Wh und Ww-hat jemand was?

[Thoddy]

paar Gedanken zur vermeintlich schlechten Platte

Unterlagen zur Bestimmung Hauptkampfentfernung und Geschoßwahl Heft a Textband
Auszug

Die obere Durchschlagzone

Hinsichtlich der Sicherheit des Horizontalschutzes gegen Durchschlagen muss bemerkt werden, dass die Durchschlagserwartungen bei den verhältnismäßig kleinen Auftreffwinkeln nur einen Anhalt ergeben können. Geringe Materialunterschiede ergeben vielfach große Auswirkungen, so können z.B schon allein Unterschiede in der Kappenform und Härte(der Platte-Kommentar Thoddy) sich dahingehend auswirken, dass in einem Fall das Geschoss die Platte durchschlägt, im anderen Fall unter sonst dieselben Bedingungen, also bei gleicher Auftreffgeschwindigkeit, nur mit anderer Kappe, das Geschoss abgewiesen wird. Auch liegen die Werte, und zwar sowohl die der Winkel wie auch der Auftreffgeschwindigkeiten, bei denen ein Geschoss abgewiesen wird oder eben noch die Platte durchschlägt, oft so dicht beeinander, dass sie nicht genau getrennt werden können. Ferner kommt hinzu, dass bei den schon sowieso verhältnismäßig geringen Winkeln sich naturgemäß die schwer erfassbare Ablenkung (Aufrichten) noch stärker auswirkt als bei größeren Auftreffwinkeln. Dieses wirkt sich insbesondere dann besonders aus wenn der Durchschlag durch mehrere Platten erfolgt. Hier kann sogar der Fall eintreten, dass sich das Geschoss schräg zur Flugrichtung stellt, so dass es mit einem viel größeren Querschnitt die Platte durchschlagen muss.

Hier wird explizit erwähnt, daß für das Panzerdeck eine Platte mit anderer (größerer) Härte gewählt wurde, die angabegemäß bei den sich geänderten Aufschlagbedingungen (Kappenabschlag, Ablenkung (yaw)) eine bessere Performance bieten  im Vergleich zu "normalen" Platten (mit geringerer Festigkeit und größerer Bruchdehnung).

[delcyros]

ein bisschen schwieriger ist die Sache für gehärtetes und zementiertes Panzermaterial(KC)
britische ballistische Test für Plattenteile entnommen aus der Tirpitz scheinen den Nachweis gebracht zu haben, dass diese Material im vergleich zu britischen Panzerplatten schwächer abschneided.
Beschußtests mit deutschen 17 Zoll dicken Platten haben das selbe Ergebnis erbracht

Wenn mann sich die Ergebnisse jedoch etwas genauer anschaut kommen einge Zweifel an den Schlussfolgerungen auf, die meiner Meinung nach nicht vollständig ausgeräumt werden können.
1) Die Schußergebnisse der Tirpitzplatten liegen über dem Durchschnittsergebnis der Beschußtests britischen Panzermaterials jedoch unterhalb des ballistischen Limits der besten britischen Platten.

2) Die Platten(-teile) aus der Tirpitz wurden mittels Brennschneiden aus dem Gürtelpanzer herausgelöst. Die mit dem Brennschneiden verbundene ganz sicher nicht unerhebliche Wärmeentwicklung hat mit hoher Sicherheit einen ungünstigen Einfluß auf die mechanischen  ballistischen Eigenschaften
(Wärmebehandlung beinflußt immer die mechanischen eigenschaften von Stahl) insbesondere die Art des Versagens der Platte scheint auf eine unzulässige Wärmebehandlung hinzuweisen.

3) soviel ich weiß, muß es sich bei der 17 Zoll Platte um eine Experimentalplatte gehandelt haben, da keine Platte dieser Dicke jemals in ein deutsches Schiff eingebaut wurde. Somit liegt auch keine Information vor, ob dies Platte überhaupt generelle Qualitätsanforderungen erfüllt hat. Weiterhin ist zu ergänzen, daß mit zunehmenden Materialstärken, eine durchgehende Vergütung und damit Aufrechterhalteung einer hohen Güte der Platte nicht mehr gewährleistet ist. Für zunehmende Materialstärken ist damit mit einer relativen Abnahme der Materialgüteeigenschaften zu rechnen. Für deutsches Panzerplattenmaterial soll die Grenze im Bereich 320-350 mm liegen, aussagefähige Unterlagen diesbezüglich liegen jedoch nicht vor.

