All caliber bullet for use against targets in the water

【発明の詳細な説明】 水中の目標に対して使用するための全口径弾丸［発明の技術的背景］ 本発明は兵器、特に適度の水中距離範囲に位置する水中目標に対して空中から発射されることができる弾丸システムに関する。 弾丸は空中のターゲットに対して広く使用されている。 最も普通の方法では、 弾丸は発射火薬と共に砲中に配置される。 発射火薬は点火され、砲身から弾丸をターゲット方向へ駆動する。 弾丸が水中のターゲットに対して空中から発射される能力は主として３つの理由により極めて限定されている。 第１に、弾丸の弾道は空気と水との境界（即ち水面）に達したとき、本来変更されることができる。 水面に対して浅い入射角度では、弾丸は全く水中に入れず、代りにはねながら移動する。 水に対して高い入射角度では、弾丸は水中に入れるが、その通路が変更される。 この問題は常に考察されているが、特に水面が波の動作により常に変化する状態を有しているときの弾丸の正確性が問題である。 第２に、水により発生される抵抗力は弾丸の速度を急激に低下させ、その距離を著しく限定する。 水中での一般的な弾丸の距離は弾丸の重量と速度にしたがって変化するが、典型的に、通常の． ５０口径の弾丸では最適な状況下でもせいぜい約３フィートである。 第３に、弾丸の側面の流体力学的な力は弾丸を回転させ、さらにその距離と効果を限定する。 これらの理由で、弾丸は潜水したターゲットに対して空中からはほとんど発射されない。 通常の弾丸が潜水したターゲット方向へ空中から発射されたならば、 これらは非常に非効率である。 代りに機雷等の自己推進装置が使用されるが、この場合でさえも、機雷は推進が開始される前に水中に落下される。 水中のターゲットに対して空中から発射されることができる弾丸が有効な応用が存在する。 例えば、水陸両用の軍事動作に対する標準的な防衛は、海岸近くの上陸領域に適度の深さに機雷を配置する。 このような機雷は相当の危険性はあるが、特別に訓練されたスイマーにより除去されるか、または動作上非常に制限をもつロボット装置により除去される。 代りの方法はヘリコプターのように空中から水中の機雷へ弾丸を発射することである。 弾丸はこのような応用の自己推進装置よりも非常に廉価であり、小口径および大口径の両者の範囲の兵器から発射する種々の大きさおよびタイプで製造される。 空中から潜水したターゲットに対して発射されることのできる弾丸はまた防御地点に侵入しようとするスイマーに対しても有効である。 従って、水中のターゲットに対して空中から発射されることができる弾丸が必要とされる。 本発明はこの必要性を達成し、さらに関連する利点を与えるものである。 ［発明の要約］ 本発明は弾丸システムと、その使用方法を提供する。 この弾丸システムは潜水した目標に対して空中に配置された通常旋条を有する砲身を備えた砲から発射され、ターゲットに達するまでの進路で、空気と水の境界面を通過する。 弾丸は、 口径が予め選択された砲身の砲の機構中に直接挿入され、そこから発射される。 説明された弾丸の到達距離は、０．５０口径の大きさで水中約１５フィートである。 弾丸はその入射角度にかかわらず、ほとんどまたは全く偏向がなく空気と水の境界面を通過することができる。 弾丸は比較的廉価であり、種々の口径の通常のおよび特殊の兵器のために製造されている。 本発明によれば、弾丸は弾丸前端部および弾丸後端部を有し、弾丸前端部においてほぼ対称円筒形のスティンガーヘッドを含んでいる。 スティンガーヘッドは、ノーズの最大直径を有するスティンガーノーズと、スティンガーノーズの後端部に結合されたスティンガー本体前端部を有するスティンガー本体とを含んでいる。 