TW410270B - Range limited projectile - Google Patents

Description

41027C 五、發明說明（1) 美國政府對本發明具有償訖許可執照，並有權於限定情 況下’要求專利擁有人於發放許可執照予他人時，須遵循 陸軍部所頒佈DAAAZI-90-C-0 0 9 6條文中所設定的合理條件 執行。 _ 本發明有關於一種新型進步的訓練子彈，其具有預定射 程限制彈道之特性。更明言之’多數個輻射狀分佈寬平面 促使迴轉不穩定性在一預定射程上起始，從而減縮子彈的 總航行途徑。 美國專利第4, 063, 5 1 1號（Bui lard)發表一自旋滑授搶砲 子彈’帶有使子彈彈體流線型化的溝槽，以降低飛行中的 空氣阻力。 美國專利第4, 520, 972號（Dies in ger等）發表一自旋穩定 的訓練用子彈，它藉操縱一裝設於子彈尾端的穩定器，來 改變子彈軸向的穩定性。 美國專利第4, 708, 0 6 5號（Schi 11 ing等）發表一訓練用子 彈’具有環狀凹溝圍繞其圓周但不使用滾轉阻尼，來截短 子彈正常彈道。· 美國專利第4, 9 0 5, 6 0 2號（Buck lard)發表一減缓自旋的 訓練用子彈，它具有一系列的自旋阻尼鰭片裝設在子彈鼻 部上〇 為了明顯的安全理由，用以測試大口徑彈藥彈道之場' 地，需要有大幅的區域。一 2 5公厘子彈的典型測試場，須 有約14公里的長度，因25公厘子彈的典型行進距離為12公 里。該行進距離隨子彈的大小而改變。愈大的子彈按比例

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需要愈大的區域。許多軍械 就要求子彈須滿足兩個矛盾 彈道至一指定射程及2)藉急 程界限。傳統型自旋穩定性 狀’它們能夠滿足該兩個矛 了限制。 實用中’亦即，擊乾練習彈， 的目標：1)完成一高性能低伸 遽減速以使不超越一指定的射 子彈，由於所具的尖頭圓筒形 盾要求條件的程度’嚴重受到 問題出在 以符合明定 不足。 :高初始速度會導致過長的到達射程；如果換 的射程限制來做，則又會導致初始彈道性能的 本發明藉提供一種具有滾轉阻尼增強段的訓練用子彈， 解決了此一問題◊這種訓練用子彈會引起子彈在行進至— =定距離之後，成迴轉不穩定彈道。該迴轉不穩定彈道會 導致子彈開始高偏航，從而減少該子彈最後要行進的距 離0 本發明有關於一種子彈，其可完硃一低伸彈道至一指明 的預定距離，並於抵達該一距離時，遽而轉換為迴轉不穩 定。因此，一具體實例可引伸至一子彈其有一尖頭拱形鼻 部、一後尾部及一中間部者。 ^ 該中間部包括一順縱軸方向伸展的滾轉阻尼增強段，設 置於一凹陷處内、並向外伸展大約不超出該凹陷處之深 度。該滾轉阻尼增強段具有幾個寬平面或凹槽面所界定-的 構渠’此4溝渠與來fe的空氣互相作周，就使子彈在一預 定射程轉變成迴轉不穩定，且於.之後持續不穩定。 圖1示一根據本發明具有增強滾轉阻尼子彈之射程限制

C:\Prograin Files\Patent\54601. ptd 第 6 頁 410270 五、發明說明（3) 特性曲線。 圖2示射程限制子彈具有一大致呈圓錐形之鼻部及一且 有凹槽面之滾轉阻尼增強段β 八 圖3示射程限制子彈具有一大致呈圓錐形鼻部及一具 界定溝渠的寬平面之滾轉阻尼增強段。 ' 圖4示射程限制子彈具有斜置凹槽面。 圖5示射程限制子彈具有斜置寬平面。 圏6示射程限制子彈具有一斜！滾轉阻尼段之軸向橫 面圖。 ％ 圖7示該子彈於90°之縱向橫截面圖。 圖8Α及8Β分別表示凹槽面或寬平面於數量上之變異。 圖9不具有可調斜置滾轉阻尼凹槽面之射裎限制子彈。 圖10不滾轉阻尼增強凹槽面或寬平面朝向角之橫斷剖面 圖11Α及11Β示雙錐體形凹槽面大小之一例。 圖12A及12B示圓錐圓筒形凹槽面大小之一例。 圖1 3示射程限制子彈具有一實心滾轉阻尼段。 本發明有關於一種具有射程限制機構之訓練彈，其在一 明定的射程之内對彈道大致無影響，但之後即起作用以減 縮射程。 _ ▲就典型來說’ 一旋轉子彈在以下情況下具有穩定飛行权 態：當能使子彈具有氣動力穩定飛行彈道的迴轉穩定因數 疋大於1.0時’而代表子彈能維持穩定彈道的動態穩定因 數是介於0到2 · 0之間時。

