EP0550847A2 - Waffenrohr - Google Patents

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EP0550847A2
EP0550847A2 EP92121123A EP92121123A EP0550847A2 EP 0550847 A2 EP0550847 A2 EP 0550847A2 EP 92121123 A EP92121123 A EP 92121123A EP 92121123 A EP92121123 A EP 92121123A EP 0550847 A2 EP0550847 A2 EP 0550847A2
Authority
EP
European Patent Office
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force
rifling
swirl
round
groin
Prior art date
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Ceased
Application number
EP92121123A
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English (en)
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EP0550847A3 (en
Inventor
Herbert Dr. Krumm
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Rheinmetall Industrie AG
Original Assignee
Rheinmetall Industrie AG
Rheinmetall GmbH
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A21/00—Barrels; Gun tubes; Muzzle attachments; Barrel mounting means
    • F41A21/16—Barrels or gun tubes characterised by the shape of the bore
    • F41A21/18—Grooves-Rifling

Definitions

  • the invention relates to a weapon barrel with a swirl profile with a variable twist angle and a last force acting when firing a projectile according to the preamble of claim 1.
  • Such weapon tubes are known in which different types of twist are provided can cause different profiles of the groin force over the movement of the spin-stabilized projectiles. Constant and parabolic swirl courses are most often used.
  • the object of the invention is to provide a weapon barrel according to the preamble of claim 1, which within the production tolerances has an exact swirl course corresponding to various desired properties of the last force.
  • the standardized groin force curve R n (x) (solid line) shown in FIG. 1 ideally fulfills the requirements set over the barrel length x.
  • the constant groin force over a large area starting at a value x 2 of the pipe length results in a full groin force curve and a low twist moment.
  • the actually desired groin force curve R (x) results from the standardized groin force R n (x) by where R max is a maximum value of the groin force that is still to be determined, which depends, among other things, on the final twist angle ⁇ E.
  • FIG. 7 shows the maximum groin force as a function of the normalized groin force curve on which it is based.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Waffenrohr mit einem Drallverlauf mit einem veränderlichen Drallwinkel und einer beim Verschießen eines Geschosses wirkenden Leistenkraft R(x) über den Geschoßweg (x) im Waffenrohr, wobei das Kaliber d, die Geschoßmasse mG, das Massenträgheitsmoment J um die Geschoßlängsachse, die Gaskraft P(x) auf den Geschoßboden und und die Geschoßgeschwindigkeit v(x) vorgegeben sind. Um im Rahmen der Fertigungstoleranzen einen exakten Drallverlauf entsprechend diversen gewünschten Eigenschaften der Leistenkraft zu erzielen, ist vorgesehen, daß die Leistenkraft R(x) entsprechend R(x) = RmaxRn(x) bestimmt wird, wobei Rmax der von einem vorgegebenen Enddrallwinkel βE abhängige Maximalwert der Leistenkraft und Rn(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 Differentialgleichung <IMAGE> und Rmax beim vorgegebenen Enddrallwinkel βE bestimmt werden. <IMAGE>

