DE2725896C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Geschütz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Geschütz ist aus der US-PS 37 63 739 bekannt.

Geschütze mit Verwendung von Ausgleichdüsen zur Annäherung an einen rückstoßfreien Betrieb sind an sich bekannt. In der US-PS 31 29 636 ist ein nicht mit flüssigem Treibmittel arbeitendes Geschütz beschrieben, bei dem an dem Geschoß ein Stopfen bzw. Ventilkörper befestigt ist, um vor der Bewegung des Geschosses entlang des Geschützrohrs die Ausgleichdüse zu sperren. Mit anderen Worten wird die Strömung der Verbrennungsabgase durch die Düse während der frühen Phasen des Verbrennungsvorgangs in diesem rückstoßfreien Geschütz gehemmt. Diese Hemmung bewirkt einen rascheren Druckanstieg und eine höhere Beschleunigung für das Geschoß. Der Stopfen ist jedoch an dem Geschoß befestigt und seine Hemmung oder Sperrwirkung tritt nur dann ein, wenn sich das Geschoß in der Nähe des Anfangsteils des Geschützrohrs befindet. Da das Geschoß eine sehr hohe Anfangsbeschleunigung besitzt, befindet sich der Stopfen nur während einer kurzen Anfangsperiode in der Umgebung der Düse.

Die eingangs genannte US-PS 37 63 739 beschreibt mit flüssigem Treibmittel arbeitende Schnellfeuer-Geschütze. Dort wird das Treibmittel radial von außen in eine Brennkammer gepumpt, in der ein zylindrischer Kolben über einen motorgetriebenen Nockenantrieb hin- und herbewegbar ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein rückstoßfreies Geschütz mit selbsttätig gesteuerter Reaktionswirkung zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Ausströmen der Verbrennungsgase durch die Rückstoßdüse über einen Hauptteil der Verbrennungsperiode gesteuert werden kann und dadurch ein besserer Ausgleich der Kräfte von Vorlauf und Rücklauf erzielt wird, um ein echtes rückstoßfreies Geschütz zu erhalten.

Insbesondere kann durch die Verwendung des Kolbens zur Verschiebung des Stopfens der Abgasstrom der Rückstoßdüse unabhängig vom Druck hinter dem Geschoß gemacht werden. Der Stopfen kann die effektive offene Fläche der Abgleichdüse unabhängig von dem raschen Druckanstieg steuern, welcher in der Brennkammer erforderlich ist. Im Betrieb kann zu Beginn die Rückstoßdüse geschlossen sein und dann mit dem allmählichen Druckaufbau langsam geöffnet werden und dann zu einem vorbestimmten Zeitpunkt einen rasch abnehmenden Öffnungsquerschnitt besitzen, wodurch ein rasch ansteigender Druckaufbau in der Brennkammer erzeugt wird, um die erforderliche Beschleunigung des Geschosses aus dem Geschützlauf zu erhalten, ohne dabei einen plötzlichen Anstieg in dem Gasaustritt durch die Rückstoßdüse zu bewirken, welcher eine Explosions- oder Schockwelle erzeugen würde. Hiermit wird eine Welle bezeichnet, welche in dem Volumen oder dem Bereich der Atmosphäre und das rückwärtige Teil des Geschützes herum erzeugt wird, wobei dieser Explosionsdruckbereich durch das rasche Einleiten des großen Abgasvolumens in diesen Bereich erzeugt wird. Die Steuerung der Geschwindigkeit des Einleitens dieses Gases bewirkt eine unmittelbare Steuerung der Stärke dieser Schockwelle und ihres Überdruckes.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Geschützes mit einem koaxialen Geschützrohr, einem rotationssymmetrischen Kolben und einer Rückstoßdüse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Geschützes mit einem Geschützrohr mit einem Munitions-Zufuhrmechanismus parallel zu einem Kolben und einer Rückstoßdüse.

Die Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Geschützes ähnlich dem Geschütz nach Fig. 2, welches mehrere Sätze von Kolben und Rückstoßdüsen besitzt, die in einer Kreisreihe koaxial zu einem Geschützrohr mit einem Munitionszuführungsmechanismus angeordnet sind.

Die Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei welchem der Kolben als Teil der Rückstoßdüse ausgeführt ist.

Die Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4.

