DE3519597A1

DE3519597A1 - Geschuetz und verfahren zum abfeuern von geschossen aus dem geschuetz

Info

Publication number: DE3519597A1
Application number: DE19853519597
Authority: DE
Inventors: Robert S. Andover Minn. Griffing; David William Brooklyn Park Minn. Sullivan
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1984-06-15
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1985-12-19
Also published as: DE3519597C2; GB2160300A; JPH0366599B2; GB8513154D0; GB2160300B; US4653380A; JPS614000A

Description

Chicago, 111. 6060I/USA _{F 62}19

_{F 62}19

Be Schreibung

Geschütz und Verfahren zum Abfeuern von Geschossen aus dem

Geschütz

Die vorliegende Erfindung betrifft mit Bitreibstoff betriebene Geschütze und Verfahren zum Abschuß derselben und insbesondere derartige Geschütze und Verfahren, die mit flüssigen Oxidiermitteln arbeiten.

Bekannte, mit einem flüssigen Einzeltreibstoff arbeitende Geschütze, bei denen das gesamte Brennkammervolumen mit dem Einzeltreibstoff ausgefüllt wird, sind infolge nur schwer zu steuernder Instabilitäten unsicher. Diese Schwierigkeiten hängen mit dem Einschließen kleiner Luftbläschen in die Brennkammern während des Beschickens bzw. Ladens

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zusammen. Werden diese im Einzeltreibstoff suspendierten Bläschen komprimiert, kann es zu einer unkontrollierten Zündung infolge von adiabatischer Erwärmung und der Bildung von heißen Zündstellen im Treibstoffvolumen kommen. Beim Fehlen eines Restraums ("zero ullage") können während der Zündphase infolge des höheren Druck-Elastizitätsmoduls von Flüssigkeiten übermäßige Drucke auftreten. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diese Probleme zu beseitigen.

Bei mit flüssigen Treibstoffen arbeitenden bekannten Gewehren bzw. Geschützen hat man einen Regenerationsprozeß verwendet, bei dem der Treibstoff und das Oxidiermittel mit einem Kolben in die Brennkammer gepumpt werden. Dabei bewegt sich der Kolben unter der Kraft des Verbrennungsdrucks, und die Schnelligkeit des Druckanstiegs wird von der Dosierung des Treibstoffs durch den Kolben selbst gesteuert. Bei einer solchen Anordnung treten verschiedene Probleme auf - beispielsweise der Dieseleffekt bzw. eine Selbstzündung des Treibstoffs auf der der Brennkammer abgewandten Druckanstiegsseite des Kolbens infolge des durch die Kolbenbewegung verursachten Druckanstiegs. Weiterhin kann ein Flammenrückschlag, d.h. eine Bewegung der Flammenfront durch die Dosieröffnung im Kolben und/oder eine verfrühte Zündung als Folge von Heißpunkten auf dem Zylinder oder der angrenzenden Wand oder einer katalytischen Wirkung von Verunreinigungen im Verschluß auftreten. Die vorliegende Erfindung vermeidet alle diese Schwierigkeiten.

^D^^e Erfindung betrifft ein mit Bitreibstoff arbeitendes Geschütz, das verhältnismäßig sicher abzuschießen ist, zuverlässig arbeitet, d.h. ohne Ausfall eine sehr hohe Reproduzierbarkeit bietet, im Aufbau und in der Funktion einfach und wirtschaftlich ist, eine hohe Mündungsgeschwindigkeit ergibt und die logistischen und materialtechnischen Probleme minimal hält, die im Zusammenhang mit Geschütztreibstoffen normalerweise auftreten. Diese Eigenschaften werden durch Einsetzen eines flüssigen Oxidiermittels in Form von Wasserstoffperoxid mit einer Konzentration von weniger als 73 Gew.-% erreicht, das unmittelbar in die Brennkammer eingegeben wird. Der mit dem Oxidiermittel nicht mischbare Treibstoff kann entweder ein flüssiger Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Kerosen ("kerosene") sein, der beim Einbringen ("bulk loading") des Oxidiermittels in diesem in Form kleiner Tröpfchen verteilt wird. Desgleichen kann ein fester Kohlenwasserstoff in Pulverform

