DE69610968T2 - Gyroskopisch stabilisiertes projektilsystem zur anwendung gegen unterwasserobjekte - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Diese Erfindung betrifft Munition und insbesondere ein Geschoßsystem, das aus der Luft gegen Unterwasser-Objekte abgefeuert werden kann, die sich in moderaten Unterwasserreichweiten befinden.
• Geschosse werden überwiegend gegen Ziele in der Luft verwendet. Bei der am häufigsten vorkommenden Vorgehensweise wird das Geschoß zusammen mit einem Treibsatz in ein Geschütz eingebracht. Der Treibsatz wird gezündet und treibt dadurch das Geschoß aus dem Geschützrohr hinaus gegen das Ziel.
• Geschosse besitzen eine extrem begrenzte Fähigkeit, aus der Luft gegen Ziele ins Wasser abgefeuert zu werden, und zwar grundsätzlich aus drei Gründen. Erstens kann sich die Flugbahn des Geschosses drastisch ändern, wenn es auf die Grenzfläche zwischen Luft und Wasser (d. h. auf die Wasseroberfläche) auftrifft. Bei einem flachen Einfallswinkel zum Wasser kann das Geschoß überhaupt nicht in das Wasser eintreten, sondern kann statt dessen wegspringen. Bei einem steileren Einfallswinkel zum Wasser kann das Geschoß in das Wasser eintreten, aber sein Weg ändert sich. Dieses Problem ist stets von Belang, jedoch ist es von besonderer Bedeutung für die Genauigkeit des Geschosses, wenn die Wasseroberfläche aufgrund von Wellenbewegung einen sich fortwährend ändernden Zustand aufweist. Zweitens verlangsamt der durch das Wasser hervorgerufene Widerstand das Geschoß schnell und begrenzt seine Reichweite drastisch. Die Reichweite herkömmlicher Geschosse in Wasser variiert nach Gewicht und Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses, ist aber typischerweise meist nicht größer als etwa 91 cm (3 Fuß) unter optimalen Bedingungen für ein konventionelles 20-Millimeter- Geschoß. Drittens können die seitlich auf das Geschoß wirkenden hydrodynamischen Kräfte dieses zum Taumeln bringen, wodurch seine Reichweite und Wirkung weiter begrenzt werden.
• Aus diesen Gründen werden Geschosse selten aus der Luft gegen im Wasser getauchte Ziele abgefeuert. Wenn herkömmliche Geschosse aus der Luft gegen ein im Wasser getauchtes Ziel abgefeuert werden, sind sie weitestgehend wirkungslos. Statt dessen werden Vorrichtungen mit Eigenantrieb wie Torpedos verwendet, und sogar in diesem Fall wird der Torpedo gewöhnlicherweise in das Wasser abgeworfen, bevor sein Antrieb gestartet wird.
• Es gibt Anwendungen, bei denen ein Geschoß, das aus der Luft gegen Unterwasserziele abgefeuert werden kann, nützlich wäre. Beispielsweise besteht eine Standardverteidigung gegen amphibische Militäroperationen darin, Unterwasserminen in moderaten Tiefen in küstennahen Landungsgebieten zu legen. Solche Minen werden derzeit durch speziell ausgebildete Schwimmer mit einem erheblichen Risiko oder durch Robotervorrichtungen entfernt, die beträchtliche Einschränkungen in ihrer Wirkungsweise aufweisen. Ein alternativer Ansatz wäre es, ein Geschoß aus der Luft auf die Unterwassermine abzufeuern, beispielsweise aus einem Hubschrauber. Geschosse sind weit weniger kostenintensiv in derartigen Anwendungen als Vorrichtungen mit Eigenantrieb, und könnten in verschiedenen Größen und Arten zum Abfeuern aus einer Reihe von sowohl klein- als auch großkalibrigen Waffen hergestellt werden.
• Somit besteht ein Bedürfnis an einem Geschoß, das aus der Luft gegen Unterwasserziele abgefeuert werden kann. Die vorliegende Erfindung erfüllt dieses Bedürfnis und schafft weitere damit verbundene Vorteile.
• DE 40 22 462 A offenbart ein luftverbringbares hartes Unterwassergeschoß, das als modifiziertes unterkalibriges Wuchtgeschoß ausgelegt ist. Der Kern des Wuchtgeschosses besitzt einen verkürzten Frontbereich, von dem eine ballistische Haube abgeworfen wird. Der Frontbereich wird befreit, um eine ringförmige Stufe auszubilden, die beabstandet davon einen zylindrischen Abschnitt aufweist, der kleiner ist als der Kern, und eine ebene Stirnfläche rechtwinklig zur Kernachse besitzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung stellt ein Geschoßsystem, wie in Anspruch 1 definiert, und ein Verfahren, wie in Anspruch 11 definiert, zur Verwendung des Geschoßsystems bereit. Das Geschoßsystem wird aus der Luft gegen im Wasser untergetauchte Unterwasserobjekte abgefeuert, wobei es auf seinem Weg zum Ziel durch die Luft/Wasser-Grenzfläche hindurchtritt. Die aufgezeigte Reichweite des Geschosses beträgt unter Wasser etwa 4,6 m (15 Fuß) für eine Kalibergröße von 0,5. Das Geschoß kann durch die Luft/Wasser-Grenzfläche mit geringer oder keiner Ablenkung hindurchtreten, ungeachtet des Einfallswinkels des Geschosses. Das Geschoß ist relativ billig und kann für eine Vielzahl sowohl konventioneller als auch nicht-konventioneller Waffen verschiedener Kaliber hergestellt werden.
