DE3940969C2 - Unterkalibriges Wuchtgeschoß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein unterkalibriges Wuchtgeschoß gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiges Wuchtgeschoß ist beispielsweise aus der Zeitschrift "Internationale Wehrrevue" 12/1986, Seite 1809, bekannt. Der Geschoßkörper ist aus einer Wolframlegierung gefertigt und hat ein Länge/Durchmesser-Verhältnis von ca. 19 : 1. Daneben ist vergleichsweise ein weiteres Wuchtgeschoß mit einem noch größeren Länge/Durchmesser-Verhältnis von ca. 30 : 1 dargestellt.

Das Verschießen schlanker Wuchtgeschoße (KE-Penetratoren) be­ reitet mit zunehmender Länge und abnehmender Querschnittsfläche bzw. geringer werdendem Durchmesser immer größere Probleme. Insbesondere das Eigenschwingungsverhalten der stabförmigen Wuchtgeschoße ist hierbei als kritisch anzusehen. Die niedrigsten Biegeeigenfrequenzen sinken mit zunehmender Schlankheit der Geschoßkörper in Frequenzbereiche ab, in denen Anregungen durch Abgangsfehler, Störungen bei der Treibkäfig­ ablösung, Rotationsaufbringung durch das Leitwerk und auch aerodynamische Anregungen während der Flugphase auftreten. Diese niederfrequenten Anregungen führen zu Schwingungen des Penetrators während der Flugphase, die durch den schlanken Stab nicht mehr genügend zurückgestellt und gedämpft werden können. Werden die Schwingungsamplituden zu groß, ist sogar mit einem Bruch des Penetrators bereits vor dem Erreichen des Zieles zu rechnen. In jedem Fall aber ist die endballistische Leistung eines derartig schwingenden Penetrators stark herab­ gesetzt, insbesondere wenn er im ungünstig ausgeschwungenen Zustand auf der Zielfläche auftrifft.

Penetratoren mit kreisförmiger Querschnittsfläche sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt (vgl. zum Beispiel DE 37 19 768 A1). Soll auf konventionelle Weise bei vorgegebenem Kaliber ein Penetrator mit größerer Schlankheit als ein bereits exi­ stierender Geschoßkörper konstruiert werden, so muß bei etwa gleicher Penetratormasse der Durchmesser des Kreisquerschnittes reduziert werden, um die Stablänge vergrößern zu können. Eine Verringerung des Stabdurchmessers bedeutet jedoch eine drastische Reduzierung des Flächenmomentes I, das ein Maß für die Biegesteifigkeit der Querschnittsfläche darstellt. Ein geringerer Stabdurchmesser vergrößert also bei gleicher Biegebeanspruchung die Stabdurchbiegung überproportional, da das Flächenmoment I von der 4. Potenz des Stabdurchmessers d abhängt.

Die Biegeeigenfrequenzen eines Stabes mit kreisförmigem Quer­ schnitt sind proportional dem Durchmesser d und reziproportional der Stablänge zum Quadrat. Hieraus folgt, daß beide konven­ tionellen Maßnahmen zur Realisierung eines schlankeren Pe­ netrators (größere Länge und kleinerer Durchmesser bei gleich­ bleibender Masse) zu einer erheblichen Reduzierung der Biege­ eigenfrequenzen führen.

Aus der DE 37 41 341 A1 ist zwar ein Geschoßkörper mit un­ rundem Querschnitt, der aus drei Bogenabschnitten gebildet wird, bekannt. Hierbei handelt es sich jedoch um ein drallsta­ bilisertes Kurzgeschoß (L/D<5 : 1) für Übungszwecke, das durch die besondere Querschnittsgestaltung eine Drallredu­ zierung erfahren und nach der Zielentfernung instabil werden und mit reichweitenreduzierter Flugbahn alsbald zu Boden fallen soll. Probleme durch Transversalschwingungen, wie bei Wuchtgeschossen mit großem Schlankheitsgrad, treten bei diesem bekannten Kurzgeschoß nicht auf.

