EP0890814A2 - Waffenrohr - Google Patents

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EP0890814A2
EP0890814A2 EP98109071A EP98109071A EP0890814A2 EP 0890814 A2 EP0890814 A2 EP 0890814A2 EP 98109071 A EP98109071 A EP 98109071A EP 98109071 A EP98109071 A EP 98109071A EP 0890814 A2 EP0890814 A2 EP 0890814A2
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EP
European Patent Office
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trains
train
flank
gun barrel
guide
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EP98109071A
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French (fr)
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EP0890814B1 (de
EP0890814A3 (de
Inventor
Henning Von Seidlitz
Ralf-Joachim Dr. Herrmann
Udo Sabranski
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Rheinmetall W&M GmbH
Original Assignee
Rheinmetall Industrie AG
Rheinmetall W&M GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41AFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A21/00Barrels; Gun tubes; Muzzle attachments; Barrel mounting means
    • F41A21/16Barrels or gun tubes characterised by the shape of the bore
    • F41A21/18Grooves-Rifling

Definitions

  • the invention relates to a weapon barrel with the features of the preamble of patent claim 1
  • the projectiles have one or for transmitting the twist sometimes also several consecutive guide bands, which during the Launch acceleration in the tube are subjected to a high load and more or less subject to heavy wear.
  • the gun barrel is often extended, for example from 39 caliber lengths to 52 caliber lengths.
  • the guiding belts of the projectiles are thereby loaded to their limits and wear out stronger.
  • This wear on the guide band is due to a reduction in the surface pressure on the Flank flanks can be reduced, whereby either the twist angle is reduced or the number of trains, train depth or Guide bandwidth can be increased or by a combination of the above.
  • the Surface pressure is caused by a groin force R during the spin acceleration. At the dimensioning of the cables and guide belts is accordingly the largest occurring groin strength.
  • DE-40 01 130 A1 describes a weapon barrel, the swirl course of which has been optimized in order to To improve the inside and outside ballistics of the missiles shot from them and Reduce wear on the guide belt.
  • the twist is optimized taking into account a groin force curve R (x), the swirl angle being broken down into a Fourier series.
  • the swirl angle can only be changed to a small extent or not at all.
  • a Change questions the compatibility of some imported floors, one Change in the depth of the draft, which is a groove depth spiraled into the inner tube wall is the compatibility of all imported floors is questioned.
  • a change in Guide bandwidth is not possible with inserted bullets.
  • the stake More resistant guide belt materials e.g. soft iron instead of brass
  • lead to Wear reduction but is at least with inserted sharp projectiles (Combat ammunition) extremely problematic and expensive.
  • the object of the invention is to provide a weapon barrel in which the guide band wear on the projectile is reduced without the bullet speed in the muzzle area is adversely affected.
  • FIG. 1 a cross section of a weapon barrel 1 is shown in the detail, in which 2 trains 3 are machined spirally as grooves over the entire circumference in a tube inner wall. Between the trains 3 there are remaining strips 4, which are also called fields 4.
  • the trains 3 and fields 4 determine the structural design of a train profile in the weapon barrel 1.
  • the trains 3 are formed by a train width b z and two train flanks 5.
  • a train depth 6 of the trains 3 is determined from the incorporated groove depth and represents a height difference between the field 4 and a train base 7 of the trains 3.
  • the fields 4 remaining between the trains 3 intersect spirally in a guide band 9 when a projectile 8 is shot down , which is attached to the floor 8, in a conventional manner ( Figure 2).
  • This guide band 9 receives a negative impression of the tensile profile of the tube 1 during the crushing when firing, the depressions of the tube 1, the trains 3, appearing raised on the guide band 9. These raised locations are called webs 10, which have a web width b s and two web flanks 11. At the start of the launch acceleration, the web width b s on the guide belt 9 is equal to the train width b z of train 3 (FIG. 3a).
  • the acceleration path of the projectile 8 can be extended and / or Propellant mass can be increased.
  • the total wear of the guide belt is proportional to a friction work on Guide band 9, which in turn the integral of the flank pressure, i.e. of the Surface pressure on the flanks 5 above the acceleration path of the projectile 8 is proportional.
  • the flank pressure is additively made up of a portion as a result of Rotational acceleration of the projectile 8 and the gas pressure in, due to the wear removal arising, gap 12 together
  • a large gap 12 leads to the formation of tangential forces, due to the Pressure, also to form radial forces, which increases the acceleration of the projectile is adversely affected.
