EP0300373A2 - Flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss - Google Patents

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EP0300373A2
EP0300373A2 EP88111368A EP88111368A EP0300373A2 EP 0300373 A2 EP0300373 A2 EP 0300373A2 EP 88111368 A EP88111368 A EP 88111368A EP 88111368 A EP88111368 A EP 88111368A EP 0300373 A2 EP0300373 A2 EP 0300373A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
projectile
swirl
sabot
caliber
wing
Prior art date
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Granted
Application number
EP88111368A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0300373B1 (de
EP0300373A3 (en
Inventor
Fritz K. Dr. Feldmann
Paul J. Griffith
Craig L. Christenson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinmetall Air Defence AG
Original Assignee
Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Oerlikon Contraves AG
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Publication date
Priority claimed from US07/075,818 external-priority patent/US4815682A/en
Application filed by Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG, Oerlikon Contraves AG filed Critical Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Publication of EP0300373A2 publication Critical patent/EP0300373A2/de
Publication of EP0300373A3 publication Critical patent/EP0300373A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
    • F42B10/02—Stabilising arrangements
    • F42B10/04—Stabilising arrangements using fixed fins
    • F42B10/06—Tail fins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B14/00—Projectiles or missiles characterised by arrangements for guiding or sealing them inside barrels, or for lubricating or cleaning barrels
    • F42B14/06—Sub-calibre projectiles having sabots; Sabots therefor
    • F42B14/061—Sabots for long rod fin stabilised kinetic energy projectiles, i.e. multisegment sabots attached midway on the projectile

Definitions

  • the invention relates to a wing-stabilized projectile which is used in a weapon barrel provided with swirl grooves.
  • the full swirl speed corresponding to the pitch of the swirl grooves of the weapon barrel is given to the projectile when it is fired, using a swirl band which is made in one piece with the sabot.
  • the invention comprises a new method and corresponding ballistic shape requirements. This combination with a new, disposable sabot construction, which also forms part of the invention, enables a very small projectile spread to be achieved.
  • the type of bullet is particularly suitable for use with automatic weapons with a caliber of 12.7 to 70 millimeters.
  • the wing projectiles are stabilized during flight by aerodynamic forces which act on the projectile.
  • the projectile twist does not contribute to the stabilization of the wing projectiles, a low rotational speed around the longitudinal axis is desirable in order to reduce the adverse effects of the mass and design asymmetries that result from material defects and manufacturing tolerances.
  • Wing-stabilized projectiles are preferably shot down by smooth-tube cannons; thanks to the lack of swirl grooves, no swirl is generated.
  • Such weapons are located for example on front battle tanks and generally have a caliber of 60 millimeters and more.
  • Wing stabilized bullets generally consist of a sub-caliber bullet body and a set of wings of four or more individual wings attached to the rear end of the bullet.
  • the projectile structure is symmetrical to its longitudinal axis and the projectile is shot out of the weapon with the help of a dropping sabot.
  • the detachable sabot has two important tasks, it is to guide the lower-caliber floor along the center line of the weapon barrel during acceleration and it is to form a seal to keep the propellant gases in the barrel during passage. This last task is fulfilled by the swirl band, which engages in the swirl grooves of the weapon barrel and thereby the full one Swirl on the projectile transmits according to the slope of the swirl grooves and the muzzle velocity of the projectile.
  • Wing stabilized bullets contain a sliding fit between the swirl band and the sabot.
  • the sliding seat is designed so that it reduces the swirl speed of the sabot approximately by 70 to 90% of the swirl of the swirl band, which absorbs the full swirl.
  • the size of the swirl transmitted from the sliding seat in the swirl band is determined by the sliding friction.
  • the centrifugal forces acting on the parts of the sabot are very effective in initiating the immediate and symmetrical separation of the sabot from the projectile body when the projectile emerges from the muzzle of the weapon barrel.
  • the centrifugal forces which act on the parts of the sabot are also reduced, namely in the square of the swirl speed.
  • the separation of the sabot is less quick and less precise than with a non-sliding twist band and increasingly dependent on the aerodynamic forces.
  • non-sliding swirl bands allows the construction of stronger sabots. This is advantageous in the case of rapid-fire cannons and the corresponding structural loading and feeding when they are inserted into the weapon barrel.
  • the present invention aims to improve the probability of being hit by wing stabilized sub-caliber projectiles fired from gun barrels with swirl grooves by defining the projectile properties which enable the firing to be carried out at full swirl speed without the use of a swirl band to reduce the swirl. Furthermore, the avoidance of a fragile sliding swirl band enables the structural integrity, strength and reliability of the ammunition to be improved.
  • the invention relates in particular to wing-stabilized projectile for automatic firearms with a caliber of 12.7 to 40 millimeters.
  • a droppable sabot with rigidly attached swirl band creates a swirl during the acceleration of the projectile in the barrel according to the slope of the swirl grooves and the muzzle velocity of the barrel.
  • the resulting swirl when firing is therefore exclusively dependent on the muzzle velocity and can therefore be repeated precisely.
  • the swirl movement is transmitted undiminished to the lower-caliber floor.
  • the lower-caliber floor enters the atmosphere and is exposed to the aerodynamic forces.
  • the critical swirl speed (nutation frequency) of the projectile is determined by the moment of inertia and the aerodynamic properties and represents a fixed value for a given projectile. Within certain limits, the size of the critical swirl can be influenced by the design of the projectile.
  • the wing-stabilized projectile is provided with a droppable sabot which essentially has three main parts, namely a sabot rear, one Sabot body and a protective hood.
  • the sabot tail is preferably made of light metal, in particular aluminum, which is composed of three or more identical elements and holds the penetrator in the central area in a coaxial position to the weapon barrel.
  • the sabot tail transmits the longitudinal acceleration forces and the swirl which is transmitted from the sabot to the penetrator by the swirl grooves.
  • a sabot body made of plastic is arranged in front of the sabot tail and is provided with an integrated swirl band which engages in the swirl grooves and is provided both as a seal and for transmitting the swirl movement - which is transmitted from the swirl grooves to the penetrator.
  • the sabot body further includes the three or more longitudinal grooves that extend radially from its outer cylindrical surface and leave a web of a given thickness on the inside of the longitudinal grooves. The sabot will break along these longitudinal grooves under the action of centrifugal force as it emerges from the muzzle of the weapon barrel.
  • connection there is a mechanical connection between the sabot body and the sabot rear, which anchors the front part of the sabot rear and the rear part of the sabot body.
  • This connection prevents the separation of the parts under the effect of the propellant gas pressure, which acts on the rear side of the swirl band when fired.
  • the connection transfers the swirl from the sabot body to the sabot rear.
  • the separating surfaces between the parts of the sabot rear are sealed and the connection of the The rear of the sabot tail with the penetrator is provided with an annular seal.
  • the sealing of the rear parts, the annular seal and the sabot body form a single integrated unit, preferably made of a fiber-reinforced plastic. Because of the complicated structure of the sabot body and seals, this unit is preferably produced by injection molding on the previously assembled unit of sabot tail and penetrator.
  • a protective hood is placed on the front end of the sabot body to protect the front end of the penetrator and to adapt the projectile to the automatic feeder.
  • the induced decrease of the projectile swirl to the constant projectile swirl is very quick, very precise and repeatable. This combines with the fact that the initial swirl speed at the muzzle can be controlled just as precisely as the muzzle velocity. In general, the deviation from the standard is not more than one percent and results in an exactly repeatable course of the projectile swirl during the flight.
  • the invention aims to provide a wing-stabilized projectile with a dropping sabot that is fired from a gun barrel provided with swirl grooves with full swirl according to the pitch of the swirl grooves of the gun barrel.
  • the invention also aims to provide a wing-stabilized projectile with a dropping sabot, which is fired with full swirl from a weapon barrel provided with swirl grooves and is then decelerated to a constant swirl speed in a quick, precise and precisely repeatable manner with the aid of an aerodynamic damping which results in a exactly repeatable swirl reduction during the trajectory of the projectile.
  • the invention also aims to provide a wing-stabilized projectile with a dropping sabot that is fired from a weapon barrel provided with swirl grooves, which achieves full swirl when fired and has a constant swirl speed that is greater than the nutation frequency of the projectile.
  • the invention further aims to provide a wing-stabilized projectile with a dropping sabot which is launched with full swirl from a weapon barrel provided with swirl grooves and which has a half-life of no more than 0.1 seconds, this half-life being required to bring the swirl speed to a value lower, which is halfway between the initial value at launch and the constant swirl speed.
  • the invention also aims to provide a wing-stabilized projectile that is robust Sabot, which can be separated immediately and radially-symmetrically after firing under the action of centrifugal forces.
