DE4004795C2

DE4004795C2 - Starting device of an underwater weapon with a launch tube for a projectile

Info

Publication number: DE4004795C2
Application number: DE19904004795
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Scharf; Peter Dipl Phys Pszola
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2010-02-17
Also published as: EP0442106A1; DE4004795A1; DE9101566U1

Description

Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a starting device according to the preamble of claim 1.

Die gattungsgemäße Startvorrichtung ist etwa aus der DE-OS 37 14 865 oder aus der DE-OS 37 27 988 zum richtungsstabilen Unterwas ser-Abschuß eines Projektiles bekannt, dessen Einsatz in der DE-OS 33 29 700 näher beschrieben ist. Zum Durchmessen einer größeren Distanz in richtungsstabil-linearem Lauf soll das Projektil wie bei einem Mörser aus einem Startrohr verschossen werden, aller dings entgegen den üblichen Einsatzgegebenheiten der Mörserwaffe nun unter dem Wasserspiegel vom Gewässergrund aus. Dabei ist aus logistischen Gründen ein leichtes, insbesondere dünnwandiges Abschußrohr anzustreben. Andererseits bedingt das kurze Abschuß rohr einen extrem rasch und hoch ansteigenden Treibladungs-Gas druck zur Beschleunigung auf hinreichend hohe kinetische Energie des Projektils, damit es eine hohe richtungsstabile Mündungsge schwindigkeit erfährt, ohne daß beim Rohraustritt durch etwaige Innendruck-Verformungen der Rohrwandung Abgangsstörungen auftre ten.The generic starting device is approximately from DE-OS 37 14th 865 or from DE-OS 37 27 988 for directionally stable underwater known shot of a projectile, its use in the DE-OS 33 29 700 is described in more detail. For measuring a larger one Distance in a directionally stable linear run should the projectile like be shot from a start tube at a mortar, all However, contrary to the usual conditions of use of the mortar weapon now under the water level from the water bottom. It is over logistical reasons a light, especially thin-walled To aim for launch tube. On the other hand, the short launch is necessary pipe an extremely fast and high rising propellant gas pressure to accelerate to sufficiently high kinetic energy of the projectile so that it has a high directionally stable muzzle experiences speed without the pipe outlet due to any Internal pressure deformation of the pipe wall ten.

Damit liegen ganz andere Anforderungen vor, als sie an ein Mörser- oder gar Kanonenrohr mit relativ hoher Wanddicke gestellt werden, das gemäß der GB-PS 996 348 durch Rollen und Heißschmieden aus ei nem wahlweise kohlenstoffhaltigen oder kohlenstofffreien Material erstellt werden kann, wobei in jener Publikation folgender Stahl legierung der Vorzug gegeben wird: Um 15% Ni, um 10% Co und um 5% Mo; optional mit geringen Zuschlägen an Ti, B, W, V. Der Rohling wird nach dem Heißschmieden langsam auf Raumtemperatur abgekühlt, um dann in einem weichen austenitischen Zustand mechanisch auf die endgültigen Abmessungen getrimmt zu werden, ehe das Rohr einer ab schließenden Alterungserwärmung (500° bis 600° Celsius über einige Stunden) unterworfen wird, um eine extrem feine, gegen heiße Treibladungsgase korrosionsfeste martensitische Struktur anzuneh men.This means that there are completely different requirements than they have on a mortar or even gun barrel with a relatively large wall thickness, that according to GB-PS 996 348 by rolling and hot forging from egg nem either carbon-containing or carbon-free material can be created using the following steel in that publication alloy is preferred: by 15% Ni, by 10% Co and by 5% Mo; optionally with small surcharges on Ti, B, W, V. The blank is slowly cooled to room temperature after hot forging, and then mechanically applied to the in a soft austenitic state final dimensions to be trimmed before the pipe one off closing aging warming (500 ° to 600 ° Celsius over some Hours) is subjected to an extremely fine, against hot Propellant gases assume corrosion-resistant martensitic structure men.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die im vorliegenden Falle ex tremen und einander teilweise widersprechenden Anforderungen hin sichtlich der Belastbarkeit und Maßhaltigkeit des Rohres mit den herkömmlicherweise im Rohrwaffenbau angewandten Technologien und Formgebungen nicht erfüllbar scheinen, zumal die hier interessie rende Startvorrichtung nur zu einem einzigen Projektil-Start be nutzt wird und deshalb gar nicht für solche Beanspruchungen aus ge legt werden muß, wie ein wiederholt eingesetztes Kanonenrohr.Studies have shown that the ex tremen and partially contradicting requirements visibly the resilience and dimensional accuracy of the pipe with the Technologies and traditionally used in barrel weapon construction Shapes don't seem to be feasible, especially since they are interested here starting device only for a single projectile launch is used and therefore not at all for such stresses must be laid, like a cannon tube used repeatedly.