スティンガー本体はノーズ支持直径を有するスティンガーノーズ支持体と、 スティンガーノーズ支持体とスティンガーノーズとの間の水流分離溝とを含む。 水流分離溝は、ノーズの最大直径よりも小さい直径の溝を有する。 さらに弾丸は、スティンガーヘッドに結合しており、予め選択された口径の砲に直接挿入し、 かつそこからの発射できる後部直径の弾丸後部を有しているほぼ対称円筒形の弾丸本体を含んでいる。 弾丸後部の直径はノーズの最大直径より大きい。 さらに弾丸本体は、前端部がスティンガーノーズ支持体に結合し、後端部が弾丸後部に結合した弾丸前部を含み、弾丸前部と弾丸後部との間に安定ショルダを含んでいる。 さらに一般的に説明すると、弾丸は弾丸本体の前端部と弾丸本体の後端部を有するほぼ対称円筒形の弾丸本体を含んでいる。 弾丸本体は、弾丸本体前端部に隣接した弾丸前部と、弾丸本体後端部に隣接した弾丸後部とを含んでいる。 弾丸後部は、予め選択された口径の砲に直接挿入し、かつそこから発射することのできる弾丸後部直径を有する。 弾丸は、弾丸本体が水中を通過する時に弾丸本体の周囲にキャビテーション空間を形成する手段を含み、この形成手段は弾丸本体の前端部に配置されている。 さらに弾丸は、横方向の不安定性に対して弾丸本体を安定させる安定化手段を含んでいる。 この安定化手段は弾丸本体前端部と弾丸本体後端部の中間の位置で弾丸本体に結合している。 本発明の弾丸は、全口径の弾丸である。 すなわち、サボットのような中間構造を持たない予め選択された孔（口径）の砲の機構中に弾丸が挿入され、そこから発射される。 したがって、砲の孔に接触する弾丸の部分は、砲の孔に対する過度に大きい摩耗を生じさせてはならず、かつ砲の孔壁に過度に付着してはならない。 この設計において、弾丸は少なくとも２つの素子部分から形成されることが好ましく、特に３つの素子部分から形成されることが非常に好ましい。 スティンガーは砲の孔壁に接触しない直径を減じられたものであり、したがって高速度鋼、 タングステンカーバイド、またはタングステン合金のような硬い耐久性のある材料から形成されることができる。 砲の孔壁に接触する弾丸本体の部分は弾丸後部であることが好ましく、孔壁をあまり摩耗させず、また孔壁に付着しない材料から形成されなければならない。 このような材料の例には、真鍮、銅または鉛が含まれる。 弾丸前部は砲の孔壁に接触せず、またタングステンのような高密度で硬い材料から形成されることが好ましい。 弾丸前部は第３の素子として形成され、 スティンガーおよび弾丸後部に結合されることが好ましい。 この弾丸に関して、キャビテーション空間とは実質的に、弾丸が水中を移動したときに半径方向外側に向かって弾丸の濡れた前部前端部から後方に広がる液体の存在しない空間である。 空気と水蒸気だけで満たされたこの空間は、ほとんど抵抗力および／または横方向の力を弾丸の本体に与えない。 その結果、弾丸は水中の適度に長い距離を移動することができる。 弾丸が水に突入する時、或はそれが水中を移動するときに横方向の不安定性が生じた結果、弾丸の円筒軸がその弾道（進路）と一致しない場合には、弾丸前部と弾丸後部との間の安定ショルダの形態であることが好ましい安定化手段はキャビテーション空間の表面と相互作用し、弾丸の円筒軸を弾道に一致させる復元力を与える。 このような復元力が存在しなければ、弾丸は急速に弾道をはずれて回転(tumble)し始める。 ここで使用されている“弾丸(projectile)”とは、外部の力によって推進される物体であって、それには自己推進の能力はない。 従って、これを使用するとき、弾丸自体は自己推進能力をもたないので、弾丸の発射後に砲中に残留する発射火薬のカニスタに取付けられた弾が弾丸である。 例えば、組込み式エンジン有して、それら自身の燃料を運搬する航空機、ロケットおよび魚雷は弾丸ではない。 本発明は、設計および使用法に関して全く異なる問題を示す自己推進装置ではなく、弾丸およびこれを使用するシステムに関する。 