Aus der US-PS 4,056,060 sind ebenfalls drallstabilisierte Pe­ netratoren bekannt, welche zur Erzeugung einer hohen Rotations­ stabilität unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Wie im Falle der DE 37 41 341 A1 handelt es sich bei diesen bekannten Geschossen nicht um Wuchtgeschosse mit großem Schlankheitsgrad, sondern lediglich um Kurzgeschosse. Einen Hinweis auf die Probleme flügelstabilisierter Penetratoren mit großem L/D-Verhältnis läßt sich auch dieser Schrift nicht ent­ nehmen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit einem Leitwerk versehenes Wuchtgeschoß mit großem Längen/Durchmesser-Verhältnis (von wenigstens 15 : 1) anzugeben, bei dem gegenüber einem vorbekannten Penetrator mit kreisförmigem Querschnitt bei gleicher Länge und Querschnittsfläche (gleiche Masse) die Biegesteifigkeit wesentlich erhöht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

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

Es zeigt:

Fig. 1 ein konventionelles Wuchtgeschoß mit kreisrundem Querschnitt,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Wuchtgeschoß mit dreiecks­ förmigem Querschnitt,

Fig. 3 eine vergleichende Darstellung von Kreisquer­ schnitt und dreiecksförmigem Querschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 1 und Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wuchtgeschoß mit umschließendem Treibkäfig und

Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 weitere erfindungsgemäße dreiecksförmige Querschnittsformen.

In Fig. 1 ist ein übliches Wuchtgeschoß 10 großen Längen/Durchmesser-Verhältnisses mit kreisrundem Quer­ schnitt und heckseitigem Flügelleitwerk 12 dargestellt, wie es allgemein aus dem Stand der Technik bekannt ist.

In Fig. 2 ist demgegenüber ein erfindungsgemäßes Wuchtge­ schoß 20 mit dreiecksförmiger Querschnittsfläche gegenüber­ gestellt. Das erfindungsgemäße Wuchtgeschoß 20 weist eine gleiche Längenerstreckung und eine nahezu gleiche Masse wie das in Fig. 1 dargestellte bekannte Wuchtgeschoß 10 auf. In seinem mittleren dreiecksförmigen Querschnittsbe­ reich wird das Wuchtgeschoß 20 von einem segmentierten, ab­ werfbaren Treibkäfig 26 (vgl. Fig. 4) umschlossen. Bei die­ ser Ausgestaltungsform weist der erfindungsgemäße Geschoß­ körper 20 eine Geschoßspitze 28 und ein das Flügelleitwerk 22 tragendes Geschoßheck 30 mit jeweils rotationssymmetri­ schem bzw. rundem Querschnitt auf.

In Fig. 3 sind in einer Darstellung der kreisförmige Quer­ schnitt 14 des bekannten Wuchtgeschosses 10 und der erfin­ dungsgemäße dreiecksförmige Querschnitt 24 des Wuchtge­ schoßes 20 mit gleichgroßer Querschnittsfläche verglei­ chend dargestellt.

Nachfolgend wird erläutert, warum ein erfindungsgemäßer Penetrator 20 mit großem L/D-Verhältnis mit dreiecksförmi­ ger Querschnittsfläche 24 bei gleicher Länge und gleich­ großer Querschnittsfläche (gleiche Masse) biegesteifer als ein bekannter Penetrator 10 mit kreisförmiger Querschnitts­ fläche 14 bei gleichzeitiger Reduzierung der Biegeamplitu­ den, Erhöhung der Biegeeigenfrequenzen und Desensibilisie­ rung gegenüber dem Erregerspektrum gestaltet werden kann:
Zwischen der Seitenlänge b des gleichseitigen Dreiecks mit der Querschnittsfläche 24 und dem Durchmesser d der Kreis­ querschnittfläche 14 besteht bei Flächengleichheit die Beziehung: b = 1,347×d.

Das Flächenmoment I um den Schwerpunkt ist ein Maß für die Biegesteifigkeit der jeweiligen Querschnitte. Zwischen dem Flächenmoment I^Δ des Dreiecks und dem Flächenmoment I° des Kreises besteht die Beziehung: I^Δ = 1,209×I°.

Das bedeutet, daß das flächengleiche Dreiecksprofil um 20,9% biegesteifer als der Kreisquerschnitt ist. Dies gilt unabhängig von der Winkellage des Koordinatensystems durch den Schwerpunkt.

