DE19629508A1 - Elektrothermische Rohrwaffe mit Plasmabrenner - Google Patents
Elektrothermische Rohrwaffe mit PlasmabrennerInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41B—WEAPONS FOR PROJECTING MISSILES WITHOUT USE OF EXPLOSIVE OR COMBUSTIBLE PROPELLANT CHARGE; WEAPONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F41B6/00—Electromagnetic launchers ; Plasma-actuated launchers
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/52—Generating plasma using exploding wires or spark gaps
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrothermische Rohrwaffe mit
einem Plasmabrenner an einem geschlossenen Ende des
Waffenrohrs, bei welcher durch den Plasmabrenner ein
Lichtbogen erzeugbar und ein durch Pyrolyse aus einem
Plasmamaterial entstehendes Plasma elektrisch aufheizbar
ist und ein Projektil aus dem Waffenrohr treibt.
Bei elektrothermischen Rohrwaffen (Kanonen) wird in dem
Waffenrohr hinter dem Projektil ein Lichtbogen erzeugt. In
das Waffenrohr eingeleitete oder aus Teilen der Struktur
abgebrannte Moleküle bilden dann ein Plasma von sehr hoher
Temperatur und entsprechend hohem Druck. Dadurch wird das
Projektil mit sehr hoher Geschwindigkeit aus dem Waffenrohr
getrieben. Es lassen sich damit höhere Drücke und
Geschwindigkeiten des Projektiles erzielen als mit den
üblichen chemischen Prozessen beim Zünden einer
Treibladung. Die elektrische Energie zur Erzeugung des
Plasmas wird durch Aufladen eines Kondensators hoher
Kapazität gespeichert, der in extrem kurzer Zeit mit
entsprechend hohen Strömen in dem Lichtbogen zwischen zwei
im Waffenrohr sitzenden Elektroden entladen wird. Die
Erzeugung des Plasmas erfolgt üblicherweise in einem
Plasmabrenner, der an oder in dem Waffenrohr sitzt.
Eine elektrothermische Rohrwaffe ist in der DE 36 13 259 A1
beschrieben.
Bei dieser bekannten elektrothermischen Rohrwaffe sitzt
eine ringförmige Elektrode in dem Waffenrohr. Diese
Elektrode ist durch eine Isolierschicht von einer
zentralen Elektrode getrennt. Die zentrale Elektrode sitzt
mit einem scheibenförmigen Fuß auf einer ebenfalls
scheibenförmigen Elektrodenaufnahme. Die ringförmige
Elektrode greift um die zentrale Elektrode unter
Zwischenlage der Isolierschicht topfförmig herum. Eine
Stromzuleitung zu der ringförmigen Elektrode greift,
ebenfalls unter Zwischenlage einer Isolierschicht um die
Elektrodenaufnahme herum. Die elektrische Verbindung
zwischen der Elektrodenaufnahme und der zentralen Elektrode
und zwischen der Stromzuleitung und der ringförmigen
Elektrode erfolgt durch jeweils eine Kontaktlammellen-Scheibe.
Die Kontaktlamellen-Scheiben liegen in einer
Ebene. Zwischen den konzentrischen Kontaktlamellen-Scheiben
ist zur Isolierung eine Siliconkautschuk-Dichtung
vorgesehen. Ein Entladungsraum, in welchem das Plasma
gebildet wird, ist innerhalb der ringförmigen Elektrode und
vor der zentralen Elektrode gebildet. Das Projektil ist von
einer Hülse aus Kunststoff umgeben.
Der Zweck der beschriebenen Konstruktion ist es, den
Verschleiß der Rohrteile selbst bei hoher Schußfolge gering
zu halten. Zu diesem Zweck werden alle einem starken
Verschleiß unterliegenden Teile einschließlich der beiden
Elektroden in einer auswechselbaren Kartusche angeordnet.
Diese Kartusche ist wiederum teilbar, so daß, insbesondere
bei großkalibrigen Waffen, zunächst das Projektil mit der
dieses umgebenden Hülse und anschließend die aus Elektroden
und Isolierstück bestehende Einheit in das Geschützrohr
eingeführt werden kann.
Die DE 38 20 492 C2 beschreibt eine Rohrwaffe mit einem
chemisch-elektrischen Hybridantrieb mittels regenerativer
Einspritzung von flüssigen Treibmitteln durch einen Kolben,
bei welcher die Treibmittel oder die durch Reaktion der
Treibmittelkomponenten entstehenden Gase an einer
Elektrodenanordnung eines Plasmabrenners vorbeigelenkt
werden. Dabei wird die elektrische Energie einer
Lichtbogen-Entladung in die vorbeiströmende Materie
eingekoppelt.
