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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Pulvergasen aus rückstoßfreien Antipanzerwaffen zum Vermindern des Schalldruckes auf die Waffe. Die Erfindung ist insbesondere für den Einsatz für Antipanzerwaffen vom tragbaren Panzerfausttyp geeignet, die in engen/beschränkten Räumen abgefeuert werden, in denen hohe Schallpegel erzeugt werden.
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HINTERGRUND
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Ein Problem mit gebräuchlichen tragbaren rückstoßfreien panzerfaustartigen Waffen sind die hohen Schalldruckpegel, die um die Waffe herum als Effekt der Expansion der Verbrennungsgase und des Verstärkungseffektes in beengten Räumen erzeugt werden, wenn sie in beengten Räumen abgefeuert werden. Hohe Schalldruckpegel beeinträchtigen den Schützen der Waffe, was unter anderem in einer verschlechterten Feuerfähigkeit resultiert. Hohe Schalldruckpegel können auch den Schützen verletzen. Ein Weg der Verminderung des Schalldruckpegels ist die Kühlung der Verbrennungsgase.
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Bekannte Lösungen zum Kühlen von Verbrennungsgasen beziehen sich auf Raketenwaffen, bei denen das Rohr als Verbrennungskammer verwendet wird, wobei ein Reservoir, das ein Kühlmittel enthält, hinter der Treibladung in dem Rohr angeordnet ist. Ein Druckanstieg in dem Rohr, der durch die Treibladung verursacht wird, führt zu einer explosiven Öffnung des Kühlmittelreservoirs, wodurch das Kühlmittel, normalerweise Wasser, sich mit den Verbrennungsgasen mehr oder weniger sofort vermischt.
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Der Prozess findet anfänglich während des ersten Teils des Verbrennungsprozesses statt, was bedeutet, dass eine weitere Kühlung während des späteren Teils des Verbrennungsprozesses nicht möglich ist.
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Die Druckschriften
US 2 544 422 A und
US 2 522 113 A offenbaren Vorrichtungen zum Kühlen von überhitzten Teilen eines Raketenmotors. Eine Auslassdüse und eine Verbrennungskammer eines Raketenmotors sind lange Zeit heißen Verbrennungsgasen des Raketenmotors ausgesetzt und überhitzen dadurch. Um ein solches Überhitzen zu vermeiden, schlagen die genannten Druckschriften vor, die überhitzten Teile durch Sprühen von Wasser auf die innere Oberfläche der Auslassdüse und der Verbrennungskammer zu kühlen. Das Sprühen von Wasser ist dabei durch einen Druck getrieben, der durch eine Bewegung einer gleitbar montierteten Treibladung in der Verbrennungskammer hervorgerufen wird.
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Aus der Druckschrift
US 2 916 873 A ist eine Vorrichtung zum Beeinflussen des Schubvektors eines Abgases eines Raketenmotors bekannt. Dabei wird eine verdampfte Flüssigkeit mit niedriger Geschwindigkeit in eine Auslassdüse unterhalb des Düsenhalses des Raketenmotors injiziert, wodurch ein Loslösen des Abgasstroms von den Seitenwänden der Düse erreicht wird, um dadurch eine Ablenkung des Abgasstroms zu erreichen.
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AUFGABE DER ERFINDUNG UND IHRE BESONDEREN MERKMALE
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Eine Hauptaufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Kühlvorrichtung, die eine gesteuerte Kühlung von Verbrennungsgasen von einem Raketenmotor in einer rückstoßfreien Antipanzerwaffe zur gesteuerten Verminderung des Schalldruckes, insbesondere in engen Räumen, ermöglicht. Es ist dabei insbesondere Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung vorzusehen, um den hohen Schalldruck in einem Raketenmotor durch schnelles Kühlen von Verbrennungsgasen des Raketenmotors zu senken.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung bezieht sich auf eine vereinfachte Kühlvorrichtung mit wenigen Teilen, die nicht separat gehandhabt werden müssen.
