DE3622810A1 - Kanone fuer fluessigtreibmittel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kanone für Flüssig­ treibmittel, bei der ein Differentialkolben zur Bereit­ stellung fortgesetzter oder regenerativer Einspritzung von Treibmittel in die Verbrennungskammer Verwendung fin­ det.

Die Erfindung stellt eine Verbesserung der Erfindung von M. Bulman dar, die in der am 6. Oktober 1977 eingereichten älteren Anmeldung mit der Serial Nr. 8 40 074 offenbart ist (Anwaltsakte 52-AR-2004). Diese Erfindung offenbart ein Kanonensystem für Flüssigtreibmittel mit einem Ring­ differentialkolben, der zur Ermöglichung einer Teleskop­ bewegung bezüglich eines ringförmigen Steuerventils und bezüglich der Kammer der Feuerbohrung geführt bzw. gelagert ist.

Die Erfindung stellt ferner eine Verbesserung der Erfin­ dung von M. Bulman dar, die in einer am 7. August 1980 eingereichten älteren Anmeldung mit der Serial Nr. 178 254 offenbart ist (Anwaltsakte 52-AR-2073). Gemäß dieser Erfindung ist im Zusammenhang mit einer Flüssigtreibmittel­ kanone mit Ringkolben und ringförmigem Steuerventil ein Rückschlagventil offenbart, das es dem unter relativ niedri­ gem Druck stehenden Flüssigtreibmittel ermöglicht, vom Zuführsystem in die Verbrennungskammer zu strömen und das verhindert, daß der in der Verbrennungskammer erzeugte Druckimpuls zum Zuführungssystem zurückschlägt.

Zur Verdeutlichung der in dieser Offenbarung nicht im einzelnen gezeigten Struktur wird noch auf die weiteren Anmeldungen mit den Serial Nr. 8 40 074 und 1 78 254 Bezug genommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einspritz­ mechanismus für ein Kanonensystem mit Ringkolben und ring­ förmigem Steuerventil zu vereinfachen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in einem Kanonensystem für Flüssigtreibmittel, das einen Ringkolben und ein ringförmiges Steuerventil auf­ weist, ein sogenannter Doppelwinkel-Einspritzmechanismus verwendet wird, der sowohl für eine Bohrungs- als auch für eine Kammereinspritzung sorgt, wobei nur ein einziges Einspritz-Steuerventil verwendet wird. Der Begriff "Dop­ pelwinkel" besagt, daß Steuerbohrungen im Winkel zueinander relativ zur Bohrungslängsachse nach vorne bzw. nach hinten geneigt ausgebildet sind. Eine auf dem Projektil vorge­ sehene flexible Lippe wird in Verbindung mit dem Doppel­ winkel-Einspritzmechanismus dazu herangezogen, positiv die Rückströmung von Treibmittel durch den Einspritzmecha­ nismus während der Zündphase des Kanonenfeuerzyklus, d. h. der Abgabe des Schusses zu eliminieren.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen:

Fig. 1 eine im Längsschnitt gezeigte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kanonensystems darstellt. Die obere Hälfte der Ansicht zeigt die Einheit während des Füllvorgangs mit Flüssigtreibmittel, während die untere Hälfte die Einheit nach dem Füllvorgang und während des Feuerns bzw. Schießens zeigt.

Das Kanonensystem weist eine Kanonenlaufeinheit 8 auf, die in einem Gehäuse 10 fixiert ist. Die Kanonenlaufein­ heit hat eine gezogene Feuerbohrung 20, eine Projektil- Aufnahmekammer 22 mit einem dazwischenliegenden Führungs­ kegel 23 und einer zylindrischen Oberfläche 24. Eine Muni­ tionspatrone weist ein Projektil 25 mit einem Abschuß- bzw. Feuerring 26 auf, der eine nach hinten und nach außen vorstehende auslenkbare Lippe 26 a hat, wobei der Feuer­ ring über ein zerbrechliches bzw. abreißbares Gewinde­ rohr 27 an einer Stummelkapsel 28 fixiert ist, die einen Aufschlagzylinder 29 und eine Übertragungsladung 30 auf­ weist. Die Patrone wird in das Patronenlager eingegeben, dort verriegelt und wieder herausgezogen mittels eines herkömmlichen Bolzens 32 oder, in einer großkalibrigen Kanone, durch einen Hinterladerblock. Die Übertragungsla­ dungskammer weist eine Vielzahl von Gasentlüftungsöffnungen 31 für die Übertragungsladung auf, die über eine Bohrung 33 durch den Aufschlagzylinder 29 gezündet wird.

