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7/31/2019 Artillery tie

1/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

1 . A e r o d y n a m

i c s a n d F i r e p o w e r

o r h o w t o s l u g t h e e n e m y f r o m a d i s t a n c e


2/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

Q u o t a b l e Q u o t e

C p t L i d d e l l - H a r t *

I t i s t h e f i r e p o w e r , a n d f i r e p o w e r a l o n e ,

t h a t a r r i v e s a t t h e c o r r e c t t i m e a n d p l a c e

t h a t c o u n t s i n t h e m o d e r n w a r

* S i r B a s i l H e n r y L i d d e l l - H a r t ( 3 1 O c t 1 8 9 5 2 9 J a n 1 9 7 0 )

E n g l i s h m i l i t a r y h i s t o r i a n k n o w n f o r h i s i d e a s o n a r m o u r e d

w a r f a r e a n d s t r a t e g i c t h e o r y


3/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

S t a l i n A r t i l l e r y i s t h e G o d o f W a r

U S S R - V l a d i m i r

T r i a n d a f i l o v ( 1 9 2 9 ) ,

C h a r a c t e r o f t h e O p e r a t i o n s

o f M o d e r n A r m i e s e s t i m a t e d

t h a t 5 0 - 6 0 g u n s / k m o f f r o n t

n e e d e d f o r b r e a k d o w n o f

e n e m y d e f e n s e s .

W W 2 ( 1 9 4 4 ) R u s s i a n a r m i e s

u s e d 2 0 0 - 3 0 0 g u n s / k m o f

f r o n t f o r 2 h r b a r r a g e

R e f : W a l t e r S . D u n n J r ,

H i t l e r s N e m e s i s :

T h e R e d A r m y , 1 9 3 0 - 1 9 4 5 , P r a e g e r , 1

9 9 4


4/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

F i r e p o w e r

T h e r a t e o f e n e r g y d e l i v e r e d f r o m p o i n t A t o p o i n t B

f o r d e s t r u c t i v e p u r p o s e s

Q u e s t i o n : S o h o w m u c h e n e r g y c a n b e d e l i v e r e d b y m o d e r n

w e a p o n s y s t e m s ?


5/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

E x a m p l e : F H 2 0 0 0 F i e l d

H o w i t z e r


6/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

E x a m p l e : P r i m u s S e l f P r o p e l l e d A r t i l l e r y


7/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

E x a m

p l e : M 1 0 7 1 5 5 m m P r o j e c t i l e

W e i g h t

L e n g t h ( e x c l u d i n g f u z e )

6 0 5 . 3 m m

B o d y d i a m e t e r

1 5 4 . 8 9 m

m

D r i v i n g b a n d d i a m e t e r

1 5 7 . 9 8 m

m

P a y l o a d :

C o m p o s i t i o n B :

6 . 9 8 5 k g

T N T :

6 . 6 2 k g

S u p p l e m e n t a r y c h a r g e :

0 . 1 3 6 k g

T N T

R a n g e


8/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

E x a m p l e : X M 9 8 2 E x t e n d e d R a n g e A m

m o

J o i n t d e v e l o p m e n t b y B o f o r s & R a y t h e o n

B a s e d

o n s t a n d a r d 1 5 5 m m p r o j e c t i l e

C a n a r d s a e r o d y n a m i c c o n t r o l s

G P S / I N S u n i t

C E P * = 1 0 m r a d i u s a t a d i s t a n c e o f 5 0 k m


9/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

E n e r g y o f a 1 5 5 m m H E p r o j e c t i l e

C o n s i d e r t h e k i n e t i c e n e r g y f o r t h e 1 7 5 m m R o m a c h S P

K . E .

= = =

A s s u m i n g a p a y l o a d f r a c t i o n o f

T h e c h e m i c a l e n e r g y =

T o t a l e n e r g y


10/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

E n e r g y o f a G P M G c a r t r i d g e

C a r t r i d g e , 7 . 6 2 m m , A

P , M 6 1

W e i g h t ( c a r t r i d g e ) :

W e i g h t ( p r o j e c t i l e ) :

M 6 0 m a c h i n e g u n

M a x e f f e c t i v e r a n g e

M u z z l e v e l o c i t y :

R a t e s o f f i r e :


11/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

E n e r g y o f a G P M G c a r t r i d g e

C o n s i d e r t h e k i n e t i c e n e r g y f o r a 7 . 6 2 m m M 6 1 A P p r o j e c t i l e

K . E .

= = =

S u s t a i n e d r a t e o f f i r e i s

M

u z z l e p o w e r

= =


12/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

G

a l i l e i G a l i l e o ( 1 5 6 4 - 1 6 4 2 )

D i a l o g u e s C o n c e r n i n g T w o N e w S c i e n c e s

A p r o j e c t i l e w h i c h i s c a r r i e d b y a u n i f o r m h o r i z o n t a l

m o t i o n c o m p o u n d e d w i t h a n a t u r a l l y a c c e l e r a t e d v e r t i c a l

m o t i o n d e s c r i b e s a p a t h w h i c h i s a s e m i - p a r a b o l a .


