WO2015022377A1 - Verfahren zur verringerung des wellenwiderstandes eines aus rohrwaffen verschossenen überschallschnellen projektils und ebensolches projektil - Google Patents

Verfahren zur verringerung des wellenwiderstandes eines aus rohrwaffen verschossenen überschallschnellen projektils und ebensolches projektil Download PDF

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WO2015022377A1
WO2015022377A1 PCT/EP2014/067362 EP2014067362W WO2015022377A1 WO 2015022377 A1 WO2015022377 A1 WO 2015022377A1 EP 2014067362 W EP2014067362 W EP 2014067362W WO 2015022377 A1 WO2015022377 A1 WO 2015022377A1
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projectile
needle
piston
bore
tail
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/067362
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Ziegler
Original Assignee
Alpha Velorum Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • 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
    • F42B10/32—Range-reducing or range-increasing arrangements; Fall-retarding means
    • F42B10/38—Range-increasing arrangements
    • F42B10/42—Streamlined projectiles
    • F42B10/46—Streamlined nose cones; Windshields; Radomes

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the wave resistance of projectiles fired from tube weapons supersonic projectiles as well as a proj ectile.
  • the projectile is braked by resistance forces that depend on the shape of the projectile and its cross-sectional loading as well as its speed.
  • the cross-sectional load or the weight-dependent influences and the drag coefficient or the shape-dependent influences are usually summarized in the form of the ballistic coefficient.
  • An improvement in range and energy of the projectile can be achieved by increasing the cross-sectional loading or by improving the projectile shape.
  • the increase in the cross-sectional load due to the lengthening of the projectile is limited, which is usually in the range of approximately five to seven caliber lengths in spin-stabilized projectiles.
  • An improvement can therefore be achieved mainly by optimizing the Drag coefficient, ie the fluidic or aerodynamic properties can be achieved.
  • aerodynamically effective influences can be divided as follows:
  • the bullet or projectile must have a high initial velocity, preferably supersonic velocity, and the
  • the nose of the projectile is formed with optimized resistance, preferably as an ogive, and the tail is retracted somewhat as a so-called “boat tail", which reduces the cross section of the pressure drop at the base of the projectile what the reach and target effect of Projectile reduced.
  • boat tail the resistance from the detached capstan dominates.
  • Such projectiles are specially designed for a supersonic range of airspeed, which is achieved by pipe weapons either by firing with a muzzle velocity in the supersonic range or in the subsonic range with post-acceleration, for example by additional rocket propulsion.
  • the concept of the projectile or supersonic projectile thus comprises missiles fired from tubular weapons or similar launcher, which cover at least part of their trajectory as intended in the supersonic range.
  • the projectiles may be formed underkalibrig, kalibergross or überkalibrig.
  • the object of the invention is to provide a method or a projectile which has a reduced flow resistance during flight in the supersonic range.
  • the inventive solution is to use a trained in the form of a needle tip preform to achieve an aerodynamically favorable flow of the flow. Under a needle this is a thinner compared to the projectile diameter, understood essentially rod-shaped structure which tapers in diameter up to the top. Due to the susceptibility of such a needle to mechanical influences in the handling of the projectile, it is necessary to protect it in a suitable manner.
  • the projectile is designed so that a loading and a Verschussschreib be provided with different outer contours of the projectile, the charging contour of the tip of the The needle hides and thus protects against damaging influences.
  • the needle can, for example, be converted from the retracted state from a retracted state into an extended state by the gas pressure arising during launching from pipe weapons.
  • the needle provides a defined sequence of contact points of the projectile with the surrounding medium in which one or more aerodynamically skewed bumps with the medium are realized under a reduced angle or wedge angle compared to prior art solutions, this being the angle of the contour can be defined as the angle of the tangent to the needle tip or curved top gradients as an angle of the needle tip.
  • the characteristic impedance is thus reduced by the flow body of the projectile being changed by the weft of its outer contour and having a pointed preform Formed reduced wedge angle, where a weaker slate shock with reduced wave resistance arises.
  • Fig.la-d the representation of a first embodiment of a projectile according to the invention before and after the firing process
  • Fig. 3a-g the representation of the first embodiment the supersonic projectile according to the invention with shortened needle and extended piston, in particular for use in smaller calibers and
  • the figures la-d show the representation of a first embodiment of a projectile according to the invention as supersonic projectile, wherein the figures la and lb the projectile 1 before and the figures lc and ld show the same projectile 1 after the weft operation, i. each in the retracted and extended state of the needle 2.
  • the figures lb and ld show here a section through the projectile 1 along the lines 1A and IB.
  • the examples shown below always relate to projectors 1 of a large diameter. According to the invention, however, subcaliber projectiles, e.g. Sabot projectiles, or over-caliber projectiles, e.g. Stem grenades, to be realized.
  • FIG. 1a shows, as a first embodiment, a projectile 1, as can be realized, for example, for .50 BMG or .338 Lapua Magnum.
  • the projectile 1 has a projectile bend 1a, a projectile tail 1b and a bore 1c shown in FIG. 1b, the bore 1c in this example being designed as a stepped bore, ie as a cylindrical opening with regions of different diameter.
  • other gradients may be used, such as, for example, a conical bore with a continuously tapering course or a bore with a section-wise friction-increasing interior design, such as, for example, a plurality of grooves, which develop clamping action after a successful deformation.
  • conical profiles make higher demands on the production, but have a self-centering effect, which offers advantages especially in spin-stabilized projectiles, as in motion axial alignment of the parts is promoted.