Die Kanonenlaufeinheit und das Gehäuse definieren einen im wesentlichen hohlzylindrischen Hohlraum 34, in dem teleskopartig ein im wesentlichen hohlzylindrisches Ventil 36 und ein im wesentlichen hohlzylinderförmiger Kolben 38 angeordnet sind.

Das Ventil 36 weist einen vorderen Ringabschnitt 40 auf, der eine innere Wandoberfläche 42 zur Schaffung eines ringförmigen Spalts oder eines ringförmigen Durchtritts 44 aufweist, der in der Nähe der äußeren Wandoberfläche 46 des Laufs liegt. Der Ringabschnitt 40 ist einstückig mit einem Zwischenrohrabschnitt 52 ausgebildet, der eine Innenwandoberfläche zur Schaffung eines an die äußere Wandoberfläche 46 angrenzenden ringförmigen Hohlraums 56 und eine Außenwandoberfläche 58 zur Schaffung eines ringförmigen Hohlraums 60 aufweist, der in der Nähe der inneren Wandoberfläche 50 des Gehäuses liegt. Der Zwischen­ abschnitt 52 ist einstückig mit einem hinteren Ringab­ schnitt 62 ausgebildet, der eine auf der äußeren Wandober­ fläche 66 des Laufs im wesentlichen abgedichtet geführte innere Wandoberfläche 64, eine hintere Stirnwand bzw. Stirnoberfläche 68, eine vordere Stirnwand bzw. Stirn­ fläche 70, eine innere Ringhüllung 72, eine Vielzahl von Längsbohrungen oder Längskanälen 74, die sich zwischen den Oberflächen 68 und 70 erstrecken, und eine Ringdichtung 76 aufweist, die in einer Ringnut in der Außenwandober­ fläche 58 angeordnet ist. Eine Vielzahl von Längsbohrungen 77 schaffen Durchtrittskanäle zwischen dem Hohlraum 56 und der Hüllung 72, wenn sich das Ventil 36 in einer Stel­ lung befindet, in der es die vorderste Endlage noch nicht erreicht hat. Zwei Stangen 78 sind mit ihren rückwärtigen Enden jeweils mit den vorderen Ringabschnitten 40 verbun­ den und erstrecken sich durch Bohrungen im Gehäuse. Die Stangen sind jeweils nach hinten durch eine zugeordnete Schrauben-Druckfeder 210 vorgespannt, die zwischen einem Querstift an der Stange und einem Stopfen im Gehäuse ge­ fangen ist. Jede Stange kann eine zugeordnete Dichtung aufweisen, wie dies in der Patentanmeldung mit der Serial Nr. 8 40 074 gezeigt ist, wobei ferner ein Anschlagmecha­ nismus vorgesehen ist, um zu verhindern, daß sich das Ventil über die im oberen Teil der Fig. 1 gezeigte Stel­ lung hinaus nach hinten bewegt.