• Erfindungsgemäß umfaßt ein Geschoßsystem ein Geschoß, das einen allgemein zylindrischen symmetrischen Geschoßkörper mit einem vorderen Geschoßkörperende und einem hinteren Geschoßkörperende besitzt. Das Geschoß umfaßt ein Mittel zur Ausbildung eines Kavitationshohlraums entlang des Geschoßkörpers, wenn der Geschoßkörper durch das Wasser läuft, welches Mittel am vorderen Geschoßkörperende plaziert ist. Es gibt auch ein an dem Geschoßkörper angebrachtes Mittel zur Stabilisierung des Geschoßkörpers gegen seitliche Instabilität.
• Bei diesem Geschoß ist der Kavitationshohlraum ein im wesentlichen flüssigkeitsfreies Volumen, das sich radial nach außen und nach hinten von dem nassen vorderen Geschoßende erstreckt. Dieses nur mit Luft und Wasserdampf gefüllte Volumen übt nur einen kleinen Widerstand und/oder eine seitliche Kraft auf den Geschoßkörper aus. Folglich kann das Geschoß über moderat große Entfernungen durch das Wasser laufen. Wenn das Geschoß beim Eintreten in das Wasser oder beim Durchlaufen von Wasser seitliche Instabilität erfährt, so daß die zylindrische Achse des Geschosses nicht mehr mit der Trajektorie (Flugbahn) übereinstimmt, wirkt das Stabilisierungsmittel mit der Oberfläche des Gravitationshohlraums zusammen und übt eine Rückführungskraft aus, die die Zylinderachse des Geschosses zurück in Übereinstimmung mit der Trajektorie bringt. Ohne eine solche Rückführungskraft würde das Geschoß schnell von seiner Trajektorie abweichen und zu taumeln beginnen.
• Bei einer bevorzugten Ausführungform umfaßt ein Geschoßsystem ein allgemein zylindrisches symmetrisches Geschoß mit einem vorderen Geschoßende und einem hinteren Geschoßende. Das Geschoß besitzt einen Stingerkopf am vorderen Geschoßende. Der Stingerkopf umfaßt eine Stingerspitze mit einem maximalen Durchmesser und einen Stingerkörper, dessen vorderes Ende mit einem hinteren Ende der Stingerspitze verbunden ist. Der Stingerkörper umfaßt eine Stingerspitzenabstützung mit einem Nasenabstützungsdurchmesser, und eine Strömungsteilungsnut zwischen der Stingerspitzenabstützung und der Stingerspitze. Die Strömungstrennungsnut besitzt einen Nutdurchmesser, der kleiner ist als der maximale Spitzendurchmesser. Das Geschoß umfaßt ferner einen allgemein zylindrischen symmetrischen Geschoßkörper, der mit dem Stingerkopf verbunden ist. Der Geschoßkörper weist einen Geschoßhinterkörper auf mit einem Geschoßhinterkörperdurchmesser, der größer ist als der maximale Spitzenabstützungsdurchmesser, und einen Geschoßvorderkörper, der mit der Stingerspitzenabstützung an einem vorderen Ende und mit dem Geschoßhinterkörper an einem hinteren Ende verbunden ist. Es gibt ein Mittel zur Stabilisierung des Geschosses gegenüber seitlicher Instabilität, das mit dem Geschoßkörper verbunden ist.
• Ein "Geschoß", wie es hier verwendet wird, ist ein Objekt, das von einer äußeren Kraft angetrieben wird, und das nicht für einen Eigenantrieb geeignet ist. Somit ist in diesem Sinne eine auf einem Behälter mit Treibstoff aufgebrachte Kugel, wobei der Behälter nach dem Abschuß der Kugel in dem Geschütz verbleibt, ein Geschoß, da die Kugel selbst keine Möglichkeit des Eigenantriebs hat. Beispielsweise sind Flugzeuge, Raketen und Torpedos, die einen eingebauten Motor besitzen und ihren eigenen Treibstoff mittragen, keine Geschosse. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Geschoß und ein System zu dessen Verwendung, nicht aber eine selbstangetriebene Vorrichtung.