Die Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist das Geschütz ein Geschützrohr 10 mit einem gezogenen Rohrlauf 12 und einer Kammer 14 auf zur Aufnahme eines Geschosses 16 mit einem Geschoßring oder Geschoßführungsband 18. Der Geschützlauf erstreckt sich nach rückwärts zur Bildung eines Zylinders 20 mit einer Bohrung 22, mit welcher über eine Schraubverbindung 24 eine Rückstoßdüse 26 verbunden ist, welche eine Engstelle 28 und eine Querwand 30 mit einer Anzahl von Längsbohrungen 32 besitzt, welche um eine mittlere Längsbohrung 34 herum angeordnet sind. Das Kopfteil 38 eines rotationssymmetrischen Kolbens 36 ist zur Hin- und Herbewegung in der Bohrung 22 gelagert und besitzt eine Kolbenstange 40, welche zur Hin- und Herbewegung in der Bohrung 34 gelagert ist. Der Kolbenkopf 38 besitzt eine Anzahl von Längsbohrungen 42, welche sich von der vorderen Fläche 44 mit relativ großem Querschnitt zur rückwärtigen Fläche 46 mit relativ kleiner Querschnittsfläche erstrecken. Die Kolbenstange 40 besitzt ein Längssackloch 48, das von der vorderen Fläche 44 aus nach rückwärts verläuft und an seinem rückwärtigen Ende durch eine Anzahl von Radialbohrungen 50 geschnitten wird. Das rückwärtige Ende der Kolbenstange 40 ist beispielsweise durch eine Schraubverbindung 52 mit einem länglichen ro­ tationssymmetrischen Stopfen oder Ventilkörper 54 verbunden, welcher zur Hin- und Herbewegung in der Engstelle 28 gelagert ist. Der Stopfen 54 kann von einem maximalen Durchmesser in einer Querebene 56 bis zu einem kleinsten Durchmesser in der Querebene 58 irgendeine gewünschte Längsform besitzen, so daß in Abhängigkeit von der Längsverstellung des Stopfens nach rückwärts aus der Stellung gemäß Fig. 2 ein minimaler offener ringförmiger Querschnitt (in Fig. 1 in der Querschnittsgröße Null gezeigt) an dem Knie 60 vorhanden ist, welche sich der entsprechend der Kolbenverschiebung bis zu einem maximal geöffneten Ringquerschnitt verändern kann. Eine Öffnung 62 in dem Zylinder 20 ist für den Eintritt des flüssigen Treibmittels vorgesehen, und eine vordere Öffnung 64 und eine rückwärtige Öffnung 66 dienen für entsprechende Zündquellen.

Der Kolbenkopf 38, die Wand 30 und die Bohrung 22 begrenzen eine Vorratskammer 70 für das flüssige Treibmittel. Der Kolbenkopf 38, die Bohrung 22 und das Geschoß 16 begrenzen eine vordere Brennkammer 72. Die Wand 30, die Engstelle 28 und der Stopfen 54 begrenzen eine rückwärtige Brennkammer 74. An dem Beginn eines Zyklus befindet sich der Kolbenkopf 38 in der rückwärtigen Stellung benachbart zur Wand 30. Ein Geschoß 16 wird in die Geschoßkammer 14 eingesetzt. Das flüssige Treibmittel wird unter Druck durch die Öffnung 62 eingegeben, beispielsweise durch ein nicht gezeigtes Ventil, zur fortschreitenden Verschiebung des Kolbenkopfes 38 nach vorne, wodurch das Volumen der Vorratskammer 70 vergrößert wird und die Volumina der vorderen und rückwärtigen Brennkammern 72, 74 verringert werden. Bei diesem Vorgang dringt eine geringe Menge des Treibmittels durch die Bohrungen 42 und 32 in die vordere und rückwärtige Brennkammer 72, 74 ein und dient als Zündmittel, welches anschließend durch Zündquellen gezündet wird, die durch die Öffnungen 64 und 66 betätigbar sind, nachdem der Kolbenkopf 38 seine am weitesten vorn liegende Stellung nach Fig. 1 erreicht hat. In dieser Stellung ist durch den Stopfen 54 die kleinste ringförmige Öffnung der Engstelle der Rückstoßdüse 26 eingestellt. Nach dem Zünden wirkt das Verbrennungsgas in der vorderen Brennkammer 72 auf den relativ großen Querschnitt der Fläche 44 des Kolbenkopfes 38 und beginnt den Kolben 36 nach rückwärts zu verschieben. Hierdurch wird durch die Bohrungen 42 und 32 weiteres Treibmittel injiziert. Zu diesem Zeitpunkt sind die rückwärtige und vordere Brennkammer 72, 74 ein praktisch geschlossenes System und der Brenngasdruck baut sich ohne Druckentlastung auf. Mit der Bewegung des Kolbens 36 mit dem Stopfen 54 nach rückwärts wird die Engstelle der Abgleichdüse 26 fortschreitend weiter geöffnet und gestattet, daß das Brenngas aus der vorderen Brennkammer 72 durch die Längsbohrung 48 und die Bohrungen 50 zusammen mit dem Brenngas, welches in der rückwärtigen Brennkammer 74 erzeugt wird, aus der Düse ausströmt.

