DE3209934A1 - Elektromagnetische abschussvorrichtung fuer projektile - Google Patents
Elektromagnetische abschussvorrichtung fuer projektileInfo
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- F41B6/00—Electromagnetic launchers ; Plasma-actuated launchers
- F41B6/006—Rail launchers
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Description
- 6 - WS3O9P - 2450
Elektromagnetische Abschußvorrichtung für Projektile
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Abschußvorrichtung für Projektile nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Um die gegenwärtigen Zielvorstellungen von Geschwindigkeit und Nutzlast mit einem einzigen Paar von parallelen Schienen zu erreichen, sind bei einer bestimmten Anwendung mit hoher Geschwindigkeit ultrastarke Ströme im Bereich von 1,5 Mio Ampere erforderlich. Die Erzeugung und Handhabung derartiger Ströme ist technisch schwierig.
Um die gegenwärtigen Zielvorstellungen von Geschwindigkeit und Nutzlast mit einem einzigen Paar von parallelen Schienen zu erreichen, sind bei einer bestimmten Anwendung mit hoher Geschwindigkeit ultrastarke Ströme im Bereich von 1,5 Mio Ampere erforderlich. Die Erzeugung und Handhabung derartiger Ströme ist technisch schwierig.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine elektromagnetische Abschußvorrichtung der eingangs
genannten Art anzugeben, die zur Erzielung einer bestimmten Endgeschwindigkeit der Projektile einen möglichst geringen
Strombedarf aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst; Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die hier vorgeschlagene Abschußvorrichtung erfordert bei gleichem Energietransfer zum Projektil geringere Ströme
als die herkömmlichen Vorrichtungen; dies hat wiederum zur Folge, daß die Erwärmung der Abschußschienen beträchtlich
reduziert ist, daß leichtere Kontaktstücke (Anker) zwischen den Schienen verwendet werden können, sodaß sich
die Nutzlast erhöht, daß kleinere Induktionsspulen und Homopolarmaschinen mit weniger Kontaktbürsten eingesetzt
werden
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- 7. - WS3O9P - 2450
werden können und insgesamt der Wirkungsgrad beim Umsetzen der ursprünglich gespeicherten kinetischen Energie in die
kinetische Energie des Projektils steigt. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1 eine schematische Darstellung einer elektromagnetischen
Abschußvorrichtung für Projektile nach der Erfindung;
10
10
Fig.2 eine schematxsche Darstellung einer weiteren Ausführungsform;
und
Fig.3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig.2.
15
Fig.1 zeigt eine elektromagnetische Abschußvorrichtung für
Projektile mit einer ersten leitfähigen Schiene (erster Leiter) 1, einer dazu parallelen zweiten leitfähigen Schiene
(zweiter Leiter) 2, einem zum zweiten Leiter parallel und benachbart liegenden dritten Leiter 3, der elektrisch
mit einem Ende des ersten Leiters 1 verbunden ist und einem parallel und benachbart zum ersten Leiter 1 liegenden Leiter
4, der elektrisch mit einem Ende des zweiten Leiters 2 verbunden ist. Der erste und vierte Leiter sind voneinander
elektrisch durch einen Isolierstreifen 5 oder andere elektrische Isoliermittel isoliert, der zweite und dritte
Leiter in ähnlicher Weise durch Isolierstreifen 5.
Ein Verbindungsstück (Anker) 9 ist zwischen der ersten und zweiten leitfähigen Schiene 1 und 2 verschiebbar angeordnet
und trägt ein Projektil 11, das von einem Ende der ersten und zweiten Schienen *u deren anderem Ende beschleunigt
werden soll, d.h. vom Verschluß bis zur Mündung dieser elektromagnetischen Kanone also in Fig.1 von links nach
rechts.
-8. - WS3O9P - 2450
rechts. Der Anker 9 besteht vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Kupferblechen 13, deren Endstücke in Kontakt
mit den leitfähigen Schienen 1 und 2 treten und entgegen
der Bewegungsrichtung gebogen sind. Die abgebogenen Endstücke liefern einen guten elektrischen Kontakt, wenn Anker 9 und Projektil 11 von einem Ende zum anderen der ersten
und zweiten leitfähigen Schienen laufen. Obwohl vorzugsweise Kupferanker verwendet werden, können selbstverständlich
auch andere Arten von Ankern zur Beschleunigung des Projektils und zur Stromführung zwischen den
Leitern 1 und 2 Anwendung finden, beispielsweise solche, die als Teil des Projektils ausgebildet sind oder ein Lichtbogen.