• Aufgrund der variierenden Durchmesser längs des Geschosses kann das Geschoßsystem ferner einen abwerfbaren Geschoßring umfassen, der anfänglich um das Geschoß herum paßt und einen einheitlichen Durchmesser erzeugt, der gerade in das Rohr einer abzufeuernden Waffe paßt. Nach dem Abfeuern des Geschoßsystems fällt der Geschoßring weg, und das Geschoß läuft auf seiner Trajektorie zu dem Ziel.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen wichtigen Vorteil für die bekannten Geschoßsysteme. Das Geschoß der Erfindung kann wirkungsvoll gegen ein Unterwasserziel aus der Luft abgefeuert werden. In der Luft ist das Geschoß drall stabilisiert entlang einer geraden Trajektorie. Das Geschoß durchdringt die Luft/Wasser-Grenzfläche mit geringer Abweichung für einen großen Bereich von Einfallswinkeln. Im Wasser wird die Trajektorie beibehalten, und es gibt eine moderate Unterwasserreichweite. Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierteren Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung einer Reihe von Geschossen, die aus der Luft gegen ein in Wasser abgetauchtes Ziel abgefeuert werden;
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Geschosses;
• Fig. 3 ist eine Vorderansicht des Geschosses in Fig. 2;
• Fig. 4 ist eine Querschnittsdarstellung des Geschosses aus Fig. 2 und 3, wobei der Querschnitt entlang der Linie 4-4 von Fig. 3 genommen ist;
• Fig. 5 ist ein schematisiertes Detail aus Fig. 2, das den Geschoßhinterkörper zeigt;
• Fig. 6 ist ein Detail von Fig. 2, das den Stingerkopf darstellt;
• Fig. 7 ist eine schematische Ansicht des Geschosses, während es sich auf einer geraden Trajektorie durch Wasser bewegt;
• Fig. 8 ist eine schematische Ansicht ähnlich zu der von Fig. 7, mit der Ausnahme, daß das Geschoß eine seitliche Instabilität erfahren hat;
• Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines Geschosses mit einem Geschoßring;
• Fig. 10 ist eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Geschosses;
• Fig. 11 ist ein Detail von Fig. 10, das ein alternatives Ausführungsbeispiel des Stingerkopfs zeigt;
• Fig. 12 ist eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Geschosses; und
• Fig. 13 ist ein Blockflußdiagramm eines Verfahrens zum Beschädigen von Unterwasserzielen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Fig. 1 zeigt eine Reihe 20 von Geschossen, die aus einem Rohr eines Geschützes 22, das sich in der Luft befindet, gegen ein Ziel 24, das in Wasser eingetaucht ist, getrieben werden. Das zuerst abgefeuerte Geschoß 26 ist durch eine Luft/Wasser- Grenzfläche 28 hindurchgetreten und ist von Wasser umgeben. Das zuerst abgefeuerte Geschoß liegt allerdings innerhalb einer Kavitationsblase 30, so daß das umgebende Wasser das zuerst abgefeuerte Geschoß 26, mit Ausnahme an dessen vorderstem befeuchteten Ende, tatsächlich nicht berührt. Ein als zweites abgefeuertes Geschoß 32 bewegt sich noch entlang seiner Trajektorie in der Luft. Stücke 34 eines Führungsrings haben sich von dem als zweites abgefeuerten Geschoß 32 abgetrennt, kurz nachdem das als zweites abgefeuerte Geschoß 32 das Geschütz 22 verlassen hat. Ein als drittes abgefeuertes Geschoß 36 hat einen Geschoßring 38, der vor dessen Trennung noch um das Geschoß herum angeordnet ist. Das Geschoß 36 und der Geschoßring 38 bilden zusammen eine Form eines Geschoßsystems 40.
• Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Geschosses 50 in Seitenansicht, und Fig. 3 zeigt die Vorderansicht desselben Geschosses. Das Geschoß 50 ist allgemein zylindersymmetrisch mit einem vorderen Ende 52 und einem hinteren Ende 54. Wie hierin verwendet, bedeutet "allgemein zylindersymmetrisch", daß der Körper um eine Zylinderachse 56 zylindersymmetrisch mit der Ausnahme ist, daß einzelne Merkmale, wie Zersplitterungsnuten, Finnen oder Erweiterungen, die um den Umfang des Körpers herum verteilt sind, vorgesehen sein können.
• Den Hauptteil der Länge des Geschosses 50 macht ein Geschoßkörper 58 aus. Der Geschoßkörper 58 umfaßt einen allgemein zylindersymmetrischen Geschoßhinterkörper 60, der etwa die hinterste Hälfte des Geschoßkörpers 58 einnimmt. Der Geschoßkörper 58 umfaßt auch einen allgemein zylindersymmetrischen Geschoßvorderkörper 62, dessen hinteres Ende 64 an den Geschoßhinterkörper 60 angrenzt. Bei dem Geschoßkörper 58 weist der Geschoßvorderkörper 62 die Form eines Kegelstumpfes auf. Der Geschoßkörper 58 ist vorzugsweise aus einem dichten Eindringmaterial, wie Wolfram, gebildet.
