DE4003320A1 - Geschoss fuer elektrothermische beschleunigungsvorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Geschoß, wie es durch die Merk­ male des Oberbegriffs des Anspruchs 1 definiert ist.

In einem elektrothermischen Beschleuniger soll, ähnlich wie bei den klassischen Rohrwaffen, hinter dem Geschoß ein Druck erzeugt werden, der dem Geschoß eine hohe kinetische Energie verleiht. Beim elektromagnetischen Beschleuniger wird der Druck mit Hilfe eines hochenergetischen Plasmas erzeugt. Der entstehende Plasmadruck wird von verschiede­ nen Parametern beeinflußt, wie z. B. der Geometrie und An­ ordnung der Elektroden, der Geometrie und Anordnung des Plasmakanals sowie der Art und der Eigenschaft des Mediums im Plasmakanal (Plasmamaterial).

Um einen möglichst hohen Plasmadruck über einen möglichst großen Geschoßweg zu erzeugen ist es wünschenswert, eine möglichst große Menge geeigneter Plasmamaterialien im Plas­ makanal zu plazieren. Die Verwirklichung dieses Zieles ist jedoch konstruktiv nur schwer durchzuführen, zumal man die Plasmamaterialien so unterbringen muß, daß sie ihre Wir­ kung voll entfalten können. D. h., die Plasmamaterialien müssen sich möglichst während der Geschoßdurchlaufzeit durch das Rohr komplett unter der Plasmaeinwirkung umsetz­ ten und nicht unverbraucht aus dem Rohr geschleudert wer­ den.

Aus der DE-OS 38 14 332 ist bereits ein Geschoß für elek­ trothermische Beschleunigungsvorrichtungen bekannt, bei dem vorgeschlagen wird, zur Erzeugung eines nahezu kon­ stanten Druckes am Geschoßboden eine der beiden Elektroden des Plasmabrenners, zwischen denen der Lichtbogen brennt, am Geschoß selbst anzuordnen.

Da für das Plasmamaterial nur der Raum zwischen den Elek­ troden zur Verfügung steht, ist bei dieser bekannten Anord­ nung nur eine geringe Menge an geeignetem Plasmamaterial unterzubringen.

Aus der US 33 13 208, insbesondere Fig. 3, ist ferner be­ kannt, bei Verwendung von Diergolen für Waffen mit flüssi­ gem Geschoßantrieb im Geschoß selbst, entweder den Brenn­ stoff oder den Oxydator unterzubringen. Ein Hinweis, wie derartige Waffen bzw. Geschosse für elektrothermische Be­ schleunigungsvorrichtungen nutzbar gemacht werden könnten, läßt sich dieser Schrift nicht entnehmen.

Ausgehend von dem Geschoß der eingangs erwähnten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen möglichst hohen Plasmadruck in dem Beschleuniger über einen möglichst großen Geschoßweg zu erzeugen, wobei sich das Plasmama­ terial möglichst vollständig in Treibgas umsetzen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere, besonders vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt also der Gedanke zugrunde, Plasmateri­ alanteile im Geschoß selbst unterzubringen. Dieses Plasma­ material kann dann entweder in den Plasmakanal hinter dem Geschoß gespritzt werden, oder es kann sich nach Zerstö­ rung einer Membran im Geschoß selbst umsetzen. Im ersten Fall ist es besonders vorteilhaft, die Geschoßelektrode be­ weglich in Längsrichtung des Geschosses anzuordnen. Durch den Plasmadruck auf die Elektrode wirkt dann diese wie ein Injektorkolben, und durch entsprechende Ausspritzkanäle kann das Plasma in den Plasmakanal gelangen. Durch die Bewegung der Geschoßelektrode wird außerdem das Plasma in die Länge gezogen. Das sich vergrößernde Plasma ist mit Hilfe des eingespritzten Plasmaterials über einen großen Zeitraum in der Lage, am Geschoßheck einen großen gleich­ bleibenden Plasmadruck aufrechtzuerhalten. Damit verbes­ sert sich der Wirkungsgrad der Vorrichtung und das Geschoß erhält eine höhere kinetische Mündungsenergie bzw. Mün­ dungsgeschwindigkeit.