本発明は弾丸システムの技術において重要な進歩を提供する。 本発明の弾丸は空中から水中のターゲットに対して効果的に発射されることができる。 空中では、弾丸は一直線の弾道に沿ってスピン安定化される。 弾丸は広範囲の入射角度にわたってほとんど進路からはずれずに空気と水の境界を通過する。 本発明の他の特徴および利点は、添付図面とともに本発明の原理を例示した好ましい実施形態の後述の詳細な説明から明白になるであろう。 ［図面の簡単な説明］ 図１は潜水したターゲット方向へ空中から発射される一連の弾丸の概略図である。 図２は弾丸の１実施形態の側面図である。 図３は図２の弾丸の前端部の正面図である。 図４はスティンガーヘッドを示している図２の詳細図である。 図５は水中を通って一直線の弾道を移動する弾丸の概略図である。 図６は弾丸が横方向の不安定性を受けていることを除いて図５に類似している概略図である。 図７は弾丸の第２の実施形態の側面図である。 図８はスティンガーヘッドの別の実施形態を示している図７の詳細図である。 図９は水中ターゲットを損傷を与える方法のブロックフロー図である。 ［実施形態］ 図１において、空中に位置され、水中に沈んでいる目標24に向けられた砲22から発射される一連の弾丸20が示されている。 最初に発射された弾丸26は空気と水との境界面28を通過し、水によって囲まれる。 最初に発射された弾丸26はその最先端部を除いてキャビテーション空間30内に位置し、そのため実際には周囲の水に触れない。 ２番目に発射された弾丸32はまだ空中の弾道に沿って移動している状態である。 ３番目に発射される弾丸34はまだ砲22の砲身38の孔36内にある。 砲身38の孔36 は、弾丸が砲身38の全長を移動するときにそれにスピンを与えるように旋条をつけられていることが望ましい。 スピンは、砲身38が向けられた方向によって最初に定められた弾道に沿って運動するように弾丸をジャイロ効果によって安定させる。 孔36は直径Ｄ _Bを有しており、それは弾丸の本体の最大直径Ｄ _pより少し大きい。 孔の直径Ｄ _Bは予め選択された大きさであり、例えば０．５０口径である。 孔の直径は例えば０．５０口径のような予め選択された標準規格の大きさであってもよいし、あるいは予め選択された規格外の大きさであってもよい。 弾丸本体の直径Ｄ _pは砲22の孔36中に直接挿入され、かつそこから発射されるように構成される。 “直接挿入”とは、サボットのような中間的な構造が弾丸の周囲に配置されていないことを意味する。 弾丸は砲の弾丸受け部または砲尾機構（示されていない）中に挿入される。 典型的に弾丸本体の直径Ｄ _pは約０．００３インチ以下だけ孔の直径Ｄ _Bより小さく、それはこの直径Ｄ _Bの値に依存している。 弾丸34の直径が小さ過ぎた場合、砲が発射されたとき、弾丸は弾丸と孔との間の著しく大きい間隙においてその効果が部分的に漏れるため、結果的に推進効果を低下させる。 さらに砲身38の旋条が、ジャイロ効果で弾丸を安定させるスピンを弾丸に与えるように適切に機能しない。 弾丸34の直径が大き過ぎた場合、弾丸は物理的に砲身の孔36内に入らず、或はそれが砲身に挿入された場合には、弾丸が発射されて砲身に沿って移動するときに過度の摩耗を発生させる。 図２において、弾丸50の一実施形態の側面図が示されており、図３において、 同じ弾丸の正面図が示されている。 弾丸50はほぼ対称円筒形であり、前端部52および後端部54を有している。 本明細書において使用されているように、“ほぼ対称円筒形である”とは、本体の周囲に間隔を置いて装備可能なフィン（以下に説明する）のような個々の部分的な形状を除いては、円筒軸56に関して対称の円筒形であることを意味している。 弾丸50の長手方向の大部分は弾丸本体58である。 