  • a muzzle velocity of 827 m / s is achieved with a tube 1 of 39 caliber lengths. It is known that 48 trains lead to little wear on the guide belt, so that the gap 12 is almost zero. With 52 caliber lengths, the muzzle velocity is increased to 945 m / s. Heavy wear on the guide belt can now be observed on 48 trains. In order to keep the guide band wear at 827 m / s and at 945 m / s approximately the same due to the gas pressure in the gap 12, the number of trains is increased from 48 to 60, so that the guide band wear does not change due to the rotational acceleration of the projectile per train. The following must apply: 60 48 ⁇ 945 827 2nd
  • the wear volume per train 3 is equal to the train flank area of the train flanks 5 times that vertical stock removal on the flank surface, which is proportional to the Flank pressure is.
  • the tension profile itself preferably has an inner radius r z of 0.5 mm to the respective flank 5 and the field 4 has an upper field radius r f to the flank 5 of preferably 0.3 mm on the lower tension base 11, which results in sharp-edged chamfers on the tension surface which would notch into the guide band 9 during the squeezing.
  • the flank angle ⁇ between the flank 5 and the vertical on the associated base 7 the flank surface can be varied so that by creating steeper flanks 5 the area of the fields 4 is structurally enlarged, the area of the flanks 5 is reduced without the Surface pressure on these flanks 5 changes.
  • This new type of train flank realizes an equally large squeeze and one Total wear reduction of the guide belt 9 in a 60 pull profile compared to one 48 train profile.
  • the area pressure is reduced by the strip force R (x) 20% reached.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein gezogenes Waffenrohr (1), aus dem drallstabilisierte Geschosse (8) mit Führungsbändern (9) verschossen werden. Zur Reduzierung von Verschleißerscheinungen an einem Führungsband (9) ist es bekannt, einen beim Verschuß auftretenden Drallwinkel (δ) zu stabilisieren oder in das Waffenrohr (1) tiefere Züge (3) in eine Rohrinnenwand (2) einzuarbeiten. Beide Möglichkeiten sind nur begrenzt umsetzbar, da die Kompatibiliät zwischen Waffenrohr (1) und Geschoß (8) gewährleistet sein muß. Eine andere Möglichkeit der Verschleißreduzierung am Führungsband (9) sieht die vorgeschlagene Lösung vor. Durch eine Erhöhung der Anzahl der Züge (3) in der Rohrinnenwand (2) reduziert sich die auftretende Reibungsbelastung am Führungsband (9). Die neuartige Gestaltung von Zugflanken (5), die zwischen einem Zuggrund (7) des Zuges (3) und einem Feld (4) zwischen den Zügen (3) gebildet sind, reduziert das Gesamtverschleißvolumen des Führungsbandes (9). Dabei verlaufen die Zugflanken (5) fast senkrecht stehend zum Zuggrund (7). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Waffenrohr mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 Bei derartigen gezogenen Waffenrohren besitzen die Geschosse zur Übertragung des Dralls ein oder teilweise auch mehrere hintereinander angeordnete Führungsbänder, die während der Abschußbeschleunigung im Rohr einer hohen Belastung ausgesetzt sind und mehr oder weniger starkem Verschleiß unterliegen.
Zur Erhöhung der Mündungsgeschwindigkeit zur Reichweitensteigerung bei einer Artilleriewaffe wird häufig das Waffenrohr verlängert, beispielsweise von 39 Kaliberlängen auf 52 Kaliberlängen. Die Führungsbänder der Geschosse werden hierdurch bis an ihre Grenzen belastet und verschleißen stärker. Dieser Führungsbandverschleiß ist durch eine Verringerung der Flächenpressung an den Zugflanken reduzierbar, wobei entweder der Drallwinkel verringert oder die Zugzahl,Zugtiefe oder Führungsbandbreite vergrößert werden oder durch eine Kombination genannter Möglichkeiten. Die Flächepressung wird durch eine Leistenkraft R während der Drallbeschleunigung verursacht. Bei der Dimensionierung der Züge und Führungsbänder ist dementsprechend von der größten auftretenden Leistenkraft auszugehen.
Die DE-40 01 130 A1 beschreibt ein Waffenrohr, dessen Drallverlauf optimiert wurde, um die Innen- und Außenballistik der daraus verschossenen Geschosse zu verbessern und Führungsbandverschleiß zu vermindern. Die Optimierung des Dralls erfolgt unter Berücksichtigung eines Leistenkraftverlaufes R(x), wobei der Drallwinkel in eine Fourier-Reihe zerlegt wird.