Diese Tests habe ich mir vor Jahren ebenfalls angesehen, konnte aber keinen statistisch signifikanten Qualitätsunterschied feststellen. Soweit ich mich erinnere, schnitten vier Platten ähnlich oder leicht besser als british CA ab und eine leicht schlechter als die britischen Referenzplatten. Die vier besser abschneidenden hat man dann aus der weiteren Analyse komplett herausgelassen und die eine schlechter abschneidende als Referenzplatte herangezogen. Selektiv! Dabei hätte damals eigentlich schon bekannt gewesen sein müssen, dass die vier ähnlich oder besser abschneidenden Platten von sehr geringen Dimensionen waren- was die Erklärung der guten Performance dieser Platten umso schwieriger macht, da jeder Einschlag nahe der Plattenkante erfolgt, wo mit geringeren ballistischen Qualitäten gerechnet werden muß. Statt dessen hat man jedoch -sozusagen im Umkehrschluß- gemeint, dass nur die schlechter abschneidende Platte eine genügend große Dimensionierung aufwies um als Referenzobjekt zu dienen. Als würden größere Platten immer schlechteren ballistischen Schutz aufweisen als dergleichen kleine! Tatsächlich weisen kleinere Platten durch "plate edge effects" schlechtere Grenzgeschwindigkeiten auf und trotzdem waren diese KC Platten im Test sehr gut.

Zieht man alle Daten statistisch zusammen ergibt sich eine durchschnittliche Qualität in etwa auf dem Niveau british CA der Referenzplatten, allerdings mit größerer Varianz.

[Baunummer 509]

Hallo Zusammen,

es ist immer wieder hoch interessant euch "zuzuhören" und danke Thoddy für die Ausführungen. Es ist manchmal schwierig zu folgen, da die Diskussionen hier teilweise schon wissenschaftlichen Charakter angenommen haben (was ich aber natürlich begrüße).

Wenn ich kurz zusammenfassen darf:
Bei britischen Beschusstests, bei der mehrere deutsche Platten (verschiedenen Ursprungs?) verwendet wurden, haben die deutschen Platten meist besser abgeschnitten als ihre britischen Gegenstücke. Es wurde aber eine größere Varianz der Leistungsfähigkeit der Platten als bei britischen festgestellt. Es wurde der Fehler (?) gemacht die eigentlich schlechteste Platte als Referenzstück heranzuziehen (war das die Tirpitzplatte mit der durch den Einsatz von Schweißbrennern evtl. veränderten Materialzusammensetzung?). Da die Abmessungen der Platte bei Beschusstests wohl eine größere Rolle spielen, ist es umso erstaunlicher warum sich die Platten, die eigentlich schlechter hätten abschneiden müssen (weil zu klein dimensioniert), als die leistungsfähigsten der Versuchsreiche herausstellen. Wenn schon die Dimensionierung der Platten nicht konsistent war, in wie weit waren dass dann die anderen Parameter? Oder wurden die zu kleinen Platten aus genau diesem Grund ausgesondert?

Die Frage bleibt, warum die Briten die scheinbar leistungsfähigsten Platten ignoriert haben. War das Unwissen, gab es erklärbare Gründe hierfür oder ist hier Absicht zu unterstellen, zu versuchen die Ergebnisse der Beschusstests aus britischer Sicht zu beschönigen? Das Wiederum würde so gar nicht in mein Bild der doch sonst sehr objektiv beurteilenden Briten passen.

Lasst euch nicht stören, wollte nur schnell danke sagen. 

Gruß

Sebastian

[delcyros]

Die ballistischen Unterschiede waren z.T. sehr ausgeprägt.

