DE7533757U - Artilleriegeschoss - Google Patents

Description

A. GRÜNECKER

DlPL-ING.

H. KINKELDEY

W. STOCKMAIR

DR-ING. · AoE (CALTECH

K. SCHUMANN

DR.RERNA.T.-DIP1.-PHYS

P. H. JAKOB

DIR—ING.

G. BEZOLD

DfI RER NftT.· DIFL-CHBVl

MÜNCHEN

E. K. WEIL

CRFIEROECING.

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMIL.IANSTRASSE 43

23. Oktober 1975

G 777

Niis-Eric GIMNERS

S-137 OO VlSTEEHAIiIIIiGE, Purudalsvagen 10, Schweden

2. Rune Valentin HELLGREN

S-124- 30 BANDHAGEN, Skönviksvägen 294-, Schweden

3. Torsten LILJEGREN

S-14-0 32 GRÖDINGE, Sandavägen 28, Schweden

Artilleriegeschoß

Die Erfindimg bezieht sich auf ein Artilleriegeschoß und betrifft insbesondere eine Granate axt Einrichtungen zum Verringern des Bodensogs und damit zur Erhöhung der Reichweite und Verringerung der Streuung beim Schuß aus einem Geschützrohr.

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TELEX 05-29380

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Bei einem Geschoß, insbesondere einer Granate, ergibt sich ein sehr großer Anteil des Gesamt-Luftwiderstands aus dem Bodensog, v/elcher dadurch zustande kommt, daß sich am Boden, d.h. an der Rückseite des Geschosses aufgrund der schnellen Umströmung desselben ein gegenüber der Umgebung verringerter Druck einstellt. Durch Ausstoßen einer Strömung am Boden des Geschosses in den Unterdruckbereich läßt sich der Strömungsverlauf so beeinflussen, daß sich der Druck.an der Rückseite erhöht, der Bodensog also abnimmt. Ist dabei das Ausstoßen einer Strömung mit der Freisetzung von Wärme, etwa Verbrennungswärme kombiniert, dann läßt sich der Bodendruck noch weiter steigern.

Die durch einen Verbrennungsvorgang und das Ausstoßen eines Massenstroms erzielten Wirkungen unterscheiden sich von denen eines Raketenantriebs hauptsächlich dadurch, daß die erzeugten Reaktionskräfte im Vergleich zu der durch Erhöhung des Bodendrucks erzielten Widerstandsverringerung sehr klein sind. Um andererseits eine größtmögliche Wirkung zu erzielen, erfolgt das Ausstoßen des Massenstroms vorzugsweise über einen möglichst großen Teil der Flugzeit des Geschosses.

Das Erzeugen eines solchen Massenstroms an der Rückseite eines sich bewegenden Geschosses bietet gewisse Schwierigkeiten. So muß die hervorgestoßene Masse von irgendeiner im Geschoß vorhandenen Einrichtung geliefert werden.

Die !Teuerung schafft eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausstoßen eines Massenstroms und zum Freisetzen von Wärme an der Saugseite eines Körpers, insbesondere eines von einem Geschütz abgefeuerten Geschosses, in einer solchen Weise, daß der durch den Bodensog hervorgerufene Widerstand ohne nennenswerte Veränderung der Form des Eörpers wirksam verringert wird. Dabei geht die Neuerung davon aus» daß sich ein gesteuerter, niedriger Massenstrom eines Gases durch eine unter relativ niedrigem, nahe dem der Umgebung lie—

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gendem Druck stattfindende Verbrennung eines Treibstoffs in einer in dem Körper bzw. Geschoß vorhandenen Brennkammer erzeugen läßt. Die Brennkammer ist über wenigstens einen Durchlaß mit wenigstens einer Austrittsöffnung am Boden des Geschosses verbunden. Im Falle einer aus einem Geschütz abzuschießenden Granate enthält die Brennkammer eine Zündeinrichtung. Die Brennkammer bildet zusammen mit dem Treibstoff, der Zündeinrichtung und der wenigstens einen Austritt soff nung einen Brennsatz.