Der Kolben 38 weist einen vorderen Ringabschnitt 90 auf, der eine auf der Oberfläche 58 des Ventils geführte Innen­ wandoberfläche 92 und eine Außenwandoberfläche 94 hat, die im Abstand von der Oberfläche 50 des Gehäuses steht. Der Ringabschnitt 90 ist einstückig mit einem Zwischenrohr­ abschnitt 96 ausgebildet, der eine gegen die Ringdichtung 76 im Ventil anliegende Innenoberfläche 92 und eine Außen­ oberfläche 100 hat, die an einem Paar von Ringdichtungen 102 a bzw. 102 b anliegt, die in einem Paar von Ringnuten in der Innenoberfläche 104 des Gehäuses aufgenommen sind. Der Zwischenabschnitt 96 ist einstückig mit einem hinteren Ringabschnitt 106 ausgebildet, auf dem eine Ringdichtung 108 montiert ist, die - wie gezeigt - als gesonderte Dich­ tung ausgebildet sein oder aber lediglich als enges Spiel vorliegen kann, wobei der hintere Ringabschnitt 106 unter Vorspannung steht, um abdichtend am hintersten Abschnitt 66 a der Außenoberfläche 66 des Kanonenlaufs anzuliegen und auf diesem geführt zu werden. Es ist erkennbar, daß die wirksame Querschnittsfläche der vorderen Oberfläche 114 des hinteren Ringabschnitts 106 kleiner ist als die wirksame Querschnittsfläche der hinteren Oberfläche 112, wodurch eine Kolbenhülse 38 mit Differentialkolben-Wirkung geschaffen wird.

Der Lauf 8, das Ventil 36 und der Kolben 38 definieren in Abhängigkeit ihrer jeweiligen gegenseitigen Lage zuein­ ander einen Flüssigtreibmittel-Füllhohlraum 56, eine Ven­ tilhöhlung 72, einen Pumphohlraum 118 und einen Verbrennungshohlraum 120. Der Lauf 8 hat eine Vielzahl von ersten Bohrungen 126, die in einer Ringreihe angeordnet und von der Oberfläche 66 in der Pumpkammer 118 in einem Winkel zur Laufachse nach hinten zur Oberfläche 24 in der Projektilkammer 22 verlaufen. Der Lauf 8 hat eine Vielzahl von zweiten Bohrungen 128, die ebenfalls in einer Ringreihe angeordnet sind und von der Oberfläche 66 in der Pumpkammer 18 im Winkel zur Laufachse nach vorne zur Bohrung 20 verlaufen. Die Bohrungen 126 und 128 verlaufen in der Zeichnung unter einem Winkel von 45° zur Achse.

Eine Zuführeinrichtung 151 zur Zufuhr von unter Druck stehendem Flüssigtreibmittel ist mit einem nockengesteuer­ ten Ventil 152 gekoppelt, das an eine Einlaßöffnung im Gehäuse angeschlossen ist, die zu einer ringförmigen Durch­ trittsöffnung 154 im Gehäuse führt, von der aus eine Viel­ zahl von Radialbohrungen 156 zum vorderen Abschnitt der Oberfläche 50 und durch diese hindurch führen. Eine Radial­ bohrung 158 führt durch die Oberfläche 50 und von dieser weg hinter dem Ringabschnitt 90 des Kolbens 38 zu einer Entlüftung.

Zwei Stangen 170 und 172 sind mit ihren hinteren Enden jeweils am vorderen Ringabschnitt 90 des Kolbens 38 be­ festigt und erstrecken sich abgedichtet durch Bohrungen im Gehäuse. Die vorderen Enden der Stangen enden jeweils in einer Erweiterung. Ein Trommelnocken, wie er beispiels­ weise in der US-PS 37 63 739 mit einem Ausgabetag vom 9. Oktober 1973 (Patentinhaber D. P. Tassie) gezeigt ist, hat eine schraubenförmige Steuernut, in die ein Nocken­ folgeglied eingreift, das einen in einem Stangenfolgeglied endenden Arm aufweist. Die Stangen können sich nach vorne frei von den Folgegliedern bewegen, sie werden jedoch bei ihrer Rückwärtsbewegung über die Folgeglieder durch die im Nocken ausgebildete Steuernut gesteuert. Die Nocken- Steuernut ist ferner in der Lage, die Stangen über die Folgeglieder nach vorne zu ziehen, wie dies insgesamt in der Anmeldung mit der Serial Nr. 8 40 074 gezeigt ist.

