DE2722869A1

DE2722869A1 - Fluessigkeitspulskanone

Info

Publication number: DE2722869A1
Application number: DE19772722869
Authority: DE
Inventors: Werner Malburg
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1978-11-23

Description

Flüssigkeitspulskanone
Die L'rfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitspulskanone mit einem zwischen einer Brenn- und einer Flüssigkeitskammer in einer Zylinderbohrung beweglich angeordneten Freiflugkolben, der beim Arbeitshub durch die heißen Reaktionsgase einer jeweils in der Brennkammer gezandetdn '£reibstofffüllung angetrieben ist und auf eine abgegrenzte, in die Flüssigkeitskammer jeweils vor der Treibstoffzündung nachgefüllte Flüssigkeitsmenge unter Erzeugung eines Hochgeschwindigkeits-Flüssibrkeitsstrahls einwirkt.
Bekannte Wasserpulskanonen, bei denen der Freiflugkolben aus Gründen einer Druckverstärkung gewöhnlich als Differenzdruckkolben ausgebildet ist und die Treibstoffreaktion nach dem Otto-Prinzip durch eine elektrische Zündkerze oder einen pyrotechnischen Zündsatz gezündet wird und sich vom Initierungspunkt aus fortschreitend ausbreitet, erfordern einen großen Bau- und Steueraufwand für den Arbeitsprozeß des Freiflugkolbens und das hochdrucksichere Nachfüllen der Flüssigkeitskammer und haben den weiteren Nachteil, daß sich der verzögerte Druckaufbau in der Brennkammer nachteilig auf die maximal erziel- baren Druckwerte özw. Druckanstiegsgeschwindigkeiten und somit auch die Schußwirkung des Flüssigkeitsstrahls auswirkt, selbst wenn hochenergetische monergole oder nichthypergole, biergole Treibstoffsysteme, z.D. in Form einer oder mehrerer getrennter Flüssigtreibstoffkomponenten, verwendet werden.
Demgegenüber ist es Aufgabe der erfindung, eine Flüssigkeitspulskanone mit einem wesentlich gesteigerten Wirkungsgrad bei zugleich einfacher und betriebssicherer Bau- und Funktionsweise zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgeinäß bei einer Flüssigkeitspulskanone der eingangs erwähnten Art gelöst durch eine adiabatische, die Zündung thermisch auslösende Kompression der Treibstoffüllung in der Brennkammer.
Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspulskanone wird die gesamte, jeweils fiir einen Arbeitstakt des Freiflugkolbens ben(iti.gte Treibstoffmenge zunächst in die Brennkammer eingespeist und anschließend der gasförmige Anteil der Treibstofffüllung, der aus einer gasförmigen Treibstoffkomponente und/oder einem an der Treibstoffreaktion nicht beteiligten Fremdgas besteht, adiabatisch bis zur thermischen Treibstoffzündung komprimiert, so daß die gesamte Treibstoffmenge schlagartig durchreagicrt. Hierdurch ergibt sich -im Gegensatz zum Reaktionsablauf nach dem Otto- oder dem 0>ieselprinzip-in vorteilhafter Weise ein kurzzeitiger Druckstoß extremer Flankensteilheit und Amplitude, durch den die abgegrenzte Flüssigkeitsmenge geschoßartig in Form eines Wasserprojektils enormer Durcllschlagswirkung aus der Flüssigkeitskammer ausgetrieben wird. Der Wirkungsgard der Flüssigkeitspulskanone wird somit in einfacher Weise beträchtlich gesteigert.
Gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 besteht der in die Brennkammer eingespeiste Treibstoff vorzugsweise aus einer oder mehreren getrennten Flüssigtreibstoffkomponenten sowie einer gasförmigen Komponente, z.B. Sauerstoff, durch deren adiabatische Kompression die Treibstoffzündung ausgelöst wird und die nach Art einer Zündpeitsche reaktionssteigernd wirkt. Wahlweise oder zusätzlich kann der zur Zündung adiabatisch komprimierte gasförmige Anteil der Treibstoffüllung in der Brennkammer auch ein reaktionsunbeteiligtes Fremdgas, z.B. eine aus der Brennkammer nicht-ausgeschobene Xeaktionsgas-Restmengessein.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der erfindung ist gemäß Amspruch 5 zusätzlich zum Freiflugkolben ein gesonderter Zündkolben vorgesehen, durch den die Treibstoffüllung in der Brennkammer adiabatisch kompriniert wira, während der Freiflugkolben bei der Gaskompression im wesentlichen stillsteht und somit keine unzulässige Sogwirkung in der Flüssigkeitskammer erzeugen kann, wodurch dort örtliche Dampf- oder Gasblasenbildungen, die sich anderenfalls -wenn überhaupt - nur mit großem Steueraufwand unterdrücken lassen und die Schußwirkung der Pulskanone erheblich beeinträchtigen, auf einfache und sichere Weise wirksam ausgeschaltet werden und die Befülltechnik der Flüssigkeitskammer beträchtlich vereinfacht wird. In diesem Falle empfiehlt es sich, daß die Treibstoffzufuhrleitungen nach dem Einspeisen der Treibstoffüllung in die Brennkammer und unmittelbar vor der Treibstoffzündung durch den Zündkolben selbst verschlossen werden, so daß auf hochbelastete Treibstoffsteuerventile, z.B. Rückschlagventile, die dem hohen Druckstoß'der Brennkammer ausgesetzt sind, verzichtet werden kann zu diesem Zweck sind gemäß Anspruch 6 eine oder mehrere, in die Brennkammer mündende, beim Kompressionshub des Zündkolbens durch diesen zugesteuerte Treibstoffzufuhrbohrungen vorgesehen.
