JPH06265297A - 多層複合材砲身 - Google Patents

多層複合材砲身

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JPH06265297A
JPH06265297A JP5311864A JP31186493A JPH06265297A JP H06265297 A JPH06265297 A JP H06265297A JP 5311864 A JP5311864 A JP 5311864A JP 31186493 A JP31186493 A JP 31186493A JP H06265297 A JPH06265297 A JP H06265297A
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JP
Japan
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barrel
alloy
tube
gun
jacket
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JP5311864A
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English (en)
Inventor
Stephen J Bullis
スティーブン、ジェームズ、ブリス
David P Perrin
デイビッド、ポーター、ペリン
Peter C Wolff
ピーター、クリスチャン、ウルフ
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/22—Making metal-coated products; Making products from two or more metals
    • 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
    • F41A21/02—Composite barrels, i.e. barrels having multiple layers, e.g. of different materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高エネルギー弾薬連射火砲において、砲身を
複合材で同心多層化することにより、発射時の砲身の侵
蝕と曲がりを防止できるようにする。 【構成】 多層複合材砲身は砲身全体の外部円筒を形成
して外被内部に砲身前部１０ｂの内部身管円筒が概ね接
着された一体の合金製外被部分１６と砲身の尾筒範囲で
硝煙による侵蝕に耐え得る高融点耐熱合金で作られた非
接着の尾筒部分２０ｂとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、米国政府との契約ＤＡ
ＡＡ２１−８８−Ｃ−第００３６号の下で開発されても
のであり米国政府が本発明について権利を有する。
【０００２】本発明は、高エネルギー弾薬発射時の寿命
を満足なものにすることができる砲身に係り、特に同軸
押出された複合材多層の前部とランニングされた多層尾
筒とを有する新規な多層複合材砲身に関する。
【０００３】
【従来の技術】砲身は、７０３kgf/kg（１０００psi ）
と摂氏数百万度（華氏数百度）毎秒の周期的温度変化と
の組合せによって大きい応力を受ける。最近の形状の砲
身は寿命が比較的短い。火炎温度の高い発射薬が弾薬の
性能を高めるために大量に使用されるので、砲身に対す
る要求、特に多数の弾薬を短い時間間隔で発射する要求
が増大している。長時間連射時の砲身に対する要求は、
２つの異なる範囲、即ち、砲腔面と外被に付けることが
できる。砲腔は非常に大きい温度変化を受け、そのため
に殆ど瞬時に亀裂が発生し、低周期の疲労破壊が始ま
る。高エネルギー弾薬と火炎温度の高い発射薬はこの問
題を著しく促進させる。更に、高い温度は保護用クロム
被覆の損失、溶融、及び高温硝煙による砲腔侵蝕をも発
生させる。これらの条件の下でも、砲身は、弾帯が食い
込み、砲弾が充填されて高速の砲弾が砲身に接触する時
