DE2804270C2

DE2804270C2 - Vorrichtung zur Bodensogreduzierung an einem Artilleriegeschoß

Info

Publication number: DE2804270C2
Application number: DE2804270A
Authority: DE
Inventors: Nils-Eric Västerhaninge Gunners; Rune Valentin Bandhagen Hellgren; Torsten Grödinge Liljegren
Original assignee: Individual
Current assignee: Gunners Nils-Eric Vaesterhanige Se Hellgren Ru
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1978-02-01
Publication date: 1985-03-28
Also published as: DE2804270A1; US4213393A

Description

im Bereich nach der Rohrmündung erfüllt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nahe des Brennstoffkörpers (9) oder in Berührung mit demselben eine pyrotechnische Zündeinrichtung (11 bis 13) vorgesehen ist. mit deren Hilfe das Abbrennen des Brennstoffkörpers im Bereich nach der Rohrmündung aufrechtcrhalibar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffkörper (9) in mehrere Segmente (15) unterteilt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen de. Brennstoffkörpersegmente (15) mit Ausnahm* der Abbrandfläche mil einer abbrandverhindernden Ver? cidung (10) versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoffkörper (9) eine Brenngeschwindigkeit von 0,7 bis 1,5 mm/scc. bei einem statischen Druck von 0,1 MPa aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßquerschnitt (An, 8) zwischen 5 und 20% der Geschoßbodenfläche (An) ausmacht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoßheck einen Vcrjüngungswinkel von 0 bis 6° aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffkörper (9) bis hinab zu einem statischen Druck von 0,01 MPa brennfähig ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bodensogreduzierung an einem Artilleriegeschoß der im Oberhegriff des Anspruchs ! angegebenen Gattung. Eine derartige Vorrichtung zur Bodensogreduzierung ist bereits aus dem DE-GM 75 33 757 bekannt.

Diese Veröffentlichung beschreibt ein Rohrartilleriegeschoß mit Einrichtungen zum Herabsetzen des unerwünschten Bodensoges mit dem Ziel, durch Bodensog· verminderung die Reichweite des Geschosses zu steigern. Die bekannte Vorrichtung zur Bodensogreduzierung umfaßt eine Verbrennungskammer, in welcher ein Brennstoffkörper unter Entwicklung eines Gasstromes abbrennt. Ferner gehört zu dieser Vorrichiung ein im Geschoßboden ausgebildeter Ausluß für den b«;i dem Verbrennungsvorgang entstehenden Gasstrom.

Die Abbrandfläche und die Masse des Brennstoffkörpers sind, wie im Oberbegriff des Patentanspruchs T angegeben, so auf den Querschnitt des Gasauslasses im Geschoßboden abgestimmt, daß der Druck innerhalb der Brennkammer lediglich um etwa 0.001 bis 0,05 MPa größer ist aJsder Druck im bodennahen Außenraum des Geschosses.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich klar, daß der in Brennkammer enthaltene Brennstoffkörper nicht etwa ίο einen Zusatzantrieb in Form eines Raketenmotors darstellt

Im vorstehend genannten Gebrauchsmuster ist allein auf den Druckunterschied zwischen dem in der Brennkammer beim Abbrennen des Brennstoffkörpers herrsehenden Druck und dem im bodennahen Außenbereich herrschenden Druck abgestellt

Mit anderen Worten glaubt der nächstkommende Stand der Technik eine Verminderung des Bodensoges durch den angegebenen sehr geringen zulässigen Druckunterschied herbeiführen zu können, wobei dieser geringe Druckunterschied in erster Linie aussagt daß vom Brennstoffkörper keine zusätzliche Antriebswirkung ausgeht.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß das alleinige Abstellen auf die Druckverhältnisse zwecks Sicherstellung von Unterdruckbedingungen beim Ausströmen der Gase am Geschoßboden, nicht ausreicht um beim Übergang auf andere Geschoßkaliber und andere Flugbcdingungcn die angestrebte Leistungssteigerung durch Bo- ») dcnsogrcduzicrung zu gewährleisten. Auch erwies es sich als unmöglich, präzise Vorhersagen über die Flugeigenschaften der Geschosse zu machen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 j5 angegebenen Art so auszubilden, daß sowohl die durch eine Reduzierung des Bodensogs erzielbare Leistungssteigerung als auch die Treffsicherheit soweit sie von den Flugeigenschaften des Geschosses abhängt, in zuverlässiger Weise vorherbeslimmbar ist und zwar unabhängig vom Kaliber und den Flugbedingungen.

