【発明の詳細な説明】
水中の目標に対して使用するための全口径弾丸
［発明の技術的背景］
本発明は兵器、特に適度の水中距離範囲に位置する水中目標に対して空中から
発射されることができる弾丸システムに関する。
弾丸は空中のターゲットに対して広く使用されている。最も普通の方法では、
弾丸は発射火薬と共に砲中に配置される。発射火薬は点火され、砲身から弾丸を
ターゲット方向へ駆動する。
弾丸が水中のターゲットに対して空中から発射される能力は主として３つの理
由により極めて限定されている。第１に、弾丸の弾道は空気と水との境界（即ち
水面）に達したとき、本来変更されることができる。水面に対して浅い入射角度
では、弾丸は全く水中に入れず、代りにはねながら移動する。水に対して高い入
射角度では、弾丸は水中に入れるが、その通路が変更される。この問題は常に考
察されているが、特に水面が波の動作により常に変化する状態を有しているとき
の弾丸の正確性が問題である。第２に、水により発生される抵抗力は弾丸の速度
を急激に低下させ、その距離を著しく限定する。水中での一般的な弾丸の距離は
弾丸の重量と速度にしたがって変化するが、典型的に、通常の．５０口径の弾丸
では最適な状況下でもせいぜい約３フィートである。第３に、弾丸の側面の流体
力学的な力は弾丸を回転させ、さらにその距離と効果を限定する。
これらの理由で、弾丸は潜水したターゲットに対して空中からはほとんど発射
されない。通常の弾丸が潜水したターゲット方向へ空中から発射されたならば、
これらは非常に非効率である。代りに機雷等の自己推進装置が使用されるが、こ
の場合でさえも、機雷は推進が開始される前に水中に落下される。
水中のターゲットに対して空中から発射されることができる弾丸が有効な応用
が存在する。例えば、水陸両用の軍事動作に対する標準的な防衛は、海岸近くの
上陸領域に適度の深さに機雷を配置する。このような機雷は相当の危険性はある
が、特別に訓練されたスイマーにより除去されるか、または動作上非常に制限を
もつロボット装置により除去される。代りの方法はヘリコプターのように空中か
ら水中の機雷へ弾丸を発射することである。弾丸はこのような応用の自己推進装
置よりも非常に廉価であり、小口径および大口径の両者の範囲の兵器から発射す
る種々の大きさおよびタイプで製造される。空中から潜水したターゲットに対し
て発射されることのできる弾丸はまた防御地点に侵入しようとするスイマーに対
しても有効である。
従って、水中のターゲットに対して空中から発射されることができる弾丸が必
要とされる。本発明はこの必要性を達成し、さらに関連する利点を与えるもので
ある。
［発明の要約］
本発明は弾丸システムと、その使用方法を提供する。この弾丸システムは潜水
した目標に対して空中に配置された通常旋条を有する砲身を備えた砲から発射さ
れ、ターゲットに達するまでの進路で、空気と水の境界面を通過する。弾丸は、
口径が予め選択された砲身の砲の機構中に直接挿入され、そこから発射される。
説明された弾丸の到達距離は、０．５０口径の大きさで水中約１５フィートであ
る。弾丸はその入射角度にかかわらず、ほとんどまたは全く偏向がなく空気と水
の境界面を通過することができる。弾丸は比較的廉価であり、種々の口径の通常
のおよび特殊の兵器のために製造されている。
本発明によれば、弾丸は弾丸前端部および弾丸後端部を有し、弾丸前端部にお
いてほぼ対称円筒形のスティンガーヘッドを含んでいる。スティンガーヘッドは
、ノーズの最大直径を有するスティンガーノーズと、スティンガーノーズの後端
部に結合されたスティンガー本体前端部を有するスティンガー本体とを含んでい
る。スティンガー本体はノーズ支持直径を有するスティンガーノーズ支持体と、
スティンガーノーズ支持体とスティンガーノーズとの間の水流分離溝とを含む。
水流分離溝は、ノーズの最大直径よりも小さい直径の溝を有する。さらに弾丸は
、スティンガーヘッドに結合しており、予め選択された口径の砲に直接挿入し、
かつそこからの発射できる後部直径の弾丸後部を有しているほぼ対称円筒形の弾
丸本体を含んでいる。弾丸後部の直径はノーズの最大直径より大きい。さらに弾
丸本体は、前端部がスティンガーノーズ支持体に結合し、後端部が弾丸後部に結
合し
た弾丸前部を含み、弾丸前部と弾丸後部との間に安定ショルダを含んでいる。
さらに一般的に説明すると、弾丸は弾丸本体の前端部と弾丸本体の後端部を有
するほぼ対称円筒形の弾丸本体を含んでいる。弾丸本体は、弾丸本体前端部に隣
接した弾丸前部と、弾丸本体後端部に隣接した弾丸後部とを含んでいる。弾丸後
部は、予め選択された口径の砲に直接挿入し、かつそこから発射することのでき
る弾丸後部直径を有する。弾丸は、弾丸本体が水中を通過する時に弾丸本体の周
囲にキャビテーション空間を形成する手段を含み、この形成手段は弾丸本体の前
端部に配置されている。さらに弾丸は、横方向の不安定性に対して弾丸本体を安
定させる安定化手段を含んでいる。この安定化手段は弾丸本体前端部と弾丸本体
後端部の中間の位置で弾丸本体に結合している。
本発明の弾丸は、全口径の弾丸である。すなわち、サボットのような中間構造
を持たない予め選択された孔（口径）の砲の機構中に弾丸が挿入され、そこから
発射される。したがって、砲の孔に接触する弾丸の部分は、砲の孔に対する過度
に大きい摩耗を生じさせてはならず、かつ砲の孔壁に過度に付着してはならない
。
この設計において、弾丸は少なくとも２つの素子部分から形成されることが好
ましく、特に３つの素子部分から形成されることが非常に好ましい。スティンガ
ーは砲の孔壁に接触しない直径を減じられたものであり、したがって高速度鋼、
タングステンカーバイド、またはタングステン合金のような硬い耐久性のある材
料から形成されることができる。砲の孔壁に接触する弾丸本体の部分は弾丸後部
であることが好ましく、孔壁をあまり摩耗させず、また孔壁に付着しない材料か
ら形成されなければならない。このような材料の例には、真鍮、銅または鉛が含
まれる。弾丸前部は砲の孔壁に接触せず、またタングステンのような高密度で硬
い材料から形成されることが好ましい。弾丸前部は第３の素子として形成され、
スティンガーおよび弾丸後部に結合されることが好ましい。
この弾丸に関して、キャビテーション空間とは実質的に、弾丸が水中を移動し
たときに半径方向外側に向かって弾丸の濡れた前部前端部から後方に広がる液体
の存在しない空間である。空気と水蒸気だけで満たされたこの空間は、ほとんど
抵抗力および／または横方向の力を弾丸の本体に与えない。その結果、弾丸は水
中の適度に長い距離を移動することができる。弾丸が水に突入する時、或はそれ
が水中を移動するときに横方向の不安定性が生じた結果、弾丸の円筒軸がその弾
道（進路）と一致しない場合には、弾丸前部と弾丸後部との間の安定ショルダの
形態であることが好ましい安定化手段はキャビテーション空間の表面と相互作用
し、弾丸の円筒軸を弾道に一致させる復元力を与える。このような復元力が存在
しなければ、弾丸は急速に弾道をはずれて回転(tumble)し始める。
ここで使用されている“弾丸(projectile)”とは、外部の力によって推進され
る物体であって、それには自己推進の能力はない。従って、これを使用するとき
、弾丸自体は自己推進能力をもたないので、弾丸の発射後に砲中に残留する発射
火薬のカニスタに取付けられた弾が弾丸である。例えば、組込み式エンジン有し
て、それら自身の燃料を運搬する航空機、ロケットおよび魚雷は弾丸ではない。
本発明は、設計および使用法に関して全く異なる問題を示す自己推進装置ではな
く、弾丸およびこれを使用するシステムに関する。
本発明は弾丸システムの技術において重要な進歩を提供する。本発明の弾丸は
空中から水中のターゲットに対して効果的に発射されることができる。空中では
、弾丸は一直線の弾道に沿ってスピン安定化される。弾丸は広範囲の入射角度に
わたってほとんど進路からはずれずに空気と水の境界を通過する。本発明の他の
特徴および利点は、添付図面とともに本発明の原理を例示した好ましい実施形態
の後述の詳細な説明から明白になるであろう。
［図面の簡単な説明］
図１は潜水したターゲット方向へ空中から発射される一連の弾丸の概略図であ
る。
図２は弾丸の１実施形態の側面図である。
図３は図２の弾丸の前端部の正面図である。
図４はスティンガーヘッドを示している図２の詳細図である。
図５は水中を通って一直線の弾道を移動する弾丸の概略図である。
図６は弾丸が横方向の不安定性を受けていることを除いて図５に類似している
概略図である。
図７は弾丸の第２の実施形態の側面図である。
図８はスティンガーヘッドの別の実施形態を示している図７の詳細図である。
図９は水中ターゲットを損傷を与える方法のブロックフロー図である。
［実施形態］
図１において、空中に位置され、水中に沈んでいる目標24に向けられた砲22か
ら発射される一連の弾丸20が示されている。最初に発射された弾丸26は空気と水
との境界面28を通過し、水によって囲まれる。最初に発射された弾丸26はその最
先端部を除いてキャビテーション空間30内に位置し、そのため実際には周囲の水
に触れない。２番目に発射された弾丸32はまだ空中の弾道に沿って移動している
状態である。
３番目に発射される弾丸34はまだ砲22の砲身38の孔36内にある。砲身38の孔36
は、弾丸が砲身38の全長を移動するときにそれにスピンを与えるように旋条をつ
けられていることが望ましい。スピンは、砲身38が向けられた方向によって最初
に定められた弾道に沿って運動するように弾丸をジャイロ効果によって安定させ
る。
孔36は直径ＤBを有しており、それは弾丸の本体の最大直径Ｄpより少し大きい
。孔の直径ＤBは予め選択された大きさであり、例えば０．５０口径である。孔