  • the invention also aims to provide a droppable sabot for a wing-stabilized projectile, in which the sabot has three elements, namely a sabot rear, a sabot body made of plastic with an integrated swirl band and seals and a ballistic protective hood.
  • the invention also aims to provide a droppable sabot for a wing-stabilized projectile, in which the sabot rear and sabot body have a mechanical connection and the sabot body has an integrated swirl band for sealing the propellant gases and for transferring the full swirl to the projectile through the swirl grooves of the weapon barrel is produced.
  • the invention further aims to provide a detachable sabot for a wing-stabilized projectile, in which the sabot body has an integrated swirl band for sealing the propellant gases in the swirl grooves and with a seal which extends over the intermediate surfaces of the sabot rear parts and with a seal on the contact surface between Sabot tail and penetrator.
  • the invention also aims to provide a droppable sabot for a wing-stabilized projectile, which has an integrated construction of sabot body, swirl band and seal of the elements of the rear part and seal between the rear and penetrator.
  • the invention also aims to provide a sabot body for a wing-stabilized projectile which is injection-molded directly onto the sabot tail combined with the penetrator.
  • Figure 1 is a longitudinal section through the sub-caliber floor, which is in a throwable Sabot is located.
  • the sub-caliber projectile consists of a penetrator 10 and a wing arrangement 12 at its rear end.
  • a pyrotechnic lighting set 14 is provided which is generally located in the central body of the wing assembly.
  • a heavy metal in particular a tungsten alloy or an enriched uranium alloy, is used for the penetrator 10 in order to achieve a high penetration performance.
  • Either steel or aluminum is used to make the wing assembly.
  • the aluminum wings In the case of high-speed bullets, the aluminum wings must be provided with a protective layer to prevent them from burning off due to the aerodynamic heating.
  • the wing arrangement consists of 4 to 6 wings, which are arranged symmetrically around the central body. 2 shows a wing arrangement with four wings.
  • the wing span 16 must be equal to or smaller than the bore diameter of the weapon barrel.
  • the front edge of the wing is chamfered in an arrow shape, the wing being relatively thin.
  • the floor plan of the wings must be large enough to ensure aerodynamic stability in the longitudinal direction of the sub-caliber projectile with a stability range of not less than 1.5 sub-caliber projectile diameters, the stability range being defined as the distance between the aerodynamic pressure center 24 and the center of gravity 26 of the Projectile body.
  • the wing arrangement is intended to generate an aerodynamic rolling or transverse moment with respect to the longitudinal axis 20 of the projectile by a constant one To ensure swirl speed during the flight, corresponding to the propulsion.
  • the rolling moment is generated aerodynamically, either by the angle of attack of the wings, similar to the stabilizing wings on an aircraft, or by a bevelled leading edge 22 of the wings shown in FIG. 2, or by bevelled trailing edges of the wings. All wings are preferably of identical design.
  • the primary aim of the invention is that the lower-caliber projectile receives the full swirl in accordance with the gradient of the swirl grooves and the muzzle velocity of the weapon barrel.
  • the sub-caliber bullet enters the atmosphere and is immediately subjected to a swirl-reducing aerodynamic swirl damping. The rapid swirl reduction continues until a constant swirl is reached, depending on the design of the wings and the projectile speed.
  • the half-life ie the time required to bring the swirl speed of the projectile to half the value between the initial value at launch and the constant speed, should not be greater than 0.1 seconds.
  • the projectile gains dynamic stability and the half-life is greater than 0.1 seconds and is therefore too short to allow a possible increase in the precession movement due to the Magnus forces.
  • the invention also aims to determine a constant swirl speed of the sub-caliber projectile in order to prevent the occurrence of resonance instabilities and corresponding resonance jumps during the projectile flight.
  • Rotating wing-stabilized projectiles are exposed to resonance instabilities; these are conditions in which the projectile twist is the same size as the nutation frequency or natural frequency of the projectile. These are characterized by an increase in a non-rotating compensation attack angle, which results from the structural asymmetry that arises, for example, from manufacturing tolerances or from material defects.
  • the resonance can be accompanied by rotary movements and yaws.
  • the constant swirl speed must differ from the nutation frequency of the projectile.
  • the present invention aims to have the projectile swirl speed rapidly from its initial launch value to the constant swirl speed decreases, which is greater than the nutation frequency of the projectile by at least a factor of two under all conditions in the operating area of the ammunition. This method, which is also referred to as swirl speed adjustment, is further described in a further example according to FIG. 3.
  • the illustration shows the projectile swirl speed as a function of the projectile flight distance for a wing-stabilized projectile that was shot down by an automatic 25mm cannon with a swirl groove gradient of 7.5%.
  • the corresponding swirl speed is 13'690 rad / sec.
  • the bullet speed decreases rapidly due to the aerodynamic speed damping.
  • the half-life (7505 rad / sec) is reached after 0.058 seconds and at a bullet speed of 1300 m / sec at a distance of 75 meters from the weapon.
  • the projectile has reached its constant swirl speed of approximately 1320 rad / sec.
  • This swirl speed will decrease even further in proportion to the bullet speed.
  • the bullet speed is still approx. 1200 m / sec and the constant twist is approx. 1106 rad / sec.
  • the natural frequency of the projectile is approximately 440 rad / sec.
  • the constant swirl speed is still a factor of 2.5 greater than the nutation frequency and thus the resonance instability is avoided.
  • the information provided is based on shooting tests and shows the effect of swirl tuning, which is an object of the present invention.
  • the invention also aims to provide a droppable sabot for a wing-stabilized Sub-caliber bullet.
  • the droppable sabot consists of three main components, as shown in the longitudinal section of FIG.
  • the rearmost component is a sabot rear part 28, which consists of three or more identical elements 29, which contain the penetrator 10 of the sub-caliber projectile in a coaxial position. These three elements 29 touch each other along radially directed flat surfaces 30.
  • the arrangement of the sabot rear part 28 is also described with reference to FIG. 5, which shows a view of the droppable sabot from behind.
  • the contact surface of the sabot rear part with the central part of the penetrator 10 has various tasks to be performed.
  • this surface causes the penetrator to be in a coaxial position with respect to the gun barrel axis.
  • this contact surface must be strong enough to transmit the longitudinal acceleration forces from the sabot to the projectile when fired.
  • the contact surface is to transmit the swirl without slippage, which acts through the swirl grooves of the weapon barrel from the sabot to the penetrator. The functions just described are best performed with the help of a screw surface 32 or with a number of annular grooves.
  • the plastic sabot body 34 is located in front of the sabot rear part, as can be seen in FIG.
  • the sabot body has an integrated swirl band 36, which engages in the swirl grooves of the weapon barrel when fired, and which serves both to seal the propellant gases and to transmit the swirl movement that occurs from the swirl grooves of the weapon barrel to the lower-caliber projectile is transmitted.
  • the sabot body 34 has three or more grooves 38 extending in the longitudinal direction, which also extend in the radial direction from the outer cylinder surface to the penetrator 10 and to the sabot base 28, so that a rib 40 remains, which has a certain thickness on the has inner limit of the groove 38.
  • the first feature relates to the design of the contact surface 42 between the front part of the sabot rear 28 and the rear part of the sabot body 34, according to FIG. 4.
  • This mechanical connection is necessary in order to anchor the sabot body 34 to the sabot tail 28 and thereby prevent separation between the two components under the action of the propellant gas forces acting on the rear end of the swirl band 36 during the launch and to prevent the swirl from the sabot body to transfer to the sabot tail.
  • the design of this connection is designed such that the effect of the gas seal between the sabot body 34 and the sabot rear 28 increases during the gas pressure on the swirl band when fired in the weapon barrel.
  • connection is given by the exterior Contour of the front two thirds of the rear surface in front of the holding groove 43 for the cartridge case, this contour being essentially below the swirl band of the sabot body.
  • the swirl band and the sabot body are compressed and form an effective gas seal along the interface, which prevents propellant gases from passing through this interface.
  • the sabot body transmits the swirl that is generated by the swirl grooves via the sabot tail without slippage to the penetrator 10 at the mechanical connection surface.
  • the second critical feature is the seal 44 which extends rearwardly through the channels 41 located in the contact surfaces of the sabot rear segments.
  • the seal which extends through the channels, projects into an annular seal 46, which is located on the rear side 37 of the sabot rear 28 and surrounds the penetrator 10.
  • the rear side 37 also comprises an annular groove 39 for anchoring the annular seal 46.
  • the seal 44 can also be seen in FIG. 7, which shows a cross section through the sabot rear 28. This seal is important: to prevent propellant gases from entering the sabot assembly during launch either through the contact surfaces 30 of the sabot tail segments or along the perimeter of the penetrator 10.
  • the seal 44 and seal 46 and sabot body form one only integral unit, which is manufactured in a single operation on the previously assembled sabot rear because of its complicated training in the injection molding process.