Diese Aufgabe wird bei der im Patentanspruch I angegebenen Vorrichtung durch die im Kennzeichenteil dieses Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Wie im Patentanspruch 1 angegeben, konnte die vorstehende Aufgabe dadurch gelöst werden, daß die Dimcnsionierungsverhältnisse für das Geschoß und die darin vorgesehene Vorrichtung zur Bodensogreduzierung angegeben sind, welche sowohl die außenballisti-M'hcn Bedingungen als auch die wesentlichen Geschoü- abmessungcn so aufeinander abstimmen, daß das angcslruble Ziel erreicht wird.

LiDcrraschenderweise zeigt das gefundene Ergebnis, daß trotz der sehr komplexen Verhältnisse beim Geschoßfltiß schon bei Berücksichtigung einer geringen Anzahl von Parametern, die leicht bestimmbar sind, das angestrebte Ziel der Bodensogreduzierung erreicht werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unlcransprüchcn angegeben.

Die Mrfindung wird im folgenden anhand von Ausfiihrungsbeispiclcn sowie unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

F i g. I einen Längsschniti durch den hinteren Teil eines Rohrartilleriegeschosscs,

Fig. 2 einen Längsschnitt und eine Stirnansicht einer ersten Ausführungsform des Brennkörpers,

I' i μ. i einen Längsschniti durch ein Rohrarlillcrie^e-

schoß,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Reichweitensteigerung als Funktion der Brennkörpermasse sowie des Verjüngungswinkels des Geschoßhecks,

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Bodensogreduzierung als Funktion der Beziehung zwischen den Abmessungen des Auslasses und der Gesamtfläche des Geschoßbodens, und

F i g. 6 eine graphische Darstellung der in F i g. 5 dargestellten Beziehungen in Beziehung auf einen dimcn- ι ο sionslosen Kennwert des Massenstroms.

Fi f. 1 zeigt das hintere Teil einer Artilleriegranate 1 mit herkömmlichen Führungsbändern 2 und einer hinteren Abschlußwand 3. An der Granate 1 ist mittels eines Gewindes 4 ein muffcnförmiges Gehäuse 5 befestigt, an ts dessen hinterem Ende eine Bodenplatte 6 mittels eines weiteren Gewindes 7 befestigt ist. Die Bodenplatte 6 hat wenigstens eine Auslaßöffnung 8, welche in Bezug ;iuf die Abbrandfläche eines im folgenden beschriebenen Brennsloffkörpers 9 eine bestimmte Querschnittsfläche .aufweist und zunächst mittels einer schützenden Berstscheibe etwa aus Aluminiumfolie oder dgl. ve-schlosscn sein kann. Das muffenförmige Gehäuse 5 stellt eine Brennkammer dar, in welcher die vorzugseise entlang seinem äußeren Umfang und an seinen Stirnseiten von einem Abbrandschutz 10 überdeckter Treibsloffkörpcr 9 untergebracht ist. Ein in die Abschlußwand 3 der Granate eingesetztes Zündergehäuse 13 hat eine Anzahl von Löchern 11 und enthält eine Zündladung 14.

Da der Geschoßwiderstand im ersten Teil der Flug- jo bahn am höchsten ist, kommt es darauf an, daß der Brennstoffkörper unmittelbar beim Austritt aus der Rohrmündung gezündet wird, so daß der durch das Abbrennen des Brennstoffkörpers hervorgerufene Ausstoß des Massenstroms und die Freisetzung von Wärme sofort nach dem Abschuß beginnt. Das Zünden kann mittels eines durch die Beschleunigung beim Abschuß betätigbaren elektrischen oder mechanischen Zünders erfolgen, oder auch, in vereinfachter Weise, mittels der heißen Ver'jrennungsgase im Geschützrohr. Dabei gcnügt ein Entzünden des Brennstoffkörpers durch die heißen Verbrennungsgase allein jedoch nicht, da der Brennstoffkörper durch den beim Verlassen der Rohrmündung in der Brennkammer auftretenden starken Druckabfall, beispielsweise von ca. 60 MPa wieder gelöscht werüen kann. Aus diesem Gr.inde ist eine Hilfs-/iindung notwendig. In einer besonders vorteilhaften Ausführung enthält das Geschoß eine Zündeinrichtung mit einem pyrotechnischcn Brennstoff, welcher nur in sehr geringem Maße auf Druckänderungen reagiert.

