DE4200171C2 - Waffenrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Waffenrohr mit einem Drallverlauf mit einem veränderlichen Drallwinkel und einer beim Verschießen eines Geschosses wirkenden Leistenkraft nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gemäß "Waffentechnisches Taschenbuch", Rheinmetall GmbH, Düsseldorf, 1980 sind derartige Waffenrohre bekannt, bei denen verschie­ dene Drallarten vorgesehen sein können, die unterschiedliche Verläufe der Leistenkraft über der Bewegung der drallstabilisierten Geschosse verur­ sachen. Am häufigsten werden konstante und parabolische Drallverläufe verwendet. Hierbei wird jedoch ein idealer Leistenkraftverlauf allenfalls näherungsweise erzielt, obwohl die Beziehung der Leistenkraft über den Geschoßweg im Waffenrohr in guter Näherung durch

hieraus bekannt ist, wobei d das Kaliber des Waffenrohrs, m_G das Geschoß­ gewicht, J das Massenträgheitsmoment um die Geschoßlängsachse, P(x) die Gaskraft auf den Geschoßboden und v(x) die Geschoßgeschwindigkeit ist.

Aus der DE 34 09 073 C2 ist es bekannt, den Drallverlauf im Waffenrohr durch ein Polynom bezüglich bestimmter Eigenschaften zu opti­ mieren, während es aus der DE 40 01 130 A1 bekannt ist, entsprechendes unter Zuhilfenahme einer Zerlegung des Drallwinkel in eine Fourierreihe vorzunehmen. Auch hierbei ergibt sich kein idealer Leistenkraftverlauf und dementsprechend Vor- und Nachteile der Lösungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Waffenrohr nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 zu schaffen, das im Rahmen der Fertigungstoleranzen einen exakten Drallverlauf entsprechend diversen gewünschten Eigenschaften der Leistenkraft aufweist.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch wird es ermöglicht, alle relevanten Parameter des Waffenrohrs vorzugeben, nämlich

• - Kaliber d,
• - Rohrlänge,
• - Geschoßmasse m_G,
• - Geschoßmassenträgheitsmoment j,
• - Innenballistik
  • - Geschoßbodendruck P(x),
  • - Geschoßgeschwindigkeit v(x),
• - Drallbeginn (ab Hinterkante Waffenrohr),
• - gewünschtes Drallprofil (Zug-, Feldgeometrie),
• - Anfangsdrallwinkel β_A,
• - Enddrallwinkel β_E.

Darüberhinaus wird ein normierter Leistenkraftverlauf R_n(x) vorgegeben, der qualitativ die gewünschte Leistenkraft für jede Geschoßstellung beschreibt. Die Festlegung der normierten Leistenkraft R_n(x) erfolgt nach folgenden Gesichtpunkten:

• - Reduzierung der maximalen Leistenkraft durch fülligen Leistenkraftver­ lauf zur Verringerung,
  • - der Führungsbandbelastung,
  • - der Rohrbeanspruchung (Verschleiß, Ermüdung),
  • - des Drallmomentes (Rohrschwingungen/Drallaufnahme),
• - Reduzierung der Leistenkraft an der Rohrmündung (Abgangsballistik),
• - Verringerung der Drallwinkeländerungen beim Geschoßdurchlauf zur Vermeidung zu großer Verformungen des Führungsbandes.

Für ein 35 mm Maschinenkanonenrohr erfüllt der in Fig. 1 dargestellte normierte Leistenkraftverlauf R_n(x) (durchgezogene Linie) über die Rohrlänge x in idealer Weise die gestellten Anforderungen. Die über einen großen, bei einem Wert x₂ der Rohrlänge beginnenden Bereich konstante Leistenkraft ergibt einen fülligen Leistenkraftverlauf und ein geringes Drallmoment. Im Ansetzbereich wirkt keine Leistenkraft und es erfolgt ein sanfter Anstieg der Leistenkraft bei Drallbeginn, so daß sich ein geringer Rohrverschleiß und eine geringe Belastung des Führungsbandes ergibt. An der Rohrmündung wirkt ebenfalls nur eine geringe Leistenkraft, so daß eine verbesserte Abgangsballistik erreicht wird.

Bei Maschinenkanonen wird üblicherweise kein Wert auf eine verringerte Drallwinkeländerung, die die Umformungsarbeit des Führungs­ bandes des Geschosses begrenzen soll, gelegt. Vielmehr wird ein Anfangs­ drallwinkel β_A = 0° und ein sanfter Anstieg gewünscht, damit Waffenrohr, Führungsband und Zünder gering belastet werden.