Um den positiven Einfluß der Querschnittsveränderung vom Kreisprofil zum Dreiecksprofil auf die Verschiebung der Biegeeigenfrequenzen zu höheren Werten quantitativ zu be­ schreiben, wird folgende Modellannahme getroffen: Die Mas­ se des Penetrators einschließlich der Spitze und des Leit­ werkes wird auf einen Stab mit konstanter Querschnittsflä­ che verteilt. Hieraus ergibt sich gegenüber dem bekannten Penetrator mit Kreisquerschnitt eine etwas reduzierte Ge­ samtlänge des Stabes. Unter dieser Voraussetzung können nun zwei Stäbe mit unterschiedlichem Profil aber gleicher Querschnittsfläche (und gleicher Masse) schwingungstech­ nisch verglichen werden. Für solche freischwingenden unge­ dämpften Stäbe liefert die Dynamik eine analytische Lösung zur Berechnung der Biegeeigenfrequenzen f_i:

Dabei ist E = Elastizitätsmodul; I = Flächenmoment; ρ = spez. Dichte; A = Querschnittsfläche; l = Stablänge und c_i = Konstante des Eigenwertproblems mit i = 1 bis unendlich.

Die zwei zu vergleichenden Stabpenetratoren unterscheiden sich schwingungstechnisch lediglich im Flächenmoment I, weil der Dreiecksquerschnitt ein um ca. 21% größeres Flä­ chenmoment aufweist als der Kreisquerschnitt. Demzufolge besteht zwischen den Eigenfrequenzen des dreieckigen und des kreisförmigen Penetratorstabes gleicher Querschnitts­ fläche die Beziehung: f_i ^Δ = 1,1×f_i°. Das bedeutet, daß das flächengleiche Dreiecksprofil um etwa 10% größere Bie­ geeigenfrequenzen bewirkt als der Kreisquerschnitt.

In Fig. 4 ist in Querschnittsdarstellung der den Geschoß­ körper 20 umschließende Treibkäfig 26 ersichtlich. Der Treibkäfig 26 besteht aus drei Segmenten, die sich entlang der Teilungsebenen 36 berühren.

Auf den Außenflächen des Geschoßkörpers 20 und den Innen­ flächen des Treibkäfigs 26 bzw. der Treibkäfigsegmente ist eine Formschlußzone 34 zur Übertragung der Beschleunigungs­ kräfte vom Treibkäfig auf den Geschoßkörper vorgesehen. Die Formschlußmittel in der Formschlußzone 34 bestehen aus korrespondierenden, ineinandergreifenden, im wesentlichen quer zur Geschoßlängsachse verlaufenden Nuten bzw. Rillen und bilden dadurch eine lösbare Verzahnung zwischen den beiden Bauteilen. Dabei kann die Verzahnung sägezahnförmig ausgebildet sein, wobei die Sägezähne auf den Geschoßkör­ per 20 zur Verbesserung des c_w-Widerstandsbeiwertes leicht nach hinten in Richtung des Geschoßhecks 30 bzw. Flügel­ leitwerkes 22 geneigt ausgebildet sein können.

Fig. 5 zeigt, daß der Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wuchtgeschoßes 20 im wesentlichen dreiecksförmig durch ein gleichseitiges Dreieck mit ebenen Außenflächen 32 ausgebil­ det ist. Dabei können bei dieser dreiecksförmigen Quer­ schnittsform 24 die Ecken zwischen den Außenflächen 32 abgerundet ausgebildet bzw. mit Abrundungen 40 versehen sein.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Außenflächen 32′ des dreieckförmigen Querschnitts 24 leicht konkav bzw. nach innen gekrümmt ausgebildet. Diese besondere Querschnittsform ermöglicht eine zusätzliche Steigerung der Biegesteifigkeit und eine Erhöhung der Bie­ geeigenfrequenzen gegenüber dem in Fig. 5 dargestellten Querschnitt mit gleichseitigen ebenen Dreiecksaußenflächen.