Der pyrotechnische Zünder enthält einen Brennstoff, welcher bd der Verbrennung hauptsächlich feste Rückstände freisetzt und in der Beziehung einem Rauchspur-Brennsatz ähnelt, ist der Anteil an gasförmigen Verbrennungsrückständen sehr niedrig, so muß der Zünder möglichst nahe an der Oberfläche des Brennstoffkörpers angeordnet sein. Der pyrotechnische Zünder kann aus mehreren Schichten von verschiedener Zusammensetzung geformt sein, wobei von einer der Schichten ein höherer Anteil an gasförmigen Verbrennungsrücksiänden freigesetzt wird.

Beim Abfeuern des Geschützes werden der Brennstoffkörper sowie auch die pyrotechnische Zündladung von den Verbrennungsgasen im Rohr gezündet. Unmittelbar nachdem dss Geschoß dann die Rohrmündung ti verlassen hat, wird der Brennstoffkörper erneut vom pyrotechnischen Zünde? gezündet. Ein geeigneter Zündbrennstoff, welcher durch den starken Druckabfall beim Verlassen der Mündung nicht gelöscht wird, setzt sich beispielsweise zusammen aus 49,5% Zirkonhydrid, 49,5% Bleidioxid und 1% eines organischen Sinders. Es sind jedoch auch andere bekannte Zündbrennstoffe verwendbar.

Eine Gesamtansicht des Artilleriegeschosses zeigt F i g. 3 mit den in F i g. 1 verwendeten entsprechenden Bezugszeichen. Der Druck innerhalb der Brennkammer ist vorzugsweise so zu bestimmen, daß der den Druck im bodennahen Außenbereich (Bodendruck) nur wenig, beispielsweise um ca. 0,001 bis 0,05 MPa übersteigL Dadurch ergibt sich eine niedrige Brenngeschwindigkeit und daher ein sehr geringer Massenstrom, so daß eine lange Brennzeit erzielbar ist Der niedrige Verbrennungsdruck ergibt außerdem eine Gasströmung im Unterschallbereich und verringert dadurch die Temperaturempfindlfchkeit im Vergleich zu den bei Raketenantrieb herrschenden Bedingungen.

Die Bewegungsgröße der ausströmenden Gase ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung ziemlich klein, so daß die auf das Geschoß einwirkenden Reaktionskräfte im Hinblick auf den Widerstand vernachlassigbarsind.

Da für die wirksame Verringerung de« Bodensogs nur ein sehr kleiner Massenstrom notwendig ist, kar»n die da/u verwendete Einrichtung ein niedriges Gewicht und kleine cibmessungen haben. Bei einem Rohrartilleriegeschoß hat ein solcher, den Bodensog reduzierender Brennsatz von gegebener Größe eine beträchtliche stärkere Wirkung als ein Hilfsrake'enantrieb mit der gleichen Brennstoffmenge. Um den durch die Beschleunigung beim Abschuß und durch den Drall des Geschosses hervorgerufenen hohen mechanischen Druck- und Zugspannungen widerstehen zu können, muß der Brennstoffkörper eine hohe Zerreiß- und Verformungsfestigkeit haben. Geeignete mechanische Eigenschaften haben beispielsweise Komposit-Treibstoffe, etwa mit Polybutadien als Binder und Ammoniumperchlorat als Sauerstoffträger. Komposit-Treibstoffe sind in diesem Bereich allgemein bekannt. Sie setzen sich aus einem gunimiartigem Binder oder Brennstoff, etwa Polybutadien, und einem mit diesem vermischten Sauerstoffträger, etwa Ammoniumperchlorat zusammen. Je nach der anteiligen Zusammensetzung eines solchen Treibstoffs lassen sich seine physikalischen Eigenschaften variieren. Der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Brennstoffkörper muß einerseits widerstandsfähig genug sein, damit er unter der beim Abschuß auftretenden Stoßbelastung nicht zerreißt, darf andererseits jedoch nicht übermäßig flexibel sein, damit er sich unter dieser Belastung nicht zu stark verformt. Aus Rohren verschießbare Geschosse sind beim Abschuß sehr starken Stoßbelastungen und im Fluge sehr starken Drailkräilen unterworfen. Diese Kräfte sind sehr verschieden von denen, welche beim Abschuß und während des Fluges auf eine Rakete einwirken. Unter diesen Voraussetzungen ist die Zusammensetzung des Brennstoffkörpers für die Verwendung im Rahmen der Erfindung zu bestimmen. Dabei muß die Verbrennung des Brennstoffkörpers bei einer: statischen Druck bis hinab auf ca. 0,01 M Pa gewährleistet sein.

