DE2846372A1

DE2846372A1 - Verfahren und vorrichtung zur steigerung der treffgenauigkeit von geschossen

Info

Publication number: DE2846372A1
Application number: DE19782846372
Authority: DE
Inventors: Christian Dr.-Ing. Düsseldorf Jaeneke; Rudolf Dipl.-Ing. Kaarst Romer; Wolf Dr. Dipl.-Ing. Köln Trommsdorff
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1978-10-25
Filing date: 1978-10-25
Publication date: 1983-10-20
Also published as: DE2846372C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steigerung
der Treffgenauigkeit von Geschossen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steigerung der Treffgenauigkeit von Geschossen gegen Einzelziele durch gesteuerte Erzeugung einer Querkraft auf das Geschoß.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 27 14 688 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ein Impulsra ketentriebwerk mit einer ringfrmigen Brennkammer vorgesehen, die konzentrisch zur Geschoßachse angeordnet ist. Im Bereich des hinteren Endes der Brennkammer sind mehrere, etwa radial nach außen gerichtete Düsen vorgesehen, wobei jede einzelne Düse durch einen Zieldetektor, Je nach Richtung des erforderlichen Impulses, durch geeignete Vorrichtungen geöffnet werden kann und gleichzeitig der Brennsatz des Raketentriebwerks gezündet wird.
Die bekannte Vorrichtung weist verschiedene Nachteile auf, insbesondere kann der Brennsatz in der Brennkammer durch die beim Abfeuern in Geschützen auftretende hohe Beschleunigung beschädigt werden, da der Brennsatz in Richtung der Düsen getrieben wird und sich hier nur schlecht in der Brennkammer abstützen kann. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß das Impulsraketentriebwerk verhältnismäßig weit vorne am Geschoß angeordnet werden muß, um zu erreichen, daß die Wirkungslinie der Düsen wenigstens angenähert durch den Massenmittelpunkt des Geschosses verläuft Hierdurch wird jedoch der Massenmittelpunkt selber ver hältnismäßig weit nach hinten bezüglich der Geschoßlänge verlagert, was für die Stabilisierung Probleme mit sich bringt.
Die konzentrisch- angeordnete Brennkammer ist ferner ungünstig bezüglich ihres Platzbedarfs und behindert die Anordnung der Wirkladung des Geschosses.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist in der verhältnismäßig langen Systemreaktionszeit zu sehen uni dem daraus resultierenden, honen Energiebedarf. Dies liegt daran, daß vom Zünden des Impulsraketentriebwerks bis zur Erzeugung des benötigten Impulses, d. h. der erforderlichen Querkraft, eine gewisse Zeit vergeht, wodurch es erforderlich ist, flugbahnändernde Querkraftimpulse schon in größerer Entfernung vom Ziel zu erzeugen, wobei eine erkannte Abweichung vom Sollkurs nur verhältnismäßig langsam korrigiert werden kann, so daß der zur Kurskorrektur erforderliche Energieaufwand groß ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Vorrichtung zu vermeiden und mit geringem Aufwand ein Verfahren und eine Vorrichsung zur Steigerung der Treffgenauigkeit von Geschossen zu schaffen, das eine sehr kurze Systemreaktionszeit aufweist, die Flugbahnlenkung mit geringem Energieaufwand durchzuführen gestattet und leicht steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche Senkrecht oder nahezu senkrecht zur Bewegungsrichtung des Geschosses austretende Gas- oder Flüssigkeitsstrahlen stören die um das Geschoß herum fließende Uberschallströmung, wodurch sich stromauf der Gas- bzw. Flüssigkeitsstrahlen ein schiefer Verdichtungsstoß ausbildet. Zwlschen dem schiefen Verdichtungsstoß und dem Geschoßmantel bildet sich ein keilförmiges Gebiet hochgespannter Luft. Durch diese hochgespannte Luft wird im entsprechenden Bereich des Geschoßmantels eine Querkraft ausgeübt, die die gewünscht Bahnkorrektur hervorruft. Je nach Machzahl der Geschoßgeschwindigkeit ist die so erzeugte Querkraft um ein mehrfaches größer, als die Rückstoßkraft des aus dem Geschoßinneren austretenden Gas- bzw. Flüssigkeit strahls.