C:\Program F i1es\Patent\54601. ptd 第 7 頁 410270 五、發明說明〇〇 一旋轉中子彈具有穩定的飛行彈道是當S，〉；！時，而 s3 lx cod 2 v 2iyCmaKPd3 v係無擾動的來臨空氣流動速度；ix係子彈軸向慣性力 矩；Ρ為空氣密度；d係子彈參考直徑；Iy係子彈侧（或橫） 向慣性力矩；ω為子彈繞縱軸之角速度及cm a為空氣動力 俯仰力矩斜率。 為一致起見，可採用標準國際單位。 一當d，Ix及、均屬固定，而P及以a就低角度高速度彈道 言僅輕微變動時，支配子彈迴轉穩定性之主要因數，為負 逑度與前進速度之比率.（6j/V) β ’ 本發明企圖透過增強滾轉ρ且矣，引起自旋速率較前進速 二更加快速衰減，作成一射程限制子彈。在彈道的正常過 ^中，速度衰減係大於自.旋速率，所以子 果子彈自旋阻尼能约充分提昇，使自旋； =度^咸，\將於飛行中減小，一相始為穩定的子彈咸行 至臨界距離之後就會引發不穩定性。重要’ 阻尼機構不得增加子彈所受的阻力，亦、=a 仰:矩變更’亦不得改變馬格納斯(Magnn:: 有不利的影響。目前此一訓練彈的設計，以：：： :輕子彈關於以含心彈體(sabots)承載 方面的正常操作。 t子彈的使用

41027G 五、發明說明（5) 目前此一發明能使一子彈具有其第一段彈道為迴旋穩定 彈道，因而可與一正規的藥包子'彈相關聯。該子彈第一段 彈道的飛行特性，可予觀察並予記錄。由觀察該第一段彈 道所收集的資料’可用以外推該子彈如果不具滾轉阻尼特 色時的彈道° 該彈道第一段具有一馬赫數的飛行速度，那是由槍炮口 給予的。搶炮的擊發同時也給予一與搶炮管内來福線纏繞 角成正比的角度速。當子彈沿其飛行彈道行進時，該飛行 速度開始以一比角速度更快的速率下降。這一下降就使本 發明的增強滾轉阻尼段成為必需的要件《該阻尼段，如於 圖2及3中所示，包括在子彈彈體内的凹槽面120或寬平面 界定的溝渠220 ’用以增加繞子彈旋轉軸的轉矩力，因而 降低該飛行彈道的穩定性。否則，子彈將會有穩定的飛行 彈道，而此穩定坪道會增加子彈將要行進之距離。 該彈道的第二段是.迴轉不穩定彈道，這是由於旋轉俯仰 力矩增加的緣故；該旋轉俯仰力矩是因為空氣與增強滾轉 阻尼之間的界面所引起者。此迴轉不穩定性導致子彈獲得 高偏航角。該尚偏航角產生高阻力，使子彈將要行進之距 離減小。位於凹陷處的滾轉阻尼段1 〇 〇之一目的，是在讓 此一設計’可使用於由傳統型炮管射出的全口徑子彈上； 或者說’是為了適應現存的次口徑子彈及含心彈體的構-形’不必去修改結構上佔重要地位的次子彈後尾端/推進 器基底的界面、或含心彈體的製造及（或）模製之過程。 當作訓練用的旋轉子彈，具有飛行速度（v)的降低快於