13/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

A r t i l l e r y P r o j e c t i l e T r a j e c t o r y


14/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

F a c t o r s a f f e c t i n g a r e a l t r a j e c t o r y

o r w h a t G a l i l e o d i d n t c o n s i d e r

A i r r e s i s t a n c e - a e r o d y n a m i c d r a g

A i r d i s t u r b a n c e s c r o s s w i n d , g u s t

V a r i a b l e a t m o s p h e r i c p r o p e r t i e s w i t h a l t i t u d e

D r i f t c a u s e d b y p r o j e c t i l e s p i n

E a r t h s r o t a t i o n


15/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

B a l l i s t i c c o e f f i c i e n t - a m e a s u r e o f a i r r e s i s t a n c e

C

=

m / A

=

s e c t i o n a l d e n s i t y

C d

f o r m f a c t o r

C :

b a l l i s t i c c o e f f i c i e n t

m :

m a s s o f p r o j e c t i l e

A :

c r o s s - s e c t i o n a l a r e a o f p r o j e c t i l e

C d :

d r a g c o e f f i c i e n t ( a i r r e s i s t a n c e )

N o t e : t h e b a l l i s t i c c o e f f i c i e n t h a s u n i t s o f k g / m

2


16/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

B a l l i s t i c c o e f f i c i e n t o f 1 5 5 m m H E p r o j e c t i l e

F o r t h e M 1 0 7 1 5 5 m m H E p r o j e c t i l e

m a s s

=

d i a m e t e r

=

C d

( e s t i m a t e d ) =

T h e b a l l i s t i c c o e f f i c i e n t

= =


17/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

B a l l i s t i c c o e f f i c i e n t o f a b u l l e t

I n

S . I . u n i t s , b a

l l i s t i c c o e f f i c i e n t

= =


18/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

E f f e c t o f a i r r e s i s t a n c e

S i m u l a t e d 1 5 5 m m H E t r a j e c t o r y

T r a j e c t o r y p a r a m e t e r s f o r m a x r a n g e

e l e v a t i o n :

2 5 d e g

r a n g e :

1 7 . 5

k m

t i m e o f f l i g h t :

5 1 s

m a x o r d i n a t e :

3 . 5 k m


19/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

W o r k a g a i n s t a i r r e s i s t a n c e - l o s s o f k i n e t i c e n e r g y

t i m e s

| V

|

m / s


20/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

C o m p a r i s o n : 8 8 m m P a k 4 3 A n t i T a n k G u n

M u z z l e v e l o c i t y

:

A P p r o j e c t i l e

:

P e n e t r a t i o n

:


21/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

S i m

u l a t e d 8 8 m m A r m o u r P i e r c i n g ( A P ) t r a j e c t o r y

T r a j e c t o r y p a r a m e t e r s ( C

D = 0 . 2 5 )

e l e v a t i o n :

0 . 6 5 d e g

r a n g e :

2 5 0 0 m

m a x o r d i n a t e :

8 m

t i m e o f f l i g h t :

2 . 5 s


22/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

C o m p a r i s o n

: E n e r g y l o s s a g a i n s t a i r r e s i s t a n c e

| V |

m / s

t i m e s

K E o f A P p r o j e c t i l e a t i m p a c t

= =


23/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

S p i n n i n g o f a r t i l l e r y p r o j e c t i l e s

S p i n n i n g = f l i g h t s t a b i l i t y

A c h i e v e d b y a r i f l e d b a r r e l a n d

c o r r e s p o n d i n g r o t a t i n g b a n d o n

p r o j e c t i l e

E x a m p l e 1 5 5 m m h o w i t z e r

R i f l i n g o f g u n b a r r e l

C o r r e s p o n d i n g r o t a t i n g b a n d


24/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

A e r o d y n a m i c c o n s e q u e n c e s o f s p i n n i n g

T h e M a g n u s e f f e c t *

* G . M a g n u s ,

O n t h e

d e v i a t

i o n o f p r o j e c

t i l e s ; a n

d o n a r e m a r

k a b l e

p h e n o m e n o n o f r o t a t

i n g

b o d i e s . " ,

M e m o i r s o f t h e R o y a l A c a d e m y , B e r l i n ,

1 8 5 2 .


25/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

S p i n n i n g a n d s h e l l d r i f t

V

g


26/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

P o i n t t o P o n d e r

S e a s o n e d o l d g u n n e r :

S h e l l d r i f t i s a l w a y s t o t h e l e f t


27/27

G . L e n g , M

E D e p t , N U S

A p p l i c a t i o n e x a m p l e