DE3000460C1

DE3000460C1 - Mit flüssigem Treibmittel betreibbares Gewehr

Info

Publication number: DE3000460C1
Application number: DE19803000460
Authority: DE
Inventors: Eugene Ashley
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-01-08
Filing date: 1980-01-08
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2000-01-09
Also published as: US4603615A; IT8019776A0; IT1141191B; GB2175378A; GB2175378B; FR2591732A1; SE7910584L; SE447753B; FR2591732B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit flüssigem Treib mittel betreibbares Gewehr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Gewehr ist aus der US-PS 4 043 248 bekannt. Bei diesem Gewehr wird ein Ringkolben verwendet, der kontinuierlich Flüssigkeit in eine vordere Verbrennungs kammer und eine hintere Verbrennungskammer pumpt, wenn sich das Geschoß längs der Abschußbohrung bewegt.

Auch aus der US-PS 4 069 739 ist ein Waffensystem bekannt, bei dem ein flüssiges Treibmittel Anwendung findet. Die ses Waffensystem umfaßt ein rückstoßfreies Gewehr mit einer ummantelten, vorgeladenen Patrone, die eine berst fähige Membran und einen Ringkolben zum kontinuierlichen Pumpen von Flüssigkeit in die Verbrennungskammer beim Vor wärtsbewegen des Geschosses längs der Abschußbohrung ent hält.

In den meisten bekannten Gewehren mit flüssigem Treib mittel ist ein Überdruckventil erforderlich, damit ver hindert wird, daß das flüssige Treibmittel während des Füllvorgangs durch die Einspritzöffnungen strömt. Es kön nen herkömmliche federbelastete Teller benutzt werden, doch erfordert die Erzielung eines großen Flüssigkeits strömungsquerschnitts eine große Anzahl von Tellern. Dies bedingt einen komplizierten Aufbau, und eine strukturelle Festigkeit kann nur mit Schwierigkeiten beibehalten wer den.

Die Verwendung ineinanderliegender Ringe in Herzventilen oder Kompressorventilen zeigen die US-PSen 3 134 399, 3 378 029, 3 536 094, 3 898 999 und 3 999 989.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit flüssi gem Treibmittel betreibbares Gewehr zu schaffen, bei dem die Durchströmöffnungen im Differentialkolben große Durchflußmengen in der einen Strömungsrichtung und kei nen Durchfluß in der anderen Strömungsrichtung zuläßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshal ber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen seitlichen Längsschnitt eines nach der Erfindung ausgebildeten Gewehrs, wobei die Anordnung der Teile vor dem Laden des Gewehrs mit flüssigem Treibmittel dargestellt ist,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 1, wobei die Anordnung der Teile während des Ladens des Gewehr mit flüssigem Treibmittel dargestellt ist,

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 1, wobei die Anordnung der Teile nach dem Laden und in Bereitschaft zum Feuern dargestellt ist,

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 1, wobei die Anordnung der Teile während des Feuerns darge stellt ist,

Fig. 5 eine schematische Teilansicht zur Erläuterung des grundlegenden Konstruktionsprinzips des Differen tialkolbens im Gewehr von Fig. 1 mit Winkelringen und einer zentralen Kolbenstange,

Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 5, wobei die Anordnung der Teile dargestellt ist, wenn flüs siges Treibmittel durch den Kolbenkopf strömen kann,

Fig. 7 eine schematische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Kolbens mit einer Hülse anstelle der zentralen Kolbenstange,

Fig. 8 eine schematische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform des Kolbens, mit Ringen mit ebenen Flächen,

Fig. 9 und 10 schematische Teilansichten einer weiteren Ausführungsform des Kolbens mit Winkelringen mit unterbrochenen Ansätzen,

Fig. 11 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 9, wobei die Anordnung der Teile dargestellt ist, wenn eine Strömung durch den Kopf des Kolbens möglich ist,

Fig. 12 eine schematische Teilansicht einer weiteren Auführungsform des Kolbens mit ebenen Ringen mit unterbrochenen Ansätzen,

Fig. 13 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 12, wobei die Anordnung der Teile dargestellt ist, wenn eine Strömung durch den Kopf des Kolbens möglich ist,

