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IGNORED

Frage an die Physiker/Ballistiker


Guest

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Hallo, ich habe da mal ne Frage...

Als ich vor kurzem einen Artikel über die Vulkan-Maschinenkanonen las (Bordkanone vieler Kampfjets), kam folgende Fragestellung auf:

Das Geschoss fliegt mit etwa 1000 m/s und wiegt 100g - hat also 50.000J Gemessen stehend am Boden.

Wenn das Flugzeug jetzt grob mit Schallgeschwindigkeit unterwegs ist hat das Geschoss bereits eine kinetische Energie von etwa 6000 J, also 12 % E(End). Bis hier hin einfach, aber:

Durch den Flug hat das Geschoss ja auch eine höhere Trägheit. Hat das Einfluss auf den Druck bei der Schussentwicklung (d.h. höherer Gasdruck in der Hülse)? Wenn ja, wie deutlich?

Gibt es Erfahrungswerte, welcher Geschwindigskeitsunterschied zum Flugzeug erreicht wird? 1000 m/s werden es wohl nicht sein, aber ich glaube schon, dass es > 650 m/s sein wird, da wohl die Verweildauer im Lauf höher ist.

Wie hoch ist E(End)

Gleiche Fragestellung ergäbe sich auch, wenn ich eine langsame 45er im Reiseflugzeug abschieße (Fluggeschwindigkeit ca. 240 m/s). Was passiert, wenn ich in Flugrichtung bzw. entgegengesetzt schieße?

Bevor es wieder losgeht: Ich habe nicht vor, eine von beiden Varianten zu testen, werde nichts verfassungs-/ gesetzteswidriges machen oder auch nur planen. Rein akademisches Interesse. Stellt Euch einfach vor, dass in dem Flugzeug ein zugelassener Schießstand ist und keine Passagiere...

thecyclone

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Durch den Flug hat das Geschoss ja auch eine höhere Trägheit. Hat das Einfluss auf den Druck bei der Schussentwicklung (d.h. höherer Gasdruck in der Hülse)?

Ich glaube, da unterliegst Du einem Denkfehler.

Ein fliegendes Flugzeug ist für sie Kanone genauso stationär zu betrachten, wie wenn es am Boden steht.

Ein leichter Unterschied ergäbe sich noch, wenn der Pilot maximal beschleunigt, aber das kannst Du getrost vergessen - ist etwa so, wie wenn ein KW-Schütze die Faust samt Waffe nach vorn stößt, während er den Schuß auslöst. Hie käme die Massenträgheit des Geschoßes zum tragen, aber das bleibt ein akademisches Problem.

Gruß

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Hi Cyclone,

also nach meinem Verständnis ändert sich für die Kanone beim Schuss nichts, ausser dem Staudruck

der durch die Fluggeschwindigkeit auf dem Rohr lasted. Das sollte aber nicht so tragisch sein.

Innenbalistisch ändert sich für die Kugel nichts. Die eigengeschwindigkeit ist sozusagen Stillstand

für die Waffe.

Wenn nun das Flugzeug ein anderes Flugzeit mit etwas gleicher Geschwindigkeit beschiesst änder sich auch nicht viel, ausser

dass die Geschosse schneller abgebremst werden durch die höhere Fluggeschwindigkeit und die damit steigende Luftreibung.

Wenn nun allerdings ein knapp Schall fliegendes Flugzeug mit der Bordkanone ein Ziel auf dem Boden

Beschiesst, dürften die Kugeln mit der Adierten Geschwindigkeit von Flug + Geschoss auftreffen.

Zu der bummeligen .45er im FLieger ergibt sich kein Unterschied, da die Kugel sich ja in einem

Raum befindet mit dem Ziel und somit die Reisegeschwindigkeit des Raums keinen Einfluss hat.

Ich hoff ich hab keinen Denkfehler drin.

Gruß

Stephan

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Ok, das bedeutet, dass das Geschoss dann etwa 1350 m/s fliegt und dadurch eine Energie von etwa 90.000 Joule hat.

bei 6000 Joule durch das fleigende Flugzeug und 50000 Joule bei einem Schuss am Boden ist das aber ein erheblicher Energiezuwachs!

thecyclone

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Guest BudSpencer

Die Sache ist doch ganz einfach:

E0 (kin) = 0,5 * m *v²

Wenn nun das Flugzeug schon mit 1000m/s fliegt und dann ein Geschoss (12,7*99) mit 1000m/s abfeuert dürfte die V0 nahe bei 2000m/s liegen.