の直径は例えば０．５０口径のような予め選択された標準規格の大きさであって
もよいし、あるいは予め選択された規格外の大きさであってもよい。弾丸本体の
直径Ｄpは砲22の孔36中に直接挿入され、かつそこから発射されるように構成さ
れる。“直接挿入”とは、サボットのような中間的な構造が弾丸の周囲に配置さ
れていないことを意味する。弾丸は砲の弾丸受け部または砲尾機構（示されてい
ない）中に挿入される。
典型的に弾丸本体の直径Ｄpは約０．００３インチ以下だけ孔の直径ＤBより小
さく、それはこの直径ＤBの値に依存している。弾丸34の直径が小さ過ぎた場合
、砲が発射されたとき、弾丸は弾丸と孔との間の著しく大きい間隙においてその
効果が部分的に漏れるため、結果的に推進効果を低下させる。さらに砲身38の旋
条が、ジャイロ効果で弾丸を安定させるスピンを弾丸に与えるように適切に機能
しない。弾丸34の直径が大き過ぎた場合、弾丸は物理的に砲身の孔36内に入らず
、或はそれが砲身に挿入された場合には、弾丸が発射されて砲身に沿って移動す
るときに過度の摩耗を発生させる。
図２において、弾丸50の一実施形態の側面図が示されており、図３において、
同じ弾丸の正面図が示されている。弾丸50はほぼ対称円筒形であり、前端部52お
よび後端部54を有している。本明細書において使用されているように、“ほぼ対
称円筒形である”とは、本体の周囲に間隔を置いて装備可能なフィン（以下に説
明する）のような個々の部分的な形状を除いては、円筒軸56に関して対称の円筒
形であることを意味している。
弾丸50の長手方向の大部分は弾丸本体58である。弾丸本体58は、弾丸本体58の
後半部をほぼ占めるほぼ対称円筒形の弾丸の後部60を含んでいる。弾丸本体58は
また、その後端部64が弾丸の後部60と隣接しているほぼ円筒形に対称的な弾丸の
前部62も含んでいる。弾丸本体58において、弾丸の前部62は切頭円錐形である。
弾丸50が水中を迅速に移動するときに弾丸50の周囲にキャビテーション空間30
を発生する構造は、弾丸50の前端部52に位置される。この構造は、弾丸本体58に
沿って水が流れないように水を通過させる。その代りに、水は弾丸本体58の側面
と接触してそれを濡らさないように横方向に追いやられる。キャビテーション発
生構造だけが水と接触して濡らされる。キャビテーション空間30は、幾らかの空
気および水蒸気を含む部分的真空である。
図４は、キャビテーション発生構造であるスティンガーヘッド74の１形態を示
す。スティンガーヘッド74は、円筒軸56に関して対称円筒形であり、弾丸本体の
前端部76に固定されている。スティンガーヘッド74は、最前部のスティンガーノ
ーズ78を含んでいる。この実施形態において、スティンガーノーズ78は、ノーズ
が最大直径ＤNである平坦で鈍い前面80を含んでいる。この前面80は、非常に平
滑で、表面の粗さは約１６マイクロインチ以下であることが好ましい。前面80の
後方で、スティンガーノーズ78は前面80に関して約８０°であることが望ましい
角度Ａで半径方向内側に傾斜している。
スティンガーノーズ78はスティンガーボディ82上で支持されており、そのステ
ィンガーボディ82は弾丸本体の前端部76に固定されている。スティンガーボディ
82は円筒形のスティンガーノーズ支持体84を含み、また、スティンガーノーズ支
持体84とスティンガーノーズ78との間に周囲水流分離溝86を含んでいる。示され
た好ましい実施形態において、水流分離溝86は、スティンガーノーズ支持体84と
スティンガーノーズ78との間の前方向に向いたショルダとして見なすこともでき
る。水流分離溝86の直径ＤGは、スティンガーノーズ78の前部面80の直径ＤNより
小さい大きさである。
スティンガーヘッド74は、水との衝突に耐えるために高速度鋼、タングステン
カーバイド、あるいはタングステン合金等の硬い材料で作られていることが好ま
しい。スティンガーヘッド74は、毎秒３０００乃至４０００フィート程度の速度
で水と衝突し、それによって、約０．１マイクロ秒の期間中にスティンガーヘッ
ド上に約５０キロバールの負荷が生じる。スティンガーヘッド74のスティンガー
ノーズ78部分は、境界層の寸法を薄くするために非常に平滑でなければならない
。弾丸が水中を移動しているときに所望される大きさの境界層を得るためには、
スティンガーノーズ78の表面粗さが約１６マイクロインチ以下であることが望ま
しい。
弾丸50が高速で水中を移動するとき、水流境界層がスティンガーノーズ78にお
いて生成される。水流境界層は、スティンガーノーズ78の表面に付着する。ステ
ィンガーノーズ78の側面に沿って、内側に傾斜した形状のスティンガーノーズ78
は水流分離溝86と協働し、弾丸50が水中を移動するときに弾丸50と水の意図され
た水流分離を行う。図５に示されているように、この水流分離によってキャビテ
ーション空間30が生成される。従って、弾丸50のスティンガーノーズ78の部分の
前方向に向いた表面80だけが水に触れ、弾丸50の残りは濡らされない。それ故に
、弾丸50上の圧力および外殻の抵抗は最小であり、結果的に従来の弾丸との比較
において弾丸の水面下での射程距離は大きく拡大する。潜在的に弾道から外れる
原因となる弾丸への流体力学効果も減少される。スティンガーノーズ78は空中を
通る通路に対して最適に流線形にされていないが、その直径が小さいために、付
加的な空気抵抗はわずかであり、弾丸50は空中で超音速飛行を行うことができる
。
それにもかかわらず、弾丸50が空気と水との境界28において水中に入るとき、
あるいはそれが水中を移動するときに弾丸50に横方向の力が与えられる可能性が
ある。弾丸50の通常の運動において、その円筒軸56はその弾道88を中心として回
転し、砲身38の旋条によってその弾道上の弾丸がジャイロ効果によって安定化さ
れる。次に説明されるような横方向の安定化手段がなく、横方向に不安定である
とき、後端部54は前端部52に関して横方向に移動する。弾丸の側面がキャビテー
ション空間30の壁と接触し、弾丸の側面を濡らす。この場合、弾丸50の首振り運
動が生じ、水の抵抗が増加し、キャビテーション空間30が破壊され、弾丸50が急
激に減速する。
横方向の不安定さを相殺するために、横方向の不安定さに対抗して弾丸を安定
化する手段が弾丸本体58上に設けられる。その安定化手段として、弾丸50は図２
、３、５、６および７において認められるように弾丸後部60と弾丸前部62との間
に位置された前方を向いた安定ショルダ90を含んでいることが好ましい。この安
定ショルダ90は、弾丸の後部60の直径を弾丸前部62の直径よりそれらの結合の位
置で大きくすることによって形成される。ショルダ90は、円筒軸56に対して90°
に位置してもよいし、或は後方に傾斜されてもよい。
安定ショルダ90は、図６に示されたように機能する。横方向の力が与えられた
ために弾丸50がキャビテーション空間30の壁にヨー運動で接触した場合、安定シ
ョルダ90は矢印Ｒで示された位置でこの空間30の包絡線と接触させられる。安定
ショルダ90に対する水の圧力によって、弾丸50の円筒軸56をその弾道88と一致す
るように押し戻す復元力が生成される。
弾丸50は、図２に示された３つの部分、すなわちスティンガーヘッド74、弾丸
前部64および弾丸後部62で構成されることが望ましい。これによってスティンガ
ーヘッド74は、高速度鋼、タングステンカーバイド、またはタングステン合金の
ような堅い耐腐食性および耐衝撃性材料から形成されることができる。スティン
ガーヘッド74は機械加工によって非常に滑らかに仕上げられることができる。弾
丸前部64は、弾丸のできるだけ前方の位置に質量を提供するようにタングステン
のような高密度の材料から形成される。弾丸後部62は、発射中に砲の砲身に損傷
を与えない真鍮、銅または鉛のような軟らかい材料から形成される。
弾丸50は好ましくは４：１より大きい長さ対直径比（Ｌ／Ｄ）を有し、約４：
１乃至約８：１であることが好ましい。もっと小さい値のＬ／Ｄでは、復元力モ
ーメントアームは横方向の不安定性を相殺するのに不十分であり、満足できる貫
通深度のためには弾丸の質量が不十分である。もっと大きい値のＬ／Ｄでは、弾
丸はジャイロ効果によって安定することは困難になり、また通常の砲機構に適用
することができない。比較すると、通常の発射された弾丸は約２乃至３のＬ／Ｄ
比を有する。
図７および８に示されているように、弾丸に対して種々の修正が行われてもよ
い。これらの修正を成された弾丸の特徴は、ほかの点では弾丸50に関して前に説
明されたものと同じであり、これらの説明はここに引用されている。これらの特
徴は適宜、種々に組合せられて使用されてもよい。
図７は、その後端部54に１組のフィン102を有する弾丸100を示す。弾丸100は
、旋条を設けられておらず、したがって弾丸が発射されたときにジャイロスコー
プ効果による安定化スピンを弾丸に与えない砲身を有する砲からの発射用に設計
されている。１組のフィン102は、弾丸100が空中を飛行しているときそれを空気
力学的に安定させる。
フィン102は、発射前に容器（示されていない）に入っている時には弾丸100の
側面に折畳まれている。フィン102は、弾丸100が発射され砲身38の全長を移動し
ているとき弾丸100の側面に折畳まれたままであり、砲身から発射された後に開
く。フィン102の開放動作は、いくつかの方法の任意のもので行うことができる
。１つの方法において、フィン102はばね鋼のような弾性金属から形成され、弾
丸の側面から突出する。フィン102は、カートリッジ内では弾丸100の側面上に折
畳まれている。弾丸100が砲身から発射されて出たとき、フィン102が開く。図７
に示されている別の方法では、フィン102はフィンが平らに畳まれた状態の閉位