Fig. 14 eine schematische Ansicht einer ersten Steuer stabtechnik und

Fig. 15 eine schematische Ansicht einer zweiten Steuer stabtechnik.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein mit flüssigem Treibmittel arbeitendes rückstoßfreies Gewehr dargestellt, bei dem ein Differentialkolben nach der Erfindung benutzt wird. Das Gewehr besteht aus einer Schloßanordnung 8 mit einer Kammer 10, die das Geschoß vor dem Abfeuern auf nimmt, und ein Schubreaktionssystem 14 hinter der Ge schoßkammer 10. Vor der Geschoßkammer ist an der Schloßanordnung ein Gewehrlauf 16 befestigt. Die Ge schoßkammer ist hier als ein sich drehender Block 18 mit einer vorderen Ringdichtung 20 und einer hinteren Ringdichtung 22 dargestellt. Ein Geschoßladesystem 24 führt der Geschoßkammer 10 nacheinander Geschosse zu.

Das Schubreaktionssystem 14 enthält einen Buchsenkol ben 26, der als Kolbenkopf ein aus konzentrischen Ringen gebildetes Einspritzsystem 28 enthält. Die hier darge stellte Ausführungform des Einspritzsystems macht von ineinandergreifenden Absätzen oder Zähnen zum Festhalten der Ringe in ineinandergefügten Zustand und zum Be grenzen der Relativbewegung zwischen benachbarten Ringen Gebrauch. Der Buchsenkolben 26 wird von einem Mittelständer 30 getragen, und er gleitet bezüglich dieses Mittelständers. Der Mittelständer ist mittels mehrerer radialer Streben 32 an der Längsachse der Rückstoßdüse 34 des Schubreaktionssystems befestigt. Der Ständer enthält mehrere Kanäle 36 zum Zuführen von flüssigem Treibmittel in eine Pumpkammer 35 zwischen dem Kolbenkopf 28 und dem Vorderende des Ständers, der außerdem ein Rückschlagventil 40 enthält. Das Rückschlagventil enthält einen Kopf 41, der mittels eines Rohrstabs 42 mit einem Kolben 44 gekoppelt ist, der in einem Zylinder 46 arbeitet. Außerdem enthält der Ständer einen Kanal 48 zum Zuführen von Flüssigkeitsdruck in den Zylinder auf der Kolbenrück seite. Vor dem Kolben ist eine Druck-Schraubenfeder 50 in dem Zylinder angeordnet. Der Zylinder enthält ferner einen Steuerstab 52, der in der zentralen Längsbohrung des Rückschlagventils angebracht ist; das Vorderende dieses Steuerstabs ist mit dem Ein spritzsystem 28 gekoppelt, und sein hinteres Ende ist an einem Kolben 54 befestigt, der in einem Zylin der 56 arbeitet; in diesem Zylinder befindet sich ein Vorwärtsanschlag 58 und ein Kanal 60 zum Einleiten von Strömungsmitteldruck vor dem Kolben 54.

Ein Zündsystem 62 mündet in eine Verbrennungskammer 64, die hinter der Geschoßkammer 18 und vor dem Einspritz system 28 liegt. Das Zündsystem kann irgendeine geeig nete Vorrichtung zum Zuführen eines heißen, unter hohem Druck stehenden Gases zur Auslösung der Wirkung des Regenerativkolbens, beispielsweise eine austausch bare pyrotechnische Vorrichtung, sein; es kann sich dabei auch um eine Vorrichtung zum dosierten Zuführen einer kleinen Menge eines flüssigen Treibmittels und zum Zünden dieses Treibmittels handeln, wie in der US-PS 3 763 739 dargestellt ist.

Das Einspritzsystem 28 dient sowohl als Kopf des Dif ferentialkolbens und als Tellerventil. Während des Feuerabschnitts des Betriebszyklus des Gewehrs muß das Einspritzsystem flüssiges Treibmittel aus der Pumpkammer in die Verbrennungskammer strömen lassen. Während des restlichen Abschnitts des Betriebszyklus muß dieser Strömungsweg versperrt sein.