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Diese Aufgaben sowie andere Aufgaben, die hier nicht aufgeführt werden, werden zufriedenstellend durch das, was in dem unabhängigen Patentanspruch angegeben ist, gelöst. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
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Erfindungsgemäß wird somit eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Verbrennungsgasen von einem Raketenmotor in einer Antipanzerwaffe geschaffen, vorzugsweise vom tragbaren rückstoßfreien Raketenwaffentyp zum Abfeuern einer Rakete/Projektil in beengten Räumen, bei denen schädlicher Schalldruck erzeugt wird, wobei die Kühlvorrichtung ein Kühlmittelreservoir aufweist, das ein Kühlmittel enthält, das derart angeordnet ist, dass das Kühlmittel in Abhängigkeit von einem Druckanstieg beim Abfeuern einer Treibladung in dem Raketenmotor der Antipanzerwaffe von dem Kühlmittelreservoir in eine Raketenmotordüse des Raketenmotors übertragen wird, wo das Kühlmittel mit Verbrennungsgasen aus einer Verbrennungskammer in dem Raketenmotor vermischt wird.
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Die Kühlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittelreservoir einen ummantelten Zylinder bildet, der koaxial zu der Verbrennungskammer und der Raketenmotordüse angeordnet ist, wobei das Kühlmittelreservoir durch zumindest zwei Gaseinlässe mit der Verbrennungskammer verbunden ist zum unter Druck setzen des Kühlmittels, und durch Kühlmittelauslässe, die im hinteren Teil einer Innenwandung des Kühlmittelreservoirs angeordnet sind, mit der Raketenmotordüse, wobei die zumindest zwei Gaseinlässe Bruchscheiben aufweisen, die zum Brechen für den Fall ausgebildet sind, dass ein Druck geringer ist als der Stopfdruck für den Raketenmotor.
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Gemäß weiteren Aspekten der Kühlvorrichtung ist es gemäß der Erfindung der Fall:
dass das Kühlmittelreservoir einen gasbetriebenen Kolben zum Regulieren des Kühlmittelflusses von dem Kühlmittelreservoir zu der Auslassdüse aufweist,
dass der Kolben Dichtringe zum Bilden einer Gasdichtung zwischen dem Kolben und der Innenwandung und einer Außenwandung des Kühlmittelreservoirs aufweist,
dass das Kühlmittel eine Flüssigkeit ist und ein Antigefriermittel aufweist.
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VORTEILE UND EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Die Erfindung umfasst eine Anzahl von Vorteilen und Effekte: Durch die effektive Vermischung des Kühlmittels mit den Verbrennungsgasen im hinteren Teil der Raketenmotordüse können die Verbrennungsgase des Raketenmotors schnell gekühlt werden, um so den hohen Schalldruck in dem Raketenmotor zu senken.
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Um einen sicheren Betrieb der rückstoßfreien Antipanzerwaffe zu gewährleisten, ist die Kühlvorrichtung derart ausgestaltet, dass die Kühlflüssigkeit sicher von der Verbrennungskammer und der Treibladung durch eine Lagerung in dem ummantelten Zylinder, der koaxial zur Verbrennungskammer und der Raketenmotordüse angeordnet ist, getrennt ist.
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Die Quantität des Kühlmittels kann in einfacher Weise an den gesamten oder Teile des Verbrennungsprozesses der Treibladung angepasst werden.
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Die Kühlmittelmischung in die Verbrennungsgase kann auch durch Druckregulation über einen gasbetriebenen Kolben gesteuert werden, beispielweise durch Bruchscheiben in den Gaseinlässen.
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Das Mischen des Kühlmittels in die Verbrennungsgase kann schließlich durch adaptive Druckregelung über Sensoren gesteuert werden, beispielsweise durch Erfassung des Druckes in der Verbrennungskammer.
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Als Ergebnis dieser Maßnahmen kann der Sicherheitsabstand hinter der Waffe vermindert werden.