wie beispielsweise Kohle durch eine herkömmliche pyrotechnische Zündeinrichtung in das Oxidiermittel eingespritzt und dispergiert werden. Das Oxidiermittel hat die gleichen Attribute wie andere flüssige Oxidiermittel wie beispielsweise Salpetersäure. Diese Brennstoffe und Oxidiermittel geben bei der Verbrennung genug Energie ab, um ein Geschoß mit hoher Geschwindigkeit auszutreiben. Die Verbrennungsgeschwindigkeit des Treibstoffs und des Oxidiermittels ist steuerbar, da Brennstoff und Oxidiermittel nicht mischbar sind und die Verbrennungsgeschwindigkeit sich durch die Feinteiligkeit des Pulvers bzw. die Korngröße des festen Treibstoffs bzw. die Tropfengröße des flüssigen Treibstoffs bestimmt. Je kleiner die Korn - oder Tröpfchengröße, desto schneller die Verbrennung. Das Volumen der Brennkammer, das der Treibstoff und das Oxidiermittel erreichen, übersteigt das Summenvolumen von Oxidiermittel und Treibstoff um etwa 5 bis 50%. Das überschüssige Volumen bzw. der Kopfraum in der Verbrennungskammer wird von Luft und verdampfter Flüssigkeit eingenommen, die unter dem bei der Verbrennung auftretenden Druckanstieg komprimiert werden. Die komprimierbare Masse dient dazu, die Schnelligkeit des Druckanstiegs in der Verbrennungskammer zu begrenzen und trägt zum sicheren Betrieb des Geschützes bei. Dabei wird eine pyrotechnische Zündung bevorzugt; derartige Einrichtungen sind weit durchentwickelt und können sowohl vorhersehbar als auch zuverlässig sein.

Andere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der Erfindung, an Ausführungsbeispielen an Hand der beigefügten Zeichnung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine sühaubildliche Darstellung eines Geschützes, bei dem fester Treibstoff in Pulverform Ein

satz findet; und

Fig· 2 eine schaubildliche Darstellung eines Geschützes, bei dem ein flüssiger Treibstoff verwendet wird.

In Fig. 1 ist ein Geschütz 10 mit einem Lauf 12 und mit einer Zentralbohrung 14 gezeigt, die von der Mündung 16 bis zum Verschluß 18 verläuft und mit diesem in Verbindung steht. Ein Verschlußblock 20 ist am Verschlußende des Laufs angebracht, dichtet diesen im geschlossenen Zustand ab und erlaubt im offenen Zustand das Laden mit einem Geschoß 22.

Der Verschlußblock enthält eine Ausnehmung, die sich zum Verschluß öffnet und ausgeführt ist, um einen Kanister 23 mit einem festen Kohlenwasserstoff-Treibstoff in Pulverform - beispielsweise Kohle - und einem chemischen pyrotechnischen Zünder aufzunehmen. Die im Einzelfall getroffene Anordnung des Treibstoffs und des Zünders kann unterschiedlich sein. Der Treibstoff kann mit dem Zündmaterial vermischt oder der Treibstoff in einem separaten Teil des Kanisters einwärts des Zünders angeordnet sein. Die kritische Bedingung ist, daß beim Erregen der Zündeinrichtung der Treibstoff in den Verschluß 18 geblasen wird.