Bei Artilleriegeräten nimmt man höhere Belastungen in Kauf, legt dafür aber größeren Wert auf geringere Drallwinkeländerungen während des gesamten Geschoßdurchlaufs (Anfangsdrallwinkel β_A möglichst groß).

Dementsprechend können andere Leistenkraftverläufe als der in Fig. 1 durchgezogene, etwa die gestrichelten bzw. strichpunktierten je nach Anwendungsfall zugrunde gelegt werden.

Der tatsächlich gewünschte Leistenkraftverlauf R(x) ergibt sich aus der normierten Leistenkraft R_n(x) durch

R(x) = R_maxR_n(x), (2)

wobei R_max ein noch zu bestimmender Maximalwert der Leistenkraft ist, der unter anderem vor allem vom Enddrallwinkel β_E abhängig ist.

Wenn y(x) die Abwicklung des Dralls auf dem Kaliberdurchmesser ist, dann gilt

Hiermit kann man unter Berücksichtigung der eingangs aufgeführten, bekannten Gleichung (1) für die Leistenkraft, die diese in guter Näherung beschreibt, folgende Differentialgleichung herleiten:

Mit der Lösung dieser Differentialgleichung (3) erhält man für die Annah­ me R_max = 1 N und unter Zugrundelegung eines vorgegebenen Geschoßboden­ druckes und einer vorgegebenen Geschoßgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Rohrlänge x, wie sie in Fig. 2 und 3 wiedergegeben sind, einen beliebigen Enddrallwinkel β_E, der in aller Regel mit der Vorgabe nicht übereinstimmt. Durch Variation von R_max und gegebenenfalls Extrapolation bzw. Interpolation erhält man für den vorgegebenen Enddrallwinkel β_E dann die genaue Lösung y(x), nach der dasjenige Drallgesetz gefertigt werden kann, das alle an die Leistenkraft gestellten Bedingungen erfüllt.

So ergibt sich im Falle des genannten Beispiels der Drallauslegung eines 35 mm Maschinenkanonenrohrs ein Drallwinkelverlauf y(x) ent­ sprechend Fig. 4. Dieser verursacht mit den geometrischen und innen­ ballistischen Verhältnissen der Maschinenkanone einen Leistenkraft­ verlauf gemäß Fig. 5 mit einem Maximalwert R_max = 17981,111 N. Für die Fertigung des Drallprofils mit dem berechneten Drallgesetz wird die Abwicklung von y(x) über die Rohrlänge gemäß Fig. 6 benötigt. Fig. 7 zeigt für diesen Fall die maximale Leistenkraft in Abhängig­ keit von dem zugrundegelegten normierten Leistenkraftverlauf. Im Vergleich zu einer eingeführten Waffe (KDA) mit parabolischem Drall, bei der zudem diverse Maßnahmen zur Reduzierung von Bela­ stungen, Schwingungen und Abgangsfehlerwinkel getroffen sind, ergibt sich eine Verringerung der Leistenkraft um etwa 15%.

Claims (2)

1. Waffenrohr mit einem Drallverlauf mit einem veränderlichen Drallwinkel und einer beim Verschießen eines Geschosses wirkenden Lei­ stenkraft R(x) über den Geschoßweg (x) im Waffenrohr, wobei das Kaliber d, die Geschoßmasse m_G, das Massenträgheitsmoment J um die Geschoßlängs­ achse, die Gaskraft P(x) auf den Geschoßboden und und die Geschoßge­ schwindigkeit v(x) vorgegeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistenkraft R(x) entsprechend
R(x) = R_maxR_n(x)
bestimmt wird, wobei R_max der von einem vorgegebenen Enddrallwinkel β_E abhängige Maximalwert der Leistenkraft und R_n(x) ein vorgegebener normierter Leistenkraftverlauf mit einem bestimmten Drallbeginn, einem bestimmten Anfangsdrallwinkel und einem bestimmten Drallprofil ist, wobei die Abwicklung des Dralls auf dem Kaliberdurchmesser aus der Differen­ tialgleichung
und R_max beim vorgegebenen Enddrallwinkel β_E bestimmt werden.

2. Waffenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Lösung der Differentialgleichung für einen vorgegebenen Wert von R_max durch Variation von R_max und Extra- bzw. Interpolation die genaue Lösung für y(x) für den vorgegebenen Enddrallwinkel β_E bestimmt wird.