DE19521385A1

DE19521385A1 - Verfahren zum elektrischen Zünden und Steuern des Verbrennens einer Treibladung und Treibladung

Info

Publication number: DE19521385A1
Application number: DE19521385A
Authority: DE
Inventors: Henrik Almstroem; Gert Bjarnholt
Original assignee: Forsvarets Forskningsanstalt (FOA)
Current assignee: Forsvarets Forskningsanstalt (FOA)
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 1998-10-08
Also published as: SE509310C2; GB2326701A; FR2765319A1; GB9511649D0; SE9402148L; US5854439A; GB2326701B; NO952378L; NO952378D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Auslösen und Steuern des Abbrennens einer Treibladung und eine Treib ladung für die Verwendung bei diesem Verfahren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Treibladung, die eine kompakte Treibsubstanz enthält.

Die moderne Entwicklung von Waffen erfordert eine höhere Ener giedichte und einen schnelleren Verbrennungsprozeß der Treib ladungen, die in Kanonen und Raketenmotoren zu verwenden sind. Es sollte auch möglich sein, den Energieausstoß einer Treib ladung über die Zeit zu steuern, beispielsweise, während der Beschleunigung eines Projektils in einem Kanonenlauf. Eine wirksame Verbrennung in einer Kanone wird erreicht, wenn der Druck in der Kanone so lange wie möglich dem Druck entspricht, für den die Kanone ausgelegt ist.

In einer herkömmlichen Weise wird eine hohe spezifische Ver brennungsgeschwindigkeit (Masse pro Zeiteinheit, dm/dt) in Treibladungen erreicht, indem poröse und locker gepackte Treibsubstanzen mit einer Ladungsdichte von etwa 50% der theo retischen Maximaldichte (TMD) der Treibsubstanz verwendet wer den, was die erforderliche spezifische Verbrennungsoberfläche ergibt. Dies führt jedoch zu einer niedrigen Energiedichte der Ladung und beschränkt die praktisch mögliche Menge der Treib substanz in beispielsweise einer Kanone.

Kompakte Treibladungen mit einer Dichte nahe der TMD haben eine hohe Energiedichte und können auch eine größere mecha nische Stärke als locker gepackte Ladungen haben. Das Problem kompakter Treibladungen ist jedoch, daß das Verbrennen der kompakten Treibladungsmasse eine lange Zeit benötigt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. eine Treibladung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 zu schaffen, bei dem eine große Massenverbrennungsgeschwindigkeit bei einer kompakten Treibladung erzeugbar ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfah ren zu schaffen, den Energieausstoß der Treibladung mit der Bereitstellung elektrothermischer Energie zu kombinieren.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wir kungsgrad der Treibladung einer Rakete zu erhöhen.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine Treibladung gelöst, wie sie in Anspruch 1 bzw. 6 definiert sind. Vorteil hafte Weiterbildungen ergeben sich auch den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß elektrothermische Energie einer Treibladung zugeführt wird, die eine kompakte Treibsubstanz enthält, indem elektrischer Strom über elektrisch leitfähige Oberflächen in der Treibsub stanz eingespeist wird, und daß die Zuleitung zu unterschied lichen Bereichen oder Zonen der Treibladung zu unterschied lichen Zeitpunkten während des Verbrennens vorgenommen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine sehr hohe Massenverbrennungsgeschwindigkeit dm/dt auch bei kompakten Treibsubstanzen erreicht werden, die eine Dichte aufweisen, die nahe bei der TMD ist. Bei Treibladungen für Kanonen- und Raketenmotoren kann die Energiedichte im Vergleich mit dem, was bei entsprechenden bekannten Ladungen möglich ist, unge fähr verdoppelt werden.

Bei einer Treibladung mit einer axialen Erstreckung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende kann die elektrothermische Energie der Treibladung zugeführt werden, beginnend bei deren erstem Ende und dann sukzessiv zum zweiten Ende der Treibla dung hin, indem Strom zu jedem Zeitpunkt über einen axial be grenzten Teil der Treibladung eingespeist wird. Dies ist be sonders vorteilhaft bei Treibladungen für Geschosse, wenn das erste Ende (das Startende) der Treibladung dem Projektil zuge wandt ist und ihr zweites Ende der Rückseite der Waffe zuge wandt ist. Bei einem derartigen Verbrennen kann ein beträcht lich höherer Wirkungsgrad, der als das Verhältnis der kine tischen Energie des Geschosses und der durch das Verbrennen der Treibsubstanz zugeführten Energie definiert ist, im Ver gleich mit dem erreicht werden, was mit einer Treibladung eines herkömmlichen Geschosses erreicht wird. Dies ist insbe sondere der Fall bei hohen Geschoßgeschwindigkeiten.