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 verschiedene Drallarten vorgesehen sein können, die unterschiedliche Verläufe der Leistenkraft über der Bewegung der drallstabilisierten Geschosse verursachen. 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
    Figure imgb0001
    hieraus bekannt ist, wobei d das Kaliber des Waffenrohrs, mG das Geschoßgewicht, J das Massenträgheitsmoment um die Geschoßlängsachse, P(x) die Gaskraft auf den Geschoßboden und v(x) die Geschoßgeschwindigkeit ist.
  • Aus der DE-PS 34 09 073 ist es bekannt, den Drallverlauf im Waffenrohr durch ein Polynom bezüglich bestimmter Eigenschaften zu optimieren, während es aus der DE-OS 40 01 130 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 Oberbegriff 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 mG,
    • - Geschoßmassenträgheitsmoment j,
    • - Innenballistik
    • - Geschoßbodendruck P(x),
    • - Geschoßgeschwindigkeit v(x),
    • - Drallbeginn (ab Hinterkante Waffenrohr),
    • - gewünschtes Drallprofil (Zug-, Feldgeometrie),
    • - Anfangsdrallwinkel ßA,
    • - Enddrallwinkel ßE.
  • Darüberhinaus wird ein normierter Leistenkraftverlauf Rn(x) vorgegeben, der qualitativ die gewünschte Leistenkraft für jede Geschoßstellung beschreibt. Die Festlegung der normierten Leistenkraft Rn(x) erfolgt nach folgenden Gesichtpunkten:
    • - Reduzierung der maximalen Leistenkraft durch fülligen Leistenkraftverlauf 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 35mm Maschinenkanonenrohr erfüllt der in Fig. 1 dargestellte normierte Leistenkraftverlauf Rn(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 Maschinenkanonnen wird üblicherweise kein Wert auf eine verringerte Drallwinkeländerung, die die Umformungsarbeit des Führungsbandes des Geschosses begrenzen soll, gelegt. Vielmehr wird ein Anfangsdrallwinkel βE = 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 βA 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 Rn(x) durch
    Figure imgb0002
    wobei Rmax ein noch zu bestimmender Maximalwert der Leistenkraft ist, der unter anderem vor allem vom Enddrallwinkel βE abhängig ist.
  • Wenn y(x) die Abwicklung des Dralls auf dem Kaliberdurchmesser ist, dann gilt
    • β = atan (dy dx) Drallwinkel
      Figure imgb0003
      Figure imgb0004
    • Hiermit kann man unter Berücksichtigung der eingangs aufgeführten, bekannten Gleichung (1) für die Leistenkraft, die diese in guter Näherung beschreibt, folgende Differentialgleichung herleiten:
      Figure imgb0005
  • Mit der Lösung dieser Differentialgleichung (3) erhält man für die Annahme Rmax = 1 N und unter Zugrundelegung eines vorgegebenen Geschoßbodendruckes und einer vorgegebenen Geschoßgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Rohrlänge x, wie sie in Fig. 2 und 3 wiedergegeben sind, einen beliebigen Enddrallwinkel βE, der in aller Regel mit der Vorgabe nicht übereinstimmt. Durch Variation von Rmax und gegebenenfalls Extrapolation bzw. Interpolation erhält man für den vorgegebenen Enddrallwinkel βE 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 35mm Maschinenkanonenrohrs ein Drallwinkelverlauf y (x) entsprechend Fig. 4. Dieser verursacht mit den geometrischen und innenballistischen Verhältnissen der Maschinenkanone einen Leistenkraftverlauf gemäß Fig. 5 mit einem Maximalwert Rmax = 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 Abhängigkeit von dem zugrundegelegten normierten Leistenkraftverlauf. Im Vergleich zu einer eingeführten Waffe (KDA) mit parabolischem Drall, bei der zudem diverse Maßnahmen zur Reduzierung von Belastungen, 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 Leistenkraft R(x) über den Geschoßweg (x) im Waffenrohr, wobei das Kaliber d, die Geschoßmasse mG, das Massenträgheitsmoment J um die Geschoßlängsachse, die Gaskraft P(x) auf den Geschoßboden und und die Geschoßgeschwindigkeit v(x) vorgegeben sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leistenkraft R(x) entsprechend
Figure imgb0006
bestimmt wird, wobei Rmax der von einem vorgegebenen Enddrallwinkel βE abhängige Maximalwert der Leistenkraft und Rn(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 Differentialgleichung
Figure imgb0007
und RmaX beim vorgegebenen Enddrallwinkel βE bestimmt werden.
2. Waffenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Lösung der Differentialgleichung für einen vorgegebenen Wert von Rmax durch Variation von Rmax und Extra- bzw. Interpolation die genaue Lösung für y(x) für den vorgegebenen Enddrallwinkel βE bestimmt wird.
EP19920121123 1992-01-07 1992-12-11 Gun barrel Ceased EP0550847A3 (en)

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