DE2804270A1

DE2804270A1 - Artilleriegeschoss mit bodensogreduzierung

Info

Publication number: DE2804270A1
Application number: DE19782804270
Authority: DE
Inventors: Nils-Eric Gunners
Original assignee: GUNNERS NILS ERIC; HELLGREN RUNE VALENTIN; LIJEGREN TORSTEN
Current assignee: Gunners Nils-Eric Vaesterhanige Se Hellgren Ru
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1978-02-01
Publication date: 1979-08-02
Also published as: US4213393A; DE2804270C2

Description

PATENTANWÄLTE

A. GRÜNECKER

QP1--ING.

H. KINKELDEY

W. STOCKMAlR

OR-ING. ■ AeE (CALTSM

K. SCHUMANN

Oft RER. NAT. ■ DIPU-PKYa

P. H. JAKOB G. BEZOLD

ER. RERNAT.· OIH-CHEM.

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 12 401

1. Fet>. 1978

Nils-Erik Gunners

Furudalsvägen 10, S-137 00 VÄSTEEHANUTGE

Rune Valentin Hellgreen

Södermannagatan 18, S-116 23 STOCKHOLM

Torsten Liljegren

Sandavägsn 28, S-140 32 GRÜDINGE

Artilleriegeschoß mit Bodensogreduzierung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Artilleriegeschoß
mit einer Einrichtung zur Verringerung des Bodensogs
und damit zur Steigerung der Reichweite bei verringerter Streuung.

Um die Reichvreite von Artilleriegeschossen zu vergrößern, wurde bereits vorgeschlagen, im hinteren Teil des Geschosses einen Raketenantrieb anzuordnen. Derartige Geschosse

telefon (oea> aaases

TSLSX O5-2S38O

TELEKOPiERER

sind unter der Bezeichnung EAP- (Hocket Assisted Projectiles)-Geschosse bekannt. Der Raketenantrieb hat jedoch verschiedene Kachteile, da selbst geringfügige Änderungen des Zündzeitpunkts und des Raketenschubs beträchtliche Änderungen der Reichweite verursachen können. Der genaue Zündzeitpunkt und damit die Flugbahn des Geschosses sind äußerst schwer bestimmbar. Daher schlagen RAP-Geschosse, selbst wenn sie anscheinend vollkommen gleich sind und von der gleichen Stelle abgeschossen werden, in einem ziemlich ausgebreiteten Zielgebiet auf.

Zur Beseitigung der Artilleriegeschossen mit Raketen-Hilfsantrieb anhaftenden Mängel wurde als Alternative vorgeschlagen, den Bodensog von Geschossen zu verringern. Bei einem Artilleriegeschoß bildet sich im Fluge unmittelbar hinter dem Geschoß eine Unterdruclczone aus, welche auf das Geschoß eine als Bodensog bezeichnete Kraft ausübt und die Geschwindigkeit des Geschosses verringert. Die Bodensogreduzierung stellt eine vollständig andere Lösung für dieses Problem dar, da hierbei kein zusätzlicher Raketenschub zur Anwendung kommt.

Der Bodensog trägt einen beträchtlich großen Anteil zum Gesamtwiderstand des Geschosses bei und ergibt sich daraus, daß der Luftdruck am Boden des Geschosses aufgrund des Abreißens der Strömung niedriger ist als der umgebende Luftdruck. Durch Injizieren eines Massenstroms aus dem hinteren Ende des Geschosses in die Bodenströmung läßt sich der Bodendruck erhöhen und damit der Bodensog verringern. Wird der Ausstoß des Massenstroms mit der Freisetzung von Wärme, beispielsweise durch Verbrennung, kombiniert, so läßt sich der Bodendruck nocht weiter erhöhen.

Der vorstehend beschriebene, durch den Massenstrom und die Freisetzung von Wärme erzielte Effekt unterscheidet sich vom Raketenantrieb hauptsächlich dadurch, daß die durch den Massenstrom ausgeübten Reaktionskräfte im Vergleich zu der durch den erhöhten Bodendruck erzielten Verringerung des Widerstands sehr klein sind. Um jedoch den Effekt der Bodensogreduzierung in einem möglicht großen Maße ausnützen zu können, ist der am Geschoßboden austretende Massenstrom über einen möglichst großen Teil der Flugzeit aufrechtzuerhalten.

Es ist bekannt, kleinkalibrige Geschosse von ca. 30 mm und weniger mit Leucht- oder Rauchspursätζen zu versehen, welche bei derartigen Geschossen eine gewisse Verringerung des Bodensogs bewirken können. Siehe beispielsweise US-PS 3 086 009· Derartige Spursätze brennen jedoch sehr schnell, gewöhnlich innerhalb weniger Sekunden ab, sind also für eine Verringerung des Bodensogs über eine längere Zeitspanne nicht verwendbar. Die verwendeten Brennsätze bestehen gewöhnlich aus einem steifen, nur wenig elastischen Treibstoff mit einem relativ hohen Metallgehalt von beispielsweise ca. 35%> so daß ihre Verbrennungsgase einen großen Anteil an festen Verbrennungsrückständen enthalten, welche nicht zur Verringerung des Bodensogs beitragen. Außerdem eignen sich diese Brennsätze zumeist nur für Geschosse von kleinem Kaliber von etwa 30 mm und weniger und geringer Reichweite von etwa 4000 m oder gar nur 300 bis 400 ra, obgleich ihre Verwendung in Geschossen größeren Kalibers auch schon vorgeschlagen wurde.