  • a needle 2 and a piston 3 are arranged to be longitudinally movable, wherein the needle 2 and piston 3 are firmly connected.
  • the piston 3 is here in the retracted state in the bore lc fixed so that it can be moved after overcoming a breakaway force and thus moved by an axial force.
  • the needle 2 is retracted before the shot and thus completely hidden in the projectile 1.
  • the needle 2 is extended out of the projectile bend 1a of the projectile 1, so that the needle 2 acts as an aerodynamic precursor and as a result the flow contour is changed.
  • This effect is achieved by burning the propulsion landing, which accelerates the projectile 1 in the gun barrel by pressure build-up and at the same time drives the piston 3 in the projectile 1 and its bore lc forward.
  • the needle 2 is moved forward and extended out of the Giilbug la, the piston 3 is fixed in its end position in the bore lc.
  • the dimensioning of the needle 2 can be selected so that it has in the extended state along its course outside of the projectile 1 and at the transition to Cheilbug la a diameter of at most one-fifth, but in particular less than one-tenth of the projectile diameter.
  • projectile 1, 2 needle and piston 3 can be made of different, even different materials whose specific choice depends on the particular requirements and the effects to be realized.
  • a heavy material for the piston and a hard material for the needle are advantageous.
  • the needle can also be made of steel, tungsten or tungsten carbide, and the piston made of plastic.
  • FIGS. 2a and 2 b show the projectile 1 'and FIGS. 2 c and 2 d the same projectile 1' after the weft operation, ie in each case in the retracted and extended state of the needle 2.
  • FIGS. 2 b and 2 d show a section through the projectile 1 'along the lines 2A and 2B.
  • the approach disclosed in the Swiss patent application CH 01342/13 and the international PCT patent application with the application number PCT / EP2014 / 066341 can additionally be used.
  • the energy loss of the projectile 1 'along its path can additionally be reduced by filling the velocity profile of the boundary layer surrounding the projectile 1' by feeding medium already moving at projectile velocity, which reduces the wall friction forces.
  • the rotation of the projectile 1 'and the radial or centrifugal acceleration generated thereby is utilized in order to convey fluid particles or particles of the medium from the dead water at the projectile tail 1b' into the boundary layer.
  • portions of the medium accumulated in the dead water region of the projectile 1 'and moving at projectile velocity are conveyed below the inflowing boundary layer on the outer surface or outer contour of the projectile 1' by means of a part of the rotational energy of the projectile 1 ', and so the velocity gradient of Lowered boundary layer near the wall.
  • the surrounding medium is therefore initially axially in the direction of movement of the projectile 1 'and then centrifugally accelerated radially to the outer surface promoted.
  • the outer surface of the projectile 1 ' at least one circumferential groove ld' on which is connected via radial transverse channels 4 with the bore lc ', which in turn is connected to an opening in the projectile tail lb'.
  • the transverse channels 4 in the retracted state shown in FIG. 2b can be blocked by the piston 3 ', the transverse channels 4 being released by the movement of the piston 3' during the firing process, so that the spin-related delivery process is made possible from the dead water.
  • the extended state with the exposed transverse channels 4 is illustrated in FIG.
  • the piston 3 In order for the piston 3 'additionally fulfills a valve function, since the piston is positioned in the bore lc' of the projectile 1 'before the shot so that it closes the transverse holes 4 and releases only during the shoot development, which can reduce internal ballistic disadvantages.
  • the extraction process can be influenced by, for example. Avoiding the pressure build-up and starting extraction of the projectile 1' from a cartridge case, a portion of the gases through the projectile interior and the transverse channels 4 flows before the projectile 1 'has entered the barrel.
  • FIGS. 3a-g Two modifications of the first projectile 1 according to the invention with shortened needle and extended piston are shown in FIGS. 3a-g, which are particularly suitable for use in smaller calibers, eg below 12.7 mm.
  • Figures 3a to 3c show a first variant of the needle-piston modification after the weft operation with section through the projectile 1 along the line 3A, ie the extended state of the needle 2 ''.
  • FIGS. 3d to 3g show a second variant of the needle-piston combination, wherein FIGS. 3d and 3f illustrate the on and FIGS. 3f and 3g illustrate the extended state with a section through the projectile 1 in each case along the lines 3B and 3C.
  • the needle 2 '' can be configured according to the invention in various ways and adapted to the respective projectile 1.
  • the needle with its outside of the projectile 1 part cylindrical but also as a pointed cone or rounded truncated cone and the contour of the tip straight, i. conical, but also curved, i. concave or convex.
  • Special designs of the needle 2 '' can be adapted to small or large caliber.
  • Figure 3a-c shows a corresponding projectile 1 with shortened needle 2 ''.
  • the tip 2a '' is rounded here, the cone contour 2b '' is concave, which reduces the wedge angle of the needle 2 ''. Due to the shortened needle, the unfilled cavity of the bore lc in the floor of the floor is shortened and the mass loss is reduced.
  • FIGS. 4a and 4b show two-part designs, Figures 4c to 4e one-piece or one-piece designs, however, are supplemented by clamping body 10 and 11 for axial securing.
  • the piston 3 ', 3' ' fixed by a correspondingly accurate fit between the piston 3', 3 '' and bore, whereas the one-piece designs on a recessed elastically deformable clamping body 10, in particular an O-ring, or a plastically deformable clamping body 11, in particular a deferred ring or a deferred sleeve, is effected.