  • This injection molding process in place on the The sabot tail requires a special shape in which the projectile sabot subassembly is inserted and centered so that a coaxial alignment of all parts is guaranteed.
  • the cross section of the seal 44 and the corresponding channels in the contact surfaces 30 of the sabot segments 28 can be larger than shown in FIG. After all, it is necessary that the sabot body 34, the seal 44 and the seal 46 form a single unit.
  • a carbon or glass fiber reinforced plastic is preferably used, e.g. Nylon or liquid crystal polymer (LCP) suitable for the injection molding process on the spot for the sabot body as a seal and seal.
  • the third essential component of the droppable sabot is the protective hood 48 which is attached to the front end of the sabot body.
  • the outer shape must meet the requirements for the surface of the ammunition for firearms.
  • the hood is necessary to protect the sub-caliber projectile part that protrudes from the front end of the sabot body as long as the ammunition is stored, transported and fed to the weapon.
  • To reduce the weight of the protective hood it is hollow, with a thin wall and preferably made of plastic by injection molding.
  • the protective hood is preferably attached to the sabot body using a snap fit 50.
  • the stability of the projectile ie the distance S between the center of gravity 26 of the penetrator 10 and the air attack point 24 on the penetrator 10 is dependent on the design of the stabilizing wing 12.
  • the half-life of the swirl is also the same on the one hand and the size of the constant swirl depends on the design of the stabilizing wing 12.
  • this distance S between the center of gravity 26 and the air attack point 24 should be at least 1.2 times greater than the sub-caliber diameter of the penetrator 10.
  • the half-life should be 0.10 seconds and the constant swirl should be 50 percent greater than the nutation frequency or natural frequency of the penetrator 10, as can be seen from FIG.
  • the properties of the penetrator 10 are achieved only by an appropriate design of the stabilizing wing 12. Therefore, the construction of the four stabilizing wings 12 will be explained in more detail with reference to FIGS. 8 and 9.
  • the beveled guide edge 22 is inclined by, for example, 30 ° and, according to section A-A, has a second bevel of 10 ° and, according to view B, this bevel is 5 °. It is essential here that the wings 12 are chamfered on one side only, and that seen in the swirl direction of the projectile on the rear or away side. Finally, the wing length a in FIG. 8 is also important for the stability of the penetrator 10.
  • each wings 12 are evenly distributed around the circumference and are relatively thin, that is to say, for example, 0.5-1.0 millimeters.
  • view B the edge 22 is more or less sharp, ie the value b is between 0 and 70% of the thickness of the wing.
  • the following values can also be mentioned for the position of the center of gravity 26 and the air attack point 24:
  • the distance S1 between the tip of the penetrator 10 and the center of gravity 26 is, for example, 86-93 millimeters and the distance S2 between the tip of the penetrator 10 and the air attack point 24 is, for example, 100-120 Millimeter.
  • the stability of the penetrator 10 thus results from the difference S2-S1 and the diameter of the penetrator 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein flügelstabilisiertes Geschoss zur Verwendung in einem Drallrohr, das sich besonders für automatische Feuerwaffen mit einem Kaliber von 12,7 bis 70 Millimeter eignet. Die volle Dralldrehzahl, entsprechend der Steigung der Drallnuten eines bestimmten Waffenrohres und der Mündungsgeschwindigkeit, wird beim Abschuss auf das Geschoss übertragen, wobei ein Drallband (36) verwendet wird, das befestigt ist und einen integralen Bestandteil des abwerfbaren Treibspiegels (28,34) bildet. Anschliessend an den Austritt aus der Rohrmündung der Waffe wird die Dralldrehzahl des Geschosses durch die aerodynamische Dämpfung schnell vermindert zur Vermeidung ungünstiger Effekte infolge der Magnuskräfte. Die aerodynamische Gestaltung der Flügel ist so gewählt, dass das Geschoss eine konstante Dralldrehzahl erreicht, die mindestens doppelt so gross ist wie die Nutationsfrequenz des Geschosses. Mit Hilfe dieser Abstimmung der Dralldrehzahl können Resonanz-Instabilitäten über den ganzen Flugbereich des Geschosses vermieden werden. Der Abschuss mit voller Dralldrehzahl erzeugt auch grosse Zenrifugalkräfte, welche auf die Teile des Teibspiegels (28,34) wirken, wodurch eine sofortige und genaue Ablösung des Treibspiegels (28,34) beim Austritt des Geschosses aus der Rohrmündung erreicht wird. Dies zusammen mit der genauen wiederholbaren und zuverlässigen Abstimmung des Geschossdralles erlaubt ausgezeichnete Geschossgenauigkeit und Streuungs-Eigenschaften. Die Erfindung betrifft auch die Gestaltung des Treibspiegels (28,34) mit einem integralen festen Drallband (36). Die Ausbildung umfasst das Aufbringen des Treibspiegels (34) im Spritzgussverfahren mit Dichtungs-Abschluss auf das flügelstabilisierte Geschoss (10). Das Fehlen eines gleitenden Drallbandes ermöglicht eine stabile Treibspiegelgestaltung, das besonders wichtig ist bei Munition, die für automatische Waffen verwendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein flügelstabilisiertes Geschoss, das in einem mit Drallnuten versehenen Waffenrohr verwendet wird. Die volle Drall-Drehzahl entsprechend der Steigung der Drallnuten des Waffenrohres wird dem Geschoss beim Abschuss erteilt, wobei ein Drallband verwendet wird, das aus einem Stück mit dem Treibspiegel hergestellt ist. Die Erfindung umfasst eine neue Methode und entsprechende ballistische Formerfordernisse. Diese Kombination mit einer neuen abwerfbaren Treibspiegel-Konstruktion, die auch einen Teil der Erfindung darstellt, ermöglicht es, eine sehr kleine Geschossstreuung zu erzielen. Die Art des Geschosses eignet sich insbesondere für die Verwendung bei automatischen Waffen mit einem Kaliber von 12,7 bis 70 Millimeter.
  • Im Gegensatz zu den üblichen drallstabilisierten Geschossen, welche ihre Flugstabilität von den gyroskopischen Kräften erhalten, die sich aus der hohen Dralldrehzahl ergeben, werden die Flügelgeschosse während des Fluges durch aerodynamische Kräfte stabilisiert, welche auf das Geschoss wirken. Obwohl der Geschossdrall nicht zur Stabilisierung der Flügelgeschosse beiträgt, ist eine niedrige Drehzahl um die Längsachse erwünscht, zur Verminderung der nachteiligen Effekte der Massen- und Gestaltungs-­Asymmetrien, die sich aus Materialfehlern und Herstellungstoleranzen ergeben.
  • Flügelstabilisierte Geschosse werden vorzugsweise von Glattrohrkanonen abgeschossen; dank dem Fehlen von Drallnuten wird kein Drall erzeugt. Solche Waffen befinden sich zum Beispiel auf vorderen Kampfpanzern und besitzen im allgemeinen ein Kaliber von 60 Millimetern und mehr.
  • Automatische Kanonen mit einem Kaliber von 12,7 bis 40 Millimetern haben meistens ausschliesslich mit Drallnuten versehene Waffenrohre zum Abschiessen von verschiedenen Arten von drallstabilisierten Geschossen, insbesondere panzerbrechende Geschosse. Zur Verbesserung des Panzerdurchdringungsvermögens solcher Waffen ist es erwünscht, eine Technologie zu entwickeln, die eine erfolgreiche Verwendung von flügelstabilisierten, langen panzerbrechenden, aus Drallrohren abgeschossenen Geschossen mit ihrer eigentümlichen Endwirkung ermöglicht. In diesem Falle bedeutet erfolgreiche Verwendung Anpassung der Munition an das Waffen- und Zuführ-System, welches seinerseits die erforderliche strukturelle Ausbildung benötigt, um unter allen Bedingungen zuverlässig zu funktionieren, zur Erzeugung einer Geschoss-Genauigkeit, die gleich oder besser ist als bei drallstabilisierten Geschossen, welche von der gleichen Waffe abgefeuert werden.
  • Flügelstabilisierte Geschosse bestehen allgemein aus einem Unterkaliber-Geschosskörper und einem Satz Flügel von vier oder mehr einzelnen Flügeln, die am hinteren Geschossende befestigt sind. Der Geschossaufbau ist symmetrisch zu seiner Längsachse und das Geschoss wird aus der Waffe mit Hilfe eines abwerfbaren Treibspiegels abgeschossen. Der abwerfbare Treibspiegel hat zwei wichtige Aufgaben zu erfüllen, er soll das Unterkalibergeschoss entlang der Mittellinie des Waffenrohres während der Beschleunigung führen und er soll eine Abdichtung bilden, um die Treibgase während des Durchganges im Rohr zu halten. Diese letzte Aufgabe wird durch das Drallband erfüllt, welches in die Drallnuten des Waffenrohres eingreift und dabei den vollen Drall auf das Geschoss überträgt entsprechend der Steigung der Drallnuten und der Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses.