Durch die Merkmale des Anspruchs 7 wird ein vorzugsweise hydraulischer Druckmittelantrieb des Zündkolbens beim Kompressionshub mit einem im Vergleich zum Kompressionsdruck niedrigen Hydraulikdruck und entsprechend geringeren Belastungen der zur Zündkolbensteuerung erforderlichen Ventilanordnung erreicht, wobei der Zündkolben am Kompressionshubende gemäß Anspruch 8 zweckmäßigerweise durch ein Strömungsmittelpolster dynamisch abgebremst wird.
Der Rückhub des Zündkolbens kann gemäß Anspruch 9 durch ein den Zündkolben auf der Kolbenringfläche beaufschlagendes Druckmittel bewirkt werden, das dann zugleich das den Zündkolben am Kompressionshubende abbremsende Strömungsmittelpolster bildet, und/oder gemäß Anspruch 10 durch den Freiflugkolben, der bei seiner Rückhubbewegung entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Gaspolsters auf den Zündkolben einwirkt und diesen in die Ausgangslage zurückstellt. Um die durch das rasche Durchreagieren der gesamten Treibstoffmenge erzielte Druckspitze voll für den Arbeitshub des Freiflugkolbens auszunutzen, wird der Zündkolben gemäß Anspruch 11 beim Arbeitshub des Freiflugkolbens hydraulisch verriegelt, was am einfachsten durch ein sich oberhalb eines vorgegebenen Druckwerts auf der größeren, druckmittelbeaufschlagbaren Kolbenfläche des Zündkolbens selbsttätig schliebs des Rückschlagventil geschieht, das am Shde des Arbeitshubs des Freiflugkolbens, wenn der Druck in der Brennkammer und somit auch in der von der größeren Zündkolbenfläche begrenzten Druckmittelkammer unter einen vorgegebenen Wert absinkt, in die Öffnungslage gelangt und dadurch den Zündkolben für die Rückhubbewegung freigibt.
Der Rückhub des Zündkolbens kann aber auch gemäß Anspruch 12 zumindest teilweise durch die heißen Reaktionsgase während des Arbeitshubs des Freiflugkolbens bewirkt werden, wobei in diesem Fall der Zündkolben bei seiner Xückhubbewegung dynamisch abgebremst wird, so dalJ die durch die adiabatische Treibstoffzündung erzielte, hohe Druckspitze in der Brennkammer weitgehend für den Arbeitshub des Freiflugkolbens erhalten bleibt.
Die oben beschriebene, reine Druckinittelsteuerung der Kolbenbewegung hat den weiteren Vorteil, daß jegliche mechanischen Verriegelungen oder Antriebsteile, die mit den kolben zusammenwirken und im Betrieb starken Beanspruchungen unterworfen sind, entfallen. lediglich zur Begrenzung der Rückhubbewegung des Zündkolbens ist gemäß Anspruch 13 ein mechanischer Anschlag vorgesehen, der gemäß Anspruch 14 vorzugsweise auch zur Fixierung des Freiflugkolbens in dessen voller iickführlage dient. Dieser Anschlag ist jedoch geringen mechanischen Belastungen ausgesetzt, da die Kolben verhältnismäßig langsam zurückgestellt werden.
Im Hinblick auf eine besonders zweckmäßige und kompakte Bauweise sind die beiden Kolben gemäß Anspruch 15 koaxial zueinander in einem gemeinsamen, die Brennkammer bildenden Bohrungsabschnitt angeordnet.
Um den Treibstoff in einfacher Weise auf einem im wesentlichen konstant niedrigen Druckniveau einspeisen zu können, wird der Freiflugkolben gemäß Anspruch 16 zweckmäßigerweise aus der vollen Rückführlage, in der er unter Zwischenschaltung des Ziindkolbens am mechanischen Anschlag abgestützt ist, durch die eingespritzte Treibstoffmenge ein kurzes stück in Arbeitshubrichtung in eine Ausgangsstellung vorgeschoben, in der er beim raschen Kompressionshub des Zündkolbens bis zur adiabatischen Treibstoffzündung gehalten wird, und zwar vorzugsweise durch seine Eigenträgheit oder nötigenfalls durch eine zusätzliche hydraulische Verriegelung. Durch die zweck- räßige Ausgestaltung nach den Ansprüchen 17 und 18 wird auch für den Freiflugkolben eine - abgesehen von dem mechanischen Anschlag zur Fixierung des Kolbens inner vollen Rückhublage - reine Druckmittelsteuerung erreicht und zugleich der von der Brennkammer über den Freiflugkolben auf die abgegrenze Flüssigkeitsmenge einwirkende Druckstoß entsprechend dem Flächenverhältnis des Freiflugkolbens beträchtlich verstariçt.