Aus der DE-42 00 171 A1 ist es weiterhin bekannt, den Leistenkraftverlauf R(x) zu normieren und damit den Drallwinkelverlauf zu bestimmen, um gleichfalls den Führungsbandverschleiß zu vermindern. Mit Hilf dieses normierten Leistenkraftverlaufes und einem vorgegeben Enddrallwinkel ist es möglich, alle relevanten Parameter des Waffenrohres schon bei der Herstellung vorzugeben.
Die Veränderung des Drallwinkels ist nur in geringem Maße oder gar nicht möglich. Eine Veränderung stellt die Kompatibilität einiger eingeführter Geschosse in Frage, bei einer Veränderung der Zugtiefe, die eine spiralförmig in der Rohrinnenwand eingearbeitete Nuttiefe ist, ist die Kompatibilität aller eingeführten Geschosse in Frage gestellt. Eine Veränderung der Führungsbandbreite ist bei eingeführten Geschossen nicht möglich. Der Einsatz widerstandsfähigerer Führungsbandwerkstoffe (z.B. Weicheisen statt Messing) führt zwar zur Verschleißminderung, ist aber zumindest bei eingeführten scharfen Geschossen (Gefechtsmunition) äußerst problematisch und aufwendig. Darüber hinaus ist zu erwarten daß die Verschleißlebensdauer des Waffenrohres negativ beeinfluß wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Waffenrohr anzugeben, bei dem der Führungsbandverschleiß am Geschoß reduziert wird, ohne daß die Geschoßgeschwindigkeit im Mündungsbereich negativ beeinflußt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer Erhöhung der Zugzahl in einem Waffenrohr die Reibungsbelastung (Reibungsarbeit) eines Führungsbandes eines Geschosses je Zugflanke reduziert wird. Um bei der Erhöhung der Zugzahl und der dadurch zwischen den Zügen kleiner werdenden Feldflachen Gravuren auf der Geschoßhülle zu vermeiden, wird das Zugprofil erfindungsgemäß derart gestaltet, daß das gesamte Zugvolumen bzw. das verquetschte Führungsbandvolumen gleich dem einer kleineren Zugzahl ist. Die Zugtiefe und der Drallwinkel werden gegenüber dem Profil mit kleiner Zugzahl nicht verändert. Die Innen-und Außenballistik bei einer erhöhten Zugzahl ist gleich der einer kleineren Zugzahl. Durch die Schaffung steiler Zugflanken ergibt sich eine große Gesamtfeldfläche, wodurch sich die Flächenpressung zwischen Geschoßhülle und Feldflächen im Vergleich zum Zugprofil mit kleinerer Zugzahl und somit die Reibungsarbeit nicht verschlechtert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles eines Artillerierohres vom Kaliber 155 mm und einer Waffenrohrlänge von 52 Kaliber näher erläutert und beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1
Eine Querschnittsdarstellung des gezogenen Waffenrohres;
Figur 2
Eine perspektivische Bruchdarstellung eines Führungsbandes mit Geschoß.
Figur 3a
Ein im Querschnitt dargestelltes Zusammenwirken eines gezogenen Waffenrohres mit dem Führungsband des Geschosses ohne Führungsbandverschleiß am Beginn der Abschußbeschleunigung;
Figur 3b
Ein im Querschnitt dargestelltes Zusammenwirken eines gezogenen Waffenrohres mit dem Führungsband des Geschosses mit Führungsbandverschleiß;
In Figur 1 ist im Ausschnitt ein Querschnitt eines Waffenrohres 1 dargestellt, bei dem über den gesamten Umfang in einer Rohrihnenwand 2 Züge 3 spiralförmig als Nuten eingearbeitet sind. Zwischen den Zügen 3 befinden sich verbleibende Leisten 4, die auch Felder 4 genannt werden. Die Züge 3 und Felder 4 bestimmen den konstruktiven Aufbau eines Zugprofiles im Waffenrohr 1. Die Züge 3 werden durch eine Zugbreite bz und zwei Zugflanken 5 gebildet. Eine Zugtiefe 6 der Züge 3 bestimmt sich aus der eingearbeiteten Nuttiefe und stellt eine Höhendifferenz zwischen dem Feld 4 und einem Zuggrund 7 der Züge 3 dar. Die zwischen den Zügen 3 verbleibenden Felder 4, schneiden sich beim Abschuß eines Geschosses 8 spiralförmig in ein Führungsband 9, das an dem Geschoß 8 angebracht ist, in herkömmlicher Art und Weise ein (Figur 2). Dieses Führungsband 9 erhält bei der Verquetschung beim Abschuß einen Negativabdruck des Zugprofils des Rohres 1, wobei die Vertiefungen des Rohres 1, die Züge 3, auf dem Führungsband 9 erhaben erscheinen. Diese erhabenen Stellen werden Stege 10 genannt, die eine Stegbreite bs und zwei Stegflanken 11 aufweisen. Beim Beginn der Abschußbeschleunigung ist die Stegbreite bs am Führungsband 9 gleich der Zugbreite bz des Zuges 3 (Figur 3a). Beim Geschoßdurchgang durch das Rohr 1 tritt an den Stegflanken 11 Verschleiß, d.h. Führungsbandverschleiß auf, wobei sich Spalte 12 bilden. Beim Verlassen des Geschosses 8 aus dem Rohr 1 sind am Führungsband 9 Reststege 13 vorhanden, deren Breite brs erheblich kleiner als die Zugbreite bz sein kann (Figur 3b).