Das Oxidiermittel, d.h. Wasserperoxid mit einer Konzentration von weniger als 73 Gew.-%, ist in einem Vorratsbehälter 24 enthalten, der mit der Leitung 26 an den Einlaß einer Dosierpumpe 28 angeschlossen ist. Das Oxidiermittel wird in den Verschluß 18 gepumpt, der als Verbrennungskammer wirkt, da er an einem Ende vom Geschoß 22 und am anderen Ende vom Verschlußblock 20 abgeschlossen ist. Ein Rückschlagventil 31 erlaubt eine Strömung des flüssigen Oxidiermittels in den Verschluß, schließt aber den Verschluß gegen den Verbrennungsdruck ab. Bei den genannten Konzentrationswerten ist das Oxidiermittel in der Handhabung sicher, erfordert keine speziellen Vorsichtsmaßnahmen und gibt genug Energie ab, um bei der Reaktion mit dem Treibstoff dem Geschoß eine hohe Mündungsgeschwindigkeit zu erteilen. Um eine Selbstzündung zu verhindern und die Schnellig-

keit des Druckanstiegs in der Verbrennungskammer zu begrenzen, ist es wichtig, einen Leer- bzw. Kopfraum vorzusehen. Das Volumen der Verbrennungskammer sollte typischerweise um 5 bis 50% größer als das Volumen der in die Kammer gepumpten Flüssigkeit sein. Das Gas in diesem Kopfraum verhindert das Auftreten von Drücken in der Verbrennungskammer, die eine Selbstzündung bewirken würden, und es dient dazu, die Schnelligkeit des Druckanstiegs innerhalb der Verbrennungskammer zu begrenzen.

Die Verbrennungsgeschwindigkeit wird bestimmt von der Kontaktfläche zwischen Treibstoff und Oxidiermittel; je größer diese Reaktionsfläche ist, desto schneller ist die Verbrennung. Diese Fläche wird ihrerseits von dem Feinheitsgrad des Treibstoffpulvers, d.h. seiner Teilchengröße, sowie von der Vollständigkeit-der Verbrennung bestimmt, wobei mit Abnahme der Korngröße auch die Reaktionsfläche zunimmt. Die zulässige Verbrennungsgeschwindigkeit wird im allgemeinen von der Festigkeit des Geschützlaufs begrenzt.

Steht diese fest, ergibt sich auch der Feinheitsgrad des festen Treibstoffpulvers.

Die Ausführungsform in Fig. 2 entspricht derjenigen der Fig. 1; einander entsprechende Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. Der Hauptunterschied in der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Verwendung eines flüssigen Treibstoffs. Der Verschlußblock 40, welcher dem Verschlußblock 20 der Fig. 1 ähnlich ist, erfordert eine Ausnehmung, die nur eine herkömmliche pyrotechnische Zündeinrichtung 42 aufzunehmen braucht. Der flüssige Treibstoff befindet sich in einem Vorratsbehälter 44, der mit einer Leitung 48 an den Einlaß einer Dosierpumpe 46 angeschlossen ist. Der Auslaß der Pumpe 46 führt über eine Leitung 50 zu einem Emulgierventil 52. Die Pumpen 28 und 46 werden gemeinsam angetrieben, aber mit Verdrängungen, die einen Unterschied der Strömungsstärke entsprechend dem gewünschten Mischungsverhältnis

von Oxidiermittel zu Treibstoff bestimmen. Ist ein stöchiometrisches Verhältnis von Oxidiermittel zu Treibstoff erwünscht, fördert die Pumpe 28 also etwa das Achtfache der Pumpe 46. Das Emulgierventil 52 dispergiert den nicht mischbaren Treibstoff, welcher vorzugsweise ein Erdöldestillat mit etwa 10 C-Atomen, wie beispielsweise Kerosen ("kerosene") im Wasserstoffperoxid in Form kleiner Tröpfchen ist. Die Nichtmischbarkeit von Treibstoff und Oxidiermittel ist wesentlich, um den Treibstoff in der Tröpfchenform zu halten. Die Größe der Tröpfchen und die Vollständigkeit der Zündung bestimmen die Verbrennungsgeschwindigkeit, die mit abnehmbarer Tröpfchengröße zunimmt.