Das erfindungsgemäße Verfahren für das Auslösen und Steuern des Verbrennens der Treibladung macht es auch möglich, den Sprengstoff für die Treibladung freier auszuwählen. Spreng stoffe wie beispielsweise HMX, CNAZ und CL-20 können verwendet werden. Sie haben eine höhere Energiedichte als die heutigen Treibsubstanzen, die auf NC/NG basieren.

Eine Treibsubstanz in Kompaktform mit einer Energiedichte von 90 bis 99% der TMD ist zudem im Vergleich mit der gleichen Substanz in locker gepackter Form beträchtlich widerstands fähiger gegenüber einer unbeabsichtigten Zündung. Kombiniert mit der Verwendung von unempfindlichen Explosivstoffen, kann daher eine geringe Verletzlichkeit (LOVA, IM) erreicht werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Treibladung, die für die Verwendung bei dem Verfahren geeignet ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausfüh rungsbeispiele anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematischer Längsschnitt einer Kanone mit einer erfindungsgemäßen Treibladung;

Fig. 2 der gleiche Längsschnitt wie in Fig. 1 kurz nach der Zündung der Treibladung;

Fig. 3 ein Detailschnitt einer Treibsubstanz mit elektrisch leitfähigen Oberflächen in Form von mit der Treibsub stanz gemischten Fasern;

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Einzelheit der Treibsubstanz mit elektrisch leitfähigen Oberflächen in Form von leitfähigen Schichten, die auf Treibsubstanz-Teilchen aufgebracht sind;

Fig. 5 die Druck- und Geschwindigkeitszustände in dem Kano nenlauf, nachdem die Treibsubstanz gerade vollständig verbrannt ist.

Fig. 6 die Druckzustände in dem Kanonenlauf, wenn das Geschoß den Kanonenlauf verläßt;

Fig. 7 eine schematische Längsansicht einer Kanone wie in Fig. 1, jedoch in diesem Fall mit einer Treibladung, die verschiedene Treibladungseinheiten aufweist, die ein zeln gezündet werden;

Fig. 8 der gleiche Längsschnitt wie in Fig. 7, zur Darstel lung der Situation gleich nach der Zündung der Treib ladung;

Fig. 9 ein Längsschnitt einer Treibladung, die aus mehreren Treibladungseinheiten besteht;

Fig. 10 eine Schnittansicht der Treibladung entlang den Linien A-A in Fig. 9;

Fig. 11 ein Längsschnitt einer Ausführungsform eines elek trisch leitfähigen Schichtmaterials für eine Treibla dung;

Fig. 12 eine Technik zur Erzeugung der Treibladung gemäß Fig. 9;

Fig. 13 eine Schnittansicht entsprechend Fig. 10 mit einer al ternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Treibladung;

Fig. 14 eine Technik zur Vorbereitung einer Treibladung gemäß Fig. 13; und

Fig. 15 eine alternative Technik zur Anordnung eines elek trisch leitfähigen Schichtmaterials in einer erfindungs gemäßen Treibladung.

Entsprechende Einzelheiten in den unterschiedlichen Figuren sind hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die erfindungsgemäße Treibladung weist eine kompakte Treib substanz 5 und elektrisch leitfähige Oberflächen 6, 7, 19 in der Treibsubstanz und Mittel 12, 17, 21 für die Einspeisung elektrischen Stroms zu den Oberflächen auf und erzeugt dadurch elektrothermische Energie in der Treibsubstanz. Die elektrisch leitfähigen Oberflächen und/oder die Speisevorrichtungen sind so angeordnet, daß sie den Strom durch unterschiedliche Bereiche oder Zonen 15, 16 der Treibladung zu unterschied lichen Zeitpunkten während des Verbrennens leiten.

Die Treibsubstanz kann fest, plastisch oder flüssig sein, bei spielsweise eine gelierte Flüssigkeit, und sie kann beispiels weise ein Verbund-Treibsubstanz oder ein kunststoffgebundener Sprengstoff (PBX) sein, der aus explosiven Substanzen wie bei spielsweise HMX, RDX, PETN, HNS, NTO, TNT, TNAZ, CL-20 (HNIW), NC oder Mischungen dieser besteht. Die Treibsubstanz oder das Treibmittel kann eine Ladungsdichte von 90-99% der theoreti schen Maximaldichte für die Treibsubstanz aufweisen.