In Fig. 5 ist eine erste Ausführungsform des Einspritz systems mit einer Konstruktion aus konzentrischen Ringen dargestellt. Der aus konzentrischen Ringen aufgebaute Kolbenkopf wird von einer in der Mitte verlaufenden Kol benstange 100 getragen. Der Kolbenkopf besteht aus einer Reihe von Ringen, mit jeweils einem nach vorne gerichteten Winkelventilsitz 104, wie er insbesondere in der US-PS 3 782 241 dargestellt ist. Diese Anordnung ermöglicht eine ebene und undurchdringliche Ausgestaltung der Hinterfläche des Kolbenkopfs, wenn die Ringe ineinan dergefügt sind. Jeder Ring weist auch eine ringförmige Vorderschulter 106 und eine Hinterschulter 110 auf; die Vorderschulter ist mit einer Reihe von Längs löchern 108 versehen, die in einer Ringreihe angeordnet sind. Zwischen die Schulter 106 jedes Rings und die Schulter 110 des nächsten benachbarten Rings ist eine schematisch dargestellte ringförmige Druckfeder 112 eingefügt. Jede Druckfeder drückt den äußeren Ring relativ zum nächsten inneren Ring nach hinten, so daß angrenzende Ventilsitze in Kontakt gebracht werden. Es können gewählte Beilagscheiben, gasgefüllte O- Ringe oder Belleville-Dichtungsscheiben benutzt werden. Mittels einer Mutter 114 ist der innerste Ring an der Kolbenstange 100 befestigt. Jeder Ring kann jede ge wünschte Anzahl und jede beliebige Art von Ein spritzlöchern 108 enthalten.

Wenn im Betriebszustand Flüssigkeit zur hinteren, in Fig. 5 links liegenden Fläche des Kolbenkopfes gelangt, halten die Federn die Ventilsitze geschlossen, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Die Federn müssen stark genug sein, dem Fülldruck zu widerstehen, ohne daß sich die Ringe trennen. Die Federn müssen zu diesem Zweck vorgespannt sein. Nach dem Zünden erzeugt der auf die vordere, rechts liegende Fläche des Kolbenkopfs wirkende Druck eine ausreichend hohe Kraft zur Über windung der Vorspannungskräfte der Federn, so daß die Ringe beginnen, sich zu trennen und die Ventilsitze abzuheben, so daß das flüssige Treibmittel durch diese Lücken und aus den Einspritzlöchern strömen kann. Wenn die volle Strömung hergestellt ist, nimmt der Kolbenkopf die in Fig. 6 dargestellte Form an.

In Fig. 7 ist eine zweite Ausführungsform eines Einspritz systems, dargestellt, bei dem als Rückhalteglied anstelle der zentralen Kolbenstange 100 von Fig. 5 eine Außenbuchse 200 verwendet wird. Der Winkel der Ventilsitze 102, 104 verläuft dabei spiegelbildlich zu dem in Fig. 5 ange wendeten Winkel, und die Schultern 106, 110 sind nach außen gerichtet. Das mit der Buchse versehene System arbeitet ebenso wie das mit der zentralen Kolbenstange versehene System von Fig. 5. Der Vorteil der Außenbuchse besteht darin, daß der Ringumfang mit der von Ring zu Ring anwachsenden kumulativen Belastung zunimmt. Die Festigkeit des Eingriffs von Ring zu Ring ist leichter aufrechtzuerhalten. Bei der zentralen Kolbenstange muß dagegen die größte kumulative Belastung am Ort des kleinsten Durchmessers, dem Durchmesser der Kolben stange aufgenommen werden.

In den Fig. 5 und 7 sind Ringe mit winkelförmigen oder konischen Dichtflächen dargestellt worden. Wenn die Hinterfläche des Kolbenkopfs anstelle der ebenen Ausführung abgestuft ausgeführt werden kann, dann können Ringe mit ebenen Dichtflächen 302, 304 wie in der in Fig. 8 dargestellten dritten Ausführungsform benutzt werden.