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Weitere Vorteile und Effekte der Erfindung ergeben sich aus einem Studium und der Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung mit gleichzeitigem Bezug auf die Zeichnungen, in denen
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1 schematisch einen Längsschnitt einer Kühlvorrichtung zeigt, die in einem Raketenmotor angeordnet ist,
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2 schematisch einen Längsschnitt einer Kühlvorrichtung in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer Kühlvorrichtung 2, 20, wobei 2 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt. Die Kühlvorrichtung 2, 20 ist insbesondere für die Verwendung in Antipanzerwaffen vom tragbaren Panzerfausttyp geeignet, die in beengten Räumen abgefeuert werden, in denen hohe Schalldruckpegel gebildet werden. Die Kühlvorrichtung 2, 20 kann jedoch grundsätzlich für alle Arten von nach hinten ausblasenden Panzerfaustwaffen verwendet werden, bei denen Raketen/Projektile, die einen Raketenmotor 1 mit einer Verbrennungskammer 7 und eine Raketenmotordüse 9 verwenden, verwendet werden. Die Kühlvorrichtung 2 in 1 umfasst ein Kühlmittelreservoir 3 mit einer Außenwandung 12 in Form eines Gehäuses, das als integraler Teil des Raketenmotors 1 angeordnet ist. Das Kühlmittelreservoir 3 ist koaxial zu der Verbrennungskammer 7 und der Raketenmotordüse 9 des Raketenmotors 1 angeordnet, wobei die Außenwandung 12 des Kühlmittelreservoirs 3 ferner die Außenwandung des Raketenmotors 1 bildet. Die Verbrennungskammer 7 und die Raketenmotordüse 9 bilden eine integrierte Einheit mit einer gemeinsamen Außenwandung 11, die eine Teilungswandung gegen das Kühlmittelreservoir 3 bildet. Der Vorderteil der Außenwandung 12 des Kühlmittelreservoirs 3 ist an einem Vorderteil der gemeinsamen Außenwandung 11 der Verbrennungskammer 7 und an der Raketenmotordüse 9 befestigt, vorzugsweise mit einer Schweißbefestigung, Schraubbefestigung oder Gewindebefestigung.
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Entsprechend ist der hintere Teil der Außenwandung 12 des Kühlmittelreservoirs 3 mit dem hinteren Teil der gemeinsamen Außenwandung 11 der Verbrennungskammer 7 und mit der Raketenmotordüse 9 befestigt, vorzugsweise mit einer Schweißverbindung, einer Schraubverbindung oder einer Gewindeverbindung.
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Das Kühlmittelreservoir 3 umfasst ein Kühlmittel 4, das vorzugsweise Wasser aufweist. Das Kühlmittel 4 umfasst ferner eine oder mehrere Substanzen zum Verringern der Einfriertemperatur des Kühlmittels 4, beispielsweise Glykol und Natriumchlorid. Andere Arten von bekannten Kühlmitteln können ebenfalls verwendet werden. Das Kühlmittel 4 kann auch in Gelform vorliegen.
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In dem Vorderteil der Teilungswandung sind zumindest zwei Gaseinlässe 8 angeordnet, sodass Verbrennungsgas von einer Treibladung 5, die in der Verbrennungskammer 7 angeordnet ist, in Abhängigkeit von einem Druckanstieg von der Treibladung 5 in das Kühlmittelreservoir zum unter Druck setzen des Kühlmittels 4 fließen kann.
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Die Anzahl von Gaseinlässen 8 zu dem Kühlmittelreservoir 5 beträgt zumindest 2 und vorzugsweise 5 bis 10. Des Weiteren sind die Gaseinlässe 8 mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet und konzentrisch um die Teilungswand 11 angeordnet.
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Dementsprechend sind zumindest zwei Kühlmittelauslässe 10 in dem hinteren Teil der Teilungswandung 11 angeordnet, durch die das unter Druck gesetzte Kühlmittel 4 von dem Kühlmittelreservoir 3 zu den Gasauslässen 6 der Raketenmotordüse 7 zum Kühlen der Verbrennungsgase übertragen werden kann.
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Die Gaseinlässe 8, das Kühlmittelreservoir 3 und die Kühlmittelauslässe 9 bilden eine Umgehung der Verbrennungskammer 3 zu den Auslässen der Raketenmotordüse 7. Die Anzahl von Kühlmittelauslässen 9 beträgt zumindest 2 und vorzugsweise 5 bis 10. Die Kühlmittelauslässe 10 sind ferner vorzugsweise mit einem kreisförmigen Querschnitt versehen und gleichmäßig konzentrisch um die Teilungswand 11 verteilt.
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Die Gaseinlässe 8 und die Kühlmittelauslässe 10 sind mit Bezug auf das gewünschte Kühlprofil in der Rakete/den Gasauslässen 6 des Projektils ausgebildet und positioniert.
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In einem bestimmten Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) umfassen der eine oder die mehreren Kühlmittelauslässe 10 Gasverteilungsdüsen zur Bildung eines Flüssigkeitsnebels, d. h. kleiner Flüssigkeitströpfchen mit einer großen spezifischen Kühloberfläche und somit einem hohen Kühleffekt.