  • FIG. 4a shows the long-needle embodiment 2 'of FIGS. 2a-d and a section along the line 4A. This has a convex tip and is connected to a short piston 3 ', this combination is particularly suitable for medium and large caliber.
  • FIG. 4b shows the shortened needle embodiment 2 "of FIGS. 3a-c and a section along the line 4B.
  • the shortened needle 2 '' has a rounded truncated cone as a tip and is connected to a comparatively long piston 3 '', this combination is particularly suitable for small and medium caliber.
  • the needle 2 ', 2' 'and the piston 3', 3 '' can be made of both identical, as well as of different materials.
  • a tracer or a fire ground effect can be generated and reduced by gas ejection of the base resistance at the tail projectile.
  • the needle can be 2 ', 2' 'made of a material that ensures particular dimensional accuracy and / or improves the breakdown power of the projectile.
  • connection process of needle 2 ', 2' 'and piston 3', 3 '' plays a decisive role, since both components are aligned in the axial direction, i. must be aligned exactly in one axis. It can therefore bring manufacturing advantages if both components are made of the same material and formed as a one-piece component.
  • FIG. 4 c shows a first example of a one-piece needle-piston combination as a common needle-carrying component 9 and a section along the line 4C, wherein the needle-bearing component 9 is secured in the axial direction by a recessed O-ring as a clamping element 10.
  • the needle area is very pointed and executed with concave cone contour.
  • 4 d shows a second example of a one-piece needle-carrying component 9 'and a section along the line 4D, wherein the needle-carrying component 9' is also secured in the axial direction by an identical recessed 0-ring as a clamping element 10.
  • the needle area is blunt and designed with a straight conical contour.
  • 4e shows a third example of a one-piece needle-bearing component 9 '' and a section along the line 4E, wherein the needle-carrying component 9 '' is secured in the axial direction by a clamping body 11 in the form of a pushed sleeve or sleeve.
  • the needle area is again dull and executed with a straight conical contour.
  • the clamping body 11 can be plastically deformed by the shot and ensure a frictional or positive connection between the needle-bearing member 9 '' and the projectile.

Abstract

Zur Verringerung des Wellenwiderstandes bei einem Projektil mit einem Projektilbug (1a) und einem Projektilheck (1b) wird beim Schussvorgang eine Nadel (2) aus dem Projektilbug (1a) des Projektils ausgefahren, so dass die Nadel (2) als aerodynamischer Vorkörper wirkt und hierdurch die Strömungskontur verändert wird. Das Ausfahren kann hierbei vermittels eines in einer axialen Bohrung (1c) beweglichen Kolbens (3) erfolgen, welcher durch die Druckentwicklung beim Schußvorgang bewegt wird.

Description

Verfahren zur Verringerung des Wellenwiderstandes eines aus Rohrwaffen verschossenen überschallschnellen Projektils und ebensolches
Projektil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung des Wellenwiderstandes von aus Rohrwaffen verschossenen überschallschnellen Projektilen sowie ein ebensolches Proj ektil .
Im allgemeinen werden Projektile bzw. Geschosse aus glatten oder gezogenen Waffenläufen verschossen. Je nach gewähltem Prinzip erfolgt eine Stabilisierung dann über aerodynamisch wirksame Flächen oder über einen Drall, wobei auch Kombinationen beider Prinzipien möglich und im Stand der Technik bekannt sind.
Entlang der Flugbahn wird das Geschoss durch Widerstandskräfte gebremst, die von der Form des Projektils und seiner Querschnittsbelastung sowie von seiner Geschwindigkeit abhängen. Die Querschnittsbelastung bzw. die gewichtsabhängigen Einflüsse und der Luftwiderstandsbeiwert bzw. die formabhängigen Einflüsse werden dabei üblicherweise in Form des ballistischen Koeffizienten zusammengefasst . Eine Verbesserung von Reichweite bzw. Energie des Projektils kann durch Erhöhung der Querschnittsbelastung oder durch Verbesserung der Projektilform erreicht werden. Der Erhöhung der Querschnittsbelastung durch Verlängerung des Projektils sind jedoch aus Stabilitätsgründen Grenzen gesetzt, die bei drallstabilisierten Projektilen üblicherweise im Bereich von ca. fünf bis sieben Kaliberlängen liegen. Eine Verbesserung kann daher vorwiegend durch Optimierung des Luftwiderstandsbeiwertes, d.h. der strömungstechnischen bzw. aerodynamischen Eigenschaften erreicht werden.
In diesem Zusammenhang können die aerodynamisch wirksamen Einflüsse wie folgt aufgeteilt werden:
• Im vorderen Bugbereich des Projektils wirken hauptsächlich Formwiderstandskräfte aus Staudruck und Wellenwiderstand .
• Im mittleren zylindrisch geformten Bereich des Projektils wirken hauptsächlich Reibungskräfte aus der turbulenten Grenzschicht. · Im hinteren Heckbereich wirken hauptsächlich Kräfte aus der Drucksenkung im Totwasser der stumpfen Basis des Proj ektils .