In besonders bevorzugter Weise ist die Rückführkammer des Freiflugkolbens gemäß Anspruch 19 mit Betriebsflüssigkeit durchspült und in der vollen Rückführstellung des Freiflugkolbens zur Flüssigkeitskammer hin geöffnet, so daíS diese mit Betriebsflüssigkeit aus der rückführkammer gefüllt wird, wobei die Strömungsmittelverbindung zwischen Rückführ- und Flüssigkeitskammer durch den Freiflugkolben bei dessen Vorschubbewegung aus der vollen Rückführ- in die Ausgangsstellung abgesperrt wird, also noch bevor die adiabatische Treibstoffzundung einsetzt und der starke Druckstoß in der Brenn- bzw.
Flüssigkeitskammer wirksam wird. Ilierdurch wird die Befülltechnik der Flüssigkeitskammer wesentlich vereinfacht und zugleich wird der Freiflugkolben durch die Flüssigrkeitsdurchspülung der Rückführkammer gekühlt. Eine baulich besonders einfache Ausgestaltung der Strömungsmittelverbindung zwischen Wickführ- und Flüssigkeitskammer, durch die gleichzeitig sichergestellt wird, daß der Freiflugkolben mit seinem kleineren holbenabschnitt ständig in dem die Flüssigkeitskammer bildenden Bohrungsabschnitt der Zylinderbohrung geführt ist, ist im Anspruch 20 beschrieben.
Durch die kontinuierliche Flüssigkeitsdurchströmung der gem. Anspruch 21, Rückführkammer,/ sind zur Rückführung des Freiflugkolbens und zum Befüllen der Flüssigkeitskammer keinerlei gesonderte Steuerventile erforderlich und zugleich wird die Kühlung des Freiflugkolbens verbessert.
Die erfindung wird nunmehr anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Flüssigkeitspulskanone nach der Erfindung in der vollen Rückhublage des Zünd- und des Freiflugkolbens; Fig. 1a eine vergrößerte, teilweise geschnittene Darstellung des kleineren Kolbenabschnitts des Freiflugkolbens gemäß Fig. 1; Fig. 2 die Flüssigkeitspulskanone gemäß Fig. 1 nach dem Kompressionshub des Zündkolbens und vor dem Arbeitshub des Freiflugkolbens; und Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Flüssigkeitspulskanone nach der Erfindung nach der Treibstoffzufuhr in die Brennkammer und vor dem Kompressionshub des Zündkolbens.
Gemäß den Fign. 1 und 2 enthält die Flüssigkeitspulskanone 2 als Hauptbestandteile einen Hochdruckzylinder 4, in dessen stufenförmiger Innenbohrung 6 ein als Differenzdruckkolben ausgebildeter Freiflugkolben 8 und ein zu diesem koaxialer, ebenfalls als ungefesselter Differenzdruckkolben ausgebildeter Zündkolben 10 verschieblich angeordnet sind. Durch die Kolben 8, 10 wird die Innenbohrung 6 in mehrere, gegenseitig abgedichtete Kammern unterteilt, nämlich eine Flüssigkeitskammer 12, die von dem kleineren Bohrungsabschnitt/der Innenbohrung 16 6 und dem kleineren Kolbenabschnitt/des Freiflugkolbens 8 begrenzt ist und aus der die Betriebsflüssigkeit beim Arbeits- hub des Freiflugkolbens 8 über eine Strahldüse 18 stoßartig in Form eines Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahls ausgetrieben wird, eine Rückführkammer 20, die im mittleren Bohrungsabschnitt 22 der Innenbohrung 6 zwischen der Ringfläcne 24 des Freiflugkolbens 8 und einer den mittleren Bohrungsabschnitt 22 begrenzenden Ringwand 26 liegt, eine volumenveränderliche Brennkammer 28, die sich zwischen den einander zugekehrten Kolbenflächen 30, 32 der im mittleren Bohrungsabschnitt 22 geführten Kolbenabschnitte 4 und 36 des Freiflugkolbens 8 bzw. des Zündkolbens 10 befindet, sowie eine Niederdruckkammer 38, die im erweiterten Bohrungsabschnitt 40 zwischen der Ringfläche 42 des größeren Zündkolbenabschnitts 43 und einer dieser zugekehrten Ringwand 44 der Innenbohrung 6 liegt, und eine Druckkammer 46, die am Ende des erweiterten Bohrungsabschnitts 40 von der größeren Kolbenfläche 48 des Zündkolbens 10 begrenzt ist.