Ein panzerbrechendes .50BMG Gesch0ß hat ca. 52 Gramm, also 0,052 KG.

E0 (Jet) = 0,5 * 0,052 kg * 2000m/s² = 104 000 Joule

E0 (Sniper) = 0,5 * 0,052kg * 900m/s² = 21 060 Joule

Das Jet Geschoß wird jedoch aufgrund des höheren Luftwiederstandes schneller an Energie verlieren als das Sniper Geschoß, jedoch nur minimal.

Es gäbe nur einen etwas höheren Ladedruck, den es herscht natürlich ein Überdruck im ausgefahrenen Lauf des Flugzeuges.

Das wäre ähnlich wie ein Schuss unter Wasser, nur nicht so extrem.

V.a. da die Luft in solchen höhen ja auch "dünner" ist.

Grüße

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Ich gebe zu bedenken, dass die Geschwindigkeit in den Winddruck (aka Luftwiderstand) quadratisch eingeht.

Von daher: doppelte Anfangsgeschwindigkeit = vierfacher Winddruck, den das Geschoss erfährt. Evt muss man das im Überschall-Bereich nochmal anders rechnen, aber da war ich gerade Kreide holen....

Gruß,

Knut 

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Ich gebe zu bedenken, dass die Geschwindigkeit in den Winddruck (aka Luftwiderstand) quadratisch eingeht.

Von daher: doppelte Anfangsgeschwindigkeit = vierfacher Winddruck, den das Geschoss erfährt. Evt muss man das im Überschall-Bereich nochmal anders rechnen, aber da war ich gerade Kreide holen....

Gruß,

Knut 

Im Überschallbereich ist das Geschoss doch sowieso, daher glaube ich nicht, daß man anders rechnen muss.

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Wenn nun das Flugzeug schon mit 1000m/s fliegt

Das ist dann aber schon fasst 3-fache Schallgeschwindigkeit.

Die Energie wächst eben quadratisch zur Geschwindigkeit, daher der "mysteriöse" Energie-Zuwachs, im Vergleich wenn man die Energien nur addiert. Fragt sich, wieviel die auf den Lauf auftreffende Luft, die ja immerhin mit Schallgeschwindigkeit ankommt ausmacht. Desweiteren, wie schon gesagt wurde, steigt der Luftwiderstand ebenfalls ca. quadratisch mit der Geschwindigkeit. Das Geschoss wird also anfangs ziemlich stark gebremst.

In der geschlossenen Kabine spielt das beides natürlich keine Rolle, das Geschoss verhält sich genauso wie auf dem stehenden Schießstand.

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Hmmmm,

kommen wir da nicht in den Bereich des perpetuum mobile, wenn das Geschoss im Lauf immer auf 1000 m/s beschleunigt wird?

Wenn besagtes Flugzeug 1000 m/s hinbekommen würde, hätte das Geschoss eine Energie von 50.000 J. Wird es dann auf insgesamt 2000 m/s beschleunigt, wären wir bei 200.000 Joule. Kommt man da nicht irgendwann an den tatsächlich vorhandenen Energiegehalt des Pulvers ran, wenn man das endlos weiter denkt?

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Gleiche Fragestellung ergäbe sich auch, wenn ich eine langsame 45er im Reiseflugzeug abschieße (Fluggeschwindigkeit ca. 240 m/s). Was passiert, wenn ich in Flugrichtung bzw. entgegengesetzt schieße?

1. Wirst Du kaum eine Bordkanone / Waffe finden, deren "envelope" einen derart hohen True Airspeed bzw. eine so hohe Mach Nummer beim Einsatz zulässt. Dafür gibt es einfach Limitations, wie z.B. auch für das Fahren der Klappen, des Fahrwerks usw.

2. Schuß mit oder gegen die Flugrichtung.

Kommt eben darauf an, wie Du die Geschwindigkeit misst. In relation zur sich bewegenden Kabine, fliegt das Geschoss wie auf einem stationären Schießstand, in Relation zum stationären Erboden bewegt sich das Geschoss unter umständen gar nicht.