置と、フィンが突出した状態の開放位置との間で動作するヒンジ104によって弾
丸100の本体58に取付けられる。
スティンガーヘッド106の別の実施形態は図７にも示されており、図８にはさ
らに詳細に示されている。スティンガーヘッド106は、円錐形前部面108が図４の
平坦な前部面80で置き換えらていることを除き、スティンガーヘッド74と同じで
ある。円錐形ノーズ108の円錐形の先端角度Ｂは約130°の大きさであるが、依然
として弾丸100が水中を移動しているときにキャビテーション空間30を結果的に
形成させる水流分離を誘導するようにスティンガーヘッド106が水流分離溝86と
共同することを可能にする。図４の平坦な前部面80は、水流分離を誘導するため
に好ましいが、円錐形前部面108の使用には、それが空気と水の境界28で水
に入った時の弾丸100上に衝撃荷重を減少させるという利点がある。高質量の弾
丸、および高い砲口速度を生成する弾丸発射火薬を使用する設計に対して、弾丸
が水に入ったときにばらばらにならないように、このような衝撃荷重を減少する
ことが必要される可能性がある。
図７はまた弾丸前部110の別の実施形態を示す。図２の弾丸前部62はほぼ円錐
形である。図７の弾丸前部110は曲面である。楕円の一部分を含むものとして一
般に説明することのできる形状を有する曲面は、円錐形状と比較して外側に凸状
に湾曲されている。曲面は、弾丸100の付加的な質量が所望に応じて弾丸100の後
端部ではなく、その前端部に向かって集められることを可能にする。曲面の形状
は、空力抵抗の減少というもう１つの理由のためにいくつかの通常の弾丸、ミサ
イルおよびロケットのようないくつかの他の装置において使用される。曲面の弾
丸前部110は、円錐形の弾丸前部62と比較して、空力抵抗にほとんど影響を与え
ない。その代わりに、前述のように、その機能は弾丸100の質量を増大させるこ
とであり、その質量は前端部の近くに位置される。弾丸前部の別の形状もまた使
用されることができる。
図９は、水中の目標物体を破壊する本発明にしたがって構成された弾丸および
弾丸システムの任意のものを使用する好ましい方法を示す。符号120で示されて
いるように、弾丸が配備される。弾丸は前に説明されたようなものであるか、或
は前に説明された特徴の組合わせを有する。符号122において、弾丸が図１に示
されているように空中の位置から水中のターゲットに向かって発射される。弾丸
は最初に空中を移動して、空気と水の境界を通過して水中を移動する。
本発明の特定の実施形態が説明のために詳細に記載されているが、本発明の技
術的範囲を逸脱することなく種々の修正および強化を行ってもよい。したがって
、本発明は添付された請求の範囲によってのみ限定されるものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Full-caliber bullets for use against underwater targets Technical background of the invention The present invention fires from the air against weapons, especially underwater targets located within a reasonable underwater range. Bullet system that can be. Bullets are widely used for airborne targets. In the most common way, the bullet is placed in the gun with a propellant charge. The projectile is ignited and drives the bullet from the barrel towards the target. The ability of a bullet to be fired from the air against an underwater target is very limited mainly for three reasons. First, the trajectory of a bullet can be changed inherently when it reaches the air-water boundary (ie, water surface). At shallow angles of incidence with respect to the surface of the water, the bullet does not enter the water at all, but instead moves while bouncing. At high angles of incidence to water, the bullet is submerged, but its path is altered. While this problem has always been considered, the accuracy of the bullet is a problem, especially when the water surface has conditions that are constantly changing due to the action of the waves. Second, the drag created by the water causes the velocity of the bullet to drop sharply, severely limiting its distance. Typical bullet distance in water will vary according to the weight and speed of the bullet, but typically, the normal. A 50 caliber bullet is at most about 3 feet under optimal conditions. Third, the hydrodynamic forces on the sides of the bullet rotate the bullet, further limiting its distance and effectiveness. For these reasons, bullets are rarely fired from the air against submerged targets. These are very inefficient if normal bullets are launched from the air towards the submerged target. Instead, a self-propelled device, such as a mine, is used, but even in this case, the mine falls into the water before propulsion begins. There are applications where bullets that can be fired from the air against underwater targets are useful. For example, standard defense against amphibious military operations places mines at a moderate depth in the landing area near the coast. Such mines, with considerable risk, can be eliminated by specially trained swimmers or by robotic equipment with very limited operation. An alternative is to fire bullets from the air to underwater mines, like a helicopter. Bullets are much less expensive than self-propelled devices for such applications, and are manufactured in a variety of sizes and types that fire from weapons in both small and large caliber ranges. Bullets that can be fired against targets submerged from the air are also effective against swimmers trying to penetrate defenses. Therefore, there is a need for a bullet that can be fired from the air against an underwater target. The present invention fulfills this need, and further provides related advantages. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a bullet system and methods of use. The bullet system is fired from a gun with a barrel with a conventional rifle positioned in the air against a submerged target and passes over an air-water interface on its way to the target. The bullet is inserted directly into the gun mechanism of the barrel with a preselected caliber and fired from there. The range of the described bullet is about 15 feet in water at 0.50 caliber in size. Regardless of its angle of incidence, the bullet can pass through the air-water interface with little or no deflection. Bullets are relatively inexpensive and are manufactured for conventional and special weapons of various calibers. According to the invention, the bullet has a bullet front end and a bullet rear end, and includes a substantially symmetric cylindrical stinger head at the bullet front end. The stinger head includes a stinger nose having a maximum diameter of the nose, and a stinger body having a stinger body front end coupled to a rear end of the stinger nose. The stinger body includes a stinger nose support having a nose support diameter, and a water flow separation groove between the stinger nose support and the stinger nose. The water separation groove has a groove with a diameter smaller than the maximum diameter of the nose. Additionally, the bullet includes a generally symmetric cylindrical bullet body coupled to the stinger head and having a rearward diameter bullet rear portion that can be directly inserted into and fired from a preselected caliber gun. I have. The diameter at the rear of the bullet is greater than the maximum diameter of the nose. Further, the bullet body includes a bullet front coupled at a front end to the stinger nose support and a rear end coupled to the rear of the bullet, and includes a stability shoulder between the bullet front and the rear of the bullet. More generally, the bullet includes a generally symmetric cylindrical bullet body having a front end of the bullet body and a rear end of the bullet body. The bullet body includes a bullet front adjacent the bullet body front end and a bullet rear adjacent the bullet body rear end. The bullet rear has a bullet rear diameter that can be inserted directly into and fired from a preselected caliber gun. The bullet includes means for forming a cavitation space around the bullet body as the bullet body passes through the water, the forming means being located at a forward end of the bullet body. Additionally, the bullet includes stabilizing means for stabilizing the bullet body against lateral instability. The stabilizing means is coupled to the bullet body at a location intermediate the bullet body front end and the bullet body rear end. The bullet of the present invention is a full-caliber bullet. That is, a bullet is inserted into a gun mechanism of a preselected hole (caliber) having no intermediate structure such as a sabot and fired from there. Therefore, the portion of the bullet that contacts the gun hole must not cause excessive wear to the gun hole and must not adhere excessively to the gun hole wall. In this design, the bullet is preferably formed from at least two element parts, very particularly preferably from three element parts. The stinger has a reduced diameter that does not contact the gun bore wall and can therefore be formed from a hard, durable material such as high speed steel, tungsten carbide, or a tungsten alloy. The portion of the bullet body that contacts the borehole wall of the gun is preferably the rear of the bullet, and must be formed from a material that does not significantly wear the borewall and does not adhere to the borewall. Examples of such materials include brass, copper or lead. Preferably, the bullet front does not contact the bore wall of the gun and is formed from a dense, hard material such as tungsten. The bullet front is preferably formed as a third element and is preferably coupled to the stinger and the rear of the bullet. With respect to this bullet, the cavitation space is substantially the space free of liquid that extends rearward from the wet front front end of the bullet radially outward as the bullet moves through the water. This space, filled only with air and water vapor, exerts little drag and / or lateral force on the body of the bullet. As a result, the bullet can