Die elektrisch leitfähigen Oberflächen können durch Mischen von Fasern eines elektrisch leitfähigen Materials in die Treibsubstanz vorbereitet werden (Fig. 3). Die Fasern können beispielsweise Metallfasern, Carbonfasern oder elektrisch leitfähige Kunststoffasern sein. In dem Fall, daß die Treib substanz aus festen Treibteilchen 8 besteht, können die elek trisch leitfähigen Oberflächen dadurch vorbereitet werden, daß elektrisch leitfähige Schichten 7 auf oder in unmittelbarer Nachbarschaft zu den festen Treibteilchen aufgebracht werden (Fig. 4). Das Aufbringen kann beispielsweise durch Zumischen, Aufsprühen, Spritzen oder Vakuumaufdampfen erfolgen.

Die elektrisch leitfähigen Oberflächen können auch aus einem dünnen, elektrisch leitfähigen Schichtmaterial bestehen, das in der Treibsubstanz eingebettet und in dieser derart verteilt ist, daß die Treibsubstanz in dünnen Schichten zwischen den Oberflächen des Schichtmaterials angeordnet ist (Fig. 9-15).

Primär ist die Erfindung für die Verwendung bei der Beschleu nigung eines Projektils oder Geschosses auf eine hohe Ge schwindigkeit in einem Kanonenlauf beabsichtigt und wird in der Folge in diesem Zusammenhang beschrieben, jedoch kann sie auch allgemein verwendet werden, wenn es erwünscht ist, das Verbrennen hinsichtlich Zeit und Raum zu steuern, d. h. die Verbrennungsgeschwindigkeit und die Ausbreitung des Abbrennens durch die Ladung von einer Start- oder Zündfläche zu steuern.

Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt einer Kanone mit einem Kanonenlauf 2 und einem Verschlußstück 3, die mit einer Patrone 1 geladen ist, die ein Geschoß 4, ein Gehäuse 11 und eine erfindungsgemäße Treibladung aufweist. 5 bezeichnet die kompakte Treibsubstanz, in der elektrische leitfähige Oberflä chen durch den ganzen Treibkörper durch dazwischen gemischte Fasern 6 oder durch aufgebrachte Schichten 7 auf Treibteilchen 8 verteilt sind, was in Einzelansichten in den Fig. 3 bzw. 4 dargestellt ist. Die Treibladung weist eine axiale Er streckung von einem ersten Ende, das dem Geschoß 4 zugewandt ist, zu einem zweiten Ende, das dem Verschlußstück-Ende 3 zugewandt ist, auf, und ist durch eine Umfangsoberfläche umgeben, die in elektrisch leitfähiger Verbindung mit dem Gehäuse 11 ist. In diesem Fall ist das Gehäuse somit aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Die Vorrichtungen zum Einspeisen von Strom zu den leitfähigen Oberflächen weisen einen Leiter 12 auf, der axial in der Treibladung ausgehend von einer Kontaktvorrichtung an dem rückwärtigen Ende des Gehäuses angeordnet ist und weist ein freies Ende 13 an dem ersten Ende der Ladung auf. Der Leiter ist bis zu seinem freien Ende von einem Isolator 14 eingeschlossen, der aus einem explosivem Material bestehen kann. Strom wird an die elektrisch leitfähigen Oberflächen in der Treibsubstanz von dem freien Ende 13 des Treibmittels eingespeist und wird dann durch den Kanonenlauf 2 über das Gehäuse 11 weggeleitet. Der Leiter ist bevorzugt aus Aluminium hergestellt und wird mit dem Verbrennen des Gleitmittels gleichzeitig aufgebraucht.

Bei den vorgeschlagenen kompakten Treibsubstanzen für Kanonen muß die Energie des Stromimpulses etwa 50 bis 150 kJ pro kg der Treibsubstanz betragen, entsprechend etwa 1 bis 3% der Verbrennungsenergie der Treibsubstanz, um die Massenverbren nungsgeschwindigkeit dm/dt ausreichend groß zu machen.

Die notwendige elektrische Energie kann durch eine elektrische Impulsleistungseinheit bereitgestellt werden, die beispiels weise auf der Energiespeicherung in Kondensatoren beruhen kann. Die Impulseinheit wiegt dann schätzungsweise etwa 100 bis 300 kg pro kg Ladungsgewicht der Treibsubstanz.

Die Treibladung wird gezündet, indem über das die freie End fläche der Treibsubstanz, die dem Geschoß 4 zugewandt ist, ein Stromimpuls durch den Leiter 12 eingespeist wird. Der Strom sucht seinen Weg von dem freien Ende 13 des Leiters im wesentlichen radial nach außen zu dem Kanonenlauf 2, der Strom ableitet, wie es durch Pfeile in Fig. 1 dargestellt ist. Somit verläuft der Strom nur über die leitfähigen Oberflächen in einem axial beschränkten Teil 15 der Treibladung. Das Verbrennen geschieht als Endverbrennen in der Richtung des Verschlußstücks 3 der Kanone, und die Verbrennungsgeschwindigkeit wird durch die Stromversorgung während des gesamten Verbrennungsprozesses ge steuert.