Der Aufbau dieses Druckfeldes erfolgt bei den Anströmgeschwindigkeiten und räumlichen Abmessungen, wie sie z. B.
bei schnellen, panzerbrechenden Wuchtgeschossen üblich sind, innerhalb sehr geringer Aufbauzeiten im Bereich von i bis 2 ms und ggf. darunter.
Sowohl wegen der starken erzeugten Querkraft, als auch wegen der kurzen Aufbauzeit dieser Querkraft, ist das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung geeignet, bei der Endphasenlenkung schneller, panzerbrechender Wucht2 geschosse, aber auch anderer Geschosse angewendet zu werden, wobei die Steuerung mit Schaltelementen sehr kurzer Ansprechzeit erfolgt.
Zu den Schaltelementen mit sehr kurzer Ansprechzeit gehören die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fluidics> die dazu einen sehr einfachen Aufbau besitzen und nur geringe Betätigungs energien benötigen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, anhand dreier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele gegebenen Beschreibung, und es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Geschosses. mit einem Druckgabzw.
DruckflüssigkeitsbehäIter; Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches als Raketengeschoß ausgebildet ist, Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches als luftdurchströmtes Geschoß ausgebildet ist, Fig. 4 eine schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse bei der Erzeugung einer Querkraft, Fig. 5 einen schematischen Ausschnitt im Längsschnitt des Geschosses gemäß Fig. 3, mit Darstellung des Fluidics, Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt durch das Geschoß gemäß Fig. 3, längs der Schnittlinie V - V in Fig. 5, Fig. 7 eine schematische Darstellung wie Fig. 6, wobei die Ausströmöffnungen als Düsenschlitz ausgebildet sind und Fig. 8 eine schematische, vergrößerte, schnittbildliche Darstellung eines Fluidics.
In Fig. 1 ist ein drallstabilisiertes Artilleriegeschoß 2 dargestellt, dessen Mantel die übliche Ogivalform besitzt Das Geschoß 2 weist eine Geschoßmantelfläche 4, eine Geschoßspltze 6 und ein Geschoßheck 8 auf. In der Geschoßmantelfläche 4 sind sektorenartig Austrittsöffnungen in Form von Düsen 10 angeordnet, die von einem für jeden Düsensektor gemeinsamen Verteilerraum 14 mit Druckgas bzw.
Druckflüssigkeit beaufschlagbar sind. Das Druckgas bzw. die Druckflüssigkeit sind in einem Behälter 18 im Geschoßinneren auf Vorrat gehalten, von wo eine Anzapfung in Form einer Leitung 16 zu Ventilen 20 für jeden Verteilerraum 14 führen. Die Ventile 20 können über eine Ventil steuerung 22 durch einen in der Geschoßspitze 6 angeordneten Zieldetektor und elektronische Steuereinrichtung 24 so angesteuert werden, daß jeweils ein Verteilerraum 14 sowie die dazugehörigen Düsen 10 mit Druckgas bzw. Druckflüssigkeit beaufschlagt werden. Durch die Ventil steuerung 22 können jeweils in der Nähe der Düsen 10 angeordnete Zündvorrichtungen 26 betätigt werden, die ein Entzünden des aus den Düsen 10 austretenten Gas- bzw. Flüssigkeitsstrahls bewirken können. Durch diese Entzündung des Gas- bzw.
Flüssigkeitsstrahls kann die Wirkung auf die Überschallströmung erhöht werden. Die durch das Ausströmen von Gas bzw. Flüssigkeit aus den Düsen 10 bewirkte Querkraft wird im einzelnen im Zusammenhang mit der Fig. 4 erläutert.
Das in Fig. 2 dargestellte Geschoß 28 unterscheidet sich von dem Geschoß 2 gemäß Fig. 1 dadurch, daß es als nach- beschleungtes, drallstabilisiertes Artilleriegeschoß ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Erfindung auf von Start schienen abgefeuerte Raketengeschosse anzuwenden, ohne daß dies das Wesen der Erfindung verändert.