Bei den Tests gegen die kleinen KC Platten zerbrachen alle Projektile in mehrere Teile, selbst wenn sie durch die Platten gingen (einmal bei 1501 fps und ein zweites mal bei 1539 fps). Viermal jedoch wurden die Projektile von der Platte komplett gestoppt (je bei 1348 fps, 1450fps, 1456 fps und 1507 fps). Demnach würde die Grenzgeschwindigkeit für das NBL irgendwo zwischen 1501 und 1507 fps liegen (= 1504 fps +-3 fps), womit alle Tests erklärt werden können.

Bei der großen Platte 27885 lagen die ermittelten Geschwindigkeiten z.T. deutlich unter denen der kleinen. Bei korrigiert 1507 fps ging das Geschoß komplett (heil!) durch den KC und brach einen Teil der Kante ab (ein Hinweis darauf, dass der Einschuß zu dicht an der Plattenkante erfolgte), bei 1462 fps ging das Geschoß in zerbrochen und in Teilen durch (partial penetration nach amerikanischer Definition), wobei das Loch in der KC Platte 13" x 11.8" maß (also leicht Unterkaliber) und bei 1379 fps wurde das Geschoß von der Platte gestoppt.

Zitat (Hervorhebungen von mir):

D.N.C. was mainly interested in the performance of the large plate No.27885 and it would appear from the results obtained that
Limit of perforation = 1485 fs. ± 23 fs.
Limit of penetration = 1420 fs. ± 42 fs.

D.h. die Performance der kleinen Platten mit einem limit der penetration von 1504 +- 3 fps ist rundweg irgnoriert worden und auch die Ermittlung der Angaben für perforation (anscheinend NBL amerikanischer Definition) und penetration (anscheinend holing limt nach amerikanischer Definition) erscheint mir statistisch falsch erzeugt.

Zum Vergleich einige Daten für idente Penetrationsvorgänge mit 520lbs british CA Platten:

Firth-Brown Ltd., No.5020 =1389 fs. (Penetration= holing)
E.S.C. No.9894 = 1463 fs. STOP smooth bulge
E.S.C. No.9894 = 1377 fs. ± 17 fs. (Penetration = holing, für einen Einschuß am Rand der Platte)
E.S.C. No.9894 = 1528 fs. penetration, Hole 12.5"x14" Disc 42" x 42" (=partial penetration, zerbrochen)
E.S.C. No.9894 = 1582 fs. Perforation  Hole 20.8"x31.2" Disc 72" x 50" (broken = NBL)

Daraus hat man dann ein NBL von 1582 fps für british CA abgeleitet, wiederum methodisch problematisch, da es nur auf einem Wert beruht und nicht auf eine Mittlung (tatsächlich weiß niemand wie weit der 3. Schußtest auf diese Platte vom tatsächlichen NBL entfernt lag, er wurde mit diesem gleichgesetzt. Da aber auch die Angabe der Beschädigung recht groß ausfällt Loch: 20.8"x31.2"; Disc 72" x 50" -denke ich dass dieser Schuß deutlich über dem NBL lag. Eine Mittlung würde 1555fps +-27 fps ergeben (EINE PLATTE!) und läge damit kaum über der deutschen KC Mittlung. Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass ESC No 9894 deutlich besser abschnitt als Firth Brown No. 5020 oder andere Platten. Wir haben demnach die schlechteste deutsche Platte in einem Vergleichszusammenhang mit der besten britischen aus dem Untersuchungsrahmen gestellt.

[Thoddy]

die britische Definition für "penetration" unterscheiden sich etwas von der Bedeutung, die wir dem Wort beimessen.

wenn am Ende des Schußschadens Licht zu sehen, ist dann ist das eine "penetration", egal ob das Geschoss letzten Endes abprallt oder im Panzer stecken bleibt. (wenns es drin steckt muß ggf gepopelt werden).

