DE3122356C2 - Leitwerk für KE - Übungsgeschoß - Google Patents

Abstract

Um die Reichweite von Geschossen bei Übungsschießen auf einer vorbestimmten Flugstrecke unter Beibehaltung der ballistischen Eigenschaften drastisch zu verkürzen, wird ein Stabgeschoß mit einem Leitwerk versehen, welches aus gleichmäßig am Umfang des Geschoßkörpers (1) verteilten Röhren (2) besteht. Der Innendurchmesser der Röhren (2) verjüngt sich von der Lufteintrittsöffnung symmetrisch und konisch bis zu einem engsten Querschnitt, welcher sich kurz hinter der Lufteintrittsöffnung befindet. Von da ab bleibt der Querschnitt konstant. Diese konstruktive Maßnahme stellt eine umgekehrt angeströmte Lavaldüse dar, welche während des Geschoßfluges ab einer bestimmten Machzahl eine aerodynamische Verblockung herbeiführt, welche den Luftwiderstand stark erhöht und so die Geschoßgeschwindigkeit schnell reduziert.

Description

20 ches gilt für die ballistische Angleichung der Flugbah-

2. Leitwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn- nen.

zeichnet, daß die trichterförmige Verjüngung schs- Die Forderung 2. nach Reichweiten-Verkürzung beim

symmetrisch ist Überschreiten einer vorgegebenen Schußentfernung

3. Leitwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge- bedeutet jedoch eine drastische Abänderung der ballikennzeichnet, daß die trichterförmige Verjüngung 25 stischen Ansieichung an die Flugbahn des Gefechtsgekonischist Schosses nach einer bestimmten Flugstrecke des

4. Leitwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Übungsgeschosses. Zu diesem Zweck muß grundsätzdadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenlängsach- Hch eine Steuerung des Luftwiderstandes des Geschossen parallel zur Geschoßlängsachse stehea ses mit der Flugstrecke vorgenommen werden. Gerade

.30 dieser Steuerungsmechanismus muß höchst zuverlässig

arbeiten.

Ein KE-Übungsgeschoß, welches alle drei Forderungen voll erfüllt, ist bis zum jetzigen Zeitpunkt nicht be-

AIs KE-Geschosse werden Pfeil- bzw. Stabgeschosse kanntgeworden.

aus Stahl, vorzugsweise aber aus Schwermetall bezeich- 35 An Übungsgeschossen für den KE-Typ ist sowohl in

net. Sie werden mit hoher Geschwindigkeit verschossen den USA als auch in der Bundesrepublik Deutschland

und besitzen aufgrund ihrer verhältnismäßig großen gearbeitet worden. Dabei wird das Prinzip der herge-

Länge von üblicherweise mehr als 10 Durchmessern brachten und ballistisch erprobten Form des (flügelsta-

(Kalibern) eine große Masse pro Querschnitt Wenn sie bilisierten) Pfeilgeschosses beibehalten. Um die Flug-

mit ihrer Oberfläche auf ein hartes Ziel, z. B. auf eine 40 weiten-Verringerung zu erreichen, wird eine Zerlegung

Panzerung treffen, werden daher extrem große kineti- des Geschosses durch einen eingebauten Mechanismus

sehe Energien pro Stabquerschnitt an den Treffpunkt in Abhängigkeit der Flugzeit angewendet,

geliefert. Aufgrund eines besonderen Mechanismus Während die Auslösung der Zerlegung im Falle der

bringen solche Stabgeschosse eine überragende Durch- US-Version durch Abschmelzen der Geschoßspitze in

Schlagsleistung. 45 Folge ihrer aerodynamischen Aufheizung während des

Stabgeschosse mit Längen über 6 Kaliber sind aus Fluges erfolgt, werden in der Bundesrepublik Deutsch-

\| technischen Gründen nicht mehr durch Drall stabilisier- land dafür Sprengpillen verwendet

y bar, sie werden vielmehr als Pfeile mit stabilisierenden Durch diesen Geschoßtyp ist zwar die erste der zwei

|f Flügeln (Leitwerk) verschossen. unumgänglichen Forderungen von selbst erfüllt, aber

fö Die für die erforderliche Durchschlagsleistung not- 50 aufgrund der komplizierten Struktur der Zerleger-Me-

f| wendige hohe Masse pro Querschnitt gewährleistet chanik muß Punkt 3. als für europäische Verhältnisse

p gleichzeitig einen geringen Geschwindigkeitsverlust nicht erbracht gelten. Dadurch wird auch Punkt 2. in

pro Flugstrecke, so daß dadurch eine durch den Luftwi- Mitleidenschaft gezogen. Überdies muß noch vermutet