Die leitfähigen Schienen 1 und 2 weisen beide an ihrem einen Ende einen Isolierstreifen 15 auf (am linken Ende in Pig.1), um den Anker 9 elektrisch von den Leitern 1 und zu isolieren, wenn er sich an diesem Ende (dem Verschlußstück) befindet. An diesem Ende der Schienen 1 und 2 ist weiter eine pneumatische, hydraulische^mit Sprengsätzen .
Die leitfähigen Schienen 1 und 2 weisen beide an ihrem einen Ende einen Isolierstreifen 15 auf (am linken Ende in Pig.1), um den Anker 9 elektrisch von den Leitern 1 und zu isolieren, wenn er sich an diesem Ende (dem Verschlußstück) befindet. An diesem Ende der Schienen 1 und 2 ist weiter eine pneumatische, hydraulische^mit Sprengsätzen .
versehene, elektromagnetische oder mechanische Vorrichtung 17 angebracht, mit der Anker 9 in Bewegung gesetzt
werden kann, um ihn zum leitfähigen Teil der Schienen 1 und 2 zu bringen.
Am anderen Ende (der Mündung) der leitfähigen Schienen 1 und 2 (dem rechten Ende in Fig.1) ist eine Quelle für einen starken Gleichstrom vorgesehen, mit einem Homopolargenerator 21 oder einer anderen Stromquelle, einer Induktionsspule 23 und einem Schalter 25, die in Serie geschaltet sind. Ein Anschluß der Stromquelle ist mit dem dritten Leiter 3 an dessem jenseitigen Ende verbunden, r'er andere Anschluß der Stromquelle mit dem vierten Leiter 4 an dessem jenseitigen Ende. Eine Verbindung 31 (Kurzschlußverbindung) verbindet den dritten Leiter 3 mit dem ersten
Am anderen Ende (der Mündung) der leitfähigen Schienen 1 und 2 (dem rechten Ende in Fig.1) ist eine Quelle für einen starken Gleichstrom vorgesehen, mit einem Homopolargenerator 21 oder einer anderen Stromquelle, einer Induktionsspule 23 und einem Schalter 25, die in Serie geschaltet sind. Ein Anschluß der Stromquelle ist mit dem dritten Leiter 3 an dessem jenseitigen Ende verbunden, r'er andere Anschluß der Stromquelle mit dem vierten Leiter 4 an dessem jenseitigen Ende. Eine Verbindung 31 (Kurzschlußverbindung) verbindet den dritten Leiter 3 mit dem ersten
Leiter 1
- 9. - WS3O9P - 2450
Leiter 1 an dessen anderem Ende und eine Verbindung 42
(Kürzschluß) verbindet den vierten Leiter 4 mit dem zweiten Leiter 2 an dessen anderem Ende. Eine Vorrichtung 43
zur Unterbrechung des Stromkreises, die beispielsweise eine parallelgeschaltete Sicherung 45 oder einen anderen Unterbrecher
enthält, mit dem sehr starke Ströme mit Werten von 1 bis 1,5 Mio Ampere unterbrochen werden können, ist an die
Enden der Leiter 1 und 2 angeschlossen. Die Vorrichtung 43 zur Unterbrechung des Stromkreises ist
mit der Einrichtung 17 sychronisiert, die Anker 9 in Bewegung setzt, sodaß beide gleichzeitig betätigt werden
können.