Die im Hinblick auf den Bodensog eines Raketenantriebs auftretenden Schwierigkeiten sowie Einrichtungen zur Verringerung des Bodensogs sind in der US-PS 3 885 385 beschrieben.

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Die Erzeugung des notwendigen Basis-Massenstroms bringt im Falle eines sich schnell bewegenden Geschosses gewisse praktische Schwierigkeiten mit sich, da die ausgestoßene Masse von einem innerhalb des Geschosses angeordneten System geliefert v/erden muß. Insgesamt läßt sich daher feststellen, daß für das Problem, die Wirkung des Bodensogs auf ein Artilleriegeschoß zu verringern, bisher noch keine befriedigende Lösung gefunden wurde.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Artilleriegeschosses mit einer Einrichtung zum Verringern des Bodensogs, welche die Erzielung einer optimalen Reichweite und eine Verringerung der Streuung ermöglicht. Zur Erreichung dieses Ziels schafft die Erfindung ein insbesondere in seinem hinteren Teil neuartig gestaltetes Geschoß in Kombination mit einem besonders geeigneten Brennstoff- und Zündladungsanordnung.

Gemäß der Erfindung hat ein aus einem Rohr verschießbares Artilleriegeschoß mit Bodensogreduzierung einen Geschoßkörper mit einem Bodenteil, welches einen verengten Gasausläß und eine mit diesem strömungsverbundene, durch Wandungen innerhalb des Geschoßkörpers begrenzte Brennkammer aufweist. Die Brennkammer und der verengte Auslaß bilden zusammen mit einem in der Brennkammer angeordneten, eine brennstoffreiche Zusammensetzung aufweisenden Brennsatz, welcher· eine beim Austritt des Geschosses aus der Rohrmündung zündbare Abbrandflache aufweist, eine Einrichtung zum Verringern des Bodensogs durch den Ausstoß eines gasförmigen Massenstroms und Freisetzung von Wärme in die bzw. in der Bodenströmung zur Erhöhung des Bodendrucks im nahen Bodenbereich und Verringerung des Bodensogs ohne die Erzeugung eines Raketenschubs durch Überschreitung des Umgebungsdrucks im Bereich der Bodenströmung.

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Die Austrittsfläche des verengten Auslasses, die Abbrandfläche und Masse des Treibstoffs und die statische Abbrandgeschwindigkeit des Treibstoffs stehen in einer solchen Beziehung zueinander, daß sich ein niedriger gasförmiger Massenstrom vom Austritt des Geschosses aus der. Rohrmündung über einen beträchtlichen Teil der Flugzeit aufrechterhalten läßt und daß der Druck innerhalb, der Brennkammer während des Flugs den Bodendruck nur um einen geringfügigen Betrag von ca. 0,01 bis ca. 0,5 Bar übersteigt. Die Brennkammer enthhält vorzugsweise eine Zündeinrichtung zum Aufrechterhalten der Verbrennung des Treibstoffs beim Austritt des Geschosses aus der Rohrmündung.

Zwischen der Gesamtfläche des Bodens (A, ), der Fläche des verengten Gasauslasses (A, ) und dem dimensionslosen Massenstrom des ausgestoßenen Gases (I) besteht im Bereich der Sohrmündung die Beziehung

A-./A,

—γ— = wenigstens 10.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele"der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht des hinteren Teils eines Artilleriegeschosses,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht und eine Stirnansicht eines Brennsatzes in einer Ausführungsform,

Fig. 3 eine Längsschnittansicht eines Artilleriegeschosses,

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Eeichweitensteigerung als Funktion der Treibstoff masse und des Verjüngungswinkels des Geschoßzapfens,

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/IQ

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Bodensogreduzierung als Funktion der Beziehung zwischen den Abmessungen des Auslasses und der Gesamtfläche des Bodens und

Pig. 6 eine grafische Darstellung der in Fig. 5 dargestellten Beziehungen in Beziehung auf den dimensionslosen Hassenstrom.