Das Raketengeschoß 28 ist im Heck mit einem Feststofftreibsatz 30 versehen und weist eine Brennkammer 32 auf, von wo die hochgespannten Brenngase durch eine Schubdüse 34 austreten. Die Brennkammer 32 ist in ähnlicher Weise wie der Druckgas bzw. Druckflüssigkeitsbehälter 18 in Fig. 1 mit einer Anzapfung 16 versehen, von wo aus in völlig gleichartiger Weise über Ventile 20,Verteilerräume 14 und Düsen 10 mit Druckgas beaufschlagt werden. Auch hier erfolgt die Steuerung der Ventile 20 über eine von einem Zieldetektor mit elektronischer Steuereinrichtung 24 angesteuerte Ventilsteuerung 22. Im übrigen ist der Aufbau.
und die Wirkungsweise des Raketengeschosses 28 mit demjenigen des Geschosses 2 vergleichbar.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 stellt ein an sich bekanntes, luftdurchströmtes Geschoß 36 dar, das einen ringförmigen Mantel 38, ein dazu konzentrisch angeordnetes Nutzlastteil 40, mit einer Nutzlastteilspitze 42 und einem Nutzlastteilheck 43 aufweist. Das Nutzlastteil 40 ist durch. vordere, radiale Stege 44 und hintere, radiale Stege 46 mit dem ringförmigen Mantel 38 verbunden. Die besonders geformte Nutzlastteilspitze 42 bildet, zusammen mit einer Schneide 48 des ringförmigen Mantels 38, einen Uberschalldiffusor 50, der bewirkt, daß die das Geschoß 36 anströmende Überschallströmung über Verdichtungsstöße 52 praktisch verlustlos in eine ringförmige Hochdruckkammer 54 geleitet wird. Durch eine besondere Gestaltung des hinteren Endes des ringförmigen Mantels 38 und des Nutz- lastteilhecks 43 wird eine Schubdüse 58 gebildet, in der der Druck in der ringförmigen Hochdruckkammer 54 in Strömungsgeschwindigkeit umgewandelt wird, wodurch ein Schub gewonnen wird, der den Stoßwellen-Widerstand an der Geschoßspitze 42 unter günstigen Voraussetzungen fast vollständig ausgleichen kann. Der in der Schubdüse 58 erzeugte Schub kann noch durch Energiezufuhr erhöht werden, so daß das Geschoß 36 auch als nachbeschleunigtes Geschoß wirksam werden kann. Zu diesem Zweck kann um das Nutzlastteil 40 herum ringförmig ein Festbrennstoff 56 angeordnet sein, welcher mit der hochgespannten Luft in der Hochdruckkammer 54 verbrennt und dadurch den Schub erhöht.
Wie aus Fig. 4 erkennbar, wird die auf das Geschoß 2 bzw.
28 bzw. 36 wirkende Querkraft dadurch erzeugt, daß ein aus den Düsen 10 austretender Gas- bzw. Flüssigkeitsstrahl 60 die an dem Geschoßmantel 38 entlangstromende Überschallströmung stört, wodurch stromauf von den Düsen 10 schräge Verdichtungsstöße 52 auftreten, die ein Gebiet 62 höheren Druckes hervorrufen. Die Größe dieses Gebietes 62 hängt ab von der Anzahl der Düsen auf der Mantelfläche 38 und von dem Abstand der Verdichtungsstöße 52 von den Düsen 10.
Dieses Gebiet 62 höheren Druckes bewirkt eine quer zur Geschoßflugrichtung wirkende Kraft, die zur Bahnkorrektur herangezogen wird. Der Aufbau dieser Querkraft erfolgt sehr schnell.
Entsprechend der geforderten schnellen Systemreaktionszeit ist es auch erforderlich, schnell wirkende Steuerelemente vorzusehen.
Bei den Ausführungsbeispielen gem. Fig. 1 und 2 sind die Ventile 20 in ihren Einzelheiten nicht besonders beschrie- ben, Es können normale, bekannte servogesteuerte Ventile sein.
Vorzugsweise werden hierzu jedoch Fluidics verwendet, die nach dem Coanda-Effekt wirken. In Fig. 5 und 6 ist die Anordnung solcher Fluidics für das Geschoß gemäß Fig. 3 im einzelnen dargestellt, während Fig. 8 Fluidic in vergrößertem Maßstab und dessen Steuerung zeigt.
Beim Geschoß gemäß Fig0 3 sind in den hinteren, radialen Stegen 46 eine Anzapfung in Form einer Leitung 16, die in der ringförmigen Hochdruckkammer 54 mündet, angeordnet.