Angesichts dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Startvorrichtung gattungsgemäßer Art anzugeben, die trotz relativ leichter Bauweise ihres Abschußrohres eine hohe Maß genauigkeit zeigt und auch kurzzeitig extrem hohen Innendrücken mit guter Formstabilität widersteht.In view of these circumstances, the object of the invention to provide a starting device of the generic type, the despite the relatively light construction of their launch tube, a high degree shows accuracy and also briefly extremely high internal pressures resists with good dimensional stability.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei den gat tungsgemäßen Maßnahmen die Teilmerkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruches 1 vorgesehen werden.This object is achieved in that the gat measures according to the sub-characteristics of the marking part of claim 1 are provided.

Diese erfindungsgemäße Lösung sieht also ein im technologisch gut beherrschten Streck-Fließdruck-Verfahren erstelltes integrales Ab schußrohr aus handelsüblichem, also problemlos verfügbarem marte sitaushärtendem oder Maraging-Stahl vor, das bei zylindrischer In nengeometrie eine dagegen dünne, von der Rohrmündung fort sich stetig verstärkende Wandung aufweist, die schließlich einstückig in einen Rohrabschluß-Bodenabschnitt übergeht.This solution according to the invention therefore looks technologically good mastered stretch-flow pressure process created integral Ab shot tube made of commercially available, so easily available marte hardening or maraging steel, which is cylindrical in a thin geometry, on the other hand, away from the pipe mouth has continuously reinforcing wall, which is finally in one piece passes into a pipe end bottom section.