If derstand nur wenig verringerte Auftreffgeschwindig- werden, daß hohe Fertigungskosten für das Geschoß

> I keit an einem wenige Kilometer entfernten Ziel für den 55 selbst beträchtlich die Verwendungshäufigkeit be-

' I Durchschlag, z. B. der Panzerung, zur Verfügung steht. schränken werden, zumal unter heutigen Aspekten der

f Für Gefechtsgeschosse ist dies erwünscht Wird das Wirtschaftlichkeit erhöhte Priorität eingeräumt werden

i'i Geschoß — wie beim Übungsschießen — aber derart muß.

freifliegend verschossen, daß es durch kein Ziel aufge- Andere Überlegungen in der Bundesrepublik basie-

halten wird, so können sich im Extremfall Reichweiten 60 ren auf einer fest eingebauten Erhöhung des Luftwider-

von näherungsweise 100 km ergeben. Da sich hieraus Standes durch ein kegelförmiges Leitwerk, das mit fast

Gefahren für eine entsprechend ausgedehnte Umge- achsparallelen Bohrungen versehen ist (Lochkegel-Leit-

bung um Übungsplätzen ergeben wurden bzw. weil es werk gemäß »Soldat und Technik«, Ausg. 10, 1980,

keine Übungsplätze hinreichend großer Ausdehnung in S. 552, Bild 8 und DE-OS 26 24 524). Über diese Bohrun-

der Bundesrepublik Deutschland gibt, und keine optimal 65 gen kann ein Druckausgleich zwischen dem Geschoß-

'■ sicheren Geschoßauffangvorrichtungen hinter dem Ziel boden und der der Anströmung zugewandten Kegelsei-

zur Verfügung stehen, müssen KE-Übungsgeschosse te erfolgen, die beim Flug im Überschallbereich hinter

j mit verminderter Reichweite verwendet werden. Für einer Stoßwelle liegt. Die Analyse von Meßergebnissen

zeigt daß im Oberschallbereich bis hinunter zu knapp zweifacher Schallgeschwindigkeit (Mach 2) eine Strömung zum Geschoßboden hin durch die Bohrungen des Leitwerks erfolgt, die den Bodendruck erhöht und dadurch den Luftwiderstand reduziert. Bei Überschallströmung unier Mach 2 kehrt sich diese Strömungsrichtung um.

Im Vergleich zu einem Vollkegel-Leitwerk ist also der Luftwiderstand des Lochkegel-Leitwerks im hohen Überschal] geringfügig niedriger und im niedrigen Überschall etwas höher. Das Verhalten im Unterschall ist noch weitgehend unbekannt

Der entscheidende Nachteil dieses Lochkegel-Leitwerkes ist jedoch sein hohes c-Wert-Niveau, das stets über 1 liegt Während das des Gefechtsgeschosses sich beim Abschuß aus der Waffe um 0,3 bewegt Weiterhin sind die abgangs- und die für die Treffleistung maßgebenden außenballistischen Eigenschaften von denen des Gefechtsgeschosses so verschieden, daß dadurch Punkt 1. der unumgänglich technischen Forderung insgesamt auch nicht annähernd erfüllt ist Andererseits werden die Forderungen 2. und 3. erbracht

Die Erfindung geht somit aus von einem Leitwerk für ein KE-Übungsgeschoß mit gleichmäßig am Umfang verteilten Durchlaßöffnungen.

Ein solches Leitwerk ist bekanntgeworden durch die deutsche Offenlegungsschrift DE-OS 27 47 313. Im bekannten Fall wird zwar insgesamt eine Begrenzung der Reichweite erzielt, die ballistische Anpassung der Eigenschaften zwischen Übungsgeschoß und dem KE-Geschoß ist wegen der unterschiedlichen c-Werte nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übungsgeschoß zu konzipieren, welches im Bereich der Kampfentfernung dem Gefechtsgeschoß ballistisch angepaßt ist, jedoch in einem darüber hinausgehenden Bereich eine drastische Abbremsung erfährt Die Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch die Merkmale seines kennzeichnenden Teiles gelöst.

Durch diese Art der Formgebung der Röhren wird erreicht daß, abhängig vom Verhältnis engster Querschnitt (F*), welcher auch Querschnitt des zylinderförmigen Abschnittes ist, zum Eintrittsquerschnitt (F) gleich F⁺ /F und der Machzahl der einströmenden Luft, eine aerodynamische Verblockung in der Röhre eintritt und die anströmende Luft nicht mehr vollständig durchströmen und so den Geschoßbodensog auch nicht mehr kompensieren kann.