Fig. 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 muffenförmiges Gehäuse 5 befestigt, an dessen hinterem Ende eine Bodenplatte 6 mittels eines v/eiteren Gewindes 7 befestigt ist. Die Bodenplatte 6 hat wenigstens eine Auslaßöffnung 8, welche in Bezug auf die Abbrandfläche einer im folgenden beschriebenen Treibladung 9 eine bestimmte Querschnittsfläche aufweist und zunächst mittels einer schützenden Berstscheibe etwa aus Aluminiumfolie od. dergl. verschlossen sein kann. Das muffenförmige Gehäuse 5 stellt eine Brennkammer dar, in welcher die vorzugsweise entlang ihrem äußeren Umfang und an ihren Stirnseiten von einem Abbrandschutz überdeckte Treibladung 9 untergebracht ist. Ein in die Endwand 3 der Granate eingesetztes Zündergehäuse 13 hat eine Anzahl von Löchern 11 und enthält eine Zündladung

Da der Geschoßwiderstand im ersten Teil der Flugbahn am höchsten ist, kommt es darauf an, daß die Treibladung unmittelbar beim Austritt aus der Rohrmündung gezündet wird, so daß der Ausstoß des Massenstroms und die Freisetzung von Wärme sofort nach dem Abschuß beginnt. Die Zündung kann mittels eines durch die Beschleunigung beim Abschuß betätigbaren elektrischen oder mechanischen Zünders erfolgen, oder auch, in vereinfachter Weise, mittels der heißen Verbrennungsgase im Geschützrohr.

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Dabei genügt die Zündung der Treibladung durch, die heißen Verbrennungsgase allein jedoch nicht, da die Treibladung durch den beim Verlassen der Rohrmündung in der Brennkammer auftretenden starken Druckabfall, beispielsweise von ca. 600 Bar auf 1 Bar wieder gelöscht werden kann. Aus diesem Grunde ist eine Hilfszündung notwendig. In einer besonders vorteilhaften Ausführung enthält das Geschoß eine Zündeinrichtung mit einem pyrotechnisehen Brennstoff, welcher nur in sehr geringem Maße auf Druckänderungen reagiert.

Der pyrotechnische Zünder enthält einen Brennstoff, welcher bei 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 der Treibladung angeordnet sein. Der pyrotedhnische Zünder kann aus mehreren Schichten von verschiedener Zusammensetzung geformt sein, wobei von einer der Schichten ein höherer Anteil an gasförmigen Verbrennungsrückständen freigesetzt

Beim Abfeuern des Geschützes werden die Treibladung sowie auch die pyrotechnische Zündladung von den Verbrennungsgasen im Rohr gezündet. Unmittelbar nachdem das Geschoß dann die Rohrmündung verlassen hat, wird die Treibladung erneut vom pyrotechnisehen Zünder gezündet. Ein geeigneter Zündbrennstoff, welcher durch den starken Druckabfall beim Verlassen der Mündung nicht gelöscht wird, setzt sich beispielsweise zusammen aus 4-9,5% Zirkonhydrid, 4-9,5% Bleidioxid und 1% eines organischen Binders. Es sind jedoch auch andere bekannte Zündbrennstoffe verwendbar.

Eine Gesamtansicht des Artilleriegeschosses zeigt Fig. mit den in Pig. Λ verwendeten entsprechenden Bezugszeichen.

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Der Druck innerhalb der Brennkammer ist vorzugsweise so zu bestimmen, daß er den Bodendruck nur wenig, beispielsweise um ca. 0,01 bis 0,5 Bar übersteigt. Dadurch ergibt sich eine niedrige Brenngeschwindigkeit und daher ein sehr geringer Hassenstrom, so daß eine lange Brennzeit erzielbar ist. Der niedrige Verbrennungsdruck ergibt außerdem eine Gasströmung im Unterschallbereich und verringert dadurch die Temperaturempfindlichkeit 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 vernachlässigbar sind.

Da für die wirksame Verringerung des Bodensogs nur ein sehr kleiner rlassenstrom notwendig ist, kann die dazu vei'vrendete Einrichtung ein niedriges Gewicht und kleine Ab^nsunFcen haben. 3ei einem ^U3 eines Rohr verschießbaren Artilleriegeschoß hat ein solcher, den Bodensog reduzierender Brennsatz von gegebener Größe eine beträchtlich stärkere Wirkung als ein RAP-Raketenantrieb mit der gleichen Brennstoffmenge. Um den durch die Beschleunigung beim Abschuß und durch den Drall des Geschosses hervorgerufenen hohen mechanischen Druck- und Zugspannungen wide: stehen zu können, muß der Brennoder Treibstoff eine hohe Zerreiß- und Verformungsfestigkeit haben. Geeignete mechanische Eigenschaften haben beispielsweise Composite-Treibstoffe, etwa mit Polybutadien als Binder und Ammoniumperchlorat als Sauerstoffträger. Composite-Treibstoffe sind in diesem Bereich allgemein bekannt. Sie setzen sich aus einem gummiartigen Binder oder Bronnstoff, etwa Polybutadien, und einem nit diesem vermischten Sauerstoffträger, etwa Ammoniumperchlorat zusammen. Je nach der anteiligen Zusammensetzung eines nolchen -Treibstoffs lannnn sich seine

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Ab

physikalischen Eigenschaften variieren. Der in dem erxindungsgemäßen Geschoß verwendete Brennstoff muß einerseits widerstandsfähig genug sein, damit die Treibladung 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 Drallkräften 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 Treibstoffs für die Verwendung im Rahmen der Erfindung zu bestimmen. Dabei muß die Verbrennung des Treibstoffs bei einem statischen Druck bis hinab auf ca. 0,1 Bar gewährleistet sein.