Entsprechend sind bei dem in Fig. 7 dargestellten weite­ ren Ausführungsbeispiel die Außenflächen 32′′ des dreieck­ förmigen Querschnitts 24 leicht konvex bzw. nach außen ge­ krümmt ausgebildet.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zeich­ net sich dadurch aus, daß sich die dreiecksförmige Quer­ schnittsform 24 über die gesamte Länge des Wuchtgeschosses 20 erstreckt und im rückwärtigen Bereich des Geschoßhecks 30 die Außenkanten 38 der Dreiecksfläche nach Art von Leit­ werksflügeln 42 verlängert nach außen gezogen sind bzw. mit größerem Radialabstand ausgebildet sind. Diese besonde­ re Form der integrierten Leitwerksflügel 42 ist in Fig. 6 in gestrichelter Darstellung ersichtlich.

Zur Erzeugung einer Ausgleichsrotation des Geschoßkörpers 20 während des Fluges von etwa 50 Hz (50 U/sec.) können die Leitwerksflügel 42 an ihren heckseitigen radial verlau­ fenden Begrenzungskanten in üblicher Weise gleichsinnig angeschrägt sein.

Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung eines erfindungsge­ mäßen Penetrators mit der zugehörigen Dreiteilung bzw. Seg­ mentierung des Treibkäfigs zeigt ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel. Generell ist jedoch auch ein vier- oder mehreckiger Penetratorquerschnitt mit dazugehörigem vier­ oder mehrteiligem Treibkäfig mit einer gegenüber dem übli­ chen Kreisquerschnitt erhöhten Biegesteifigkeit denkbar.

Die zuvor aufgezeigten konstruktiven Merkmale der verschie­ denen Ausführungsformen sind im Rahmen der Erfindung belie­ big austauschbar oder miteinander kombinierbar.

Bezugszeichenliste

10 Wuchtgeschoß (Stand der Technik)
12 Flügelleitwerk 10
14 Kreisquerschnitt
20 Wuchtgeschoß Erfdg.
22 Flügelleitwerk 20
24 Dreiecksquerschnitt
26 Treibkäfig (Segmente)
28 Geschoßspitze
30 Geschoßheck
32 Außenfläche 20
34 Formschlußzone
36 Teilungsebenen 26
38 Längskanten
40 Abrundung
42 Leitwerksflügel

Claims (7)

1. Unterkalibriges Wuchtgeschoß (Penetrator) mit einer Ge­ schoßspitze (28) und einem Flügelleitwerk (22), dadurch gekennzeichnet, daß der Penetrator (20) in seinem mittleren, im wesentlichen vom Treibkäfig (26) umschlossenen, über wenigstens seine halbe Längserstreckung reichenden Bereich einen im wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt (24) aufweist und die Geschoßspitze (28) und das das Flügelleitwerk (22) tragende Geschoßheck (30) einen runden Querschnitt aufweisen und die Querschnittsfläche der Bereiche über die gesamte Penetratorlänge im wesentlichen konstant ist.

2. Wuchtgeschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (24) durch ein gleichseitiges Dreieck mit ebenen Außenflächen (32) ausgebildet ist. (Fig. 3, 4, 5)

3. Wuchtgeschoß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen (32′) des dreieckförmigen Quer­ schnitts (24) leicht konkav bzw. nach innen gekrümmt ausgebildet sind. (Fig. 6)

4. Wuchtgeschoß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen (32′′) des dreieckförmigen Quer­ schnitts (24) leicht konvex bzw. nach außen gekrümmt ausgebildet sind. (Fig. 7)

5. Wuchtgeschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dreiecksförmige Querschnittsform (24) zwischen den Außenflächen (32) abgerundet ausgebildet ist. (Fig. 5)

6. Wuchtgeschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formschlußmittel in der Formschlußzone (34) zwischen Geschoßkörper (20) mit dreiecksförmiger Quer­ schnittsfläche (24) und Treibkäfig (26) aus korrespon­ dierenden, ineinandereingreifenden, im wesentlichen quer zur Geschoßlängsachse verlaufenden Nuten bzw. Rillen bestehen und dadurch eine lösbare Verzahnung bilden.

7. Wuchtgeschoß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung sägezahnförmig ausgebildet ist, wobei die Sägezähne auf dem Geschoßkörper (20) zur Verbes­ serung des c_w-Widerstandsbeiwertes leicht nach hinten in Richtung des Geschoßheckes (30) bzw. Flügelleitwer­ kes (22) geneigt ausgebildet sind.