EP4193115B1 - Verfahren zur herstellung eines thermisch stabilen leitwerks sowie entsprechendes leitwerk - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing a thermally stable tail unit and to a corresponding tail unit.
- DE 198 37 533 A1 discloses a method for producing a thermally stable tail unit.
- Tail units are required on missiles, for example on ammunition, to stabilize and/or improve their flight characteristics and to ensure their aerodynamic stability.
- KE ammunition KE means "kinetic energy"
- tail units are often equipped with appropriate tail units.
- the dead mass is the mass of the ammunition that does not produce any projectile effect.
- parts of the missile are made of lightweight materials, i.e. materials with a low density.
- the tail unit is made of aluminum, as aluminum has a low density and is therefore a light metal, i.e. a light material.
- the edges of the wings can be heated up by the friction that acts on the wings as they pass through the tube from which the ammunition is fired.
- the wings are guided through a bed of powder from the propellant charge when fired, which can lead to further friction and even abrasion of the wings' edges.
- the EP 0 300 373 A2 a fin-stabilized sub-caliber projectile is known, which has either a steel or aluminum tail assembly.
- coated aluminum tail units are known from the state of the art, with ceramic, for example, acting as a coating for the aluminum tail units.
- ceramic for example
- such a coating requires a high level of manufacturing effort and thus generates higher costs.
- the object of the present invention is therefore to disclose a method for producing a thermally stable tail unit and a corresponding tail unit which overcomes the aforementioned disadvantages.
- the tail unit proposed here and the method for producing the same should have as low a mass as possible, but offer protection against abrasion of the wing edges during the acceleration phase in the tube and heating due to air friction during flight.
- a round blank be provided with a taper and that a cone be provided with a taper.
- the round blank according to the invention is preferably shaped like a truncated cone and is solid.
- the cone according to the invention is also shaped like a truncated cone and has a cavity.
- the cavity is arranged in the cone in such a way that it can at least partially accommodate the round blank.
- the slanted sides of the round blank and the slanted inner surfaces of the cone are designed in such a way that when the round blank is inserted into the cone, these sides touch each other flatly.
- the round blank forms a connection with the cone, namely on the touching side surfaces.
- the connection is carried out as a form-fitting, material-fitting or force-fitting connection or as a combination of the aforementioned connections, in particular by friction welding.
- the friction welding takes place by rotating one of the bodies, either the cone or the round blank. It is also possible to weld both bodies rotate against each other to enable friction welding. Special friction welding machines are available for this purpose.
- the two bodies can also be joined by mechanical connections, e.g. by riveting, gluing, casting, etc.
- the two bodies are rubbed against each other with their touching side surfaces during rotation, generating frictional heat.
- This frictional heat causes the material on the touching side surfaces to be at least partially heated to such an extent that a connection is created between the two bodies.
- the tail unit can then be machined from the resulting combination of round blank and cone.
- this machining is carried out using a machining process, e.g. a milling process.
- the disc be made of a material with a lower density than the cone.
- the disc could be made of aluminum, magnesium or another light metal.
- the cone be made of steel, tungsten or similar.
- the tail assembly according to the invention consists of a core that corresponds to the material of the round part and a coating that corresponds to the material of the cone.
- the material of the cone has a higher thermal stability than the material of the disc. This ensures that the tail assembly does not burn when exposed to air friction.
- the cone and the disc are axially symmetrical and have a central axis.
- both bodies When the disc is inserted into the interior of the cone, both bodies then have a common central axis.
- the tail unit produced by the aforementioned manufacturing process then comprises a wing core and a wing edge, wherein the wing core consists of the material of the round blank and the wing edges of the material of the cone.
- a tail assembly according to the invention to ammunition, preferably to KE ammunition.
- the tail assembly according to the invention can be attached to the ammunition by means of mechanical joining or fastening means are provided on the tail assembly to attach the tail assembly to the ammunition.
- the aforementioned process and the corresponding tail unit realize the advantages of a lightweight tail unit, such as a greater range of a corresponding missile.
- the higher density and the higher thermal stability of the wing edge ensure that the wings burn later or prevent this from happening.
- the higher density of missiles such as ammunition also prevents breakouts at the wing edges when they pass through the barrel or when they pass through the powder bed.