Durch geeignete Formgebung des Brennstoffkörpers lassen sich die auf diesen einwirkender: Kräfte und Spannungen verringern, so daß auch ein weniger elastischer Treibstoff verwendet werden kann, etwa ein zweibasigcr Treibstoff i,yt Nitrozellulose. Bei einem zylinder- oder rohrförmigen Brennstoffkörper lassen sich die Kräfte und Spannungen durch Unterteilen der Ladung in Segmente verringern.

Der beim Verbrennen des Brennstoffkörpers aiisgestoßende Massenstrom soll sich als Funktion dor /eil verringern, da sich die Geschwindigkeit des Geschosses sowie die Dichte der umgebenen Luft ebenfalls verringern. Ein solcher abnehmbarer Massenstrom ist durch entsprechende Formgebung des Brennstoffkörpers und eine den Abbrand verhindernde Abdeckung gewisser Oberflächen derselben crzielbar.

Eine Möglichkeit für die Erzielung unterschiedlicher degressiver Massenströme und verschiedener Brenndauern besteht darin, einen rohrförmigen Brennstoffkörper in eine größere oder kleinere Anzahl von Segmenten zu unterteilen und deren Um fangs- und Stirnflüchen abbrandverhindernd zu verkleiden. Eine solche Unterteilung des Brennstoffkörpers vermindert auch die erwähnte Gefahr der Rißbildung durch Fliehkräfte.

Fig.2 zeigt eine geeignete Form eines Brennstoffkörpers, in welchem diese in zwei Segmente 15 untcrteüt ist und die Umfangs- und Stirnflächen mit einer abbrandverhindernden Verkleidung verschen sind.

Bei einem in F i g. I und 3 dargestellten typischen Artilleriegeschoß mit einem Gesamtgewicht von 18,5 kg hat der Brennstoffkörper ein Gewicht von lediglich 0,330 kg bei einer Länge von 57 mm, einen Außendurehmesser von 76 mm und einen Innendurchmesser von 25 mm. Der Auslaß im Geschoßboden hat einen Durchmesser von 25 mm. Um den gewünschten degressiven Massenfluß beim Abbrand des Brennstoffkörpers zu erzielen, ist dieser in zwei Segmente unterteilt, so daß die Abbrandflächc zu Brginn eine Ausdehnung von 93 cm² und bei Brennschluß eine solche von 66 cm-' hat. Dies ergibt ein Verhältnis von 19 bzw. 13:1 zwischen der Abbrandfläche und dem 4,9 cm² großen Auslaßquerschnitt zu Beginn bzw. am Ende der Brenndauer.

Bei einem herkömmlichen 105 mm Artillcricgcschoß mit einer den Bodensog verringernden Einrichtung der beschriebenen Art und Größe, deren Brennstoffkörper 85% Ammoniumperchlorat und 15% Polybutadien enthielt, wurde eine Reichweitensteigerung um 25% erzielt, wovon 12% auf die Verringerung des Bodensogs und der Rest auf die Gewichtserhöhung um ca. 2 kg zurückzuführen ist. Ein Brennstoffkörper im Gewicht von nur 0.300 kg, bestehend aus 75% Ammoniumperchlorat und 25% Polybutadien erbrachte eine weitere Reichweitensteigerung um insgesamt 26%. Die größere Reichweitensteigerung ist dabei das Ergebnis der Verwendung eines Brennstoffkörpers mit einem höheren Gehalt an Brennstoff, d. h. am Polybutadien, welcher eine stärkere Nachverbrennung im Bereich nahe dem Geschoßboden zur Folge hat. Bei einem 120 mm Artillcriegeschoß wurde fc.it einem nur etwas größeren Bodenbrennsatz eine Reichweitensteigerung von 25% erzielt, welche allein auf die Verringerung des Bodensogs zurückzuführen ist. Zur Erzielung einer günstigen Reichweitensteigerung enthält der Brennstoffkörper vorzugsweise ca. 50 bis 90% Ammoniumperchlorat. Bei einem 155 mm Geschoß ist mit einem Brennstoffkörper von 0,8 bis 2 kg eine starke Reduzierung des Bodensogs erzielbar, während für 75 mm Geschosse ein Brennstoffkörper von ca. 0.1 bis 0,2 kg verwendbar ist.