Der Lauf bzw. das Rohr 8 weist einen erweiterten Abschnitt 200 mit einer Außenoberfläche 201 auf, die auf der Ober­ fläche 54 des Ventils 36 gleitet und dazu dient, eine Abdichtung gegen diese Oberfläche vorzunehmen. Eine Viel­ zahl von im wesentlichen längs verlaufenden Bohrungen 77 sind in einer Ringreihe durch den erweiterten Abschnitt geführt und dienen als Durchtrittsöffnungen vom Füllring­ hohlraum 56 zur Ventilhöhlung 72. Die Vielzahl von Längs­ kanälen 74 dienen als Durchtrittsöffnungen von der Ventil­ höhlung 72 zum Pumphohlraum 118.

Ein Belleville-Dichtring 206 ist in die Ventilhöhlung 72 am Rohr in der Nähe der Bohrungen 77 eingesetzt und durch einen Haltering 208 in Lage gehalten. Der Dicht­ ring ist normalerweise von konischer Form und ermöglicht die Strömung von Flüssigtreibmittel vom Füllhohlraum 56 durch die Durchtrittsöffnungen 77 um den Dichtring 206 herum durch die Ventilhöhlung 72 und die Durchtrittsöffnun­ gen 74 in den Pumphohlraum 118. Vor dem Feuern wird das Differentialventil 36 mittels externer mit den Stangen 78 gekoppelter Druckfedern in der im oberen Teil der Fig. 1 gezeigten Position gehalten, so daß die Oberfläche 66 des Ventilkopfs 62 beide Reihen von Bohrungen 126 und 128 schließt und die Strömung von Flüssigtreibmittel vom Pumphohlraum 118 in diese Bohrungen verhindert. Bei Beginn des Feuerns steigt der Flüssigkeitsdruck im Pumphohlraum 118 an und wird auf die Ventilhöhlung 72 gegeben. Dieser Druckanstieg auf der rückwärtigen Oberfläche des Belle­ ville-Dichtrings 206 im Verhältnis zum Druck auf der vor­ deren Oberfläche des Dichtrings drückt bzw. zwängt den Dichtring gegen seine inhärente Federkraft flach, um die Durchtrittsöffnungen 77 zu schließen, wodurch der Füll­ hohlraum 56 und das davorliegende System von den bal­ listischen Fluiddrücken isoliert wird, die während des Feuerns erzeugt werden. Weil die vordere Oberfläche 70 des Kopfs des Ventils 36 eine kleinere Querschnittsfläche hat als die rückwärtige Oberfläche 68, drückt während des Feuerns der hierdurch erzeugte Differentialdruck das Ven­ til 36 progressiv gegen die Vorspannkraft der Federn 210 nach vorne, wodurch progressiv das Volumen der Ventil­ höhlung 72 im wesentlichen auf Null reduziert und wodurch zunehmend die nach hinten gerichteten Bohrungen 126 und die nach vorne gerichtete Bohrung 128 geöffnet werden.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Feuervorgang durch einen im Geschützbolzen 32 aufgenommenen Zündstift eingeleitet, der auf den Aufschlagzünder 29 auftrifft, wodurch heißes unter hohem Druck stehendes Gas erzeugt und durch die Durchtrittsöffnung 33 zur Übertragungsladung 30 gedrückt wird, die ihrerseits heißes Gas unter Druck erzeugt, das dann durch die Entlüftungsöffnungen 31 in den Verbrennungshohlraum 120 geleitet wird. Dieses unter Druck stehende Gas wirkt dann auf die rückwärtige Ober­ fläche 112 des Kopfes 106 des Kolbens 38, so daß der Kolben nach vorne gedrückt wird, wodurch der Druck im Pumphohlraum 118 auf der hinteren Oberfläche 68 des Kopfes 62 des Ven­ tils 36 sowie der Druck in der Ventilhöhlung 72 angehoben werden. Der Belleville-Dichtring 206 schließt die Durch­ trittsöffnungen 77 und das Ventil 36 beginnt sich nach vorne zu bewegen. Wenn sich das Ventil 36 nach vorne be­ wegt, steuert es die Bohrungen 126 auf, wodurch Flüssig­ treibmittel in eine Ringhöhlung geleitet wird, die durch das Projektil, die Oberfläche 24, den Führungskegel 23 und die Lippe 26 a des Schußrings 26 definiert wird. Die Lippe dichtet diese Ringhöhlung ab und hält den im Verbrennungshohlraum 120 entwickelten Gegendruck davon ab, in diese Ringhöhlung und in das stromauf gelegene Flüssigtreibmittel-Zuführungssystem einzudringen. Mit Zunahme des Drucks im Pumphohlraum 118 wird die Lippe 26 a ausgelenkt bzw. verformt, so daß Flüssigtreibmittel auf die Rückseite des Projektils in den Verbrennungshohl­ raum 120 strömen kann. Da die vordere Fläche 114 des Kolbenkopfs eine kleinere Querschnittsfläche als die rück­ wärtige Oberfläche 112 hat, drückt der hierdurch erzeugte Differentialdruck den Kolben nach vorne, wodurch die in Gang gebrachte Strömung von Flüssigtreibmittel durch die Bohrungen 126 aufrechterhalten wird. Bei einem vorbestimm­ ten Gasdruck im Verbrennungshohlraum 120, beispielsweise bei einem Druck von 5000 psi, bricht das zerbrechliche bzw. zerstörbare Rohr 27 und das Projektil wird freigege­ ben, so daß es sich nach vorne in die Kanonenrohrbohrung bewegen und die Bohrungen 128 freigeben kann. Da der Ven­ tilkopf 62 diese Bohrungen bereits aufgesteuert bzw. frei­ gelegt hat, wird es dem Flüssigtreibmittel nun ermöglicht, vom Pumphohlraum 118 durch diese Bohrungen nach vorne in die Kanonenrohrbohrung zu strömen, wodurch ein in die Kanonenrohrbohrung hineingerichteter Sprühstrahl von Flüs­ sigtreibmittel erzeugt wird, der dann aufgrund des Kontakts mit heißen Verbrennungsgasen verbrennt. Während der ge­ samten Injektionsphase wird durch die nach hinten im Win­ kel verlaufenden Löcher ein in die Kammer hineingerichteter Gasstrom aufrechterhalten, während ein in die Bohrung gerichteter Gasstrom durch die nach vorne im Winkel zur Achse verlaufenden Löcher aufrechterhalten wird.