- Figure 1 shows a disc 3 according to the invention, which is designed to be solid 4, and a cone 1 according to the invention, which has a cavity 2.
- the cone 1 is preferably made of a harder material than the disc 3. This means that the material of the cone 1 has a higher density than the material of the disc 3.
- the material of the cone 1 is also preferably more thermally stable than the material of the disc 3.
- Both bodies i.e. cone 1 and round 3 are designed as truncated cones and have tapers 5, 6.
- the tapers 5, 6 are designed in such a way that the round 3 can be introduced into the cavity 2 of the cone.
- the side surfaces of the tapers 5, 6 touch each other after introduction.
- Both bodies 1, 3 have a central axis 7, so that after the round blank 3 has been inserted into the cavity 2 of the cone, both bodies 1, 3 have a common central axis 7.
- connection 8 is now produced, which preferably runs circumferentially around the tapered side surfaces, for example by friction welding.
- the bodies connected in this way can now be machined to form a tail unit.
- a milling process is proposed, through which the composite of the two bodies 1, 3 produces a tail unit with a wing core 11 and a wing edge 10.
- the tail unit created in this way can be designed symmetrically and have several wing edges 10.
- tail assembly it is proposed to attach the tail assembly according to the invention to a missile, in particular to a munition.
- the attachment can be done by mechanical joining or by means of fastening means provided for this purpose on the tail assembly.
- the tail assembly according to the invention has proven to be particularly effective on KE ammunition.
- the aforementioned manufacturing process enables extremely simple production while at the same time ensuring a thermostable design.
- the lightweight design of the wing core also ensures that the missile can fly over a long distance.
- the present invention is not limited to the features described above. Rather, other designs are conceivable.
- the disk or the wing core could be made of titanium or the cone or the wing edges could be made of carbides.
- the disk and the cone could only partially touch each other in order to keep both materials at a distance in certain areas.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines thermisch stabilen Leitwerks sowie ein entsprechendes Leitwerk.
DE 198 37 533 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines termisch stabilen Leitwerks. - Entsprechende Leitwerke werden be Flugkörpern benötigt, beispielsweise bei Munitionen, um deren Flugeigenschaft zu stabilisieren und/oder zu verbessern sowie deren aerodynamische Stabilität zu gewährleisten. Insbesondere werden KE-Munitionen (KE bedeutet "kinetische Energie") häufig mit entsprechenden Leitwerken ausgestattet. Um dabei eine akzeptable Mündungsgeschwindigkeit erzielen zu können ist es zwingend erforderlich, die Totmasse des Flugkörpers zu reduzieren, da Flugkörper mit geringeren Massen eine höhere Reichweite erzielen können. Die Totmasse ist dabei die Masse der Munition, welche keine Geschosswirkung erzielt.
- Dazu ist bekannt, dass Teile des Flugkörpers, beispielsweise das Leitwerk, aus leichten Materialien, also Materialien mit geringer Dichte, ausgebildet sind. So ist bekannt, das Leitwerk aus Aluminium zu fertigen, da Aluminium eine geringe Dichte aufweist und somit ein Leichtmetall, also ein leichtes Material darstellt.
- Als nachteilig bei solchen Leitwerken aus Aluminium hat sich jedoch erwiesen, dass die Flügelkanten der Leitwerke nach relativ kurzer Flugzeit, aufgrund der Geschwindigkeit der anströmenden Luft, extrem stark aufgeheizt werden. Dies führt im Extremfall zum vollständigen Abbrand der Flügel. Der Flugkörper verliert somit seine aerodynamische Stabilität und gegebenenfalls seine Flugfähigkeit.
- Ebenso können beim Beispiel von Munitionen als Flugkörper die Flügelkanten dadurch aufgeheizt werden, dass Reibung beim Durchgang durch das Rohr, aus welchem die Munition verschossen wird, auf die Flügelkanten wirkt. Gleichfalls werden bei einigen Munitionen die Flügel beim Abschuss durch ein Pulverbett der Treibladung geführt, was zu weiterer Reibung bis hin zu Abrasion der Flügelkanten führen kann.