Claims

PATENT-UND RECHTSANWÄLTE BARDEHUE · PAGENBERG DÖ$T · ÄUENBÜRG · FROHWITTER RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS JOCHEN PAGENBERG dr jur ll μ harvard·· HEINZ BARDEHLE dipl-ing BERNHARD FROHWITTER dipl-ing · WOLFGANG A. DOST dr.. dipl-chem GÜNTER FRHR. v. GRAVENREUTH dipl.-ing.(fh)· UDO W. ALTENBURG dipl.-phys. PATENT- UND RECHTSANWÄLTE. POSTFACH 8606 SO. 8000 MÜNCHEN 86 POSTFACH 860620 8000 MÜNCHEN 86 TELEFON (089)980361 TELEX 522 791 padd TELEFAX (089)9897 63 HYPOBANK MUC 6860130600 (BLZ 7ΟΟ2ΟΟΟ1) PGA MUC 387 37-808(BLZ 70010080) BÜRO GALILEIPLATZ 1, 8000 MÜNCHEN 80 DATUM 31. 5. 1985 Bd/IV/he F 6219 Patentansprüche

1. Geschütz mit einem Lauf und einem Verschluß mit Verschlußblock, die zusammen mit einem im Verschlußende des Laufs eingesetzten Geschoß eine Verbrennungskammer begrenzen, dadurch gekennzeichnet , daß

eine Pumpeinrichtung zum Einbringen eines flüssigen Oxidiermittels in die Kammer vorgesehen ist, daß

das Oxidiermittel aus Wasserstoffperoxid mit einer Konzentration von weniger als 73 Gew.-% besteht,

daß eine Einrichtung zum Einbringen eines mit dem Oxidiermittel nicht mischbaren Kohlenwasserstoff-Treibstoffs in die Kammer angeordnet ist,

wobei das Summenvolumen von Oxidiermittel und Treibstoff vor der Reaktion geringer als das Kammervolumen ist,

und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um den Treibstoff und das Oxidiermittel zu zünden.

2. Bitreibstoffgeschütz mit einer Verbrennungskammer, die von einem Lauf und dessen Verschluß, einem eingesetzten Geschoß und einem Verschlußblock gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Pump- und Dosiereinrichtung angeordnet ist, um eine bestimmte Menge eines flüssigen Oxidiermittels unmittelbar in die Kammer einzubringen,

daß ein austauschbarer Kanister vorgesehen ist, der vom Verschlußblock getragen ist und eine an die Kammer anschließende Oberfläche aufweist,

und daß ein fester Treibstoff in Pulverform im sowie

^ eine pyrotechnische Zündeinrichtung an dem Kanister vorgesehen sind, wobei beim Erregen der pyrotechnischen Zünder 20 einrichtung der Treibstoff durch die anschließende Oberfläche ausgetrieben wird, um ihn im Oxidiermittel zu dispergieren und die Verbrennung einzuleiten.

3. Geschütz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Oxidiermittel Wasserstoffperoxid in einer Konzentration von weniger als 73 Gew.-% ist.

4. Geschütz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Verbrennungskammer das Volumen der dosierten Menge um etwa 5% übersteigt,

5. Geschütz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoff und das Oxidiermittel miteinander nicht mischbar sind und die Verbrennungsgeschwindigkeit durch Vorbestimmen der Teilchengröße des festen Treibstoffs gesteuert ist.

6. Bitreibstoffgeschütz mit einer von einem eingesetzten Geschoß, einem Verschluß und einem Verschlußblock begrenzten Verbrennungskammer/ gekennzeichnet durch

eine erste und eine zweite Pump- und Dosiereinrichtung zum Einbringen einer abgemessenen Menge eines flüssigen Oxidiermittels und eines flüssigen Treibstoffs in vorbestimmtem Verhältnis in die Kammer,

wobei das Kammervolumen mindestens etwa 5% größer als das Volumen der Menge ist, durch

eine Einrichtung zum Zünden des Oxidiermittels und des Treibstoffs, und durch

eine vom Verschlußblock getragene Zündeinrichtung, um den Treibstoff und das Oxidiermittel zu zünden, so daß die Differenz der genannten Volumen die Geschwindigkeit des sich aus der Verbrennung des Treibstoffs und des Oxidiermittels ergebenen Druckanstieges in der Kammer begrenzt ist.