Die Leitung 16 16geht über in ein Fluidic mit Coanda-Effekt in Form einer Leitungsverzweigung 64, von wo aus eine Leitung 66 zum Verteilerraum 14 und eine andere Leitung 68 zum Geschoßheck 8 führen. Vom Verteilerraum 14 gehen im Mantel 38 angeordnete Düsen 10 radial nach außen, wodurch entsprechend der Anzahl der Stege 46 eine entsprechende Anzahl von Düsensektoren gewonnen werden.
Die Leitung 68 ist im Vergleich zur Leitung 66 dem Verteilerraum 14 und den Düsen 1G strömungsmechanisch vöLlig gleichwertig ausgebildet, hinsichtlich der Strömungswiderstände und des Druckverlustet, so daß im Fluidic 64 der sogenannte Coanda-Effekt eintreten kann. Dieser Coanda-Effekt besteht darin, daß ein Gas oder eine Flüssigkeit, die durch eine rechteckige,düsenartige Erweiterung 64 gegen eine Schneide 65 strömen, sich nicht gleichmäßig auf die beiden strömungsmechanisch gleichwertigen Abströmkanäle 66 bzw. 68 verteilt, sondern nur durch den einen oder den anderen der Kanäle 66 bzw. 68 strömt. Die Strömung wird in der jeweiligen Lage festgehalten durch den Sog eines Rezirkulationsgebietes 72.
Wird der Unterdruck kurzzeitig im Rezirkuiationsgebiet 72 durch Gas- cder Flüssigkeitszufuhr aus einer seitlichen Öffnung abgebaut, dann schlägt das Strömungsbild in sein Spiegelbild um. Der Gas- bzw Flüssigkeitsstrom fließt nunmehr vollständig durch den anderen Kanals Der Strömungsumschlag kann auch durch Energiezufuhr im Rezirkulationsgebiet 72 bewirkt werden, was gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung durch eine starke elektrische Entladung zwischen Elektroden 74, die in einer Wandungsvertiefung 70 angeordnet sind, bewirkt.
Die Elektroden 74 werden durch einen in der Geschoßspitze 42 angeordneten Ziel detektor 24 mit elektronischer Steuereinrichtung angesteuert und bewirken ein äußerst rasches Umschlagen der Strömung. Solange keine Bahnkorrektur des Geschosses 36 durchgeführt werden soll, fließt die aus der Hochdruckkammer 54 in die Leitung 16 einströmende Luft über die Leitung 68 zum Geschoßheck 8 ab. Sobald eine Bahnkorrektur erforderlich ist, wird über den Ziel detektor 24 ein entsprechendes Signal auf eine Elektrode 74 gegeben, so daß durch die dadurch hervorgerufene elektrische Entladung ein Strömungsumschlag hervorgerufen wird und Luft über die Leitung 66 den Verteilerraum 14 und .die Düsen 10 aus dem Mantel 38 abströmt und die schon beschriebene Störung der Überschallströmung bewirkt.
Die im Zusammenhang mit den Fig. 5s 6 und 8 beschriebenen Fluidics 64 sind besonders schnell wirkende Steuerelemente, die mit sehr'geringem Energieaufwand angesteuert werden können. Sie sind ferner in ihren Abmessungen sehr klein und können daher - wie dargestellt - in den Stegen eines luftdurchströmten Geschosses 36 angeordnet sein. Ihre Anwendung ist aber nicht auf ein solches luftdurchströmtes Geschoß 36 beschränlct, sondern auch die Geschosse 2 gemäß Fig, i bzw. 28 gemäß Fig. 2 können an Stelle der Ventile 20 mit Fluidics versehen sein.
In diesem Falle ist es erforderlich, eine Leitung jeweils zum Geschoßheck 8 zu führen, während die andere Leitung zum Verteilerraum 14 führt. Die Fluidics sind allerdings nur solange wirksam, wie sie von Gas bzw. Flüssigkeit durchströmt werden, so daß es in diesem Falle erforderlich ist, daß der Druckgas- bzw. Druckflüssigkeitsbehälter 18 oder der Feststofftreibsatz 30 genügend lange Druckgas bzw.
Druckflüssigkeit abgeben können.