Die Druckkammer 46 ist über ein sich zu dieser öffnendes Rückschlagventil 50 und ein umschaltbares Steuerventil 52 an einen Druckwasserspeicher 54 angeschlossen, dessen Druckniveau auf einem mittleren Druckwert, z.B. 120 bar, liegt, und ferner über ein sich ebenfalls zur Druckkammer 46 öffnendes, jedoch federbelastetes Rückschlagventil 56, das sich oberhalb eines vorgegebenen Druckwertes in der Druckkammer 46, z.B. 60 bar, selbsttätig schließt, mit einer Niederdruckzone 58 verbunden.
Die Niederdruckkammer 38 ist über eine Zulaufbohrung 60 ständig mit Wasser aus einem Vorra-tsbehälter 62, dessen Druckniveau auf einem vergleichweise niedrigen Wert, z.B.
10 bar, liegt, bedrückt und steht über eine Auslaßbohrung 64 mit der Niederdruckzone 58 in offener Verbindung.
Durch den in der Niederdruckkammer 38 auf die Ringfläche 42 des Zündkolbens 10 einwirkenden, verhältnismäßig ge- ringen Wasserdruck wird der Zündkolben 10 kontinuierlich mit einer geringen Vorspannkraft in Richtung seiner in Fig. 1 gezeigten, vollen 1tückhublage beaufschlagt, in der er an seiner größeren Kolbenfläche 48 über Anschläge 66 am druckkamrnerseitigen Ende der Innenbohrung 6 abgestützt ist.
Die Zulauf- und Auslaßbohrungen 60, 62 der Niederdruckkammer 38 sind gegenüber der Ringwand 44 axial versetzt angeordnet, so daß sich beim raschen Kompressionshub des Zündkolbens 10 am Kompressionshubende, also wenn der größere Zündkolbenabschnitt 43 die Bohrungen 60, 64 überfährt, ein Wasserpolster zwischen der Ringfläche 42 unter Ringwand 44 aufbaut, durch das der Zündkolben 10 zunehmend stärker abgebremst und ein unmittelbares Aufschlagen der Ringfläche 42 an der Ringwand 44 verhindert wird.
In gleicher Weise wie die Niederdruckkammer 38 ist auch die Rückführkarzler 20 über eine Zulaufbohrung 68 ständig mit Wasser aus dem Vorratsbehälter 62 bedrückt, das über eine Auslaßbohrung 70 zur Niederdruckzone 58 entweicht. Die Bohrungen b8, 70 sind ebenfalls zur Ringwand 26 axial versetzt angeordnet, so daß der Freiflugkolben 8 am Arbeitshubende, also beim Überfahren der Bohrungen 38, 70 durch ein sich zwischen der Ringfläche 24 und der Ringwand 26 aufbauendes Hydraulikpolster zunehmend abgebremst wird.
Fig. 1 zeigt die Wasserpulskanone 2 unmittelbar vor dem Sinspritzen des Treibstoffs in die Brennkammer 28. In dieser Stellung ist der Zündkolben 10 unter der Wirkung des Vorspanndrucks in der Niederdruckkammer 38 gegen die Anschläge 66 zurückgefahren, wobei das Rückschlagventil 56 un-ter der Federkraft in der Öffnungslage gehalten wird und somit die Druckkammer 46 im wesentlichen druckentlastet ist, und der Freiflugkolben 8 befindet t sich ebenfalls in der vollen Rückhublage, wobei seine Rückhuboewegung durch die kontinuierliche dasserbedrückung der Rückführkammer 20 bewirkt und durch einen im Durchmesser verkleinerten Bund 72 an der brennkammerseitigen Zündkolbenfläche 32 begrenzt wird. Die Brennka1nmer 28 ist mit einer am Arbeitshubende des Freiflugkolbens 8 nicht-ausgepuffen Reaktionsgas-Restmenge efüllt, und der kleinere Kolbenabschnitt 16 ist in dieser Stellung des Freiflugkolbens 8 so weit aus dem kleineren Bohrungsabschnitt 14 zurückgezogen, daß die Flüssigkeitskammer 12 mit Wasser aus der Rückführkamier 20 bcfllt wird. Zu diesem Zweck sind im kleineren Kolbenabschnitt 16 des Freiflugkolbens 8 mehrere, in Umfangsrichtung vcrteilte Befüllkanäle 74 in Form von axialen Schrägsehlitzen ausgebildet, die gemaß @ß Fig. 1a die Kolbenfläche 76 und den vorderen Teil der Mantefläche 78 des kleineren Kolbenabschnitts 16 durchsetzen und in der in Fig. 1 gezeigten, vollen Rückhubstellung des Freiflugkolbens 8 so weit über eine zwischen der Ringwand 26 und dem kleineren Bohrungsabschnitt 14 liegende Steuerkante 80 zurückgefahren sind, daß die Rückführkammer 20 über die Befüllkanäle 74 mit der Flüssigkeitskammer 12 in offener Verbindung steht, wobei jedoch der kleinere Kolbenabschnitt 16 durch die zwischen den Schlitzen 74 liegenden Stege am vorderen Ende in den kleineren Bohrungsabschnitt 14 geführt bleibt. Die Flüssigkeitskammer 12 wird somit ohne besondere Schalt- oder Steuerventile aus dem Vorratsbehälter 62 unter Zwischenschaltung der Rückführkammer 20 in der vollen Rückhublage des Freiflugkolbens 8 mit Wasser befüllt und durchspült, wobei der Wasserüberschuß über die Strahldüse 18 entweichen kann.
