DE3919631C2 - Überschallgeschoß - Google Patents

Description

Ein aus der DE 33 40 037 A1 bekanntes Überschallgeschoß weist ein Ringleitwerk auf, das von achsparallelen Kanälen gebildet ist, die von der mit Überschall anströmenden Luft durchströmbar sind. In jeden dieser Kanäle kann quer zu diesem wahlweise ein Gasstrahl eingeblasen werden, der dort Turbulenz erzeugt und diesen Kanal somit aerodynamisch sperrt. So soll das Geschoß steuerbar sein.

Es wird hierbei das Grundprinzip verfolgt, den zu sperrenden Kanal möglichst weit vom Schwerpunkt entfernt anzuordnen, um eine möglichst hohe Steuerwirkung zu erreichen. Die Integrierung der Kanäle in das am Geschoßheck angeordnete Leitwerk erscheint deshalb als optimale Lösung.

Im Versuch hat es sich leider herausgestellt, daß diese Lösung zu unvorhergesehenen Störungen führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Überschallgeschoß zu finden, das unter Nutzung des Prinzips des bekannten Überschall­ geschosses dessen Nachteile vermeidet und imstande ist, einen gesteuerten, störungsfreien Flug durchzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Überschall­ geschoß erreicht, das einem Geschoßkörper mit einer Achse, ein am Ende des Geschoßkörpers angeordnetes, starres Leitwerk, mindestens zwei achsparallele Rohrelemente an der Außenseite des Geschoßkörpers in der Nähe dessen Schwerpunktes, die be­ züglich der Achse symmetrisch angeordnet sind und die von einer Luftströmung durchströmbar sind, und eine Steuerein­ richtung zum Beeinflussen der Flugbahn durch aerodynamische Sperrung eines der Rohrelemente durch Bewirken einer turbu­ lenten Strömung aufweist.

Es hat sich nämlich herausgestellt, daß für die beim bekannten Geschoß auftretenden Störungen nicht das Steuerprinzip, sondern der Umstand verantwortlich ist, daß der zum Steuern gesperrte Kanal nicht seiner Aufgabe als Funktionselement des Leitwerkes nachkommen kann.

Die Anordnung der Rohrelemente nahe dem Schwerpunkt sorgt dafür, daß die Rohrelemente auch bei Richtungsänderung des Geschosses und somit bei Änderung seines Anstellwinkels zur anströmenden Luft stets angeströmt bleiben, was nicht der Fall wäre, wenn sie im Heckbereich angeordnet wären. Die Steuewirkung ist somit gleichmäßig und reißt nicht bei zu­ nehmender Richtungsänderung des Geschosses unvermittelt ab.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der anliegenden Figuren beispielsweise noch näher erläutert:

Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt eines Rohrelementes, das sich mit Überschallgeschwindigkeit in Luft bewegt und aerodynamisch offen ist.

Fig. 2 ist eine zu Fig. 1 analoge Ansicht, wobei das Element aber aerodynamisch geschlossen ist.

Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Geschosses gemäß der Erfindung, das mit Rohrelementen versehen ist, die im Längsschnitt dargestellt sind.

Fig. 4 ist eine Schnittzeichnung in der Ebene IV-IV der Fig. 3.

Fig. 5 ist eine zu Fig. 3 analoge Ansicht, die zeigt, wie das Geschoß schwenkt, wenn eines der Rohrelemente aerodynamisch geschlossen ist.

Fig. 6 ist eine zu Fig. 1 analoge Ansicht, betr. eine Ausführungsvariante der Mittel zur Steuerung des aerodynamischen Schließens des Rohrelementes, wobei diese Mittel in der Position "aerodynamisch offen" sind.

Fig. 7 ist eine zu Fig. 6 analoge Ansicht, wobei die vorgenannten Mittel in der Position "aerodynamisch geschlossen" sind.

Fig. 8 ist ein Längsschnitt einer Ausführungsvariante eines Rohrelementes mit Innenbelegung durch eine pyrotechnische Zusammensetzung.

Fig. 9 ist ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsvariante eines Rohrelementes mit Innenbelegung durch eine pyrotechnische Zusammensetzung.

Fig. 10 ist ein Längsschnitt einer Ausführungsvariante eines Rohrelementes mit Eindringkernen.

