DE308434C - - Google Patents

Description

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Flugkörper, insbesondere ein Geschoß mit achsialem Längskanal, dessen neues Kennzeichen in einer derartigen vorderen Erweiterung des Kanals gesehen wird, daß der Reaktionsdruck der durchstreichenden Luft in der hinteren Erweiterung erhöht wird. Insbesondere ist die Erweiterung so gewählt, daß oberhalb einer gegebenen Fluggeschwindigkeit keine derartige Stauung der den Kanal durchstreichenden Luft eintreten kann, daß die Luft nach vorne aus dem Kanal heraustritt und außen um das Geschoß abfließt.The present invention is a missile, in particular a projectile with axial longitudinal canal, its new feature in such an anterior extension of the duct can be seen that the reaction pressure of the air passing through in the posterior extension is increased. In particular, the extension is chosen so that above a given airspeed none such stagnation of the air passing through the duct can occur that the air emerges from the canal towards the front and flows out around the projectile.

Zum Verständnis der durch die Kanalgestaltung'erzielten Wirkung sei folgendes bemerkt: To understand the results achieved by the canal design The following effect should be noted:

Es sei angenommen, daß die WiderständeAssume that the resistors

des Körpers gegen die Luft die gleichen sind, wenn^die Luft ruht und derTKörper bewegt wird, wie wenn der Körper ruht und die Luft bewegt wird.of the body against the air are the same when the air rests and the body moves becomes like when the body is resting and the air is moving.

Diese bewege sich mit einer konstanten Geschwindigkeit TF₀ gegen den Körper mit dem Querschnitt S₀, während Dichte und Druck die Werte p₀ und p₀ haben mögen. In dem sich vorn und hinten erweiternden Kanal mit dem~Querschnitt S betrage die zu S gehörige Geschwindigkeit der Luft W, ihre zugehörige Dichte ρ und ihr zugehöriger Druck p.
Dann gelten nach den in der Hydrodynamik entwickelten Sätzen über konstante Strömungen folgende Gleichungen:This moves with a constant speed TF ₀ against the body with the cross-section S ₀ , while density and pressure may have the values p ₀ and p ₀ . In the channel with the cross section S, which widens at the front and rear, let the velocity of the air W associated with S, its associated density ρ and its associated pressure p.
Then, according to the theorems about constant flows developed in hydrodynamics, the following equations apply:

Die Kontinuität der Massen fordert:The continuity of the masses demands:

-fxj . , c w. ,. c -fxj . , c w.,. c

d. h., daß die durch einen Querschnitt in der Zeiteinheit fließende Masse für· jeden Querschnitt die gleiche ist. Dabei bezeichnet W die mittlere Geschwindigkeit und ρ die mittlere Dichte in dem Querschnitt S.that is, the mass flowing through a cross-section in the unit of time is the same for each cross-section. W denotes the mean speed and ρ the mean density in the cross section S.

Dichte und Druck werden sich bei den Überschallgeschwindigkeiten, die hier allein in Frage kommen, nach dem adiabatischen Gesetz ändern. Das ergibt: Density and pressure are different at the supersonic speeds that are in question here alone come to change according to the adiabatic law. That makes:

Unter diesen Voraussetzungen lautet dann die eigentliche Bewegungsgleichung für kompressible Flüssigkeiten bei stationärer Bewegung:Under these conditions the actual equation of motion for compressible is then Liquids with stationary movement:

γ—τγ-τ

■ 8-i-·■ 8-i- ·

(s. Lamb, Lehrbuch der Hydrodynamik, Deutsch von J oh. Friedel, Leipzig 1907, S. 25).(See Lamb, Textbook of Hydrodynamics, German by J oh. Friedel, Leipzig 1907, p. 25).

Hier bezeichnet Ω das Potential der äußeren Kräfte, die auf die fließende Masse wirken. Im vorliegenden Fall kann dieses gleich O gesetzt werden, da nur die Gravitation in Betracht käme. Dann lautet die Bewegungsgleichung: Here Ω denotes the potential of the external forces that act on the flowing mass. In the present case, this can be set equal to O , since only gravity would come into consideration. Then the equation of motion reads:

ι 2ι 2

7 — ι P-Die Konstante C² ist durch die gegebenen hältnisse bestimmt. 7 - ι P- The constant C ² is determined by the given conditions.