Um eine grosse Reichweite zu erzielen, muss das Geschoss bzw. Projektil eine hohe Anfangsgeschwindigkeit besitzen, vorzugsweise Überschallgeschwindigkeit, und die
Widerstandskräfte müssen möglichst gering gehalten werden, um den Energieverlust des Projektils entlang seiner Flugbahn zu minimieren. Hierzu wird der Bug des Projektils widerstandsoptimiert geformt, vorzugsweise als Ogive, und das Heck als sog. „Bootsheck" etwas eingezogen, was den Wirkungsquerschnitt der Drucksenkung an der Basis des Projektils reduziert. Bei Projektilen aller Geschwindigkeitsbereiche ist der Verlust an kinetischer Energie durch Widerstandskräfte nachteilig, was die Reichweite und Zielwirkung des Geschosses reduziert. Bei Überschallgeschossen dominiert hierbei der Widerstand aus der abgelösten Kopfwelle. Solche Projektile sind speziell für eine Fluggeschwindigkeit im Überschallbereich ausgelegt, die aus Rohrwaffen entweder durch einen Verschuss mit einer Mündungsgeschwindigkeit im Überschallbereich oder im Unterschallbereich mit Nachbeschleunigung erreicht wird, bspw. durch zusätzlichen Raketenantrieb. Der Begriff des Projektils oder Überschallproj ektils umfasst somit aus Rohrwaffen oder ähnlichen Abschussvorrichtungen verschossene Geschosse, die zumindest einen Teil ihrer Flugbahn bestimmungsgemäss im Überschallbereich zurücklegen. Dabei können die Geschosse unterkalibrig, kalibergross oder auch überkalibrig ausgebildet sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. ein Projektil bereitzustellen, welches einen verringerten Strömungswiderstand beim Flug im Überschallbereich aufweist. Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, einen in Form einer Nadel ausgebildeten spitzen Vorkörper zu nutzen, um einen aerodynamisch günstigeren Verlauf der Strömung zu erreichen. Unter einer Nadel wird hierbei eine im Vergleich zum Projektildurchmesser dünnere, im wesentlichen stabförmige Struktur verstanden, die sich in ihrem Durchmesser bis hin zur Spitze verjüngt. Aufgrund der Anfälligkeit einer solchen Nadel gegenüber mechanischen Einflüssen bei der Handhabung des Projektils, ist es erforderlich, diese in geeigneter Weise zu schützen. Dies wird erfindungsgemäss erreicht, indem das Projektil so ausgestaltet wird, dass ein Lade- und ein Verschusszustand mit unterschiedlichen Aussenkonturen des Projektils bereitgestellt werden, wobei die Ladekontur die Spitze der Nadel verbirgt und damit vor schädigenden Einflüssen schützt. Durch den Schussvorgang wird erfindungsgemäss eine Veränderung der Ladeaussenkontur hin zur
Überschallaussenkontur bewirkt. Hierzu kann die Nadel bspw. durch den beim Abschuss aus Rohrwaffen entstehenden Gasdruck aus einem eingefahrenen Zustand in einen ausgefahrenen Zustand überführt werden.
Aus der Gasdynamik ist es bekannt, dass der Drucksprung in einem schiefen Verdichtungsstoss geringer ausfällt als in einem geraden Stoss, und dass der Wellenwiderstand eines keilförmigen Strömungskörpers mit steigendem Keilwinkel zunimmt und bei abgelöster Kopfwelle ein Maximum erreicht. Abgelöste Kopfwellen treten bei Projektilen auf, wenn deren Nase wie nach dem Stand der Technik flach oder abgerundet ausgeführt ist. Bei spitzen Strömungskörpern bildet sich hingegen ein schiefer Stoss aus, bei dem die Druckerhöhung geringer ausfällt (siehe auch Sigloch, Technische Fluidmechanik, 4. Auflage, Springer Verlag 2003, Seite 371).
Durch die Nadel wird eine definierte Folge von Kontaktpunkten des Projektils mit dem Umgebungsmedium bereitgestellt, bei denen ein oder mehrere aerodynamisch schiefe Stösse mit dem Medium unter einem gegenüber Lösungen des Stands der Technik verringertem Winkel bzw. Keilwinkel realisiert werden, wobei dieser als Winkel der Kontur an der Nadelspitze bzw. bei gekrümmten Spitzenverläufen als Winkel der Tangenten an der Nadelspitze definiert werden kann. Bei erfindungsgemässen überschallschnellen Projektilen wird somit der Wellenwiderstand vermindert, indem der Strömungskörper des Projektils durch den Schuss seine Aussenkontur verändert und einen spitzen Vorkörper mit verringertem Keilwinkel ausbildet, an dem ein schwächerer schiefer Stoss mit verringertem Wellenwiderstand entsteht.
Wie in der schweizerischen Patentanmeldung CH 01342/13 und der internationalen PCT-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer PCT/EP2014/066341 beschrieben wird, kann bei drallstabilisierten Projektilen die Wandreibung gemindert werden, indem Luft aus dem Totwasser mittels Zentrifugalwirkung aus der Eigenrotation des Projektils in die wandnahe Grenzschicht gefördert wird. Der Inhalt beider Dokumente wird durch Referenzierung in diese Anmeldung einbezogen. Die erfindungsgemässe Lösung kann insbesondere mit diesem Ansatz kombiniert und ein erfindungsgemässes Projektil entsprechend weitergebildet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. das erfindungsgemässe Projektil werden nachfolgend anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher beschrieben oder erläutert. Im einzelnen zeigen
Fig.la-d die Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Projektils vor und nach dem Schussvorgang;
Fig.2a-d die Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Projektils vor und nach dem Schußvorgang, welches über eine
Grenzschichtbeeinflussung durch Eigenrotation verfügt und aus gezogenen Waffenläufen verschossen werden kann;
Fig .3a-g die Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Überschallproj ektils mit verkürzter Nadel und verlängertem Kolben, insbesondere zur Verwendung in kleineren Kalibern und
Fig.4a-e die Darstellung erfindungsgemäßer Ausgestaltungen von Nadel und Kolben für erfindungsgemäße Proj ektile . Die Figuren la-d zeigen die Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Geschosses als Überschallproj ektil , wobei die Figuren la und lb das Projektil 1 vor und die Figuren lc und ld dasselbe Projektil 1 nach dem Schußvorgang zeigen, d.h. jeweils im ein- und ausgefahrenen Zustand der Nadel 2. Die Figuren lb und ld zeigen hierbei einen Schnitt durch das Projektil 1 entlang der Linien 1A und IB. Die im folgenden gezeigten Beispiele betreffen stets kalibergrosse Projektile 1. Erfindungsgemäss können aber auch unterkalibrige Geschosse, z.B. Treibspiegelgeschosse, oder überkalibrige Geschosse, z.B. Stielgranaten, realisiert werden.