Bei der Verwendung von brennstoffreichen Brennstoffkörpern hat der Geschoßboden vorzugsweise mehrere Auslässe von einer gegebenen Gesamt-Querschnittsfläche. Mit einer solchen Anordnung ist eine •.liirkerc Nachverbrennung an der Bodenseite des Geschosses erziclbar.

Bei der Verwendung von brennstoffreichen Brennstoffkörpern hat der Geschoßboden vorzugsweise mehriTc Auslässe von einer gegebenen Gcsaml-Qucrsi hiiitlsflächc. Mit einer solchen Anordnung ist eine stärkere Nachverbrennung an der Bodcnseiic des Geschosses crzielbar.

', Die Erfindung ist nicht auf Ausführungsformen beschränkt, in denen die Brennkammer im hinteren Teil dos Geschosses angeordnet ist. Die Brennkammer kann vielmehr an beliebiger Stelle im Geschoß angeordnet sein, solange sie nur in Sirömungsverbindung mit dem in GcsclioUboden steht und der Auslaßqucrschnitt auf die Abbrandflächc und die Brenngeschwindigkeit des Brennstoffkörpers abgestimmt ist. Der Brcnnsioffkörper enthält einen chemischen oder mechanischen Saucrsiofflräger und einen mehr oder weniger encrgicreiehcn Brennstoff, welcher gewisse Änderungen der Beziehung zwischen der Abbrandflächc und dem Auslaßquerschnitl erforderlich machen kann. Bekannte Komposit-Rakctcntreibstoffc sind mit Vorteil verwendbar, wobei brcnnsioffrcichc Treibstoffe ucp. Vorzu^CT verdienen.

Die Verwendung von Artilleriegeschosscn mit Bodensogreduzierung ermöglicht eine Rcichwcitcnsteigerung auf äußerst einfache Weise. Ein brcnnstoffrcichcr Brennstoffkörper kann zusammen mit einem geeigneten Zünder in einen hohlen Geschoßabschnitt eingesetzt und von einer wenigstens einen Gasauslaß aufweisenden Bodenplatte darin festgehalten werden. Die Bodenplatte kann mit einem Außengewinde in ein entsprechendes ! bcngcwindc am hinteren Ende des hohlen GcschoDabschnilts eingeschraubt werden. Dank des

jo niedrigen Verbrennungsdruckes des Brennstoffkörpers, welcher den Bodendruck um nur 0,001 bis 0,05 MPA übersteigt, braucht die Wandung d*s hohlen Gcschoßahschnittos nicht verstärkt zu werden. Dabei bleibt auch das für die Sprengladung dos Geschosses vorgesehene

f, Volumen in vollem Maße erhalten, die Sprengladung braucht also nicht verkleinert zu werden. Darin unterscheidet sich das erfindungsgemäße Geschoß vorteilhaft von einem bekannten Geschoß, mit Hilfsrakctcnantrieb. welches ein beträchtlich höheres Gewicht aufweist, ein größeres Volumen beansprucht und, da die Brennkammer innerhalb des Geschützrohrs abgeschlossen ist. eine größere Wandstärke erfordert, um den hohen Drücken und Beschlcunigungskräftcn standhalten /.u können.

Jc nach der Größe und Leistungsfähigkeit des Brennstoffkörpers läßt sich die Verringerung des Bodensogs durch Verwendung eines sich in einem Winkel von 0 bis b" verjüngenden Geschoßhecks weiter verbessern. Eine Verkleinerung des Vcrjüngungswinkels wurde schon immer als vorteilhaft angesehen, da sich hierdurch die Stabilität im Flug verbessern läßt, so daß längere Geschosse mit verringertem Strömungswiderstand und Jadurch erhöhter Reichweite verwendet werden können. Bei herkömmlichen Geschossen bewirkt jedoch die Verkleinerung des Vcrjüngungswinkels am Geschoßheck eine Zunahme des Bodensogs, weshalb zur Erzielung einer günstigen Reichweile ein größerer Verjüngiingswinkcl im Bereich von ca. 6 bis 9° angewendet werden mußte.

bo Bei einem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Artilleriegeschoß ist der Einfluß des Geschoßhcck-Verjüngungswinkcls jedoch vernachlässigb:sr.