Das Merkmal der Doppelwinkelanordnung dieser Einspritz- bzw. Injektionseinrichtung verteilt bzw. zerstreut die getrennten Injektionsströme und verhindert die Ansammlung einer instabilen Menge von unverbranntem Treibmittel.

Im Falle einer Fehlzündung bleiben sowohl das Differential­ ventil 36 als auch das Belleville-Dichtringventil in ihren offenen Ausgangsstellungen, wodurch dem Flüssigtreibmittel im Pumphohlraum 118 durch den Vorwärtsbewegungsvorgang des Differentialkolbens über die Stangen 170 und 172 die Rückkehr in das Versorgungs- bzw. Zuführsystem 151 er­ möglicht wird.

Die Erfindung schafft somit ein Gewehr bzw. eine Kanone für Flüssigtreib­ mittel, die einen Ringkolben, ein ringförmiges Steuer­ ventil und einen besonders ausgebildeten Einspritzmecha­ nismus aufweist. Der Einspritzmechanismus weist zwei im Winkel zur Rohrachse ausgerichtete Steuerbohrungen auf, wodurch es mit einem einzigen Einspritz-Steuerventil ge­ lingt, sowohl die Brennkammer als auch das Rohr gezielt mit Treibmittel zu versorgen. Durch dieses Doppelwinkel- Merkmal wird eine stabile Verbrennungszone sichergestellt. Eine flexible Lippe am Projektil wird in Verbindung mit dem Doppelwinkel-Einspritzmechanismus dazu herangezogen, positiv eine Rückströmung von Treibmittel durch den Ein­ spritzmechanismus während der Zündphase der Schußabgabe zu eliminieren.