Figur la zeigt als erstens Ausführungsbeispiel ein Projektil 1, wie es bspw. für Rohrwaffen im Kaliber .50 BMG oder .338 Lapua Magnum realisiert werden kann. Das Projektil 1 weist einen Projektilbug la, ein Projektilheck lb und eine in Fig.lb gezeigte Bohrung lc auf, wobei die Bohrung lc in diesem Beispiel als Stufenbohrung, d.h. als zylindrische Öffnung mit Bereichen unterschiedlichen Durchmessers, ausgeführt ist. Alternativ können auch andere Verläufe Verwendung finden, wie bspw. eine konische Bohrung mit sich kontinuierlich verjüngendem Verlauf oder eine Bohrung mit einer abschnittsweisen reibungserhöhenden Innengestaltung, wie bspw. einer Vielzahl von Rillen, welche nach einer erfolgten Deformation Klemmwirkung entfalten. Konische Profile stellen zwar höhere Anforderungen an die Fertigung, weisen aber einen selbstzentrierenden Effekt auf, der insbesondere bei drallstabilisierten Geschossen Vorteile bietet, da bei Bewegung eine axiale Ausrichtung der Teile gefördert wird.
In der Bohrung lc sind eine Nadel 2 und ein Kolben 3 längsbeweglich angeordnet, wobei Nadel 2 und Kolben 3 fest miteinander verbunden sind. Der Kolben 3 ist hierbei im eingefahrenen Zustand in der Bohrung lc so fixiert, dass er nach Überwinden einer Losbrechkraft verschoben und somit durch eine Axialkraft bewegt werden kann. Wie in den Figuren la und lb gezeigt, ist die Nadel 2 vor dem Schuss eingefahren und somit vollständig im Projektil 1 verborgen.
Beim Schussvorgang erfolgt ein Ausfahren der Nadel 2 aus dem Projektilbug la des Projektils 1, so dass die Nadel 2 als aerodynamischer Vorkörper wirkt und hierdurch die Strömungskontur verändert wird. Dieser Effekt wird durch den Abbrand der Treiblandung erreicht, welche durch Druckaufbau das Projektil 1 im Waffenlauf beschleunigt und zugleich den Kolben 3 im Projektil 1 bzw. dessen Bohrung lc nach vorne treibt. Durch diese Bewegung des Kolbens 3 im Projektil 1 wird die Nadel 2 nach vorne bewegt und aus dem Projektilbug la ausgefahren, wobei der Kolben 3 in seiner Endstellung in der Bohrung lc fixiert wird. An der Spitze der Nadel 2 entsteht nun während des Überschallfluges ein schiefer Stoss mit geringerer Druckerhöhung als bei Projektilen des Stands der Technik bzw. dem Projektilbug la ohne ausgefahrener Nadel 2, und am Übergang zur Nase des Projektils, d.h. am Projektilbug la, entsteht ein weiterer schiefer Stoss, so dass eine Folge von zwei schiefen Stössen erzeugt wird. Insgesamt wird damit die Überschallströmung auf zwei schiefe Stösse an zwei definierten Punkten aufgeteilt und damit der Wellenwiderstand vermindert. Diese Aufteilung wird wiederum durch eine die Strömungskontur definierende Aussenkontur des Projektils 1 bewirkt, welche durch den Schuss entsprechend strömungsgünstig verändert wird. Durch dieses Verfahren kann die Reichweite eines Projektils 1 erhöht bzw. der Geschoßabfall pro Distanzintervall verringert werden, so dass eine flachere Flugbahn mit erhöhter
TreffWahrscheinlichkeit und eine höhere Energie im Ziel resultieren .
Die Dimensionierung der Nadel 2 kann so gewählt werden, dass diese in ausgefahrenem Zustand entlang ihres Verlaufs außerhalb des Projektils 1 und am Übergang zum Projektilbug la einen Durchmesser von höchstens einem Fünftel, insbesondere aber weniger als ein Zehntel des Projektildurchmessers aufweist.
Im allgemeinen können Projektil 1, Nadel 2 und Kolben 3 aus verschiedenen, auch unterschiedlichen Materialien gefertigt werden, deren konkrete Wahl von den jeweiligen Vorgaben und den zu realisierenden Effekten abhängt. Für hohe Zielwirkung sind bspw. ein schweres Material für den Kolben und ein hartes Material für die Nadel vorteilhaft. Beispielsweise können alle Komponenten aus Messing, Kupfer oder Tombak, darüber hinaus die Nadel auch aus Stahl, Wolfram oder Wolframkarbid, sowie der Kolben aus Kunststoff gefertigt werden.
