Geschossstabilisierung bedeutet in der Ballistik die Stabilisierung der Flugbahn von Geschossen. In der Erdatmosphäre unterliegen Geschosse dem Luftwiderstand, was deren Reichweite beschränkt. Längliche Körper (z. B. Langgeschoss) haben bei gleicher Masse einen geringeren Luftwiderstand als kugelförmige (z. B. Kanonenkugel), geraten ohne Stabilisierung jedoch während des Fluges in heftige Trudelbewegungen, was die Flugrichtung und -weite stark negativ beeinflusst. Der Grund dafür ist, dass die Schwerkraft auf das Geschoss wirkt und in der Regel der Massemittelpunkt unter dem aerodynamischen Zentrum liegt, was zur Folge hat, dass das Geschoss sich hinten senkt und vorne hebt, bis es sich überschlägt. Die Stabilisierung kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden.

Drallstabilisierung

Bei der Drallstabilisierung, auch Rotationsstabilisierung wird die Stabilisierung des Geschosses durch Rotation um die Längsachse erreicht. Versetzt man das Geschoss in Rotation um die Längsachse, so verhält es sich wie ein Kreisel: Der gyroskopische Effekt wirkt stabilisierend (siehe Kreiseltheorie#Drallstabilisierung). Ist die Winkelgeschwindigkeit groß genug, so liegt der Drehimpulsvektor in der Längsachse. Die Orientierung der Drehachse bleibt zunächst wegen ihres Dralls unverändert (Drehimpulserhaltung). Der Drehimpuls führt zu einer Kreiselbewegung, der Präzession, bei der sich die Geschossspitze um die Bewegungsachse dreht. Die Präzession wird überlagert von einer schnelleren und kleineren Bewegung, der Nutation. Die Nutation entsteht durch kleine Störungen beim Flug, z. B. durch ungleichmäßige Beschleunigung durch Treibsatzgase beim Verlassen der Mündung. In der Regel klingt die Nutation im Flug langsam ab. Die Überlagerung der beiden Bewegungen führt dazu, dass die Geschossspitze sich in Zykloidenbahnen bewegt.

Durch die Präzession entsteht ein Anstellwinkel, der zusammen mit dem Luftwiderstand zu einem Auftrieb des Geschosses unterhalb seiner Spitze führt. Der Auftrieb ist nicht konstant; er ändert sich je nachdem wie der Anstellwinkel zur Flugbahn liegt. Der Auftrieb erzeugt ein Drehmoment zur einen Seite je nach Rotationsrichtung; bei Rechtsdrall nach rechts. Dieses bewirkt letztendlich eine zunehmende Seitenabweichung zur Bahntangente.

Es wirken noch weitere Kräfte, vor allem der Magnus-Effekt, der gegensätzlich zu Präzession wirkt. Diese weiteren Kräfte beeinflussen die Drallstabilisierung in der Regel nur unwesentlich.

Bei Geschossen liegt die Präzessionsfrequenz etwa bei einer Umdrehung pro Sekunde, ist also oft größer als die Flugdauer, welche bei Artilleriegeschützen im Durchschnitt etwa 20 Sekunden beträgt.

Dralllose Stabilisierung

Geschosse ohne Drall werden durch die Luftkraft, welche durch den Luftwiderstand erzeugt wird, stabilisiert. Das Geschoss erreicht eine Stabilität, wenn das aerodynamische Zentrum hinter dem Massemittelpunkt liegt. Das Geschoss pendelt sich immer wieder auf die Flugbahn ein und folgt ihr mit der Nase voraus. Eine Seitenabweichung wie bei der Drallstabilisierung ist nicht existent. Dralllose Stabilisierung kann konstruktiv durch folgende Maßnahmen erreicht werden:

• Pfeilstabilisierung: Der Schwerpunkt wird durch Masseverteilung nach vorne verlagert. (z. B. Feuerwerksrakete, Congreve’sche Rakete)
• Der Luftangriffspunkt wird durch Einsatz der Luftkraft am Heck nach hinten verlagert.
  • Flügelstabilisierung: Stabilisierung erfolgt durch Leitwerk am Heck. Das Leitwerk gibt es in zwei Varianten: als Flügelleitwerk mit seitlichen Leitflächen sowie als Ringleitwerk. Die Flügelstabilisierung wird meist bei stark gekrümmten Flugbahnen oder bei kleinen Anfangsgeschwindigkeiten angewendet. (z. B. bei Mörsergranaten, Gewehrgranaten und Raketenwaffen).
  • Widerstandsstabilisierung: Dauerhafte Vergrößerung des Luftwiderstandes am Heck (z. B. Blasrohrpfeil)

In der Technik wird am meisten die Flügelstabilisierung verwendet.