Die überraschende Wirkung der Erfindung beruht auf der Umsetzung der Erkenntnis, daß bei Überschall-Geschossen ein beträchtlicher Teil der kinetischen Energie fortwährend in Verlustenergie umgesetzt wird. Dies geschieht vorwiegend durch Ausbildung von Druck- bzw. Stoßwellen in der umgebenden Luft und durch Sogwirkung am Heck des Geschosses. Bewegt sich aas Geschoß im Überschallbereich, so werden die an der Einlauföffnung der Röhren des Leitwerks auftretenden Machschen Wellen mit abnehmender Machzahl immer steiler, und die zuströmende Luft durch die daraus resultierende Druckerhöhung in der Röhre kann nicht mehr vollständig abgeführt werden. Der überschüssige Anteil bringt die Röhre zum Überlaufen und erzeugt somit einen Stau, der als senkrecht vor der Röhre stehende Machsche Welle bzw. als von der Röhre abgelöste Druck- bzw. Stoßwelle in Erscheinung tritt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Röhren ruft somit eine drastische cv-Wert-Eirhöhung durch zwei sich ergänzende strömungsmechanische Wirkungen hervor: Einerseits wird durch Ausbildung der Machschen V/elle kinetische Energie des Geschosses in Wellenenergie überführt und andererseits wird durch Reduzierung der Einströmung in den Heckberrich des Geschosses der Elodensog erhöht. Bildlich gesprochen wird durch den erfindungsgemäß ausgenutzten Strömungsmechanismus ein Überschall-Bremsfallschirm am Geschoßheck installiert, dessen konvexe Seite in Schußrichtung zeigt Dadurch wird die Geschv/indigkeit sehr stark gemindert

Der äußere Durchmesser jeder Düse ist von der Geschoß-Geometrie abhängig. Der Winkel der vorderen Düsenwand sollte 10° nicht überschreiten. Hierdurch und durch das F⁺/F-Verhältnis ist die Mindestlage der Düse vorgegeben. Durch eine weitere Verlängerung mit zylindrischem Fortsatz können die abgangs- und die außenballistischen Geschoßeigenschaften der Üb-Version auf die des zu simulierenden Gefechtsgeschosses abgestimmt werden.

Es läßt sich durch eine Überschlagsrechnung leicht abschätzen, daß der Luiftwiderstandbeiwert des Röhrenleitwerkes bei ungehinderter Strömung durch die Düsen nicht nennenswert größer ist als der der entsprechendsn Flügelversion. Für das in F i g. 1 konzipierte Leitwerk ist eine dem KE-Gefechtsgeschoß aus einer 120-mm-Kanone angeglichene Üb-Reichweite von etwa 3 km und eine maximale Flugweite von weniger als 10 km zu erwarten, wenn die Erhöhung des Waffenrohresvonl0^c nicht überschritten wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß

a) die Reichweite des Übungsgeschosses zuverlässig verkürzt wird,

b) die Reichweitenverminderung durch konstruktive Mittel erreicht wird,

c) die Herstellung des KE-Übungsgeschosses einfach ist,

d) die Sicherheit im Bereich von Schießübungsplätzen erhöht wird.

Um den für ein solches Pfeilgeschoß erforderlichen Ausgleichsdrall von mindestens 100 Umdrehungen pro Sekunde zu erzeugen, können beispielsweise an der Außenfläche des Leitwerkes in den Räumen zwischen den Röhren Anschrägungen angebracht werden. Solche Zusätze sind konventionell und werden daher nicht gesondert aufgeführt. Sofern andere Möglichkeiten zur Drallerzeugung in Erwägung gezogen werden, ist unbedingt von einer Schrägstellung der Düsen abzusehen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Grundtyp des Leitwerkes,

F i g. 2 ein Diagramm, in welchem Verhältnis engster Querschnitt (F⁺) zu Eintrittsquerschnitt (F) über der Machzahl aufgetragen ist.
Auf der linken Seite der F i g. 1 ist die Vorderansicht des erfindungsgemäßen Übungsgeschosses abgebildet. Es zeigt cüe gleichmäßig am Umfang des Geschoßkörpers 1 verteilten Röhren 2 mit dem Eintrittsquerschnitt (F) und dem engsten Querschnitt (F⁺). Der rechte Teil der Fig. 1 zeigt einen Schnitt des Geschosses, aus v/elehern zu ersehen ist, daß nach dem engsten Querschnitt (F⁺) die Längsbohrung bis zum Geschoßheck 3 einen konstanten Durchmesser hat. Der äußere Durchmesser jeder Düse ist von der Geschoßeeometrie ahhänuio