Fig. 11 ist eine Schnittzeichnung in der Ebene XI-XI der Fig. 10.

Fig. 12 ist ein teilweiser Längsschnitt eines Geschosses gemäß der Erfindung, das mit einem Leitwerk und einem Treibspiegel versehen ist.

Fig. 13 ist eine Schnittzeichnung in der Ebene XIII-XIII der Fig. 12.

Die Fig. 1 und 2 stellen ein Rohrelement (1) dar mit kreisrundem Querschnitt, bei dem die Vorderpartie 2 angespitzt ist, das sich in Luft mit Überschallgeschwindigkeit in Richtung des Pfeils F bewegt. Das aerodynamische Verhalten eines solchen Geschosses wurde schon untersucht.

Es ist bekannt, daß die Bedingungen für die Luftströmung (s. Pfeil A) im Inneren des Rohrelementes je nach der Geschwindigkeit, dem Innendurchmesser und der Form der Vorderkante desselben sich ändern. Im Falle der Fig. 1 wird die Luftströmung einfach gebremst durch die Überlagerungen der Wellen 3 untereinander, die durch die Bewegung des Elementes 1 in der Luft erzeugt werden, und durch die Wände 4 des Elementes. Die Luftströmung im Inneren des Elementes 1 wird in diesem Fall als "offen, aber angefacht" bezeichnet.

Wenn man, ausgehend von dieser Situation, im Inneren des Rohrelementes 1 einen Körper 5 mit geringen Abmessungen plaziert, die jedoch ausreichen, um Turbulenzen zu erzeugen, tritt die Luftströmung nicht mehr auf.

Das Element 1 wird in diesem Falle als "geschlossen" oder "blockiert" bezeichnet. Die vordere Stoßwelle löst sich von der Vorderkante 2 des Elementes 1 ab, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung des vorher Gesagten. So trägt das steuerbare Geschoß 7 gemäß der Erfindung, wie in den Fig. 3, 4 und 5 zu sehen ist, auf seiner seitlichen Oberfläche ein oder mehrere Paare von Rohrelementen 1, deren Achsen Y-Y′ zur Geschoßachse X-X′ parallel sind und in dieser symmetrisch angeordnet sind.

Jedes dieser Rohrelemente ist so dimensioniert, daß es bei der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Geschosses 7 aerodynamisch offen ist. Darüber hinaus sind Mittel wie z. B. der Körper 5 vorgesehen, um das aerodynamische Schließen des einen oder des anderen Rohrelements 1 zu steuern, zur Änderung der Flugbahn des Geschosses.

Im dargestellten Beispiel (s. Fig. 4) beträgt die Anzahl der Rohrelemente 1 vier Stück, die versetzt zu den Flossen 8 des hinteren Leitwerks des Geschosses 7 angeordnet sind. Diese Rohrelemente 1 werden mit der Geschoßwand aus einem einzigen Teil gefertigt, aber sie können auch separat gefertigt werden und mit jedem geeigneten Mittel auf der Geschoßwand befestigt werden.

Die Rohrelemente 1 sind gegenüber dem Schwerpunkt G nach vorne verschoben, aber sie könnten auch nach hinten verschoben sein.

Im Beispiel der Fig. 1 bis 5, können die genannten Mittel zur Steuerung des aerodynamischen Schließens eines Rohrelementes 1 einen Körper 5 enthalten, der quer zu der Seitenwand 4 des Rohrelementes 1 gleiten kann zwischen einer Position, in der dieser Körper 5 die Luftströmung im Innern des Rohrelementes 1 freigibt (s. Fig. 1) und einer Position, in der dieser Körper 5 im Inneren des Rohrelementes 1 hervortritt und dieses aerodynamisch schließt (s. Fig. 2 und 5).

Die Körper 5 und ihr Steuerungsmechanismus werden vom Geschoß getragen. Aufgrund der geringen Abmessungen der Körper 5 wird das Gesamtgewicht des Geschosses durch sie nicht wesentlich verändert.