に発生させる応力に耐えなければならない。砲身の中で
回転移動する従来の砲弾の場合には、砲腔が回転移動す
る砲弾による応力に耐えなければならない。この応力は
砲弾が激しく速く動いた時に熱膨張した高温の砲腔に食
い込んで発生するものである。砲腔は更に、発射時の圧
縮降伏に起因する大きい引張応力の下で、発射後に残さ
れた硝煙の化合物による腐食に耐えなければならない。
この応力腐食は、しばしば、深い亀裂を伝播させる。
【０００４】他方、砲身の外部、環境は温度と応力の急
激な変化が少なく、比較的おだやかである。しかしなが
ら、砲身の外部は徐々に劣化した砲腔面から伝達される
高い圧力に耐えなければならず、かつ、発射時に砲腔の
膨張を抑えて軸線方向の剛性を維持するために高い弾性
モジュラスを維持しなれればならない。砲身外部及び外
被部分は清浄度及び破断強度が良くなければならない。
これは亀裂が砲腔面から伝達された後に急激に成長する
のを防ぐためである。亀裂の急激な成長が砲腔面を破壊
するおそれがある。しかしながら、これらの特性は最大
連射時に降伏を発生する顕著な温度範囲全体で具現しな
ければならない。外被の熱膨張係数は砲身の外被が高温
になった時に砲腔の膨張を限定する場合に特に重要にな
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】砲腔面と外被部分との
極端に異なる条件の判り易い解決法は各範囲に対する特
性が最適な複合材砲身を使用することである。数多くの
概念が、所望の形状を得るために勧められて来たし、そ
れには、砲腔信管と外被を良く接着するという概念も含
まれている。しかしながら、これらの設計は何れも、砲
身の尾筒端部における侵蝕率を許容できる値にし、か
つ、砲身の接着された前部範囲又は前部における身管と
外被との同心性を良くするめたの良好な低経費の方法を
提供していない。良好な同心性は異なる膨張に起因する
砲身の曲がりを防止するために要求されるものである。
それ故、許容可能の尾筒端部侵蝕と同心性という特性を
有する比較的安価な多層複合材砲身の提供が非常に望ま
れる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、多層複
合材砲身は、尾筒範囲内の高温硝煙による侵蝕に耐え得
る高融点耐熱合金で作られた非接着尾筒部分身管に有し
て砲身全体の外部円筒を形成する一体の合金性外被部分
を、外被部分の内部に概ね接着される砲身前部内部身管
円管に組合せたものである。従って、一体の砲身前部は
身管を備え、この身管が尾筒身管の前方向への侵蝕に適
当に耐え、尾筒身管が高温強度の大きい材料で作られた
低膨張外被に同心に接着されて加熱度も温度も低い。新
規な複合材砲身は、従って、高速度砲弾発射用武器を提
供し、しかも、高エネルギー弾薬を使用す火砲における
耐侵蝕・耐破断の満足な寿命を達成するものである。
【０００７】本発明の好ましい形態において、砲身は、
融点の非常に高い可鍛材料、例えば高温硝煙による侵蝕
に耐えるＴａ−１０Ｗで作った非接着尾筒身管と；高温
強度の大きい材料、例えばＩＮ−９０９で作られた外被
と；(1) 後に概ねクロム鍍金されるＣｒＭｏＶのような
中級合金鋼、又は(2) ステライト２１のようなクロム含
有率の高いコバルト基材合金、又は(3) ＩＮ−７１８の
ようなクロム含有率の高いニッケル基材合金の中から選
択された高耐蝕性砲腔面材料で形成されている一体の砲
身前部砲腔身管とを組合せたものである。この多層砲身
は、武器の設計者が接着の砲身前部身管と非接着の尾筒
身管の使用により、利用可能の最良の身管用及び外被用
の材料を組合せ得るようにするものである。接着形砲身
前部身管は２種類の材料の境界面と、砲腔面と外径とを
非常に良く同心（例えば真円度からの偏差が１０％未
満）にする。
【０００８】従って、本発明の１つの目的は、新規な複
合材多層砲身を提供することにある。
【０００９】本発明のこの目的及び他の目的は、添付図
面と関連させて以下に述べる好ましい形態の細部説明に
より、当業者に明らかである。
【００１０】
【実施例】先ず最初に図１及び図２を参照すれば、砲身
１０は、砲口部分即ち砲身前部１０ｂから遠方の端部