Der Druck in der Brennkammer ist vorzugsweise so gewählt, daß er nur wenig, etwa um 0,01 bis 0.5 Bar über dem Bodendruck liegt. Daraus ergibt sich eine langsame Verbrennung des Treibstoffs mit einem niedrigen Hassenstrom, so daß sich die Wirksamkeit dieser Anordnung über eine lange Brennzeit erstreckt. Durch den niedrigen Verbrennungsdruck ergibt sich ferner eine im Vergleich zu einem Raketenantrieb geringe Temperaturerapfindlichkeit. Bei Ver\iendung eines Treibstoffs mit einer Brenngeschiwindigkeit von etwa 1 bis 1,5 mm/sec bei einem Druck von 1 Bar beträgt das Verhältnis der Abbrand— fläche zum Querschnitt der Austrittsöffnung vorzugsweise höchstens 100, da sonst die bei einem Raketenantrieb herrschenden Bedingungen mit verkürzter Brennzeit und wesent-.lich erhöhtem Massenstrom auftreten.

Bei der neuerungsgemäßen Anordnung haben die austretenden Gase eine sehr niedrige kinetische Energie, so daß die auf das Geschoß ausgeübten Reaktionskräfte unbeträchtlich sind.

Da zur Erzielung der gewünschten Wirkung nur ein ziemlich geringer Massenstrom erforderlich ist, kann der Brennsatz ein niedriges Gei-jicht und kleine Abmessungen haben. Bei der Verwendung mit aus einem Geschützrohr abzufeuernden Granaten hat ein solcher Brennsatz mit kleinen Abmessungen eine größere Wirkung als ein Raketenantrieb mit der gleichen Treibstoff menge. Damit ein aus dem Treibstoff geformter Körper

die durch, die Beschleunigung beim Abschuß sowie durch den Drall der Granate hervorgerufenen mechanischen Belastungen sicher auszuhalten vermag, wird vorzugsweise ein Treibstoff mit hoher Zugfestigkeit verwendet. Zusammengesetzte Treibstoffe etwa mit Polybutadien als Brennstoff und Binder und Ammoniumperchlorat als Sauerstoffträger haben die gewünschten mechanischen Eigenschaften.

Zur Verringerung der auftretenden Spannungen und Belastungen kann der Treibstoffkörper eine besondere Form erhalten, wobei dann ein weniger elastischer Treibstoff, etwa ein doppelbasischer Brennstoff mit Nitrozellulose verwendet werden kann. Bei einem zylindrischen oder rohrförmigen Treibstoffkörper können die Spannungen und Belastungen dadurch verringert werden, daß der Körper kleeblattförmig in Segmente unterteilt wird.

Das Zünden des Treibstoffs und damit das Ausstoßen des Massenstroms und Freisetzen von Wärme soll möglichst unmittelbar an der Mündung des Geschützrohrs einsetzen, da der Widerstand im ersten Teil der Flugbahn am größten ist. Für die Zündung können elektrische Zündpillen oder durch die beim Abschuß auftretende Beschleunigung betätigbare mechanische Zünder verwendet wenden. In der einfachsten Form erfolgt die Zündung jedoch durch die heißen Verbrennungsgase im Geschützrohr. Dabei reicht es jedoch nicht aus, den Treibstoff selbst mittels der Verbrennungsgase zu zünden, da beim Austritt des Geschosses aus der Mündung des Rohrs ein plötzlicher Druckabfall in der Brennkammer auftritt, wodurch die Verbrennung des Treibstoffs unterbrochen werden kann. Aus diesem Grunde ist eine langer wirkende Zündeinrichtung zum Aufrechterhalten der Verbrennung notwendig. In einer vorteilhaften Ausführung der Neuerung enthält die Zündeinrichtung eine pyrotechnische Zündraasse, welche unempfindlich gegenüber Druckschwankungen ist.