Anderes Beispiel (sogar PC): Du rennst mit 10 km/h in einem Zug, der 10 km/h fährt in Fahrtrichtung:

Deine Geschwindigkeit über Grund: 20 km/h

Deine Geschwindigkeit relativ zum Zug: 10 km/h

Dasselbe gegen die Fahrtrichtung:

Deine Geschwindigkeit über Grund: 0 km/h

Deine Geschwindigkeit relativ zum Zug: 10 km/h

TheHun

P.S. Ich warte schon auf den Schlaumeier, der mir mitteilt, das laufen in Zügen nicht erlaubt ist und unter Umständen sogar die Zuverlässigkeit kosten kann.... :rolleyes:

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Hmmmm,

kommen wir da nicht in den Bereich des perpetuum mobile, wenn das Geschoss im Lauf immer auf 1000 m/s beschleunigt wird?

Wenn besagtes Flugzeug 1000 m/s hinbekommen würde, hätte das Geschoss eine Energie von 50.000 J. Wird es dann auf insgesamt 2000 m/s beschleunigt, wären wir bei 200.000 Joule. Kommt man da nicht irgendwann an den tatsächlich vorhandenen Energiegehalt des Pulvers ran, wenn man das endlos weiter denkt?

Kann ich so nicht ganz nachvollziehen. Das Geschoss wird in diesem Gedankenmodell durch das Pulver immer auf 1000 m/s beschleunigt, diese Geschwindigkeit addiert sich für einen ruhenden Beobachter zur Geschwindigkeit des Flugzeugs hinzu, wenn auch nur sehr kurzzeitig (wenn man davon ausgeht dass die Luftreibung erst nach dem Verlassen des Laufs zuschlägt). Was willst Du da endlos weiterdenken? Die zusätzliche Energie kommt ja von der Geschwindigkeit des Flugzeugs (und dam

t aus dessen Treibstoff). Ansätze für ein pertetuum mobile seh ich da keine.

Gruß,

Knut

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Nun Knut, den Ansatz sehe ich darin, dass die (angenommen immer gleichen) 1000 m/s Steigerung der Geschwindigkeit aus der "Ruhelage" während des Fluges eben einen immensen Energiezuwachs bedeuten, wenn das Flugzeug mit hoher Geschwindigkeit unterwegs ist.

Am Boden Schafft das Geschoss 50.000 J,

bei Flugzeug mti Schallgeschwindigkeit liefert das Flugzeug 6.000 J (100 g in"Ruheposition" im Flugzeug), während das abgeschossene Projektil dann schon 90.000 J hätte. Somit schafft die Patrone hier eine Energiesteigerung von 84.000 J.

Fliegt das Flugzeug 1000 m/s hat die Ruheposition eine Energie von 50.000 J, im abgeschossenen Flug bei dann 2000 m/s eine Energie von 200.000 J - also 150.000 J aus der Patrone - das dreifache, was sie am Boden an Energie liefern kann.

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Nun Knut, den Ansatz sehe ich darin, dass die (angenommen immer gleichen) 1000 m/s Steigerung der Geschwindigkeit aus der "Ruhelage" während des Fluges eben einen immensen Energiezuwachs bedeuten, wenn das Flugzeug mit hoher Geschwindigkeit unterwegs ist.

Am Boden Schafft das Geschoss 50.000 J,

bei Flugzeug mti Schallgeschwindigkeit liefert das Flugzeug 6.000 J (100 g in"Ruheposition" im Flugzeug), während das abgeschossene Projektil dann schon 90.000 J hätte. Somit schafft die Patrone hier eine Energiesteigerung von 84.000 J.

Fliegt das Flugzeug 1000 m/s hat die Ruheposition eine Energie von 50.000 J, im abgeschossenen Flug bei dann 2000 m/s eine Energie von 200.000 J - also 150.000 J aus der Patrone - das dreifache, was sie am Boden an Energie liefern kann.

Wobei die gesteigerte Energie nur dann zum Tragen kommt, wenn ein stehendes Ziel beschossen wird.

Also Fahrzeug aus FLugzeug mit Bordkanone.

Bei einem Kampf FLugzeug - Flugzeug ist die Energie eher geringer, da der Luftwiderstand durch die höhere Geschwindigkeit steigt und

das Geschoss schneller gebremst wird.

Gruß

Stephan

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Wird der Jet durch den Rückstoß dann eigentlich langsamer?

Wenn ja vermutlich nicht viel; der wiegt ja auch das ein oder andere Gramm.