I·' i g. 4 zeigt eine graphische Darstellung der bei im

_hr. übrige» gleichartigen Ck-schossen durch Vergrößerung der Brennsloffkörper crziclbaren Reichweilcnsleigerung. Die strichpunktierte Kurve bezieht sich auf ein Geschoß mit Raketenhilfsantricb und einem Geschoß-

heck-Verjüngungswinkel von 6 bis 7°, die gestrichelte Kurve auf ein erfindungsgemüßcs Geschoß mit einem Verjüngungswinkel von 6°, die ausgezogene Kurve auf ein erfindungsgemäßes Geschoß mit einem Verjüngungswinkel von 0" und die slrich-doppelpunktierte Kurve auf ein Rauchspurgeschoß mit einem Vcrjiingungswinkcl von 7,3°. Aus der Darstellung ist die mit derr. irfindungsgemäßcn Geschoß erzielbare Reichwci-(ensicigcrung deutlich zu erkennen. Ferner ist zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Geschoß mit einem κι Verjüngungswinkel des Gcschoßhccks von b" wenigstens bis zu einem Brcnnsloffkörpcrgewichl von 2,6 kg zwar eine beträchtlich größere Reichweite hai als das Rauchspur- und das Geschoß mit Rakctcnhilfsantrieb, daß jedoch das crfindiingsgcmäßc Geschoß mit einem Verjüngungswinkel von 0" bei einem Brennstoffkörporgewicht von mehr als ca. 1,1 kg eine noch stärkere Reichweitensteigerung ermöglicht.

A_t|,nn«aiiitn von der verbesserten Stäbüitüt onihif!¹* der Flugbahn ermöglicht die Verkleinerung des Verjüngungswinkcls des Geschoßhecks die Verwendung eines Brennstoffkörpers mit größerem Durchmesser, insgesamt also mit größeren Abmessungen. Die Größe des Brennstoffkörpers ist jedoch nicht im Hinblick auf größte Brenndauer zu bestimmen, sondern im Hinblick auf die größte Reichweite. Die Brenndauer soll sich über einen beträchtlichen Teil, wenigstens etwa 30% der (ieschoßflugzeit erstrecken. Zur Erzielung der größten Reichweiten beträgt die Brenndauer gewöhnlich etwa 50% der Flugzeit. Da die Brenndauer jedoch nach tier jo grr Jicn Reichweite des jeweiligen Kalibers bestimmt ist. kann sie bei kleineren Schußentfernungen mehr als 50% der Flugzeit betragen. Über diesen Punkt hinaus ist die Wirkung der Bodensogverringerung vernachlässigbar. Berücksichtigt man diese Tatsache in Verbindung mit dem zusätzlichen Gewicht und Volumen des Brennstoffkörpers und der entsprechenden Verringerung des für die Sprengladung nutzbaren Volumens, so ist die größte Reichweite gewöhnlich dann erzielbar, wenn der Brennstoffkörper für eine sich über etwa 50% der Flugzeit erstreckende Brenndauer ausgelegt ist. Dabei kann der Brennstoffkörper jedoch auch für eine längere Brenndauer von beispielsweise 60% der Geschoßfhigzcit ausgelegt sein.

Das Gehäuse für den Brennstoffkörper ist vor/iigsweise aus Aluminium cdcr einem anderen Lcichtwerkstoff. so daß die Brennkörperanordnung insgesamt ein möglichst niedriges Gewicht erhält Die Brennkammer kann auch aus Stahl mit einer Auskleidung aus Aluminium oder einem anderen Leichtwerkstoff sein. so