travel a moderately long distance in the water. If the bullet's cylindrical axis does not coincide with its trajectory (path) as a result of lateral instability as the bullet enters or moves through the water, the bullet front and the bullet The stabilizing means, preferably in the form of a stabilizing shoulder between the rear, interacts with the surface of the cavitation space and provides a restoring force that matches the cylindrical axis of the bullet to the trajectory. In the absence of such a restoring force, the bullet will rapidly begin to go out of trajectory and tumble. As used herein, a "projectile" is an object that is propelled by an external force and has no self-propelling capability. Thus, when used, the bullet attached to the propellant canister remaining in the gun after firing the bullet is a bullet, since the bullet itself does not have self-propelling capability. For example, aircraft, rockets and torpedoes with built-in engines and carrying their own fuel are not bullets. The present invention relates to a bullet and a system using it, rather than a self-propelled device, which presents quite different problems with respect to design and usage. The present invention provides a significant advance in bullet system technology. The bullet of the present invention can be effectively fired from the air to an underwater target. In the air, bullets are spin stabilized along a straight trajectory. The bullet crosses the air / water boundary with little deviation from its course over a wide range of angles of incidence. Other features and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description of preferred embodiments, which illustrate the principles of the invention in conjunction with the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a series of bullets fired from the air toward a submerged target. FIG. 2 is a side view of one embodiment of a bullet. FIG. 3 is a front view of the front end of the bullet of FIG. FIG. 4 is a detail view of FIG. 2 showing the stinger head. FIG. 5 is a schematic illustration of a bullet traveling in a straight trajectory through the water. FIG. 6 is a schematic diagram similar to FIG. 5 except that the bullet has undergone lateral instability. FIG. 7 is a side view of a second embodiment of a bullet. FIG. 8 is a detail view of FIG. 7 showing another embodiment of the stinger head. FIG. 9 is a block flow diagram of a method for damaging an underwater target. Embodiment FIG. 1 shows a series of bullets 20 fired from a cannon 22 directed at a target 24 that is positioned in the air and submerged in water. The first fired bullet 26 passes through the air-water interface 28 and is surrounded by water. The first fired bullet 26 is located in the cavitation space 30 except for its tip, and thus does not actually touch the surrounding water. The second fired bullet 32 is still moving along the air trajectory. The third fired bullet 34 is still in the hole 36 in the barrel 38 of the gun 22. The bore 36 in the barrel 38 is preferably rifled to give it a spin as the bullet travels the full length of the barrel 38. The spin stabilizes the bullet by a gyroscopic effect so that the barrel 38 moves along a trajectory initially defined by the direction in which it is aimed. Hole 36 has a diameter D B, which is slightly larger than the maximum diameter D p of the bullet body. The diameter D B of the hole is preselected size, such as 0.50 caliber. The diameter of the holes may be of a pre-selected standard size, such as, for example, 0.50 aperture, or may be of a pre-selected non-standard size. Bullet diameter D p of the body is inserted directly into the hole 36 of the gun 22, and is configured to be fired therefrom. "Direct insertion" means that no intermediate structure, such as a sabot, is located around the bullet. The bullet is inserted into the bullet receiver or breech mechanism (not shown) of the gun. Typically the diameter D p of the projectile body is smaller than the diameter D B of the only hole than about 0.003 inch, which is dependent on the value of the diameter D B. If the diameter of the bullet 34 is too small, when the gun is fired, the bullet partially leaks its effect in the significantly larger gap between the bullet and