Doch. Da gab es mal einen Bericht über die A10 Thunderbolt II. In dem berichtete ein Pilot, dass aus der GAU8/A Kanone immer nur kurze Feuerstösse abgegeben werden solle, da es zu viel vom Speed wegnehmen würde. Laut Wikipedia beträgt die Rückstosskraft 44,5kN.

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Doch. Da gab es mal einen Bericht über die A10 Thunderbolt II. In dem berichtete ein Pilot, dass aus der GAU8/A Kanone immer nur kurze Feuerstösse abgegeben werden solle, da es zu viel vom Speed wegnehmen würde. Laut Wikipedia beträgt die Rückstosskraft 44,5kN.

Das hängt vielleicht aber auch mit der Kadenz dieser Waffe und ein klein wenig mit dem Geschoßdurchmesser und dem Geschoßgewicht zusammen...

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Doch. Da gab es mal einen Bericht über die A10 Thunderbolt II. In dem berichtete ein Pilot, dass aus der GAU8/A Kanone immer nur kurze Feuerstösse abgegeben werden solle, da es zu viel vom Speed wegnehmen würde. Laut Wikipedia beträgt die Rückstosskraft 44,5kN.

Verglichen mit den 276 kN eines (!) Jumbo-Triebwerks (Quelle: Wikipedia) erscheint das ja ziemlich viel, erstaunt mich aber trotzdem, schließlich wirkt diese Kraft nur extrem kurz. So kurz, dass man eine Handfeuerwaffe problemlos abfeuern kann, ohne umgehauen zu werden (weiß nicht wie es mit einer GAU8/A Kanone steht). Ein Jet-Triebwerk hält man aber garantiert nicht auf.

Umgekehrt würde das ja heißen, man könnte das Flugzeug spürbar beschleunigen, indem man nach hinten feuert?

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P.S. Ich warte schon auf den Schlaumeier, der mir mitteilt, das laufen in Zügen nicht erlaubt ist und unter Umständen sogar die Zuverlässigkeit kosten kann.... :rolleyes:

[schlaumeiermode on]

Mengenlehre modern: Wenn 3 Leute in einen Zug einsteigen, und 4 wieder herauskommen, dann muß einer wieder einsteigen, damit keiner drin ist.

[/schlaumeiermode off]

Sorry, konnte nicht anders .... :s75:

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Umgekehrt würde das ja heißen, man könnte das Flugzeug spürbar beschleunigen, indem man nach hinten feuert?

Ja. Die Turbine macht ja auch nix anderes als große Mengen Gas nach hinten zu beschleunigen. Im Grunde zählt nur der Impuls (bzw. der Impulserhaltungssatz). Aus praktischen Gesichtpunkten hat sich aber wohl der Antrieb durch heiße Gase gegenüber dem Antrieb durch rückwärts gerichtete Geschosse durchgesetzt. :gutidee:

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Umgekehrt würde das ja heißen, man könnte das Flugzeug spürbar beschleunigen, indem man nach hinten feuert?

Setz Dich mal auf einen gut geschmierten Rollsessel und schieß eine großkalibrige Fullauto ! :gutidee:

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Richtig düfte doch sein, dass ein in Innenraum des Flugzeugs befindlicher, der sich mit dem Flugzeug und der Waffe im selben Bewegungszustand befindet, gleich in welcher Richtung schießend sein Ziel mit gleicher Vz im Flugzeug trifft.Etwas ander verhält sich dieVz wenn auf ein am Boden befindliches Ziel aus einem Flugzeug beschossen wird. In Flugrichtung addiert sich Fluggeschwindigkeit und Vo ! Entgegengesetzt der Flugrichtung auf ein am Boden befindliches Ziel geschossen ist die Fluggeschwindigkeit von der Vo abzuziehen um auf Vz zu kommen. Rein theoretisch kann ein Geschoß somit senkrecht fallen. Der Skipper sagt, Fahrt über Grund!

