DE3325867C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Abschußvor­ richtung für Projektile nach dem Oberbegriff das Hauptan­ spruchs.

Die bekannten elektromagnetischen Abschußvorrichtungen umfassen ein Paar leitfähiger Schienen, einen zwischen den Schienen gleitenden leitfähigen Anker, eine starke Strom­ quelle und einen Schalter, mit dem der Strom in die Schie­ nen und durch den Anker umgelenkt werden kann. Der Strom­ fluß durch die Schienen und den Anker erzeugt eine elektro­ magnetische Kraft auf den Anker, der dadurch längs der leitfähigen Schienen beschleunigt wird. Abschußvorrich­ tungen mit gleitenden Metallankern unterliegen einer be­ trächtlichen Abnutzung der Schienen durch den gleitenden Anker, insbesondere dort, wo hohe Ankergeschwindigkeiten auftreten. In derartigen Fällen kann ein Plasma- (oder Bogen-)anker vorteilhaft sein.

Der hauptsächliche Nachteil bei der Verwendung eines aus Plasma bestehenden Antriebsankers liegt in der Beschädigung des Verschlußbereichs der Abschußschienen während der Aus­ bildung des Plasmas. Ist das Plasma einmal in Gang gesetzt, tritt nur eine geringe oder überhaupt keine Beschädigung der Schienen mehr auf.

Ein früherer Vorschlag beschreibt eine Vorrichtung zur Aus­ bildung eines Bogens zur Beschleunigung eines Projektils, bei der ein Zünddraht oder eine Sicherung den Stromfluß zwischen den Schienen einleitet, sich dabei auflöst und dadurch ein ionisiertes Plasma oder einen Lichtbogen bildet, durch den der weitere Stromfluß erfolgt. Aufgrund des größeren Massenverhältnisses zwischen einem Projektil und einem Plasma-Anker im Vergleich zu einem Projektil und einem gleitenden Metallanker wird eine höhere Ausnutzung der verfügbaren Abschußenergie bei Verwendung eines Plasma­ antriebs ermöglicht. Außerdem ermöglicht ein Plasmaantrieb extrem hohe Projektilgeschwindigkeiten bei guter Reprodu­ zierbarkeit von Schuß zu Schuß. Plasmaangetriebene Projek­ tile empfehlen sich daher für Mehrschußsysteme, beispiels­ weise bei Luftabwehrsystemen mit schneller Schußfolge und bei Stoß-Fusionsreaktoren.

Zur Ausbildung eines Lichtbogens oder eines Plasmas in elektromagnetischen Abschußvorrichtungen wurden schon ver­ schiedene Verfahren vorgeschlagen. Diese Verfahren haben sich hauptsächlich mit dem Problem beschäftigt, wie der Plasma-Anker erzeugt werden kann und wie die thermischen Beschädigungen der Abschußschienen verringert werden können. Der Abrieb der Schienenoberflächen wird durch einen sich nur langsam bewegenden oder stationären Lichtbogen hervor­ gerufen und tritt hauptsächlich in der Anfangsphase der Be­ schleunigung des Projektils aus dem Ruhezustand auf. Bei höheren Projektilgeschwindigkeiten werden die Auswirkungen dieses thermischen Phänomens immer weniger wichtig. Zur Er­ höhung der Lebensdauer der Abschußschienen ist es deshalb wünschenswert, dem Abschußprojektil einen möglichst hohen Anfangsimpuls aufzuprägen.

Sehr starke Beschädigungen der Abschußschienen wurden in solchen Fällen festgestellt, in denen ein Kupfer-Zünddraht zur Ausbildung eines Plasmas verdampft wurde, das haupt­ sächlich aus Kupferionen besteht. Dabei wurde zerstäubtes Metall aus einem nur teilweise verdampften Draht festge­ stellt sowie eine thermische Erosion der Schienenober­ flächen durch einen sich nur langsam oder gar nicht be­ wegenden Lichtbogen, und zwar auf einem kurzen Abschnitt der Schienen beginnend am Ursprungsort des Zünddrahts im Verschlußteil der Abschußvorrichtung.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine verbesserte Abschußvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der Beschädigungen der Abschußschienen durch sich nur langsam bewegende Plasmen im Verschlußbe­ reich der Abschußvorrichtung vermindert werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeich­ nete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die hier vorgeschlagene Erfindung beruht darauf, daß ein explodierender Zünddraht verwendet wird, der ein Plasma mit ausreichend hohem Druck erzeugt, um dem Projektil einen Startimpuls aufzuprägen, bevor die elektromagnetischen Kräfte beim Antrieb des Projektils längs der Abschuß­ schienen überwiegen.