Außerdem hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Plasmamaterial zwischen die Rohrwand und das Plasma gespritzt wird, weil in diesem Fall eine Kühlung der Rohrwand erfolgt und die Rohrinnenoberfläche wesent­ lich geringere Abnutzungserscheinungen zeigt, als dieses bei herkömmlichen Plasmabeschleunigern mit zwei festen, im Ladungsraum angeordneten Elektroden der Fall ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe von Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den verschlußseitigen Teil einer elektrother­ mischen Beschleunigungsvorrichtung mit erfin­ dungsgemäßem Geschoß;

Fig. 2 einen Querschnitt des Geschosses gemäß Fig. 1 an der Schnittstelle I-I;

Fig. 3 das Geschoß gemäß Fig. 1 ohne elektrothermische Beschleunigungsvorrichtung;

Fig. 4 bis Fig. 7 weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Geschosse.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Plasmabrenner bezeichnet der im heckseitigen Teil einer elektrothermischen Beschleunigungs­ vorrichtung angeordnet ist. An den Plasmabrenner 1 schließt sich das Rohr 2, in dem das Geschoß 3 beschleu­ nigt wird, an.

Der Plasmabrenner besteht im wesentlichen aus einer Elek­ trode 10, an die sich der Plasmakanal 11 anschließt. Die Elektrode 10 sowie der Plasmakanal 11 sind gegen die äuße­ ren Verschlußteile durch eine Plasmabrennerisolierung 12 isoliert. Im Inneren des Plasmakanals 11 befindet sich plasmaerzeugendes Material 13.

Das Beschleunigungsrohr 2 weist an seinem dem Plasmabren­ ner 1 zugewandten Ende einen Kontaktbuchsenträger 20 mit Kontaktbuchse 21 auf.

Das Geschoß 3 besteht im wesentlichen aus einer massiven Geschoßspitze 30 und einer Geschoßhülse 31. Im Inneren des Geschosses ist ein Raum 32 mit plasmabildendem Material 32′ der von der Geschoßhülse 31 durch eine Isolierung 33 getrennt wird. Am heckseitigen Ende des Geschosses befin­ det sich eine Geschoßelektrode 34. Die elektrische Verbin­ dung zwischen der Geschoßspitze 30 bzw. der Geschoßhülse 31 und der Geschoßelektrode 34 wird über eine im Raum 32 angeordnete Kontaktspirale 35 hergestellt. Mit 36 werden Ausspritzkanäle und mit 37 eine Dichtung zwischen der Ge­ schoßelektrode 34 und der heckseitigen Geschoßisolierung 33 bezeichnet.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linien I-I der Fig. 1. Dabei wird vor allem die Lage der Ausspritzkanäle 36 sichtbar, die sich in den Geschoßisolierungen 33 befin­ den.

Zur Beschleunigung des Geschosses 3 wird zwischen der Elek­ trode 10 des Plasmabrenners und der Geschoßelektrode 34 ein Plasma erzeugt. Hierzu befindet sich in dem Plasmaka­ nal 11 Plasmamaterial 13. Hinter dem Geschoß 3 wird daher zunächst ein hoher Plasmadruck erzeugt. Dadurch wird die als Injektorkolben wirkende Elektrode 34 in Richtung der Geschoßspitze 30 bewegt und komprimiert das im Geschoß be­ findliche Plasmamaterial 32′. Gleichzeitig beginnt die Ge­ schoßbewegung. Nach einer kurzen Bewegung des Injektorkol­ bens 34 gibt dieser die Einspritzkanäle 36 frei, durch die das Plasmamaterial 32′ ringförmig um das Plasma 14 herum eingespritzt wird. Gleichzeitig verlängert sich infolge der Geschoß- und Injektorkolbenbewegung das Plasma 14. Das neu eingespritzte Plasmamaterial, das sich zunächst zwischen Plasma 14 und der Rohrwand befindet und diese kühlt, setzt sich nach und nach um und sorgt dafür, daß das Niveau des Plasmadruckes über die gesamte Zeit der Einspritzung erhalten bleibt.

Während der Geschoßbewegung wird über die Kontaktbuchse 21 die Geschoßhülse 31, die Kontaktspirale 35 und die Geschoß­ elektrode 34 der Stromfluß gewährleistet. Erst wenn die Ge­ schoßhülse 31 den Kontaktring 21 verläßt und die Einsprit­ zung beendet ist, wird der Stromkreis über den Kontakt­ buchsenträger 20 hergestellt, d. h. der das Plasma erzeu­ gende Lichtbogen besitzt einerseits als Fußpunkt die Elek­ trode 10 und andererseits den Kontaktbuchsenträger 20.