Zur Erhöhung der Mündungsgeschwindigkeit eines Geschosses 8 ohne eine Steigerung des Maximalgasdrucks kann der Beschleunigungsweg des Geschosses 8 verlängert und/ oder die Treibladungsmasse vergrößert werden.
Bekannt ist, daß der Gesamtführungsbandverschleiß proportional einer Reibarbeit am Führungsband 9 ist, welche ihrerseits dem Integral der Flankenpressung, d.h. der Flächenpressung an den Zugflanken 5 über dem Beschleunigungsweg des Geschosses 8 proportional ist. Die Flankenpressung setzt sich additiv aus einem Anteil infolge der Drehbeschleunigung des Geschosses 8 und dem Gasdruck im, durch den Verschleißabtrag entstehenden, Spalt 12 zusammen Der Gasdruck ist umso größer, je größer der Spalt 12 und damit der Verschleißabtrag ist und kann maximal gleich dem Gasdruck am Geschoßboden 14 sein. Ein großer Spalt 12 führt neben der Bildung von tangentialen Kräften, bedingt durch den Gesdruck, auch zur Bildung von radialen Kräften, wodurch die Geschoßbeschleunigung negativ beeinfluß wird.
Der Gesamtmaterialabtrag, den das Führungsband 9 aufgrund der Drehbeschleunigung des Geschosses 8 während der Geschoßbewegung bis zur Mündung des Rohres 1 erfährt, ist proportional dem Quadrat der Mündungsgeschwindigkeit.
Durch eine Erhöhung der Zugzahl Z wird dieses Gesamtverschleißvolumen auf eine größere Fläche verteilt, was zu einer Verringerung des sich bildenden Spaltes 12 führt. Der Gasdruck im Spalt 12 und der daraus resultierende zusätzliche Führungsbandverschleiß wird reduziert.
Durch eine Verringerung des Spaltes 12 wird darüberhinaus die Dichtwirkung des Führungsbandes 9 erhöht, was zu einer Reduzierung bzw. Vermeidung von Zug-, Feld-Gravuren auf Geschossen 8 und dem damit verbundenen Feldflächenverschleiß im Mündungsbereich des Waffenrohres 1 führt.
Mit einem Rohr 1 von 39 Kaliberlängen wird eine Mündungsgeschwindigkeit Von 827 m/s erreicht. Es ist bekannt, daß 48 Züge hier zu wenig Führungsbandverschleiß führen, so daß der Spalt 12 annährend Null ist. Mit 52 Kaliberlängen wird die Mündungsgeschwindigkeit auf 945 m/s erhöht. Bei 48 Zügen ist jetzt starker Führungsbandverschleiß zu beobachten. Um bei 827 m/s und bei 945 m/s den Führungsbandverschleiß aufgrund des Gasdrucks im Spalt 12 etwa gleich zu halten, wird die Zugzahl von 48 auf 60 erhöht, so daß der Führungsbandverschleiß infolge der Drehbeschleunigung des Geschosses je Zug sich nicht ändert. Es muß gelten: 6048 945827 2
Das Umformverhalten des Führungsbandes 9 beim Einpressen in die Züge 3 soll bei 48 und 60 Zügen gleich sein. Deshalb wird für 60 Züge das gleiche gesamte Zugvolumen (Zugzahl Z x Zugbreite bz x Zugtiefe (6) wie für 48 Züge realisiert. Da die Zugtiefe 6 bei 48 Zügen und bei 60 Zügen gleich ist, ergibt sich die Zugbreite bz des 60-Zugprofils zu: bz60 = 4860 •bz48
Das Verschleißvolumen je Zug 3 ist gleich der Zugflankenfläche der Zugflanken 5 mal dem senkrechten auf der Zugflankenfläche stehendem Abtrag, welcher proportional der Flankenpressung ist.