In Fig. 7 ist schematisch dargestellt, daß eine Düsenreihe entsprechend Fig. 6 auch durch entsprechende Schlitze 12 ersetzt werden kann und der gleiche Effekt erzielt werden kann. Ob Düsen 10 oder Schlitze 12 verwendet werden, hängt von den herstellungstechnischen Gegebenheiten ab.

Claims

Patentansprüche 9 Verfahren zur Steigerung der Treffgenauigkeit von Ge-Geschossen gegen Einzelziele durch gesteuerte Erzeugung einer Querkraft auf das Geschoß, d a d u r c h g e k e n n z e.i c h n e t, daß auf dem Mantel eines mit Überschallgeschwindigkeit fliegenden Geschosses ein örtlich begrenzter, schiefer Verdichtungsstoß durch gesteuertes, im wesentlichen radiales Ausströmen eines dem Geschoßinneren entnommenen Gas- bzw. FIüssigkeitsstrahls erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein brennbares Gas bzw. eine brennbare Flüssigkeit verwendet wird umd beim Ausströmen en.tzündet wird.
3. Geschoß zur Duchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es als Raketengeschoß (28) mit einer Brennkammer (32) und einer Schubdüse (34) mit wenigstens einer gesteuerten Anzapfung (16) der Brennkammer (32) für den radialen Gasstrahl (60) ausgebildet ist.
4. Geschoß zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es als luftdurchströmtes Geschoß (36) mit einer gesteuerten Anzapfung (16) einer Hochdruckkammer (54) im Geschoßinneren für den Radialen Gasstrahl (60) ausgebildet ist.
5. Geschoß zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen im Geschoßinneren,angeordneten Druckgas- bzw.

Druckflüssigkeitsbehälter (18) und wenigstens einer gesteuerten Anzapfung (16) des Druckgas- bzw. Druckflüssigkeitsbehälters (18).
6. Geschoß nach Anspruch 2 und 5 9 g e k e n n z e i c hn e t d u r c h eine an einer Austrittsöffnung (10) des Gas- bzw. Flüssigkeitsstrahls angeordneten Zündvorrichtung (26).
7. Geschoß nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h in der Geschoßmantel fläche (4) quer zur Flugrichtung angeordnete, mit der Druckgas- bzw. Druckflüssigkeitsquelle (18, 32, 54) gesteuert verbindbare Austrittsöffnungen in Form von Düsen (10) bzw. Düsenspalten (12).
8. Geschoß nach Anspruch 3 oder 4 und 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anzapfung (16) über mindestens eine Leitungsverzweigung (64) geleitet wird, deren eine Leitung (66) den Düsen (10) bzw.

Düsenspalten (12) und die andere Leitung (68) in strömungsmechanisch gleichwertiger Weise dem Geschoßheck (8) zugeführt wird und daß die Leitungsverzweigung (64) als nach dem Coanda-Effekt wirkendes Fluidic mit gesteuertem Strömungsumschlag ausgebildet ist.
9. Geschoß nach Anspruch 8, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h im Rezirkulationsgebiet (72) des Fluidics (64) angeordnete Elektroden (74).
10. Geschoß nach Anspruch 9, d a d u r c h g e Jc e n n -z e i c h n e t, daß die Elektroden (74) in einer Wandungsvertiefung (70) des Fluidios (64) angeordnet sind.
11. Geschoß nach Anspruch 4 und 8 bis 10, d a du r c h g e k. e n n z e i c h n e t, daß das Geschoß (36) aus einem ringförmigen Mantel (38) und einem mit dem Mantel (38) über radiale Stege (44, 46) verbundenen, konzentrischen Nutzlastteil (40) besteht, welche im Einlauf einen Überschalldiffuser (50), im mittleren Bereich eine ringförmige Hochdruckkammer (54) und im Heckbereich eine Schubdüse (58) bilden und daß die Düsen (10) bzw.. Düsenspalten (12) im Bereich der Stege (44 46) im Mantel (38) und die Leitungen (16, 66, <)8) der Fluidics (64) in den Stegen (44, 46) angeordnet sind.
12. Geschoß nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Nutzlastteil (40) durch vordere und hintere Stege (44, 46) mit dem Mantel (38) verbunden istRund daß die Leitungen (16, 66, 68) der Fluidics (64) in den hinteren Stegen (46) angeordnet sind.