In Fig. 3 ist noch einmal das Geschoß 3 ohne Plasmabren­ ner schematisch dargestellt.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Geschosses 4. Dabei ist die Geschoßspitze mit 40, die Geschoßhülse mit 41 und der Raum mit plasmabilden­ dem Material mit 42 bezeichnet. Die zwischen dem Raum 42 und der Geschoßhülse angeordnete Isolierung ist mit 43 und die heckseitige Geschoßelektrode mit 44 bezeichnet. Die Ge­ schoßelektrode 44 ist teleskopartig in eine elektrisch lei­ tende Hülse 45 und diese in eine Hülse 45′ versenkbar, so daß zwischen der Geschoßspitze 40 und der Elektrode 44 die elektrisch leitende Verbindung über die Hülsen 45 und 45′ zustande kommt.

Die Elektrode 44 weist einen zentralen Ausspritzkanal 46 auf, der sich am heckseitigen Ende in mehrere Teilkanä­ le 46′ und 46′′ verzweigt. Diese Teilkanäle 46′, 46′′ sind über Stopfen 47 und 47′ verschlossen, so daß das Plasmama­ terial 42′ nicht austreten kann.

Bei der Beschleunigung des Geschosses verbrennen diese Stopfen, so daß bei Bewegung der Elektrode 44 in Richtung Geschoßspitze 40 das Plasmamaterial 42′ durch die Aus­ spritzkanäle 46, 46′, 46′′ in den Plasmakanal 11 (Fig. 1) austreten kann.

Fig. 5 zeigt ein Geschoß 5, welches einen ähnlichen Aufbau wie das Geschoß 4 gem. Fig. 4 aufweist. Die Geschoßspitze ist mit 50, die Geschoßhülse mit 51 und der Raum mit plas­ mabildendem Material mit 52 bezeichnet.

Der Raum 52 wird von der Geschoßisolierung 53 umgeben. Am heckseitigen Ende des Geschosses 5 befindet sich die Elek­ trode 54. Die Verbindung der Geschoßelektrode 54 zur Ge­ schoßspitze 50 bzw. Geschoßhülse 51 ist wiederum durch eine teleskopartige Baugruppe, die im wesentlichen aus den Hülsen 55 und 55′ besteht, realisiert. Im Gegensatz zu Fig. 4 sind die Kontakthülsen 55 und 55′ aber im Inneren des Raumes 52 angeordnet. Ähnlich, wie das Geschoß gemäß Fig. 1, sind Ausspritzkanäle 56, 56′ zwischen Geschoß­ elektrode 54 und der Geschoßisolation 53 vorgesehen. Wird die als Injektorkolben wirkende Elektrode 54 in Richtung Geschoßspitze 50 bewegt, so wird das Plasmamaterial 52′ ringförmig um das Plasma 14 herumgespritzt.

Zusätzlich zu den Ausspritzkanälen 56′, 56′ weist das Geschoß gemäß Fig. 5 auch einen zentralen, in der Ge­ schoßelektrode 54 vorgesehenen Ausspritzkanal auf. Dieser Ausspritzkanal ist mit einem Stopfen abgedichtet. Eine derartige Anordnung erlaubt es, zusätzliches Plasmama­ terial 59 innerhalb der teleskopartigen Verbindung vorzu­ sehen. Hierdurch kann erreicht werden, daß in den Plasmaka­ nal 11 (Fig. 1) während des Fluges des Geschosses in der Beschleunigungsvorrichtung unterschiedliches Plasmamate­ rial eingespritzt werden kann.

Selbstverständlich kann der Ausspritzkanal 57 am heckseitigen Ende auch mehrere Ausspritzöffnungen besitzen (vgl. z. B. Fig. 4).

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem al­ lerdings auf das Einspritzen des Plasmamaterials in den Plasmakanal 11 verzichtet wird. Das Geschoß 6 besteht wie­ derum aus Geschoßspitze 60, Geschoßhülse 61 und Raum für das plasmabildende Material 62. Um den Raum 62 befindet sich die Isolierung 63. Die Geschoßelektrode 64 ist mit der Geschoßhüle 61 und/oder der Geschoßspitze 60 über in­ nenliegende, teleskopartig ineinander verschiebbare Hülsen 65 und 65′ verbunden. Außerdem ist der Geschoßinnenraum 62 vor dem Abschuß mittels einer Membran 68 verschlossen.