the hole, resulting in a reduced propulsion effect. Furthermore, the rifling of the barrel 38 does not function properly to give the bullet a spin that stabilizes the bullet with a gyro effect. If the diameter of the bullet 34 is too large, the bullet will not physically enter the barrel hole 36, or if it is inserted into the barrel, when the bullet is fired and travels along the barrel. Causes excessive wear. FIG. 2 shows a side view of one embodiment of the bullet 50, and FIG. 3 shows a front view of the same bullet. The bullet 50 is substantially symmetrical cylindrical and has a front end 52 and a rear end 54. As used herein, “substantially symmetric cylindrical” refers to an individual partial shape, such as a fin (discussed below) that can be mounted around a body. Except, it means a cylindrical shape symmetrical with respect to the cylindrical axis 56. A major part of the bullet 50 in the longitudinal direction is a bullet body 58. The bullet body 58 includes a generally symmetric cylindrical bullet rear portion 60 that substantially occupies the rear half of the bullet body 58. The bullet body 58 also includes a generally cylindrically symmetrical bullet front 62 having a trailing end 64 adjacent the rearward end 60 of the bullet. In the bullet body 58, the front portion 62 of the bullet is frusto-conical. The structure that creates the cavitation space 30 around the bullet 50 as the bullet 50 moves quickly through the water is located at the front end 52 of the bullet 50. This structure allows water to pass along the bullet body 58 so that it does not flow. Instead, the water is driven laterally so as not to contact and wet the sides of the bullet body 58. Only the cavitation generating structures are wetted in contact with the water. The cavitation space 30 is a partial vacuum containing some air and water vapor. FIG. 4 shows one embodiment of a stinger head 74 that is a cavitation generating structure. The stinger head 74 is cylindrically symmetric about the cylindrical axis 56 and is fixed to the front end 76 of the bullet body. Stinger head 74 includes a foremost stinger nose 78. In this embodiment, stinger nose 78, the nose contains a flat blunt front 80 is the maximum diameter D N. The front surface 80 is preferably very smooth and has a surface roughness of less than about 16 microinches. Behind the front face 80, the stinger nose 78 slopes radially inward at an angle A, which is preferably about 80 ° with respect to the front face 80. A stinger nose 78 is supported on a stinger body 82, which is secured to the front end 76 of the bullet body. The stinger body 82 includes a cylindrical stinger nose support 84 and an ambient water flow separation groove 86 between the stinger nose support 84 and the stinger nose 78. In the preferred embodiment shown, the water separation groove 86 may also be viewed as a forward facing shoulder between the stinger nose support 84 and the stinger nose 78. The diameter D G of the water flow separation groove 86 has a diameter D N is smaller than the size of the front surface 80 of the stinger nose 78. The stinger head 74 is preferably made of a hard material such as high speed steel, tungsten carbide, or a tungsten alloy to withstand collisions with water. The stinger head 74 collides with water at a rate on the order of 3000 to 4000 feet per second, thereby creating a load of about 50 kbar on the stinger head during a period of about 0.1 microsecond. The stinger nose 78 portion of the stinger head 74 must be very smooth to reduce the size of the boundary layer. To obtain the desired size of the boundary layer as the bullet travels underwater, it is desirable that the surface roughness of the stinger nose 78 be less than about 16 microinches. As the bullet 50 moves through the water at high speed, a water flow boundary layer is created at the stinger nose 78. The water flow boundary layer adheres to the surface of the stinger nose 78. Along the sides of the stinger nose 78, an inwardly sloped stinger nose 78 cooperates with the flow separation groove 86 to provide the intended flow separation of water from the bullet 50 as the bullet 50 travels underwater. As shown in FIG. 5, the cavitation space 30 is generated by the water flow