• Der Geschoßkörper 58 kann optional hohl sein, um einen Sprengladungshohlraum 66 zu enthalten, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Der Sprengladungshohlraum 66 enthält eine reaktive Chemikalie, wie beispielsweise ein Lithium Perchlorat Oxidationsmittel oder einen Sprengstoff. Um eine Zersplitterung des Geschoßkörpers 58 beim Aufprall auf das Ziel 24 und eine nachfolgende Zerstreuung des Inhalts des Sprengladungshohlraums 66 zu fördern, ist wünschenswerterweise auf einer äußeren Oberfläche des Geschoßkörpers 58 ein Muster an Splitternuten 68 ausgebildet, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Die Splitternuten 68 umfassen längsverlaufende Nuten 70, die sich parallel zu der Zylinderachse 56 erstrecken, und eine oder mehrere umfängliche Nuten 72, die sich um den Umfang des Sprengladungskörpers 58 herum erstrecken.
• Eine Struktur, die die Kavitationsblase 30 um das Geschoß 50 herum bildet, wenn sich das Geschoß 50 schnell durch das Wasser bewegt, ist am vorderen Ende 52 des Geschosses 50 angeordnet. Diese Struktur tritt durch das Wasser derart hindurch, daß das Wasser nicht entlang des Geschoßkörpers 58 strömt. Statt dessen wird das Wasser in einer Querrichtung verdrängt, so daß es die Seiten des Geschoßkörpers 58 nicht berührt und nicht befeuchtet. Nur die kavitationserzeugende Struktur wird von dem Wasser berührt und befeuchtet. Die Kavitationsblase 30 ist ein Teilvakuum, das etwas Luft und Wasserdampf enthalten kann.
• Fig. 6 stellt eine Form der kavitationserzeugenden Struktur dar, nämlich einen Stingerkopf 74. Der Stingerkopf 74 ist zylindersymmetrisch um die Zylinderachse 56 und an einem vorderen Geschoßkörperende 76 befestigt. Der Stingerkopf 74 umfaßt eine vorderste Stingerspitze 78. In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Stingerspitze 78 eine flache stumpfe Stirnseite 80 mit einem maximalen Spitzendurchmesser DN. Diese Stirnseite 80 ist bevorzugt sehr glatt, mit einer Oberflächenrauhigkeit von nicht mehr als 406 um (16 Mikroinches). Hinter der Stirnseite 80 verjüngt sich die Stingerspitze 78 radial nach innen unter einem Winkel A, der bevorzugt etwa 80º relativ zu der Stirnseite 80 beträgt.
• Die Stingerspitze 78 wird auf einem Stingerkörper 82 getragen, der wiederum an dem vorderen Geschoßkörperende 76 befestigt ist. Der Stingerkörper 82 umfaßt einen zylindrischen Stingerspitzenträger 84 und eine umfängliche Strömungsabrißnut 86 zwischen dem Stingerspitzenträger 84 und der Stingerspitze 78. In dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Strömungsabrißnut 86 alternativ als eine nach vorn zeigende Schulter zwischen dem Stingerspitzenträger 84 und der Stinger spitze 78 angesehen werden. Der Durchmesser DG der Strömungsabrißnut 86 ist kleiner als der Durchmesser DN der Stirnseite 80 der Stingerspitze 78.
• Der Stingerkopf 74 ist bevorzugt aus einem harten Material wie Schnelldrehstahl, Wolframkarbid oder einer Wolframlegierung gefertigt, um dem Aufprall auf Wasser widerstehen zu können. Der Stingerkopf 74 prallt auf das Wasser mit so hohen Geschwindigkeiten wie 914-1.219 m/s (3.000-4.000 Fuß pro Sekunde), wodurch der Stingerkopf in einem Zeitraum von etwa 0,1 Mikrosekunden mit etwa 5 Gpa (50 Kilobar) belastet wird. Die einen Abschnitt des Stingerkopfs 74 bildende Stingerspitze 78 sollte sehr glatt sein, um eine dünne Grenzschichtabmessung zu begünstigen. Tests haben gezeigt, daß die Stingerspitze 78 eine Oberflächenrauhigkeit von nicht mehr als 406 um (16 Mikroinches) aufweisen sollte, um die gewünschte Grenzschichtabmessung während der Bewegung des Geschosses durch das Wasser zu erreichen.