Wenn ein Stromimpuls durch die Treibsubstanz geleitet wird, werden die leitfähigen Oberflächen durch die sogenannte Joule-Wärme erwärmt. Die zugeführte thermische Energie E_T wird durch die Gleichung

E_T = R.I².t

ausgedrückt, wobei R = Widerstand, I = Strom und t = Zeit ist.

Die Zündung wird nahezu sofort auf den Oberflächen der Treib substanz gestartet, wobei die Temperatur durch den Stromimpuls auf einige 100°C erhöht wird.

Fig. 2 zeigt den gleichen Längsschnitt wie Fig. 1 kurz nach der Zündung der Treibladung. Der Leiter 12 wird gleichzeitig mit der Bewegung der verbrennenden Stirnfläche zur Rückseite 3 der Kanone verbraucht. Die durch den Isolator 14 eingenommene Entfernung wird an dem Ende 13 durch ein leitfähiges Plasma überbrückt. Der Strom wird zu jedem Zeitpunkt über einen axial begrenzten Teil 15 der Treibladung zugeführt. Ein höherer Strom führt zu höheren Temperaturen der leitfähigen Oberflä chen in der Treibsubstanz und somit einer schnelleren Reak tion. Das Volumen der Treibsubstanz pro Zeiteinheit, die ge zündet wird, nimmt ebenfalls mit dem Strom infolge der Tat sache zu, daß ein größeres Volumen der Treibsubstanz die Zünd temperatur erreicht und zündet. Die Massenverbrennungsge schwindigkeit wird während der gesamten Verbrennungsphase elektrisch gesteuert, und dadurch wird der Druck in dem Reak tionsprodukt auf dem Auslegungsdruck (pd) für den Kanonenlauf derart gehalten, daß seine Festigkeit optimal ausgenutzt wird.

Durch diese Verbrennungstechnik ist der Druckabfall in dem Bereich zwischen der Verbrennungsoberfläche und dem Geschoß während der Verbrennungsphase niedrig, und die Geschwindigkeit der Reaktionsprodukte zwischen der Verbrennungsoberfläche und dem Geschoß ist nahezu gleich der Geschwindigkeit des Ge schosses. Als eine Konsequenz hiervon ist der Wirkungsgrad der Umwandlung der Verbrennungsenergie in der Treibsubstanz in kinetische Energie in dem Geschoß beträchtlich größer als bei herkömmlichen Treibladungen.

Fig. 5 zeigt schematisch den Druck über die Länge des Kanonen laufs zu der Zeit, wenn die Treibsubstanz gerade vollständig verbrannt ist. Die Geschwindigkeit und der Druck der Reakions produkte sind in den gesamten Kanonenlauf hinter dem Geschoß annähernd konstant. Um dies zu erreichen, muß die Verbrennungs geschwindigkeit angenähert proportional der Länge der Ladung sein, die verbrannt worden ist.

Fig. 6 zeigt den Druck über die Länge des Kanonenlaufs, wenn das Geschoß den Kanonenlauf verläßt. In der Position, in wel cher die Treibsubstanz schließlich verbrannt worden ist, deh nen sich die Reaktionsprodukte angenähert adiabatisch aus und führen zu einem Druckprofil entsprechend der Figur.

Fig. 7 ist ein schematischer Längsschnitt einer Kanone wie in Fig. 1, jedoch in diesem Fall mit einer Treibladung, die eine Folge von Treibladungseinheiten 16 aufweist, die getrennte elektrisch leitfähige Oberflächen aufweisen. Wenn die Treib ladung somit mehrere Treibladungseinheiten aufweist, kann die Verbrennungsgeschwindigkeit durch Auswahl des Zündpunkts für die unterschiedlichen Einheiten gesteuert werden. Jede La dungseinheit entspricht einem begrenzten axialen Teil 15 der Ladung von einem ersten Ende 9, das dem Geschoß 4 zugewandt ist, zu einem zweiten Ende 10, das der Rückseite 3 der Kanone zugewandt ist. Der elektrische Strom wird den Ladungseinheiten einer nach der anderen zugeführt, beginnend mit dem ersten En de 9 der Ladung und dann aufeinanderfolgend zum zweiten Ende 10 der Ladung, wobei das Intervall zwischen der Stromversor gung zu jeder Ladungseinheit ausgewählt wird. Die Mittel für die Zuführung des Stromes zu und von den leitfähigen Oberflä chen in der Treibsubstanz weisen einzelne Zuführungen 17 für elektrischen Strom zu den verschiedenen Ladungseinheiten auf. Das Abführen des Stroms kann in unterschiedlichen Arten von den Positionen in jeder Ladungseinheit durch das Gehäuse 11 zu dem Kanonenlauf 2 erfolgen, oder durch eine zentrale Heraus leitung zu Kontaktvorrichtungen in der Rückseite des Gehäuses in einer Weise entsprechend derjenigen des Leiters 12 in Fig. 1-2. Die Ladung kann von dem Gehäuse isoliert werden oder das Gehäuse kann aus einem elektrisch isolierenden Verbundmaterial hergestellt werden. Die elektrisch leitfähigen Oberflächen können aus hinzugefügten Fasern oder Schichten auf Treibteil chen bestehen, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, oder aus einem dünnen, elektrisch leitfähigen Folien- oder Schichtmaterial, wie es in näheren Einzelheiten unter Bezug nahme auf die Fig. 9-15 beschrieben wird.