Fig.2 zeigt die schematische Darstellung einer Abschußvorrichtung
für Projektile mit den parallel zueinander angeordneten Schienen 1 und 2 und mit einer Einrichtung 47, in
der ein Lichtbogen erzeugt wird und das Projektil 11
von einem Ende der Schienen 1 und 2 zum anderen beschleunigt wird. Die Einrichtung 47 zur Erzeugung eines Lichtbogens
und zur Beschleunigung des Projektils enthält einen Zünddraht oder eine Sicherung 49, die den Stromfluß zwischen
den Schienen 1 und 2 einleitet, sich auflöst und dabei ein ionisiertes Plasma oder einen Lichtbogen bildet, durch
den weiterhin ein Stromfluß zwischen den Schienen 1 und aufrechterhalten wird; außerdem ist in der Einrichtung
ein elektrisch isolierender, abschmelzbarer Führungsring vorgesehen, der zwischen dem Zünddraht 49 oder dem Lichtbogen
und Projektil 11 angeordnet ist, um das Projektil vor dem Lichtbogen zu führen und es von einem Ende der
Schienen 1 und 2 zum anderen zu beschleunigen. Die Einrichtung 17, mit der die Bewegung des Zünddrahts 49 und
des Projektils 11 eingeleitet wird, bewegt den Zünddraht über die Isolatoren 15 hinaus bis zum Kontakt mit den Schienen
1und 2, um den Stromfluß und anschließend die Ausbildung eines Lichtbogens einzuleiten.
Neben
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Neben der ersten und zweiten Schiene (Leiter) 1 und 2 sind zusätzliche Leiter 3 und 4 sowie 55 und 56 vorgesehen,
die jeweils parallel zueinander in zwei Gruppen angeordnet sind.Die Leiter sind voneinander durch Isolierstreifen
5 oder auf andere Weise isoliert und elektrisch so miteinander verbunden, daß der Strom in der einen
Gruppe in der einen und der Strom in der anderen Gruppe in der anderen Richtung fließt, wie es in Fig.2 dargestellt
ist.Zwei oder auch mehr der Leiter brauchen sich nicht über die gesamte Länge der Projektilbahn (Lauf der
Kanone) zu erstrecken, in der die erste und zweite Schiene enthalten sind.
Als Stromversorgung kann der Homopolargenerator 21 oder eine andere Generatorvorrichtung dienen? die induktive
Speicherung der Energie kann in der Schiene oder der Leitereinrichtung erfolgen, wodurch die Größe,bzw. die
Fähigkeit zur Energiespeicherung der erforderlichen Induktionsspule entweder stark herabgesetzt wird oder
die in Fig. 1 verwendete Induktionsspule 23 vollkommen entfallen kann.
Die Einrichtung 43 zur Unterbrechung des Stromkreises ist so ausgelegt, daß sie einen Pfad mit hohem Stromfluß
oder einen Kurzschluß am Verschlußende der ersten und zweiten Schiene 1 und 2 bildet; dadurch fließt der
5 Strom beim Aufladen des Systems durch alle Schienen mit Ausnahme der ersten und zweiten und speichert induktive
Energie in den Verstärkungsschienen und anderen Leitern statt in einer Induktionsspule.Alternativ kann auch eine
(nicht dargestellte) zusätzliche Induktionspule verwendet werden.Die elektrische Auslegung der Einrichtung
zur Unterbrechung des Stromkreises ist insoweit kritisch, als diese über den Verschluß mit der ersten und zweiten
Schiene 1 und 2 verbunden werden muß und physikalisch nahe beim Verschluß zu liegen hat, damit das schnelle
5 Umschalten des Stromes zur ersten und zweiten Schiene 1
und
- 11. - WS3O9P - 2450
und 2 bei Abschußbeginn erleichtert wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Verstärkungsleiter
auch während der relativ langen Zeiten Strom führen, in denen der Strom bis zu seinem Maximal- bzw. gewünschten
Wert aufgebaut wird. Die zum eigentlichen Abschuß verwendeten Schienen 1 und 2 brauchen dagegen nur während der
weitaus kürzeren Zeiträume Strom zu führen,in denen
der Abschuß erfolgt und nach dem Abschuß der Strom abklingt. Die Verstärkungsschienen müssen daher so konstruiert
werden, daß in ihnen keine Überhitzung auftritt.Dies
kann durch Verstärkung ihres Querschnitts erfolgen, durch Abkühlen vor einem Abschuß, durch Verwendung
von Materialien mit sehr geringem Widerstand und/oder durch zusätzliche Kühlvorrichtungen zur Abkühlung
zwischen den Abschüssen, beispielsweise mit kanälen 21 zur Flüssigkeitskühlung, wie sie in Fig.3 dargestellt
sind.
