DE1728074C1

DE1728074C1 - Differenzdruckkolben-Brennkammersystem zur Erzeugung von Treibgasen,insbesondere fuer Schusswaffen

Info

Publication number: DE1728074C1
Application number: DE19681728074
Authority: DE
Inventors: Heinrich Ing Hofmann
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1968-08-21
Filing date: 1968-08-21
Publication date: 1978-02-09
Also published as: US4100836A; FR2359568A5; IT1019002B; GB1501852A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Differenzdruckkolben-Brennkammersystem zur Erzeugung von Treibgasen aus flüssigen, insbesondere hypergolen Treibstoffkomponenten, insbesondere für Schußwaffen, mit einem das Brennkammergehäuse bildenden Führungszylinder für den Differenzdruckkolben, der einerseits mit seiner vorderen Stirnfläche den Brennkammerinnenraum abschließt und andererseits mit seiner hinteren reduzierten Stirnfläche zusammen mit gehäusefesten Teilen Zuteilungskammern für die Treibstoffkomponenten bildet, wobei durch gehäusefeste Begrenzungsflächen Vor- und Rücklaufweg des Differenzdruckkolbens fixiert sind, dessen Vorlauf beim Start durch eine Fremddruckkraft bewerkstelligt wird, während der Rücklauf durch den Brennkammerdruck erfolgt, und der während des Brennprozesses die Treibstoffkomponenten in die Brennkammer fördert.

Nach der USA.-Patentschrift 31 38 990 ist eine durch ein Differenzdruckkolben-Brennkammersystem betrie bene Schnellfeuerwaffe bekannt, bei welcher die das Geschoß aus dem Lauf treibenden Druckgase mittels zweier flüssiger, miteinander hypergol reagierender Treibstoffkomponenten in der Brennkammer erzeugt werden. Hierbei wird im vorderen Umkehrpunkt des Differenzdruckkolbens mit der Treibstoffeinspritzung begonnen und eine Teilmenge der beiden Treibstoffkomponenten zunächst mit Hilfe der Behälterdrücke in den vorderen Bereich der Brennkammer eingefördert, wodurch sich dort durch Reaktion der Komponenten ein Verbrennungsdruck aufbaut, der an der vorderen, ringförmigen Stirnseite des Differenzdruckkolbens angreift und diesen nach Überwindung einer durch ein Druckmedium erzeugten anfänglichen Gegenkraft zurückschiebt, die dann den Differenzdruckkolben in seine vordere Umkehrstellung wieder zurückbringt. Dabei werden in vorgesehenen Ringräumen (Zuteilungskammern) vorgelagerte Einspritzmengen der beiden Treibstoffkomponenten durch Ringbunde des Differenzdruckkolbens unter Druck gesetzt und in die Brennkammer eingespritzt, wobei sich vorhandene Rückschlagventile in Richtung zu den Treibstoffbehältern hin selbsttätig schließen. Da die vordere, dem Brennkammerinnenraum zugewandte, ringförmige Stirnfläche größer ist als die Stirnflächen der beiden auf die vorgelagerten Mengen der Treibstoffkomponenten drückenden Ringbunde, tritt eine Differenzwirkung auf, wodurch der Einspritzdruck in jedem Augenblick größer ist als der jeweilige Brennkammerinnendruck.

Nach der Lehre vom Schuß ist es zur Erlangung günstiger innenballistischer Verhältnisse erforderlich, daß die durch Abbrand der in den bei konventionellen Feuerwaffen verwendeten Patronen bzw. Kartuschen eingewogenen Pulvermenge erzeugten Druckgase, die das Geschoß aus dem Lauf treiben, einen hohen Anfangsdruck erreichen, um dem Geschoß eine große Anfangsbeschleunigung und damit eine hohe Mündungsgeschwindigkeit zu erteilen. In dieser Hinsicht weisen die bekannten, mit Differenzdruck-Brennkammern zur Erzeugung der Druckgase betriebenen Schußwaffen neben bestimmten Vorteilen, wie Einsparung der Kartuschen, Gewichtsverminderung und weniger Empfindlichkeit der verwendeten Treibstoffe einen Mangel insofern auf, als in der Anfangsphase des innenballistischen Vorganges, d. h. in der vorderen Umkehrstellung des Differenzdruckkolbens, die Einspritzdruckenergie lediglich aus dem relativ niedrigen Treibstoffvorratsbehälterdruck resultiert, was einen verhältnismäßig flachen Anstieg der Druckkurve im Druck-Wegdiagramm bzw. innenballistischen Arbeitsdiagramm zur Folge hat. Die für eine große Anfangsbeschleunigung des Geschosses entscheidende Druckspitze wird zu spät und unter Inkaufnahme eines Zeitverlustes in Form einer unerwünschten Verweilzeit erst nach Einsetzen des Brennkammerdruckes und durch die damit verbundene Erhöhung der laufenden Einspritzmenge erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und einen Gaserzeuger der eingangs genannten Art mit einem steilen Druckanstieg im Druck-Wegdiagramm zu schaffen, um solche Gaserzeuger auch für die Praxis geeignet zu machen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine zusätzliche Einspritzeinrichtung zur Voreinspritzung jeweils einer Teilmenge der Treibstoffkomponenten während der Endphase des Vorlaufs des

Differenzdruckkolbens.