Bei der Zündung und Steuerung der Verbrennung der Treibladung entsprechend Fig. 7 wird Strom von einer Stromversorgungsein heit einer Steuereinheit (in Fig. 7 als ein mitlaufender Kon takt dargestellt) zugeleitet, welche den Strom zu der Zufüh rung der entsprechenden Ladungseinheit in einer vorgegebenen Zeitabfolge speist. Zunächst wird die erste Treibladungsein heit in der Reihe verbunden, d. h., die nächste hinter dem Geschoß. In rascher Abfolge werden die verbleibenden Ladungs einheiten dann nacheinander rückwärts in der Reihe verbunden.

Durch die Entwicklung von Wärme in den elektrisch leitfähigen Oberflächen in der Treibsubstanz, wird die Treibmasse mit einer elektrothermischen Energieverteilung versehen, die die Verbrennungsgeschwindigkeit der Treibsubstanz erhöht. Zusätz lich zu der Auswahl des Zündpunktes für die verschiedenen Treibladungseinheiten kann die Verbrennungsgeschwindigkeit somit durch die Leistung des zugeführten Stroms gesteuert werden.

Fig. 8 ist eine Darstellung der Situation unmittelbar nach dem Starten der Verbrennung. Die Ladungseinheiten werden nach einander gezündet, und die Massenverbrennungsgeschwindigkeit der Treibladung wird in ihrer Gesamtheit durch die elektri schen Impulse gesteuert. Durch die Verwendung einer Ladung, die aus vielen Treibladungseinheiten 16 besteht, und durch Auswahl der Zündpunkte in geeigneter Weise ist es möglich, den Druck in dem Kanonenlauf während der gesamten Verbrennungspha se nahezu konstant zu halten, und den Druck auf der Rückseite des Geschosses während der Beschleunigung des Geschosses in dem Kanonenlauf hoch zu halten. Eine nahezu konstante Ge schwindigkeit der Reaktionsprodukte zwischen der Verbrennungs oberfläche und dem Geschoß, und eine Druckverteilung ähnlich derjenigen, wie sie anhand der Fig. 2, 5 und 6 beschrieben wurden, werden erreicht.

Fig. 9 ist ein Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Treibladung mit einer Folge von Treibladungseinheiten 16. Die Ladungseinheiten können getrennte Einheiten bilden, die mit einer Ladung verbunden sind, oder integrierte Teile eines zu sammenhängenden Treibsubstanzkörpers bilden. Im letzteren Fall sind die Ladungseinheiten durch axiale Schnitte mit getrennten elektrisch leitfähigen Oberflächen festgelegt. Bei dem darge stellten Ausführungsbeispiel bestehen die elektrisch leitfähi gen Oberflächen aus einem dünnen, elektrisch leitfähigen Schichtmaterial 19, das in der Treibsubstanz eingebettet und derart verteilt ist, daß die Treibsubstanz in dünnen Schichten 20 zwischen den Schicht-, Blech- oder Folienoberflächen vor handen ist. Jede Einheit weist eine individuelle Zuführung 17 auf, während die Abführung 21 allen Einheiten der Treibladung gemeinsam ist. Zwischen den unterschiedlichen Treibladungs einheiten besteht eine Isolierschicht 22 aus beispielsweise der gleichen Treibsubstanz wie in dem Rest der Ladung, jedoch ohne elektrisch leitfähige Oberflächen oder einem entspre chenden Material, das verbraucht wird, wenn die Ladung ver brennt. Die Treibladungseinheiten 16 können somit einzeln gezündet werden, indem Strom im leitfähigen Schichtmaterial 19 jeder Einheit zugeführt wird. Die Treibladung kann mit einer Isolierabdeckung 23 ausgestattet sein, durch welche die Ver bindungen zu den Zuführungen angebracht sind.

