DE3930255C2

DE3930255C2 -

Info

Publication number: DE3930255C2
Application number: DE19893930255
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Bau.-Ing. 5000 Koeln De Meyer; Monika Dipl.-Ing. Dr. 4052 Korschenbroich De Wildau; Rainer Dipl.-Ing. 4000 Duesseldorf De Diel; Gregor Dipl.-Ing. 5162 Langerwehe De Stollwerk; Heinz-Josef Dr.-Ing. 4030 Ratingen De Kruse; Wilfried Dipl.-Ing. 4000 Duesseldorf De Becker
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1992-09-10
Also published as: DE3930255A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wuchtgeschoßanordnung mit un terkalibrigem Geschoßkörper großen Länge/Durchmesser-Ver hältnisses und mit segmentiertem abwerfbarem Treibkäfig, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bekannte Wuchtgeschoßanordnungen mit unterkalibrigem Ge schoßkörper (Penetrator) werden mittels üblicher Zwei flansch-Treibkäfige (Pushpull) oder Einflansch-Treibkäfige (Pull-Tk) zur Erzielung einer hohen kinetischen Energie mit hohen Anfangsgeschwindigkeiten V_o aus großkalibrigen Rohrwaffen (z. B. 120 mm) verschossen. Aus Gründen einer endballistischen Leistungssteigerung bzw. Erhöhung der ki netischen Energie durch eine größere Geschoßmasse werden die Penetratoren in Zukunft immer dünner und länger ausge bildet werden. Bei üblichen unterkalibrigen Wuchtgeschos sen von hohem Schlankheitsgrad werden die auftretenden Bie geschwingungen des Geschoßkörpers während des Abschusses aus dem Rohr bzw. beim Rohrdurchgang nicht gedämpft bzw. vermindert.

Während des Rohrdurchganges führt ein langer schlanker Pe netrator eines KE-Geschosses nachteilige Biegeschwingungen aus. Die Amplituden dieser Schwingungen sind an der vorde ren Geschoßspitze und am hinteren Geschoßende am Ort des Flügelleitwerkes maximal. Die Anregung solcher Biege- oder Transversalschwingungen erfolgt in erster Linie durch den Pulverabbrand mit Druckschwankungen und Auswirkung auf das Leitwerk und durch das Waffenrohr selbst. Da diese Anre gungen vorzugsweise im Niederfrequenzbereich von kleiner 100 Hz erfolgen, ist es erstrebenswert, die Eigenfrequen zen eines Geschosses möglichst hoch zu halten.

Eine Schwingungsbegrenzung des Penetrators könnte prinzipiell über eine Verlängerung des Treibkäfigs über den gesamten vollen Umfang (axialsymmetrisch) bzw. über nahezu die gesamte Länge des Penetrators erfolgen, dies hat jedoch eine erhebliche Erhöhung des Totlastanteiles des Treibkäfigs zur Folge.

Aus den Offenlegungsschriften DE 33 39 078 A1 und DE 37 13 721 A1 ist es bekannt, den vorderen und hinteren Penetratorteil durch entsprechende konische Verlängerungen des Treibkäfigs vor und hinter dem Führungs- bzw. Druckflansch abzustützen. Nachteilig ist auch hierbei der mit dieser Maßnahme verbundene relativ hohe Totlastanteil der Wuchtgeschoßanordnung. Außerdem ist bei einer entsprechenden Verlängerung im vorderen Penetratorbereich eine zusätzliche Lufttasche vorzusehen, damit eine reproduzierbare Ablösung des Treibkäfigs möglich ist.

Aus der DE 29 51 904 A1 ist eine Geschoßanordnung bekannt, bei der der Treibkäfig umfangseitig angeordnete Lagergabeln aufweist, in denen radial ausklappbare Backen verschwenkbar gelagert sind. Diese Backen, in Form eines ebenen, starren Blattes, weisen u. a. eine mechanische Einrichtung zum Halten des Geschosses in der Achse auf. Die mechanische Zentriereinrichtung besteht aus Erhebungen, die auf dem inneren Rand des Blattes angeordnet sind. Diese Erhebungen 22b sind Bestandteil der Backen und dienen als vordere Auflagefläche der Backen auf dem Geschoß und sind so angeordnet, daß sie sich nicht vorderseitig über die Abschußvorrichtung hinwegerstrecken.