Es ist weiter zu erwähnen, daß der Strom während des Abschusses
abnimmt und damit auch die vom Strom induzierte Kraft, mit der das Projektil 11 auf seinem Weg vom Verschluß
bis zur Mündung beschleunigt wird.Die Leiter zur Verstärkung des magnetischen Flusses können daher gerade
so in einer geeigneten gegenseitigen geometrischen Anordnung vorgesehen werden, daß bei der Bewegung des
Projektils vom Verschluß bis zur Mündung und der dabei erfolgenden Stromabnahme das Niveau des magnetischen
Flusses so ansteigt, dar. die Kraft auf das Projektil im wesentlichen konstant oder in der Nähe des maximal erlaubten
Niveaus liegt.Eine konstante Kraft mit maximal erlaubtem Wertführt zu einer konstanten Beschleunigung
mit maximalem Wert und dadurch zur kürzestmöglichen Rohrlänge zur Erreichung einer gewünschten Austrittsgeschwindigkeit.
Die Wirkungsweise der anhand von Fig. 1 beschriebenen Abschußvorrichtung für Projektile ist im folgenden erläutert.
Die Wirkungsweise der anhand von Fig. 1 beschriebenen Abschußvorrichtung für Projektile ist im folgenden erläutert.
Die
- 12 - WS3O9P - 2450
Die von einem (hier nicht dargestellten) Gerät erzeugte ursprüngliche kinetische Energie wird durch den Homopolargenerator
21 in elektrische Energie eines starken Gleichstroms umgewandelt, der durch die Reihenschaltung aus dem
geschlossenen Schalter 25, dem dritten Leiter 3, dem Leiter 31, dem parallelgeschalteten Unterbrecher 43 für den Stromkreis
mit Sicherung 45, dem Leiter 42, dem vierten Leiter und der Induktionsspule 23 fließt und dabei bis zu einem
vorbestimmten Wert ansteigt, der in der Gegend von 1 bis 1,5 Mio. Ampere liegt.Die Leiter 3 und 4 weisen eine Geometrie
auf, die zu einer Induktivität von ungefähr 0,5 Mikrohenry führt, sodaß bei den hier vorliegenden starken
Strömen eine beträchtliche induktive Energie sowohl im dritten und vierten Leiter als auch in der Induktionsspule
23 gespeichert wird.Wenn der vorbestimmte Stromwert erreicht ist, wird die Einrichtung 43 zur Unterbrechung
des Stromkreises geöffnet und die Einrichtung 17 zur Bewegung des Ankers 9 aktiviert, sodaß der Anker 9
in die leitfähigen Teile der ersten und zweiten Schiene 1 und 2 gelangt; damit wird Strom an die leitfähigen
Schienen 1 und 2 geschaltet, die ihn an den Anker 9 geben, der dann von einem Eride der ersten und zweiten Leiter zum
zweiten Ende beschleunigt wird, also vom Verschluß bis zur Mündung oder in Fig. 1 von links nach rechts.Es ist darauf
hinzuweisen, daß während des Abschußvorgangs der Strom in den Verstärkungsleitern und in den benachbart
liegenden leitfähigen Schienen in der gleichen Richtung fließt, d.h. in gleicher Richtung in Leiter 1 und 4
und in gleicher Richtung in Leiter 2 und 3.
Die Wirkungsweise der Abschußeinrichtung für Projektile nach Fig. 2 und 3 ist ähnlich der nach Fig.1, mit dem
Unterschied, daß die induktive Energie nicht in einer Induktionsspule 23, sondern in der Leitergeometrie gespeichert
ist, die durch die Leiter 3, 4, 5 5 und 56
dargestellt
- 13 - WSiO1JP - 245O
dargestellt ist und daß statt eines Ankers ein Lichtbogen
zur Beschleunigung des Projektils 11 verwendet wird.