Die Elektroden bilden einen Plasmabrenner, bei welchem
Plasma-Materialien in dem Lichtbogen pyrolysiert und zu
einem Antriebsplasma stark aufgeheizt werden. Die
Plasma-Materialien, die bei elektrothermischen Rohrwaffen einen
optimalen Antrieb des Projektils erwarten lassen, sind
Stoffe, die bei der elektrischen Aufheizung ein
Antriebsplasma mit niedrigem Molekulargewicht, großem
Adiabaten-Koeffizienten und großem Isentropen-Koeffizienten
erzeugen. Bei bekannten elektrothermischen Rohrwaffen
werden als Plasma-Materialien Kohlenwasserstoffe wie
Polyethylen oder Alkohole wie Isopropanol oder Ethanol
verwendet. Bei der Pyrolyse dieser Stoffe im Plasmabrenner
wird viel Wasserstoff (H₂) erzeugt. Das ist auch erwünscht.
Dabei entsteht ein Antriebsplasma mit Gasen, deren
Molekulargewichte kleiner als 10 g/mol sind.
Ein anderes Plasma-Material stellen Lithium und
lithiumhaltige Verbindungen wie LiH und LiBH₄ dar. Da Lithium
nur ein Atomgewicht von 6,94 g/mol aufweist, ist bei der
Pyrolyse lithiumhaltiger Verbindungen ebenfalls mit einem
Molekulargewicht des Antriebsplasma von weniger als 10
g/mol zu rechnen.
Alle diese Plasma-Materialien weisen keinen oder nur einen
geringen Sauerstoffgehalt auf, da Sauerstoff ein recht
hohes Atomgewicht von 16 g/mol gegenüber Wasserstoff mit 2
g/mol besitzt. Beim Schuß einer elektrothermischen
Rohrwaffe mit einem dieser Plasma-Materialien unter
Sauerstoffmangel treten die Antriebsgase meist mit einem
starken Wasserstoffgehalt an der Mündung des Waffenrohres
aus. Wenn diese Antriebsgase mit dem Luftsauerstoff in
Kontakt kommen, erfolgt eine explosionsartige Verbrennung.
Beim Schuß bildet sich vor der Mündung des Waffenrohres
eine Flamme mit einer Länge von mehreren Metern. Diese
Verbrennung trägt aber nicht mehr zum Antrieb des
Projektils bei.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Flammen zu
vermeiden und die Verbrennungs-Energie des Wasserstoffs für
den Antrieb des Projektils auszunutzen.
Ausgehend von einer elektrothermischen Rohrwaffe der
eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß an einem mündungsseitigen Abschnitt des Waffenrohres
eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen eines
Oxidationsmittels vorgesehen ist.
Auf diese weise wird das unterbilanzierte Gas aus dem
Plasmabrenner in einem mündungsseitigen Abschnitt, nachdem
das Projektil die Einspritzstelle passiert hat, durch
Einspritzen eines Oxidationsmittels oder von reinem
Sauerstoff oxidiert. Das kann nach etwa 2/3 der Länge des
Waffenrohres geschehen. Dann verbrennt der Wasserstoff im
Waffenrohr und noch während das Projektil sich in dem
Waffenrohr befindet. Die Verbrennungs-Energie des
Wasserstoffs wird zusätzlich zum Antrieb des Projektils
ausgenutzt. Vor dem Einspritzen ist die Hauptbeschleunigung
durch das Plasma bereits erfolgt.
Vorteilhafterweise ist die Einspritzvorrichtung durch den
durch das Plasma im Waffenrohr hinter dem Projektil
erzeugten Druck betätigbar. Das kann in der Weise
geschehen, daß die Einspritzvorrichtung wenigstens einen
Stufenkolben mit einem Kolbenteil größeren Durchmessers und
einem Kolbenteil kleineren Durchmessers enthält, der in
einem Stufenzylinder mit einer entsprechenden
Zylinderkammer größeren Durchmessers und einer
Zylinderkammer kleineren Durchmessers geführt ist, die
Zylinderkammer größeren Durchmessers mit der Bohrung des
Waffenrohres über einen Druckkanal verbunden ist, die
Zylinderkammer kleineren Durchmessers mit der Bohrung des
Waffenrohres rückwärts von dem Druckkanal über einen
Einspritzkanal verbunden ist, und der Einspritzkanal und
die Zylinderkammer kleineren Durchmessers mit dem
Oxidationsmittel gefüllt sind.