Durch ::eeip:nete Formgebung der Treibladung lassen sich die auf die33 einwirkenden ..rufte und Spannungen verringern, so daß auch ein weniger elastischer Treibstoff verwendet werden kann, etwa ein zweibasiger Treibstoff mit Nitrozellulose. Bei einer zylinder- oder rohrförmigen Treibladung lassen sich die Kräfte und Spannungen durch Unterteilen der Ladung in Segmente verringern.

Der ausgestoßene Massenstrom soll sich als Funktion der Zeit verringern, da sich die Geschwindigkeit des Geschosses sowie die Dichte der umgebenden Luft ebenfalls verringern. Ein solcher abnehmender Massenstrom ist durch entsprechende Formgebung der Treibladung und eine den Abbrand verhindernde Abdeckung gewisser Oberflächen derselben erzielbar.

Eine Möglichkeit für die Erzielung unterschiedlicher degressiver Massensbröae und verschiedener Brenndauern besteht darin, eine rohrförnige Treibladung in eine

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größere oder kleinere Anzahl von Segmenten au unterteilen und ihre Umfangs- und Stirnflächen abbrandverhindernd zu verkleiden. Sine solche Unterteilung der Treibladung vermindert auch die erwähnte Gefahr der Rißbildung durch Fliehkräfte.

S¹Xg. 2 zeigt eine geeignete Form einer Treibladung, in welcher diese in zwei Segaente 15 unterteilt ist und die Umfangs- und Stirnflächen mit einer abbrandverhindernden Verkleidung versehen sind.

Bei einem in Fig. 1 und 3 dargestellten typischen Artilleriegeschoß mit einem Gesamtgewicht von 18,5 kg hat die Treibladung ein Gewicht von lediglich 0,330 kg bei eineu Länge von 57 mm, einem Außendurchmesser von 76 ^mia und einem Innendurchmesser von 25 mm- Der Auslaß in der Bodenplatte hat einen Durchmesser von 25 mm. Um den gewKr.schcen degressiven !.'^"snfluB beim Abbrand der 'Treibl "d'i.nir ^u erzielen. i=;fc diese in zwei Segmente unterteilt, so daß die Abbrandflache zu Begin eine Aus-

2
dehnung von 93 cm und bei Brennschluß eine solche von

66 cm hat. Dies ergibt ein Verhältnis von 19 bzw. 13 : zwischen der Abbrandfläche und dem 4-,'9 cm großen Querschnitt des Auslasses zu Beginn bzw. am Ende der Brenndauer.

Bei einem herkömmlichen 105 mm Artilleriegeschoß mit einer den Bodensog verringernden Einrichtung der beschrie benen Art und Große, deren Treibstoff 85% Ammoniumperchlorat und 15% Polybutadien enthielt, wurde eine Reichweitensteigerung um 25% erzielt, wovon 12% auf die Verringerung des Bodensogs und der Rest auf die Gewichfes— erhöhung um ca. 2 kg zurückzuführen ist. Eine G?reibladuru: i::i Gewicut von nur 0,300 kg, beatehena aus 75% Ammoniumperchlorat und 25% Polybutadien erbrachte eine weibere Reichweitensbeigerung uu insgesamt 26%.

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Die größere Keichweitensteigeruns ist dabei das Ergebnis der Verwendung eines Treibstoffs mit einem höheren Gehalt an Brennstoff, d.h. an Polybutadien, welcher eine stärkere Nachverbrennung im Bereich nahe dan Geschoßboden zur Folge, hat. Bei einem 120 mm Artilleriegeschoß wurde mit einem .nur etwas größeren Bodenbrennsats eine Heichweitensteigerung von 25% erzielt, welche allein auf die Verringerung des Bodensogs zurückzuführen ist. Zur Erzielung einer günstigen Eeichweitensteigerung enthält der Treibstoff vorzugsweise ca. 50 bis 90% Ammoniumperchlorat. Bei einem 155 πα Geschoß ist mit einer Treibladung von 0,8 bis 2 kg eine starke Reduzierung des Bodensogs erzielbar, während für 75 mtn Geschosse eine Treibladung von ca. 0,1 bis 0,2 kg verwendbar ist.

Bei der Ver\\^rendung von Brennstoffreichen Treibstoffen hat die Bodenplatte vorzugsweise mehrere Auslässe von eir!':r gogobsnen Ge-HairA-^ue-rachniV.tsgr'äße. Mit einer sol- · c^. .-^I Anordnung ist eine stärkere Nachverbrennung an der Bodenseite des Geschosses erzielbar.