- Modernere Flugkörper gleichen diesen Nachteil durch entsprechende Werkstoffauswahl für das Leitwerk aus. So kommt hier primär Stahl zum Einsatz. Ein derartig ausgestatteter Flugkörper weist im Vergleich zum oben beschriebenen Flugkörper mit Aluminiumleitwerk jedoch ein höheres Gewicht auf, da Stahl eine höhere Dichte als Aluminium aufweist.
- Dazu ist beispielsweise aus der
EP 0 300 373 A2 ein flügelstabilisiertes Unterkalibergeschoss bekannt, welches entweder ein Leitwerk aus Stahl oder aus Aluminium besitzt. - Weiterhin sind aus dem Stand der Technik beschichtete Aluminiumleitwerke bekannt, wobei beispielsweise Keramik als Beschichtung der Aluminiumleitwerke fungiert. Eine solche Beschichtung erfordert jedoch einen hohen fertigungstechnischen Aufwand und erzeugt somit höhere Kosten.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Herstellung eines thermisch stabilen Leitwerks sowie ein entsprechendes Leitwerk zu offenbaren, welches die vorgenannten Nachteile überwindet. Das hier vorgeschlagene Leitwerk, sowie das Verfahren zur Herstellung desselben, soll eine möglichst geringe Masse aufweisen, aber Schutz vor Abrasion der Flügelkanten während der Beschleunigungsphase im Rohr und Erhitzung durch Luftreibung beim Flug bieten.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 12 gelöst.
- Somit wird zur Herstellung eines thermisch stabilen Leitwerks vorgeschlagen, dass eine Ronde mit einer Verjüngung versehen wird und ebenso ein Kegel mit einer Verjüngung versehen wird. Die erfindungsgemäße Ronde ist dabei bevorzugt wie ein Kegelstumpf geformt und massiv gestaltet. Der erfindungsgemäße Kegel ist ebenfalls wie ein Kegelstumpf geformt und weist einen Hohlraum auf.
- Der Hohlraum ist dabei so im Kegel angeordnet, dass er die Ronde zumindest teilweise in sich aufnehmen kann. Bevorzugt sind die schrägen Seiten der Ronde sowie die schrägen Innenflächen des Kegels derart gestaltet, dass bei Einbringung der Ronde in den Kegel diese Seiten sich flächig berühren.
- Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass die Ronde mit dem Kegel eine Verbindung eingeht und zwar an den sich berührenden Seitenflächen. Bevorzugt wird dazu vorgeschlagen, dass die Verbindung als eine form-, stoff- oder kraftschlüssige Verbindung oder als eine Kombination der vorgenannten Verbindungen ausgeführt wird, insbesondere durch Reibschweißen. Es wird vorgeschlagen, dass das Reibschweißen durch Rotation eines der Körper geschieht, entweder des Kegels oder der Ronde. Es ist auch möglich, beide Körper rotieren zu lassen, nämlich gegeneinander, um eine Reibschweißung zu ermöglichen. Dafür sind spezielle Reibschweißgeräte bekannt.
- Als Alternative zur Reibschweißung können die beiden Körper auch durch mechanische Verbindungen verbunden werden, bspw. durch Nieten, Kleben, umgießen, etc.
- Zur Reibschweißung werden während der Rotation die beiden Körper mit ihren sich berührenden Seitenflächen aneinandergerieben, sodass Reibungswärme entsteht. Durch diese Reibungswärme wird das Material an den sich berührenden Seitenflächen zumindest teilweise derart erhitzt, dass eine Verbindung zwischen den beiden Körpern entsteht.
- Aus dem so entstandenen Verbund von Ronde und Kegel kann dann anschließend das Leitwerk herausgearbeitet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieses herausarbeiten durch ein spanendes Verfahren, bspw. ein Fräsverfahren, realisiert.
- Um das Gewicht des Leitwerks möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen die Ronde aus einem Material mit geringerer Dichte auszuführen als der Kegel. Beispielsweise könnte die Ronde aus Aluminium, Magnesium oder einem anderen Leichtmetall bestehen. Entsprechend wird vorgeschlagen, den Kegel aus Stahl, Wolfram oder Ähnlichem auszuführen.
- Nach dem Herausarbeiten besteht dann das erfindungsgemäße Leitwerk aus einem Kern der dem Material der Runde entspricht und einer Beschichtung, der dem Material des Kegels entspricht.
