SE2100109A1 - Eldrör - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser ett eldrör (10) för utskjutningsanordning (1) för utskjutning av projektiler (100) med en drivladdning (110) där eldröret (10) är anordnad med ett tvärsnitt (20) i form av en liktjocking. Vidare utgörs uppfinningen av utskjutningsanordning samt en metod för att avfyra en rotationsstabiliserad projektil från ett eldrör.

Description

Inkom till _Patent- och reglstreringsverket 1 2021 -oß u 1i ELDRÖR TEKNISKT OMRÅDE Föreliggande uppfinning avser ett eldrör för utskjutningsanordning för utskjutning av projektiler med en drivladdning. Vidare utgörs uppfinningen av utskjutningsanordning samt en metod för att avfyra en rotationsstabiliserad projektil från ett eldrör.

UPPFINNINGENS BAKGRUND, PROBLEMOMRÅDE OCH KÄND TEKNIK I konventionella eldrörsbaserade vapensystem är eldrörets tvärsnitt rotationssymmetriskt cirkulärt och anordnad med eller utan räffling och anpassad för anordnad av en likaledes rotationssymmetrisk och cirkulär proj ektil. Eldrör anordnade med räffling är företrädesvis anordnade med en stigning över eldrörets utbredning vilket medför att proj ektilen roteras under utskjutningsförloppet. Rotation av proj ektilen är önskvärd för att åstadkomma en rotationsstabiliserad projektil, det vill säga att projektilen roterar, efier att projektilen lämnat eldröret. Som ett alternativ till rotationsstabiliserad proj ektil kan proj ektilen vara stabiliserad med exempelvis fenor, i detta fall kan det vara önskvärt att proj ektilen ej roterar då proj ektilen lämnar eldröret varför projektilen i detta fall kan anordnas med en slirande gördel vilket medför att projektilen ej, eller enbart till viss del, roteras under projektilens utskjutningsfas då projektilen avlossas i ett räfflateldrör. Då projektilen i detta fall lämnar eldröret stabiliseras projektilen av på proj ektilen anordnade fenor. Som ett alternativ kan projektilen avfyras från ett eldrör utan räfflor, även benämnt slätborrat, vilket medför att ingen rotationskraft överförs på projektilen under utskjutningsförfarandet.

Patentdokument US 694,833 samt även RU 2 206 856 CZ beskriver eldrör utformad med ett elliptiskt tvärsnitt med en stigning i eldröret vilket medför att projektilen roteras under utskjutningsförloppet utan att räfflor nyttjas i eldröret. Patentdokumentet visar ej på ett tvärsnitt anpassat för krav avseende tillverkningsteknik, hållfasthet eller anpassning till projektilutförande.

Patentdokument US 4,664,664 beskriver eldrör utformad med ett polygonforrnat tvärsnitt med en stigning i eldröret vilket medför att projektilen roteras under utskjutningsförloppet utan att räfflor nyttjas i eldröret. Patentdokumentet visar ej på ett tvärsnitt anpassat för krav avseende tillverkningsteknik, hållfasthet eller anpassning till proj ektilutförande.

Det är även känt att polygonal/hexagonal räffling nyttjats i vapen, företrädesvis handeldvapen, men då som ett altemativ till konventionell räffling och anpassad för konventionella cirkelsymmetriska projektiler som ett altemativ till konventionell räffling. Polygonal/hexagonal räffling är således ej anpassad för att avlossa projektiler med ett utförande anpassade till eldrörets geometri.

Lösning på ovanstående problem och ytterligare problem med lösning beskrivs nedan.

UPPFINNINGEN OCH DESS SYFTE Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att lösa ovan identifierade problem.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är ett eldrör för utskjutningsanordning för utskjutning av projektiler med en drivladdning kännetecknad av att eldröret är anordnad med ett tvärsnitt i form av en liktjocking.

Enligt ytterligare aspekter för ett eldrör enligt uppfinningen gäller; a tt liktjockingen definieras av uttrycket r( kämdiametem, C är rotationsdiametem, (p är en vinkel och n är ett udda heltal. a tt n är 3. a tt eldröret är utformat med en stigning på mellan 20 till a tt eldröret är anpassat för att avlossa projektiler som är utförda i förrn av en liktjocking. a tt projektilens tvärsnitt, liktjockingen, definieras av uttrycket r( där F är kämdiametem för projektilen, E är rotationsdiametern för projektilen, (p är en vinkel och n är ett udda heltal. att F Vidare så har man enligt föreliggande uppfinning åstadkommit en förbättrad utskjutningsanordning.