• Wenn das Geschoß 50 mit einer hohen Geschwindigkeit durch das Wasser hindurchtritt, wird eine Wasserströmungsgrenzschicht an der Stingerspitze 78 erzeugt. Die Wasserströmungsgrenzschicht haftet an der Oberfläche der Stingerspitze 78 an. Entlang der Seiten der Stingerspitze 78 wirkt die sich nach innen verjüngende Form der Stingerspitze 78 mit der Strömungsabrißnut 86 zusammen, um einen beabsichtigten Strömungsabriß des Wassers von dem Geschoß 50 zu verursachen, wenn das Geschoß 50 durch das Wasser hindurchtritt. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, erzeugt dieser Strömungsabriß die Kavitationsblase 30. Somit berührt nur die nach vorne zeigende Oberfläche 80 der einen Abschnitt des Geschosses 50 bildenden Stingerspitze 78 das Wasser, und der übrige Teil des Geschosses 50 wird nicht befeuchtet. Der Druck und der Außenhautwiderstand auf das Geschoß 50 sind daher minimal, woraus eine stark erhöhte Unterwasserreichweite des Geschosses im Vergleich zu konventionellen Geschossen resultiert. Hydrodynamische Wirkungen auf das Geschoß, die möglicherweise Trajektorieablenkungen verursachen, sind ebenfalls reduziert. Die Stingerspitze 78 ist zwar nicht optimal stromlinienförmig für den Durchtritt durch Luft ausgebildet, wegen ihres kleinen Durchmessers ist jedoch der hinzukommende Luftwiderstand unbedeutend, und das Geschoß 50 ist in der Lage, mit Ultraschallgeschwindigkeit durch Luft zu fliegen.
• Nichtsdestoweniger können seitliche Kräfte auf das Geschoß 50 einwirken, wenn es an der Luft/Wasser-Grenzfläche 28 in das Wasser eintritt, oder wenn es sich durch das Wasser bewegt. Bei einer normalen Bewegung des Geschosses 50 dreht sich die zylindrische Achse 56 um die Trajektorie 88, um das Geschoß auf der Trajektorie gyroskopisch zu stabilisieren. Wenn eine seitliche Instabilität bei Abwesenheit seitlicher Stabilisierungsmittel wie hiernach erörtert auftritt, bewegt sich das hintere Ende 54 relativ zu dem vorderen Ende 52 zur Seite. Die Seite des Geschosses würde die Wand der Kavitationsblase 30 berühren, wodurch die Seite des Geschosses befeuchtet wird. In diesem Fall wird eine taumelnde Bewegung des Geschosses 50 hervorgerufen, die zu einem erhöhten Wasserwiderstand und zu einem Zusammenbrechen der Kavitationsblase 30 und zu einer raschen Verlangsamung des Geschosses 50 führen würde.
• Um einer seitlichen Instabilität entgegenzuwirken, sind Mittel zum Stabilisieren des Geschosses gegen seitliche Instabilität auf dem Geschoßkörper 58 vorgesehen. Als Stabilisie rungsmittel umfaßt das Geschoß 50 eine nach vorne zeigende Stabilisierungsschulter 90, die zwischen dem Geschoßhinterkörper 60 und dem Geschoßvorderkörper 62 positioniert ist, wie dies in den Fig. 2, 5, 7 und 8 zu sehen ist. Diese Stabilisierungsschulter 90 ist dadurch gebildet, daß der Durchmesser des Geschoßhinterkörpers 60 größer als der Geschoßvorderkörper 62 an deren Verbindungspunkt ist. Die Schulter 90 kann 90º zu der Zylinderachse 56 einnehmen oder sich nach hinten verjüngen.
• Die Stabilisierungsschulter 90 arbeitet in der in Fig. 8 gezeigten Weise. Falls das Geschoß 50 zur Wand der Kavitationsblase 30 giert, wird die Stabilisierungsschulter in Berührung mit der Einhüllenden der Kavitationsblase 30 gebracht. Ein Wasserdruck gegen die Stabilisierungsschulter 90 verursacht eine Rückstellkraft, die die Zylinderachse 56 des Geschosses 50 zurück in Koinzidenz mit seiner Trajektorie 88 drückt.
• Die Stabilisierungsschulter 90 spielt auch eine Rolle bei der Zersplitterung des Geschosses 50, indem eine Zersplitterungskraft auf den Geschoßkörper 58 aufgebracht wird, die nur beim Aufschlag auf das Ziel 24 auftritt und nicht, wenn das Geschoß in Wasser oder sonstwo eintritt. Nachdem der Stingerkopf 74 und der Geschoßvorderkörper 62 in das Ziel eingedrungen sind, berührt das Ziel die Stabilisierungsschulter 90, um diese zu drücken und damit das äußere Gehäuse des Geschoßhinterkörpers 60 nach hinten in Richtung der Zersplitterungsnuten 68 zu drücken. Diese relative Bewegung führt zu einer Zersplitterung des äußeren Gehäuses des Geschoßhinterkörpers 60 und einem Aussetzen und Verteilen des Sprengladungshohlraums 66.
• Das Geschoß 50 wird wünschenswerterweise in drei in Fig. 2 gezeigten Stücken hergestellt: der Stingerkopf 74, eine Vorderkörpereinheit 92 und eine Hinterkörpereinheit 94, die danach zu dem fertigen Geschoß 50 zusammengebaut werden. Mit diesem Ansatz kann der Stingerkopf 74 aus einem harten, erosionsbeständigen und aufprallbeständigen Material, wie Schnelldrehstahl, Wolframkarbid oder einer Wolframlegierung, gefertigt werden. Der Stingerkopf 74 kann maschinell bis zu einer äußerst glatten Oberflächenbeschaffenheit bearbeitet werden. Die Geschoßvorderkörpereinheit 92 ist aus einem dichten Material, wie Wolfram, gefertigt, um für die Masse zu sorgen und die Abnutzung auf der Innenseite des Geschützrohres zu reduzieren. Die Geschoßhinterkörpereinheit 94 ist aus einem weichen, weniger dichten Material. wie Messing oder Kupfer, gefertigt, um die Masse am hinteren Ende des Geschosses zu reduzieren.