Unter dem Plasmadruck bewegt sich der Fußpunkt des Plasmas auf der Geschoßelektrode in Schußrichtung in das Geschoß und damit in den Plasmaraum 62 hinein. Dabei wird die Mem­ bran geöffnet und das Plasmamaterial 62′ kann sich im Plas­ makanal 11 (Fig. 1) und Plasmaraum 62 mit dem Plasma umset­ zen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist eine nicht beweg­ liche Geschoßelektrode 74 vorgesehen. Die Geschoßelek­ trode 74 ist wiederum mit der Geschoßspitze 70 und/oder der Geschoßhülse 71 über einen innenliegenden Leiter 75 verbunden. Der Raum für das plasmabildende Material 72′ wird heckseitig im wesentlichen durch einen in Längsrich­ tung beweglichen Kunststoffkolben 76 verschlossen.

Die Geschoßelektrode wird so ausgebildet, daß sie sich unter der Wirkung des Plasmas 14 (Fig. 1) fortlaufend von hinten nach vorne umsetzt und damit der Fußpunkt des Plas­ mas 14 zur Geschoßspitze wandert. Gleichzeitig wandert der Isolierstoffkolben 76 unter der Wirkung des Plasmadruckes in Richtung Geschoßspitze 70, wobei Plasmamaterial 72′ un­ mittelbar ins Plasma 14 eingespritzt wird.

Selbstverständlich kann das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 auch derart abgeändert werden, daß statt des Kunststoff­ kolbens 76 lediglich eine Membran, wie sie in Fig. 6 mit 68 bezeichnet ist, verwendet wird. In diesem Fall wird das Plasmamaterial 72′ gleichzeitig nahezu vollständig dem Plasma 14 zugeführt. Der gesamte Vorgang wird beschleu­ nigt, wenn die Umsetzung der Geschoßelektrode 74 in einer Art Drahtexplosion schlagartig erfolgt.

Bezugszeichenliste

 1 Plasma
10 Elektrode
11 Plasmakanal
12 Plasmabrennerisolierung
13 plasmaerzeugendes Material, Plasmamaterial
14 Plasma
 2 Rohr
20 Kontaktbuchsenträger
21 Kontaktbuchse
 3 Geschoß
30 Geschoßspitze
31 Geschoßhülse
32 Raum mit plasmabildendem Material, Plasmamaterial
32′ plasmabildendes Material
33 Geschoßisolierung
34 Geschoßelektrode
35 Kontaktspirale
36 Ausspritzkanäle
37 Dichtung
 4 Geschoß
40 Geschoßspitze
41 Geschoßhülse
42 Raum mit plasmabildendem Material
42′ plasmabildendes Material
43 Geschoßisolierung
44 Geschoßelektrode
45, 45′ Kontakthülsen
46, 46′, 46′′ Ausspritzkanäle
47, 47′ Stopfen
 5 Geschoß
50 Geschoßspitze
51 Geschoßhülse
52 Raum mit plasmabildendem Material
52′ plasmabildendes Material
53 Geschoßisolierung
54 Geschoßelektrode
55, 55′ Kontakthülse
56, 56′ Ausspritzkanäle
57 zentraler Ausspritzkanal
58 Stopfen
59 plasmabildendes Material
 6 Geschoß
60 Geschoßspitze
61 Geschoßhülse
62 Raum für plasmabildendes Material
62′ plasmabildendes Material
63 Isolierung
64 Geschoßelektrode
65, 65′ Kontakthülse
68′ Membran
 7 Geschoß
70 Geschoßspitze
71 Geschoßhülse
72 Raum für plasmabildendes Material
72′ plasmabildenes Material
73 Isolierung
74 Geschoßelektrode
75 Leiter
76 Differentialkolben, Kunststoffkolben

Claims (13)

1. Geschoß (3 bis 7) für elektrothermische Beschleunigungs­ vorrichtungen mit im Geschoßboden angeordneter Elektro­ de (34, 44, 54, 64, 74), dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Geschoß (3 bis 7) einen Raum (32, 42, 52, 62, 72) enthält, in dem sich ein plasma­ bildender Stoff (32′, 42′, 52′, 62′, 72′) befindet, der bei der Bewegung des Geschosses durch die Beschleuni­ gungsvorrichtung in Plasma umgesetzt wird.

2. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektrode (34, 44, 54, 64) in Längsrichtung des Geschosses (3 bis 6) beweglich an­ geordnet ist.

3. Geschoß nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektrode (34, 44, 54,) im wesentlichen die dem Heck des Geschosses (3 bis 5) zugewandte Wand des Raumes (32, 42, 52) mit plasmabil­ dendem Stoff (32′, 42′, 52′) bildet, und daß zwischen dem Heck des Geschosses (3 bis 5) und dem Raum (32, 42, 52) mit plasmabildendem Stoff (32′, 42′, 52′) Verschluß­ teile (47, 47′, 58) vorgesehen sind, die sich immer dann öffnen, wenn die bewegliche Elektrode (34, 44, 54) in den Raum (32, 42, 52) mit plasmabildendem Stoff hin­ eingedrückt wird, so daß dann der plasmabildende Stoff (32′, 42′, 52′) heckseitig aus dem Geschoß (3 bis 5) in den Plasmakanal (11) hinter dem Geschoß hineingespritzt wird.

4. Geschoß nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Ausspritzkanäle (36, 46, 46′, 56′) vorgesehen sind, so daß das plasmabildende Mate­ rial (32′, 42′, 52′) zu einem Großteil zwischen die Plasmabrennerisolierung (12) bzw. die Wand des Rohres (2) und das im Plasmakanal (11) brennende Plasma (14) gespritzt wird.

5. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die heckseitige Elektrode (34) mit der Geschoßhülse (31) und/oder der Geschoßspitze (30) über eine in dem Raum (32) angeordnete Kontaktspirale (35) elektrisch verbunden ist.

6. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geschoßelektrode (44) mit der Geschoßhülse (41) und/oder der Geschoßspitze (40) über eine außenliegende, teleskopartig ineinander ver­ schiebbare Hülsen (45, 45′) verbunden ist.

7. Geschoß nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geschoßelektrode (44) einen zentral angeordneten Ausspritzkanal aufweist, der am heckseitigen Ende der Elektrode einen oder mehrere Aus­ spritzöffnungen (46′, 46′′) besitzt, die jeweils vor dem Abschuß des Geschosses mit Stopfen (47, 47′) abge­ dichtet sind.

8. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geschoßelektrode (54) mit der Geschoßhülle (51) und/oder der Geschoßspitze (50) über innenliegende, teleskopartig ineinander verschiebbare Hülsen (55, 55′) verbunden ist.

9. Geschoß nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich auch in den innenliegenden Hülsen (55, 55′) plasmabildendes Material (59) befin­ det, und daß die Geschoßelektrode (54) einen zentral an­ geordneten Ausspritzkanal (57) aufweist, der am heck­ seitigen Ende einen oder mehrere Ausspritzöffnungen besitzt, die jeweils vor dem Abschuß des Geschosses mit Stopfen (58) abgedichtet sind.

10. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geschoßelektrode (64) mit der Geschoßhülse (61) und/oder der Geschoßspitze (60) über innenliegende, teleskopartig ineinander verschieb­ bare Hülsen (65, 65′) verbunden ist und gleichzeitig vor dem Abschuß der Geschoßinnenraum (62, 62′) mittels einer Membran (68) verschlossen ist.

11. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine feste Geschoßelektrode (74) mit der Geschoßhülle (71) und/oder der Geschoß­ spitze (70) über einen innenliegenden Leiter (75) ver­ bunden ist.

12. Geschoß nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Differentialkolben (76) aus Isolierstoff sich unter dem Ladungsraumdruck im Geschoß in Richtung Geschoßspitze (70) bewegt und dabei das Plasmamaterial (72′) in den Plasmakanal (11) einspritzt.

13. Geschoß nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Geschoßelektrode (74) und der innenliegende Leiter (75) unter der Wirkung des Plasmas (14) umsetzt, wodurch sich die Entfernung zwischen den Elektroden (10, 74) und damit die Länge des Plasmas (14) vergrößert.