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Wenn die Waffe abgefeuert wird, wird die Treibladung 5 des Raketenmotors 1 gezündet, wodurch der Gasdruck in der Verbrennungskammer 7 rapide auf einen Grenzwert steigt, bei dem ein Düsenstopfen 13, der im Einlass der Raketenmotordüse 11 angeordnet ist, freigegeben wird.
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Damit fließen Verbrennungsgase aus der Raketenmotordüse 9 mit einer hohen Geschwindigkeit und weit in das Rohr der Waffe, gleichzeitig mit dem Antreiben der Rakete/des Projektils vorwärts im Rohr als Effekt der Reaktionskraft der Gase.
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Bei einem Gasdruck, der geringer ist als der Freigabedruck für den Düsenstopfen 13, wird das unter Druck setzen des Kühlmittels 4 durch den Fluss des Verbrennungsgases in das Kühlmittelreservoir 3 über die Gaseinlässe 8 ausgelöst.
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Der Druck in dem Kühlmittelreservoir 3 wird geregelt, vorzugsweise mit Hilfe eines oder mehrerer Ventile, die in den Gaseinlässen 8 und/oder den Kühlmittelauslässen 10 angeordnet sind. Die Ventile können beispielsweise durch Bruchscheiben gebildet sein.
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Eine Regulierung mit Ventilen kann ebenfalls mit Auswahl unterschiedlicher Positionierungen der Gaseinlässe 8 und der Kühlmittelauslässe 10 hinsichtlich des Erzielens eines optimalen Kühleffektes während des gesamten oder eines Teils des Verbrennungsprozesses kombiniert werden.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kühlmittelreservoirs 21 gemäß der Erfindung. Das Kühlmittelreservoir 21 ist hier durch einen ummantelten Zylinder gebildet, der eine Innenwandung 23 und eine Außenwandung 22 aufweist.
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Der ummantelte Zylinder 21 ist koaxial zur Verbrennungskammer 7 und zur Raketenmotordüse 9 angeordnet, wobei die Außenwandung 22 des Zylinders 21 die gemeinsame Außenwandung des Raketenmotors 1 und des Kühlmittelreservoirs 21 bildet und die Innenwandung 23 des Zylinders 21 die Teilungswandung des Kühlmittelreservoirs 21 gegen die Verbrennungskammer 7 und die Raketenmotordüse 9 bildet.
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Zumindest 2 und vorzugsweise 5 bis 10 Gaseinlässe sind von der Verbrennungskammer 7 zum Kühlmittelreservoir 21 vorgesehen, und zwar im Vorderteil der Innenwandung 23. Des Weiteren sind zumindest 2 und vorzugsweise 5 bis 10 Kühlmittelauslässe 7 von dem Kühlmittelreservoir 33 zu der Raketenmotordüse 9 in dem hinteren Teil 14 der Innenwandung 23 angeordnet.
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Die Druckregulierung des Kühlmittels 4 in der Kühlvorrichtung 20 gemäß 2 wird mit Hilfe eines gasbetriebenen Kolbens 24 erzielt, der bewegbar in dem Kühlmittelreservoir 21 angeordnet ist. Wenn das Kühlmittel 4 in dem Kühlmittelreservoir 21 unter Druck gesetzt wird, wird der Kolben 14 nach hinten in dem Kühlmittelreservoir 21 gezwängt, wodurch das Kühlmittel 4, das hinter dem Kolben 24 angeordnet ist, nach außen in die Raketenmotordüse 11 durch die Kühlmittelauslässe 9 gezwängt wird.
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Die Druckregulierung mit einem Kolben 14 kann mit Bruchscheiben in den Gaseinlässen für eine reproduzierbarere Druckzeiteinstellung des Kühlmittelreservoirs 21 kombiniert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt sondern kann in verschiedenen Weisen innerhalb des Umfangs der Patentansprüche modifiziert werden. Es soll angemerkt werden, dass unter anderem die Anzahl, Größe, Materialauswahl und die Form der Elemente und Komponenten, die integral im Raketenmotor enthalten sind, der für die Erfindung wichtig ist, beispielsweise Treibladung, Kühlmittel, Bruchscheibe, Gehäuse und Düse mit Bezug aufeinander und mit Bezug auf andere integrale Elemente und Komponenten in dem Raketenmotor, dem Rohr und dem Projektil/der Rakete der Antipanzerwaffe angepasst werden können.
