DE3519597C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Geschütz mit einem Lauf und einem Verschluß mit einem Verschlußblock, die zusammen mit einem im Verschlußende des Laufes eingesetzten Geschoß eine Verbrennungskammer begrenzen, mit einem Vorrat an flüssigem Oxidiermittel und einer Pumpe zum Einbringen des flüssigen Oxidiermittels in die Verbrennungskammer, mit einem separaten Vorrat an Treibstoff, mit einer Einrichtung zum Einbringen des Treibstoffes in die Verbrennungskammer und mit einer Einrichtung zum Zünden des Oxidiermittels und des Treibstoffes.

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 Einschließend kleiner Luftbläschen in die Brennkammern während des Beschickens bzw. Ladens zusammen. Werden diese im Einzeltreibstoff suspendierten Blätter komprimiert, kann es zu einer unkontrollierten Zündung infolge von adiabatischer Erwärmung und der Bildung von heißen Zündstellen im Treibstoffvolumen kommen. Beim Fehlen eines Restraums können während der Zündphase übermäßige Drucke auftreten.

Bei mit flüssigen Treibstoffen arbeitenden Geschützen werden der Treibstoff und das Oxidiermittel mit einem Kolben in die Verbrennungskammer gepumpt. 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 wie beispielsweise 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 Flammfront 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.

Aus der Druckschrift "Internationale Wehrrevue" 1/81, Seite 64 bis 66 ist ein Geschütz bekannt, bei dem ein Oxidator und ein Treibstoff in Form zweier Flüssigkeiten getrennt gelagert, mittels zweier Pumpen in die Verbrennungskammer eingebracht und durch Fremdenergie gezündet werden. Bei diesem bekannten Bulk-Loading-System wird dabei der Treibstoff gegebenenfalls über eine Dosiereinrichtung unmittelbar in die Verbrennungskammer des Geschützes gepumpt. Eine Aussage über die Volumen- und Druckverhältnisse beider Komponenten ist dieser Literaturstelle nicht zu entnehmen.

Weiterhin ist es aus der US-PS 29 95 987 bekannt, in einem Geschütz verschiedene mittels Membran voneinander getrennte Kammern vorzusehen, wobei der Oxidator angrenzend an die Verbrennungskammer gelagert ist und durch die Zündung dem aus Azetylen und Äthan bestehenden Treibstoff zugeführt wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Geschütz der eingangs umrissenen Art so auszubilden, daß es zuverlässig arbeitet, im Aufbau und der Funktionsweise einfach und wirtschaftlich ist und eine hohe Mündungsgeschwindigkeit ergibt, wobei die logistischen und materialtechnischen Probleme ausgeschaltet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen des Geschützes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der mit dem Oxidiermittel nicht mischbare Treibstoff kann entweder ein flüssiger Kohlenstoff wie beispielsweise Kerosin 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. 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 miteinander lösbar 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 ist, umso schneller erfolgt 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 Leerraum 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.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Teilansicht eines Geschützes, bei dem Treibstoff in Pulverform Einsatz findet,

Fig. 2 andere Ausführungsform eines Geschützes, bei dem ein flüssiger Treibstoff verwendet wird.

In Fig. 1 ist ein Geschütz 10 mit einem Lauf 12 und mit einer Mittelbohrung 14 gezeigt, die sich von einer Mündung 16 bis zu einem eine Verbrennungskammer bildenden Verschluß 18 erstreckt und mit diesem in Verbindung steht. Ein Verschlußblock 20 ist am Verschlußende des Laufs angebracht, dichtet diesen im geschlossenen Zusatand ab und erlaubt im offenen Zustand das Laden mit einem Geschoß 22. Der Verschlußblock enthält eine Ausnehmung, die sich zum Verschluß öffnet und einen Kanister 23 mit einem festen Kohlenwasserstoff-Treibstoff in Pulverform - beispielsweise Kohle - und einem chemischen pyrotechnischen Zünder aufnimmt. 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 Errergen des Zünders der Treibstoff in den Verschluß 18 geblasen wird.

Das Oxidiermittel, d. h. Wasserstoffperoxid mit einer Konzentration von weniger als 73 Gew.-%, ist in einem Vorratsbehälter 24 enthalten, der über eine Leitung 26 an den Einlaß einer Dosierpumpe 28 angeschlossen ist. Das Oxidiermittel wird an den Verschluß 18 gepumpt, der als Verbrennungskammer wirkt, welcher 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 Austrittsgeschwindigkeit zu erteilen. Um eine Selbstzündung zu verhindern und die Schnelligkeit des Druckanstiegs in der Verbrennungskammer zu begrenzen, ist es wichtig, einen Leerraum vorzusehen. Das Volumen der Verbrennungskammer ist typischerweise um 5 bis 50% größer als das Volumen der in die Kammer gepumpten Flüssigkeit. Das Gas in diesem Leerraum verhindert das Auftreten von Drücken in der Verbrennungskammer, die eine Selbstzündung bewirken, 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 die Abnahme der Korngröße auch die Reaktionsfläche zunimmt. Die zulässige Verbrennungsgeschwindigkeit ist von der Festigkeit des Geschützlaufs begrenzt. Steht diese fest, ergibt sich auch der Feinheitsgrad des festen Treibstoffpulvers.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 entspricht derjenigen nach 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 über eine 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 Emulgiermittel 52 dispergiert den im Oxidiermittel nicht lösbaren Treibstoff, welcher vorzugsweise ein Erdöldestillat mit etwa 10 C-Atomen, wie beispielsweise Kerosin im Wasserstoffperoxid in Form kleiner Tröpfchen ist. Die Nichtlösbarkeit 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 (5)

1. Geschütz mit einem Lauf und einem Verschluß mit einem Verschlußblock, die zusammen mit einem im Verschlußende des Laufs eingesetzten Geschoß eine Verbrennungskammer begrenzen, mit einem Vorrat an flüssigem Oxidiermittel und einer Pumpe zum Einbringen des flüssigen Oxidiermittels in die Verbrennungskammer, mit einem separaten Vorrat an Treibstoff, mit einer Einrichtung zum Einbringen des Treibstoffes in die Verbrennungskammer und mit einer Einrichtung zum Zünden des Oxidiermittels und des Treibstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Oxidiermittel aus Wasserstoffperoxid mit einer Konzentration von weniger als 73 Gew..-% besteht, daß der Kohlenwasserstoff-Treibstoff in dem flüssigen Oxidiermittel nicht lösbar ist und daß das Summenvolumen von Oxidiermittel und Treibstoff von der Reaktion geringer als das Volumen der Verbrennungskammer ist.

2. Geschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Verbrennungskammer das Volumen der dosierten Menge um etwa 5% übersteigt.

3. Geschütz nach Anspruch 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoff flüssig und ein Erdöldestillat mit etwa 10 C-Atomen ist.

4. Geschütz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoff ein Erdöldestillat wie beispielsweise Kerosin ist.

5. Geschütz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoff fest ist und Kohlepulver umfaßt.