- Bevorzugt vorgeschlagen, dass das Material des Kegels eine höhere Thermostabilität aufweist, als das Material der Ronde. Damit wird sichergestellt das bei Luftreibung, die auf das Leitwerk wirkt kein Abbrand desselben geschieht.
- Für die Reibschweißung wird weiterhin bevorzugt vorgeschlagen, dass der Kegel sowie auch die Ronde achssymmetrisch ausgestattet sind und eine Mittelachse aufweisen. Bei Einbringung der Ronde in den Innenbereich des Kegels weisen beide Körper dann eine gemeinsame Mittelachse auf.
- Mit dieser Ausgestaltung ist eine einfache Reibschweißung möglich, in dem einer der Körper in Rotation versetzt wird. Dies kann beispielsweise durch eine Drehmaschine geschehen oder durch das vorgenannte Reibschweißgerät.
- Das durch das vorgenannte Herstellungsverfahren hergestellte Leitwerk umfasst dann einen Flügelkern und eine Flügelkante, wobei der Flügelkern aus dem Material der Ronde besteht und die Flügelkanten aus dem Material des Kegels.
- Bevorzugt wird vorgeschlagen, ein erfindungsgemäßes Leitwerk an einer Munition anzubringen, bevorzugterweise an KE-Munition. Dazu kann das erfindungsgemäße Leitwerk mittels mechanischer Fügung an der Munition angebracht werden oder sind Befestigungsmittel am Leitwerk vorgesehen das Leitwerk an der Munition anzubringen.
- Durch das vorgenannte Verfahren sowie das entsprechende Leitwerk werden die Vorteile eines leichten Leitwerks realisiert wie beispielsweise eine höhere Reichweite eines entsprechenden Flugkörpers. Die höhere Dichte sowie auch die höhere Thermostabilität der Flügelkante sorgen für ein späteres Abbrennen der Flügel, bzw. verhindern dies. Ebenfalls werden durch die höhere Dichte bei Flugkörpern wie Munitionen Ausbrüche an den Flügelkanten beim Rohrdurchgang bzw. beim Weg durch das Pulverbett verhindert.
- Weitere Merkmale ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
- Figur 1:
- Eine erfindungsgemäße Ronde sowie einen erfindungsgemäßen Kegel;
- Figur 2:
- Einen erfindungsgemäßen Verbund von Ronde und Kegel;
- Figur 3:
- ein erfindungsgemäßes Leitwerk an einer Munition angebracht.
-
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ronde 3, welche massiv 4 gestaltet ist und einen erfindungsgemäßen Kegel 1, welcher einen Hohlraum 2 aufweist. Bevorzugt ist der Kegel 1 aus einem härteren Material gefertigt als die Ronde 3. Das bedeutet, dass das Material des Kegels 1 eine höhere Dichte aufweist, als das Material der Ronde 3. Bevorzugt ist das Material des Kegels 1 auch thermostabiler als das Material der Ronde 3. - Beide Körper, also Kegel 1 und Ronde 3 sind als Kegelstümpfe ausgebildet und weisen Verjüngungen 5, 6 auf. Die Verjüngungen 5, 6 sind derart gestaltet, dass die Ronde 3 in den Hohlraum 2 des Kegels einbringbar sind. Bevorzugt berühren sich die Seitenflächen der Verjüngungen 5, 6 nach Einbringung.
- Beide Körper 1, 3 weisen eine Mittelachse 7 auf, so dass, nach Einbringung der Ronde 3 in den Hohlraum 2 des Kegels beide Körper 1, 3 eine gemeinsame Mittelachse 7 aufweisen.
- Die in den Hohlraum 2 des Kegels 1 eingebrachte Ronde 3 ist in
Figur 2 dargestellt. Beide Körper 1, 3 besitzen nun die gemeinsame Mittelachse 7, während die Verjüngungen 5, 6 zueinander ausgerichtet sind. Die beiden sich verjüngenden Seitenflächen der Kegelstümpfe stehen in Kontakt zueinander. - Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines thermisch stabilen Leitwerks wird nun eine Verbindung 8 hergestellt, welche bevorzugt umlaufend um die sich verjüngenden Seitenflächen verläuft, beispielsweise durch Reibschweißen.