C² =C ² =

0 ~l 0 ~ l

γ—.τγ-.τ

hlSt. ρ₀ ρ ₀

■ ΙΑ■ ΙΑ

Dann bestehen folgende drei Gleichungen zur Bestimmung von W, p, p: Then the following three equations exist to determine W, p, p:

W₀ = P₀-S₀ = W- p-SW ₀ = P ₀ -S ₀ = W- pS
Po _ ΦPo _ Φ

-Wl-Wl

7—1 P₀ 2 7 — 1. ρ7-1 P ₀ 2 7 - 1. ρ

Sind diese Gleichungen richtig, so kommt es für den geforderten Nachweis nicht darauf an, wie die Größen berechnet werden. Da die Gleichungen auf beiden Seiten vollständig symmetrisch gebaut sind, so gehört zu jedem Querschnitt stets nur ein Wert von W, φ, ρ, der diese Gleichungen befriedigt. So ist z. B.If these equations are correct, the required verification does not depend on how the quantities are calculated. Since the equations are built completely symmetrically on both sides, each cross section always has only one value of W, φ, ρ that satisfies these equations. So is z. B.

für W₀ == 1000 m/sek. und bei -£ = 2, γ = 1,41for W ₀ == 1000 m / sec. and at - £ = 2, γ = 1.41

und bei einem Druck und einer Dichte, die die Schallgeschwindigkeit s₀ = 330 m/sek. macht:and at a pressure and a density that the speed of sound s ₀ = 330 m / sec. power:

W = 889,16 -£- = 2,99 ---- = 2,25. W = 889.16 - £ - = 2.99 ---- = 2.25.

ro Poro Po

Da bei dem Erfindungsgegenstand die atmosphärische Luft in der vorderen Erweiterung zusammengepreßt wird, so ist in der hinteren Erweiterung" so lange ein höherer als .Atmo-Sphärendruck vorhanden, als der Querschnitt der hinteren Erweiterung nicht größer ist als der Anfangsquerschnitt der vorderen Erweiterung. Also wird durch die vordere Erweiterung der Reaktionsdruck in der hinteren Er-Weiterung erhöht. Nimmt man an, daß Anfangs- und Endquerschnitt der beiden Erweiterungen gleich sind, so darf zunächst, abgesehen von Reibungsarbeit und Energieverlust durch die nach innen gekehrte Stoßwelle, keine Energie verbraucht sein, da die Luft, sich hinter dem Körper in demselben Zustand befindet, wie davor. Das ist der wesentliche Gewinn, den die vordere Erweiterung bietet. Über die Bemessung der Erweiterung, also das Verhältnis von Anfangsquerschnitt zu engstem Querschnitt sei folgendes ausgeführt: Das Geschoß sei für Geschwindigkeiten höher als TF₀ berechnet, s bezeichnet jetzt die Schallgeschwindigkeit im engsten Kanalquerschnitt, die gleich der Durchströmungsgeschwindigkeit TF durch diesen Querschnitt ist, ρ sei die Dichte der Luft im engsten Querschnitt und p₀ die Dichte der Außenluft. Ist S₀ der Anfangsquerschnitt der Erweiterung, so ist: Since in the subject matter of the invention the atmospheric air is compressed in the front extension, a higher than atmospheric pressure is present in the rear extension as long as the cross section of the rear extension is not larger than the initial cross section of the front extension the reaction pressure in the rear widening is increased by the anterior enlargement. Assuming that the start and end cross-sections of the two enlargements are the same, then, apart from the work of friction and energy loss due to the inwardly directed shock wave, no energy must be consumed, because the air behind the body is in the same state as in front of it. That is the essential benefit that the front extension offers. The following is stated about the dimensioning of the extension, i.e. the ratio of the initial cross-section to the narrowest cross-section: The projectile is for Calculated velocities higher than TF ₀ , s now denotes the sound total speed in the narrowest duct cross-section, which is equal to the flow velocity TF through this cross-section, ρ is the density of the air in the narrowest cross-section and p _{0 is} the density of the outside air. If S _{0 is} the initial cross-section of the extension, then:

c . .c. .

PoPo

W_n W _n

Dieses Querschnittverhältnis wird durch Berücksichtigung des Einflusses der Reibung etwas kleiner gewählt, und zwar umsomehr, je langer der Kanal ist.This aspect ratio is taken into account the influence of friction is chosen to be somewhat smaller, and all the more so, the longer the channel is.