Der Einspritzkanal kann waffenrohrseitig durch eine
Berstmembran abgeschlossen sein, durch welche das
Oxidationsmittel in dem Einspritzkanal gehalten wird und
welche bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes in dem
Einspritzkanal reißt. Dabei kann dann das Oxidationsmittel
von flüssigem Sauerstoff gebildet sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter
Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt schematisch einen Längsschnitt durch
ein Waffenrohr einer elektrothermischen Rohrwaffe mit einem
Plasmabrenner und einer Einspritzvorrichtung zum
Einspritzen eines Oxidationsmittels.
In der Zeichnung ist mit 10 ein Waffenrohr einer
elektrothermischen Rohrwaffe, beispielsweise einer Kanone,
bezeichnet. Am hinteren Ende des Waffenrohrs 10 sitzt ein
Plasmabrenner 12. Der Plasmabrenner 12 weist eine zentrale
Elektrode 14 und im Abstand davon eine ringförmige
Elektrode 16 auf. Zwischen den Elektroden 14 und 16 kann
mittels eines Zündkreises 18 ein Lichtbogen 20 erzeugt
werden. Der Zündkreis enthält einen Kondensator 22 hoher
Kapazität, eine Induktivität 24, einen ohmschen Widerstand
26 und einen Schalter 28. Nach Schließen des Schalters
(oder äquivalenter Mittel) entlädt sich der - in nicht
dargestellter Weise aufgeladene - Kondensator 22 in dem
Lichtbogen 20. Dabei wird ein Plasma-Material wie
Polyethylen pyrolysiert und ein heißes Plasma mit hohem
Druck und hoher Temperatur erzeugt. Dieses Plasma treibt
ein Projektil 30 aus dem Waffenrohr 10.
Dabei treten "unterbilanzierte" Antriebsgase mit einem
hohen Anteil von unverbranntem Wasserstoff auf. Diese
Antriebsgase sind bei 32 durch Punktierung angedeutet.
Etwa nach zwei Dritteln der Länge des Waffenrohres 10 sind
Einspritzvorrichtungen 34 und 36 vorgesehen. Die
Einspritzvorrichtungen 34 und 36 sind übereinstimmend
ausgebildet. Daher ist hier nur die Einspritzvorrichtung 34
beschrieben.
Die Einspritzvorrichtung 34 enthält einen Stufenkolben 38
mit einem Kolbenteil 40 größeren Durchmessers und einem
Kolbenteil 42 kleineren Durchmessers. Der Stufenkolben 38
ist in einem Stufenzylinder 44 mit einer entsprechenden
Zylinderkammer 46 größeren Durchmessers und einer
Zylinderkammer 48 kleineren Durchmessers geführt. Die
Zylinderkammer 46 größeren Durchmessers ist mit der Bohrung
50 des Waffenrohres 10 über einen Druckkanal 52 verbunden.
Die Zylinderkammer 48 kleineren Durchmessers ist mit der
Bohrung 50 des Waffenrohres 10 rückwärts von dem Druckkanal
52 über einen Einspritzkanal 54 verbunden. Der
Einspritzkanal 54 und die Zylinderkammer 48 kleineren
Durchmessers sind mit dem Oxidationsmittel gefüllt. Das
Oxidationsmittel ist flüssiger Sauerstoff. Im
Ausgangszustand ist der Einspritzkanal 54 durch eine (in
der Zeichnung nicht mehr sichtbare) Berstmembran
abgeschlossen.
In der Zeichnung ist das Waffenrohr 10 mit dem Projektil 30
kurz nach dem Zünden des Lichtbogens 20 dargestellt. Das
Projektil 30 ist noch im Waffenrohr 10, hat aber die
Position der Einmündungen von Druckkanal 52 und
Einspritzkanal 54 schon passiert. Dadurch wirkt im
Druckkanal 52 der hinter dem Projektil 30 erzeugte und das
Projektil 30 beschleunigende hohe Druck des durch das
Plasma erhitzten Gases. Dadurch wird der Stufenkolben 38
über die größere Fläche des Kolbenteils 40 nach links in
der Zeichnung gedrückt. Der Kolbenteil 42 von kleinerem
Durchmesser drückt das Oxidationsmittel mit einem
entsprechend übersetzten Druck aus der Zylinderkammer 48
und dem Einspritzkanal 54. Die Berstmembran bricht dadurch.