弾丸本体58は、弾丸本体58の後半部をほぼ占めるほぼ対称円筒形の弾丸の後部60を含んでいる。 弾丸本体58はまた、その後端部64が弾丸の後部60と隣接しているほぼ円筒形に対称的な弾丸の前部62も含んでいる。 弾丸本体58において、弾丸の前部62は切頭円錐形である。 弾丸50が水中を迅速に移動するときに弾丸50の周囲にキャビテーション空間30 を発生する構造は、弾丸50の前端部52に位置される。 この構造は、弾丸本体58に沿って水が流れないように水を通過させる。 その代りに、水は弾丸本体58の側面と接触してそれを濡らさないように横方向に追いやられる。 キャビテーション発生構造だけが水と接触して濡らされる。 キャビテーション空間30は、幾らかの空気および水蒸気を含む部分的真空である。 図４は、キャビテーション発生構造であるスティンガーヘッド74の１形態を示す。 スティンガーヘッド74は、円筒軸56に関して対称円筒形であり、弾丸本体の前端部76に固定されている。 スティンガーヘッド74は、最前部のスティンガーノーズ78を含んでいる。 この実施形態において、スティンガーノーズ78は、ノーズが最大直径Ｄ _Nである平坦で鈍い前面80を含んでいる。 この前面80は、非常に平滑で、表面の粗さは約１６マイクロインチ以下であることが好ましい。 前面80の後方で、スティンガーノーズ78は前面80に関して約８０°であることが望ましい角度Ａで半径方向内側に傾斜している。 スティンガーノーズ78はスティンガーボディ82上で支持されており、そのスティンガーボディ82は弾丸本体の前端部76に固定されている。 スティンガーボディ82は円筒形のスティンガーノーズ支持体84を含み、また、スティンガーノーズ支持体84とスティンガーノーズ78との間に周囲水流分離溝86を含んでいる。 示された好ましい実施形態において、水流分離溝86は、スティンガーノーズ支持体84とスティンガーノーズ78との間の前方向に向いたショルダとして見なすこともできる。 水流分離溝86の直径Ｄ _Gは、スティンガーノーズ78の前部面80の直径Ｄ _Nより小さい大きさである。 スティンガーヘッド74は、水との衝突に耐えるために高速度鋼、タングステンカーバイド、あるいはタングステン合金等の硬い材料で作られていることが好ましい。 スティンガーヘッド74は、毎秒３０００乃至４０００フィート程度の速度で水と衝突し、それによって、約０．１マイクロ秒の期間中にスティンガーヘッド上に約５０キロバールの負荷が生じる。 スティンガーヘッド74のスティンガーノーズ78部分は、境界層の寸法を薄くするために非常に平滑でなければならない。 弾丸が水中を移動しているときに所望される大きさの境界層を得るためには、 スティンガーノーズ78の表面粗さが約１６マイクロインチ以下であることが望ましい。 弾丸50が高速で水中を移動するとき、水流境界層がスティンガーノーズ78において生成される。 水流境界層は、スティンガーノーズ78の表面に付着する。 スティンガーノーズ78の側面に沿って、内側に傾斜した形状のスティンガーノーズ78 は水流分離溝86と協働し、弾丸50が水中を移動するときに弾丸50と水の意図された水流分離を行う。 図５に示されているように、この水流分離によってキャビテーション空間30が生成される。 従って、弾丸50のスティンガーノーズ78の部分の前方向に向いた表面80だけが水に触れ、弾丸50の残りは濡らされない。 それ故に、弾丸50上の圧力および外殻の抵抗は最小であり、結果的に従来の弾丸との比較において弾丸の水面下での射程距離は大きく拡大する。 潜在的に弾道から外れる原因となる弾丸への流体力学効果も減少される。 スティンガーノーズ78は空中を通る通路に対して最適に流線形にされていないが、その直径が小さいために、付加的な空気抵抗はわずかであり、弾丸50は空中で超音速飛行を行うことができる。 