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角速度（ω)。於是’當子彈減慢時，其飛行模式變得更加 穩定。本發明藉在子彈中間部使用一加強滾轉阻尼段’導 致子彈遭遇一繞其旋轉軸的力矩，該力矩導致（ω/ν)2降 低°這降低引起子彈變成迴轉不穩定並開始一高偏航及 (或）翻滾彈道。 如圖2及3中所示’該增強滾轉阻尼段100，或可具有凹 槽面120 ’或可具有寬平面界定的溝渠220，以與包圍子彈 的空氣流發生互動作用。該滾轉阻尼特色的設計，特別是 縮入的凹槽面120或寬平面220的數目，凹槽面120或寬平 面220相對於縱軸的角度’及凹槽面12〇或寬平面220陷入 子彈體内有多少深度，可決定子彈在其彈道途徑上將變為 迴轉不穩定且開始一高偏航飛行彈道的一點。該點以「轉 換點」稱之’因為子彈正於此時點由迴轉穩定彈道轉換為 迴轉不穩定彈道。該轉換點為自旋率與衰減率的函數；前 者是子彈旋轉速度（角速度），後者代表制動力能影響子彈 彈道之程度。+藉調整衰減率增加程度的’快慢，即可能預先 決定轉換點，並可用此一決定法來設計具有預期轉換點的 子彈。 凹槽面120及寬平面220可呈平面或扭曲且（或）彎曲面， 藉以引起空氣對子彈彈道具有或較多或較少的影響力。由 多數縱向伸長的凹槽面120或寬平面220所累積的效應，，使 空氣流線轉向，因而引生轉矩力來抵消子彈在減速時將 為越加迴轉穩定的趨勢。 、' 凹槽面120及寬平面220係陷入於子彈中間部11〇的凹陷

41027C 五、發明說明（7) 處内’以致它們的伸展，大致不會超越子彈的尖頭棋形表 面。凹槽面120及寬平面220的深度，約等於中間部凹陷處 的深度，並應至少兩倍高於邊界層的動量高度，以使它們 不致埋沒於邊界層之中。邊界層是指包圍一行進中子彈並 會對該子彈施加力量的區域。 圖2及3顯示沿飛行中子彈之表面流動的空氣流線。凹槽 面120及寬平面220自縱軸7i〇向外伸展，用以消除邊界層 效應’這樣’凹槽面120及寬平面220將會增加作用於該子 彈1 0上的轉矩力® 圖2顯示子彈10有：一鼻部20，可為空心並可用任何彈 性材料，如鋁或鋼製成；一後尾部3 〇及中間部u 〇 »該中 間部110具有一退隱於凹陷處的滾轉阻尼加強段i〇〇，其包 括寬平面220。圖3顯示子彈10有一圓錐形鼻部2〇、一後尾 部30、及一滚轉阻尼增強部1〇〇包括寬平面22〇。 凹槽面120及寬平面220可界定空氣窩穴180，該窩穴係 灌滿來臨空氣。該空氣窩穴1 8 〇實際可為任何深度，然而 以2. 5%至7. 5%彈體直徑的深度為適宜，而以5.7%彈體直徑 為最佳。 凹槽面1 2 0係一致沿子彈1 〇縱轴7 1 〇方向放置，如於圖7 中所示。該凹槽面120可相對於該軸作不同角度之放置， 並可改變形狀。 - 如於圖10中所示’滾轉阻尼段1〇〇可相對於縱軸71〇偏斜 一角度。最佳方向角r為9〇。，此時滾轉阻尼段1〇〇暴露 於來Ss空氣下之表面面積為最大。當凹槽面或寬平面之方

41027C 五、發明說明（8) 向角從90。垂直角開始增加或減少，滾轉阻尼段1〇〇暴露 於迎來空氣中之表面面積均將減小，因為該滾轉阻尼段 100將會有更多表面面積，較接近於子彈彈體。方向角7 也影響到空氣窩穴1 8 0的形狀。中間部滾轉阻尼段1 〇 〇可增 加自旋衰減率’並特意在一預定射程時驅使子彈丨〇轉變成 迴轉不穩定。 具有凹槽面120或寬平面220的滾轉阻尼增強段1〇〇，係 設置在子彈1 0的中間部11 〇上，後者接近重心，因而可減 低飛行彈道中不必要的擾動。該滾轉阻尼增強段可為該子 彈的全長。較適宜的長度是介於1及1.75倍彈體直徑。最 適宜的長度是1.33倍於彈體直徑。 如圖2及3中所示之子彈1 〇，具有一閉塞帶1 6 〇，使搶炮 口得能於發射子彈時旋轉子彈10。 透過對有滾轉阻尼作用的凹槽面120或寬平面220之大 小、數量及（或）扭轉角的變動，子彈的氣動力滾轉阻尼扭 力可加以調節，以控制高阻力狀況的起始時間，從而在修 裁彈道個別快速及緩慢部份方面，獲得大幅的改進。凹槽 面120或寬平面220的退隱入中間部11〇内越深，子彈1〇變 為迴轉不穩定則會越快。凹槽面120或寬平面220將子彈1〇 表面周圍之空氣流轉向，由於凹槽面120及寬平面220使空 氣動力作用於相反方向產生一對於旋轉轴的力矩，該力 '矩 降低迴轉穩定性’並導致子彈成為一高偏航及（或）翻滾彈 道。如圖8a及8b中所示，該滾轉阻尼段各分部1〇〇可予改 變。任何數目的分部都可以有效運作。然而，以環繞子彈