• Das Geschoß 50 wird anfangs innerhalb des Führungsrings 38 eingehäust bereitgestellt, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Der Geschoßring 38 ist ein Profilgehäuse, das aus einer Mehrzahl von Stücken 34 gebildet ist, die über den Geschoßkörper 58 passen, während der Geschoßvorderkörper 62 und der Stingerkopf 74 sich von diesem weg erstrecken. Der Führungsring 38 ist aus einem relativ weichen Material, wie Nylon 612, gefertigt, das im Unterschied zu den metallischen und harten Materialien, die der Geschoßkörper 58 aufweist, nicht über Maßen die Innenwände des Geschützrohrs 22 abnutzt, wenn das Geschoßsystem 40 aus diesem abgefeuert wird. Das Geschoßsystem 40 wird in der Art und Weise einer herkömmlichen Kugel in eine Patrone geladen (nicht gezeigt), die ebenso Schießpulver und eine Zündvorrichtung hinter dem Geschoßring enthält. Diese Anordnung wird in das Geschütz 22 geladen, die Pulverladung wird gezündet, und das Geschoß system bewegt sich durch das Rohr aus dem Geschütz heraus. Angebrachte Züge in dem Geschützrohr, die gegen die äußere Oberfläche des Geschoßrings 34 wirken, führen zu einem Drall des Geschoßsystems 40 um die Zylinderachse 56. Dieser Drall, verglichen mit dem Drall herkömmlicher Kugeln, stabilisiert gyroskopisch die Trajektorie des Geschosses, wenn es sich durch Luft bewegt. Beim Verlassen des Rohrs 22 verbleibt zunächst der Geschoßring 38 in Kontakt mit dem Geschoß 50, wie an dem Geschoß 36 von Fig. 1 zu sehen ist. Nach einer kurzen Zeit trennen sich Geschoßringstücke 34 von dem Geschoß unter dem Einfluß einwirkender aerodynamischer Kräfte, wie dies für das Geschoß 32 von Fig. 1 zu sehen ist. Die Geschoßringstücke 34 werden dann abgeworfen, und das Geschoß bewegt sich entlang seiner Trajektorie auf das Ziel zu.
• Das Geschoß 50 weist bevorzugt ein Verhältnis aus Länge zu Durchmesser (L/D) von mehr als 4 : 1, bevorzugt von 4 : 1 bis 8 : 1, auf. Für kleinere Werte von L/D ist der die Rückstellkraft aufbringende Hebelarm nicht ausreichend, um einer seitlichen Instabilität entgegenzuwirken, und es ist nicht ausreichend Masse für ein zufriedenstellendes Eindringen des Geschosses vorhanden. Für größere Werte von L/D ist das Geschoß schwierig gyroskopisch zu stabilisieren und kann nicht in konventionellen Geschützmechanismen aufgenommen werden. Konventionelle abgefeuerte Geschosse weisen zum Vergleich L/D-Verhältnisse von etwa 2-3 auf.
• Verschiedene Modifikationen können an dem Geschoß vorgenommen werden, wie in Fig. 10-12 gezeigt ist. Die Eigenschaften von Geschossen, die diese Modifikationen aufweisen, sind im übrigen dieselben wie die zuvor für das Geschoß 50 be schriebenen, deren Beschreibung hier einbezogen ist. Die Merkmale können geeigneterweise in verschiedenen Kombinationen verwendet werden.
• Fig. 10 zeigt ein Geschoß 100 mit einer radial konisch verlaufenden Erweiterung 102 eines Geschoßhinterkörpers 104 an dem, hintersten Ende des Geschoßhinterkörpers 104. Diese radial konische Erweiterung 102 besitzt auch eine Stabilisierungsfunktion, ähnlich der Stabilisierungsschulter 90. Falls die radial konische Erweiterung 102 die Seiten der Kavitationsblase 30 infolge einer seitlichen Instabilität berührt, erzeugt sie eine Rückstellkraft in der zuvor mit Bezug auf die Stabilisierungsschulter 90 diskutierten Art und Weise. Die Verwendung der radial konischen Erweiterung 102 hat den Vorteil, daß dessen Momentenarm auf den Schwerpunkt des Geschosses 100 größer ist als der Momentenarm der Stabilisierungsschulter 90 auf den Schwerpunkt des Geschosses 100, so daß das Rückstelldrehmoment größer ist. Sie hat den Nachteil, daß der äußere Durchmesser des Geschosses 100 zunimmt und daß sie dem Geschoß 100 mehr hinten als weiter vorne, wie dies gewünscht wäre, Gewicht hinzufügt.
• Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Stingerkopfs 106 ist auch in Fig. 10 und in größerem Detail in Fig. 11 dargestellt. Der Stingerkopf 106 ist ähnlich wie der Stingerkopf 74, mit der Ausnahme, daß eine konische Stirnseite 108 die flache Stirnseite 80 von Fig. 6 ersetzt. Ein eingeschlossener konischer Winkel B der konischen Spitze 108 kann größer als 130º sein, während der Stingerkopf 106 weiterhin mit der Strömungsabrißnut 86 zusammenwirken kann, um einen Strömungsabriß hervorzurufen, der die Bildung der Kavitationsblase 30 bewirkt, wenn das Ge schoß 100 sich durch Wasser bewegt. Die flache Stirnseite 80 von Fig. 6 wird bevorzugt, um einen Strömungsabriß hervorzurufen, aber die Verwendung der konischen Stirnseite 108 hat den Vorteil, daß sie die Schockbelastung auf das Geschoß 100 beim Eintritt in Wasser an der Luft/Wasser-Grenzfläche 28 reduziert. Für Ausgestaltungen, die eine große Masse des Geschosses verwenden und einen Antrieb, der eine hohe Rohrmündungsgeschwindigkeit verursacht, kann es notwendig sein, eine solche Schockbelastung zu reduzieren, so daß das Geschoß nicht beim Eintritt in Wasser zerbricht.
• Fig. 12 zeigt ebenfalls ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Geschoßvorderkörpers 118. Der Geschoßvorderkörper 62 von Fig. 2 ist allgemein konisch. Der Geschoßvorderkörper 118 von Fig. 12 hat die Form eines Spitzbogens. Ein Spitzbogen mit einer Form, die allgemein als Abschnitt einer Ellipse umfassend beschrieben werden kann, ist konvex nach außen gekrümmt im Vergleich zu einer konischen Form. Der Spitzbogen ermöglicht es, zusätzliches Gewicht des Geschosses 110 in Richtung des vorderen Endes des Geschosses 110 wie gewünscht zu konzentrieren und nicht in Richtung des hinteren Endes. Spitzbogenformen werden in anderen Umfeldern, wie herkömmlichen Kugeln, Raketen, aus anderen Gründen verwendet, um aerodynamischen Widerstand zu reduzieren. Der Spitzbogengeschoßvorderkörper 118 besitzt wenig Auswirkung auf den aerodynamischen Widerstand im Vergleich mit dem konischen Geschoßvorderkörper 62. Statt dessen besteht seine Funktion darin, die Masse des Geschosses 110 zu erhöhen, wobei die Masse nahe an dem vorderen Ende positioniert ist. Andere Formen des Geschoßvorderkörpers können ebenfalls verwendet werden.
• Fig. 13 zeigt ein bevorzugtes Verfahren zur Verwendung irgendeines der Geschosse und Geschoßsysteme, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, um ein Unterwasserobjekt zu beschädigen. Ein Geschoßsystem wird vorgesehen, Bezugszeichen 130. Das Geschoßsystem ist wie zuvor beschrieben, oder besitzt eine Kombination der zuvor beschriebenen Merkmale. Das Geschoßsystem wird auf ein Unterwasserziel von einem Ort in der Luft getrieben, Bezugszeichen 132, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Das Geschoß bewegt sich anfänglich durch Luft, dringt durch die Luft/Wasser-Grenzfläche hindurch und bewegt sich durch das Wasser auf das Ziel zu.
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden für 20-Millimeter- und 0,5-Kaliber-Geschoßsysteme geschaffen und aus der Luft gegen Unterwasserziele gefeuert. Das Eindringen in Wasser wurde ohne Wegspringen bei Einfallswinkeln von vertikal (90º) bis flach um etwa 20º erreicht. Herkömmliche Geschosse springen bei einem Einfallswinkel von weniger als etwa 30º weg, während das vorliegende Geschoß bei flacheren Winkeln in Wasser eintreten kann. Das 20-Millimeter-Geschoß hatte eine Unterwasserreichweite von etwa 30,5 m (100 Fuß) im Vergleich mit einer Unterwasserreichweite von etwa 0,91 m (3 Fuß) für ein herkömmliches 20-Millimeter-Geschoß. Das 0,5-Kaliber-Geschoß hatte eine Unterwasserreichweite von etwa 4,6 m (15 Fuß), im Vergleich zu einer Unterwasserreichweite von etwa 0,91 m (3 Fuß) für ein herkömmliches 0,5-Kaliber-Geschoß (die Reichweite wird hier als Eindringentfernung in Wasser definiert, um das Ziel mit einer Geschwindigkeit von etwa 305 m/s (1.000 Fuß pro Sekunde) zu treffen).
• Obgleich ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung im Detail beschrieben wurde, können verschiedene Modifikationen und Steigerungen vorgesehen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er durch die Formulierung der vorliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims (11)