Aus der DE 30 31 722 C2 ist es ferner bekannt, am hinteren Ende eines Einflansch-Treibkäfigs Stützausleger 48 anzuordnen. Diese sollen eine ausreichend große Druckkraft radial nach innen bewirken, um auch in diesem Bereich eine formschlüssige Verbindung zwischen der Innenfläche des Treibkäfigs und dem konisch sich verjüngenden Geschoß zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beim Abschuß im Waffenrohr auftretenden Biegeschwingungen des Geschoßkörpers durch entsprechende Maßnahmen auf einfache Weise in ihrer Amplitude begrenzt zu halten, ohne den Totlastanteil des Treibkäfigs wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Segmente des Treibkäfigs, wenigstens an einem ihrer beiden Enden eine über die Länge des Treibkäfigs hinausragende und mit dem Geschoßkörper in abstützender Berührung stehende rippen- oder stegartige Stützstrebe aufweisen. Mit den vorne und/oder hinten am Treibkäfig befestigten rippen- oder stegartigen Stützstreben werden die Transversalschwingungen des Penetrators in einfacher Weise in ihrer Amplitude begrenzt. Dadurch treten weniger Störungen des Geschoßkörpers bei der Beschleunigung im Rohr und beim Geschoßflug auf und die Treffgenauigkeit des Wuchtgeschosses im Ziel wird erhöht. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, d. h. die Verwendung von relativ einfachen und vor allem leichten Bauteilen, können nun sogar erheblich längere Penetratoren verschossen werden als bisher, ohne den Totlastanteil (Gewicht) des Treibkäfigs wesentlich zu erhöhen.

Die formelmäßige Beschreibung der Schwingungscharakteristik ist in einem am Schluß dieser Beschreibung aufgeführten Rechenbeispiel erläutert.

Erfindungsgemäß werden mit den Stützstreben die vordere freie Penetratorlänge und die hintere freie Penetratorlänge verkürzt, wodurch sich die beiden Eigenfrequenzen der Ge schoßenden erhöhen. Mit dieser Lösung wird die Treibkäfig masse (Totlastanteil) nur unwesentlich vergrößert.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteran sprüchen enthalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeich nungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Wuchtgeschoßanordnung mit unter kalibrigem Geschoßkörper und üblichem Zwei flansch-Treibkäfig (Prior Art),

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein mechanisches Schwingungsmodell entsprechend dem Geschoßkör per aus Fig. 1,

Fig. 3 und Fig. 4 in zwei Ausführungsbeispielen ausschnittsweise den vorderen Bereich des Treibkäfigs mit erfin dungsgemäßer Geschoßkörper-Abstützung,

Fig. 5 eine Frontansicht des Treibkäfigs mit erfin dungsmäßigen Geschößkörper-Abstützungen und

Fig. 6 einen Pull-Treibkäfig in Längsschnittdarstel lung mit erfindungsmäßiger heckseitiger Ge schoßkörper-Abstützung.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 10 eine bekannte Wucht geschoßanordnung mit unterkalibrigem Geschoß körper 24 großen Länge/Durchmesser-Verhältnisses (L/D <15), mit Flügelleitwerk 28 und mit segmentiertem abwerfba rem Treibkäfig 12 dargestellt. Der Treibkäfig 12 ist ein üblicher Zweiflansch-Treibkäfig (Pushpull-TK) mit vorder seitigem Führungsflansch 14 und rückseitigem Druckflansch 16. Zwischen Treibkäfig 12 und Geschoßkörper 24 ist zur Übertragung der Beschleunigungskräfte eine übliche Form schlußzone 18 mit korrespondierenden Gewinde- oder Ringril len vorgesehen. Der Treibkäfig 12 besteht aus drei glei chen Treibkäfig-Segmenten 22 und weist auf der Vorderseite des Führungsflansches 14 eine Lufttasche 20 zur besseren Ablösung der Treibkäfig-Segmente 22 vom Geschoßkörper 24 nach Verlassen der Waffenrohrmündung auf.