Um die größtmögliche Bodensogreduzierung zu erzielen, wird der Gesamt-Massenstrom als Funktion des Auslaßquerschnitts in Bezug auf die Abbrandflächc des Auslaßquerschnitts in Bezug auf die Abbrandfläche des Brennstoffkörpers bestimmt. Beim Verlassen der Rohrmündung beträgt das Verhältnis zwischen der Abbrandfläche und dem Auslaßquerschnitt vorzugsweise etwa 10:1 bis 80 :1, insbesondere etwa 15 :1 bis 45 :1. Die Einhaltung dieser Beziehung wirkt sich günstig auf die Steuerung des Massenstroms der Gase und auf die Erziclung einer angemessenen Bodensogreduzierung während des Flugs des Geschosses auf. Ist der Auslaß zu klein, so ergibt sich innerhalb der Brennkammer ein Druckanstieg und damit eine Art Raketenantrieb anstelle der angestrebten Bodensogreduzierung. Damit dies auch in großen Flughöhen nicht eintritt, soll die Abbrandfläche sich vorzugsweise stetig verkleinern, so daß das genannte Verhältnis bei Brennschluß nicht mehr als ca. 20 :1 beträgt. Bei Verwendung eines Brennstoffkörpers mit einer Brenngeschwindigkeit von ca. 1,5 mm/sec. bei einem Druck von 0,1 MPa soll das Verhältnis zwischen der Abbrandfläche und dem Auslaßqucrschnilt nicht größer sein als ca. 50 :1, um damit die Wirkung eines Raketenabtriebs zu vermeiden, in welchem Falle sich nämlich die Brenndauer erheblich verkürzen und der Massenstrom sehr erheblich zunehmen würde. Ist andererseits der Auslaßquerschnitt zu groß, so ist die verbleibende Bodenplatte unter Umständen zu klein, um den Brennstoffkörper unter den auftretenden Belastungen sicher zu stützen, so daß unerwünschte Verformungen eintreten können. Außerdem reicht in einem solchen Falle der Brennstoffkörper nicht aus. einen für die Verringerung des Bodensogs ausreichenden Strom von Verbrennungsgasen über einen genügend großen Anteil der Flugzeit des Geschosses aufrechtzuerhalten. Im letzteren Falle ergibt sich somit eine ähnliche Wirkung wie bei Rauch- oder Leuchtspur-Brennsätzen.

Die Einhaltung der vorstehend angegebenen Beziehungen /wischen dem Auslaßquerschnitt und der Abbrandfläche ist also wesentlich für die Erzielung der Vorteile gemäß der Erfindung. In diesem Zusammenhang ist zu betonen, daß der Brennstoffkörper nicht dazu dienen soll, ähnlich einem Raketentriebwerk eine Reaktionskraft zu erzeugen, d. h. als einen in Richtung der Flugbahn auf das Geschoß einwirkenden Schub, sondern lediglich dazu, eine Niederdruckströmung aus vorwiegend gasförmigen Verbrennungsprodukten aufrechtzuerhalten, um damit den im Flug auf das Geschoß einwirkenden Bodensog zu reduzieren.

Für die optimale Wirkungsweise des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Geschosses ist es ferner wesentlich, die verschiedenen Parameter im Hinblick auf die Erzielung einer größtmöglichen Verringerung des Bodensogs zu bestimmen. Der Auslaßquerschnitt, die Abbrandfläche, die Masse des in der Brennkammer enthaltenden Brennstoffkörpers und die statische Brunngeschwindigkeit des Brennstoffkörpers sind also derart aufeinander abzustimmen, daß vom Verlassen der Rohrmündung an über einen beträchtlichen Teil der Flugzeit des Geschosses ein zur Verringerung des Bodensogs ausreichender gasförmiger Massenstrom erzeugt werden kann. Der Auslaßquerschnitt und die Masse des Brennstoffkörpers wurden vorstehend bereits erörtert Die Abbrandfläche des Brennstoffkörpers ergibt sich aus dessen Form und Abmessungen, wie vorstehend erörtert. Die Brenngeschwindigkeit ergibt sich aus der Zusammensetzung des Brennstoffkörpers und liegt gewöhnlich im Bereich von 0,7 bis 1,5 mm/sec bei einem statischen Druck von 0,1 MPa.

Der Massenstrom der austretenden Gase ist eine Funktion mehrerer Faktoren und kann als dimensionsloser Kennwert ausgedrückt werden. Der dimensionslose Kennwert / des Massenstroms bestimmt sich nach der Beziehung

worin Wh der Massenstrom durch den Auslaßquerschnitt, J°° die Dichte der umgebenden Atmosphäre, u00 die Fluggeschwindigkeit und 4sdie Gesamt-Bodenfläche des Geschosses ist. Das Verhältnis zwischen dem Auslaßquerschnitt Au und der Gesamt-Bodenfläche A₈ des Geschosses ändert sich bei gegebenem Massenstrom. Je größer der Massenstrom ist. um so größer muß

das Verhältnis An/A» sein, um die größtmögliche Reduzierung des Bodensogs zu erzielen.