Auf Wunsch können die Bohrungen 32 und 66 und die Verbrennung in der rückwärtigen Kammer 74 weggelassen werden, und der gesamte ausgleichende Gasstrom kann aus der vorderen Kammer 72 geliefert werden.

Es ist weiterhin zu beachten, daß der Kolben 36 infolge des Strömungswiderstandes des durch die Bohrungen 42 und 32 strömenden flüssigen Treibmittels, das für eine hydraulische Dämpfungsfunktion sorgt, eine viel geringere Beschleunigung und Geschwindigkeit besitzt, welche um eine Größenordnung oder mehr langsamer sind als die des Geschosses. Somit kann die Steuerung, die über die Rückstoßdüse 26 durch den Steuerkörper 54 auf den Kolben 36 ausgeübt wird, praktisch über nahezu die volle Zeit ausgedehnt werden, während welcher sich das Geschoß 16 in dem Geschützrohr 10 befindet.

Die Längsachse des Kolbens 36 kann für ein bequemeres Laden des Geschosses aus der Längsachse des Geschützrohrs verschoben werden wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Der Kolben 200 besitzt einen Kolbenkopf 202 mit Injektionsbohrungen 204. Er ist in einem Zylinder 206 gelagert und begrenzt eine Vorratskammer 206 für das flüssige Treibmittel und eine Brennkammer 208. Die Druckentlastung der Brennkammer erfolgt über eine Öffnung 210 in die Geschoß-Aufnahmekammer 212 hinter dem Geschoß 214 und vor dem Geschützverschluß 216. Der Verschluß wird durch einen konventionellen Betätigungsmechanismus 218 betätigt zum Ausstreifen des untersten Geschosses aus einer Kette von Geschossen 220, zum Laden des Geschosses und zum Verschließen der Kammer. Die Brennkammer besitzt auch noch eine Druckentspannung zu der Rückstoßdüse 222, welche koaxial zu dem Kolben 200 ist. Auf dem Kolben 200 ist ein Stopfen (Ventilkörper) 224 befestigt zur Verengung der Öffnung der Düse am Beginn des Verbrennungsvorgangs. Durch die nicht koaxiale Anordnung nach Fig. 2 wird ein Drehmoment erzeugt, das vermieden werden kann, wenn zwei oder mehr Sätze 250, 252 von Kolben und Rückstoßdüsen zur Erzeugung eines Kräfteausgleichs mit dem Geschützrohr 254 gemäß Fig. 3 vorgesehen werden.