7. Geschütz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Oxidiermittel Wasserstoffperoxid in einer Konzentration von weniger als 73 Gew.-% ist.

8. Geschütz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Treibstoff ein Erdöldestillat mit etwa 10 C-Atomen ist.

9. Geschütz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidiermittel und der Treibstoff miteinander nicht mischbar sind und weiterhin ein Emulgierventil zwischen der Pumpeinrichtung und dem Verschluß vorgesehen ist, um die Größe der Treibstofftröpfchen und damit die Schnelligkeit der Verbrennung zu bestimmen.

10. Geschütz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidiermittel Wasserstoffperoxid in einer Konzentration von weniger als 73 Gew.-% und der Treibstoff ein Erdöldestillat wie beispielsweise Kerosen (kerosene) ist.

11. Geschütz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung eine pyrotechnische Zündeinrichtung ist.

12. Verfahren zum Feuern eines Geschosses aus einem Geschütz, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Geschoß in das Geschütz eingesetzt wird, um in diesem eine Verbrennungskammer zu begrenzen,

daß ein Oxidiermittel in einer vorbestimmten Menge in die Verbrennungskammer gepumpt wird,

daß im Oxidiermittel ein Treibstoff verteilt wird, und

daß das Oxidiermittel und der Treibstoff verbrannt

werden,

13. Verfahren zum Feuern eines Geschosses aus einem Geschütz mit einem Verschlußblock, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Geschoß in das Geschütz eingesetzt wird,

daß eine Charge aus festem Treibstoff in Pulverform in die Verschlußkammer eingebracht wird,

daß in die Verbrennungskammer eine vorbestimmte Menge eines flüssigen Oxidiermittels gepumpt wird, das mit dem Treibstoff nicht mischbar ist, und

daß gleichzeitig der Treibstoff im Oxidiermittel dispergiert wird und der Treibstoff und das Oxidiermittel gezündet werden.

14. Verfahren zum Feuern eines Geschosses aus einem Geschütz mit einem Verschlußblock und einem Lauf, dadurch gekennzeichnet, daß

das Geschoß in den Lauf eingesetzt wird,

daß eine pyrotechnische Zündeinrichtung in den Verschlußblock eingesetzt wird,

daß der Verschlußblock geschlossen wird, um eine Verbrennungskammer auszubilden,

daß eine Emulsion aus einem flüssigen Treibstoff und Wasserstoffperoxid hergestellt wird,

2Q daß diese Emulsion in die Kammer eingegeben wird ^

und daß die Zündeinrichtung erregt wird.

15. Verfahren zum Abschießen eines Geschosses mit gewünschter Geschwindigkeit aus dem Lauf eines Geschützes, das einen Lauf und einen Verschlußblock aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

ein gewähltes Geschoß in den Lauf eingesetzt wird,

OQ daß eine pyrotechnische Zündeinrichtung in den Verschlußblock eingefügt wird,

daß der Verschlußblock geschlossen wird/ um eine Verbrennungskammer zu bilden,

1 daß die zum Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit des Geschosses erforderliche Verbrennungsgeschwindigkeit bestimmt wird,

5 daß in Wasserstoffperoxid als Oxidiermittel Tröpfchen eines mit letzterem nicht mischbaren flüssigen Treibstoffs ausgebildet werden, die so groß sind, daß sich die genannte Verbrennungsgeschwindigkeit ergibt, und

10 daß die Zündeinrichtung erregt wird.