Die Erfindung ist nicht auf Ausführungsformen beschränkt, in denen die Brennkammer im hinteren Teil des Geschosses angeordnet ist. Die Brennkammer kann vielmehr an beliebiger Stelle im Geschoß angeordnet sein, solange sie nur in Strömungsverbindung mit dem Geschoßboden steht und die Quwrschnittsgröße des Auslasses auf die Abbrandfläche und die Brenngeschwindigkeit der Treibladung abgestimmt ist. Der Treibstoff enthält einen chemischen oder mechanischen Sauerstoffträger und einen mehr oder weniger energiereichen Brennstoff, welcher gewisse Änderungen der Beziehung zwischen der Abbrandflache und dem AuslaßquprschniV; erforderlich nnchen kann. Bekannte Composite-Rakotentreibstoffcsind mit Vorteil verwendbar, wobei br-'--rmri off reiche Treibstoffe den Vorzug verdienen.

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Die gebräuchliche Verwendung von Hohlboden-Artilleriegeschossen ermöglicht eine Eeichweitensteigerung auf äußerst einfache Weise. Eine brennstoffreiche Treibladung kann zusammen mit einem geeigneten Zünder in das hohle Bodenteil eingesetzt und von einer wenigstens einen Gasauslaß aufweisenden Bodenplatte darin festgehalten v/erden. Die Bodenplatte kann mit einem Außengeinde in ein entsprechendes Innengewinde am hinteren Ende des hohlen Bodenteils eingeschraubt werden. Dank dem niedrigen Verbrennungsdruck der Treibladung, welcher den Bodendruck um nur 0,01 bis 0,5 Bar übersteigt, braucht die Wandung des hohlen Bodenteils des Geschosses nicht verstärkt zu werden. Dabei bleibt auch das für die Sprengladung des Geschosses vorgesehene Volumen in vollen Maße erhalten, die Sprengladung braucht also nicht verkleinert zu werden. Darin unterscheidet sich das erfindungsgemäße Geschoß vorteilhaft von einem bekannton EAP-Geschoü, v;-.l:i;o" oin boträcLir-lich höheren G=T-; .i cht e.ufyfei-sc, ein rrl'ßeres Volumen beansprucht unü, da die Brennkammer innerhalb des Geschützrohrs abgeschlossen is::, eine größere Wandstärke erfordert, um den hohen Drücken und Beschleunigungskräften standhalten zu können.

Je nach der Grö e und Leistungsfähigkeit des Bodenbrennsatzes läßt sich die Wirkung der Verringerung des Bodensogs durch die Verwendung eines sich in einem Winkel von 0 bis 6 verjüngenden Bodenteils oder Geschoßzapfens weiter verbessern. Eine Verkleinerung des Verjüngungswinkels wurde schon immer als vorteilhaft angesehen, da sich hierdurch die Stabilität im Flug verbessern läßt, so daß längere Geschosse mit verringertem Wellenwiderstand und dadurch erhöhter Reichweite verwendet werden können. Bei herkömmlichen Geschossen bewirkt jedoch die Verkleinerung des Verjüngungswinkels am Geschoßzapfen eine Zunahme des Bodensogs, weshalb zur Erzielung einer

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DAD ORIGINAL

günstigen Reichweite ein größerer Verjüngungswinkel in Bereich von ca. 6 bis 9 angewendet v/erden inußbe.

Fig. ^LY zeigt eine grafische Darstellung der bei im übrigen gleichartigen Geschossen durch "Vergrößerung der Treibladung erzielbaren Reichweitensteigerung. Die strichpunktierte Kurve bezieht sich auf ein EAP-Geschoß mit einem Zapfen-Verjüngungswinkel von 6 bis 7°₅ die gestrichelte Kurve auf ein erfindungsgetnäßes Geschoß mit einem Verjüngungswinkel von 6 , die ausgezogene Kurve auf ein erfindungsgemäßes Geschoß mit einem Verjüngungswinkel von 0° und die strich-doppelpunktierte Kurve auf ein Eauchspurgeschoß mit einem Verjüngungswinkel von 7?3 · Aus der Darstellung ist die mit dem erfindungsgemäßen Geschoß erzielbare Eelchweitensteigerung deutlich zu erkennen. Ferner ist zu erkennen., daß das erfindungsgemäße Geschoß mit einem Verjüngungswinkel dec Ce^choBsnOfenn von 6 wenigstens bin zu einen I'reib- l£.(l-in.rn~ev\ cht von Γ',6 kg :'.,ar -^:- Lne beträchtlich größere Reichweite hat als das liauchspur- und das RAP-Geschoß, daß jedoch das erfindungsgenäße Geschoß mit einem Verjüngungswinkel von O⁰ bei einem Treibladungsgewicht; von mehr als ca. 1,1 kg eine noch stärkere Reichweitensteigerung ermöglicht.