In Fig.2a-d erfolgt die Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Projektils 1' vor und nach dem Schußvorgang, welches über eine Grenzschichtbeeinflussung durch Eigenrotation verfügt und aus gezogenen Waffenläufen verschossen werden kann. Hierbei zeigen die Figuren 2a und 2b das Projektil 1' vor und die Figuren 2c und 2d dasselbe Projektil 1' nach dem Schußvorgang, d.h. jeweils im ein- und ausgefahrenen Zustand der Nadel 2. Die Figuren 2b und 2d zeigen hierbei einen Schnitt durch das Projektil 1' entlang der Linien 2A und 2B. Bei drallstabilisierten Projektilen kann zusätzlich der in der schweizerischen Patentanmeldung CH 01342/13 und der internationalen PCT-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer PCT/EP2014/066341 geoffenbarte Ansatz verwendet werden. Gemäss dieser technischen Lehre kann der Energieverlust des Projektils 1' entlang seiner Bahn zusätzlich vermindert werden, indem das Geschwindigkeitsprofil der das Projektil 1' umgebenden Grenzschicht durch Zuführung von sich bereits mit Projektilgeschwindigkeit bewegendem Medium aufgefüllt wird, was die Wandreibungskräfte reduziert. Hierzu wird die Rotation des Projektils 1' und die hierdurch erzeugte Radial- bzw. Zentrifugalbeschleunigung genutzt, um Fluidpartikel bzw. Partikel des Mediums aus dem Totwasser am Projektilheck lb' in die Grenzschicht zu fördern. Durch diesen Ansatz werden also Anteile des im dem Totwasserbereich des Projektils 1' angesammelten und sich mit Projektilgeschwindigkeit bewegenden Mediums vermittels eines Teils der Rotationsenergie des Projektils 1' unter die zuströmende Grenzschicht an der Aussenfläche bzw. Außenkontur des Projektils 1' gefördert und so der Geschwindigkeitsgradient der Grenzschicht in Wandnähe gesenkt. Insgesamt gesehen wird das Umgebungsmedium somit zunächst axial in Bewegungsrichtung des Projektils 1' und anschließend zentrifugalbeschleunigt radial zu dessen Außenfläche gefördert.
Hierzu weist die Aussenfläche des Projektils 1' wenigstens eine umlaufende Hohlkehle ld' auf, welche über radiale Querkanäle 4 mit der Bohrung lc' verbunden ist, welche ihrerseits mit einer Öffnung im Projektilheck lb' verbunden ist. Erfindungsgemäss können hierbei die Querkanäle 4 im in Fig.2b gezeigten eingefahrenen Zustand durch den Kolben 3' versperrt sein, wobei die Querkanäle 4 durch die Bewegung des Kolbens 3' beim Schussvorgang freigegeben werden, so dass der drallbedingte Förderprozeß aus dem Totwasser ermöglicht wird. Der ausgefahrene Zustand mit den freigelegten Querkanälen 4 wird in Fig.2d veranschaulicht. Damit erfüllt der Kolben 3' zusätzlich noch eine Ventilfunktion, da der Kolben in der Bohrung lc' des Projektils 1' vor dem Schuss so positioniert ist, dass er die Querbohrungen 4 verschliesst und erst während der Schussentwicklung freigibt, was innenballistische Nachteile vermindern kann. So kann bei entsprechender Auslegung des Kolbens 3' und des von diesem zurückzulegenden Weges insbesondere der Ausziehvorgang beeinflusst werden, indem bspw. vermieden wird, dass beim Druckaufbau und beginnendem Ausziehvorgang des Projektils 1' aus einer Patronenhülse ein Teil der Gase durch das Projektilinnere und die Querkanäle 4 strömt, bevor das Projektil 1' in den Lauf gelangt ist.
Zwei Modifikationen des ersten erfindungsgemäßen Projektils 1 mit verkürzter Nadel und verlängertem Kolben wird in Fig.3a-g dargestellt, wobei sich diese besonders zur Verwendung in kleineren Kalibern, z.B. unterhalb von 12,7 mm, eignen. Hierbei zeigen die Figuren 3a bis 3c eine erste Variante der Nadel-Kolben-Abwandlung nach dem Schußvorgang mit Schnitt durch das Projektil 1 entlang der Linie 3A, d.h. den ausgefahrenen Zustand der Nadel 2 ' ' . Die Figuren 3d bis 3g zeigen eine zweite Variante der Nadel-Kolben-Kombination, wobei die Figuren 3d und 3f den ein- und die Figuren 3f und 3g den ausgefahrenen Zustand mit Schnitt durch das Projektil 1 jeweils entlang der Linien 3B und 3C verdeutlichen.
Die Nadel 2 ' ' kann erfindungsgemäß in verschiedener Weise ausgestaltet und an das jeweilige Projektil 1 angepasst werden. Insbesondere kann die Nadel mit ihrem ausserhalb des Projektils 1 befindlichen Teil zylindrisch aber auch als Spitzkegel oder abgerundeter Kegelstumpf und die Kontur der Spitze gerade, d.h. konisch, aber auch gekrümmt, d.h. konkav oder konvex, ausgeführt sein.