Claims (6)

1. Kanone für Flüssigtreibmittel, gekennzeichnet durch
ein Gehäuse (10) mit einem darin befindlichen ersten sich in Längsrichtung erstreckenden Hohlraum,
ein Kanonenrohr (8) mit einer eine Projektil-Aufnahme­ kammer (22) aufweisenden Feuerbohrung (20) und einer ent­ lang der Längsachse angeordneten Verbrennungskammer (120),
ein in der Projektil-Aufnahmekammer aufgenommenes Projektil,
wobei das Kanonenrohr (8) innerhalb des ersten Hohl­ raums des Gehäuses angeordnet ist und mit dem Gehäuse (10) einen zweiten geschlossenen Hohlraum definiert, der einen Abschnitt des ersten Hohlraums darstellt, eine sich im wesentlichen in Längsrichtung erstreckende Form besitzt und koaxial mit der Kanonenlängsachse ausgerichtet ist,
eine im zweiten Hohlraum angeordnete im wesentlichen ringförmige Ventilhülse (36) mit einer sich in Längsrich­ tung erstreckenden Form, die koaxial zur Längsachse des Rohres ausgerichtet ist,
eine im zweiten Hohlraum angeordnete Kolbenhülse (38) von im wesentlichen ringförmiger und sich im wesent­ lichen in Längsrichtung koaxial zur Kanonenlängsachse ertreckender Form,
wobei die Kolbenhülse und die Ventilhülse zur Ermög­ lichung einer Relativbewegung zueinander und bezüglich des Kanonenrohrs gelagert bzw. geführt sind und diese Hülsen im Zusammenwirken miteinander eine Pumpkammer (118) mit variablem Volumen für Flüssigtreibmittel definieren,
eine Verschlußeinrichtung (32) zum Verschließen des hinteren Endes der Projektil-Aufnahmekammer,
eine Zuführeinrichtung (151) zur Zufuhr von Flüssig­ treibmittel unter Druck,
erste und zweite Kanaleinrichtungen (126 und 128) zum Anschluß der Pumpkammer (118) an die Projektil-Auf­ nahmekammer (22), und
zusätzliche Ventileinrichtungen (26 a), die auf dem Projektil angeordnet sind und unter relativ niedrigem Druck dazu dienen, die Strömung von Flüssigtreibmittel von der Projektil-Aufnahmekammer in die Verbrennungskammer zu unterbinden und unter verhältnismäßig höherem Druck dazu vorgesehen sind, die Strömung von Flüssigtreibmittel von der Projektil-Aufnahmekammer (22) in die Verbrennungs­ kammer (120) zu erlauben.

2. Kanone für Flüssigtreibmittel, gekennzeichnet durch
ein Gehäuse,
ein Kanonenrohr,
ein Differentialringventil,
einen Differentialringkolben,
wobei das Gehäuse, das Rohr, das Ventil und der Kolben eine Füllkammer, eine Pumpkammer, eine Projektil-Aufnahme­ kammer und eine Verbrennungskammer definieren,
ein in der Projektil-Aufnahmekammer angeordnetes Projektil, und
zum Teil auf dem Projektil angeordnete Ventileinrich­ tungen, die unter verhältnismäßig geringem Druck dazu vorgesehen sind, die Strömung von Flüssigtreibmittel von der Pumpkammer in die Verbrennungskammer zu unterbinden und unter relativ höherem Druck dazu dienen, die Strömung von Flüssigtreibmittel von der Pumpkammer in die Verbren­ nungskammer zu ermöglichen.

3. Kanone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung eine Ringdichteinrichtung auf­ weist, die das Projektil unter verhältnismäßig geringem Druck gegen die Projektil-Aufnahmekammer abdichtet und die unter einem relativ höheren Druck öffnet, um einen Ring­ spalt zwischen dem Projektil und der Projektil-Aufnahme­ kammer bereitzustellen.

4. Munitionspatrone, gekennzeichnet durch
eine Patronenhülse,
ein Projektil,
ein zerbrechliches Element zur Verbindung der Hülse mit dem Projektil, und
eine um das Projektil herum angeordnete und an diesem befestigte verformbare Dichtung.

5. Munitionspatrone nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Projektil einen Feuerstreifen bzw. ein Feuerband aufweist und die Dichtung von einer auslenkbaren Lippe gebildet ist, die vom Feuerband vorsteht.

6. Kanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kanaleinrichtung (126) im Winkel nach hinten und die zweite Kanaleinrichtung (128) im Winkel nach vorne verläuft.