Eine elektromagnetische Abschußvorrichtung der hier vor­ geschlagenen Art enthält ein Paar von im allgemeinen parallel zueinander angeordneten leitfähigen Schienen, eine Quelle für einen starken Strom, eine zwischen den Schienen im Verschlußteil der Abschußvorrichtung ange­ ordnete isolierende Kartusche mit einer Druckkammer und einer Öffnung für die Aufnahme eines Projektils, ein Zünd­ element innerhalb der Druckkammer und Vorrichtungen, mit denen das Zündelement (die Sicherung) mit den Schienen ver­ bunden wird. Ein Projektil bildet eine luftdichte Abdeckung der Offnung in die Kartusche, um die Druckkammer zu schließen. Während eines Abschusses fließt ein starker Strom durch das Zündelement (die Sicherung), das daraufhin explodiert und ein Plasma mit hohem Druck innerhalb der Druckkammer der Kartusche ausbildet. Dieses Plasma drückt das Projektil aus der Kartusche heraus und überträgt da­ durch einen Anfangsimpuls auf das Projektil. Das Plasma strömt dann aus der Kartusche heraus und vermittelt den Stromfluß zwischen den Schienen, so daß ein Projektil längs der Schienen beschleunigt wird. Die isolierende Kartusche (Hülle) dient als anfängliches Pufferelement zwischen den Schienenoberflächen und dem ursprünglichen Lichtbogen, so daß durch die erzielte hohe Anfangsge­ schwindigkeit des Projektils eine Beschädigung der Schie­ nen durch das Antriebsplasma verringert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektro­ magnetischen Abschußvorrichtung für Projektile nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Anordnung von Kartusche/Projektil der Abschußvorrichtung nach Fig. 1; und

Fig. 3 ein weiteres Beispiel für die Anordnung von Kartusche und Projektil.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektro­ magnetischen Abschußvorrichtung nach einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung. Eine Quelle 10 für einen starken Strom enthält eine Reihenschaltung eines Gleichstromgene­ rators 12, eines Schalters 14 und einer Drosselspule 16, die mit einem Paar von im allgemeinen parallel zueinander angeordneten leitfähigen Schienen 18 und 20 verbunden ist. Eine isolierende Kartusche 22 liegt im Verschlußbereich (dem Ladebereich) der leitfähigen Schienen 18 und 20; sie enthält eine Druckkammer 24 mit einer Öffnung, in die eine Projektilanordnung eingesetzt werden kann, die ihrerseits aus einem isolierenden Führungsring 22 zur Abdichtung des Laufs und aus einem Projektil 28 besteht. Ein Zündelement 30 ist in der Druckkammer 24 angeordnet und elektrisch mit den Schienen 18 und 20 über Kontakte 32 bzw. 34 verbunden. Die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte induktive Stromquelle kann mit dem Schalter 36 auf die Schienen 18 und 20 umgeschaltet werden. Bei anderen Quellen starker Ströme kann Schalter 36 entfallen, da dort das Zündelement 30 den anfänglichen Strom zwischen den Schienen 18 und 20 führt, wenn die Kartusche 22 in den Lauf eingesetzt wird.