"perforation" ist schon sehr deutlich mehr, im minimum eine partial penetration gemäß US definition bzw Grenzschuß deutsch)

perforation - fit to burst (Heilbleiben)

[delcyros]

Das sehe ich eigentlich genauso. Aber anscheinend liegt der Bedeutungsinhalt brit. 'penetration' noch unterhalb des amerik. 'holing limit', welches ein min. kalibergrosses loch erforderte, während im engl. auch ein Riss auf der Rückseite der Platte reicht. Bei der 'perforation' ist der Durchschlag großer Teile des Geschosses gefordert, wobei der Zustand egal ist (deformiert, intakt oder zerbrochen). Ein 'effective limit' amerik. oder deutscher Definition (=heilbleibkurve in den HKE) existiert nicht.
Signifikante Unterschiede zwischen KC und CA lassen sich von diesen Daten aber nicht ableiten. Selbst die ESC Platte schneidet im holing limit ähnlich wie die schlechte 315mm Platte der Tirpitz ab.

-520lbs ergeben eigentlich 330mm  und nicht 315mm!
Allein der damit verbundene Unterschied in der Limit velocity erklärt die geringere Veloziät der perforation durch KC. Die KC Platte ist fast 5% dünner als die ESC CA Referenzplatte von 520lbs und erfordert auch eine etwa 92 fps (nach facehd 6.2) niedrigere Velozität für den Durchschlag. Damit wird die "schlechte" KC Platte etwa auf das Niveau der ESC Platte (korrigiert für die Unterschidliche Dicke) angehoben während die guten im Mittel sogar leicht über den ballistischen Werten der brit. CA Platte liegen:

Mittlung für ESC, brit. 520lbs/330mm CA:
penetration: 1420 fps +- 43fps
perforation:  1555 fps +- 27fps

Mittlung KC, 315mm (alle Platten):
penetration: 1443 fps +- 64fps
perforation:  1501 fps +- 37fps

Mittlung KC, korrigiert für Dicke (=520lbs +90fps):
penetration: 1533 fps +- 64fps
perforation:  1591 fps +- 37fps

[delcyros]

Thorsten,

existierte nicht irgendwo eine Kurve für die ballistische Stärke von Wh und KC Material, abhängig vom Einschlagwinkel? Ich glaube dieses Dokument könnte dir wirklich weiterhelfen, ich habe es irgendwo einmal gepostet gesehen (von dir?) aber mir damals leider nicht gezogen. Es wäre sinnvoll dagegen mal M79APCLC (Wh) vs Facehd (KC) zu plotten um die systematischen Fehler zu quantifizieren.

beste Grüße,
delc

[Thoddy]

zum einen kannst du die Kurven aus den Unterlagen HKE gegeneinander plotten, dann erhält man das
(ich habe mir mal erlaubt die verwendete Formel nach Excel zu portieren)
Heilbleibenkurve
gelb KC
rot Wh
links Auftreffgeschwindigkeit in m/s
unten Auftreffwinkel - 90 Grad = senkrecht zur Platte

wenn du facehard und m79apclc daten für 320 mm platten generieren könntest 0 - 5 - 10 - 15 - 20....
ich bekomme die Programme bei mir nicht zum laufen und Naab scheint so ein bissel veraltet zu sein

[delcyros]

Ausgangspunkte:
Bedingung 1: NBL (Navy ballistic limit nach US Definition. Loch mindestens kalibergroß, 80-100% des Geschosses passieren die Platte in 4 von 5 Fällen
Datenverarbeitung: M79APCLC; Facehard V6.8; curvefinder 1.0
Winkeldefinition: englisch (d.h. 90 Grad = 0 Grad nach deutscher Definition)

Platte:
320mm = 12.59" = 503.6 lbs nach engl. Terminologie
Material 1: KC/n.A. post 1930 und
Material 2: Wh n.A. nach Nathan Okun´s metal properties (revised 2010): Q= 1.0; E=18%

SK 38 L4.4 APC Geschoß:
380mm= 14.96"
800 kg = 1764lbs komplett, mit Kappe und Haube (Annahme auch für Wh!)
706,8kg = 1558lbs ohne Kappe

Ergebnisse, tabellarisch:



Ergebnisse, graphisch (rot = für 320mm KC; blau = für 320mm Wh):