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht der Treibladung entlang der Linie A-A in Fig. 9. Das elektrisch leitfähige Schicht material 19 ist spiralig aufgewickelt, wobei die dünne, kom pakte Treibladungsschicht 20 zwischen verschiedenen Windungen der Spirale angeordnet ist. Der Leiter 17 ist mit einem Ende des Schichtmaterials 19 an der Abdeckung 23 der Treibladungs einheit verbunden, und die Ableitung 21 ist mit dem anderen Ende der Treibladungseinheit in dem Mittenbereich der Ladung verbunden. Die Ableitungen erstrecken sich axial weg von der Treibladung.

Das Schichtmaterial 19 weist eine dünne, elektrisch leitfähige Schicht 24 aus beispielsweise Metall oder Kohlefasern in Form einer Folie, einer Matte, eines Netzes, usw. auf. Eine Alumi niumfolie oder eine Kohlefasermatte ist besonders bevorzugt. Fig. 11 ist ein Längsschnitt einer Ausführungsform eines Schichtmaterials. 17 und 21 bezeichnen die Zuführung und die Ableitung für den Strom, die mit der leitfähigen Schicht 24 verbunden sind. In Hinblick auf das Risiko eines Überschlags zwischen benachbarten Teilen der elektrisch leitfähigen Schicht ist es bevorzugt, daß diese eine Isolierbeschichtung 25 aus beispielsweise einem Polymer aufweist. Die Isolierbe schichtung kann auf einer Seite angeordnet sein, oder, wie es in der Figur dargestellt ist, auf beiden Seiten der leitfähi gen Schicht. In einer Ausführungsform der Erfindung weist die leitfähige Schicht 24 eine Aluminiumfolie auf, und die Iso lierbeschichtung 25 besteht aus PTFE (Polytetrafluorethylen). Das Schicht- oder Folienmaterial kann dann in nützliche Ener gie in der Ladung konvertiert werden, ohne das Oxidations mittel der Treibsubstanz signifikant zu verbrauchen. Bei der Zündung reagiert das Aluminium mit dem PTFE, während sich eine größere Menge von Energie entwickelt.

Die Treibladung kann vorbereitet werden, indem eine gießfähige Treibsubstanz in ein Gehäuse gegossen wird, in welchem das Folienmaterial zuvor angeordnet worden ist. Eine andere Her stellungstechnik der Treibladung gemäß den Fig. 9-10 ist in Fig. 12 dargestellt. Auf einer dünnen, form- oder preßbaren Schicht Treibladung sind Streifen 26 aus elektrisch leitfähi gem Schichtmaterial 19 parallel zueinander und mit einer ge wissen Entfernung 27 voneinander angeordnet. Zuleitungen 17 sind mit einem Ende jeden Streifens verbunden, und eine Ab leitung 21 ist mit den anderen Enden der Streifen verbunden. Die Schicht wird dann in der Längsrichtung der Streifen zu einer zylindrischen Treibladung gerollt. Der Abstand 27 zwischen den Streifen entspricht bei der fertig gestellten Ladung der Isolierschicht 22 (Fig. 9) zwischen benachbarten Treibladungseinheiten. Die Treibsubstanz kann beispielsweise aus einem Kunststoff-Sprengstoff bestehen, der in dünnen Schichten bearbeitet werden kann, oder aus PBX oder einem Ver bundsprengstoff, der noch nicht vollständig ausgehärtet ist. Das Folienprodukt wird hergestellt und das Rollen wird vorge nommen, während die Treibsubstanz oder der Sprengstoff noch weich und formbar ist und das abschließende Härten wird in der gerollten Treibladung ausgeführt. Die Treibladung kann dann mit einer Schutzisolierabdeckung 23 (Fig. 9, 10) versehen werden.

Die Treibladungseinheiten können natürlich auch einer nach dem anderen vorbereitet und zu einer Treibladung zusammengebaut werden.

Um das Auftreten von Induktanz in dem elektrisch leitfähigen Schichtmaterial 19 zu verhindern, wenn ein Stromimpuls über das Material angelegt wird, kann das Folienmaterial in der Treibsubstanz verteilt werden, wie es in Fig. 13 dargestellt ist, d. h. als doppelte Schicht mit Zwischenschichten aus Treibsubstanz, die spiralförmig in der Treibmasse angeordnet sind. Die Stromrichtung wird dann in zwei benachbarten Wick lungen der Widerstandsschicht unterschiedlich sein.