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Die pyrotechnische Zündmasse enthält eine Verbindung, welche bei der Verbrennung hauptsächlich feste Verbrennungsprodukte liefert. Ist dabei der Anteil an gasförmigen Verbrennungsprodukten sehr niedrig, dann ist die Zünd— masse vorzugsweise sehr nahe beim Treibstoff angeordnet. Die Zündeinrichtung kann sich aus zwei oder mehr Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung aufbauen, wobei dann eine Schicht einen höheren Anteil von Stoffen enthält, welche gasförmige Veirbrennungsprodukte freisetzen.

Beim Abfeuern des Geschützes wird der im Brennsatz enthaltene Treibstoff sowie die pyrotechnische Zündmasse durch die heißen Brenngase im Geschützrohr gezündet. Der Treibstoff wird dann unmittelbar nach dem Austritt aus der Münd.ung des Geschützrohrs erneut von der Zündmasse gezündet.

Vorzugsweise nimmt der ausgestoßene Massenstrom in einer Funktion der Zeit ab, da sich die Geschwindigkeit des Geschosses sowie die Dichte der umgebenden Luft verringern. Ein abnehmender Massenstrom läßt sich durch eine entsprechende Form des Treibstoffkörpers erzielen, sowie dadurch, daß bestimmte Oberflächen der Treibstoffkörpers vor Abbrand geschützt werden.

JSine Möglichkeit, unterschiedliche degressive Massenströme und damit verschiedene Brennzeiten zu erzielen, besteht darin, einen rohrförmigen Treibstoffkörper kleeblattartig in eine kleinere oder größere Anzahl von Segmenten zu unterteilen und deren Umfangsflächen und Stirnflächen vor Abbrand zu schützen. Eine solche Unterteilung des Treibstoffkörpers verringert auch die Gefahr der Rißbildung durch Fliehkräfte.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Neuerung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht des hinteren Teils

einer Granate und

Fig. 2 bis 4- Schnitt- und Stirnansichten von verschieden geformten Treibstoffkörpern mit unterschiedlich degressiven Massenströmen bei der Verbrennung.

Eine in Fig. 1 gezeigte Granate hat einen Mantel 1 mit Führungsbändern 2 und einem Boden 3· Ein zusätzlicher Mantelring 5 ist mit seinem vorderen Ende auf den Mantel 1 gesehraubt« Ein-in das hintere Ende 7 cLes Mantelrings 5 geschraubter Boden 6 bildet den Abschluß für eine Brennkammer ο Der Boden 6 hat in der Mitte eine Öffnung 8, welche mit einer Berstscheibe etwa aus Aluminiumfolie verschlossen sein kann. Me Brennkammer enthält einen Treibstoffkörper 9» dessen Umfangs- und Endflächen mit einer abbrandhemmenden Beschichtung 10 versehen sind. Der Boden 3 der Granate hat eine Aussparung 12, in welche ein Behälter 13 mit einer Zündmasse 14- eingesetzt ist. Der Behälter 13 hat vier Öffnungen 11 für das Eindringen der heißen Verbrennungsgase der Treibladung zum Zünden der Zündmasse. Anschließend werden dann Teilchen der Zündmasse durch die öffnungen 11 hervor und auf den Treibstoffkörper geschleudert. Die Zündmasse setzt sich aus 49,5% Zirkoniumhydrid, 49,5% Bleidioxid und 1% eines organischen Binders zusammen. Bei einer solchen Zusammensetzung wird die Verbrennung der Zündmasse durch den Druckabfall an der Mündung nicht unterbrochen. Stattdessen wird der Treibstoff, dessen Verbrennung unterbrochen ist, durch die an den öffnungen 11 austretenden Feststoffteilchen und Gase erneut gezündet» Bei einem Gesamtgewicht der Granate von 18,5 kg hat der Treibstoffkörper ein Gewicht von nur 330 g. Die Länge des Treibstoffkörpers beträgt 57 mm. der Außendurchmesser 7& mm und der Innendurchmesser 25 mm· Der den Boden durchsetzende Auslaß 8 hat einen Durchmesser von 25 mm. Zur Erzielung des gewünschten degressiven Massenstroms bei der Verbrennung des Treibstoffs ist der Treibstoffkörper in zwei