Das ergibt folgende Zahlen, wenn die Schallgeschwindigkeit der Luft s₀ = 330 m/sek. angenommen wird, und zwar mit Rechenschiebergenauigkeit :This results in the following figures if the speed of sound in the air s ₀ = 330 m / sec. is assumed, with slide rule accuracy:

W₀ W ₀ SS. J?__J? __ S₀ S ₀ Po ,Buttocks, SS. 400400 342,5342.5 1,191.19 1,021.02 500500 364,5364.5 1,611.61 1,171.17 600600 39¹ 39 ¹ 2,272.27 1,48 .1.48. 700700 421421 3,273.27 1,971.97 800800 446446 4,334.33 2,412.41 900900 478 .478. 6,.ii6, .ii 3.253.25 IOOOIOOO 5"5 " 8,408.40 4,294.29 IIOOIIOO 544544 ii,5ii, 5 5,795.79 12001200 580580 15,115.1 7.317.31 13001300 615615 20,920.9 9.899.89 14001400 ' 651'651 27,627.6 12,8112.81 15001500 689689 36,136.1 16,716.7 16001600 725725 46,546.5 20,5520.55

Auf der Zeichnung sind drei Ausführungsformen von Geschossen mit einer nach der Erfindung vorgenommenen Kanalgestaltung im Längsdurchschnitt schematisch dargestellt.On the drawing are three embodiments of floors with one after the Invention made channel design shown schematically in longitudinal section.

Gemäß Fig. 1 verengt sich der Kanal von der sich über die Breite des Geschosses erstreckenden öffnung α auf diejenige b und behält die etwa zylindrische Gestaltung im mittleren Teil des Geschosses G bei. In seinem rückwärtigen Teil erweitert sich der Kanal wieder bis zur vollen Breite a des Geschosses.According to FIG. 1, the channel narrows from the opening α extending over the width of the projectile to the opening b and retains the approximately cylindrical shape in the central part of the projectile G. In its rear part, the channel widens again to the full width a of the floor.

Die Luft, die sich vor dem in Pfeilrichtung P fliegenden Geschoß befindet, wird bei einer bestimmten rechnungsmäßig gegebenen Geschwindigkeit .oder einer noch größeren als diese durch dasselbe hindurchgetrieben. Selbstverständlich übt hierbei die Reibung ihren Einfluß aus, dem kann aber dadurch gesteuert werden, daß die Verengung b, b nicht so stark gemacht wird, als sie rechnerisch sein sollte. Die aufzuwendende Energie bei der angegebenen Geschwindigkeit ist als Folge der inneren Reibung, gleich der kinetischen Energie der austretenden Luft und dem Zuwachs an innerer Energie und der Reibung der Luft an den äußeren Geschoßwänden.The air which is in front of the projectile flying in the direction of arrow P is driven through it at a certain mathematically given speed .or a speed even greater than this. Of course, the friction exerts its influence here, but this can be controlled in that the constriction b, b is not made as strong as it should be mathematically. The energy to be expended at the specified speed, as a result of the internal friction, is equal to the kinetic energy of the exiting air and the increase in internal energy and the friction of the air on the outer projectile walls.

Je nach den Umständen können Formen, wie die gemäß Fig. 2 und 3 ebenfalls von Vorteil sein. Es kann die Austrittsöffnung kleiner als die Eintrittsöffnung gewählt werden, damit auch bei einer Geschwindigkeit, die kleiner ist, als die, für die die Erweiterung des Kanals berechnet ist, hinter dem Geschoß keinDepending on the circumstances, shapes such as those shown in FIGS. 2 and 3 may also be advantageous be. The outlet opening can be selected to be smaller than the inlet opening so that even at a speed that is less than that for which the expansion of the channel is calculated, there is no behind the floor

luftverdünnter Raum entsteht, oder es kann j auch umgekehrt, die Eintrittsöffnung Meiner ^! als die' Austrittsöffnung gewählt werden.air-thinned space arises, or it can also be the other way round, the inlet opening of mine ^! can be chosen as the 'exit port.

Die Geschoßform nach Fig. 3 ist so gewählt, , daß das Entstehen eines luftverdünnten Raumes über dem Geschoß möglichst verhindert wird, was durch die Fallgeschwindigkeit des Geschosses veranlaßt werden könnte; außerdem ■kann dadurch die Querschnitts- und Längsschnittsbelastung des Geschosses gesteigert werden.The projectile shape according to Fig. 3 is chosen so that the creation of an air-diluted space above the projectile is prevented as much as possible, which is due to the falling speed of the Projectile could be caused; also ■ can reduce the cross-sectional and longitudinal load of the storey can be increased.

