiben außer Betracht. Es sei hier jedoch schon vorweggenommen, daß die Einsparung an kinetischer Energie, die durch das in Fig. 2 gezeigte Geschoß erreicht wird, so beträchtlich sein wird, daß auch dessen erhöhter Luftwiderstand und dessen vielleicht höheres Treibspiegelgewicht die erreichten Vor­ teile nicht wieder zunichte machen, so daß das Geschoß der Fig. 2 insgesamt gegenüber jenem der Fig. 1 vorteilhaft ist.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Geschoß bedeuten:
D_R Durchmesser des Hinterabschnitts des Geschoßes (gleich dem Gesamtdurchmesser D_R des Bezugsgeschosses)
l₁ Länge des Hinterabschnitts
D_MP Durchmesser des Vorderabschnitts des Geschoßes
l₂ Länge des Vorderabschnitts
l_R Gesamtlänge (gleich jener des Bezugsgeschosses)
β Verhältnis von l₁ zu l_R
l₁ = β I_R; l₂ = (1 - β) l_R;

D_KR Kraterdurchmesser am Kratergrund (gleich dem gesamten Kraterdurchmesser D_KR in Fig. 1)
D_KMP Kraterdurchmesser vor dem Kratergrund
δ Verhältnis von D_KMP zu D_KR

D_KMP = δ . D_R;

E_kinMP kinetische Energie, die zum Erreichen der Eindringtiefe p_R erforderlich ist.

Es wird im folgenden ausgegangen von realen, durch ein Bezugsge­ schoß nach Fig. 1 erreichten Daten. Hierbei gelten für das Be­ zugsgeschoß:

l_R/D_R = 11
v_AR = 1790 ms^-1
p_R ≈ l_R
Geschoßmaterial Denal 17
Zielmaterial Stahl H Z B 20

Es ergibt sich dann ein Verhältnis ε zwischen den kinetischen Energien von erfindungsgemäßem Geschoß der Fig. 2 E_kinMP und Bezugsgeschoß E_kinR wie folgt:

um die gleiche endballistische Leistung zu erreichen, wie sie das bekannte Geschoß nach Fig. 1 erreicht, braucht das Geschoß der Fig. 2 nur den Bruchteil ε der kinetischen Auftreffenergie des Geschos­ ses der Fig. 1.

In Fig. 3 ist dieser Bruchteil ε über dem Kennwert δ für die Kra­ terabmessung für verschiedene Geschoß-Formenkennwerte β aufgetra­ gen.

Beispiel:

Für δ = 0,5 und β = 0,3 ergibt sich ε = 0,3.

Das Geschoß der Fig. 2 benötigt somit zum Erreichen der gleichen endballistischen Leistung wie jenes der Fig. 1 weniger als die Hälfte der kinetischen Energie.

Während voranstehend die Verhältnisse beim Aufschlag des Wuchtge­ schosses gegen eine halbunendliche Panzerung betrachtet wurde, wird nun der Fall betrachtet, bei dem das Geschoß gerade noch die Platte durchdringt.

Als endballistische Leistung ist bei dieser Betrachtung nur der Durchschlagsweg und der Austrittsdurchmesser von Wert, nicht jedoch der Durchmesser des Durchschußkanals vor dem Austritt.

Beim erfindungsgemäßen Geschoß ist der Durchmesser des vorderen Teils des Geschosses so weit reduziert, daß der von ihm erzeugte Durchschußkanal gerade noch den hinteren Teil des Geschosses hin­ durchläßt, der seinerseits so dimensioniert ist, daß er dann den endballistisch gewünschten Austrittsdurchmesser erzeugen kann. Der Schußkanal ist somit an der Ausschußseite kraterartig erweitert.

Wenn man einen Durchmesser D für ein herkömmliches, stabförmiges, pfeilstabilisiertes Wuchtgeschoß annimmt, dann erzielt dieses Wuchtgeschoß einen im wesentlichen zylindrischen Schußkanal mit dem Durchmesser D_A.

Das erfindungsgemäße Geschoß weist nur in seinem hinteren Abschnitt den Durchmesser D auf, während sein vorderer Abschnitt einen sol­ chen Durchmesser aufweist, daß der vom vorderen Teil erzeugte Schußkanal einen Durchmesser d aufweist, der den hinteren Geschoß­ teil mit dem Durchmesser D gerade noch durchläßt, wobei die Dimen­ sionierung so vorgenommen ist, daß ein erweiterter Ausschußdurch­ messer mit der gleichen Größe D_A wie bei dem zum Vergleich heran­ gezogenen, herkömmlichen Wuchtgeschoß entsteht. Hierbei gilt:

D < d < D_A

Es ist ersichtlich, daß beim erfindungsgemäßen Geschoß unnötige Verformungsarbeit, d. h. für die endballistische Wirkung nicht ge­ nutzte Energie, im vorderen Bereich des Schußkanals vermieden wird.

Claims (2)

1. Hochgeschwindigkeits-Wuchtgeschoß aus einem Metallstab, dessen Vorderabschnitt unabhängig von Ausbildungen zum Ver­ bessern des aerodynamischen Verhaltens einen verkleinerten Durchmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der ver­ kleinerte Durchmesser des Vorderabschnitts so auf die Mate­ rialeigenschaften der vom Geschoß zu durchschlagenden Panze­ rung abgestimmt ist, daß der vom Vorderabschnitt gebildete Schußkanal einen Durchmesser aufweist, der den nicht ver­ kleinerten, hinteren Abschnitt des Geschosses gerade durch­ läßt.

2. Geschoß nach Anspruch 1, bei dem der verkleinerte Durch­ messer des Vorderabschnitts einen Aufsatz trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Aufsatzes größer ist als jener des hinteren Abschnitts des Geschosses und/ oder der Aufsatz aus duktilem oder sprödem Material besteht.