Die Treibstoffzufuhr erfolgt über Zufuhrbohrungen 82, 84, die in der vollen Rückhublage des Zündkolbens 10 von dessen kleinerem Kolbenabsehnitt 36 freigegeben sind und im Bereich der Brennkarmner 28 in den mittleren Bohrungsabschnitt 22 münden. Die Zufuhrbohrung 82 ist über eine Dosierpumpe 86 an einen Treibstofftank 88 angeschlossen, der mit einem monergolen Flüssigtreibstoff, z.B. Isopropylnitrat, gefüllt ist, während die Zufuhrbohrung 84 über eine Kolbenpumpe 90 mit einem Gasbehälter 92, z.B. einem Sauerstoffbehälter, in Verbindung steht. Statt eines Nonergols kann auch ein nichthypergoler 1ehrkomponenten-Flüssigtreibstoff verwendet werden.
Durch Einschalten der Dosierpumpe 86 und der Kolbenpumpe 90 wird die Brennkammer 28 mit einer dosierten Flüssigtreibstoffmenge aus dem Tank 88 und einer dosierten Sauerstoffnenge aus dem Gasbehälter 92 befüllt. Hierdurch wird der Freiflugkolben 8 entsprechend der eingefüllten Gas- und Flüssigtreibstoffmenge entgegen dem Vorspanndruck in der Rückführkammer 20 ein kurzes Stück in Richtung der Flüssigkeitskammer 12 in eine Arbeitshub-Ausgangsstellung vorgeschoben, in der die Steuerkante 80 die Befüllkanäle 74 im kleineren Kolbenabschnitt 16 überwandert, so daß die Flüssigkeitskammer 12 von der Rückführkammer 20 getrennt wird. Diese Stellung des Freiflugkolbens 8 ist in Fig. 2 gezeigt.
Daraufhin wird das Steuerventil 52 geöffnet, so daß Druckwasser aus dem Hitteldruckspeicher 54 in die Druckkammer 46 einströmt, wodurch das Rückschlagventil 56 entgegen der Federkraft geschlossen und der Zündkolben 10 rasch in die in Fig. 2 gezeigte Kompressionslage vorgetrieben wird.
Durch den Kompressionshub des Zündkolbens 10 wird die in der Brennkammer 28 eingeschlossene Reaktionsrestgas- und Sauerstoffmenge adiabatisch komprimiert, während der Freiflugkolben 8 infolge seiner Eigenträgheit zunächst im wesentlichen stehenbleibt, und durch die adiabatische Gaskompression steigt die Temperatur in der Brennkammer so weit an, daB die gesamte Flüssigtreibstoffüllung thermisch ge- zündet wird und schlagartig durchreagiert, wobei der Sauerstoff nach Art einer Zündpeitsche reaktionssteigernd wirkt.
Da die Zufuhrbohrungen 82, 84 zu Beginn des Kompressionshubs von ciem kleineren Kolbenabschnitt 36 des Zündkolbens 10 überfahren wurden, wird ein Zurückschlagen der Treibstoffreaktion in die Behälter 88, 92 verhindert. Am Kompressionshubende wird der Zündkolben - wie bereits erwähnt - durch ein zwischen seiner Ringfläche 42 und der Ringwand 44 wirksames Hydraulikpolster dynamisch abgebremst und befindet sich dann in der in Fig. 2 gezeigten Lage.
Durch die schlagartige Treibstoffreaktion in der Brennkammer 28 entsteht eine Druckwelle extremer Flankensteilheit und Amplitude, die etwa Druckwerte zwischen 5000 und 7000 bar innerhalb weniger lIillisekunden erreicht. Unter der Einwirkung dieser Druckwelle, die sich über den Freiflugkolben 8 unter einer dem Verhältnis der Kolbenflächen 30, 76 entsprechenden Druckverstärkung in die Flüssigkeitskammer 12 fortpflanzt, wird die dort eingefüllte Wassermenge beim Arbeitshub des Freiflugkolbens 8 stoßartig über die Strahldüse 18 ausgetrieben. Dieses Wasserprojektil höchster Geschwindigkeit dient beispielsweise zum nicht-mechanischen uesteinsabbau.