C:\Program Files\Patent\54601. ptd 第 頁 41027c 五、發明說明（9) 圓周.等間隔佈設4至1 2個的數目為最適宜。 如於圖4及5中所示，該滾轉阻尼增強段1〇〇可尽對空氣 流向偏斜一沒角，以增加滚轉阻尼效應。增加凹槽面12〇 或寬平面2 2.0相對於縱軸710之偏斜角冷，增加了空氣與滾 轉阻尼段100互動時的角度。這樣便利於迴轉不穩定子彈 彈道的轉變’導致子彈具有縮短的彈道。沒可為離縱軸零 至三十度之值。然而’以介於3至5度的角度較為適宜。偏 斜角度超過15度’就會在飛行彈道的早期引起不穩定。 如於圖9中所示，該滾轉阻尼增強凹槽面12〇，亦可由使 用者加以調整，因此該偏斜角可在野外加以改變。該在凹 陷處的凹槽面120即以偏斜角；S角度附接於後尾部3〇。偏 斜角召之角度，可藉在後尾部30設置多數連接槽口 , 加以改變。一旦使用者環定所要偏轉的偏斜角万，每一凹 槽面120即可連接到位在後尾部30上的一對應槽口 14〇上。 圖6顯不中間部1 1 0的麵向橫斷面，此時滚轉阻尼段1 〇 〇 係微作偏斜。該圖表明該滾轉阻尼段1 00的相對深度。該 浪轉阻尼段已充分退隱於凹陷處内’以致弱化了邊界層的 動量能力。 圖7顯示該射程限制子彈於9 0 °時的縱向橫截面圖。 圖8顯示該射程限制子彈可以具有各種不同個數的滾轉 阻尼裝置。 - 圖13顯示該滾轉阻尼段1〇〇可為實心者。該寬平面22〇界 定多數溝槽，供作來臨空氣的界面，藉以提昇子彈1〇上的 滾轉阻尼。此具體實例不含空氣窩穴。

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41027C 五、發明說明（10) 例一 圖1以圖表顯示一傳統自旋穩定性子彈與一含有增強滚 轉阻尼子彈的性能特性比較。參考線丨2表示一不用增強滾 轉阻尼子彈的彈道。參考線14表示本發明帶有增加滾轉阻 尼特色子彈的彈道。不具射程限制特色的子彈（參考線12) 行進終至1 2公里；然而，具射程限制特色的子彈（參考線 14)行進則少於8公里，射程縮減33%。當顧慮現有訓練及 測試場地貫際上的限制時，此項最大行進距離的差異，就 可能非常重要了。 一子彈行進距離為該子彈質量之函 數°質量愈大’其彈道的距離愈大。然而，本發明的滚轉 阻尼增強措施，可按比例縮減任何子彈行進的距離。因 此’刻下滾轉阻尼特色可引用至任何尺寸的子彈。 例二 圖11A，11B，12A及12B顯示凹槽面12〇尺寸安排的實 例。各大小尺寸係以子彈彈體直徑的百分率表示，因而可 適用於任何子彈。圖11AAUB表示一具有凹槽面12〇的雙 圓錐形子彈，其所具凹槽面有一自子彈表面向縱軸陷入 3·5%體徑的深度β圖12A及12B表示一圓錐圓柱形子彈，其 凹槽面的深度為5. 7%圓錐圓柱形彈徑。於該雙圓錐及圓^ 圓柱該兩構形中，其滾轉阻尼段的長度均為彈體直徑之 13 3%。 園錐圓柱溝槽5.7%彈體直徑之高度，提供滾轉阻尼四倍 於一雙圓錐溝槽，其高度為3. 5%彈體直徑者。 本發明一較佳的具體實例，採用退隱於凹陷處的凹槽面

C：VProgram F iIes\Patent\546〇1. ptd 第 14 頁 410270 五、發明說明（11) ' 120’具有一自縱軸向外伸展之平直垂直表面者。此一構 形增加^凹槽面120的有效表面面積。該凹槽面120具有15 : 1之長兩比。鶴製圓桎作為中間部11〇，可允許修裁迴轉穩 定性至確保轉換和射程截短無關於周圍空氣的溫度。當使 用鎢製圓柱時，轉換率不受搶炮口溫度影響的範圍為從 + 150°C到-60°C。凹槽面120或寬平面220，可用模型作成 於鶴製圓柱上；或者直接雕刻在鶴製圓柱上。 雖然’本發明之較佳實例已加詳細說明，但技藝高超者 可能會對該等具體實例加以修改及調適而未離本發明範疇 之情事’務請明察。本發明之範疇明定於后列申請專利範 圍中。