Die in den Fig. 5, 7 und 8 dargestellten Ringe können nicht voneinander getrennt werden, und die Ringschulter 106 muß an ihren jeweiligen Ring angefügt werden, wenn die Baugruppe der Ringe und Federn zusammengefügt wird. Dies wird z. B. dadurch erzielt, daß die Schulter und der Ring mit Gewinde versehen werden oder daß gelötet wird. Es können auch Ringe mit Schultern verwendet werden, die von im Abstand voneinanderliegenden Ansätzen ge bildet sind, wobei die Ansätze an einer Schulter durch die Lücken der benachbarten Schulter geführt und dann zur Erzielung der Verriegelung verdreht werden. In den Fig. 9 und 10 ist eine vierte Ausführungsform des Einspritzsystems mit einer zentralen Kolbenstange 400 und mit Ringen mit Ansätzen 402 und Lücken 404 darge stellt. Es sind zwei der Ringe ineinandergefügt darge stellt. Die Vorsprünge und Lücken sind als Teilnuten oder als Zahnradzähne ausgebildet. Die Lücken dürfen zwar nie schmaler als die Ansätze sein, die sie hin durchlassen, doch können sie breiter sein. Die Lücken dienen als Einspritzlöcher, und die Strömungsmenge des flüssigen Treibmittels hängt von ihrer Quer schnittsfläche ab. Es erfolgt eine zentrale Einwirkung auf die Ringe, und sie werden dann um eine halbe Zahnteilung gedreht; eine Verriegelung der Ringe erfolgt mittels eines Stifts 406, der durch eine Bohrung 408 ragt, die durch beide Ringe führt. Dar Stift ist an einem Ringbefestigt und am anderen Ring frei, damit eine relative Längsbewegung ermöglicht wird, wie Fig. 11 zeigt.

In den Fig. 12 und 13 ist eine fünfte Ausführungsform des Einspritzsystems dargestellt, bei dem eine zentrale Kolbenstange 500 und ebene Ringe 501 mit Ansätzen und Lücken angewendet werden.

Durch Verändern der Querschnittsfläche der Einspritz öffnungen und der in jedem Ring wirksamen Federkraft kann ein progressives oder aufeinanderfolgendes Öffnen der Strömungsdurchführungen erzielt werden. Auf diese Weise kann die Strömung schrittweise erhöht werden, wenn der Druck zunimmt. Eine kleine Flüssigkeitsein spritzung zur Zündung kann dadurch erzeugt werden, daß eine Feder hinter einigen Löchern ziemlich schwach aus gebildet wird.

Nach Fig. 14 können die einzelnen Federn durch ein Steuer verfahren zum Steuern der Position der konzentrischen Ringe während des Füllens und des Feuerns ersetzt werden. Die Federn sind dabei weggelassen, und der Steuerstab ermöglicht ein genau dosiertes Zuführen der Treib flüssigkeitsladung durch Vorsehen eines Anschlags zur Beendigung der Bewegung der Ringe. Der Steuer stab 502 wird pneumatisch, hydraulisch oder auch durch Treibmitteldruck hinter dem Kolbenkopf 504 in einem Zylinder 506 nach hinten gehalten. Die ineinander gefüllten Ringelemente 508 einschließlich des inneren Ringelements 510, das am Vorderende des Steuerstabs befestigt ist und das äußere Ringelement 512, das sich als Buchsenkolben in einen Zylinder 514 erstreckt, dessen Hinterende zum Atmosphärendruck offen ist, dienen als der Einspritz-Differentialdruck-Kolbenkopf. Die Quer schnittsfläche des Ringelements 507 sorgt für die Haupt differenz zwischen der Querschnittsfläche der vorne liegenden Brennkammerfläche des Kolbenkopfs und der Querschnittsfläche der hinten liegenden Pumpkammer fläche des Kolbenkopfs. Die Querschnittsfläche des Steuerstabs 502 bildet eine kleine Differenz. Wenn das Treibmittel durch das Rückschlagventil 502 eindringt, versucht das mittlere Ringelement hinten zu bleiben und alle anderen ineinandergefügten Ringelemente hinten zu halten. Der Druck des eindringenden Treibmittels wirkt der vom Kolbenkopf 504 ausgeübten Kraft ent gegen, so daß die ineinandergefügten Ringelemente noch fester dichtend zusammengehalten werden. Wenn die Gesamtkraft aller Ringelemente die Rückhalte kraft des Kolbenkopfs überschreitet, beginnt die Anordnung aus den ineinandergefügten Ringelementen, sich nach vorne zu bewegen. Die Rückhaltekraft muß immer noch groß genug sein, alle Ringelemente zusammenzuhalten. Eine zu kleine Rückhaltekraft könnte einigen oder allen Ringelementen ermöglichen, sich voneinander zu trennen. Tatsächlich muß die Rückhaltekraft die Summe der Trägheits- und Reibungs kräfte aller Ringelemente mit Ausnahme des mittleren Elements überschreiten, damit ein vorzeitiges Öffnen der Anordnung verhindert wird. Wenn der Steuerstab seine vordere Grenzposition erreicht, kann der Druck unbegrenzt lange anhalten. Der gefüllte Kolben wartet dann darauf, daß der Kammerdruck die Zündwirkung aus löst. Eine Dämpfung ergibt sich, wenn sich der Kolben seiner vorderen Grenzposition nähert.