Segmente unterteilt, so daS die Abbrandflache zu Beginn der

j ρ

\ Verbrennung eine Gieße von 93 cm und bei Brennschluß eine

t ρ

■ Größe von 66 cm hat. Daraus ergibt sich ein Verhältnis

j von ii19 bzw. 1:13 zwischen dem Auslaß und der Abbrand-

fläche.

Pig. 2 und 3 zeigen zweckmäßige Ausführungen des Treibstoff-, körpers, in denen dieser in zwei bzw. sechs Segmente 15 unter-

' teilt ist, wobei die äußeren Umfangsflachen sowie die Stirn-

flächen mit einem vor Abbrand schützenden Überzug 10 bzw. versehen sind. Fig. 4- zeigt eine andere Möglichkeit, die anfängliche Abbrandfläche zu vergrößern, indem hier nur

die äußere Umfangsfläche vor Abbrand geschützt ist. j

Ein Brennsatz der vorstehend beschriebenen Art mit einem zusammengesetzten Treibstoff aus 85% Ammoniumperchlorat und 15% Polybutadien verleiht einer herkömmlichen Granate eine um insgesamt 24-% vergrößerte Reichweite, wovon 12% auf die Verringerung des Bodensogs und der Rest auf die Erhöhung des Gewichts um 2 kg zurückzuführen sind. Mit einem Treibstoffkörper im Gewicht von 300 g aus 75% Ammoniumperchlorat und 25% Polybutadien ist eine Vergrößerung der Reichweite um 26% erzielbar. Die zusätzliche Vergrößerung der Reichweite ergibt sich aus der Verwendung eines brennstoffreicheren Treibstoffs und dem dadurch verstärkten Ausstoß des Massenstroms am Geschoßboden. Bei einer 12cm-Granate läßt sich mit einem nur etwas vergrößerten Brennsatz eine Vergrößerung der Reichweite um 25% erzielen, welche allein auf die Verringerung des Bodensogs und damit des Widerstands zurückgeht. Um eine günstige Vergrößerung der Reichweite zu erzielen, wird vorzugsweise ein Treibstoff mit 50 bis 90% Ammoniumperchlorat verwendet.

Bei der Verwendung eines brennstoffreichen Treibstoffs hat der Boden vorzugsweise mehrere Durchlässe, welche zusammen die gleiche Querschnittsgröße haben. Dadurch läßt sich im

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Bereich, des Schwanzwirbels nahe dem Boden einer erhöhte Nachbrennwirkung erzielen.

Die Neuerung ist nicht auf eine im hinteren Ende eines Geschosses angeordnete Brennkammer beschränkt. Die Brennkammer kann vielmehr in einem beliebigen Teil des Geschosses angeordnet sein, sofern sie nur mit dem Boden desselben stromungsverbunden ist und der Auslaßquerschnitt auf die Abbrandfläche und die Brenngeschwindigkeit des Treibstoffs abgestimmt ist. Der Treibstoff kann Sauerstoff in chemisch oder physikalisch gebundener Form enthalten. Der Treibstoffkörper kann aus einem energiereicheren oder -ärmeren Treibstoff geformt sein, wobei dann unterschiedliche Beziehungen zwischen der Abbrandfläche und dem Austrittsquer schnitt vorgesehen sind. Vorhandene zusammengesetzte Raketentreibstoffe können vorteilhaft verwendet werden, wobei brennstoffreiche Treibstoffe den Vorzug verdienen.