Während des Arbeitstakts des Freiflugkolbens 8 ist der Zündkolben 10 durch die Rückschlagventile 50, 56 hydraulisch verriegelt, bis der Freiflugkolben 8 die Auspufföffnung 94 überfährt, woraufhin das expandierte Reaktionsgas aus der Brennkammer 28 entweicht und diese im wesentlichen drucklos wird. Da das Steuerventil 52 zwischenzeitlich geschlossen wurde, sinkt somit auch der Druck in der Druckkammer 46 so weit ab, daß das llücks1chla,ventil 56 unter Federkraft 10 geöffnet und der Zündkolben/unter der Wirkung des Vorspanndrucks in der Niederdruckkammer 38 wieder gegen die Anschläge 66 in die volle Rückhubstellung (Fig. 1) gefahren wird. in entsprechender Weise wird auch der Freiflugkolben 8 infolge der Wasserbedrückung der Rückführkammer 20 wieder in die in Fig. 1 gezeigte, volle Rückhubstellung gebracht, wobei eine über die Auspufföffnung 94 nicht aus Desto; ene Reaktionsgas-Restmenge in der Brennkammer 28 verbleibt, woraufhin die Flüssigkeitskammer 12 über die Kanäle 74 erneut mit Wasser gefüllt wird und ein neuer Arbeitstakt beginnen kann.
Zur Steuerung des Schaitventils 52 und der Pumpen bo und 90 entsprechend dem Arbeitstakt der Kolben 8 bzw. 10 können nicht gezeigte, auf den Druck in der Innenbohrung 6 ansprechende Druckfühler oder mechanische oder elektrische Schaltelemente, die seiner vorgegebenen Kolbenstellung ansprechen, vorgesehen sein. Die Treibstoffdosierung je Arbeitstakt wird so bemessen, daß die gesamte kinetische Energie des Freiflugkolbens £3 am Ende des Arbeitshubs, also wenn die Ringfläche 24 die Bohrungen 6b, 70 überläuft, durch das Ausschießen der abgegrenzten Wasseriilenge aus der Fldssigkeitskarnmer 12 verbraucht ist.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wasserpulskanone, deren grundsätzliche Bau- und Betriebsweise dem Ausführungsbeispiel gemäß @ een Fign. 1 und 2 entspricht; die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Bauteile sind daher in Fig. 3 durch das gleicne Bezugszeichen gekennzeichnet.
Gemäß Fig. 3, die die Wasserpulskanone 2 nach dem Befüllen der Brennkammer 28 mit Flüssigtreibstoff aus dem Treibstofftank 88 und mit Sauerstoff aus dem Gasbehälter 92 unmittelbar vor dem Kompressionshub des Zündkolbens 10 zeigt, wird jedoch auf eine kontinuierliche Wasserbedrückung der Kammern 20 und 38 zum Rückhub der Kolben 8 bzw. 10 verzichtet. Statt dessen sind diese Kammern über Entlüftungsbohrungen 96 bzw. 98 kontinuierlich ins Freie entlüftet, wobei die Bohrungen 96 und 98 jedoch ebenfalls wieder gegenüber den Ringwänden 26 bzw. 44 axial derart versetzt sind, dais der Frciflugkolben 8 am Ende seines Arbeitshubs DZW. oer Zündkolben 1 an am Ende seines Kompressionshubs durch ein nunmehr pneumatisches Strömungsmittelpolster dynamisch abgebremst wird, das zwischen der jeweiligen Kolbenringfläche 24 bzw. 42 und der entsprechenden Ringwand 26 bzw. 44 wirksam wird.
Zum erfüllen der Flüssigkeitskammer 12 unter gleichzeitiger Rückführung des Freiflugkolbens 8 in die volle Rückhublage dient eine am düsenseitigen Zylinderende angeordnete, umschaltbare Befüllvorrichtung 100 mit einem Querschieber 102, der in einem auf den Zylinder 4 aufgeschraubten Deckel 104 querverstellbar angeordnet ist und eine exzentrische Durchg.angsbohrung 106 sowie eine Mittelbohrung 108 aufweist, die über eine flexible Zuleitung 110 und eine Pumpe 112 an einen Wassertank 114 angeschlossen ist. Zum Umschalten des Querschiebers 102 dient ein doppelt wirkender Hydraulikmotor 116.