Durch die erfindungsgemäße Voreinspritzung wird die Zündverzugszeit noch in die Endphase des Vorlaufs des Differenzdruckkolbens verlegt, so daß die Zündverzugszeit, die an sich eine unvermeidbare Totzeit darstellt, als effektive Verlustzeit ausgeschaltet wird. Darüber hinaus besteht der besondere Vorteil der Erfindung im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen darin, daß, sobald der Differenzdruckkolben im vorderen Totpunkt angelangt ist, im Brennraum sich bereits ein gewisser Druck, d. h. ein Vordruck, und zwar ohne Verweilzeit des Differenzdruckkolbens im vorderen Totpunkt aufgebaut hat, durch den dann der Differenzdruckkolben mit hoher Beschleunigung in den Arbeitshub zurückgeschoben wird, wobei in bekannter Weise weiter Treibstoff durch den Differenzdruckkolben in die Brennkammer eingespritzt wird. Ferner bildet das durch die Voreinspritzung im Brennkammerinnenraum erzeugte Druckgaspolster eine den Vorlauf des Differenzdruckkolbens elastisch abbremsende Feder.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Einspritzeinrichtung für die Voreinspritzung durch den vorlaufenden Differenzdruckkolben zu steuern und zu betätigen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind hierzu im Brennkammergehäuse als Stoßstangen ausgebildete, mit Steuerschlitzen versehene Steuerschieber gelagert, die unter Federvorspannung in den Vorlaufweg des Differenzdruckkolbens hineinragen und im vorderen Bereich der Brennkammer für die Voreinspritzung vorgesehene Einspritzbohrungen bzw. den Zulauf zu diesen steuern.

Durch die Erfindung wird nicht nur eine Verlustzeit im vorderen Umkehrpunkt des Differenzdruckkolbens vermieden und gleichzeitig eine höhere Anfangsbeschleunigung des Differenzdruckkolbens sowie relativ größere Einspritzmengen und damit ein sehr steiler Druckanstieg und eine Steigerung der Schußfrequenz erzielt, sondern durch diese vorteilhaften Erscheinungen verkürzt sich außerdem die Baulänge der Brennkammer.

Die Erfindung ist nicht nur anwendbar für Schußwaffen, sondern auch für andere Geräte, wie Wurf- bzw. Schleudergeräte für Flugkörper, Minen oder dergleichen, die mit Differenzdruckkolben ausgerüstet sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fi g. 1 eine Brennkammer im Längsschnitt mit einem Differenzdruckkolben, der die Voreinspritzung steuert, F i g. 1 a einen Schnitt nach der Linie Ia-Ia der F i g. 1, F i g. 2 die Betätigung einer Voreinspritzpumpe durch den Differenzdruckkolben und

F i g. 3 das Druck-Wegdiagramm des Brennkammersystems.

In einer Brennkammer 1 gleitet ein Differenzdruck- -, kolben 2, der im wesentlichen aus einem Kolbenboden 3, einem inneren Kolbenteil 4 mit einem inneren Führungsrohr 5 und aus einem äußeren Kolbenteil 6 mit einem Ringkolbenteil 7 besteht. Zur Speicherung der beiden Treibstoffkomponenten Brennstoff und Sauer- t, stoff bzw. Sauerstoffträger sind zwei Vorratsbehälter 8 und 9 vorgesehen, aus denen über äußere Bohrungen 10 und 11 sowie innere Bohrungen 12 und 13 ringförmige Zuteilungskammern 14 und 15 versorgt werden. Im

Kolbenboden 3 sind von Rückschlagventilen überwachte Einspritzbohrungen 16 und 17 für die Treibstoff komponenten »Brennstoff« und »Sauerstoffträger« vorgesehen, wobei die Bohrungen 16 durch eine Ringleitung 18 miteinander verbunden sind. Die Einspritzbohrungen 16 und 17 sind, um eine impinging-Vermischung zu erhalten, schräg gegeneinander gerichtet.