それにもかかわらず、弾丸50が空気と水との境界28において水中に入るとき、 あるいはそれが水中を移動するときに弾丸50に横方向の力が与えられる可能性がある。 弾丸50の通常の運動において、その円筒軸56はその弾道88を中心として回転し、砲身38の旋条によってその弾道上の弾丸がジャイロ効果によって安定化される。 次に説明されるような横方向の安定化手段がなく、横方向に不安定であるとき、後端部54は前端部52に関して横方向に移動する。 弾丸の側面がキャビテーション空間30の壁と接触し、弾丸の側面を濡らす。 この場合、弾丸50の首振り運動が生じ、水の抵抗が増加し、キャビテーション空間30が破壊され、弾丸50が急激に減速する。 横方向の不安定さを相殺するために、横方向の不安定さに対抗して弾丸を安定化する手段が弾丸本体58上に設けられる。 その安定化手段として、弾丸50は図２ 、３、５、６および７において認められるように弾丸後部60と弾丸前部62との間に位置された前方を向いた安定ショルダ90を含んでいることが好ましい。 この安定ショルダ90は、弾丸の後部60の直径を弾丸前部62の直径よりそれらの結合の位置で大きくすることによって形成される。 ショルダ90は、円筒軸56に対して90° に位置してもよいし、或は後方に傾斜されてもよい。 安定ショルダ90は、図６に示されたように機能する。 横方向の力が与えられたために弾丸50がキャビテーション空間30の壁にヨー運動で接触した場合、安定ショルダ90は矢印Ｒで示された位置でこの空間30の包絡線と接触させられる。 安定ショルダ90に対する水の圧力によって、弾丸50の円筒軸56をその弾道88と一致するように押し戻す復元力が生成される。 弾丸50は、図２に示された３つの部分、すなわちスティンガーヘッド74、弾丸前部64および弾丸後部62で構成されることが望ましい。 これによってスティンガーヘッド74は、高速度鋼、タングステンカーバイド、またはタングステン合金のような堅い耐腐食性および耐衝撃性材料から形成されることができる。 スティンガーヘッド74は機械加工によって非常に滑らかに仕上げられることができる。 弾丸前部64は、弾丸のできるだけ前方の位置に質量を提供するようにタングステンのような高密度の材料から形成される。 弾丸後部62は、発射中に砲の砲身に損傷を与えない真鍮、銅または鉛のような軟らかい材料から形成される。 弾丸50は好ましくは４：１より大きい長さ対直径比（Ｌ／Ｄ）を有し、約４： １乃至約８：１であることが好ましい。 もっと小さい値のＬ／Ｄでは、復元力モーメントアームは横方向の不安定性を相殺するのに不十分であり、満足できる貫通深度のためには弾丸の質量が不十分である。 もっと大きい値のＬ／Ｄでは、弾丸はジャイロ効果によって安定することは困難になり、また通常の砲機構に適用することができない。 比較すると、通常の発射された弾丸は約２乃至３のＬ／Ｄ 比を有する。 図７および８に示されているように、弾丸に対して種々の修正が行われてもよい。 これらの修正を成された弾丸の特徴は、ほかの点では弾丸50に関して前に説明されたものと同じであり、これらの説明はここに引用されている。 これらの特徴は適宜、種々に組合せられて使用されてもよい。 図７は、その後端部54に１組のフィン102を有する弾丸100を示す。 弾丸100は、旋条を設けられておらず、したがって弾丸が発射されたときにジャイロスコープ効果による安定化スピンを弾丸に与えない砲身を有する砲からの発射用に設計されている。 １組のフィン102は、弾丸100が空中を飛行しているときそれを空気力学的に安定させる。 フィン102は、発射前に容器（示されていない）に入っている時には弾丸100の側面に折畳まれている。 フィン102は、弾丸100が発射され砲身38の全長を移動しているとき弾丸100の側面に折畳まれたままであり、砲身から発射された後に開く。 