Die Flüssigkeitskammer 12 ist durch den kleineren Kolbenabschnitt 16 des Freiflugkolbens 8 kontinuierlich von der Kammer 20 getrennt, und nach dem Arbeitstakt des Freiflugkolbens 8, während dessen die exzentrische Durchgangsbojirung 106 des Querschiebers 102 fluchtend zur Strahldüse 1 ausgerichtet ist, wird der Querschieber 102 durch den Hydraulikmotor 116 umgeschaltet, so daß die Mittelbohrung 108 koaxial zur Strahldüse 18 liegt und die Flüssigkeitskammer 12 über die flexible Leitung 110 und die Pumpe 112 mit 11 iederdruckwasser aus dem Tank 114 unter gleichzeitiger Rückführung des Freiflugkolbens 8 in die volle Rücdiublage gefüllt wird. Danach wird der Hydraulikmotor 116 erneut in die in Fig. 3 gezeigte Lage umgeschaltet, so das sich der Freiflugkolben beim anschließenden Füllen der Brennkammer 28 mit der dosierten Flüssigtreibstoff-bzw. Sauerstoffmenge in die in Fig. 3 gezeigte Arbeits-Ausgangslage vorschiebt. Der Hydraulikmotor 116 wird entsprechend dem Arbeitstakt des Freiflugkolbens 8 wiederum durch Druckfuhler oder Positionsschalter gesteuert.
Fig. 3 zeigt ferner eine geringfügig abgewandelte Druckmittelsteuerung für den Zündkolben 10, wobei auf das Rückschlagventil 56 gemäß den Fign. 1 und 2 verzichtet wird und statt dessen die Druckkammer 46 kontinuierlich über eine Drossel 118 mit der Niederdruckzone 58 in Verbindung steht. Statt dessen kann für den Zündkolben 10 jedoch auch die Druckmittelsteuerung gemäß den Fign. 1 und 2 einschließlich des Rückschlagventils 56 gewählt werden, wobei in diesem Fall/ uauurcn In die volle Rückhublage gegen die Anschläge 66 gefahren wird, daß der Freiflugkolben 8 bei seinem Rückhub entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines in der Brennkammer 28 verbliebenen Restgaspolsters auf die kleinere Kolbenfläche 32 des Zündkolbens 10 einwirkt.
Gemäß Fig. 3 ist jedoch das Rückschlagventil 56 durch die Drossel 118 ersetzt, die so bemessen ist, daß beim Öffnen des Steuerventils 52 nur ein geringer Teil des Druckwassers aus dem Mitteldruckspeicher 54 zur Niederdruckzone entweicht, der weitaus größere Teii jedoch in die Druckkammer 46 einströmt und den Kolben 1rasch in die Kompressionslage vortreibt. Unter der Druckwirkung der heißen Treibgase nach der Treibstoffreaktion und dem Schließen des Steuerventils 52 wird dann der Zündkolben 10 in die volle Rückhub lage zurückgestellt, wobei die Rückhubbewegung jedoch durch die Drossel 118 dynamisch verlangsamt wird, so daß vor allem die hohe Druckspitze zu Beginn des Arbeitshubs des Freiflugkolbens 8 durch die abgebremste Rückhubbewegung des Zündkolbens 10 nur unwesentlich verringert wird.
Sollte der Freiflugkolben 10 nach dem Auspuffen der Reaktionsgase über die Auspufföffnung 94 noch nicht seine volle Rückhubstellung erreicht haben, so wird er beim nachfolgenden Rückhub des Freiflugkolbens 8 auf die oben beschriebene Weise vollständig in die in Fig. 3 gezeigte Stellung zurückgefahren.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird eine gewisse Rückschlagdämpfung erreicht und zumindest auf die kontinuierliche Wasserbedrückung der Niederdruckkammer 38 verzichtet.
Die Befüllung der Flüssigkeitskammer 12 und die Rückführung des Freiflugkolbens 8 kann jedoch wahlweise auch auf die gleiche Weise wie gemäß den Fign. 1 und 2 und unter Fortfall der Befüllvorrichtung 100 erfolgen.

Claims

Patentansprüche 1. Flüssigkeitspulskanone mit einem zwischen einer Brenn-und einer Flüssigkeitskammer in einer Zylinderbohrung beweglich angeordneten Freiflugkolben, der beim Arbeitshub durch die heißen Reaktionsgase einer jeweils in der Brennkammer gezündeten Treibstoffüllung angetrieben ist und auf eine abgegrenzte, in die Flüssigkeitskammer jeweils vor der Treibstoffzündung nachgefüllte Flüssigkeitsmenge unter Erzeugung eines Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahls einwirkt, g e k e n n z e i c h n e t durch adiabatische, die Zündung thermisch auslösende Kompression der Treibstoffüllung in der Brennkammer (28).
2. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß die Treibstoffüllung in der Brennkammer (28) aus Treibstoff und einer aus der Brennkammer nicht-ausgepufften Reaktionsgas-Restmenge besteht.
3. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Treibstoff zumindest eine gasförmige Treibstoffkomponente enthält.
4. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Treibstoff zumindest eine Flüssigtreibstoffkomponente enthält.
5. Flüssigkeitspulskanone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Zündkolben (10) zur adiabatischen Kompression der Treibstofffüllung bei im wesentlichen stillstehendern Freiflugkolben (8).
6. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 5, ge k c n n z e i ch -n e t durch einen oder mehrere, in die Brennkaiiiier (28) mündende, beim Kompressionshub des Zundkolbens (10) durch diesen zugesteuerte ireibstoffzufuhrbohrungen (82, 84).
7. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 5 oder a, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Zündkolben (10) als ungefesselter, mit seiner kleineren Kolbenfläche (32) der Brennkammer (28) zugekehrter Differenzdruckkolben ausgebildet und beim Kompressionshub durch ein in einem erweiterten Bohrungsabschnitt (40) auf die größere Zündkolbenfläche (48) einwirkendes Druckmittel angetrieben ist.
8. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 7, z e ic e n n -z e i c h n e t durch ein am Kompressionshubende zwischen der Ringfläche (42) des Zündkolbens (10) und einer dieser zugekehrten Gegenfläche (44) des erweiterten Bohrungsabschnitts (40) wirksames Strömungsmittelpolster.
9. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 7 oder 8, gek e n n -z e i c h n e t durch eine von der Ringfläche (42) des Zündkolbens (10) und dem erweiterten Bohrungsabschnitt (40) begrenzte Niederdruckkammer (38), die kontinuierlich mit einem den Rückhub des Zündkolbens bewirkenden Strömungsmittel bedrückt ist.
10. Flüssigkeitspulskanone nach einem der Ansprüche 5 bis 8, g e k e n n z e i c h n e t durch Rückführen des Zündkolbens (10) durch den Freiflugkolben (8), der bei seinem Rückhub unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines aus der Brennkammer nicht-ausgeschobenen Gaspolsters auf die brennkammerseitige Zündkolbenfläche (32) einwirkt.
11. Flüssigkeitspulskanone nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Zündkolben (10) beim Arbeitshub des Freiflugkolbens (8) hydraulisch verriegelt ist.
12. Flussigkeitspulskanone nach einem der Ansprüche 5 bis 10, da durch g e k e n n z e i ch n e t, daß der Zündkolben (10) unter der Wirkung der heißen Reaktionsgase aus der Kompressionslage zurückgeführt und beim Rückhub dynamisch abgebremst ist.
13. Flüssigkeitspulskanone nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gek e n n z e i c h n e t , daß die Rückhubbewegung des Zündkolbens (10) durch einen Anschlag (66) begrenzt ist.
14. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 13, dadurch g e -k e n n z e i c h ne t, daß die Rückhubbewegung des Freiflugkolbens (8) durch den am Anschlag (66) abgestützten Zündkolben (10) begrenzt ist.
15. Flüssigkeitspulskanone nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Zünd- und der Freiflugkolben (10, 8) koaxial zueinander und mit ihren einander zugekehrten Kolbenabschnitten (30, 54) in einem gemeinsamen, die Brennkammer (28) begrenzenden Bohrungsabschnitt (22) angeordnet sind.
16. Flüssigkeitspulskanone nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Freiflugkolben (8) durch die in der Rückhublage des Zündkolbens (10) in die Brennkammer (28) eingeführte, dosierte reibstoffmenge aus der vollen Rückführstellung in eine bis zur adiabatischen Treibstoffzündung gehaltene Ausgangsstellung in Richtung der Flüssigkeitskammer (12) vorschiebbar ist.
17. Flüssigkeitspulskanone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiflukolben (8) als ein mit seiner kleineren Kolbenfläche (76) der Flüssigkeitskammer (12) zugekehrter Differenzdruckkolben ausgebildet ist, der mit seiner Kolbenringfläche (24) eine zum Rückhub des Freiflugkolbens druckmittelbeaufschlagte Rückführkammer (20) begrenzt.
18. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 17, g e k e n n -z e i c h n e t durch ein am Arbeitshubende des Freiflugkolbens (8) zwischen dessen Ringfläche (24) und einer dieser zugekehrten Gegenfläche (26) der Rückführkammer (20) wirksames Strömungsmittelpolster.
19. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 17 oder 18 in Verbindung mit Anspruch 16, dadurch g e k e n n z e i ch n e t, daß die Rückführkammer (20) mit Betriebsflüssigkeit bespült und zur Flüssigkeitskammer (12) eine beim Vorschub des Freiflugkolbens (8) aus der vollen Rückführstellung in die Ausgangsstellung zugesteuerte Strömungsmittelverbindung (74, 80) zum Befüllen der Flüssigkeitskammer aufweist.
20. Flüssigkeitspulskanone nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelverbindung (74, 80) einen oder mehrere, im kleineren Kolbenabschnitt (16) von der Stirnfläche (76) zur Mantelfläche (78) des Freiflugkolbens (8) verlaufende Befüllkanäle (74) aufweist, die in der vollen Rückführstellung des Freiflugkolbens (8) zur Rückführkammer (20) geöffnet, beim Kolbenvorschub in die Ausgangsstellung jedoch zunehmend durch eine Steuerkante (80) eines ständig mit dem kleineren Kolbenabschnitt (16) zusammenwirkenden Bohrungsabschnitts (14) verschließbar sind.
21. Flüssigkeitspulskanone nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rückführkammer (20) kontinuierlich mit Flüssigkeit bedrückt ist.