Zur Voreinspritzung einer bestimmten Teilmenge des Brennstoffs und des Sauerstoffträgers sind, wie F i g. 1 zeigt, im Brennkammergehäuse 1 im vorderen Bereich der Brennkammer Einspritzbohrungen 19 und 20 vorgesehen, die, um einen impinging-Effekt der Einspritzstrahlen zu erhalten, schräg gegeneinander gerichtet sind. Die einzelnen Einspritzbohrungen 19 bzw. 20 sind jeweils durch eine Ringleitung 21 bzw. 22 miteinander verbunden, die mit den Treibstoffbehältern 8 und 9 über Leitungen 23a und 24a und Zulaufbohrungen 23 und 24 versorgt werden. Diese werden, wie insbesondere aus F i g. 1 a ersichtlich, durch Stoßstangen 25 und 26 gesteuert, die durch Federn in ihrer Ausgangslage gehalten werden und einen Steuerschlitz 25a bzw. 26a aufweisen, der in Ruhelage der Stoßstangen 25 bzw. 26 sich nicht in Deckung mit den Zulaufbohrungen 23 und 24 befindet.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist wie folgt: Es wird angenommen, daß sich der Differenzdruckkolben 2 auf seinem Vorlauf in Pfeilrichtung X befindet und gerade auf das äußere Ende der Stoßstangen 25 und 26 trifft. Während des weiteres Vorlaufs, d. h. der Endphase χ des Vorlaufs, werden durch die Steuerschlitze 25a und 26a die Zulaufbohrungen 23 und 24 für die beiden Treibstoffkomponenten geöffnet, so daß gewisse Teilmengen derselben in den Brennraum eingespritzt werden. Dadurch steigt der Druck in der Brennkammer schon während der Endphase χ des Vorlaufweges (siehe F i g. 3), so daß bereits im vorderen Umkehrpunkt bzw. zu Beginn des Arbeitshubes in Pfeilrichtung Y auf den Differenzdruckkolben 2 ein bestimmter Druck ρ 1 lastet, der ihm sofort eine größere Anfangsbeschleunigung erteilt, wodurch auch die anfängliche Einspritzmenge aus den Einspritzbohrungen 16 und 17 vergrößert wird. Im weiteren Verlauf des Arbeitshubes wird in bekannter Weise nur mehr Treibstoff aus den Bohrungen 16 und 17 in den Brennraum eingespritzt.

Wie F i g. 2 veranschaulicht, betätigt der vorlaufende Differenzdruckkolben 2 mit seinem Ringkolbenteil 7 Antriebsstößel 27 einer oder mehrer Einspritzpumpen 28, deren Saug- bzw. Verdrängungsraum 29 für eine bestimmte Voreinspritzmenge ausgelegt ist.

Die durch die Verbrennung entstehenden Druckgase treiben das durch eine beliebige Ladevorrichtung in den Lauf der Waffe eingeführte Geschoß 30 nach den Gesetzen der Innenballistik nach außen.

Als Ausgangsstellung (Ruhestellung) ist der hintere Umkehrpunkt des Differenzdruckkolbens 2 vorgesehen, in den dieser in jedem Fall in Pfeilrichtung V durch eine nicht dargestellte Feder gebracht wird. Eine Ringfeder bildet den hinteren Anschlag für den Differenzdruckkolben 2. Der Vorlauf des Differenzdruckkolbens 2 wird durch den Behälterdruck bewirkt. Zusätzlich kommt hierzu während des Betriebes die durch das Auffangen des Differenzdruckkolbens 2 in der Ringfeder 31 erzeugte Rückstellkraft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1.

Differenzdruckkolben-Brennkammersystem zur Erzeugung von Treibgasen aus flüssigen, insbesondere hypergolen Treibstoffkomponenten, insbesondere für Schußwaffen, mit einem das Brennkammergehäuse bildenden Führungszylinder für den Differenzdruckkolben, der einerseits mit seiner vorderen Stirnfläche den Brennkammerinnenraum abschließt und andererseits mit seiner hinteren reduzierten Stirnfläche zusammen mit gehäusefesten Teilen Zuteilungskammern für die Treibstoffkomponenten bildet, wobei durch gehäusefeste Begrenzungsflächen Vor- und Rücklaufweg des Differenzdruckkolbens fixiert sind, dessen Vorlauf beim Start durch eine Fremddruckkraft bewerkstelligt wird, während sein Rücklauf durch den Brennkammerdruck erfolgt, und der während des Brennprozesses die Treibstoffkomponenten in die Brennkammer fördert, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Einspritzeinrichtung zur Voreinspritzung jeweils einer Teilmenge der Treibstoffkomponenten während der Endphase (x) des Vorlaufs des Differenzdruckkolbens (2).

2. Differenzdruckkolben-Brennkammersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzeinrichtung für die Voreinspritzung durch den vorlaufenden Differenzdruckkolben (2) gesteuert und betätigt wird.

3. Differenzdruckkolben-Brennkammersystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennkammergehäuse (1) als Stoßstangen ausgebildete, mit Steuerschlitzen (25a und 26a) versehene Steuerschieber (25 und 26) gelagert sind, die unter Federvorspannung in den Vorlaufweg des Differenzdruckkolbens (2) hineinragen und im vorderen Bereich der Brennkammer (1) für die Voreinspritzung vorgesehene Einspritzbohrungen (19 und 20) bzw. den Zulauf zu diesen steuern.

4. Differenzdruckkolben-Brennkammersystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennkammergehäuse in Längsrichtung Antriebsstößel (27) gelagert sind, die in den Vorlaufweg des Differenzdruckkolbens (2) hineinragen und Einspritzpumpen (28) für die Voreinspritzung betätigen.