- Bevorzugt wird dazu vorgeschlagen, die Reibschweißung durch Rotation einer der Körper (1, 3) durchzuführen. Dabei reibt der rotierende Körper an dem nicht rotierenden Körper (1, 3). Durch diese Reibung entsteht Reibungswärme, welche die Reibschweißung und somit die Verbindung 8 verursacht. Es können auch beide Körper gegeneinander rotiert werden.
- Die so verbundenen Körper können nun derart mechanisch bearbeitet werden, dass ein Leitwerk entsteht. Dazu wird ein Fräsverfahren vorgeschlagen, durch welches aus dem Verbund der beiden Körper 1, 3 ein Leitwerk mit einem Flügelkern 11 und einer Flügelkante 10 aufweist.
- Bevorzugt kann das so erschaffene Leitwerk symmetrisch gestaltet sein und mehrere Flügelkanten 10 aufweisen.
- Es wird vorgeschlagen, dass so erfindungsgemäße Leitwerk an einem Flugkörper, insbesondere einer Munition anzubringen. Dazu kann die Anbringung durch mechanische Fügung geschehen oder durch dafür am Leitwerk vorgesehene Befestigungsmittel.
- Als besonders Wirksam hat sich das erfindungsgemäße Leitwerk an KE-Munition erwiesen. Durch das vorgenannte Verfahren zur Herstellung ist eine einfachste Herstellung möglich bei gleichzeitiger thermostabiler Ausführung. Durch die Ausführung des Flügelkerns in Leichtbauweise ist ebenfalls eine hohe Flugweite des Flugkörpers gewährleistet.
- Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Merkmale begrenzt. Vielmehr sind weitere Ausbildungen denkbar. So könnte die Ronde bzw. der Flügelkern aus Titan bestehen oder der Kegel bzw. die Flügelkanten aus Karbiden bestehen. Weiterhin könnten sich Ronde und Kegel nur teilweise berühren, um beide Materialen in Bereichen auf Abstand zu halten.
-
- 1
- Kegel
- 2
- Hohlraum
- 3
- Ronde
- 4
- Massiv
- 5
- Verjüngung von 1
- 6
- Verjüngung von 3
- 7
- Mittelachse
- 8
- Verbindung
- 10
- Flügelkante
- 11
- Flügelkern
- 20
- Munition
Claims (15)
- Verfahren zur Herstellung eines thermisch stabilen Leitwerks,
dadurch gekennzeichnet,dass eine Ronde (3) mit einer Verjüngung (6) versehen wird,dass ein Kegel (1) mit einem Hohlraum (2) und einer Verjüngung (5) versehen wird,dass die Ronde (3) in den Hohlraum (2) eingebracht wird,dass die Ronde (3) mit dem Kegel (1) verbunden wird und somit eine Verbindung (8) eingehtund das Leitwerk aus dem Verbund von Ronde (3) und Kegel (1) herausgearbeitet wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (8) als eine kraftschlüssige, formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung oder als eine Kombination daraus ausgeführt ist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (8) durch Reibschweißen hergestellt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Ronde (3) eine geringere Dichte aufweist, als das Material des Kegels (1).
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Ronde (3) Aluminium ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kegels (1) Stahl ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kegels (1) eine höhere Thermostabilität aufweist, als das Material der Ronde (3).
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ronde massiv (4) gestaltet ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegel (1) und die Ronde (3) eine Mittelachse aufweisen und achssymmetrisch gestaltet sind.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschweißung durch Rotation der Ronde (3) und/oder des Kegels (1) ausgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Herausarbeiten des Leitwerks durch ein Fräsverfahren ausgeführt wird.
- Leitwerk für eine Munition, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11
dadurch gekennzeichnet,
dass das Leitwerk einen Flügelkern (11) und eine Flügelkante (10) aufweist. - Leitwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügelkern (11) aus Teilen der Ronde (3) besteht und die Flügelkanten aus Teilen des Kegels (1).
- Leitwerk nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitwerk an einer Munition anbringbar ist.
- Munition (20),
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Leitwerk nach einem der Ansprüche 12 bis 14 an der Munition angeordnet ist.
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