Besondere Ausführungen der Nadel 2 ' ' können auf kleine oder grosse Kaliber abgestimmt sein. Für kleine Kaliber ist es vorteilhaft, die Nadel 2 ' ' bzw. die Nadelspitze zu verkürzen und als Kegelstumpf mit Kopfrundung auszuführen, was in Fig.3c in Vergrösserung gezeigt wird. Figur 3a-c zeigt ein entsprechendes Projektil 1 mit verkürzter Nadel 2 ' ' . Die Spitze 2a' ' ist hierbei abgerundet, die Kegelkontur 2b' ' ist konkav geformt, was den Keilwinkel der Nadel 2 ' ' verringert. Durch die verkürzte Nadel ist der nicht ausgefüllte Hohlraum der Bohrung lc im Geschossboden verkürzt und der Masseverlust reduziert. Mit einer solchen Ausgestaltung wird somit der axial erforderliche Kolbenweg verringert und der Masseverlust des Projektils 1 infolge des nicht massegefüllten Teils der zentralen Bohrung lc sinkt. Gleichzeitig wird die Veränderung des Innenvolumens der Patronenhülse während des Treibladungsabbrands begrenzt, so dass diesbezügliche negative Auswirkungen verringert werden können . Wie in Fig.3d-3g gezeigt wird, kann der Masseverlust weiter verringert werden, wenn der Kolben 8 noch weiter verlängert wird, so dass er im ungeschossenen Zustand und damit eingefahrenen Zustand über das Projektilheck lb hinausragt bzw. hervorsteht und erst nach dem Schuss mit diesem bündig abschliesst. Hierdurch wird eine ansonsten notwendige Verringerung der Geschossmasse gegenüber einem Vollgeschoss vermieden. Allerdings verringert der aus dem Projektil 1 herausragende Teil des Kolbens 8 wiederum das Innenvolumen der Hülse, wenngleich auch nur in vergleichsweise geringfügigem Masse.
Die Fig.4a-e stellen Ausgestaltungen von Nadel und Kolben für erfindungsgemäße Projektile dar. Hierbei zeigen die Figuren 4a und 4b zweiteilige Ausführungen, Figuren 4c bis 4e einteilige bzw. einstückige Ausführungen, die jedoch um Klemmkörper 10 und 11 zur axialen Sicherung ergänzt sind. Bei den gezeigten zweiteiligen Ausführungen wird der Kolben 3', 3'' durch eine entsprechend genaue Passung zwischen Kolben 3', 3' 'und Bohrung fixiert, wohingegen die einstückigen Ausführungen über einen eingelassenen elastisch verformbaren Klemmkörper 10, insbesondere einen O-Ring, oder einen plastisch verformbaren Klemmkörper 11, insbesondere einen aufgeschobenen Ring oder eine aufgeschobene Hülse, bewirkt wird.
Fig.4a zeigt die Ausführungsform mit langer Nadel 2' aus den Fig.2a-d und einen Schnitt entlang der Linie 4A. Diese weist eine konvexe Spitze auf und ist mit einem kurzen Kolben 3' verbunden, wobei diese Kombination besonders für mittlere und grosse Kaliber geeignet ist. Fig.4b zeigt die Ausführungsform mit verkürzter Nadel 2'' aus den Fig.3a-c und einen Schnitt entlang der Linie 4B. Die verkürzte Nadel 2'' weist einen abgerundeten Kegelstumpf als Spitze auf und ist mit einem vergleichsweise langen Kolben 3' ' verbunden, wobei diese Kombination besonders für kleine und mittlere Kaliber geeignet ist.
Bei den oben gezeigten beiden Ausführungsformen können die Nadel 2' ,2' ' und der Kolben 3', 3'' sowohl aus identischen, als auch aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Insbesondere kann der Kolben 3', 3'' in Hinblick auf sein Klemmvermögen in der Bohrung ausgestaltet werden oder aber einen Abbrandsatz aufweisen oder als ein solcher ausgebildet sein. Hierdurch kann beispielsweise eine Leuchtspur oder eine Brandgeschosswirkung erzeugt sowie durch Gasausstoss der Basiswiderstand am Projektilheck verringert werden. Die Nadel kann 2' ,2' ' kann aus einem Material gefertigt werden, das besondere Maßhaltigkeit gewährleistet und/oder die Durchschlagsleistung des Projektils verbessert.
Bei drallstabilisierten Projektilen ist die Masseverteilung von besonderer Bedeutung, so dass eine Abweichung von der Rotationssymmetrie zu Unwuchten und damit
Präzisionsproblemen führen kann. Hierbei spielt insbesondere der Verbindungsprozeß von Nadel 2' ,2' ' und Kolben 3', 3'' eine entscheidende Rolle, da beide Komponenten in axialer Richtung fluchten, d.h. exakt in einer Achse ausgerichtet sein müssen. Es kann daher fertigungstechnische Vorteile bringen, wenn beide Komponenten aus demselben Material hergestellt und als einstückiges Bauteil ausgebildet werden.
Fig.4c zeigt ein erstes Beispiel einer einteiligen Nadel- Kolben-Kombination als gemeinsames nadeltragendes Bauteil 9 und einen Schnitt entlang der Linie 4C, wobei die nadeltragenden Komponente 9 in axialer Richtung durch einen eingelassenen O-Ring als Klemmelement 10 gesichert wird. Hier ist der Nadelbereich sehr spitz und mit konkaver Kegelkontur ausgeführt.