Der rotationssymmetrische Kolben 300 kann als ein Teil der Rückstoßdüse gemäß Fig. 4 verwendet werden. Der Kolben 300 besitzt einen Kolbenkopf 302 mit Injektionsbohrungen 304, ist in einem Zylinder 306 gelagert und begrenzt eine Vorratskammer 308 für das flüssige Treibmittel und eine Brennkammer 310. Der Kolben besitzt eine Kolbenstange 312, welche in der Bohrung 314 einer Rückstoßdüse 316 gelagert ist, und weiterhin eine Längsbohrung 318 über die gesamte Länge des Kolbens, welcher in einer ersten Düse 320 endet. Die Druckentlastung der Brennkammer 310 erfolgt nach vorne durch die Bohrung 322 im Geschützrohr und nach rückwärts durch die Bohrung 318 des Kolbens, die erste Düse 320 und die Rückstoßdüse 316. Jedes Geschoß 326 ist mit einem nach rückwärts verlaufenden Stopfen 328 ausgestattet zur Absperrung der Bohrung 318 im Kolben beim Beginn der Verbrennung. In einem System, bei dem ein Spitzendruck von etwa 1400 bar in der Brennkammer erreicht wird, muß zunächst ein Zwischendruck von etwa 700 bar erreicht werden, bevor der Geschoßführungsring des Geschosses vollständig eingefurcht ist und sich das Geschoß merklich aus der Geschoßkammer nach vorne bewegt. Der Kolben 300 kann nach rückwärts gleiten, bevor dieser Zwischendruck erreicht wird, so daß vor dem Verlassen der Geschoßkammer durch das Geschoß eine fortschreitende Entwicklung des rückwärtigen Auslasses erfolgen kann. Diese Anordnung stellt eine Verbesserung gegenüber der vorbekannten Anordnung eines am rückwärtigen Ende des Geschosses angeordneten Stopfens dar, welcher sich in das feste Gehäuse einer Rückstoßdüse hinein erstreckt, da die vorbekannte Anordnung nur dann den Querschnitt der Düse verändern kann, wenn sich das Geschoß bewegt. In der hier beschriebenen Anordnung kann der Düsenquerschnitt verändert werden, wenn sich entweder der Kolben oder das Geschoß bewegt, bis zum Trennen dieser beiden Teile. Da es erforderlich sein kann, daß sich der Gasstrom über einer langen Zeitdauer vor irgendeiner Bewegung des Geschosses aufbaut, wird diese Anforderung durch die hier beschriebene Anordnung besser erfüllt als durch die vorbekannte Anordnung. Weiterhin ergibt die Anordnung gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung einen verbesserten ballistischen Wirkungsgrad. Der Stopfen ragt in das Niederdruckvolumen in und hinter der Düse hinein und verringert den Querschnitt der Grundplatte des Geschosses, welcher dem höheren Druck der Brennkammer ausgesetzt ist. Daher ist die Anfangskraft auf den Geschoßboden kleiner als in dem anderen Falle, in dem der Kammerdruck auf den vollen Querschnitt des Bodens ausgeübt wird. Auf diese Weise kann die anliegende Kraft unter den Wert gehalten werden, welcher zum Beginn der Bewegung des Geschosses durch den Lauf erforderlich ist und damit kann die Zeitdauer für die Steuerung des Düsenquerschnittes verlängert werden. Es ist möglich, das Geschoß so lange stationär zu halten, bis der Spitzendruck in der Kammer erreicht ist. Da die Kraft auf den Boden des Geschosses mit dem Herausziehen des Stopfens aus der Bohrung des Kolbens ansteigt, steigt die Beschleunigung des Geschosses rasch an. Ein schneller Anstieg der Beschleunigung ergibt eine größere mittlere Beschleunigung und damit eine höhere Geschwindigkeit des Geschosses.

Der Stopfen 400 kann gemäß Fig. 5 an dem Gehäuse 402 oder irgendeinem anderen Teil befestigt werden, welches während der Verbrennungsperiode stationär ist. Der rotationssymmetrische Kolben 404 wird als ein Teil der Rückstoßdüse benutzt. Der Kolben 404 besitzt einen Kolbenkopf 406 mit Injektionsbohrungen 408, ist in einem Zylinder 410 gelagert und begrenzt eine Vorratskammer 412 für das flüssige Treibmittel und eine Verbrennungskammer 414. Der Kolben besitzt die Kolbenstange 416, welche in der Bohrung 415 einer Rückstoßdüse 420 gelagert ist, und besitzt eine Längsbohrung 422, welche sich über die gesamte Länge des Kolbens erstreckt und als eine erste Düse dient. Eine Anzahl von Bohrungen bilden eine Strömung zwischen der Brennkammer und der Geschoßkammer. Die Entlastung des Gasdruckes in der Brennkammer geschieht nach vorne durch die Bohrungen 422 und nach rückwärts durch die Kolbenbohrung 422 und die Rückstoßdüse 420. Am Beginn der Verbrennung sperrt der Stopfen 400 die Kolbenbohrung 402. Die Querschnittsfläche der Bohrungen 424 kann verwendet werden zur Verringerung des Gasdruckes von der Brennkammer zur Geschoßkammer. Beispielsweise kann in der Brennkammer ein Spitzendruck von etwa 3500 bar zugelassen werden, während andererseits in der Geschoßkammer ein Spitzendruck von 700 bar zugelassen werden kann. Mit höherem Druck und schnellerer Verbrennungsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des Abgasstrahls größer und um so kleiner ist dann der Durchmesser des Abgasstrahls bei seinem Austritt aus der Rückstoßdüse in die Atmosphäre.