  • Flügelstabilisierte Geschosse, gemäss dem heutigen Stand der Technik, enthalten einen Gleitsitz zwischen dem Drallband und dem Treibspiegel. Der Gleitsitz ist so ausgebildet, dass er die Dralldrehzahl des Treibspiegels annähernd um 70 bis 90% vom Drall des Drallbandes vermindert, welches den vollen Drall aufnimmt. Die Grösse des vom Gleitsitz im Drallband übertragenen Dralls ist durch die Gleitreibung bestimmt. Somit hat beim Austritt des Geschosses aus der Mündung des Waffenrohres das flügelstabilisierte Geschoss eine Dralldrehzahl von ca. 10 bis 30% der Dralldrehzahl eines drallstabilisierten Geschosses, das aus dem selben Waffenrohr abgefeuert wurde.
  • Es sind da zwei Problemkreise bei dieser Art des Abfeuerns flügelstabilisierter Geschosse aus Drallrohren zu beachten. Erstens ist es schwierig, die Drallverminderung durch den Gleitsitz mit der erforderlichen Wiederholbarkeit zu steuern, um eine annehmbare Geschossgenauigkeit über den ganzen Bereich der Schiessbedingungen bei militärischer Anwendung zu gewährleisten. Aenderungen der Geschosstemperatur zwischen -40 bis +60°, Aenderungen der Feuchtigkeit, Herstellungstoleranzen, Verschmutzung durch Staub, Salz oder andere Substanzen, die zwischen das Drallband und seinen Sitz eindringen, beeinflussen den Reibungskoeffizient im Drallbandsitz und damit die Grösse der Drallübertragung.
  • Zweitens sind die Zentrifugalkräfte, welche an den Teilen des Treibspiegels angreifen, sehr wirksam zur Einleitung der sofortigen und symmetrischen Trennung des Treibspiegels vom Geschosskörper beim Austritt des Geschosses aus der Mündung des Waffenrohres. Bei vermindertem Geschossdrall werden auch die Zentrifugalkräfte vermindert, welche auf die Teile des Treibspiegels wirken und zwar im Quadrat der Dralldrehzahl. In der Folge ist die Trennung des Treibspiegels weniger schnell und weniger genau als bei nicht gleitendem Drallband und zunehmend mehr von den aerodynamischen Kräften abhängig.
  • Die Einwirkung der aerodynamischen Kräfte auf das Geschoss wird verzögert durch das Ausströmen der Treibgase beim Austritt des Geschosses aus der Waffenrohrmündung. Diese Treibgase umhüllen das Geschoss zeitweilig in entgegengesetzter Strömungsrichtung. Erst beim Eintritt in die Atmosphäre, was etwa in einer Entfernung von ca. 30 Kalibern von der Mündung entfernt erfolgt, bekommen die aerodynamischen Kräfte ihre volle Wirksamkeit für die Trennung des Treibspiegels. Die Grösse der aerodynamischen Kräfte, die zur Trennung des Treibspiegels wirksam sind, betragen nur einen Bruchteil der Zentrifugalkräfte, die zur Verfügung stehen, wenn mit voller Dralldrehzahl abgefeuert wird, und daher ist eine wesentlich zerbrechlichere Treibspiegelkonstruktion erforderlich, um ihr Zerbrechen und Trennen zu gewährleisten. Ausserdem wegen der Begrenzung der Munition auf Kaliber bis zu 40 Millimeter sind die Abmessungen des gleitenden Drallbandes zusammen mit seinem Sitz sehr klein und daraus ergeben sich heikle und zerbrechliche Teile.
  • Demgegenüber erlaubt die Verwendung von nichtgleitenden Drallbändern den Aufbau von stärkeren Treibspiegeln. Dies ist vorteilhaft bei Schnellfeuerkanonen und der entsprechenden strukturellen Belastung bei der Zufuhr und beim Einschieben ins Waffenrohr.
  • Flügelstabilisierte Geschosse, welche mit abwerfbarem Treibspiegel versehen sind, die ein gleitendes Drallband aufweisen, ergeben erfahrungsgemäss beachtliche Unterschiede in der Dralldrehzahl beim Austritt aus der Mündung infolge der Abweichungen im Reibungskoeffizient am Gleitsitz des Drallbandes. Demzufolge kann die darauffolgende Beschleunigung oder Verzögerung des Geschossdralles zu Bedingungen führen, bei denen die Dralldrehzahl gleich gross ist wie die Nutationsfrequenz des Geschosses und Resonanz-Instabilitäten können auftreten. Je kleiner der Geschossdrall beim Austritt aus der Waffenrohrmündung ist und somit auch die Zentrifugalkräfte, die auf den Treibspiegel wirken, umso kleiner ist die Geschwindigkeit und die Symmetrie beim Abwerfen der Teile des Treibspiegels, und dadurch vergrössert sich die Geschossstreuung.
  • Zusammenfassend ergeben sich folgende Nachteile bei abwerfbaren Treibspiegeln an flügelstabilisierten Geschossen für automatische Feuerwaffen mit gleitenden Drallbändern zur Verminderung des Dralles:
    • 1. Beträchtliche Schwankungen des Geschossdralles beim Abschuss infolge Abweichungen des Reibungskoeffizienten im Sitz des Drallbandes.
    • 2. Schwankungen im Geschossdrall beim Abschuss führen zu verminderter Wiederholbarkeit der Treibspiegeltrennung und somit der Geschossbahn, wodurch die Geschossstreuung vergrössert und die Wahrscheinlichkeit des Erstschusstreffers abgewertet wird.
    • 3. Verminderung des Geschossdralles beim Abschuss verkleinert die Zentrifugalkräfte, die für die Treibspiegeltrennung erforderlich sind, was eine schwächere Treibspiegelkonstruktion nötig macht. Der Verlust an Festigkeit und Zuverlässigkeit wird zudem verschlechtert bei der Empfindlichkeit des gleitenden Drallbandes und des Sitzes.
  • Befürworter der Verwendung gleitender Drallbänder nehmen irrtürmlicherweise an, dass ein grosser aerodynamischer Strömungswiderstand während der aerodynamischen Drallabnahme des Geschosses besteht, das eine volle Dralldrehzahl beim Abschuss besitzt. Schiessversuche haben jedoch gezeigt, dass der wirksame Strömungswiderstand sehr klein ist, was jedoch nicht überraschend ist in Anbetracht dessen, dass die Drallenergie von flügelstabilisierten Unterkalibergeschossen kleiner ist als ein Prozent ihrer translatorischen kinetischen Energie. In diesem Zusammenhang ist es auch von Interesse, dass infolge der präzisen und symmetrischen Treibspiegeltrennung bei flügelstabilisierten Geschossen mit voller Dralldrehzahl, die maximale Geschossneigung beim Abschuss weniger als fünf Grad betrug. Diese niedrige anfängliche Neigung ist sehr erwünscht, um den aerodynamischen Widerstand und die Geschossverzögerung klein zu halten.
  • Die vorliegende Erfindung bezweckt die Trefferwahrscheinlichkeit von flügelstabilisierten Unterkalibergeschossen zu verbessern, die von Waffenrohren mit Drallnuten abgeschossen werden, durch Definition der Geschosseigenschaften, welchees ermöglichen, den Abschuss bei voller Dralldrehzahl durchzuführen, ohne die Verwendung eines Drallbandes zur Reduzierung des Dralles. Ferner ermöglicht die Vermeidung eines zerbrechlichen gleitenden Drallbandes die Verbesserung der strukturellen Integrität Festigkeit und Zuverlässigkeit der Munition.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf flügelstabilisierte Geschoss für automatische Feuerwaffen mit einem Kaliber von 12,7 bis 40 Millimeter. Ein abwerfbarer Treibspiegel mit starr befestigtem Drallband erzeugt einen Drall während der Beschleunigung des Geschosses im Waffenrohr entsprechend der Steigung der Drallnuten und der Mündungsgeschwindigkeit des Waffenrohres. Der resultierende Drall beim Abschuss ist daher ausschliesslich von der Mündungsgeschwindigkeit abhängig und daher präzise wiederholbar. Die Drallbewegung wird unvermindert auf das Unterkalibergeschoss übertragen. Anschliessend an den Austritt aus dem Waffenrohr und nach der Treibspiegeltrennung gelangt das Unterkalibergeschoss in die Atmosphäre und ist den aerodynamischen Kräften ausgesetzt. Ausser dass die aerodynamischen Kräfte das Geschoss im Fluge stabilisieren, wirken sie auch auf die Leitflügel und bewirken eine rasche Verminderung der Dralldrehzahl des Geschosses. Nach verhältnismässig kurzer Flugdauer erreicht die Dralldrehzahl den konstanten Wert. Diese konstante Dralldrehzahl ist durch den Abschrägungswinkel der Flügel bestimmt und ausserdem proportional zur Geschoss-Fluggeschwindigkeit. Um stabile Flugbedingungen aufrecht zu erhalten und um Flugbahnabweichungen zu vermeiden ist es notwendig, dass die konstante Dralldrehzahl des Geschosses immer grösser ist als die Nutations- oder Eigenfrequenz. Diese Wahl der konstanten Dralldrehzahl soll das Auftreten von Resonanz-Instabilitäten verhindern, welche zu grossen Anstellwinkeln und sogar zu katastrophalen Schwankungen führen. Die kritische Dralldrehzahl (Nutationsfrequenz) des Geschosses ist durch das Trägheitsmoment und die aerodynamischen Eigenschaften bestimmt und stellt einen festen Wert für ein gegebenes Geschoss dar. Innerhalb gewisser Grenzen kann die Grösse des kritischen Dralles durch die Ausbildung des Geschosses beeinflusst werden.