Ein ähnliches Steuerverfahren kann nach Fig. 15 auf eine herkömmliche Kolbenkonstruktion mit einem Mittel stab 600 angewendet werden. Die Hauptdifferenz der Querschnittsflächen wird hier vom Mittelstab 60 erzeugt, während die kleine Differenz von Steuerstäben 602 erzeugt wird.

Bei den beiden in Fig. 14 und Fig. 15 dargestellten Anordnungen verursacht der auf die Ringelemente ein wirkende Differenzdruck ein enges Zusammenfügen dieser Elemente und ein Abdichten des Einspritzkopfs, wenn sich dieser Einspritzkopf unter Reduzierung des Volumens der Pumpkammer unter dem Einfluß der Differenz der Drücke auf den Vorder- und Hinterflächen des Einspritz kopfs nach hinten bewegt, nachdem die Buchse 514 oder der Stab 600 die hintere Grenze der Bewegung erreicht haben.

Es ist zu erkennen, daß die beschriebene Konstruktion mit konzentrischen Ringelementen relativ einfach aufgebaut ist und ohne getrennte Tellerventile auskommt, wobei sich ein Einspritz-Differentialdruck-Kolbenkopf ergibt, der während des Füllens der Pumpkammer abgedichtet werden kann und trotzdem einen großen Strömungsquer schnitt während des Einspritzhubs ermöglicht. Das beschriebene Verfahren mit Steuerstab macht einzelne Rückkehrfedern zwischen den Ringelementen überflüssig, ergibt eine Dämpfung am Ende des Füllhubs und ergibt ein einfaches Verfahren zum dosierten Zuführen der Treibladung in die Pumpkammer.

Claims

1. Mit flüssigem Treibmittel betreibbares Gewehr mit einer Pumpkammer zum Aufnehmen des flüssigen Treibmittels und einem mit Durchströmöffnungen zwischen der Pumpkammer und einer Verbrennungskammer versehenen Differential kolben, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Differentialkolbens (26) durch mehrere zur Kolbenachse koaxial angeordnete Ringe und eine Mittelscheibe gebildet ist und daß die Ringe und die Mittelscheibe an ihren zu einander benachbarten Flächen so gestaltet sind, daß sie sich ineinanderfügen und sich in der vom Geschoß abge wandten Richtung unter Abdichtung der Durchströmöffnungen gegenseitig abstützen, während sie in der entgegengesetz ten Richtung unter Freigabe der Durchtrittsöffnungen axial bewegbar sind.

2. Gewehr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der zueinander benachbarten Flächen der Ringe und der Mittelscheibe jeweils eine erste Dichtfläche und eine erste Reihe von Zähnen angebracht sind und daß an der anderen der zueinander benachbarten Flächen der Ringe und der Mittelscheibe zweite Dichtflächen und eine zweite Reihe von Zähnen angebracht sind, wobei die Zähne der ersten Reihe so angeordnet sind, daß sie in Längsrichtung zwischen die Zähne der zweiten Reihe passen und in Quer richtung in der gleichen Linie mit den Zähnen der zweiten Reihe liegen.

3. Gewehr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reihe von Zähnen jeweils am Innenumfang der Ringe angebracht sind.

4. Gewehr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den jeweiligen Ringen die erste Reihe von Zähnen in Längsrichtung im Abstand von der zweiten Reihe von Zähnen liegt.