• Pfeilstabilisierung
• Flügelstabilisierung
• Widerstandsstabilisierung

Literatur

• R. Böhm: Die Deutschen Geschütze 1939–1945. Herausgegeben von F. M. von Senger und Etterlin. Bechtermünz, Augsburg 2002, ISBN 3-8289-0524-2, S. 18.
• Beat P. Kneubuehl: Ballistik, Theorie und Praxis, 2. Auflage, Springer Nature Verlag, Berlin, 2022, ISBN 978-3-662-64792-9;
• C. Cranz: Lehrbuch der Ballistik. Teubner, Leipzig u. a.
  • Band 1: Äussere Ballistik oder Theorie der Bewegung des Geschosses von der Mündung der Waffe ab bis zum Eindringen in das Ziel. 1910;
  • Band 2: Innere Ballistik. Die Bewegung des Geschosses durch das Rohr und ihre Begleiterscheinung. 1926;
  • Band 3: Experimentelle Ballistik oder Lehre von den ballistischen Messungs- und Beobachtungs-Methoden. 1913;
  • Band 4: Atlas für Tabellen, Diagramme und photographische Momentaufnahmen. 1910.
• Jürgen Gebauer, Egon Krenz: Marine-Enzyklopädie. 2. überarbeitete Auflage. Brandenburgisches Verlags-Haus, Berlin 1998, ISBN 3-89488078-3, S. 194, S. 296.

Einzelnachweise

1. 1 2 3 Drallstabilisierung in: Spektrum.de
2. 1 2 3 4 Heinz Dathan: Waffenlehre für die Bundeswehr. (4. neu bearbeitete Aufl.), Mittler & Sohn Verlag, 1980, ISBN 3-87599-040-4, S. 41–45
3. 1 2 Beat Kneubuehl (Hrsg.), Robin Coupland, Markus Rothschild, Michael Thali: Wundballistik. Grundlagen und Anwendungen. 3. Auflage. Springer Medizin Verlag, 2008, ISBN 978-3-540-79008-2. S. 78–79
4. 1 2 3 4 5 6 Karl Sellier, Beat P. Kneubuehl: Wundballistik und ihre ballistischen Grundlagen. 2. völlig überarbeitete und ergänzte Auflage. Springer, Berlin u. a. 2001, ISBN 3-540-66604-4, S. 142–146.
5. 1 2 Mark Denny: Their Arrows Will Darken the Sun: The Evolution and Science of Ballistics, Johns Hopkins University Press, 2011, ISBN 9780801899812, S. 110–117
6. 1 2 3 Robert Wichard Pohl: Einführung in die Mechanik, Akustik und Wärmelehre, Springer-Verlag, 1942, S. 84
7. ↑ Hans-Hermann Kritzinger, Friedrich Stuhlmann (Hrsg.): Artillerie und Ballistik in Stichworten Springer-Verlag, 1939, ISBN 9783642907944, S. 108–109
8. 1 2 Max Dreger: Waffensammlung Dreger: Mit einer Einführung in die Systematik der Waffen, Verlag Walter de Gruyter, 1926, ISBN 9783111401676, S. 68
9. ↑ Thomas Enke: Landminen und Munition in Krisengebieten: Sicherheitshandbuch für Einsatz- und Hilfskräfte, Walhalla Fachverlag, 2017, ISBN 9783802944956, S. 50
10. ↑ Bill Gunston: The Illustrated Encyclopedia of Rockets and Missiles, Salamander Books Ltd, 1979, S. 212–213, 239
11. ↑ Ian Hogg: German Secret Weapons of the Secret World War: The Missiles, Rockets, Weapons & New Technology of the Third Reich, Verlag Frontline Books, 2015, ISBN 9781473877672, S. 53