Der Stopfen auf dem Kolben kann zur komplexen Steuerung des Abgasstrahls nach Fig. 6 verwendet werden. Der rotationssymmetrische Kolben 500 besitzt einen Kolbenkopf 502 mit Injektionsbohrungen 504, ist in einem Zylinder 506 gelagert und begrenzt eine Vorratskammer 508 für das flüssige Treibmittel und eine Verbrennungskammer 510, welche zu einer Kammer 512 zur Aufnahme eines Geschosses 514 führen. Der Kolben besitzt eine Kolbenstange 516, die in einem Stopfen 518 endet und ein Sackloch 520 für die Strömungsmittelverbindung von der Brennkammer zu einer Anzahl von Radialbohrungen 522, und die Kolbenstange ist in einer Bohrung 524 gelagert, welche in einer Rückstoßdüse 526 mit einer rückwärtigen Engstelle 528 endet. Am Beginn der Verbrennung befindet sich der Kolben in seiner am weitesten vorn gelegenen Stellung, und die Bohrungen 522 sind durch die Wand der Bohrung 524 verschlossen. Eine Verschiebung des Kolbens und seines Stopfens nach rückwärts gestattet einen erhöhten Ausstoß von Abgas aus der Rückstoßdüse bis zur Annäherung des Stopfens an die Engstelle 528, wodurch die Strömung verringert wird.

Claims (10)

1. Geschütz mit einem Geschützrohr, einer Brennkammer, einer Vorratskammer für flüssiges Treibmittel, einen hin- und herbewegbaren Kolben (36), durch dessen Verschiebung flüssiges Treibmittel aus der Vorratskammer in die Brennkammer gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Kolbens (36) durch den Gasdruck in der Brennkammer (72) erfolgt, daß eine Rückstoßdüse (26) mit einem Ventil vorhanden ist und eine Strömungsmittelverbindung für die Verbrennungsgase zwischen der Brennkammer (72) und der Rückstoßdüse (26) besteht, und daß das Ventil in Abhängigkeit von der Kolbenstellung gesteuert wird.

2. Geschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (36) Treibmittel in eine zusätzliche Brennkammer (74) drückt, die am düsenseitigen Ende der Strömungsmittelverbindung angeordnet ist.

3. Geschütz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei symmetrisch um die Geschützrohrachse angeordnete Systeme (250, 252) aus einer Brennkammer (72), einer Vorratskammer (70) für das flüssige Reibmittel, einer Rückstoßdüse mit einem Ventil, einem Kolben und einem Ventilkörper vorgesehen und zusätzliche Strömungsmittelverbindungen zwischen den zusätzlichen Systemen und der Geschoßaufnahmekammer (212) hergestellt sind, wobei die Rückstoßdüsen im Abstand zueinander angeordnet sind und ihre Längsachsen parallel zur Längsachse des Geschützlaufs (254) verlaufen.

4. Geschütz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Systeme (250, 252) und des Geschützrohres (254) praktisch in einer Ebene liegen.

5. Geschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (36) eine Längsbohrung (48) aufweist, die die Strömungsmittelverbindung zwischen der Brennkammer (72) und der Rückstoßdüse herstellt.

6. Geschütz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil durch einen an dem Geschoß (326) befestigten Ventilkörper (328) gebildet wird, der in die Kolbenbohrung (318) hineinragt, wobei der Kolben (300) von dem Ventilkörper (328) aus nach rückwärts bewegbar ist, bevor sich das Geschoß (326) in dem Geschützlauf nach vorne bewegt.

7. Geschütz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil durch einen stationär am Gehäuse befestigten Ventilkörper (400) gebildet wird, der in die Längsbohrung (422) des Kolbens (404) hineinragt.

8. Geschütz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern und die Kolben koaxial zueinander sind.

9. Geschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (36) und das Geschützrohr (10) koaxial zueinander sind.

10. Geschütz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Düse (320) am Ende der Kolbenbohrung angeordnet ist, die nach Verschiebung des Kolbens (300) mit der Rückstoßdüse (316) zusammenarbeitet.