Nach der erfindungsgemäßen Lösung werden dafür die in der Ferti gungstechnik als solche bekannten technologischen Vorteile des Streck- oder Fließdrückwalzens (vergleiche Spur: Handbuch der Fer tigungstechnik, Band 2/1 Umformen, 1983, Carl Hanser Verlag Mün chen/Wien, Seiten 535 bis 540) angewandt auf einen hochfesten Stahl der Gattung, wie er schon (wenn auch mit anderen Fertigungs technologien) Eingang gefunden hat etwa zur Herstellung von Kano nenrohren oder Hochdruckrohren (vergleiche Wellinger/Gimmel/Boden stein: Werk stoff-Tabellen der Metalle, 7. Auflage, 1972, Kröner Ver lag Stuttgart, Seiten 140 und 141). Die gezielte Redu zierung der über die Rohrlänge nicht konstanten Wandstärke erfolgt aus einem auf einem Dorn vom Rohr-Innendurchmesser getragenen Vordrehling, nach einem Lösungsglühen zwischen 800°C und 850°C vorzugsweise bei 820°C über etwa zwei Stunden in Luft, in mindestens zwei aufeinanderfolgenden mit Bohremulsion gekühlten Fließdrück-Anwendungsschritten, was auf eine gute Maßhaltigkeit bei schon recht hoher Festigkeit führt. Dazwischen erfolgt eine Wärmebehandlung im Glühofen bei etwa 820°C unter Schutzgas über etwa zwei Stunden zum Abbau der bei der Wandstärken-Reduktion aufge tretenen Kaltverfestigungen und abschließend für das fer tige Rohr eine Warmauslagerung über etwa drei Stunden im Bereich zwischen 500°C und 550°C, vorzugsweise bei etwa 510°C und somit an der bzw. sogar jenseits der obersten Grenze der tabellarisch (a. a. 0.) für hochfeste marten sitaushärtende Baustähle vorgesehenen Auslagertempera turen. Die dadurch hervorgerufene Ausscheidung interme tallischer Phasen aus einer zähen Martensitmatrix erbringt die angestrebte hohe Endfestigkeit und Formstabilität des dünnwandigen Rohres; insbesondere wird die Festigkeit auf den doppelten Eingangswert und damit auf Werte in der Größenordnung um 2400 N/mm² gesteigert, die sonst nur bei sehr teuren höchstfesten Sonderstählen gewährleistet wer den können. Besonders gute und reproduzierbare Resultate wurden diesbezüglich erzielt mit einer Stahlsorte des Kurznamens X 2 NiCoMoTi 18 12 4 nach DIN (Werkstoff-Nummer 1.6356; vgl. Stahl-Eisen-Liste, 7. Auflage, 1981, Verlag Stahleisen m.b.H., Düsseldorf, Seiten 132 und 133).According to the solution according to the invention, the technological advantages of stretch or flow spinning rolling known as such in manufacturing technology (see track: manual of production technology, volume 2/1 forming, 1983, Carl Hanser Verlag Munich / Vienna, pages 535 to 540 ) applied to a high-strength steel of the type, as it has already found (albeit with other manufacturing technologies), for example for the manufacture of cannon tubes or high pressure tubes (compare Wellinger / Gimmel / Bodenstein: Material Tables of Metals, 7th edition , 1972, Kröner Ver lay Stuttgart, pages 140 and 141). The targeted reduction of the wall thickness, which is not constant over the length of the tube, is carried out from a pre-lathe carried on a mandrel with the inside diameter of the tube, after solution annealing between 800 ° C and 850 ° C, preferably at 820 ° C in air for about two hours, in at least two successive flow pressure application steps cooled with drilling emulsion, which leads to good dimensional stability with already quite high strength. In between, there is a heat treatment in the annealing furnace at about 820 ° C under protective gas for about two hours to break down the cold hardening that occurs during the reduction in wall thickness and finally a warm aging for about three hours in the range between 500 ° C and 550 ° C, preferably at about 510 ° C and thus at the or even beyond the upper limit of the table provided for high-strength marten sit-hardening structural steels for aging. The resulting elimination of intermetallic phases from a tough martensite matrix provides the desired high final strength and dimensional stability of the thin-walled tube; in particular, the strength is increased to twice the input value and thus to values in the order of 2400 N / mm ² , which otherwise can only be guaranteed with very expensive high-strength special steels. Particularly good and reproducible results were achieved in this regard with a steel grade of the short name X 2 NiCoMoTi 18 12 4 according to DIN (material number 1.6356; cf.steel-iron list, 7th edition, 1981, Verlag Stahleisen mbH, Düsseldorf, pages 132 and 133).

Ein solches im Fließdrücken ausgeformtes Abschußrohr weist somit trotz vergleichsweise sehr dünner und zur Rohrmün dung hin noch abnehmender Wandstärke eine derart hohe mechanische Festigkeit auf, daß der größenordnungsmäßig über 1 bis 3 ms anstehende Startladungsdruck in der Größenordnung von 2×10⁸ N/m² ohne funktionsstörende Ver formung aufgenommen werden kann.Such a firing tube formed in the flow pressure thus has such a high mechanical strength, despite the comparatively very thin wall thickness that decreases towards the pipe mouth, that the starting charge pressure of the order of magnitude of 1 × 3 ms is of the order of 2 × 10⁸ N / m ² without malfunctioning Deformation can be absorbed.