Der Winkel der vorderen Düsen wand 2a sollte 10° nicht überschreiten. Hierdurch und durch das F+/F-Verhältnis ist die Mindestlänge der Düse vorgegeben. Durch eine weitere Verlängerung mit zylindrischem Fortsatz können die abgangs- und außenballistischen Geschoßeigenschaften des KE-Übungsgeschosses auf die des zu simulierenden Gefechtsgeschosses abgestimmt werden. F i g. 2 zeigt zur Erläuterung der Wirkungsweisen des Leitwerkes nach F i g. I ein Diagramm, in welchem das Querschnittsverhältnis engster Querschnitt (F⁺) zum Eintrittsquerschnitt (F) F⁺/F über der Machzahl M der anströmenden Luft aufgetragen ist Die obere schraffierte Fläche gibt den Bereich einer durchschlüpfenden Stoßwelle wieder, die untere denjenigen Bereich, in welchem es zu einer aerodynamischen »Verstopfung«, d. h. Verblockung kommt

Diese mit sich in Einströmrichtung verengenden Querschnitte weisen aufgrund der Ausnutzung der Eigenschaften von Düsenströmungen im Überschallbereich stark unterschiedliche Luftwiderstände auf, die sowohl vom Verhältnis des engsten Querschnitts (F*) zum Eintrittsquerschnitt (F) als auch von der Machzahl der anströmenden Luft abhängen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch die Querschnittsverengung in der Düse in Abhängigkeit von der Machzahl zwei qualitativ verschiedene Strömungsformen erzwungen werden. So ist es möglich, daß eine sprunghafte Druckerhöhung (Stoß) im konvergenten Düsenteil entsteht, der mit abnehmender Machzahl in Gegenstrom-Richtung wandert und vor dem Düseneinlauf erscheint Hierdurch wird angezeigt, daß das anströmende Gas nicht mehr von der Düse abgeleitet werden kann.

Die Düse erscheint somit aerodynamisch blockiert und zeigt daher einen Widerstand, der mehr dem eines Vollzylinders als dem einer Röhre entspricht

Dieser Zustand der aerodynamischen Blockierung tritt auf, wenn das Querschnittsverhältnis F⁺IF in Abhängigkeit von der Machzahl in den Bereich der unteren schraffierten Fläche der F i g. 2 fällt

Tritt der Stoß erst hinter dem engsten Querschnitt auf, 30 wandert er mit dem Strom und tritt am Düsenende aus.

Die Düse ermöglicht also ein Durchschlüpfen der Stoßwelle und führt folglich die einströmende Luft mit geringem Widerstand dem Geschoßheck zu, wo die Luft ausströmen kann und so den Bodensog, welcher im hohen Überschallbereich ca. 40% des Gesamtwiderstandes ausmachen kann, kompensiert

Dieser Fall ist in F i g 2 in der oberen schraffierten Fläche dargestellt

Bewegt sich eine solche Röhre mit einem F⁺IF-Vnhältnis von beispielsweise 0,7 wie ein Geschoß, verzögert mit abnehmender Machzahl, so hat es oberhalb von Mach 3,2 einen niedrigen Luftwiderstand, der bei Mach 3,2 steil ansteigt und bei Mach 1,8 seinen Maximalwert erreicht (F ig. 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1 2 Flügelgeschosse stellt diese Forderung jedoch Neuland Patentansprüche: dar. An KE-Übungsgeschosse, insbesondere für Panzer-

1. Leitwerk für ein KE-Übungsgeschoß mit gleich- kanonen, müssen drei unumgängliche technische Fordemäßig am Umfang verteilten Durchlaßöffnungen 5 rungen gestellt werden:
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. Sie müssen bis zur Kampfentfernung die Trefflei-

a) die Durchlaßöffnungen werden durch Röhren stung der Gefechtsgeschosse bei möglichst angegli-(2) mit konstantem Außendurchmesser gebildet, diener Flugbahn aufweisen.

b) die Innenkontur jedes Rohres weist einen trich- 10 2. Über darüber hinausgehende Entfernungen muß terförmig (2s) und eine zylinderförmig gestalte- die Reichweite drastisch verkürzt sein.

ten Abschnitt auf, 3. Die Reichweitenverkürzung muß praktisch voll-

c) der große Durchmesser des Trichters (2a) zeigt kommen zuverlässig funktionieren,
zur Geschoßspitze und ist geringfügig kleiner

als der Außendurchmesser des jeweiligen Roh- 15 Wird die Treffleistung nach Punkt 1. betrachtet, so

res, sind die abgangsballistischen Geschoßeigenschaften

d) der Durchmesser des Trichters (2a) verringert von ausschlaggebender Bedeutung. Alle hierfür charaksich kontinuierlich von diesem Wert auf den des teristischen Daten des Übungsgeschosses müssen mit zylindrischen Teils. denen des Gefechtsgeschosses übereinstimmen. Ähnli-