Um den Spalt 12 in idealer Weise klein zu halten, wird bei einer Erhöhung der Zugzahl Z60 auf 60 Züge nun erfindungsgemäß ein gleiches Führungsbandvolumen des Führungsbandes 9 verquetscht, wie bei der kleineren Zugzahl Z48. Dazu wird ein steilerer Zugflankenwinkel α von ca. 9° zwischen der Zugflanke 5 und dem Zuggrund 7 geschaffen, wodurch das Auftreten von unerwünschten radialen Kräften im Waffenrohr 1 vermieden wird. Die Zugtiefe 6 und der Drallwinkel δ werden gegenüber dem Waffenrohr 1 mit 48 Zügen nicht verändert.
Das Zugprofil selbst weist am unteren Zuggrund 11 vorzugsweise einen Innenradius rz von 0,5 mm zur jeweiligen Zugflanke 5 und das Feld 4 einen oberen Feldradius rf zur Zugflanke 5 von vorzugsweise 0,3 mm auf, wodurch scharfkantige Fasen an der Zugfläche, die sich bei der Verquetschung in das Führungsband 9 einkerben würden, vermieden werden. Durch Veränderung des Zugflankenwinkels α zwischen Zugflanke 5 und der Senkrechten auf dem dazugehörigen Zuggrund 7 kann die Zugflankenfläche variiert werden, so daß durch die Schaffung steilerer Zugflanken 5 die Fläche der Felder 4 konstruktiv vergrößert wird, die Fläche der Zugflanken 5 sich verringert, ohne daß die Flächenpressung an diesen Zugflanken 5 sich ändert.
Die Reduzierung des Zugflankenwinkels von den bekannten 30° auf ca. 90 und nach einer Teilverchromung auf ca. 0° führt zu einem geringerem Verschleißvolumen je Zug. Eine Flankenpressung und damit die durch den Abtrag senkrecht zur Flankenfläche entstehende Breite des Spaltes 12 bleiben unverändert.
Statt einem Führungsband 9 können auch mehrere Führungsbänder in bekannter Art und Weise verwendet werden.
Diese neuartige Zugflankengestaltung realisiert eine gleich große Verquetschung und eine Gesamtverschleißverringerung des Führungsbandes 9 in einem 60 Zugprofil gegenüber einem 48 Zugprofil. Zudem wird eine Reduktion der Flächenpressung durch die Leistenkraft R(x) um 20% erreicht.
Bezugszeichenliste
01
Waffenrohr
02
Rohrinnenwand
03
Züge
04
Felder
05
Zugflanke
06
Zugtiefe
07
Zuggrund
08
Geschoß
09
Führungsband des Geschosses
10
Stege
11
Stegflanken
12
Spalt
13
Reststege
14
Geschoßboden

Claims (5)

  1. Waffenrohr zum Verschuß von drallstabilisierten Geschossen mit Führungsbändern, wobei das Waffenrohr gezogen ist und in einer Rohrinnenwand über einen gesamten Umfang Züge in Form von Nuten mit einer Zugtiefe aufweist, so daß sich beidseitig eine Zugflanke zu einem Zuggrund bildet und somit je einen Zugflankenwinkel einschließt, und zwischen den Zügen Felder sind, die beide zusammen ein Zugprofil bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Züge (3) und Felder (4) derart gestaltet sind, daß bei einer Erhöhung einer Zugzahl (Z60) ein verquetschtes Führungsbandvolumen des Führungsbandes (9) des Geschosses (8) gleich dem einer kleineren Zugzahl (Z48) ist, wobei die Zugtiefe (6) und ein Drallwinkel (δ) bei der erhöhten Zugzahl (Z60) und der kleineren Zugzahl (Z48) gleich sind.
  2. Waffenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung eines Gesamtverschleißes am Führungsband (9) bei einer Erhöhung der Anzahl der Züge (3) die Zugflanke (5) nahezu senkrecht stehend zum Zuggrund (7) verläuft.
  3. Waffenrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugflankenwinkel (α) bei unverchromtem Waffenrohr (1) kleiner 9,5° ist.
  4. Waffenrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei voll- oder teilverchromtem Waffenrohr (1) der Zugflankenwinkel (α) ca. 0° beträgt.
  5. Waffenrohr nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zuggrund (7) und der Zugflanke (5) ein Innenradius (rz) kleiner 0,5 mm sowie zwischen dem Feld (4) und dem oberen Teil der Zugflanke (5) einen Feldradius (rF) kleiner 0,3 mm eingearbeitet sind.
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EP0890814A3 EP0890814A3 (de) 2000-08-16
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