Die Übereinstimmung mit den Grafen von GKdos100 von oben sind nur als UNGENÜGEND zu bezeichnen. Eine Kongruenz existiert nicht. Der Fehler ist systematisch. Statt wie erwartet einer Verbesserung der Schutzwirkung homogenen Materials bei hohen Einschlagwinkeln (Vgl. GKdos 100) tritt das Gegenteil in den Berechnungen von M79APCLC ein. Bei 1000m/s z.B. kann das L4.4 nach facehard und M79APCLC noch bis 55 Grad KC und sogar bis 61 Grad Winkel Wh durchschlagen (=35 und 29 Grad nach deutscher Terminologie). Glaubt man jedoch den GKdos 100 Graphen, die auf aktuellen Schußtests basieren, so ist dies nicht möglich. Hier wird KC noch bis 50 Grad Einschlagwinkel und Wh NUR BIS 47 GRAD durchschlagen. Nicht nur das die Ergebnisse vertauscht sind. M79APCLC unterschätzt das NBL von Wh bei 45 Grad Einschlagwinkel um 40-50% (statt der für das NBL erforderlichen ca. 800-900 m/s der GKdos 100 Graphen begnügt sich M79APCLC mit nur 464 m/s für Wh und 658 m/s für KC).

DAS MACHT EINEN GROßEN UNTERSCHIED! Mr. Okun muß davon informiert werden.

[Thoddy]

ich hab mal die fremdaten mit aufgenommen
der Graph für gleich dicke Platten gibt ja "nur" den generellen Verlaufunterschied zwischen KC-Platte und homogener Platte wieder

um die Wh Daten ordentlich beurteilen zu können sollten die "normalen" Dicken im Decksbereich verglichen werden also
sagen wir mal 80 mm  120 mm

[delcyros]

Ausgangspunkte:
Bedingung 1: NBL (Navy ballistic limit nach US Definition. Loch mindestens kalibergroß, 80-100% des Geschosses passieren die Platte in 4 von 5 Fällen
Datenverarbeitung: M79APCLC
Winkeldefinition: englisch (d.h. 90 Grad = 0 Grad nach deutscher Definition)

Platte:
80mm = 3.148"
120mm = 4.722"
Material: Wh n.A. nach Nathan Okun´s metal properties (revised 2010): Q= 1.0; E=18%

SK 38 L4.4 APC Geschoß:
380mm= 14.96"
800 kg = 1764lbs komplett, mit Kappe und Haube (Annahme auch für Wh!)
706,8kg = 1558lbs ohne Kappe

Ergebnisse, tabellarisch:




(auf die graphische Darstellung verzichte ich an dieser Stelle, sieht mit R oder SPSS eh besser aus). Ein Vergleich insbes. mit den 80-120mm Penetrationsgrpahen der GKdos100 HKE ist anzustreben.
beste Grüße!

[Thoddy]

So hier Vergleich

Interessanterweise ergibt sich für 80 mm für den am meisten interessierenden Bereich der Fallwinkel um 25 Grad eine ausgezeichnete Übereinstimmung.

jedoch mit zunehmender Materialstärke offensichtlich deutlich wachsende Abweichungen insbesondere im Verlauf der Graphen.

[delcyros]

Dann müssten unterschiedliche scaling Effekte dafür verantwortlich sein. Der %elongation und/oder Q-Wert könnten evtl. modifiziert werden, um eine Übereinstimmung zu erzielen.
Vgl. auch:

http://www.kbismarck.org/forum/viewtopic.php?f=13&t=3435&start=15
Mit Referenz zu Thorsten´s post bei navweaps und weiteren Daten für dünnere Platten, die ebenfalls vom historischen Befund abweichende scaling Faktoren implizieren.

[Thoddy]

Definier mal scaling effect.

Glaubt man ballistischer Literatur dann ergibt sich der Energieverbrauch für einen Durchschlag in etwa aus dem Volumen des Loches.

ich habe mir mal vor einiger Zeit die Mühe gemacht die Schutzwirkung durch Schrägstellung für homogenes Material mal durchzurechnen auf Grundlage der  GKdosdaten und die Energieverbräuche verglichen(das schwierige dabei ist, das dickere Schichtdicken eine höhere Schutzwirkung habe und abhängig von der Blechdicke das Material auf verschiedene Arten versagen kann.