Abgesehen von der verbesserten Stabilität entlang der Flugbahn ermöglicht die Verkleinerung des Verjüngungswinkels des Geschoßsapfens die Verwendung einer Treibladung mit größerem Durchmesser, insgesamt also mit größeren Abmessungen. Die Größe der Treibladung ist jedoch nicht im Hinblick auf größte Brenndauer zu bestimmen, sondern im Hinblick auf die größte Reichweite. Die Brenndauer soll sich über einen beträchtlichen x'eil, wenigstens etwa j3O/6 der Geschoßflugzeit erstrecken. Zur Erzielung der größten Reichweiten beträgt die Brenn-

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dauer gewöhnlich et v/a 50?' der Flugzeit. Da die Brenndauer jedoch nach der größten Reichweite des jeweiligen Kalibers bestimmt ist, kann sie bei kleineren Schußentfex'nungen mehr als 50?i 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 der Treibladung und der entsprechenden Verringerung des für die Sprengladung nutzbaren Volumens, so ist die größte Reichweite gewöhnlich dann erzielbar, wenn die Treibladung für eine sich über etwa 50% der· Flugzeit erstrekkende Brenndauer ausgelegt ist. Dabei kann die Treibladung jedoch auch für eine längere Brenndauer von beispielsweise 60% der Geschoßflugzeit ausgelegt sein.

Das Gehäuse für die Treibladung ist vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen leichteren Werkstoff, so daß luv 2:)ae-ibz-~jn.nsrxtz inr^/er-.v.nt ein nördlichst niedr-Lraa GfwL^'.t erh^;"t. Die Ii.rsnr_k.ira~e:' k^nn auoh ~us Stahl _ii^l: einer Auskleidung aus Aluminium oder einem anderen leichten Werkstoff sein.

Um die größtmögliche Wirkung der Bodensogreduzierung zu erzielen, wird der Gesamt-Hassenstrom vorzugsweise als Funktion des Auslaßquerschnitts in bezug auf die Abbrandflache der Treibladung bestimmt. Beim Verlassen der Rohrmündung beträgt das Verhältnis zwischen der Abbrandfläche und dem Auslaßquörschnitt vorzugsweise etwa 10 : 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 Erzie-Lum: einer angemessenen Bodensogreduzierung während des Fl.u_r:s der, Geschosses aus. 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

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nicht eintritt, soll die Abbrandflache sich vorzugsweise stetig verkleinern, so daß das genannte Verhältnis bei Brennschluß nicht mehr als ca. 20 : Λ beträgt. Bei Verwendung einer Treibladung mit einer Brenngeschwindigkeit von ca- 1,5 ium/sec bei einem Druck von 1 Bar soll das Verhältnis zxcLschen der Abbrandfläche und dem Auslaßquerschnitt nicht größer sein als ca. 50 :1, um damit die Wirkung eines Raketenantriebs zu vermeiden, in welchem Falle sich nämlich die Brenndauer erheblich verkürzen und der liassenstroia sehr erheblich zunehmen würde. Ist andererseits der Auslaßquerschnitt zu groß, so ist die verbleibende Bodenplatte unter Umständen zu klein, um die Treibladung unter den auftretenden Belastungen sicher zu stützen, so daß unerwünschte Verformungen eintreten können. Außerdem reicht in einem solchen Falle die Treibladung nicht aus, einen für die Verringerung des Bodensogs ausreichenden Strom von Verbrennungsgasen über einen geni;-.vnä großen Aircoil dor Plugzeit ces Geschosses aufrechtzuerhalten. Ir:. lot ^r.t err-n Felle ergibt- sich socit eine ähnliche Wirkung wie bei den eingangs erörterten Rauch- oder Leuchtspur-Brennsätzen.

Die Einhaltung der vorstehend angegebenen Beziehungen zivischen dem Auslaßqu- rschnitt und der Abbrandfläche ist also wesentlich für die Erzielung der Vorteile gemäß der Erfindung. In diesem Zusammenhang ist zu betonen, daß die Treibladung 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 ITiederdruckströaung aus vorwiegend gasförmigen Verbrennungsprodukt en aufrechtzuerhalten, um datalt den im Flug auf das Geschoß einwirkenden Bodensog zu reduzieren.

Für die optimale Wirkungsweise des erfiiidungagemäßen Geschosses is'· es ferner wesentlich, die verschiedenen

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ίο

Parameter in Hinblick auf die Erzielung einer größtmöglichen Verringerung des Eodensogs zu bestimmen. Der Ausiaßquerschnitt, die Abbrandflache, die Kasse der in der Brennkammer^ enthaltenen Treibladung und die statische Brenngesch'.vindigkeit der Treibladung sind also derart aufeinander abzustimmen, daß vom Verlassen der ßohrraündung an über einen beträchtlichen Teil der Flugzeit des Geschosses ein zur Verringerung des Bodensogs ausreichender gasförmiger Massenstrom erzeugt werden kann. Der Ausiaßquerschnitt und die Hasse der Treibladung wurden vorstehend bereits erörtert. Die Abbrandflache der Treibladung ergibt sich aus deren Form und Abmessungen, welche ebenfalls vorstehend erörtert warden. Die Brenngeschwindigkeit ergibt sich aus der Zusammensetzung des Treibstoffs und liegt gewöhnlich im Bereich von 0,7 bis 1,5 iiia/sec bei einem statischen Druck von 1 Bar.