Und wenn wir alle nur noch in eine Richtung schiessen.... bleibt dann aufgrund der Impulserhaltung irgendwann die Erde stehen ? :00000733: Oder dreht sie sich weiter ?Wird Physik nicht mehr unterrichtet ?Hast du hier schon gelesen ? : http://de.wikipedia.org/wiki/Spezielle_Rel...%C3%A4tstheorie :gutidee:
Das ist die Frage und die Antwort auf die Stopwirkung unserer Großkaliberwaffen!Man rechne mal 35 Gramm mal 650 m/ sec gegen einen Elefanten mit 4,5 to mal 3m/sec hoch! Dann schaun wir mal wie der Elefant nach hinten geworfen wird!
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Eigentlich wurde schon alles gesagt. Trotzdem nochmal die wichtigsten Punkte:

Ausgangsfragestellung: Auswirkung der Bewegung einer Waffe (in Laufrichtung) auf die Innen- un Außenballistik des Geschosses.

Antwort: Hier waren die ersten Antworten vollkommen richtig. Es gibt annähernd keine Änderungen. Das Geschoss wird relativ zum Flugzeug (!!) auf seine normale Geschossgeschwindigkeit beschleunigt. Relativ zum Erdboden (d.h. "absolut") ist das Geschoss natürlich um die Flugzeuggeschwindigkeit schneller. (Dabei kann das Geschoss (wiederum absolut gesehen, also relativ zum Bezugssystem Erdboden) natürlich mehr Energie haben als die Pulverladung ihm zur Verfügung stellen kann - es bekommt diese Zusatzenergie eben vom Flugzeug).

Weitere Fragestellung: Auswirkungen des Staudruckes im Waffenrohr?

Antwort: Ich hab mal ne kurze Überschlagsrechnung für das angesprochene Thunderbolt Bodenkampfflugzeug gemacht. Eine Flugzeuggeschwindigkeit von etwa 500 km/h führt zu einem Staudruck von ca. 11 Bar (bei Atmosphärendruck 1 Bar). Laut "Waffentechnisches Taschebuch" von Rheinmetall entwickelt eine 30mm-Kanone (wie dort verbaut) einen maximaldruck von ca. 4000 Bar. Das heißt der Staudruck kann vollkommen vernachlässigt werden, selbst wenn die verwendete Näherungsformel nicht ganz stimmt (Flughöhe usw.)

Weitere Fragestellung: Auswirkung des Rückstoßes?

Antwort: Ich hab mal ne weitere kurze Rechnung angestellt. (Es lebe die Impulserhaltung). Flugzeug: ca. 13.000 kg. Geschoßgeschwindigkeit (nach Wikipedia) ca. 600 m/s bei einem Gewicht von 430 Gramm. Dies ergibt eine Geschwindigkeitsänderung des Flugzeugs von ca. 0,02 m/s pro Schuss. Bei einer Kadenz von (wieder Wikipedia) 4200 Schuß / Minute macht das in einer Sekunde eine Gesamt-Geschwindigkeitsänderung von ca. 1,4 m/s oder etwa 5 km/h. Meiner Meinung nach nicht wirklich so schlimm, daß allein dieser Effekt längere Feuerstöße verhindern würde. (Nur als Vergleich: würde man die Kanone statt auf einem 13 Tonnen schweren Flugzeug in einem 1 Tonne schweren Kleinwagen verbauen (sähe sicher nett aus - ergibt ein Gesamtgewicht von etwa 2,8 Tonnen, da die Kanone voll geladen etwa 1,8 Tonnen wiegt), so würde dieser (vorausgesetzt die Handbremse ist gelöst) innerhalb einer Sekunde auf ca. 6,5 m/s, also 23 km/h beschleunigt werden. Damit kommt man immerhin in ca. viereinhalb Sekunden von 0 auf 100. Wer braucht schon nen Motor wenn er eine Vulcan-Kanone... naja egal.)

Zusatzinfo:

Es gibt tatsächlich rückstoßfreie Kanonen (auch Düsenkanonen) genannt (wieder mal Wikipedia). Hierbei liegt der Vorteil vor allem darin, daß man sich eine schwere Aufhängung mit der Einrichtung zum Rücklauf spart, das Teil kann praktisch von der Schulter abgeschossen werden. Die Idee ist, großkalibrige Maschinenkanonen auch z.B. in Hubschraubern verbauen zu können. Die sind mit 5 Tonnen nämlich deutlich leichter als das fette Flugzeug und vertragen aufgrund ihrer Leichtbauweise und des doch instabileren Gesamtflugverhaltens das Gerüttel nicht so gut.

P.S.: Keine Garantie auf sämtliche Rechnungen. Bitte nachprüfen.

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