  • Das flügelstabilisierte Geschoss ist mit einem abwerfbaren Treibspiegel versehen, der im wesentlichen drei Hauptteile aufweist, nämlich ein Treibspiegelheck, einen Treibspiegelkörper und eine Schutzhaube. Das Treibspiegelheck ist vorzugsweise aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium, das aus drei oder mehr gleichen Elementen zusammengesetzt ist und den Penetrator im mittleren Bereich in koaxialer Lage zum Waffenrohr festhält. Das Treibspiegelheck überträgt die längsgerichteten Beschleunigungskräfte und den Drall, der durch die Drallnuten vom Treibspiegel auf den Penetrator übertragen wird. Ein Treibspiegelkörper aus Kunststoff ist vor dem Treibspiegelheck angeordnet und ist mit einem integrierten Drallband versehen, das in die Drallnuten eingreift und sowohl als Abdichtung als auch zur Uebertragung der Drallbewegung - die von den Drallnuten auf den Penetrator übertragen wird - vorgesehen ist. Der Treibspiegelkörper umfasst ferner die drei oder mehr Längsnuten, die sich radial von seiner äusseren zylindrischen Oberfläche erstrecken und einen Steg von gegebener Dicke an der Innenseite der Längsnuten übriglassen. Der Treibspiegel wird entlang diesen Längsnuten unter der Wirkung der Zentrifugalkraft beim Austritt aus der Waffenrohrmündung zerbrechen.
  • Gemäss einem wesentlichen Merkmal der Treibspiegelausbildung ist eine mechanische Verbindung zwischen Treibspiegelkörper und Treibspiegelheck vorhanden, welche den vorderen Teil des Treibspiegelhecks und den hinteren Teil des Treibspiegelkörpers miteinander verankert. Diese Verbindung verhindert die Trennung der Teile unter der Wirkung des Treibgasdruckes, der beim Abschuss auf die hintere Seite des Drallbandes einwirkt. Ausserdem überträgt die Verbindung den Drall von Treibspiegelkörper auf das Treibspiegelheck.
  • Gemäss einem weiteren wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Trennflächen zwischen den Teilen des Treibspiegelhecks abgedichtet und die Verbindung der Rückseite des Treibspiegelhecks mit dem Penetrator ist mit einer ringförmigen Dichtung versehen. Die Abdichtung der Heckteile, die ringförmige Dichtung und der Treibspiegelkörper bilden eine einzige integrierte Einheit vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff. Wegen des komplizierten Aufbaues von Treibspiegelkörper und Dichtungen wird diese Einheit vorzugsweise im Spritzgussverfahren auf der zuvor zusammengestellten Einheit von Treibspiegelheck und Penetrator hergestellt.
  • Eine Schutzhaube wird auf das vordere Ende des Treibspiegelkörpers aufgesetzt, um das vordere Ende des Penetrators zu schützen und um das Geschoss der automatischen Zuführvorrichtung anzupassen.
  • Im Anschluss an die Abtrennung des Treibspiegels ist die induzierte Abnahme des Geschossdralles auf den konstanten Geschossdrall sehr schnell, sehr genau und wiederholbar. Dies kombiniert mit der Tatsache, dass die anfängliche Dralldrehzahl an der Mündung ebenso genau steuerbar ist wie die Mündungsgeschwindigkeit. Im allgemeinen beträgt die Abweichung vom Standard nicht mehr als ein Prozent und ergibt einen genau wiederholbaren Ablauf des Geschossdralles während des Fluges.
  • Der volle Drall, der sich bei einem festen, nicht gleitenden Drallband ergibt, bewirkt die hohen Zentrifugalkräfte, welche auf die Treibspiegelteile einwirken und die für die sofortige und symmetrische radiale Trennung beim Austritt des Geschosses aus der Rohrmündung erforderlich sind. Dieses Verfahren der Treibspiegelabtrennung - kombiniert mit der gesteuerten Geschossdrall-Abnahme entlang der Geschossbahn - wie das bei Geschossen mit festem Drallband möglich ist, ergibt eine Geschossgenauigkeit, die mit den bekannten Geschossen bisher nicht erreichbar war.
  • Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines flügelstabilisierten Geschosses mit abwerfbarem Treibspiegel, das von einem mit Drallnuten versehenen Waffenrohr mit vollem Drall entsprechend der Steigung der Drallnuten des Waffenrohres abgeschossen wird.
  • Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines flügelstabilisierten Geschosses mit abwerfbarem Treibspiegel, das mit vollem Drall von einem mit Drallnuten versehenen Waffenrohr abgeschossen wird und anschliessend auf eine konstante Dralldrehzahl in schneller, präziser und genau wiederholbarer Weise verzögert wird mit Hilfe einer aerodynamischen Dämpfung, die zu einer genau wiederholbaren Drallabnahme während der Flugbahn des Geschosses führt.
  • Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines flügelstabilisierten Geschosses mit abwerfbarem Treibspiegel, das von einem mit Drallnuten versehenen Waffenrohr abgeschossen wird, das den vollen Drall beim Abschuss erreicht und eine konstante Dralldrehzahl besitzt, die grösser ist als die Nutationsfrequenz des Geschosses.
  • Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines flügelstabilisierten Geschosses mit abwerfbarem Treibspiegel, das mit vollem Drall von einem mit Drallnuten versehenen Waffenrohr abgeschossen wird und eine Halbwertszeit von nicht mehr als 0,1 Sekunden besitzt, wobei diese Halbwertszeit erforderlich ist, um die Dralldrehzahl auf einen Wert abzusenken, der auf halbem Weg zwischen Anfangswert beim Abschuss und der konstanten Dralldrehzahl liegt.
  • Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines flügelstabilisierten Geschosses, das einen robusten Treibspiegel aufweist, der sich unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte sofort und radial-symmetrisch nach dem Abschuss trennen lässt.
  • Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines abwerfbaren Treibspiegels für ein flügelstabilisiertes Geschoss, bei welchem der Treibspiegel drei Elemente aufweist, nämlich ein Treibspiegelheck, einen Treibspiegelkörper aus Kunststoff mit einem integrierten Drallband und Dichtungen und einer ballistischen Schutzhaube.
  • Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines abwerfbaren Treibspiegels für ein flügelstabilisertes Geschoss, in welchem Treibspiegelheck und Treibspiegelkörper eine mechanische Verbindung besitzen und der Treibspiegelkörper ein integriertes Drallband besitzt zum Abdichten der Treibgase und zum Uebertragen des vollen Dralles auf das Geschoss, der durch die Drallnuten des Waffenrohres erzeugt wird.
  • Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines abwerfbaren Treibspiegels für ein flügelstabilisiertes Geschoss, bei welchem der Treibspiegelkörper ein integriertes Drallband aufweist zum Abdichten der Treibgase in den Drallnuten und mit einer Abdichtung, die sich über die Zwischenflächen der Treibspiegelheckteile erstreckt und mit einer Dichtung an der Berührungsfläche zwischen Treibspiegelheck und Penetrator.
  • Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines abwerfbaren Treibspiegels für ein flügelstabilisiertes Geschoss, das eine integrierte Konstruktion von Treibspiegelkörper, Drallband und Dichtung der Elemente des Heckteiles und Dichtung zwischen Heck und Penetrator aufweist.
  • Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines Treibspiegelkörpers für ein flügelstabilisiertes Geschoss, der im Spritzgussverfahren direkt auf das mit dem Penetrator vereinigte Treibspiegelheck aufgegossen wird.