separation. Thus, only the forward facing surface 80 of the portion of the stinger nose 78 of the bullet 50 is exposed to water, and the rest of the bullet 50 is not wetted. Therefore, the pressure on the bullet 50 and the resistance of the shell are minimal, and consequently the bullet's underwater range is greatly increased in comparison to conventional bullets. Hydrodynamic effects on the bullet, which potentially cause it to go out of trajectory, are also reduced. The Stinger Nose 78 is not optimally streamlined for passage through the air, but due to its small diameter, there is little additional drag, and the Bullet 50 can fly supersonic in air. it can. Nevertheless, a lateral force may be applied to the bullet 50 as it enters the water at the air-water interface 28 or as it moves through the water. In the normal movement of the bullet 50, its cylindrical axis 56 rotates about its trajectory 88, and the rifling of the barrel 38 stabilizes the bullet on its trajectory by the gyro effect. The rear end 54 moves laterally with respect to the front end 52 when there is no lateral stabilization means as described next and is laterally unstable. The sides of the bullet contact the walls of the cavitation space 30 and wet the sides of the bullet. In this case, a swing motion of the bullet 50 occurs, the resistance of the water increases, the cavitation space 30 is destroyed, and the bullet 50 rapidly decelerates. To compensate for lateral instability, means are provided on the bullet body 58 for stabilizing the bullet against lateral instability. As its stabilizing means, the bullet 50 includes a forward-facing stabilizing shoulder 90 located between the rearward portion 60 and the frontal portion 62 of the bullet, as seen in FIGS. Is preferred. This stable shoulder 90 is formed by making the diameter of the rear part 60 of the bullet larger than the diameter of the front part 62 at the point of their connection. The shoulder 90 may be located at 90 ° with respect to the cylindrical axis 56, or may be inclined backward. The stability shoulder 90 functions as shown in FIG. If the bullet 50 contacts the walls of the cavitation space 30 in a yaw motion due to the application of a lateral force, the stability shoulder 90 is brought into contact with the envelope of this space 30 at the position indicated by the arrow R. The water pressure on the stable shoulder 90 creates a restoring force that pushes the cylindrical axis 56 of the bullet 50 back to match its trajectory 88. The bullet 50 preferably comprises the three parts shown in FIG. 2, namely a stinger head 74, a bullet front 64 and a bullet rear 62. This allows the stinger head 74 to be formed from a hard corrosion and impact resistant material such as high speed steel, tungsten carbide, or a tungsten alloy. The stinger head 74 can be finished very smoothly by machining. The bullet front 64 is formed from a dense material such as tungsten to provide mass at a location as forward as possible to the bullet. The bullet rear portion 62 is formed from a soft material such as brass, copper or lead that does not damage the barrel of the gun during firing. The bullet 50 preferably has a length to diameter ratio (L / D) of greater than 4: 1 and is preferably between about 4: 1 and about 8: 1. At lower values of L / D, the restoring force arm is insufficient to offset lateral instability and the bullet mass is insufficient for satisfactory penetration depth. At higher values of L / D, the bullet becomes difficult to stabilize due to the gyro effect and cannot be applied to conventional gun mechanisms. By comparison, a normal fired bullet has an L / D ratio of about 2-3. Various modifications may be made to the bullet, as shown in FIGS. The characteristics of these modified bullets are otherwise the same as previously described for bullet 50, and these descriptions are cited herein. These features may be used in various combinations as appropriate. FIG. 7 shows a bullet 100 having a set of fins 102 at its rear end 54. Bullet 100 is not rifled, and is therefore designed for firing from a gun having a barrel that does not impart a stabilized spin due to the gyroscope effect to the bullet when the bullet is fired. The set of fins 102 aerodynamically stabilizes