Vidare så har man enligt föreliggande uppfinning åstadkommit en förbättrad metod för att avfyra rotationsstabiliserade projektiler från ett eldrör där projektilen avfyras från eldrör anordnad med ett tvärsnitt i form av en liktj ocking samt att tvärsnittet roteras med en stigning över eldrörets axiella utbredning.

F IGURFÖRTECKNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas nännare under hänvisning till de bifogade figurerna där: Fig. 1 visar ett eldrör i en vy från kortsidan enligt en utföringsform av uppfinningen. Fig. 2 visar ett eldrör i en vy från långsidan enligt en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 3 visar en projektil i en vy från kortsidan enligt en utföringsfoirn av uppfinningen.

DETALJERAD UTFÖRANDEBESKRIVNING Föreliggande uppfinning visar på en ny och alternativ utformning av eldrör avsett för eldrörsbaserade utskjutningsanordningar. En utskjutningsanordning, även benämnd kanon, haubits, eller pjäs, så som artilleripjäs, är ämnad att medelst ett drivämne avlossa en projektil. F öreträdesvis initieras ett drivämne, så som krut, i en del av kanonen, ofta en kammare speciellt anpassad för detta. Initiering sker genom antändning av drivämnet, exempelvis med en tändpatron eller en tändare i en ammunitionsenhet, som initieras genom anslag. Andra metoder för att antända drivämnet kan vara genom att laser- eller elektrisk energi antänder drivämnet. Drivämnet brinner med hög hastighet och stor gasutveckling vilket skapar ett gastryck i kammaren som driver projektilen ut ur eldröret på utskjutningsanordningen. Drivämnet är anpassat för att i så stor utsträckning som möjlig generera ett konstant tryck på projektilen under hela eldrörsförloppet, då projektilen rör sig i eldröret, vilket skapar en hög hastighet på projektilen då projektilen lämnar eldrörsmynningen.

Projektiler, så som olika typer av granater, innefattar i de flesta fall någon form av verkansdel samt någon form av tändrör som initierar verkansdelen. Tändrör kan vara av olika typer där anslag är vanligt förekommande för projektiler som avser brisera vid kontakt med ett objekt, tidrör då projektilen avser brisera vid en viss förutbestämd tid samt zonrör då projektilen avser brisera då ett objekt kommer inom ett visst avstånd från projektilen. Zonrör nyttjas företrädesvis vid bekämpning av flygfarkoster medan tidrör och anslag kan nyttjas vid bekämpning av ett stort antal olika objekt. Med fördel kombineras olika typer av tändrörsfunktion i samma tändrör, så att om ett tändrör med zonrörsfiinktion inte detekterar något objekt så briserar projektilen efter en viss tid etc.

Verkansdelen innefattar företrädesvis någon form av explosivämne samt någon förrn av splitterverkade hölje som omsluter explosivämnet. Vidare kan olika fonner av styrmedel, så som fenor anordnas endera i tändröret eller i en egen delkomponent.

För att stabilisera projektilema efter att projektilema lämnat eldröret så anordnas företrädesvis projektilema med rotation altemativt med fenor. I fallet att projektilema anordnats med rotation sägs projektilema vara rotationsstabiliserade och i fallet att projektilema anordnats med fenor sägs projektilema vara fenstabiliserade. Fenstabiliserade projektiler bör ej ha rotation eller låg rotation då de lämnar eldröret.

För att uppnå rotation på projektilema anordnas ofta räfflor i eldröret till vilka projektilen kopplar under utskjutningsförloppet. Räffling innebär att loppet i ett eldvapen, eldröret, försetts med spiralformade spår. Motsatsen är slätborrat eldrör. När räffloma griper in i projektilen under avfymingen får den en rotation längs sin längdaxel. Genom rotationen kommer mindre ojämnheter eller skador på projektilen inte orsaka en avdrift i projektilens bana. Rotation är också nödvändigt för att en avlång (torpedformad) projektil ska behålla sin riktning efter att den lämnat loppet och inte börja tumla runt, detta benämns att projektilen är rotationsstabiliserad. I slätborrade vapen kan bara runda (sfäriska) proj ektiler eller fenstabiliserade projektiler avfyras. En avlång projektil utan fenor kommer tumla när den lämnar mynningen.