  • Diese und andere Merkmale der Erfindung werden besser verständlich aus der folgenden Beschreibung der Erfindung:
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben, das in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
    • Fig.1 einen Längsschnitt durch ein flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss mit abwerfbarem Treibspiegel;
    • Fig.2 eine Längsansicht des flügelstabilisierten Unterkalibergeschosses;
    • Fig.3 ein Diagramm der Dralldrehzahl des flügelstabiliserten Geschosses in Funktion der zurückgelegten Flugbahn;
    • Fig.4 einen Längsschnitt durch das flügelstabilisierte Unterkalibergeschoss mit abwerfbarem Treibspiegel;
    • Fig.5 einen Querschnitt durch das Unterkalibergeschoss entlang der Linie 4-4 in Fig.4;
    • Fig.6 einen Querschnitt durch den Treibspiegelkörper und das Unterkalibergeschoss entlang der Linie 2-2 in Fig.4;
    • Fig.7 einen Querschnitt durch das Treibspiegelheck und das Unterkalibergeschoss entlang der Linie 3-3 in Fig.4;
    • Fig.8 einen Schnitt durch das mit Flügeln versehene hintere Ende des Penetrators und Fig.9 eine Ansicht dieses Penetrators von hinten.
  • In Fig.1 ist ein Längsschnitt durch das Unterkaliber-Geschoss, das sich in einem abwerfbaren Treibspiegel befindet, dargestellt. Das Unterkaliber-Geschoss besteht aus einem Penetrator 10 und einer Flügelanordnung 12 an seinem hinteren Ende. Für viele Anwendungen ist ein pyrotechnischer Leuchtsatz 14 vorgesehen, der sich allgemein im zentralen Körper der Flügelanordnung befindet. Zur Erzielung einer grossen Eindringleistung wird ein Schwermetall, insbesondere eine Wolframlegierung oder eine angereicherte Uraniumlegierung, für den Penetrator 10 verwendet. Zur Herstellung der Flügelanordnung wird entweder Stahl oder Aluminium verwendet. Im Falle von Hochgeschwindigkeitsgeschossen müssen die Aluminium-Flügel mit einer Schutzschicht versehen sein, um ein Abbrennen durch die aerodynamische Erhitzung zu verhindern.
  • Im allgemeinen besteht die Flügelanordnung aus 4 bis 6 Flügeln,welche symmetrisch um den zentralen Körper herum angeordnet sind. In Fig.2 ist eine Flügelanordnung mit vier Flügeln dargestellt. Im Hinblick auf die Waffe muss die Flügelspannweite 16 gleich oder kleiner sein als der Bohrungsdurchmesser des Waffenrohres. Zur Verminderung des aerodynamischen Strömungswiderstandes ist die vordere Kante der Flügel pfeilförmig abgeschrägt, wobei die Flügel verhältnismässig dünn sind. Der Grundriss der Flügel muss genügend gross sein, um eine aerodynamische Stabilität in Längsrichtung des Unterkaliber-Geschosses zu gewährleisten mit einer Stabilitätsspanne von nicht weniger als 1,5 Unterkalibergeschossdurchmessern, wobei die Stabilitätsspanne definiert wird als der Abstand des aerodynamischen Druckzentrums 24 gegenüber dem Schwerpunkt 26 des Geschosskörpers.
  • Erfindungsgemäss soll die Flügelanordnung ein aerodynamisches Roll- oder Quermoment bezüglich der Längsachse 20 des Geschosses erzeugen, um eine konstante Dralldrehzahl während des Fluges zu gewährleisten, entsprechend dem Antrieb durch einen Propeller. Das Rollmoment wird aerodynamisch erzeugt, entweder durch den Anstellwinkel der Flügel, ähnlich den Stabilisierungsflügeln an einem Flugzeug, oder durch eine abgeschrägte Führungskante 22 der in Fig.2 dargestellten Flügel, oder durch abgeschrägte Ablaufkanten der Flügel. Vorzugsweise sind alle Flügel gleich ausgebildet.
  • Die Erfindung bezweckt in erster Linie, dass das Unterkalibergeschoss den vollen Drall erhält entsprechend der Steigung der Drallnuten und der Mündungsgeschwindigkeit des Waffenrohres. Dies erfordert, dass der abwerfbare Treibspiegel ein starr befestigtes Drallband aufweist, welches den durch die Drallnuten erzeugten Drall auf das Unterkaliber-Geschoss ohne Schlupf überträgt. Beim Austritt des Geschosses aus der Rohrmündung und der Abtrennung des Treibspiegels gelangt das Unterkaliber-Geschoss in die Atmosphäre und wird sofort einer drallreduzierenden aerodynamischen Dralldämpfung ausgesetzt. Die schnelle Drallverminderung dauert an, bis ein konstanter Drall erreicht ist, entsprechend der Ausbildung der Flügel und der Geschossgeschwindigkeit. Die Halbwertszeit, d.h. die Zeit, welche notwendig ist, um die Dralldrehzahl des Geschosses auf den halben Wert zwischen dem anfänglichen Wert beim Abschuss und der konstanten Drehzahl zu bringen, sollte nicht grösser sein als 0,1 Sekunden. Während dieser Phase erhält das Geschoss wachsende dynamische Stabilität und die Halbwertszeit ist grösser als 0,1 Sekunden und ist somit zu kurz, um eine mögliche Steigerung der Präzessionsbewegung infolge der Magnuskräfte zuzulassen.
  • Die Erfindung bezweckt ferner,eine konstante Dralldrehzahl des Unterkaliber-Geschosses zu bestimmen, um das Auftreten von Resonanz-Instabilitäten zu verhindern sowie entsprechende Resonanz-Sprünge während des Geschossfluges. Sich drehende flügelstabilisierte Geschosse sind Resonanz-Instabilitäten ausgesetzt; das sind Verhältnisse, bei denen der Geschossdrall gleich gross ist wie die Nutationsfrequenz oder Eigenfrequenz des Geschosses. Diese sind gekennzeichnet durch eine Zunahme eines nicht drehenden Ausgleichsangriffswinkels, der sich aus der konstruktiven Asymmetrie ergibt, die z.B. durch Herstellungstoleranzen entsteht oder durch Materialfehler. Die Nutationsfrequenz ω₁ eines flügelstabilisierten Geschosses wird durch die dreistufige Theorie der Bewegung bestimmt entsprechend der folgenden Gleichung:
    Figure imgb0001
     p = Dralldrehzahl
    IA = axiales Trägheitsmoment
    IT = transversales Trägheitsmoment
    s = gyroskopischer Stabilitätsfaktor
  • Resonanz-Instabilität führt zu grossen Angriffswinkeln und führt somit zu unannehmbaren Geschossstreuungen. Ausserdem kann die Resonanz begleitet sein von Drehbewegungen und Gierungen. Um das Auftreten von Resonanz-Instabilität zu vermeiden, muss die konstante Dralldrehzahl sich von der Nutationsfrequenz des Geschosses unterscheiden. Die vorliegende Erfindung bezweckt, dass die Geschossdralldrehzahl schnell von ihrem Anfangswert beim Abschuss auf die konstante Dralldrehzahl abnimmt, welche grösser ist als die Nutationsfrequenz des Geschosses und zwar um mindestens einen Faktor zwei unter allen Bedingungen im Operationsbereich der Munition. Dieses Verfahren, das auch als Dralldrehzahlanpassung bezeichnet wird, ist ferner an einem weiteren Bespiel gemäss Figur 3 beschrieben. Die Darstellung zeigt die Geschossdralldrehzahl in Funktion der Geschossflugweite für ein flügelstabilisiertes Geschoss, das von einer automatischen 25mm-Kanone mit einer Steigung der Drallnuten von 7,5% abgeschossen wurde. Bei einer Mündungsgeschwindigkeit von 1300 Meter/­Sekunde beträgt die entsprechende Dralldrehzahl 13′690 rad/sec. Anschliessend an die Abtrennung des Treibspiegels vermindert sich die Geschossdrehzahl schnell infolge der aerodynamischen Drehzahldämpfung. Die Halbwertszeit (7505 rad/sec) wird nach 0,058 Sekunden erreicht und gemäss einer Geschossgeschwindigkeit von 1300 m/sec im Abstand von 75 Metern von der Waffe. Bei einer Entfernung von annähernd 600 Metern von der Waffe hat das Geschoss seine konstante Drallgeschwindigkeit von etwa 1320 rad/sec erreicht. Diese Dralldrehzahl wird proportional zur Geschossgeschwindigkeit noch weiter abnehmen. Bei einem horizontalen Abstand von der Waffe von ca. 2000 Metern beträgt die Geschossgeschwindigkeit noch ca. 1200 m/sec und der konstante Drall beträgt noch ca. 1106 rad/sec. Die Eigenfrequenz des Geschosses beträgt ca. 440 rad/sec. Somit ist bei maximaler Reichweite des Geschosses die konstante Dralldrehzahl immer noch um einen Faktor 2,5 grösser als die Nutationsfrequenz und somit wird die Resonanz-Instabilität vermieden. Die vorgelegten Angaben beruhen auf Schiessversuchen und zeigen die Wirkung der Drallabstimmung, die einen Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines abwerfbaren Treibspiegels für ein flügelstabilisiertes Unterkaliber-Geschoss. Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der abwerfbare Treibspiegel aus drei Hauptkomponenten, wie in dem Längsschnitt von Fig.4 dargestellt ist. Die hinterste Komponente ist ein Treibspiegelheckteil 28, das aus drei oder mehr gleichen Elementen 29 besteht, welche den Penetrator 10 des Unterkaliber-Geschosses in koaxialer Lage enthalten. Diese drei Elemente 29 berühren sich gegenseitig entlang radial gerichteten ebenen Flächen 30. Die Anordnung des Treibspiegelheckteils 28 ist auch anhand der Fig.5 beschrieben, welche eine Ansicht des abwerfbaren Treibspiegels von hinten zeigt. Die Berührungsfläche des Treibspiegelheckteiles mit dem mittleren Teil des Penetrators 10 hat verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Erstens bewirkt diese Fläche, dass der Penetrator sich in koaxialer Lage bezüglich der Waffenrohrachse befindet. Zweitens muss diese Berührungsfläche genügend stark sein, um die in Längsrichtung wirkenden Beschleunigungskräfte vom Treibspiegel auf das Geschoss beim Abschuss zu übertragen. Drittens soll die Berührungsfläche ohne Schlupf den Drall übertragen, der durch die Drallnuten des Waffenrohres vom Treibspiegel auf den Penetrator wirkt. Die soeben beschriebenen Funktionen werden am besten mit Hilfe einer Schraubenfläche 32 erfüllt oder durch eine Anzahl ringförmiger Nuten.