Wenn ein Projektil durch die Abschußvorrichtung nach Fig. 1 abgeschossen werden soll, sind die Schalter 14 und 36 zu­ erst geschlossen, so daß der Generator 12, beispielsweise eine Unipolarmaschine, einen starken Strom durch die Dros­ sel 16 erzeugt. Wenn der gewünschte Abschußstrom erreicht ist, wird Schalter 36 geöffnet und so der Strom in die′ Schienen 18 und 20 verlagert. Die Kontakte 32 und 34 der Zündung stellen die elektrische Verbindung des Zündelements (der Sicherung) 30 mit den Schienen 18 und 20 her. Der Stromfluß durch das Zündelement 30 bringt dieses zur Explo­ sion und erzeugt somit ein Plasma mit hohem Druck in der Druckkammer 24. Die Projektilanordnung bildet einen Paß­ sitz in der Öffnung der Druckkammer 24 und bestimmt so den Enddruck, der erforderlich ist, um die Projektilanord­ nung von der Kartusche 22 zu trennen. Wenn ein genügend hoher Druck aufgebaut ist, wird die Projektilanordnung durch diesen Druck längs der Schienen 18 und 20 beschleu­ nigt und das hochionisierte Plasma hohen Drucks tritt in den Raum zwischen der Kartusche und der Projektilanordnung aus; dadurch fließt der Strom zwischen den Schienen 18 und 20 durch das Plasma und die Projektilanordnung wird längs der Bohrung oder des Laufes 38 beschleunigt. Der isolierende Führungsring 26 dichtet den Lauf 38 ab und verhindert so ein Austreten des Plasmas um das Projektil 28.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Anordnung von Kartusche und Projektil für die Abschußvorrichtung nach Fig. 1. Das Zündelement 30 kann verschiedene Geometrien auf­ weisen, und zwar abhängig vom Material, das zu verdampfen ist und von den gewünschten Charakteristiken des entstehen­ den Plasmas. Beispielsweise kann das Zündelement aus zer­ kleinerten Metallfäden bestehen, die in einen Ball aufge­ rollt sind, oder aus einzelnen Drahtfäden. Die Kontakte 32 und 34 liegen auf der äußeren Oberfläche der Kartusche 22 und vermitteln den elektrischen Kontakt des Zündelements 30 mit den Schienen 18 und 20. Die Projektilanordnung wird mit Paß­ sitz in die Öffnung der Druckkammer 24 eingebaut, so daß eine luftdichte Verbindung entsteht. Ein Paßsitz längs der Oberfläche 40 bestimmt den Berstdruck, der notwendig ist, um die Projektilanordnung von der Kartusche 22 zu trennen. Der Berstdruck der Kartusche 22 kann den Betriebsdruck der Kartusche um ein Vielfaches übersteigen, da der Lauf der Abschußvorrichtung die zusätzliche Drucklast aufnimmt.

Beim praktischen Gebrauch kann die Kartusche 22 fest zwi­ schen die Abschußschienen im Verschlußbereich eingespannt werden. Durch das Einspannen wird der erforderliche Druck zwischen den Kontaktoberflächen der Zündung und den Schie­ nen erzeugt und die Kartusche ortsfest verriegelt. Nach dem Abschuß der Projektilanordnung kann die alte Kartusche entfernt und eine neue Anordnung aus Kartusche und Pro­ jektil eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anordnung von Kartusche und Projektil für eine Abschußvorrichtung mit einer zylindrischen Bohrung. Die isolierende Kartusche 42 weist Zylinderform auf; die Kontaktelemente 44 und 46 für die Zündung sind gebogen und entsprechen so der inneren Oberfläche der Abschußschienen. Wie im ersten Ausführungs­ beispiel erzeugt die Explosion des Zündelements 30 einen Druck innerhalb der Druckkammer 48 und die Projektilanordnung 52 ist mit Paßsitz in die Offnung 50 am Ende der Kartusche 42 angebracht. Ein isolierender Führungsring 54 dichtet den Lauf der Abschußvorrichtung ab, nachdem das durch die Explosion des Zündelements 30 erzeugte Plasma den Strom zwi­ schen den Abschußschienen führt und das Projektil 50 längs des Laufes beschleunigt.

Die Abdichtung des Laufes kann in einer anderen Ausführungs­ form auch durch das entsprechend geformte Projektil selbst erfolgen, so daß kein Führungsring erforderlich ist.

Claims (4)

1. Elektromagnetische Abschußvorrichtung für Projektile, mit zwei im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Abschußschienen, die durch ein zwischen den Schienen erzeugtes Plasma elektrisch leitend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß verschlußseitig zwischen den Schienen eine isolierende Kartusche (22) mit einer Druckkammer (24) und einem darin angeordneten Zündelement (30) einsetzbar ist, und daß das Zündelement leitend mit den Schienen (18, 20) verbunden ist.

2. Abschußvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zündelement ein Paar von Kontakten (32, 34) aufweist, die auf der Außenseite der Kartusche ange­ ordnet sind.

3. Abschußvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zündelement eine Vielzahl von Metall­ fäden enthält.

4. Abschußvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zündelement eine Kupferlitze ent­ hält.