Fig.4d zeigt ein zweites Beispiel eines einteiligen nadeltragenden Bauteils 9' und einen Schnitt entlang der Linie 4D, wobei das nadeltragende Bauteil 9' in axialer Richtung ebenfalls durch einen identischen eingelassenen 0- Ring als Klemmelement 10 gesichert wird. Allerdings ist hier der Nadelbereich stumpf und mit gerader Kegelkontur ausgeführt . Fig.4e zeigt ein drittes Beispiel eines einteiligen nadeltragenden Bauteils 9' ' und einen Schnitt entlang der Linie 4E, wobei das nadeltragende Bauteil 9' ' in axialer Richtung durch einen Klemmkörper 11 in Form einer aufgeschobenen Hülse oder Manschette gesichert wird. Hier ist der Nadelbereich wieder stumpf und mit gerader Kegelkontur ausgeführt. Der Klemmkörper 11 kann durch den Schussvorgang plastisch verformt werden und eine reibschlüssige oder formschlüssige Verbindung zwischen nadeltragendem Bauteil 9'' und dem Projektil gewährleisten.

Claims

PATENTA SPRÜCHE
1. Verfahren zur Verringerung des Wellenwiderstandes eines Projektils (1,1') mit einem Projektilbug (la,la') und einem Projektilheck (lc,lc'), dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Schussvorgang ein Ausfahren einer Nadel (2, 2', 2'') aus dem Projektilbug (la,la') des Projektils (1,1') erfolgt, so dass die Nadel (2, 2', 2'') als aerodynamischer Vorkörper wirkt und hierdurch die Strömungskontur verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausfahren vermittels eines Kolbens (3, 3', 3' ',8) erfolgt, welcher durch eine Druckentwicklung beim Schußvorgang bewegt wird .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überschallströmung auf einen ersten aerodynamisch schiefen Stoss an der Spitze der Nadel (2, 2', 2'') und mindestens einen weiteren schiefen Stoss am Projektil (1,1') aufgeteilt wird.
4. Projektil (1,1') mit einem Projektilbug (la,la') und einem Projektilheck (lc,lc'), gekennzeichnet durch eine aus dem Projektilbug (la,la') durch einen Schussvorgang ausfahrbare Nadel (2, 2', 2''), die so angeordnet und ausgebildet ist, dass sie im ausgefahrenen Zustand als aerodynamischer Vorkörper wirkt und hierdurch die Strömungskontur gegenüber dem eingefahrenen Zustand verändert .
5. Projektil (1,1') nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen die Nadel (2, 2', 2'') aufweisenden Kolben ( 3 , 3 ' , 3 ' ' , 8 ) , der durch eine Druckentwicklung beim Schussvorgang bewegbar ist, insbesondere wobei der Kolben (8) im eingefahrenen Zustand aus dem Projektilheck (lb,lb') hervorsteht.
6. Projektil (1,1') nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine axiale Bohrung (lc,lc'), insbesondere eine Stufenbohrung, in welcher der die Nadel (2, 2', 2'') aufweisende Kolben (3, 3', 3' ',8) axial bewegbar angeordnet ist .
7. Projektil (1,1') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3, 3', 3' ',8) in der Bohrung (lc,lc') durch eine Klemmwirkung fixiert ist, wobei diese Klemmwirkung durch
• eine Passung zwischen Kolben (3, 3', 3' ',8) und Bohrung (lc,lc'),
• einen eingelassenen elastisch verformbaren Klemmkörper (10), insbesondere einen O-Ring, oder
• einen plastisch verformbaren Klemmkörper (11), insbesondere einen aufgeschobenen Ring oder eine aufgeschobene Hülse,
bewirkt wird.
8. Projektil (1') nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Aussenfläche mit wenigstens einer umlaufenden Hohlkehle (ld'), welche über radiale Querkanäle (4) mit der Bohrung (lc') verbunden ist, welche ihrerseits mit einer Öffnung im Projektilheck (lb') verbunden ist, insbesondere wobei die Querkanäle (4) im eingefahrenen Zustand durch den Kolben (3' ) versperrt und durch die Bewegung des Kolbens (3' ) beim Schussvorgang freigebbar sind .
9. Projektil (Ι,Ι') nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Projektil einerseits und
- Nadel (2, 2', 2") und Kolben (3, 3', 3", 8) andererseits aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind, insbesondere wobei Nadel und Kolben als ein einstückiges Bauteil (9, 9', 9'') gefertigt sind.
10. Projektil (1,1') nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (2, 2', 2'') und der
Kolben (3, 3', 3' ',8) aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.
11. Projektil (1,1') nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3, 3', 3' ',8) einen
Abbrandsatz aufweist oder als ein solcher ausgebildet ist.
12. Projektil (1,1') nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, das die Nadel (2, 2', 2'') vor dem Schußvorgang im eingefahrenen Zustand vollständig vom Projektil (1,1') umgeben ist.
13. Projektil (1,1') nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (2, 2', 2'') so ausgebildet ist, dass eine Überschallströmung auf einen ersten aerodynamisch schiefen Stoss an der Spitze der Nadel (2, 2', 2'') und mindestens einen weiteren schiefen Stoss am Projektilbug (la,la') aufgeteilt wird.
14. Projektil (1,1') nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (2, 2', 2'') in ausgefahrenem Zustand entlang ihres Verlaufs außerhalb des Projektils (1,1') und am Übergang zum Projektilbug (la,la') einen Durchmesser von höchstens einem Fünftel des Projektildurchmessers, insbesondere von weniger als einem Zehntel des Projektildurchmessers aufweist.
15. Projektil (1,1') nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (2, 2', 2'') einen Keilwinkel besitzt, der kleiner ist als der Keilwinkel des Projektilbugs (la,la'), insbesondere wobei
die Nadel (2, 2', 2'') zylindrisch, als Spitzkegel oder abgerundeter Kegelstumpf und
die Kontur der Spitze konisch, konkav oder konvex ausgeführt ist.
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