  • Eine weitere Komponente des abwerfbaren Treibspiegels bildet der Kunststoff-Treibspiegelkörper 34, der sich vor dem Treibspiegelheckteil befindet, wie aus Fig.4 ersichtlich ist. Der Treibspiegelkörper weist ein integriertes Drallband 36 auf, welches beim Abschuss in die Drallnuten des Waffenrohres eingreift, und das sowohl zur Abdichtung für die Treibgase dient, als auch zur Uebertragung der Drallbewegung, die von den Drallnuten des Waffenrohres auf das Unterkaliber-Geschoss übertragen wird. Der Treibspiegelkörper 34 weist drei oder mehr in Längsrichtung sich erstreckende Nuten 38 auf, welche sich auch in radialer Richtung von der äusseren Zylinderfläche bis zum Penetrator 10 erstrecken und bis zur Teibspiegelbasis 28, derart dass eine Rippe 40 stehen bleibt, welche eine bestimmte Dicke an der inneren Begrenzung der Nut 38 besitzt. Diese Längsnuten sind in Fig.4 und 6 dargestellt. Beim Austritt des Geschosses aus der Mündung der Waffe zerbricht der Treibspiegelkörper sofort entlang diesen Rippen 40 unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte, die durch den grossen Drall erzeugt werden. Die Anwesenheit dieser Rippen gewährleistet eine Abdichtung gegen das Eindringen von Wasser und anderer schädlicher Einwirkungen während der Speicherung und dem Transport der Munition.
  • Da sind zwei kritische Konstruktions-Kennzeichen, die für eine erfolgreiche Wirkung des Treibspiegelkörpers 34 wesentlich sind. Das erste Merkmal betrifft die konstruktive Ausbildung der Berührungsfläche 42 zwischen dem vorderen Teil des Treibspiegelhecks 28 und dem hinteren Teil des Treibspiegelkörpers 34, gemäss Fig.4. Diese mechanische Verbindung ist notwendig, um den Treibspiegelkörper 34 am Treibspiegelheck 28 zu verankern und dadurch eine Trennung zwischen den beiden Komponenten unter der Wirkung der Treibgaskräfte zu verhindern, welche auf das hintere Ende des Drallbandes 36 während des Abschusses einwirken, und um den Drall vom Treibspiegelkörper auf das Treibspiegelheck zu übertragen. Die Ausbildung dieser Verbindung ist so gestaltet, dass sich die Wirkung der Gasdichtung zwischen Treibspiegelkörper 34 und Treibspiegelheck 28 während des Gasdruckes auf das Drallband beim Abschuss im Waffenrohr vergrössert.
  • Die Form der Verbindung ist gegeben durch die äussere Kontur der vorderen zwei Drittel der Heckoberfläche vor der Haltenute 43 für die Patronenhülse, wobei diese Kontur sich im wesentlichen unter dem Drallband des Treibspiegelkörpers befindet. Beim Abschuss des Geschosses werden das Drallband und der Treibspiegelkörper zusammengedrückt und bilden eine wirksame Gasdichtung entlang der Zwischenfläche, wodurch ein Durchtritt von Treibgasen durch diese Zwischenfläche verhindert wird. Ausserdem überträgt der Treibspiegelkörper den Drall, der durch die Drallnuten erzeugt wird über das Treibspiegelheck ohne Schlupf auf den Penetrator 10 an der mechanischen Verbindungsfläche.
  • Das zweite kritische Merkmal ist die Dichtung 44, die sich nach hinten durch die Kanäle 41 erstreckt, die sich in den Berührungsflächen der Treibspiegelheck-Segmente befinden. Am hinteren Ende des Treibspiegelhecks 28 ragt die Dichtung, welche sich durch die Kanäle erstreckt, in eine ringförmige Abdichtung 46, die sich an der Rückseite 37 des Treibspiegelhecks 28 befindet und den Penetrator 10 umgibt. Die Rückseite 37 umfasst auch eine ringförmige Nut 39 zur Verankerung der ringförmigen Abdichtung 46. Die Dichtung 44 ist auch aus Fig.7 ersichtlich, welche einen Querschnitt durch das Treibspiegelheck 28 zeigt. Diese Dichtung ist von Bedeutung: um zu verhindern, dass Treibgase in die Treibspiegelanordnung während des Abschusses eindringen und zwar entweder durch die Berührungsflächen 30 der Treibspiegelheck-Segmente oder entlang dem Umfang des Penetrators 10. Die Dichtung 44 und die Abdichtung 46 und der Treibspiegelkörper bilden eine einzige integrale Einheit, welche wegen ihrer komplizierten Ausbildung im Spritzgussverfahren in einem einzigen Arbeitsgang auf dem zuvor zusammengesetzten Treibspiegelheck hergestellt wird. Diese Herstellung im Spritzgussverfahrn an Ort und Stelle auf dem Treibspiegelheck erfordert eine spezielle Form, in welcher die Geschoss-Treibspiegelheck-Untergruppe eingesetzt und zentriert wird, damit eine koaxiale Ausrichtung aller Teile gewährleistet ist.
  • Der Querschnitt der Dichtung 44 und die entsprechenden Kanäle in den Berührungsflächen 30 der Treibspiegelsegmente 28 kann grösser sein als in Fig.4 dargestellt. Immerhin ist es notwendig, dass der Treibspiegelkörper 34, die Dichtung 44 und die Abdichtung 46 eine einzige Einheit bilden. Vorzugsweise wird ein kohle- oder glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet, wie z.B. Nylon oder flüssiges Kristall-Polymer (LCP), das sich für das Spritzgussverfahren an Ort und Stelle für den Treibspiegelkörper als Dichtung und Abdichtung eignet.
  • Die dritte wesentliche Komponente des abwerfbaren Treibspiegels ist die Schutzhaube 48, die am vorderen Ende des Treibspiegelkörpers befestigt ist. Die äussere Form muss den Anforderungen an die Oberfläche der Munition für Feuerwaffen entsprechen. Die Haube ist notwendig zum Schutze des Unterkaliber-Geschossteiles, das über das vordere Ende des Treibspiegelkörpers herausragt, solange die Munition gespeichert, transportiert und der Waffe zugeführt wird. Zur Verminderung des Gewichts der Schutzhaube ist diese hohl, mit einer dünnen Wand und vorzugsweise aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt. Die Schutzhaube wird vorzugsweise am Treibspiegelkörper mit Hilfe eines Schnappsitzes 50 befestigt.
