DE308434C

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Publication number: DE308434C
Application number: DENDAT308434D
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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.

Zum Verständnis der durch die Kanalgestaltung'erzielten Wirkung sei folgendes bemerkt:

Es sei angenommen, daß die Widerstände

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.

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:

Die Kontinuität der Massen fordert:

-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.

Dichte und Druck werden sich bei den Überschallgeschwindigkeiten, die hier allein in Frage kommen, nach dem adiabatischen Gesetz ändern. Das ergibt:

Unter diesen Voraussetzungen lautet dann die eigentliche Bewegungsgleichung für kompressible Flüssigkeiten bei stationärer Bewegung:

γ—τ

■ 8-i-·

(s. Lamb, Lehrbuch der Hydrodynamik, Deutsch von J oh. Friedel, Leipzig 1907, S. 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:

ι 2

7 — ι P-Die Konstante C² ist durch die gegebenen hältnisse bestimmt.

C² =

0 ~l

γ—.τ

hl ρ₀

■ ΙΑ

Dann bestehen folgende drei Gleichungen zur Bestimmung von W, p, p:

W₀ = P₀-S₀ = W- p-S
Po _ Φ

-Wl

7—1 P₀ 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.

für W₀ == 1000 m/sek. und bei -£ = 2, γ = 1,41

und bei einem Druck und einer Dichte, die die Schallgeschwindigkeit s₀ = 330 m/sek. macht:

W = 889,16 -£- = 2,99 ---- = 2,25.

ro 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:

c . .

Po

W_n

Dieses Querschnittverhältnis wird durch Berücksichtigung des Einflusses der Reibung etwas kleiner gewählt, und zwar umsomehr, je langer der Kanal ist.

Das ergibt folgende Zahlen, wenn die Schallgeschwindigkeit der Luft s₀ = 330 m/sek. angenommen wird, und zwar mit Rechenschiebergenauigkeit :

W₀	S	J?__	S₀
		Po ,	S
400	342,5	1,19	1,02
500	364,5	1,61	1,17
600	39¹	2,27	1,48 .
700	421	3,27	1,97
800	446	4,33	2,41
900	478 .	6,.ii	3.25
IOOO	5"	8,40	4,29
IIOO	544	ii,5	5,79
1200	580	15,1	7.31
1300	615	20,9	9.89
1400	' 651	27,6	12,81
1500	689	36,1	16,7
1600	725	46,5	20,55

Auf der Zeichnung sind drei Ausführungsformen von Geschossen mit einer nach der Erfindung vorgenommenen Kanalgestaltung im Längsdurchschnitt schematisch dargestellt.

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.

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.

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 kein

luftverdünnter Raum entsteht, oder es kann j auch umgekehrt, die Eintrittsöffnung Meiner ^! als die' Austrittsöffnung gewählt werden.

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.

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.

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.

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.

Claims

P ATENT- AN SPRÜCHE :

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.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.