Eine weitere Erhöhung der Beanspruchbarkeit dieses Ab schußrohres ergibt sich, wenn es in als solcher bekannter Weise (vgl. DE-OS 25 25 940) mit einem hoch-dehnfesten Ma terial auf seiner Außenmantelfläche bandagiert wird, was einem Aufblähen des Rohr-Innenvolumens und damit einem vorzeitigen Verlust an Treibladungsdruck entgegenwirkt. Die Beschleunigung des abzuschießenden Projektils wird noch gefördert, wenn die hohlzylindrische Innenwandung mit einem Gleitmittel beschichtet wird, wofür etwa im Oerli kon-Taschenbuch 1956, Leuenburger Verlag, Zürich, Seiten 310 bis 314, eine Vielzahl geeigneter Materialien und Be schichtungstechnologien angegeben sind.A further increase in the resilience of this Ab shot tube arises when it is known in as such Weise (cf. DE-OS 25 25 940) with a high tensile strength Ma material is bandaged on its outer surface, what an inflation of the inner volume of the pipe and thus one counteracts premature loss of propellant pressure. The acceleration of the projectile to be fired still promoted if the hollow cylindrical inner wall with is coated with a lubricant, for example in the Oerli kon-Taschenbuch 1956, Leuenburger Verlag, Zurich, pages 310 to 314, a variety of suitable materials and Be layering technologies are specified.

Bei Einsatz in feuchter Umgebung wie insbesondere im See wasser besteht die grundsätzliche Gefahr einer Wasser stoff-Versprödung bis hin zur Spannungsriß-Korrosion der Rohrwandung. Deshalb wird die äußere Oberfläche des Ab schußrohres, zumal wenn sie nicht korrosionsfest umwickelt ist, zweckmäßigerweise mit einer gegen solche Außenein flüsse schützenden Beschichtung versehen, bei der es sich um ein Material auf Teerbasis oder um ein Epoxidharz han deln kann. Sonstige zeit- und materialintensive Arbeits gänge zur Nachbearbeitung des ausgeformten Abschußrohres können jedoch nach der Fließdrückumformung entfallen. When used in a damp environment, especially in the lake There is a fundamental risk of water embrittlement to stress corrosion cracking Pipe wall. Therefore, the outer surface of the Ab shot tube, especially if it is not wrapped in a corrosion-resistant manner is, expediently with one against such outside River protective coating provided that it is a tar-based material or an epoxy resin can do. Other time and material intensive work gears for reworking the molded launch tube can, however, be omitted after the flow pressure forming.

Die Auswahl eines martensitaushärtbaren Stahles für die Ausformung des Abschußrohres weist also neben der unpro blematischen Verfügbarkeit insbesondere auch die Vorteile auf, daß die Einhaltung einer wenigstens angenähert kon stanten Umform-Temperatur des in seinem Sackloch aufge dornten Vorformlings im Zuge der Umformung bis zur endgül tigen Rohrgeometrie bei hoher Oberflächengüte und Maßhal tigkeit durch das Drückpressen unproblematisch sicher gestellt ist; und daß im Vergleich zu anderen üblichen Vergütungsstählen praktisch keine Verzugs- und Riß-Gefah ren auftreten, weil die hohe Festigkeit bei einem marten sitaushärtenden Stahl sich nicht erst durch mehrfaches An lassen bei hohen Härtetemperaturen über 850°C einstellt.The selection of a hardenable steel for the Shaping of the launch tube shows next to the unpro The availability is particularly advantageous on that compliance with an at least approximate kon constant forming temperature of the in its blind hole thorned preform in the course of the forming to the final pipe geometry with high surface quality and dimensional accuracy safe through problem-free pressing is posed; and that compared to other usual Quenched and tempered steels practically no danger of warping and cracking Ren occur because of the high strength in a marten The hardening steel does not become can be set at high hardness temperatures above 850 ° C.