Das Oxidationsmittel wird in den Gasstrom in der Bohrung 50
des Waffenrohres 10 eingespritzt. Dadurch erfolgt in dem
Bereich des Waffenrohres 10 hinter den
Einspritzvorrichtungen 34 und 36 eine Verbrennung des
überschüssigen Wasserstoffs. Das ist durch die dichtere
Punktierung im Bereich 54 der Bohrung 50 angedeutet.
Dadurch wird dem Projektil, nachdem es schon durch das
Plasma seine Hauptbeschleunigung erfahren hat, eine
zusätzliche Beschleunigung durch die Verbrennungs-Energie
des Wasserstoffs erteilt. Außerdem verbrennt der
Wasserstoff im Waffenrohr und nicht in einer aus dem
Waffenrohr herausschlagenden Flamme.
Claims (5)
1. Elektrothermische Rohrwaffe mit einem Plasmabrenner
(12) an einem geschlossenen Ende des Waffenrohrs (10),
bei welcher durch den Plasmabrenner (12) ein Lichtbogen
erzeugbar und ein durch Pyrolyse aus einem
Plasmamaterial entstehendes Plasma elektrisch
aufheizbar ist und ein Projektil (30) aus dem
Waffenrohr (10) treibt, dadurch gekennzeichnet, daß an
einem mündungsseitigen Abschnitt des Waffenrohres (10)
eine Einspritzvorrichtung (34, 36) zum Einspritzen eines
Oxidationsmittels vorgesehen ist.
2. Elektrothermische Rohrwaffe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtung (34, 36)
durch den durch das Plasma im Waffenrohr (10) hinter
dem Projektil (30) erzeugten Druck betätigbar ist.
3. Elektrothermische Rohrwaffe nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß
- (a) die Einspritzvorrichtung (34, 36) einen Stufenkolben (38) mit einem Kolbenteil (40) größeren Durchmessers und einem Kolbenteil (42) kleineren Durchmessers enthält, der in einem Stufenzylinder (44) mit einer entsprechenden Zylinderkammer (46) größeren Durchmessers und einer Zylinderkammer (48) kleineren Durchmessers geführt ist,
- (b) die Zylinderkammer (46) größeren Durchmessers mit der Bohrung (50) des Waffenrohres (10) über einen Druckkanal (52) verbunden ist,
- (c) die Zylinderkammer (48) kleineren Durchmessers mit der Bohrung (50) des Waffenrohres (10) rückwärts von dem Druckkanal (52) über einen Einspritzkanal (54) verbunden ist, und
- (d) der Einspritzkanal (54) und die Zylinderkammer (48) kleineren Durchmessers mit dem Oxidationsmittel gefüllt sind.
4. Elektrothermische Rohrwaffe nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Einspritzkanal (54)
waffenrohrseitig durch eine Berstmembran abgeschlossen
ist, durch welche das Oxidationsmittel in dem
Einspritzkanal (54) gehalten wird und welche bei
Überschreiten eines vorgegebenen Druckes in dem
Einspritzkanal (54) reißt.
5. Elektrothermische Rohrwaffe nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel von flüssigem
Sauerstoff gebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996129508 DE19629508A1 (de) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Elektrothermische Rohrwaffe mit Plasmabrenner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996129508 DE19629508A1 (de) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Elektrothermische Rohrwaffe mit Plasmabrenner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19629508A1 true DE19629508A1 (de) | 1998-01-29 |
Family
ID=7800481
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996129508 Withdrawn DE19629508A1 (de) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Elektrothermische Rohrwaffe mit Plasmabrenner |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19629508A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2807611A1 (fr) * | 2000-04-11 | 2001-10-12 | Giat Ind Sa | Torche plasma comportant des electrodes separees par un entrefer et allumeur incorporant une telle torche |
-
1996
- 1996-07-22 DE DE1996129508 patent/DE19629508A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2807611A1 (fr) * | 2000-04-11 | 2001-10-12 | Giat Ind Sa | Torche plasma comportant des electrodes separees par un entrefer et allumeur incorporant une telle torche |
WO2001078470A1 (fr) * | 2000-04-11 | 2001-10-18 | Giat Industries | Torche a plasma comportant des electrodes separees par un entrefer et allumeur incorporant une telle torche |
US6740841B2 (en) | 2000-04-11 | 2004-05-25 | Giat Industries | Plasma torch incorporating electrodes separated by an air gap and squib incorporating such a torch |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DIEHL STIFTUNG & CO., 90478 NUERNBERG, DE |
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