Räfflor är således spår anordnade i loppet på eldröret, och upphöjningen mellan kallas bommar. Vanligtvis består räfflingen hos finkalibriga eldhandvapen av fyra högervridna räfflor medan kanoner, så som artilleripjäser, har ett större antal räfflor beroende på utskjutningsanordningens kaliber. För att räfflingen ska kunna gripa in i projektilen måste projektilen antingen vara något större än diametem mellan bommarna, vilket är vanligt förekommande för finkalibervapen, eller vara försedd med en speciell fläns, benämnd gördel, som har en något större diameter än bommarna, vilket är vanligt förekommande i projektiler med en diameter på större än 20 mm. Gördeln kan vara tillverkad av plast, kompositmaterial eller en mjuk metall, så som mässing. Den längd av eldröret på vilken räfflan vrider sig ett helt varv kallas stigning och anges vanligen antal tum per varv. En stigning på 1:10 tum innebär att projektilen roterar ett varv på 10 tum. Motsvarande stigning i millimeter skrivs l:254 mm. Stigningen avpassas så, att projektilen erhåller den utgångsrotationshastighet som fordras för att den under hela sin bana från utskjutning till mål skall bibehålla erforderlig stabilitet, det vill säga utan att förlora sin stabilitet och börja tumla runt.

De flesta eldrör innefattar räffling och genom att anordna projektiler med slirande gördlar kan såväl rotationsstabiliserade som fenstabiliserade projektiler skjutas med räfflade eldrör. Slätborrade eldrör nyttjas i princip enbart för vapensystem ämnade att bekämpa bepansrade stridsfordon då projektilens rotation medför att riktad sprängverkan, RSV, fiingerar sämre eftersom centrifugalkratten gör att strålen sprids ut.

Det föreligger problem med räfflade eldrör vad gäller kopplingen mellan gördel och eldrör. Dels kan krutgaser passera projektilen i det fall kopplingen inte är helt tät, vilket medför lägre utskjutningshastighet, och dels orsakar kopplingen slitage på eldröret vilket medför förkortad livslängd på eldröret.

Genom att förändra eldrörsgeometrin från en fullt cirkelsymmetrisk utförande kan en koppling mot projektilen åstadkommas utan att räfflor i eldröret nyttjas. Företrädesvis nyttjas geometri benämnd liktjocking (på engelska "curve of constant Widt ") som är en geometrisk förrn som ej är cirkulär vars diameter, distansen mellan två parallella linje anordnade på var sin sida om den geometriska formen, är identisk oavsett placering på geometrin.

Varje liktjocking är en konvex mängd. En konvex mängd är en mängd i ett reellt eller komplext vektorrum om varje punkt längs en sträcka mellan två godtyckligt valda punkter i mängden också ligger i mängden. Man kan även uttrycka det som att alla andra punkter befinner sig på en siktlinje från varje punkt i mängden. En liktjockings ytterradie korsas maximalt två gånger för varje genomgående linje. Barbiers teorem ger även att omkretsen av en liktjocking ges på samma sätt som omkretsen av en cirkel, det vill säga pi gånger diametem, däremot varierar arean på en liktjocking utifrån liktjockingens geometri. Varje liktjocking innefattar punkter mellan vilka det är ett längre avstånd än liktjockingens diameter.

En liktjocking kan defmieras av uttrycket: fw) = §+§s1n m Där n är ett udda heltal som är 3 eller större, D är kämdiametem, C är rotationsdiametem och cp är en vinkel som spänner upp liktjockingen över vinkelintervallet 0 - 2 pi.

FUNKTIONSBESKRIVNING En utskjutningsanordning är anordnad för att avfyra, skjuta, projektiler med en drivladdning. Drivladdningen, som exempelvis kan vara krut, förbränns efter initiering och alstrar ett högt tryck som driver projektilen ut ur ett eldrör. Projektilen anordnas i eldröret genom ett förfarande som benämns ansättning, vanligt förekommande är att en runt projektilen omslutande gördel deformeras gentemot i eldröret anordnad räffling som kvarhåller proj ektilen i eldröret. Drivladdningen anordnas i vad som ofta är benämnt kammare i vilken drivladdningen förbränns under alstrandet av gaser, krutgaser, som bringar projektilen att förflytta sig i eldröret. Företrädesvis skapas ett kontinuerligt/konstant tryck i kammaren som även fyller upp eldröret bakom projektilen då den förflyttar sig mot eldrörsmynningen.