Ό'*::- Wrii.Tenp⁴ rom dfr n-rr':^·-- ·:-:""-:i G\t3? ist eine Funktion TeL:'ⁿ:'o:' l-'-'t .-.r-.c. und '\-.-:.\ -·1ο d'.---ΐπαίοπ^ΐοη¹-:;. ^lengenstromwert ausgedrückt worden. Der dimensionslose Iien-rrenstro"!wert I bestimmt sich nach der Beziehung

worin fc, dei¹ iiassenstrom durch den verengten Auslaß, ]°° die Dichte der umgebenden Atmosphäre ,Ii⁰⁰ die Fluggeschwindigkeit und A, die Gesamt-Bodenflache des Geschosses ist. Das Verhältnis zwischen den Auslaßquerschnitt A, und der Gesamt-Bodenflache Δ, des Geschosses ändert sicli bei gegebenem Ifessenstrom. Je größer der Kaspenntron ist, ura so größer muß dc?σ Verhält nis L_%/k_x sein, um die Fröß;::,ic<-liche Reduzierung des Bod'-nrorr; "u οΐτ-iolon.

Fip. ^l) zeigt in grafischer Darstellung die erzielte Bodensogreduzierung /J D in bezug auf das Verhältnis

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wobei jede Kurve einen anderen dimensionslosen Heiigenstromwerb darstellt, v/elcher für die jeweilige Kurve konstant genalten wurde. Vie aan anhand dieser Kurven erkennt, führte die Vergrößerung des Verhältnisses Α,/Α, bei jedem durch eine der Kurven dargestellten konstanten Hengenstromwerb 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 I und A, /A, läßt sich also die jeweils größtmögliche Bodensogreduzierung erzielen.

Fig. 6 zeigt eine grafische Darstellung, in welcher sämtliche in Fig. 5 gezeigten Kurven überlagert sind. Diese Darstellung wurde durch Auftragen der für die Kurven in Fig. 5 verv/endeten Daten erhalten und gibt die Beziehung

V^Ab

zu

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

das Verhältnis I wenigstens etwa 10 und insbesondere wenigstens etwa 20 beträgt. Ein größeres Verhältnis A_h/A_b

erbringt keine nennenswerte Zunahme der Bodensogreduzierung.

Das erfindungsgeinäße Artilieriegeschoß bietet in der Hauptsache die folgenden Vorteile:

Eine beträchtliche Reichweitensteigerung bei einem gegebenen Gewicht der Treibladung, eine verbesserte Stabilität, da während des Fluges

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BAD

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keine Steigerung der Geschwindigkeit erfolgt, eine verringerte ballistische Streuung, dank den niedrigen Drücken in der Brennkammer die Möglichkeit, leichte Werkstoffe von preririger Zugfestigkeit zn verwenden,

geringsten Raumbedarf für den Bodenbrennnatz (Beispiele: zur Erzielung der gleichen Eeichweitensteigerung für ein 155 mm Geschoß entspricht eine Treibladung von 2,6 kg bei einem RAP-Geschoß einer solchen von 1,2 kg in einem Geschoß gemäß der Erfindung, entsprechend dem Raumbedarf von ca. 1,5 kg Sprengstoff), der kleinere Verjüngungswinkel des Geschoßzapfens ermöglicht die Verwendung einer Treibladung mit größerem Durchmesser und verringerter Tiefe, die Verwendung von Aluminium für die Brennkammer oder Teile derselben verlagert den Schwerpunkt vorwärts und ernörlicn!; die Unterbringung einer größeren und wirksameren La Jung. Die Briiinkansar kann größere Länge und größeren Durchmesser haben als anderenfalls möglich, so daß sie eine größere Ladung aufnehmen kann.

Neben den vorstehend insbesondere im Vergleich zu RAP-Geschossen angeführten Vorteilen ist das erfindungsgemäße Geschoß auch wesentlich leistungsfähiger als ein Geschoß mit Rauchspurbrennsatz. Da bei dem erfindungsgemäßen Geschoß heiße gasförmige Verbrennungsprodukte während eines großen Teils der Flugzeit freigesetzt werden, beträgt die Bodensogreduzierung bis zum Dreifachen der mit einem Rauchspurgeschoß erzielbaren, so daß sich dank der stärkeren Bodensogreduzierung und der längeren Brenndauer ein-i bsträchn liehe lieichweiten^oigerunp: ergib!:.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern erstreckt sich auf die verschiedensten Abv/andlungen desselben.