フィン102の開放動作は、いくつかの方法の任意のもので行うことができる。 １つの方法において、フィン102はばね鋼のような弾性金属から形成され、弾丸の側面から突出する。 フィン102は、カートリッジ内では弾丸100の側面上に折畳まれている。 弾丸100が砲身から発射されて出たとき、フィン102が開く。 図７ に示されている別の方法では、フィン102はフィンが平らに畳まれた状態の閉位置と、フィンが突出した状態の開放位置との間で動作するヒンジ104によって弾丸100の本体58に取付けられる。 スティンガーヘッド106の別の実施形態は図７にも示されており、図８にはさらに詳細に示されている。 スティンガーヘッド106は、円錐形前部面108が図４の平坦な前部面80で置き換えらていることを除き、スティンガーヘッド74と同じである。 円錐形ノーズ108の円錐形の先端角度Ｂは約130°の大きさであるが、依然として弾丸100が水中を移動しているときにキャビテーション空間30を結果的に形成させる水流分離を誘導するようにスティンガーヘッド106が水流分離溝86と共同することを可能にする。 図４の平坦な前部面80は、水流分離を誘導するために好ましいが、円錐形前部面108の使用には、それが空気と水の境界28で水に入った時の弾丸100上に衝撃荷重を減少させるという利点がある。 高質量の弾丸、および高い砲口速度を生成する弾丸発射火薬を使用する設計に対して、弾丸が水に入ったときにばらばらにならないように、このような衝撃荷重を減少することが必要される可能性がある。 図７はまた弾丸前部110の別の実施形態を示す。 図２の弾丸前部62はほぼ円錐形である。 図７の弾丸前部110は曲面である。 楕円の一部分を含むものとして一般に説明することのできる形状を有する曲面は、円錐形状と比較して外側に凸状に湾曲されている。 曲面は、弾丸100の付加的な質量が所望に応じて弾丸100の後端部ではなく、その前端部に向かって集められることを可能にする。 曲面の形状は、空力抵抗の減少というもう１つの理由のためにいくつかの通常の弾丸、ミサイルおよびロケットのようないくつかの他の装置において使用される。 曲面の弾丸前部110は、円錐形の弾丸前部62と比較して、空力抵抗にほとんど影響を与えない。 その代わりに、前述のように、その機能は弾丸100の質量を増大させることであり、その質量は前端部の近くに位置される。 弾丸前部の別の形状もまた使用されることができる。 図９は、水中の目標物体を破壊する本発明にしたがって構成された弾丸および弾丸システムの任意のものを使用する好ましい方法を示す。 符号120で示されているように、弾丸が配備される。 弾丸は前に説明されたようなものであるか、或は前に説明された特徴の組合わせを有する。 符号122において、弾丸が図１に示されているように空中の位置から水中のターゲットに向かって発射される。 弾丸は最初に空中を移動して、空気と水の境界を通過して水中を移動する。 本発明の特定の実施形態が説明のために詳細に記載されているが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の修正および強化を行ってもよい。 したがって、本発明は添付された請求の範囲によってのみ限定されるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コプシー、 リード アメリカ合衆国、ワシントン州 98362 ポート・エンジェルス、モンロー・リード 1523 (72)発明者 トゥーリン、マーシャル アメリカ合衆国、 カリフォルニア州 93110 サンタ・バーバラ、ビア・グロリ エッタ 4356 (72)発明者 クライン、 ロイ アメリカ合衆国、 ニュージャージー州 07860、 ニュートン、フレッドン・グリ ーンデル・ロード 27