Problem med att avfyra projektiler anordnade med gördel är dels att gördeln sliter på eldröret samt dels att tätningen mellan projektil och eldrör kan glappa och därmed släppa förbi krutgaser vilket påverkar utskjutningsförloppet bland annat genom att projektilens utskjutningshastighet, V0, kan variera mellan olika projektiler beroende på varierad tätning mellan proj ektil och eldrör.

Stigningen för rotationen i eldröret motsvarar räfflingen för ett konventionellt räfflat eldrör och är distansen för att ett fullt varv av vridningen uttryckt som 1 varv på 10 tum (på engelska "l tum in 10 inches" (l :l0 inches)) eller uttryckt i metriska mått som l varv på 254 mm (på engelska "1 tum in 254 mm" (1 :254 mm)). En kortare distans innebär en snabbare rotation vilket innebär att för en viss given utskjutningshastighet kommer projektilen rotera med högre rotationshastighet. Kombinationen av projektilens längd, vikt, och utformning avgör vilken rotationshastighet som krävs för att stabilisera projektilen. Generellt kräver korta projektiler med hög diameter (grovkaliber) lägre rotationshastighet jämfört med långa projektiler med liten diameter (finkaliber). Eldrör kan även tillverkas med progressivt ökande stigning. Extremt långa projektiler, som exempelvis pilammunition, även benämnt flechette, kan vara svåra att rotationsstabilisera varför de istället företrädesvis är fenstabiliserade.

För bäst prestanda bör eldröret ha en stigning som är tillräckligt hög för att projektilen får en så hög rotationshastighet så att projektilen blir rotationsstabiliserad men stigningen bör inte vara så stor att rotationshastigheten blir mycket högre än vad som krävs för att uppnå rotationsstabilisering. Grövre projektiler medför bättre Stabilisering då ett högre rörelsemängdsmoment uppnås medan långsmala projektiler får en aerodynamisk tryckpunkt med hävstång vilket medför lägre stabilitet.

Ett alternativt uttryck av stigningen är: Stígning = [2] Drvärsnicr Där Stigning är rotation uttryckt i kaliber, L är den längd av eldröret som åtgår för att uppnå ett flillt varv av rotation, Dfvärsnin är kalibem, eller den inre diametem på eldröret.

Genom att utforma eldröret med ett tvärsnitt i form av en liktjocking som roteras med en stigning på mellan 20 - 30, så kan eldröret vara utformat med släta väggar och rotation av projektilen kan åstadkommas genom att stigning, rotationen av eldrörets tvärsnitt över eldrörets axiella utbredning, åstadkommer rotation på en projektil som färdas genom eldröret. Projektilema kan vara formade med ett tvärsnitt motsvarande eldrörets tvärsnitt men med en storlek något under eldrörets storlek för att kunna passa i eldröret och därmed kunna avlossas från eldröret. Projektilema kan även vara av annat tvärsnitt, exempelvis cirkulärt tvärsnitt, och avlossas med en drivspegel anordnad med tvärsnitt i forrn av en liktjocking. Drivspegeln kan vara i form av en sabot anordnad runt projektilen eller på andra sätt anordnad för att möjliggöra utskjutning av en projektil i ett eldrör med tvärsnitt i förrn av en liktjocking.

Fig. l visar eldröret 10 sett från kortsidan, eldrörets radiella del, med en eldrörsöppning 20 utformad som en liktjocking utformad av tre cirkelsegment 12, l4 samt 16. Eldröret 10 har i den visade utföringsformen en cirkulär ytterradie 40 men kan även vara av annan geometrisk form och anpassas utifrån exempelvis tillverkningstekniska fördelar. I en altemativ utföringsform är även ytterradien i formen av en liktjocking vilket medför att godstjockleken är lika över eldrörets radiella utbredning. Eldröret är utformat med en viss godstjocklek 30 och geometrin för eldrörsöppningens tvärsnitt 20 bearbetas i eldröret med konventionella bearbetningsmetoder så som exempelvis olika former av skärande bearbetning innefattande brotschning. Tvärsnittet 20 för eldrörsöppningens geometri kan även benämnas eldrörets lopp. Eldröret 10 kan även tillverkas genom additiva tillverkningsmetoder. I fig. 1 visas även eldrörets rotationsdiameter C, som är den diametern som liktjockingen skapar vid en tänkt rotation, eller den cirkel som omsluter liktjockingen. I fig. 1 visas även en cirkel med diametern D, eldrörets kämdiameter, som är den diameter på en cirkel som omsluts av liktjockingen. Eldrörets rotationsdiametern C och eldrörets kämdiametem D är två tänkta diametrar som nyttjas i formeln för liktjockingen.