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Claims (1)

1. 41027c 六、申請專利範圍 1. 一種子彈（10)其特徵為具有： 一尖頭拱形鼻部（20); 一後尾部（30);及 一中間部（11 0 )，配置於該鼻部與該後尾部之間，該 子彈界疋一修長並具氣動力外形、且有一旋轉轴（71Q)之 軀體； 該中間部一表面凹陷處，該滾轉阻尼增強段向外伸展 之程度約不多於凹陷處之深度t俾以引起該子彈於一預定 射程變成迴轉不穩定並於之後持續迴轉不穩定。 2. 如申請專利範圍苐1項之子彈（1〇)，其特徵為該鼻部 (20)於其全部轴向量度上大致呈圓錐形。 3. 如申請專利範圍第1項之子彈（1〇)，其特徵為於該彈 體中該滾轉阻尼增強段包括多數個並排列置的長形的凹槽 面（120)，於該鼻部（2〇)與後尾部（3〇)之間順縱軸方向伸 展，其中凹槽面向外伸展之程度約不超過該中間部（11〇) 凹陷處之深度。 4·如申請專利範圍第3項之子彈〇〇)，其特徵為凹槽面 (120)之數目介於4至12之間。 徵為該子彈 相關凹槽面 5.如申請專利範圍第3項之子彈（1〇)，其特 具有一系列槽口（ 1 4 0 )’有充足大小以容納一 (1 2 0 )之終端部份。 6. 如申請專利範圍第3項之子彈（1.〇)，其特徵為該凹槽 面（120)沿輻向朝外且垂直於旋轉軸（17〇)伸展。 7. 如申請專利範園第1項之子彈（丨〇)，其特徵為滾轉阻

   ^l〇27Q 六、申請專利範圍 尼段（100)係相對於縱軸（710)而偏向來臨空氣方向上斜 置β 8. 如申請專利範圍第7項之子彈（丨〇 )，其特徵為滾轉阻 尼段（100)係相對於縱軸（71〇)偏向來臨空氣方向上斜置約 3°至5°之角度。 9. 如申請專利範圍第1項之子彈（丨〇)，其特徵為該滚轉 阻尼加強段（100)包括一多數個单排列置之寬平面（22〇)界 定溝渠（180)作成於彈體，於該鼻部（20)與後尾部（30)之 間順縱軸方向伸展’該寬平面向外伸展之程度約不超過該 中間部（11 0 )凹陷處之深度。 1 0.如申請專利範圍第9項之子彈（1 〇 )，其特徵為寬平面 (220)之數目介於4至12之間。 11. 如申請專利範圍第10項之子彈（10)，其特徵為該等 寬平面（22 0 )係環繞子彈圓周等距間隔佈設。 12. 如申請專利範圍第1項之子彈（10)，其特徵為該滚轉 阻尼加強段（1 G0)之長度可達2. 0倍於子彈彈體直徑，並界 定多數個空氣窩穴（180)，各具有一介於3%至7%子彈彈體 直徑之深度。 13. 如申請專利範圍第1項之子彈（1〇)，其特徵為該滾轉 阻尼加強段（1 00)包括該子彈之重心。 14. 如申請專利範圍第1項之子彈（10)，其特徵為於該-滾 轉阻尼加強段（1 0 0 )與該後尾部之間配置一閉塞帶（1 6 0 )。 15. —種子彈（10)其特徵為具有： 一彈體，具有一旋轉軸（710)並包括：

   C:\ProgramFiles\Patent\54601.ptd 第 17 頁 410270 六、申請專利範圍 —尖頭拱形鼻部（20); —後尾部（3 0 )，·及 一滾轉阻尼段（1 0 〇)’配置於上述兩者之間； 該彈體具有氣動力形狀之外表面，並在該彈體的彈道 初始迴轉穩定部份時’繞著旋轉軸旋轉； 該滾轉阻尼段包括： 多數個圍繞圓周配置之氣動力表面（12〇，220)，各配 置成緊接該彈道初始部份之後會在彈體上產生充分氣動力 ，擾動，從而在該彈道後續部份，降低該子彈之迴轉穩定 該等表面（120，220)界定多數個空氣窩穴（18〇); 該等表面（120，220)具有一長度達二倍於子彈彈體直 徑及一自表面起始之深度，約為彈體直徑之百分之3. 5至

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