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Claims (11)

- 9 Schut zansprüche:

1. ArtilleriegesciLoß, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kammer zum Erzeugen von Brenngasen durch Verbrennung eines Treibstoffkörpers (9) aufweist, daß die Kammer wenigstens einen Gasauslaß (8) in ihrem Boden hat, daß die Abbrandfläche des Treibstoffkörpers so auf den Auslaßquerschnitt abgestimmt ist, daß der Verbrennungsdruck niedriger ist als 10 Bar und den am Boden des Geschosses herrschenden Druck vorzugsweise um nicht mehr als 0,01 bis 0,5 Bar übersteigt, und daß die Größe des Treibstoffkörpers für die Erzeugung von Verbrennungsgasen. über einen beträchtlichen Teil der Flugzeit des Geschosses bemessen ist.

2. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoffkörper (9) aus einem Treibstoff mit einer Brenngeschviindigkeit von 0,7 bis 1,5 mm/sec bei einem Druck von 1 Bar besteht und daß das Verhältnis zwischen der Abbrandfläche und dem Ausiaßquerschnitt kleiner als 100 ist.

3. Geschoß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoffkörper (9) aus einem zusammengesetzten Treibstoff besteht, welcher 50 bis 90% Ammoniumperchlorat und 10 bis 50% eines Polymers mit hoher Zugfestigkeit, vorzugsweise Polybutadien, enthält.

4. Geschoß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoffkörper (9) aus einem doppelbasischen Treibstoff besteht.

5. Geschoß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen mit dem Geschoß koaxialen Mantel (5) hat und daß der Treibstoff körper (9) die Gestalt eines durch Schlitze kleeblattartig in mehrere Segmente unterteilten Rohrs aufweist.

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6. Geschoß nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß einige Oberflächen des Treibstoffkörpers (9) oder der Segmente (15) desselben, vorzugsweise die äußeren Umfangsflächen (10) und die Stirnflächen (16) mit einem den Abbrand verhindernden Mittel bedeckt sind, so daß sich die Abbrandflache mit der Zeit verkleinert, d.h. daß die Gaserzeugung degressiv verläuft.

7· Geschoß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennze ichnet, daß wenigstens ein Durchlaß (8) das Einströmen der Verbrennungsgase der Treibladung aus dem Geschützrohr in die Kammer ermöglicht, und daß die Kammer einen pyrotechniscnen Zünder (1A-) enthält, dessen Zündmasse eine solche Zusamsnseozung het, daß ihre Verbrennung nur wenig druckabhängig ist, und welche so angeordnet ist, daß sie durch die Verbrennungsgase der Treibladung gezündet xv'ird und anschließend den Treibstoffkörper zündet.

8. Geschoß nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmasse (14) aus Stoffen besteht, welche vorwiegend feste Verbrennungsprodukte ergeben, und daß sie in Berührung mit dem Treibstoffkörper (9) oder in geringem Abstand zu diesem angeordnet ist.

9. Geschoß nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmasse (14) aus Stoffen beäsht, welche vorwiegend feste Verbrennungsprodukte liefern und daß sie in einem Behälter (13) angeordnet ist, welcher öffnungen (11) zum Zünden der Zündmasse und zum Ausstoßen der Verbrennungsprodukte aufweist.

10. Geschoß nach Anspruch 7 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß der Zünder aus zwei oder mehr Zündmassen besteht, welche vorzugsweise in aneinander grenzenden

Schichten angeordnet sind, von denen die äußere, als \

erste abbrennende, vorwiegend feste Verbrennungsprodukte | liefert.

11. Geschoß nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmasse oder die die äußere Schicht des Zünders bildende Zündmasse gleiche Teile Zirkoniumhydrid und Bleidioxid und etwa 1% eines organischen Binders enthält.

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