Das aerodynamische Schließen eines Rohrgeschosses, ob ungewollt oder absichtlich herbeigeführt, reicht aus, um einen plötzlichen Anstieg seiner Luftwiderstandskraft zu bewirken, z. B. im Verhältnis von 1 : 2. Folglich reicht es aus wenn man auf beiden Seiten des Geschoßkörpers zwei Rohrelemente 1 einander gegenüberliegend anbringt, eines mit aerodynamisch "blockierter" Strömung, das andere mit "angefachter" Strömung, um einen Unterschied der außermittigen Luftwiderstandskräfte zu erhalten. Auf dem Schema der Fig. 5 ist das obere Element "blockiert", während das untere "angefacht-offen" ist. Dieser Unterschied führt aufgrund des Hebelarms d, der durch die axiale Verschiebung der Rohrelemente 1 im Verhältnis zur Geschoßachse X-X′ entsteht, zu einem Moment, das dem Geschoß 7 einen aerodynamischen Anstellwinkel δ verleiht.

Beim Auftreten dieses Anstellwinkels bildet sich eine aerodynamische Kraft, genannt Auftriebskraft, die am Druckmittelpunkt des Geschosses 7 angreift. Diese Kraft reduziert sich auf ein Moment und eine Normalkraft N, die am Schwerpunkt des Geschosses 7 angreift. Diese Normalkraft N führt zur Änderung der Flugbahn. Um wieder in die Lage mit Anstellwinkel gleich Null zurückzugelangen, unter Abschwächung der schädlichen Wirkungen der Anstellung (insbesondere Anwachsen der Streuung), arbeiten die beiden Rohrelemente aerodynamisch entgegengesetzt unter Berücksichtigung einer angemessen zeitlichen Verzögerung. Die vorgeschlagene Vorrichtung ist somit selbst-korrigierend.

Damit das Verfahren wirklich effizient ist, muß das Geschoß über die gesamte Flugbahn hinweg im Überschallbereich, wie z. B. Machzahl größer als 3, fliegen. Die dafür erforderliche hohe Anfangsgeschwindigkeit kann durch Verschuß aus einer Kanone erzeugt werden.

Die Mittel zur Steuerung des aerodynamischen Schließens eines Rohrelementes 1 können auch aus Mitteln gebildet sein, die einen oder mehrere Gasstrahlen quer zur Achse Y-Y′ des Rohrelementes ausstoßen.

In den Ausführungen der Fig. 6 und 7 enthalten die genannten Mittel zur Steuerung des aerodynamischen Schließens eines Rohrelementes 1 einen Körper 9, der im Vergleich zu dem Querschnitt des Rohrelementes 1 einen geringen Querschnitt aufweist und in dessen Achse Y-Y′ plaziert ist. Dieser Körper 9, der an der Wand des Rohrelementes angebracht ist, trägt einen Schaft 10 mit einem spitzen Ende 11, der in Richtung der Achse Y-Y′ des Elements 1 beweglich angeordnet ist zwischen einer eingezogenen Position, (s. Fig, 6) in der das Rohrelement 1 aerodynamisch offen und einer nach vorne herausgeschobenen Position, (s. Fig. 7) in der das Rohrelement 1 aerodynamisch geschlossen ist.

Wie in den Ausführungen der Fig. 1 und 2 hat der Körper 9 im Vergleich zu dem Rohrelement 1 einen geringen Querschnitt.

Der in dem Körper 9 gleitend angeordnete Schaft 10 kann durch einen Gasstrahl ersetzt werden, der nach vorne aus dem Rohrelement 1 ausbläst.

Zur Kompensierung der Bremswirkung, die durch das Vorhandensein der Rohrelemente 1 an der Peripherie des Geschosses 7 entsteht, kann die Innenoberfläche dieser Elemente (s. Fig. 8 und 9) durch eine rohrförmige Schicht einer pyrotechnischen Zusammensetzung ausgekleidet sein, die bei der Bewegung des Geschosses durch die in diesen Rohrelementen vorbeistreichende Luft abbrennen kann.

In den Fig. 8 und 9 bezeichnet Z die Bereiche, wo die Wellen 3 mit der pyrotechnischen Zusammensetzung in Berührung kommen und eine Aufheizung bewirken, die dann die Verbrennung der pyrotechnischen Zusammensetzung einleitet.

Die zerstörerische Wirkung des Geschosses kann bedeutend erhöht werden durch Anbringung zusätzlicher Nutzlasten, wie z. B. Eindringkerne 13 aus hartem Material in der Wand 4 der peripheren Rohrelemente 1, wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist.