Bei dem erfindungsgemäß zur Anwendung gelangenden Mara ging-Stahl handelt es sich nämlich um einen ultrahoch festen, martensithärtbaren Stahl, der seine im Vergleich zu vergütbaren Stählen hohen Festigkeitseigenschaften nicht durch ein Härtungsgefüge mit relativ hohem Kohlen stoffgehalt erreicht, sondern durch Ausscheidung interme tallischer Phasen aus einer zähen, nahezu kohlenstoff freien Martensit-Grundmasse (vorzugsweise auf Nickel-Ba sis). Daraus ergeben sich die Vorteile einer hohen Zug festigkeit und eines hohen Streckgrenzenverhältnisses, einer guten Zähigkeit bezüglich Einschnürung, Dehnung, Kerbschlagarbeit und Rißbruchzähigkeit auch bei tiefen Temperaturen, einer hohen Kerbzugfestigkeit und Brandriß beständigkeit, einer vernachlässigbar geringen Maßänderung bei der Wärmebehandlung, einer vernachlässigbar geringen Entkohlung und Rißgefahr, einer guten Kaltverformbarkeit dank geringer Verfestigungsneigung, sowie einer einfachen Wärmebehandelbarkeit durch Wärmeauslagerung bei relativ niedrigen Temperaturen.In the Mara used according to the invention ging steel is an ultra-high strong, martensitic steel that its compared to temperable steels with high strength properties not through a hardening structure with relatively high carbon substance content reached, but by excretion interme metallic phases from a tough, almost carbon free martensite base (preferably on nickel Ba sis). This gives the advantages of a high train strength and a high yield ratio, good toughness in terms of necking, stretching, Notched impact work and fracture toughness even at deep Temperatures, a high notch tensile strength and fire crack resistance, a negligible change in size in heat treatment, a negligible low Decarburization and risk of cracking, good cold formability thanks to its low tendency to solidify and a simple one Heat treatability through heat aging at relative low temperatures.

Nachfolgend wird ein in der Zeichnung schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Startvorrichtung beschrieben. Es zeigtBelow is one in the drawing schematically illustrated embodiment of the inventions described starting device. It shows

Fig. 1 eine halbseitig längsgeschnittene Seitenan sicht der Startervorrichtung in einem ver kleinerten Maßstab, und Fig. 1 is a half-sided longitudinal Seitenan view of the starter device in a ver smaller scale, and

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Details II in Fig. 1. Fig. 2 is an enlarged representation of the detail II in FIG. 1.

Fig. 1 zeigt eine Startvorrichtung 10, die insbes. für eine Unterwasserwaffe vorgesehen ist. Die Startvorrichtung 10 weist einen Rohrabschnitt 12 und einen Bodenabschnitt 14 auf, der mit dem Rohrabschnitt 12 einstückig ausgebildet ist. Der Rohrabschnitt 12 weist eine kreiszylindrische Innenfläche 16 und eine Außenoberfläche 18 auf, die vom Bodenabschnitt 14 zur Mündung 20 der Startvorrichtung 10 hin unter einem sehr kleinen Winkel konisch verjüngt ausgebildet ist. Hierbei ist die Innenfläche 16 der Startvorrichtung 10 durch die Abmessungen eines Dornes einer Fließdrückvorrichtung von vorneherein festgelegt, während die Außenoberfläche 18 durch an sich bekanntes Fließdrücken ausgebildet wird. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Startvorrichtung 10 entlang ihres Rohrabschnittes 12 in Richtung vom Bodenabschnitt 14 zur Mündung 20 hin eine abnehmende Wanddicke besitzt. Dadurch ist bei einer Optimierung der Festigkeitseigenschaften der Startvorrichtung 10 eine Gewichtsminimierung derselben realisierbar. Fig. 1 shows a starting device 10, is provided for an underwater weapon esp.. The starting device 10 has a pipe section 12 and a bottom section 14 which is formed in one piece with the pipe section 12 . The tube section 12 has a circular cylindrical inner surface 16 and an outer surface 18 , which is conically tapered at a very small angle from the bottom section 14 to the mouth 20 of the starting device 10 . Here, the inner surface 16 of the starting device 10 is defined from the outset by the dimensions of a mandrel of a flow pressing device, while the outer surface 18 is formed by flow pressing which is known per se. From Fig. 1 it can be seen that the starting device 10 has a decreasing wall thickness along its tube section 12 in the direction from the bottom section 14 to the mouth 20 . As a result, when the strength properties of the starter device 10 are optimized, the weight of the starter device 10 can be minimized.