Für eine bestimmte Geschwindigkeit wird die Verengung b, b¹, δ² berechnet. Selbstverständlich muß der engste Querschnitt für den Kanal möglichst kurz hinter dem Geschoßkopf beginnen. Die engste Stelle des Kanals soll solang wie möglich sein, um so möglichst viel Raum für die Füllung mit Sprengstoff zu gewinnen, uncLes. jst...überhauptdie ^uerschnittsbelastung des_ Geschosses möglichst groß_zu rieEmen. The constriction b, b ¹ , δ ^{2 is} calculated for a certain speed. Of course, the narrowest cross-section for the canal must begin as soon as possible behind the projectile head. The narrowest part of the canal should be as long as possible in order to gain as much space as possible for the filling with explosives, uncLes. jst ... to reduce the cross-sectional load of the projectile as much as possible.

Das Geschoß wird an und für sich stabil sein, da der hindurchstreichende Luftstrom es immer wieder in die Richtung des Luftstromes zwingt. Dabei ist ...es .keineswegs ausgeschlossen, das Geschoß.. als Pfeilgeschoß zu bauen, bei dem der Schwerpunkt vor den Mittelpunkten der Geschoßachse und des Luftwiderstandes liegt. Bei solchen Geschossen ist bekanntlich der Drall entbehrlich; es könnte somit die für den Drall aufzuwendende Arbeit gespart und vor allen Dingen der kupferne Führungsring entbehrt werden, was namentlich für die Jetztzeit von Bedeutung wäre.The projectile will be stable in and of itself because the airflow sweeping through it will forcing again and again in the direction of the air flow. It is by no means impossible the projectile .. to be built as an arrow projectile with the center of gravity in front of the centers the projectile axis and the air resistance. It is well known that such projectiles the twist is dispensable; it could thus do the work to be expended for the twist saved and, above all, the copper guide ring can be dispensed with, something specifically would be of importance for the present time.

Das Geschoß wird zweckmäßig mit Hilfe eines Spiegels abgefeuert, wobei gegebenenfalls auf letzterem ein Führungsring angebracht ist, dessen Material zur Wiederverwendung aus dem Grunde gelangen könnte, weil der Spiegel beim Abfeuern des Geschosses' von diesem abgestoßen wird. Jedenfalls muß angestrebt werden, den Spiegel möglichst klein und leicht zu machen, da die auf ihn übertragene kinetische Energie für die Gesamtbewegung des Geschosses verloren geht. Gerade aus diesem Grunde aber ist die Verengung des Kanals von Wichtigkeit, weil dadurch das Gewicht des Geschosses im Vergleich zu seinem Spiegel erhöht wird. Zweckmäßig ist der Spiegel auf der dem Geschoß zugekehrten Seite ausgehöhlt, so daß der auf ihn von vorn kommende Luftdruck vergrößert und dadurch das Ablösen des Spiegels vom Geschoß erleichtert wird. Im übrigen wird die äußere Gestaltung des Geschosses bzw. des Flugkörpers durch die Formgebung des in der Achse liegenden Kanals nicht berührt.The projectile is expediently fired with the aid of a mirror, where appropriate on the latter a guide ring is attached, the material of which is made for reuse could come about because the mirror repelled when the projectile was fired will. In any case, the aim must be to make the mirror as small and light as possible, since the kinetic transferred to it Energy for the overall movement of the projectile is lost. But it is precisely for this reason that the canal is narrowed of importance because it reduces the weight of the projectile compared to its mirror is increased. The mirror is expediently hollowed out on the side facing the floor, so that the air pressure coming from the front increases and thereby the detachment of the Mirror is facilitated by the projectile. In addition, the external design of the floor or the missile is not affected by the shape of the channel lying in the axis.

Claims (2)

P ATENT- AN SPRÜCHE :P ATENT SUMMARIES: 1. Flugkörper, insbesondere Geschoß mit achsialem Längskanal, gekennzeichnet durch eine derartige vordere Erweiterung des Kanals, daß der Reaktionsdruck der durchstreichenden Luft in der hinteren Erweiterung erhöht wird.1. Missile, in particular projectile with an axial longitudinal channel, characterized by such a front enlargement of the channel that the reaction pressure of the crossing Air in the posterior extension is increased. 2. Flugkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche vordere Erweiterung, daß oberhalb einer gegebenen Fluggeschwindigkeit keine derartige Stauung y₀ der den Kanal durchstreichenden Luft eintreten kann, daß die Luft nach vorn aus dem Kanal heraustritt und außen um den Flugkörper abfließt.2. Missile according to claim 1, characterized by such a front extension that above a given airspeed no such congestion y ₀ of the air passing through the duct can occur that the air emerges from the duct to the front and flows out around the missile. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.1 sheet of drawings.