In Fig. 2 ist ein schematisches Schwingungsmodell des in Fig. 1 dargestellten Geschoßkörpers 24 mit gleichen Längen abmessungen veranschaulicht und dient als Grundlage für das als Anlage beigefügte Rechenbeispiel.

Die Gesamtlänge des Geschoßkörpers 24 setzt sich aus den Teillängen l₀, l_S und l_L zusammen; dabei entspricht l₀ der vom Treibkäfig 12 eingespannten Länge des Geschoßkörpers, l_S der freien Länge des vorderseitigen Geschoßkörpers mit der Geschoßspitze (S) und l_L der freien Länge des rückwär tigen Geschößkörperbereiches mit dem Flügelleitwerk 28 (L). Die beiden festen Auflager 46 stellen die Endpunkte der festen Einspannung des Geschoßkörpers 24 durch den Treibkäfig 12 dar; m_S entspricht der vorderen schwingungs fähigen Masse und m_L der hinteren schwingungsfähigen Masse des Geschoßkörpers 24.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Geschoßkörper-Abstützung mit Erhöhung der Eigenfrequenz wird aus dem dazugehörigen Zahlenbeispiel deutlich.

In Fig. 3 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbei spiel ersichtlich. Dort weist das Treibkäfig-Segment 22 zur Verminderung von Biegeschwingungen des Geschoßkörpers 24 beim Abschuß aus einer Rohrwaffe auf seiner Vorderseite eine über die Länge l₀ bzw. über das vordere Ende 30 des Treibkäfigs 12 bzw. Treibkäfig-Segmentes 22 hinausragende und mit dem Geschoßkörper 24 in abstützender Berührung ste hende Stützstrebe 26 auf. Die Stützstrebe 26 kann z. B. als dünner steifer Blechstreifen ausgebildet sein, der innerhalb der Lufttasche am Treibkäfig-Segment 22 verlötet oder verschweißt ist.

In einem ähnlichen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die in der vorderen Lufttasche 20 des Treibkäfig-Segmentes 22 befestigte Stützstrebe als flächiges bzw. plattenförmi ges radial in Längsrichtung zur Geschoßlängsachse A stehen des Stützteil 34 ausgebildet.

Fig. 5 zeigt das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 in Frontansicht; daraus wird ersichtlich, daß das Stützteil 34 in seinem Berührungsbereich 36 mit der Ge schoßkörperoberfläche 38 einen besonderen Puffer 40 (Schwingungsdämpfer) aufweist. Der Puffer 40 kann z. B. aus einem Metall wie Aluminium, aus Gummi oder Kunststoff bestehen.

Zur Verbreiterung des Berührungsbereiches 36 und zur Ver besserung der schwingungsdämpfenden Abstützungswirkung ist der Puffer 40 etwas verbreitert ausgebildet und weist etwa eine 3- bis 5fache Dicke wie das plattenförmige Stützteil 34 auf.

Die Stützstreben 26 bzw. Stützteile 34 können aber nicht nur vorne, sondern auch hinten oder an beiden Enden 30, 32 der Treibkäfig-Segmente 22 gleichzeitig vorgesehen sein.

Fig. 6 zeigt dazu ein weiteres erfindungsgemäßes Ausfüh rungsbeispiel, bei dem ein Pull-Treibkäfig 42 mit nur einem (vorderseitigen) Druckflansch 16 am hinteren Ende 32 der Treibkäfig-Segmente 22 jeweils ein flächiges Stützteil 34 mit Gummipuffer 40 aufweist. Die sich nach hinten über das Ende 32 des Pull-Treibkäfigs 42 hinaus erstreckenden steifen Stützteile 34 dienen gleichzeitig zur Zentrierung und Abstützung der Wuchtgeschoßanordnung 10 bei Beschleuni gung im Waffenrohr. Dazu weisen die Stützteile 34 an ihrer Außenkante jeweils eine Führungsfläche 44 auf, welche die Wuchtgeschoßanordnung 10 an der Innenwandung des Waffenroh res abstützt.