Um an der Mündung 20 der Startvorrichtung 10 beim Austritt eines (nicht gezeichneten) Projektils eine Beschädigung bzw. ein Aufreißen der Mündung 20 bzw. des Mündungsbereiches der Startvorrichtung 10 zu verhindern, kann der Mündungsbereich außenseitig mit einem Spannring 26 versehen sein. Der Spannring 26 kann mit der Startvorrichtung 10 einstückig ausgebildet sein.In order to prevent damage or tearing of the mouth 20 or the mouth area of the starter device 10 at the mouth 20 of the starting device 10 when a projectile (not shown) emerges, the mouth area can be provided on the outside with a clamping ring 26 . The clamping ring 26 can be formed in one piece with the starting device 10 .

Durch den Bodenabschnitt 14 der Startvorrichtung erstreckt sich ein Loch 22, das für ein Anzündrohr eines nicht gezeichneten Projektils vorgesehen ist.A hole 22 extends through the base section 14 of the starting device and is provided for an ignition tube of a projectile, not shown.

Aus Fig. 2 ist ein Teil des Rohrabschnittes 12 der Startvorrichtung 10 mit der zylindrischen Innenfläche 16 und der konischen Außenoberfläche 18 zu ersehen, wobei die Außenoberfläche 18 mit einer Beschichtung 22 versehen ist, welche die Startvorrichtung 10 gegen Einflüsse von außen, d. h. insbes. gegen Seewasser, schützt. An der zylindrischen Innenfläche 16 ist eine Beschichtung 24 vorgesehen, mit welcher der Reibungskoeffizient zwischen der Startvorrichtung 10 und einem in der Startvorrichtung 10 befindlichen (nicht gezeichneten) Projektil reduziert wird.From Fig. 2, a portion of the pipe section 12 can be seen the starter 10 with the cylindrical inner surface 16 and the conical outer surface 18, wherein the outer surface is provided with a coating 22 18 that the starting device 10 against external influences, ie esp. Against Sea water, protects. A coating 24 is provided on the cylindrical inner surface 16 , with which the coefficient of friction between the starting device 10 and a projectile (not shown) located in the starting device 10 is reduced.

Claims

1. Starting device ( 10 ) of an underwater weapon with a rearwardly closed launch tube for a projectile, characterized in that a tube with a blind hole hollow cylindrical inner surface ( 16 ) at the mouth ( 20 ) down to an integrally formed clamping ring continuously tapering relative Small wall thickness integrally extruded with a hollow base section ( 14 ) made of a martensitic steel without final hardening and surrounded on the outer surface ( 18 ) by a coating ( 22 ) which protects against seawater influences.

2. Starting device according to claim 1, characterized in that her launch tube with a mechanically reinforcing wrap Is provided.

3. Starting device according to claim 1 or 2, characterized in that the cylindrical inner surface ( 16 ) of its launch tube is provided with a coating ( 24 ) reducing the coefficient of friction to a projectile to be accelerated therein.

4. Starting device according to one of the preceding claims, there characterized in that their launch tube from a martensi Thick-hardening NiCoMoTi high-strength structural steel is cold-pressed.