1. Geschoßsystem mit einem allgemein zylindersymmetrischen Geschoß (50), das ein vorderes Geschoßende (52) und ein hinteres Geschoßende (54) aufweist, wobei das Geschoß umfaßt:

einen Stingerkopf (74) am vorderen Geschoßende (76), wobei der Stingerkopf (74) umfaßt

eine Stingerspitze (78) mit einem maximalen Spitzendurchmesser,

einen Stingerkörper (82) mit einem vorderen Stingerkörperende, das mit dem hinteren Ende der Stingerspitze (78) verbunden ist, wobei der Stingerkörper umfaßt

einen Stingerspitzenträger (84) mit einem Spitzenträgerdurchmesser, und

eine Strömungsabrißnut (86) zwischen dem Stingerspitzenträger (84) und der Stingerspitze (78), wobei die Strömungsabrißnut (86) einen Nutdurchmesser kleiner als der maximale Spitzendurchmesser aufweist;

einen allgemein zylindersymmetrischen Geschoßkörper (58), der mit dem Stingerkopf verbunden ist, wobei der Geschoßkörper (58) einen Geschoßhinterkörper (60) mit einem Geschoßhinterkörperdurchmesser größer als der maximale Spitzendurchmesser, und einen Geschoßvorderkörper (62) aufweist, der mit dem Stingerspitzenträger an einem vorderen Ende und mit dem Geschoßhinterkörper an einem hinteren Ende (64) verbunden ist; und

Mittel (90) zum Stabilisieren des Geschosses gegen seitliche Instabilität, wobei das Mittel zum Stabilisieren mit dem Geschoßkörper (58) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Geschoßhinterkörper ferner einen Nutzlasthohlraum (66) und

eine in dem Nutzlasthohlraum (66) enthaltene Nutzlast umfaßt.

2. Geschoßsystem nach Anspruch 1, wobei die Stingerspitze (78) eine stumpfe Stirnseite (80) oder eine konische Stirnseite umfaßt.

3. Geschoßsystem nach Anspruch 1, wobei die Stingerspitze (78) umfaßt:

einen vorderen Stingerspitzenbereich mit einem maximalen vorderen Stingerspitzenbereichsdurchmesser, und

einen hinteren Stingerspitzenbereich benachbart zu der Strömungsabrißnut (86), wobei der hintere Stingerspitzenbereich einen hinteren Stingerspitzenbereichsdurchmesser aufweist, der kleiner ist als der maximale vordere Stingerspitzenbereichsdurchmesser.

4. Geschoßsystem nach Anspruch 1, wobei die Strömungsabrißnut (86) eine nach vorne zeigende Abrißnutenschulter zwischen der Stingerspitze (78) und dem Stingerspitzenträger (84) umfaßt.

5. Geschoßsystem nach Anspruch 1, wobei der Geschoßhinterkörper einen zylindrischen Mittelbereich und eine Vielzahl von Nuten (68) in dem Mittelbereich umfaßt.

6. Geschoßsystem nach Anspruch 1, wobei das Mittel zur Stabilisierung eine nach vorne zeigende Stabilisierungsschulter (90) umfaßt, die zwischen dem Geschoßhinterkörper- (60) und dem Geschoßvorderkörper- (62) Bereich liegt.

7. Geschoßsystem nach Anspruch 6, wobei das Mittel (90) zur Stabilisierung ferner eine radial konische Erweiterung des Geschoßhinterkörpers (60) an dem hinteren Geschoßende (64) umfaßt.

8. Geschoßsystem nach Anspruch 1, wobei die Stingerspitze (78) eine Oberflächengüte von nicht größer als etwa 406 um (16 Mikroinches) besitzt.

9. Geschoßsystem nach Anspruch 1, wobei der Stingerkopf (74) aus einem Material gefertigt ist, das aus der Gruppe bestehend aus Stahl und Wolframkarbid ausgewählt ist.

10. Geschoßsystem nach Anspruch 1, ferner mit einem abwerfbaren Geschoßring (34), der um das Geschoß (50) herum befestigt ist.

11. Verfahren zum Beschädigen eines Unterwasserziels (24) mit den Schritten:

Bereitstellen eines Geschoßsystems mit einem Geschoß (50), das umfaßt

einen allgemein zylindersymmetrischen Geschoßkörper (58) mit einem vorderen Geschoßkörperende (62) und einem hinteren Geschoßkörperende (60),

Mittel zur Ausbildung einer Hohlraumblase (30) um den Geschoßkörper (58) herum, wenn sich der Geschoßkörper (58) durch Wasser bewegt, wobei dieses Mittel an dem vorderen Geschoßkörperende (62) vorgesehen ist, und

Mittel (90) zum Stabilisieren des Geschoßkörpers (58) gegen seitliche Instabilität, wobei das Mittel (90) zur Stabilisierung mit dem Geschoßkörper (58) verbunden ist; und

Antreiben des Geschosses (50) von einem Ort in der Luft aus durch eine Luft/Wasser-Grenzfläche in Wasser hinein gegen ein Unterwasserziel (24), dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß ferner einen Geschoßvorderkörper (62) und einen Geschoßhinterkörper (60) umfaßt, wobei der Hinterkörper (60) einen Nutzlasthohlraum (66) und eine in dem Nutzlasthohlraum (66) enthaltene Nutzlast aufweist.