Fig. 2 visar eldröret 10 sett från långsidan, eldrörets axiella led. Eldrörsöppningen, tvärsnitt 20, är utformad i form av en liktjocking som roterar längs eldrörets längd med en stigning som i figur 2 är angiven med längden l. Stigningen är företrädesvis i intervallet 20 - Fig. 3 visar en projektil 100, även benämnd underkaliberprojektil. Projektilen kan vara formade med ett tvärsnitt motsvarande eldrörets tvärsnitt men med en storlek något under eldrörets storlek för att kunna passa i eldröret och därmed kunna avlossas från eldröret. Projektilerna kan även vara av annat tvärsnitt, exempelvis cirkulärt tvärsnitt, och avlossas med en drivspegel anordnad med tvärsnitt i form av en liktjocking. Drivspegeln kan vara i form av en sabot anordnad runt projektilen eller på andra sätt anordnad för att möjliggöra utskjutning av en projektil i ett eldrör med tvärsnitt i form av en liktjocking. I fig. 3 visas även rotationsdiametem E för projektílens geometri, som är den diametem som liktjockingen skapar vid en tänkt rotation, eller den cirkel som omsluter liktjockingen. I fig. 3 visas även en cirkel med diametem kämdiametem F för projektílens geometri, som är den diameter på en cirkel som omsluts av liktjockingen. Projektilens rotationsdiametem E och projektílens kämdiametem F är två tänkta diametrar som nyttjas i formeln för liktjockingen.

UTFÖRINGSEXEMPEL Exempel på kaliber är 20 - 155 mm och en längd på eldrör på mellan 1 m till 10 m.

ALTERNATIVA UTFÖRINGSFORMER Uppfinningen är inte begränsad till de speciellt visade utfóringsforrnema utan kan varieras på olika sätt inom patentkravens ram.

Det inses exempelvis att antalet, storleken, materialet och formen av de i eldröret ingående elementen och detaljerna anpassas efter det eller de projektil och projektilsammansättningar och övriga konstruktionsegenskaper som för tillfället föreligger.

I den visade utfóringsforinen är n = 3 men kan även vara andra udda heltal så som 5, 7, 9, 11, Projektil kan exempelvis anordnas för sprängverkan, splitterverkan, brandverkan, termobarisk verkan, brandbekämpning, träningsprojektiler, lyssatser, röksatser, elektromagnetisk verkan, elektromagnetisk stöming eller andra laster och fiinktioner.

Claims (8)

1. Eldrör (10) fór utskjutningsanordning (1) för utskjutning av proj ektiler (100) med en drivladdning (110) k ä n n e t e c k n a d a V att eldröret (10) är anordnad med ett tvärsnitt (20) i forrn av en liktjocking där liktjockingen definieras av uttrycket r(

2. Eldrör (10) fór utskjutningsanordning (1) enligt kravkännetecknad av attnär

3. Eldrör (10) fór utskjutningsanordning (1) enligt något av krav 1 -k ä n n e t e c k n a d a v att eldröret (10) är utforrnat med en stigning (l) på mellan 20 till 30 där stigning (l) är rotation uttryckt i kaliber där L är den längd av eldröret som åtgår fór att uppnå ett fullt varv av rotation, Dtvâirsnítt är kalibem så att stigning (l) = L / Dtvärsnítt.

4. Eldrör (10) fór utskjutningsanordning (1) enligt något av krav 1 - 3 k ä n n e t e c k n a d a v att eldröret (10) är anpassat fór att avlossa projektiler (100) som är utförda med ett tvärsnitt i form av en liktjocking.

5. Eldrör (10) fór utskjutningsanordning (1) enligt krav 4 k ä n n e t e c k n a d a v att eldrórets tvärsnitt motsvarar proj ektilens tvärsnitt, liktjockingen, definieras av uttrycket F r( fór proj ektilen, (p är en vinkel och n är ett udda heltal.

6. Eldrör (10) fór utskjutningsanordning (1) enligt kravkännetecknad av attF

7. Utskjutningsanordning (1) anordnad med eldrör (10) enligt något av krav

8. Metod för att avfyra en rotationsstabiliserad proj ektil från ett eldrör k ä n n e t e c k n a d a V att projektilen avfyras från eldrör anordnad n1ed ett tvärsnitt i forrn av en liktjocking samt att tvärsnittet roteras n1ed en stigning över eldrörets axiella utbredning där liktjockingen definieras av uttrycket r(