Darüber hinaus wird die beschleunigte Totmasse (Treibspiegel) stark reduziert, da die peripheren Rohrelemente 1 beim Abschuß zur Führung des Geschosses beitragen können. Da somit die Flugmasse des Geschosses erhöht wird, wird auch der ballistische Koeffizient verbessert.

Der Abschuß des Geschosses nach der Erfindung erfolgt vorzugsweise durch eine Kanone, damit in kurzer Zeit die für ein korrektes Arbeiten der Rohrelemente 1 benötigte hohen Geschwindigkeiten erreicht werden. Diese Abschußart benötigt einen Treibspiegel 14 (s. Fig. 12), der notwendigerweise aus mehreren Teilen bestehen muß und dessen Technik schon gut bekannt ist. Der Treibspiegel 14 hat gleichzeitig schiebende (die Rohrelemente 1) und ziehende Funktion (der Hauptkörper).

Die Fig. 12 und 13 zeigen ein Geschoß, das durch ein Heckleitwerk 8 stabilisiert ist. Die Rollgeschwindigkeit eines solchen Geschosses ist gering. Deshalb wird unter Berücksichtigung des Vorhandenseins des Heckleitwerks mit im allg. 4 oder 6 Flossen 8 die Anzahl der Rohrelemente 1 vorzugsweise ebenfalls gleich 4 oder 6 gewählt. Die Paarzahl beträgt also zwei bzw. drei.

Die Führung im Abschußrohr kann zum größten Teil durch die peripheren Rohrelemente 1 gewährleistet werden. Der Treibspiegel 14 mit reduzierten Abmessungen dient zum Einpressen (Schußabgang) und zum Abdichten, damit keine Pulvergase entweichen können.

Claims (10)

1. Überschallgeschoß mit

• - einem Geschoßkörper (7) mit einer Achse (XX′),
• - einem am Ende des Geschoßkörpers (7) angeordneten, starren Leitwerk (8),
• - mindestens zwei achsparallelen Rohrelementen (1) an der Außenseite des Geschoßkörpers (7) in der Nähe dessen Schwerpunktes (G), die bezüglich der Achse (XX′) symmetrisch angeordnet sind und die von einer Luftströmung durchströmbar sind, und
• - einer Steuereinrichtung zum Beeinflussen der Flugbahn durch aerodynamische Sperrung eines der Rohrelemente (1) durch Bewirken einer turbulenten Strömung.

2. Überschallgeschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von Rohrelementen (1) vorgesehen ist.

3. Überschallgeschoß nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen oder mehrere Körper (5) enthält, die quer zur Seitenwand (4) eines Rohrelementes (1) zwischen einer Freigabeposition und einer Schließposition verschieblich sind, in welcher der oder die Körper im Inneren des Rohrelements (1) hervortreten und dieses aerodnamisch sperren.

4. Überschallgeschoß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (5) und deren zugehöriger Steuermechanismus vom Geschoßkörper (7) getragen sind.

5. Überschallgeschoß nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, einen oder mehrere Gasstrahlen zum aerodynamischen Schließen eines Rohrelements quer zu dessen Achse auszublasen.

6. Überschallgeschoß nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für jedes Rohrelement (1) einen in dessen Achse (YY′) angeordneten Schaft (10) mit einem spitzen Ende aufweist, der axial zwischen einer eingezogenen Position, in der das Rohrelement (1) aerodynamisch offen ist, und einer ausgefahrenen Position verschieblich ist, in der die Sperrung erfolgt.

7. Überschallgeschoß nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für jedes Rohrelement (1) einen in dessen Achse (YY′) angeordneten Körper (9) enthält, der dazu eingerichtet ist, einen axialen Gasstrahl auszublasen.

8. Überschallgeschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Rohrelemente (1) durch eine rohrförmige Schicht (12) aus einer pyrotech­ nischen Zusammensetzung ausgekleidet ist, die infolge der die Rohrelemente (1) durchströmenden Luft abbrennen kann.

9. Überschallgeschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Rohrelemente (1) Eindringkerne (13) aus hartem Material enthält.

10. Überschallgeschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß zum Verschießen aus einer Rohrwaffe eingerichtet ist, und daß die Rohrelemente (1) zur Übernahme der Führung im Inneren des Abschußrohres ausgebildet sind.