に、尾筒部分１０ａが形成されている。この尾筒部分１
０ａは、薬室部材１１で砲弾１２を尾筒内部の撃発位置
に保し、かつ、適当な装置、例えば環状部材等で所要位
置に維持する作用を行なう。
【００１１】本発明によれば、砲身１０は外側を被覆す
る部分即ち外被部分１６を備え、この外被部分１６は砲
身の全長Ｌに亘って（薬室部材１１の前方方向に）延
び、従って最大径がＤM で少なくとも砲身中央部１６ｂ
全体でテーパ形の砲身尾筒部分１６ａを有し、最小径Ｄ
m の砲身前部１６ｃに達しており、この砲身の一部分１
６ａ，１６ｃもテーパ形でよい。砲身の外被部分は身管
層１８を取り囲み、身管層１８は外被内面１６ｄに金属
接着されている。外被部分及び身管部分は同軸押出の管
状円筒で作られ、この円筒は互換性材料、例えばニッケ
ル、鉄及びコバルトを基材とする超合金を含むように慎
重に選択された同軸の材料層で作られている。身管部分
１８は砲身の尾筒部分の長さＬｂに沿って、砲腔被覆同
筒２０に替えられ、小さい拡張部分２２（長さが多分
１．２７mmm （５０／１０００インチ）未満）を、砲腔
身管前部２０ａと前層１８の後部１８ａとの間に設けて
もよい。これは身管部分２０部を収容するためである。
砲腔身管の非接着部分２０も尾筒部分２０ｂを有し、こ
の尾筒部分２０ｂが「浮動する」砲腔身管スリーブを外
被尾筒腔１６ｅの内部に支持する作用を行なう。砲腔身
管部分２０は、より高価な高密度の耐熱合金で作ること
が出来、この合金は尾筒の非常に高い温度に耐え得るも
のである。砲腔身管部分２０の平均厚さＴ1 は砲身前部
の身管の平均厚さＴ2 より大きい。
【００１２】次に図３（ａ）から図３（ｄ）を参照す
る。砲身１０は同軸押出の砲身管２４（例えば所在地が
ウエストバージニア州ハンチントン（郵便番号２５７２
０）のインコ・インタナショナル社(INCO Alloys Inter
national,Inc.)から入手可能の同軸押出管）から製造さ
れ、この砲身管はINCO IN-９０９の鉄基材合金の外被１
６でINCO IN-７１８のニッケル基材合金の身管１８を囲
み、外被１６を身管１８に金属接着し、１個の同軸押出
ダイの中で形成される管の内側と外側で、境界面直径Ｄ
ｉを身管砲腔面１８ｃと外被部分１６とに対して同心に
したものである。この同軸押出された砲身の円筒管は他
の合金の組合せで形成してもよく、この組合せは上述の
IN−７１８のうちの１種類、又はクロムモリブデンバナ
ジューム鋼のうちの１種類、パイロメット(PYROMET) ３
１又はステライト２１の合金、又はこれらと類似の材料
の身管の層１８と、上述のIN- ９０９、又はIN- ９０８
即ちヘインズ(Haynes)２４２合金の１種類、又はこれら
と類似の材料の身管の層１６を、所望の同心性接着層に
できるように選定した時に、結果的に特定の端部の砲身
が得られるように組合せる場合を含んでいる。IN- ７１
８の身管合金は高温の硝煙に対する良好な耐侵蝕性を付
与するために充分高いクロム含有率を有する。IN- ９０
９外被を選定するのは熱膨張が少なく、耐熱強度が大き
いからである。これらの金属のこの組合せは或る程度選
択できる。それは、これらの２種類の合金の高温変形、
同軸押出の実施、及び熱処理に関する互換性が比較的良
好だからである。
【００１３】次に、原材料の円筒形、外面は（図３
（ｂ）に示すように）尾筒部分１６ａと、中央部１６ｂ
と、所望の砲口部分１６ｃを形成するように機械加工さ
れる。砲腔身管部分１６ｅは、長さＬｂを若干超える深
さまで、平均直径が約（５＋２Ｔ1 ）になるように中ぐ
りされ、次に、直径の大きい方の尾筒端部がスリーブ形
尾筒部分１６ａになるまで機械加工される。尾筒の砲腔
身管部分２０が別個に（Ｔａ−１０Ｗ、ＦＳ−８５、Ｆ
Ｓ−７５２、ＷＣ−３００９当のような合金材で）作っ
て仕上げられ、次に拡大された砲腔部分１６ｅの中に焼
嵌めされる（図３（ｃ））。その後に小径の砲腔が、任
意所要の腔線の山と谷２８をつけて直径を所要口径にす
るように機械加工される（図３（ｄ））。次に砲身部分
の身管部分１８の砲腔は、必要に応じて、耐蝕性付与の
ために、クロム又は炭素窒化物の薄巻くで覆うことがで
きる。