  • Wie bereits weiter oben ausgeführt, ist die Stabilität des Geschosses, d.h. der Abstand S zwischen dem Schwerpunkt 26 des Penetrators 10 und dem Luftangriffspunkt 24 am Penetrator 10 von der Ausbildung des Stabilisierungsflügels 12 abhängig. Ebenso ist die Halbwertszeit des Dralles einerseits und die Grösse des konstanten Dralles von der Ausbildung der Stabilisierungsflügel 12 abhängig. Wie gesagt soll dieser Abstand S zwischen Schwerpunkt 26 und Luftangriffspunkt 24 im Minimum 1,2 mal grösser sein als der Unterkaliber-Durchmesser des Penetrators 10. Die Halbwertszeit soll 0,10 Sekunden betragen und der konstante Drall soll um 50 Prozent grösser sein als die Nutationsfrequenz oder Eigenfrequenz des Penetrators 10, wie aus Fig.3 ersichtlich ist. Die Eigenschaften des Penetrators 10 werden nur durch eine entsprechende Ausbildung der Stabilisierungsflügel 12 erreicht. Daher soll die Konstruktion der vier Stabilisierungsflügel 12 anhand der Figuren 8 und 9 noch ausführlicher erläutert werden.
  • Gemäss Fig.8 ist die abgeschrägte Führungskante 22 um beispielsweise 30° geneigt und weist gemäss dem Schnitt A-A eine zweite Abschrägung von 10° auf und gemäss der Ansicht B beträgt diese Abschrägung 5°. Wesentlich ist dabei, dass die Flügel 12 nur auf einer Seite abgeschrägt sind und zwar in Drallrichtung des Geschosses gesehen auf der hinteren oder abgewandten Seite. Schlussendlich hat auch die Flügellänge a in Fig.8 eine Bedeutung für die Stabilität des Penetrators 10.
  • Gemäss Fig.9 sind vier Flügel 12 gleichmässig am Umfang verteilt angeordnet und relativ dünn, d.h. beispielsweise 0,5 - 1,0 Millimeter. Gemäss Fig.8, Ansicht B, ist die Kante 22 mehr oder weniger scharf, d.h. der Wert b liegt zwischen 0 - 70% der Dicke des Flügels. Zur Lage des Schwerpunktes 26 und des Luftangriffspunktes 24 können noch folgende Werte genannt werden: Gemäss Fig.2 beträgt der Abstand S1 zwischen der Spitze des Penetrators 10 und dem Schwerpunkt 26 beispielsweise 86 - 93 Millimeter und der Abstand S2 zwischen der Spitze des Penetrators 10 und dem Luftangriffspunkt 24 beträgt beispielsweise 100 - 120 Millimeter. Die Stabilität des Penetrators 10 ergibt sich somit aus der Differenz S2-S1 und dem Durchmesser des Penetrators 10.

Claims (11)

1. Flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss, das aus einem mit Drallnuten versehenen Waffenrohr mit vollem Drall entsprechend der Steigung der Drallnuten und der Mündungsgeschwindigkeit abgeschossen wurde, enthaltend einen Penetrator (10), der aus einem langen Stab besteht und an dessen hinterem Ende ein Satz Stabilisierungsflügel (12) befestigt ist, wobei das Geschoss eine gegebene Nutationsfrequenz aufweist und die Stabilisierungsflügel (12) eine aerodynamische Form aufweisen, welche dem Penetrator (10) ein Minimum an Längsstabilität von 1,2 Unterkaliber-Geschoss-Durchmesser geben, mit einer aerodynamischen Rolldämpfung, die eine Drallhalbwertszeit von nicht mehr als 0,10 Sekunden bewirkt und mit einer konstanten Dralldrehzahl, welche mindestens 50% grösser ist als die Nutationsfrequenz des Geschosses während der ganzen Flugzeit des Geschosses.
2. Flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine aerodynamische Rolldämpfung, die eine Drallhalbwertszeit ergibt, die kleiner ist als die Zeit für Aenderungen in der Geschosspräzession, die sich aus dem Magnuseffekt ergibt, und mit einer konstanten Dralldrehzahl, die grösser ist als die Nutationsfrequenz des Geschosses während der ganzen Flugzeit des Geschosses.
3. Flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Penetrator (10) mit genügend aerodynamischer Dämpfung für seine Nutations- und Präzessionsbewegung versehen wird, aus der sich eine zunehmende dynamische Stabilität ergibt, wenn sich die Rollbewegung des Geschosses vermindert.
4. Flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine konstante Dralldrehzahl, um das Auftreten von Resonanzsprüngen sowie Rollbewegungen oder katastrophale Gierungen des Geschosses während der ganzen Flugzeit des Geschosses zu vermeiden.
5. Abwerfbarer Treibspiegel zum Abschiessen eines flügelstabilisierten Unterkalibergeschosses aus einem mit Drallnuten versehenen Waffenrohr, enthaltend ein segmentiertes, metallisches Heck (28) mit einer Anzahl Zwischenflächen (30), sowie länglichen Hohlräumen zur Aufnahme des Geschosses (10) im Bereich seines Schwerpunktes (26) und entlang der Längsachse (20), einen Kunststoff-Treibspiegel (34), der am Heck (28) befestigt ist und von diesem aus entlang der Geschossachse (20) nach vorne ragt, mit einem am Treibspiegel integrierten Drallband (36), um dem Unterkalibergeschoss (10) einen schlupffreien Drall entsprechend der Drallnutensteigung und der Mündungsgeschwindigkeit zu erteilen, sowie Mittel (44,46) zum Abdichten der Heck-Zwischenflächen (30) und zum Abdichten der Verbindung zwischen Unterkalibergeschoss (10) und Heck (28).
6. Abwerfbarer Treibspiegel für ein flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss gemäss Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen im Spritzgussverfahren hergestellten Treibspiegelkörper (34), enthaltend ein integriertes Drallband (36) und eine integrierte Dichtung (44,46), die sich nach hinten durch die sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitze (30) des metallischen Treibspiegelhecks (28) erstreckt und eine ringförmige Abdichtung (46) bildet, welche das Unterkalibergeschoss (10) an der Rückseite des Treibspiegels (28) umgibt, wobei die Abdichtung (44,46) dazu dient, zu verhindern, dass die Treibgase in den Treibspiegel (28,34) zwischen den sich in Längsrichtung erstreckenden Segmenten (29) des Heckteiles (28) und der Verbindung (32) zwischen Unterkalibergeschoss (10) und Treibspiegel (28,34) eindringen.
7. Abwerfbarer Treibspiegel nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Heck (28), das im Bereich des Schwerpunktes (26) mit dem Unterkalibergeschoss (10) in koaxialer Lage im Eingriff steht, wobei das Heck (28) eine Verbindungsfläche (42) aufweist, die sich nach vorne erstreckt, um in einen im Spritzguss hergestellten Kunststoff-Treibspiegel (34) einzugreifen, der ebenfalls das Unterkalibergeschoss (10) in koaxialer Lage enthält, und der Treibspiegel (34) ein integriertes Drallband (36) aufweist, das in die Drallnuten des Waffenrohres eingreift, um dem Geschoss (10) einen schlupffreien Drall zu erteilen.
8. Abwerfbarer Treibspiegel für ein flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss gemäss Anspruch 6, mit einem Kunststoff-Treibspiegelkörper (34), mit integriertem Drallband (36), mit Kunststoff-Dichtungen (44), die sich durch das segmentierte Treibspiegelheck (28) erstrecken, mit einer Kunststoffabdichtung (46), die sich am hinteren Ende des Heckteiles befindet und die eine Einheit bilden, die im Spritzgussverfahren hergestellt ist und sich über das Unterkalibergeschoss (10) und den metallischen Heckteil (28) erstreckt.
9. Abwerfbarer Treibspiegel für ein flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss gemäss Anspruch 5, der den vollen Drall gemäss der Steigung der Drallnuten und der Mündungsgeschwindigkeit auf das Unterkalibergeschoss überträgt, wobei der Teibspiegel (28,34) so ausgebildet ist, dass er die Vorteile der grossen Zentrifugalkraft ausnützt, die auf den Treibspiegel (28,34) wirkt, sobald das Geschoss (10) aus der Waffenrohrmündung austritt.
10. Flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Penetrator (10) an seinem hinteren Ende Stabilisierungsflügel (12) aufweist, die an ihrer Führungskante (22) nach hinten abgeschrägt sind, und in Drallrichtung gesehen an ihrer hinteren Seite ebenfalls abgeschrägt sind, wobei diese Ausbildung so gewählt ist, dass sich die gewünschte Längenstabilität, Drallhalbwertszeit und konstante Dralldrehzahl ergibt.
11. Flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Penetrator (10) an seinem hinteren Ende Stabilisierungsflügel (12) aufweist, deren Länge in Achsrichtung des Geschosses so gewählt ist, dass sich die gewünschte Längenstabilität, Drallhalbwertszeit und konstante Dralldrehzahl ergibt.
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