Fig.5 zeigt in graphischer Darstellung die erzielte Bodensogreduzierung AD in Bezug auf das Verhältnis AhIAb. wobei jede Kurve einen anderen dimcnsionslosen Kennwert darstellt, welcher für die jeweilige Kurve konstant gehalten wurde. Wie man anhand dieser Kurven erkennt, führe die Vergrößerung des Verhältnisses AhIAb bei jedetri durch eine der Kurven dargestellten konstanten Kennwert des Massenstroms an einem bestimmten Punkt zu einem Höchstwert der Bodensogreduzierung, welche dann von dem betreffenden Punkt an im wesentlichen konstant blieb. Durch eine zweckmäßige Bestimmung der Werte / und AhIAh läßt sich also die jeweils größtmögliche Bodensogregulierung erzielen.

Fig.6 zeigt eine graphische Darstellung, in welcher sämtliche in F i g. 5 gezeigten Kurven überlagert dargestellt sind. Diese Darstellung wurde durch Auftragen der für die Kurven in F i g. 5 verwendeten Daten erhalten und gibt die Beziehung

zu

AD W

Neben den vorstehend insbesondere im Vergleich zu Geschossen mit R ikctenhiifsantrieb angeführten Vorteilen ist das erfindungsgemäße Geschoß auch wesentlich leistungsfähiger als ein Geschoß mit Rauchspur-

^r, brcnnsat/. Da bei dem erfindungsgemäßen Geschoß heiße gasförmige Verbrennungsprodukte während eines großen Teils der Flugzeit freigesetzt werden, betrügt die Bodensogreduzierung bis zum Dreifachen der mit einem Rauchspurgeschoß erziclbarcn, so daß sich dank der stärkeren Bodensogreduzierung und der lungeren Brenndauer eine beträchtliche Reichweitensteigerung ergibt.

wieder. Der Ausdruck der Bodensogreduzierung AD in Form des jeweiligen Wertes geteilt durch die Kubikwurzel von / erwies sich als notwendig, um die Daten von verschiedenen Werten / in einer im wesentlichen überlagerten Kurve zusammenzufassen. Wie man aus dieser Darstellung erkennt, ist die größte Bodensogreduzierung dann erzielbar, wenn das Verhältnis

wenigstens etwa IO und insbesondere wenigstens etwa 20 beträgt. Ein größeres Verhältnis erbringt keine nennenswerte Zunahme der

Bodensogreduzierung.

Ein mit der erfindungsgemäBen Vorrichtung versehenes Artilleriegeschoß bietet in der Hauptsache die folgenden Vorteile:

Eine beträchtliche Reichweitensteigerung bei einem gegebenen Gewicht des Brennstoffkörpers, eine verbesserte Stabilität, da während des Fluges keine Steigerung der Geschwindigkeit erfolgt.

eine verringerte ballistische Streuung, dank den niedrigen Drücken in der Brennkammer, die Möglichkeit, leichte Werkstoffe von geringer Zugfestigkeit zu verwenden.

geringsten Raumbedarf für die Brcnnkörpcranord- w nung

(Beispiele: zur Erzielung der gleichen Reichweiten-Steigerung für ein 155 mm Geschoß entspricht ein Brennstoffkörper von 2,6 kg bei einem Geschoß mit Raketenhilfsantrieb einer solchen von 1.2 kg in einem Geschoß gemäß der Erfindung, entsprechend dem Raumbedarf von ca. 1J5 kg Sprengstoff), der kleinere Verjüngungswinkel des Geschoßhekkes ermöglicht die Verwendung eines Brennstoffkörpers mit größerem Durchmesser und verringer- w) ter Tiefe.

die Verwendung von Aluminium für die Brennkammer oder Teile derselben verlagert den Schwerpunkt vorwärts und ermöglicht die Unterbringung einer größeren und wirksameren Ladung. Die Brennkammer kann größere Länge und größeren Durchmesser haben als anderenfalls möglich, so daß sie eine größere Ladung aufnehmen kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichiung zur Bodensogreduzierung an einem Artilleriegeschoß mit einer einen Gasauslaß in ihrem Boden aufweisenden Brennkammer zum Verbrennen eines Brennstoffkörpers, wobei die Abbrandfläche und die Masse des Brennstoffkörpers so auf den Querschnitt des Gasauslasses abgestimmt sind, daß der Druck innerhalb der Brennkammer den Druck im bodennahen Bereich während der Geschoß-Flugzeit lediglich um einen Betrag von 0,001 bis 0,05 MPa fibersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (Ab) des Geschosses (1) der Auslaßquerschnitt (An) und ein dimensionsloser Kennwert (l)des Massenstroms so aufeinander abgestimmt sind, daß die Beziehung