Claims (21)
- Westinghouse Electric.CorpWestinghouse Building
Gateway Center
Pittsburgh,Pa. 15222
V.St.v.A.Patentansprüche101J Elektromagnetische Abschußvorrichtung für Projektile, die zwischen ersten und zweiten, parallel zueinander angeordneten leitfähigen Schienen (Leitern) durch Anlegen eines starken Stromes beschleunigt werden, dadurch gekennzeichnet,- daß ein dritter Leiter (3) elektrisch isoliert und parallel zum zweiten Leiter (2) angeordnet und mit dem Ende des ersten Leiters elektrisch verbunden ist,- daß ein vierter Leiter (4) elektrisch isoliert und parallel zum ersten Leiter (1) angeordnet und elektrisch mit dem Ende des zweiten Leiters (2) verbunden ist,- daß die anderen Enden des dritten und vierten Leiters mit einer Stromquelle (21) verbunden sind und- daß Einrichtungen (43) zur Unterbrechung des Stromkreises vorgesehen sind, um zum Abschießen des Projektils den in den dritten und vierten Leitern fließenden Strom auf den ersten und zweiten Leiter umzuleiten.- 2 - WS3O9P - 2450 - 2. Abschußvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten und zweiten Leitern (1,2) ein leitfähiger Anker (9) zur Beschleunigung des Projektils verschiebbar angeordnet ist.
- 3. Abschußvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (43) zur Unterbrechung des Stromkreises eine Parallelschaltung einer Schmelzsicherung (49) mit einem Hochstromschalter (45) enthalten.
- 4. Absjchußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierschichten (5) zwischen dem ersten und vierten, bzw. dem zweiten und dritten Leiter vorgesehen sind.
- 5. Abschußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des ersten und/oder des zweiten Leiters ein Isoliergebiet (15) zur Unterbrechung des Stromflusses zum Anker (9) vorgesehen ist.
- 6. Abschußvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (17) vorgesehen ist, mit der der leitfähige Anker (9) über das Isoliergebiet (15) 5 des ersten und zweiten Leiters hinausgeschoben werden kann.
- 7. Abschußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Induktionsspule (23) enthält.
- 8. Abschußvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle einen Homopolargenerator (21) enthält.- 3 - WS3O9P - 2450
- 9. Abschußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stromquelle (21) und einem der Leiter (z.B.3) ein Schalter (25) vorgesehen ist.
- 10. Abschußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichtung im ersten und vierten Leiter und die Stromrichtung im zweiten und dritten Leiter jeweils gleich ist.
- 11. Abschußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche, in Gruppen angeordnete und benachbart zu den ersten und zweiten Leitern liegende Leiter (55,56) vorgesehen sind, wobei die Stromrichtungen in allen zum ersten Leiter benachbarten Leitern (4,55) gleich der Stromrichtung im ersten Leiter (1) und die Stromrichtung in allen dem zweiten Leiter benachbarten Leitern (3,56) gleich der Stromrichtung im zweiten Leiter (2) ist.
- 12. Abschußvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Leiter während des Abschußvorgangs in Reihe geschaltet sind.
- 13. Abschußvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn-zeichnet, daß zwei oder mehr der zusätzlichen Leiter (55,56) eine zum ersten und zweiten Leiter unterschiedliche Länge aufweisen.
- 14. Abschußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung des Projektils durch einen zwischen dem ersten und zweiten Leiter erzeugten Lichtbogen erfolgt.- 4 - WS3O9P - 2450
- 15. Abschußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß für die zusätzlichen Leiter Kühlvorrichtungen (z.B.61,Fig.3) vorgesehen sind.
- 16. Abschußvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einrichutng (43) zur Unterbrechung des Stromkreises zwei zusätzliche, mit den Leitern der Beschleunigungsstrecke (1,3 bzw.3,4) verbundene Leiter (31,42) vorgesehen sind, in denen nur nach Beginn des Abschußvorgangs ein Strom fließt.
- 17. Abschußvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß vor Abschluß des Abschußvorgangs alle Leiter in Reihenschaltung miteinander verbunden sind.
- 18. Abschußvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß alle Leiter während des Abschußvorgangs in einer geschlossenen Schleife verbunden sind.
- 19. Abschußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter so angeordnet sind, daß das von ihnen erzeugte Magnetfeld während des Abschußvorgangs die Kraft zur Beschleunigung der Projektile verstärkt.
- 20. Abschußvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Energiespeicherung durch eine Induktionsspule (2 3) zusammen mit dem Magnetfeld erfolgt, das durch die Leiter erzeugt wird, die vor dem Abschußvorgang Strom führen.- 5 - WS3O9P - 2450
- 21. Abschußvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Energiespeicherung im wesentlichen durch das Magnetfeld erfolgt, das von den Leitern erzeugt wird, die vor dem Abschußvorgang Strom führen.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family
ID=22475656
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