Die Stützteile 34 bzw. Stützstreben 26 bestehen also vor zugsweise aus dünnen steifen Blechteilen und sind in der Mitte bzw. auf dem Rücken eines jeden Treibkäfig-Segmentes 22 in Längsrichtung angeordnet und durch Verschweißen oder Verlöten unlösbar mit diesem verbunden.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, entspricht die Länge der mit dem Geschoßkörper 24 in abstützender Berührung stehen den Stützteile 34 bzw. Stützstrebe 26 bzw. die Länge des Puffers 40 wenigstens dem einfachen Durchmesser des Ge schoßkörpers 24.

Zur formelmäßigen Erläuterung

Die unterste Eigenfrequenz eines KE-Geschosses berechnet sich in einfacher Idealisierung zu

wobei
E = Elastizitätsmodul des Penetrators,
ρ = Dichte des Penetrators,
d = Penetratordurchmesser,
l₀ = Abstand zwischen den Führungen und

Die nächst höheren Eigenfrequenzen sind die freien Schwingungen des vorderen und hinteren Penetratorendes. Die Frequenz für die vordere Geschoßspitze errechnet sich zu

und die Frequenz des rückwärtigen Geschoßendes mit Leitwerk errechnet sich zu

wobei d_V bzw. d_H die Durchmesser des vorderen bzw. des hinteren Penetratorendes sind.

Beispiel

Für ein 120-mm-KE-Geschoß mit Wolframschwermetall-Penetrator ist E=425 000 N/mm², ρ=17,6 · 10^-6 kg/mm³, l_S=130 mm und d_V=25 mm;
ohne Stützung ist f₂=1018 Hz,
mit Stützung: Länge Puffer=20 mm folgt l_S=110 mm mit f₂=1422 Hz.

Claims

1. Wuchtgeschoßanordnung (10) mit unterkalibrigem Geschoßkörper (24) großen Länge/Durchmesser-Verhältnisses und mit segmentiertem abwerfbarem Treibkäfig (12) mit verlängerten Stützbereichen für den Geschoßkörper (24), wobei der Treibkäfig (12) wenigstens einen kaliberdurchmessergroßen Führungs- bzw. Druckflansch (16) mit vorderseitiger Lufttasche (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (22) des Treibkäfigs (12) wenigstens eine über die Länge (l₀) bzw. das Ende (30, 32) des Treibkäfigs (12) hinausragende rippen- oder stegartige Stützstrebe (26, 34) aufweisen.

2. Wuchtgeschoßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Enden (30, 32) eines jeden Treibkäfig-Segmentes (22) - vorne und hinten - jeweils eine Stützstrebe (26) vorgesehen ist.

3. Wuchtgeschoßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstrebe (26) als flächiges bzw. plattenförmiges radial in Längsrichtung zur Geschoßlängsachse (A) stehendes Stützteil (34) ausgebildet ist.

4. Wuchtgeschoßanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil (34) in seinem Berührungsbereich (36) mit der Geschoßkörperoberfläche (38) einen Puffer (40) aus Metall, Gummi oder Kunststoff aufweist.

5. Wuchtgeschoßanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Pulltreibkäfig (42) mit nur einem kaliberdurchmessergroßen Führungs- und Druckflansch (16) die hinteren Stützteile (34) gleichzeitig als Führungsstrebe mit einer Führungsfläche (44) zur Führung und Abstützung des Pulltreibkäfigs (42) im Rohr ausgebildet sind.

6. Wuchtgeschoßanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützteile (34) aus dünnen Blechteilen bestehen und in der Mitte bzw. auf dem Rücken eines jeden Treibkäfig-Segmentes (22) in Längsrichtung angeordnet und unlösbar mit diesem verbunden sind.

7. Wuchtgeschoßanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der mit dem Geschoßkörper (24) in abstützender Berührung stehenden Stützstrebe (26) bzw. des Puffers (40) wenigstens dem einfachen Durchmesser des Geschoßkörpers (24) entspricht.