Fig. 14 zeigt eine Technik zur Herstellung einer Treibladung entsprechend Fig. 13. Ein längliches beschichtetes Produkt 28 ist in diesem Fall aus zwei Schichten 29 und 30 aus Treibsub stanz und Zwischenstreifen eines elektrisch leitfähigen Mate rials 19 ausgebildet. Die Figur ist ein Längsschnitt der Schichten. Die Streifen sind länger als die einzelnen Schich ten des Treibmittels und sind um ein Ende der Treibmittel schicht gefaltet und sind auch gegen die andere Seite der Treibmittelschicht angeordnet. Zuführungen 17 und eine Ablei tung 21 für den elektrischen Strom sind an den freien Enden der Streifen verbunden. Das so erhaltene geschichtete Produkt 28 wird zu einer zylindrischen Treibladungseinheit gerollt. Das Produkt wird, wie es durch den Pfeil in Fig. 14 angezeigt ist, derart gerollt, daß die Zuführungen 17 und die Ableitung 21 in dem äußeren Teil der Ladung angeordnet sind. Die gegen seitige Anordnung der Zuleitungen und der Ableitung der äuße ren Oberfläche der Treibladung kann angepaßt werden, indem die zwei Treibladungsschichten in unterschiedlicher Länge herge stellt werden, wie es in Fig. 14 dargestellt ist. Wenn der Un terschied in der Länge π.R entspricht, wobei R der Radius der fertigen Treibladung ist, kann bewirkt werden, daß die Zulei tung und die Ableitung diametral entgegengesetzt zueinander positioniert werden, wie es in Fig. 13 dargestellt ist.

Fig. 15 zeigt den Aufbau einer Treibladung, die aus Scheiben 31 eines kompakten Treibmittels bestehen, und aus Zwischen scheiben 32 aus einem elektrisch leitfähigen Schichtmaterial. Die Figur zeigt zwei Treibschichten und eine Zwischenschicht, zusammengefügt bzw. in ihre Teile getrennt. Eine gesamte Treibladung kann aus einer großen Anzahl der Scheiben gemäß dieser Konstruktion bestehen. Das Schichtmaterial der Scheibe 32 kann eine elektrisch leitfähige Schicht 33 aus beispiels weise einer Aluminiumfolie aufweisen, die sich in einer Zick- Zack-Struktur in dem Schichtmaterial erstreckt und die mit einer PTFE-Schicht isoliert ist. Eine Zuführung 17 und eine Ableitung 21 sind je mit einem Ende der elektrisch leitfähigen Schicht 33 verbunden.

Wenn eine Treibladungseinheit mit einem eingebetteten, elek trisch leitfähigen Schichtmaterial gezündet wird, wird elek trischer Strom zu der leitfähigen Schicht geleitet, mit min destens einer solchen Stärke, daß das Verbrennen der Treib ladung über die Oberfläche in Kontakt mit der Folie gezündet wird. Wenn die Treibschicht zwischen den Schichten des Schichtmaterials beispielsweise 1 mm stark ist, wird die Treibsubstanz nach einer Brennweite von 0,5 mm verbraucht, was die Verbrennungsgeschwindigkeit der gesamten Treibladung sehr hoch macht. Durch Auswahl der Treibladungsstärke zwischen den leitfähigen Schichten kann die Verbrennungsgeschwindigkeit der Treibladung an unterschiedliche Zwecke angepaßt werden.

Die Verbrennungsgeschwindigkeit der Treibladung wird durch die Menge thermischer Energie beeinflußt, die in die Zündung ein gebracht wird. Durch Einspeisung eines stärkeren Stromstoßes, als er mindestens für die Zündung erforderlich ist, ist es möglich, die Verbrennungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Ver brennung, die begonnen hat, kann auch verstärkt werden, indem zusätzliche elektrothermische Energie zugeführt wird. Nach Zündung der Verbrennung wird ein elektrisch leitfähiges Plasma in dem intensivsten Teil der Flamme ausgebildet. So lange die Zuleitung und die Ableitung für den Strom mit dem Plasma ver bunden sind, kann eine fortgesetzte Zuführung von Strom be wirkt werden, was die Temperatur erhöht und die Wirkung der Treibsubstanz verbessert. Die Tatsache, daß die elektrisch leitfähige Schicht schnell verbrannt oder bei der Zündung in Gas umgesetzt wird, verhindert somit nicht die kontinuierliche Zuführung von Strom, um elektrothermisch die Wirkung der Treibsubstanz zu erhöhen.