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Claims

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PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

dipl-ing.

H. KINKELDEY

Da-ING.

W. STOCKMAIR

DRING.· AeElCALTECHl

K. SCHUMANN

. DR RER NAT. · DtPU-PHYS

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

DRRERMSt-DlPL-CHEM.

8 MÜNCHEN

MAXiMlLlANSTRASSE

P_a_t_e_n_t_a_n._s P_^_ü_c_h e

IJ HohrartilleriefTeschoß sit Bodensogreduzierung, gekennzeichnet durch einen Geschoßkörper (1) mit einem einen verengten Auslaß (8) auf-. v/eisenden Boden (6), durch eine innerhalb des Geschoßkörpers durch Wandungen (3, 5) begrenzte und mit dem Auslaß strömungsverbundene Brennkammer, und durch eine aus der Brennkammer, dem Auslaß und einer in der Brenn-' kammer angeordnete Treibladung (9) aus einem brennstoffreichen Treibstoff mit einer beim Verlassen der Rohrmündung zündbaren Abbrandfläche gebildete Einrichtung zum Reduzieren des Bodensogs durch den Ausstoß eines gesteuerten, schwachen Gas-Massenstroms in den bodennahen Bereich hinter dem Geschoßkörper und Freisetzung von Wärme in diesem Bereich, zum Erhöhen des Drucks im bodennahen Bereich und Verringern des Bodensogs des Geschosses ohne Raketenantriebswirkung, wobei die Austrittsfläche des verengten Auslasses,, die Abbrandfläche und die Masse der in der Brennkammer angeordneten Treibladung und die statische Brenngeschwindigkeit der

§09831/0496

ORJGlNAL INSPECTED

TELEFON (OS9) 22 28 82 TELEX OS-29 380 TELEGRAMME MONAPAT TELEKOP1ERER

28Ü427Q

'Treibladung so aufeinander abgestimmt sind, daß sich der Ausstoß des schwachen Gas-Massenstroms vom Verlassen der Rohrmündung an über einen beträchtlichen Teil der Flugzeit des Geschosses fortsetzt und daß der Druck innerhalb der Brennkammer den Druck im bodennahen Bereich während der Flugzeit des Geschosses nur geringfügig um einen Betrag von 0,01 bis 0,5 Bar übersteigt.
2. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Treibladung (9) oder in Berührung mit dieser eine pyrotechnische Zündeinrichtung (11 bis 13) zum Aufrechterhalten der Verbrennung der Treibladung beim Verlassen der Rohrmündung angeordnet ist.
3· Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung (9) in mehrere Segmente (15) unterteil·" ist;.
4·. Geschoß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Segmente (15) mit Ausnahme der Abbrandfläche mit einer abbrandverhindernden Verkleidung (10) versehen sind.
5- Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung (9) eine Brenngeschv/indigkeit von 0,7 bis 1,5 mm/sec bei einem statischen Druck von 1 Bar hat.
6. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Abbrandfläche der Treibladung (9) und der Austrittsfläche des verengten Auslasses (8) kleiner als 100 ist.
7. Geschoß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Auslasses (8) zwischen 5 und 20% der Bodenfläche des Geschosses ausmacht.

§09831/0491
8. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ausstoß des schwachen
Gas-Massenstroms bei der größten Reichweite vom Verlassen der Rohrmündung an über wenigstens 30% der Flugzeit des Geschosses fortsetzt.
9. Geschoß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ausstoß des schwachen
Gas-Massenstrotns bei der größten Reichweite vom Verlassen der Rohrmündung an über ca. 60% der Flugzeit des
Geschosses fortsetzt.
10. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verjünungswinkel des Geschoßzapfens 0 bis 6° beträgt.
11. Geschoß nach Anspruch 5 ·> dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung bis hinab zu einen statischen Druck von ca. 0,1 Bar brennxähig ist.
12. Geschoß nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung (9) aus einem
Composite-Treibstoff mit ca. 50 bis 90% Ammoniumperchlorat und ca. 10 bis 15% eines eine hohe Zerreißfestigkeit
aufweisenden Polymers ist.
13· Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche des Bodens (6),
der Querschnitt des verengten Auslasses (8) und der
dimensionsIose Mengenstromwert des ausgestoßenen
Gases so aufeinander abgestimmt sind, daß im wesentlichen die größtmögliche Bodensogreduzierung erzielbar ist.
14. Geschoß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

13. dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen

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der Gesamtfläche (A,) des Bodens (6), der Querschnittsfläche (A,) des verengten Auslasses (8) und dem ·
dimensionslosen Mengenstromwert (i) des ausgestoßenen
Gases bestehende Beziehung

V^Ab

I
an der Rohrmündung wenigstens gleich 10 ist.

15· Geschoß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die. genannte Beziehung an der Rohrmündung wenigstens gleich 20 ist.

909831/CU88