Beim Winkelschuß sollte (gaaanz grob) die in Flugrichtung durchzuschlagende Plattendicke identisch sein mit der durchschlagbaren Plattendicke bei 90 Grad-(Normal)aufschlag (für identische Auftreffgeschwindigkeiten).

Die Realität zeigte jedoch das beim Winkelschuß meist mehr Energie aufgewendet werden muß, dies liegt zum einen an einer Veränderung der Form des Durchschußkanals in Richtung ovale Form, so das einfach mehr Material aus der Platte entfernt wird, als auch in einer Ablenkung des Geschoßweges in der Platte von der Flugrichtung was tendenziell zu einer Verlängerung des Weges in der Platte führt und damit ebenfalls zu einer Vergrößerung des zu verdrängenden/auszuwerfenden Materialvolumens. Der Durchschußweg in der Platte verläuft regelmäßig S förmig, dies ist bestens belegt durch Fotografie.

Bemerkenswerterweise scheint der (scheinbar?)zusätzliche Winkel für die betrachteten Durchschlagwerte, mit dem man den erhöhten Energieverbrauch begründen könnte, für verschiedene plattendicken und in einem weiten Aufschlagwinkelbereich für die 38cm PzSprGr bemerkenswert konstant zu sein, mit fließenden übergang im Bereich von ca 0-15 Grad Auftreffwinkel.
Dieser Winkel betrug meiner Erinerung nach irgendwas um 15 Grad

Für sehr dünne platten (0,05% Kaliberdicke) triffts ebenfalls nicht zu und hängt dort vermutlich mit der Durchbiegung der Platte bei Beanspruchung zusammen

mit der Annahme eines durch Ablenkung in der platte vergrößerten Durchschalgsweg habe ich dann mal auch die Werte von M79 APCLC verglichen
interessanterweise scheint hier eine Ablenkung des Flugweges in der Platte in der anderen Richtung vorzuliegen, so daß der durchzuschlagende Weg scheinbar verkleinert wird. Mangel belastbarer Datenbasis habe ich bisher auf weiterführende Prüfung verzichtet.

Durch unterschiedliche Form des Geschoßkopfes werden auf jeden Fall unterschiedliche Fähigkeiten beim Winkelschuß verursacht, somit könnten sowohl das deutsche modell als auch das Modell von M79 APCLC in einen begrenzten? Gültigkeitbereich richtig sein. Die Anwendbarkeit auf andere Gechoßtypen könnte jedoch eine sehr begrenzte sein. Beim deutschen Winkelmodell kann die Winkelperformance durch geeignete Wahl des entsprechenden Parameters angepaßt werden.

Da gleichzeitig auch das Verhältnis Kaliber zu Plattendicke zu Unterschieden im Versagen von Platte bzw Projektil führt, lassen sich meiner Meinung nach die Einzelwirkungen nur schwer quantifizieren.

zum Schluß nochne Anmerkung in Sachen Performance: mit einer 8,8 cm Panzergranate konnten bei Experimentalschüssen mit 1280 m/s Auftreffgeschwindigkeit eine Panzerplatte von 305 mm dicke bei 60 Grad Auftreffwinkel heil durchschlagen wurde, mit angabegemäß wahllos der Produktion entnommenen Geschossen. Man beachte die geringen Unterschiede in Fertigung Material und Form der achtacht und der großen Geschosse.

http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,9690.0.html

[delcyros]

Scaling:

ich beziehe mich auf Nathan Okuns Kommentare hier:

http://www.navweaps.com/index_nathan/M79apdoc.htm

genauer, die Ausführungen unter dem Abschnitt "PLATE QUALITY FACTORS AND SCALING EFFECTS"

Mein Schwerpunkt ist freilich nicht die diskrete Mathematik, deswegen kann ich zu den Formeln nichts beitragen.