Claims

1. Verfahren für das elektrische Zünden und Steuern des Ver brennens einer Treibladung mit einer kompakten Treibsubstanz, dadurch gekennzeichnet, daß elektrothermische Energie der Treibladung zugeführt wird, indem elektrischer Strom über elektrisch leitfähige Oberflächen (6, 7, 19) in der Treibsub stanz eingespeist wird, und daß die Zuführung zu unterschied lichen Bereichen oder Zonen der Treibladung zu unterschiedli chen Zeitpunkten während des Verbrennens erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung eine axiale Erstreckung von einem ersten Ende (9) zu einem zweiten Ende (10) aufweist und daß die elektrother mische Energie der Treibladung beginnend an dem ersten Ende der Treibladung und dann nach und nach zu dem zweiten Ende der Treibladung dadurch zugeführt wird, daß Strom zu jedem Zeit punkt über einem axial begrenzten Bereich (15, 16) der Treib ladung eingespeist wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endverbrennen an dem ersten Ende (9) der Treibladung einge leitet wird und daß während des Verbrennens der elektrische Strom zwischen dem Mittenteil der Brennstirnfläche und einer Umfangsfläche eingespeist wird, die die axiale Erstreckung der Treibladung umgibt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung aus einer Reihe von Ladungseinheiten (16) besteht, die getrennte elektrisch leitfähige Oberflächen aufweisen und daß der elektrische Strom den Ladungseinheiten eine nach der anderen in ausgewählten Intervallen zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung eine ein Geschoß oder Projektil treibende Ladung ist und daß das erste Ende (9) der Treibladung dem Ge schoß (4) zugewandt ist und daß das zweite Ende (10) der Rück seite (3) der Waffe zugewandt ist.

6. Treibladung mit einer kompakten Treibsubstanz, dadurch ge kennzeichnet, daß elektrisch leitfähige Oberflächen (6, 7, 19) in der Treibsubstanz und eine Speiseeinrichtung (12, 17, 21) vorgesehen ist, mit welcher elektrischer Strom zu und von Oberflächen leitbar ist, mit welchem elektrothermische Energie in der Treibsubstanz erzeugbar ist, und daß die Oberflächen und/oder die Speiseeinrichtung so angeordnet ist, daß der Strom durch unterschiedliche Bereiche oder Zonen (15, 16) der Treibladung zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Verbrennens leitbar ist.

7. Treibladung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine axiale Erstreckung von einem ersten Ende (9) zu einem zweiten Ende (10) aufweist und daß die elektrisch leitfähigen Oberflächen und/oder die Stromspeiseeinrichtung derart ange ordnet sind, daß zu jedem Zeitpunkt während des Verbrennens Strom durch einen axial beschränkten Bereich (15, 16) der Treibladung leitbar ist.

8. Treibladung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseeinrichtung einen Leiter (12) für elektrischen Strom, der axial in der Treibladung angeordnet ist und ein freies Ende (13) an einem Ende der Ladung aufweist, von wel chem freiem Ende Strom den elektrisch leitfähigen Oberflächen in der Treibladung zugeführt wird, und eine Umfangsoberfläche aufweist, in welcher Strom abgeleitet wird und die die axiale Erstrekkung der Ladung umgibt.

9. Treibladung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Folge von Ladungseinheiten (16) mit getrennten elektrisch leitfähigen Oberflächen besteht, und die Leitvor richtung einzelne Zuleitungen (17) für den elektrischen Strom für die verschiedenen Ladungseinheiten aufweist.

10. Treibladung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Treibladung Treibpartikel (8) aufweist und daß die elektrische leitfähigen Oberflächen eine elek trisch leitfähige Schicht (7) aufweisen, die auf die Treibpar tikel aufgebracht ist.

11. Treibladung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Oberflächen Fa sern (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweisen, die der Treibsubstanz hinzugefügt sind.

12. Treibladung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (6) aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Metallfasern, Kohlefasern und elektrisch leitfähigen Kunst stoffasern besteht.

13. Treibladung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Oberflächen dünnes elektrisch leitfähiges Schichtmaterial (19) aufweisen, das in der Treibsubstanz eingebettet und derart in ihr ver teilt ist, daß die Treibsubstanz in dünnen Schichten (20) zwischen den Schichtmaterialoberflächen vorhanden ist.

14. Treibladung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial eine Metallfolie aufweist.

15. Treibladung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie eine Aluminiumfolie ist.

16. Treibladung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial eine Kohlefasermatte aufweist.

17. Treibladung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial eine Isolierbeschichtung (25) aufweist.

18. Treibladung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierbeschichtung (25) aus PTFE (Polytetrafluorethylen) besteht.

19. Treibladung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kompakte Treibsubstanz (5) auf einem Sprengstoff basiert, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus PETN, RDX, HMX, NTO, TNT, HNS, TNAZ, HNIW, NC und Mischungen dieser besteht.

20. Treibladung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kompakte Treibsubstanz ein kunststoffgebundener Spreng stoff (PBX) ist.

21. Treibladung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kompakte Treibsubstanz eine Verbund-Treibsubstanz ist.