【００１４】以上、本発明の新しい多層複合材砲身の開
示のための好ましい形態を説明したが、当業者にとって
は、多くの変更と改良が明らかになるであろう。それ
故、本出願人の真意は、特許請求の範囲のみによって限
定されるべきでなく、例示的に記載の細部及び手段によ
っても限定されるべきでないということにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基く多層複合材砲身の断面図。
【図２】砲身前部端部の断面図。
【図３】（ａ）から（ｄ）は金属接着された二重層の一
体の円筒から多層複合材砲身を順次製造することを示す
一組の縦断面図。
【符号の説明】
１０ 砲身 １０ａ 尾筒部分 １０ｂ 砲身前部 １６ 外被部分 １６ａ 砲身の尾筒部分 １６ｂ 砲身の中央部 １６ｃ 砲口部分 １６ｄ 外被内面 １６ｅ 外被尾筒腔 １８ 身管 ２０ 砲腔身管の非接着部分 ２０ａ 砲腔身管前部 ２０ｂ 砲腔身管の非接着部分の尾筒部分 ２２ 小さい拡大部分 ２８ 腔線の谷 ＤM 砲身の最大径 Ｄm 砲身の最小径 Ｌ 砲身の全長 Ｔ1 砲腔身管部分の平均厚さ Ｔ2 砲身前部身管の平均厚さ
フロントページの続き (72)発明者 ピーター、クリスチャン、ウルフ アメリカ合衆国バーモント州、ミルトン、 アールアール、１、ボックス、5260

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第２合金で形成された身管部分に概ね金属
    接着された第１合金の外被を有し、身管部分が外被部分
    の中に高度の同心性の管状境界面を有するように同軸押
    出されている砲身前部部分を備えて成る砲身。
  2. 【請求項２】砲身の身管部分の尾筒端部に非接着の尾筒
    砲腔身管を更に備えて成る請求項１の砲身。
  3. 【請求項３】尾筒の砲腔身管が第３合金で形成されて成
    る請求項２記載の砲身。
  4. 【請求項４】第３合金の耐侵蝕性が第１合金及び第２合
    金の硝煙耐侵蝕性より大である請求項３記載の砲身。
  5. 【請求項５】外被部分の合金の膨張度が身管部分の材料
    の膨張度よりも相対的に小さい請求項２記載の砲身。
  6. 【請求項６】身管部分の合金の耐侵蝕性が外被部分の材
    料の耐侵蝕性よりも相対的に大きい請求項５記載の砲
    身。
  7. 【請求項７】第１合金及び第２合金のうちの１種以上の
    合金が鉄、ニッケル、及びコバルトの中から選定された
    １種類以上の金属を基材とする合金である請求項１記載
    の砲身。
  8. 【請求項８】第１合金及び第２合金がともに鉄、ニッケ
    ル、及びコバルトの中の１種類以上の金属の基材とする
    ものである請求項６記載の砲身。
  9. 【請求項９】砲腔身管部分の外面の平均直径が砲腔部分
    身管と外被部分との境界面の直径より大きい請求項７記
    載の砲身。
  10. 【請求項１０】砲腔身管部分の砲腔の長さ（Ｌｂ）が砲
    身×全長（Ｌ）の１／４である請求項２記載の砲身。
JP5311864A 1992-12-14 1993-12-13 多層複合材砲身 Withdrawn JPH06265297A (ja)

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US07/990,107 US5341719A (en) 1992-12-14 1992-12-14 Multi-layer composite gun barrel
US990107 1997-12-15

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EP (1) EP0602877A1 (ja)
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KR (1) KR940015454A (ja)
CA (1) CA2103423A1 (ja)
IL (1) IL107861A0 (ja)
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