the bullet 100 as it flies through the air. The fins 102 are folded on the side of the bullet 100 when in a container (not shown) prior to firing. The fins 102 remain folded on the sides of the bullet 100 as the bullet 100 is fired and travel the full length of the barrel 38 and open after being fired from the barrel. The opening operation of the fins 102 can be performed in any of several ways. In one method, the fins 102 are formed from an elastic metal, such as spring steel, and project from the side of the bullet. The fins 102 are folded on the side of the bullet 100 in the cartridge. When the bullet 100 is launched from the barrel, the fins 102 open. In the alternative shown in FIG. 7, the fins 102 are hinged 104 which operates between a closed position with the fins folded flat and an open position with the fins extended, the body 58 of the bullet 100. Attached to Another embodiment of the stinger head 106 is also shown in FIG. 7 and is shown in more detail in FIG. The stinger head 106 is the same as the stinger head 74 except that the conical front surface 108 has been replaced by the flat front surface 80 of FIG. The conical tip angle B of the conical nose 108 is of the order of 130 degrees, but still induces a water flow separation that results in the formation of the cavitation space 30 when the bullet 100 is moving through the water. It allows the stinger head 106 to cooperate with the water separation channel 86. Although the flat front face 80 of FIG. 4 is preferred for inducing water flow separation, the use of a conical front face 108 requires the use of a conical front face 108 on the bullet 100 when it enters the water at the air-water boundary 28. Has the advantage of reducing the impact load. For designs using high-mass bullets and projectiles that produce high muzzle velocities, it is necessary to reduce such impact loads so that the bullets do not fall apart when they enter the water. May be FIG. 7 also shows another embodiment of the bullet front 110. The bullet front 62 of FIG. 2 is substantially conical. The bullet front 110 in FIG. 7 is a curved surface. A curved surface having a shape that can be generally described as including a portion of an ellipse is outwardly convexly curved as compared to a conical shape. The curved surface allows the additional mass of the bullet 100 to be collected toward its forward end, if desired, rather than the trailing end. Curved shapes are used in some other devices, such as some conventional bullets, missiles and rockets, for another reason of reduced aerodynamic drag. The curved bullet front 110 has little effect on aerodynamic drag as compared to the conical bullet front 62. Instead, as described above, its function is to increase the mass of the bullet 100, which mass is located near the forward end. Other shapes of the bullet front can also be used. FIG. 9 illustrates a preferred method of using a bullet and any of the bullet systems constructed in accordance with the present invention to destroy a submerged target object. As indicated by reference numeral 120, a bullet is deployed. The bullet is as previously described, or has a combination of the previously described features. At 122, a bullet is fired from an aerial location toward a submerged target as shown in FIG. The bullet first travels in the air and travels underwater past the air-water boundary. Although particular embodiments of the present invention have been described in detail for purposes of illustration, various modifications and enhancements may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the invention is not limited except as by the appended claims.
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フロントページの続き
(72)発明者 コプシー、 リード
アメリカ合衆国、ワシントン州 98362
ポート・エンジェルス、モンロー・リード
1523
(72)発明者 トゥーリン、マーシャル
アメリカ合衆国、 カリフォルニア州
93110 サンタ・バーバラ、ビア・グロリ
エッタ 4356
(72)発明者 クライン、 ロイ
アメリカ合衆国、 ニュージャージー州
07860、 ニュートン、フレッドン・グリ
ーンデル・ロード 27────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(72) Inventor Copsy, Reed
98362 Washington, United States
Port Angeles, Monroe Reed
1523
(72) Inventor Turin, Marshall
United States, California
93110 Santa Barbara, Via Glori
Etta 4356
(72) Inventors Klein, Roy
New Jersey, United States
07860, Newton, Freddon Gris
Ondel Road 27