DE4020673A1 - Vorrichtung zur kompaktumsetzung von fluessigtreibstoff in kanonen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskanone mit einer zwischen dem Geschoß und dem Waffenverschluß angeordneten und als Verbrennungsraum ausgebildeten Treibstoffkammer.

Bei einer derartig bekannten und in der Fig. 5 dargestell­ ten Flüssigkeitskanone erfolgt die Umsetzung des Treib­ stoffs nach dem bekannten "Bulk-Loading-System". Danach wird der Flüssigtreibstoff direkt in die als Verbrennungs­ raum ausgebildete Treibstoffkammer eingefüllt. Die Umset­ zung verläuft jedoch unkontrolliert, weil die den Abbrand bestimmenden Grenzflächen stark schwanken. Das "Bulk-Loa­ ding-System" wird vielfach bei Flüssigkeitskanonen kleine­ ren Kalibers eingesetzt, wobei jedoch in nachteiliger Wei­ se starke Gasdruck-Oszillationen zu berücksichtigen sind.

Des weiteren ist die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Flüssigkeitskanone bekannt, bei der nach dem "Regenerativ­ kolben-System" Flüssigtreibstoff nach dem Zünden einer Startladung durch einen Pumpkolben aus einer Pump- bzw. Treibstoffkammer in einen separaten Verbrennungs- oder Gas­ raum gespritzt wird. Durch die kontrollierte Zufuhr des Flüssigtreibstoffs wird beim "Regenerativkolben-System" ei­ ne gleichförmige Verbrennung im Gasraum erzielt.

Nachteilig ist, daß beim Regenerativkolben-System der Kol­ benkopf des Pumpkolbens annähernd dem Pumpkammerdurchmes­ ser entspricht und somit eine vergleichsweise große Masse über einen der Pumpkammerlänge entsprechenden langen Hub bewegt und abgebremst werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkeitskanone be­ reitzustellen, bei der in der Treibstoffkammer eine Kom­ paktumsetzung des Flüssigtreibstoffs mit gleichmäßigem Ab­ brandverhalten möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor.

Die Erfindung ermöglicht es, daß einerseits in der Start­ phase der Flüssigkeitskanone die Vorteile des "Regenerativ­ kolben-Prinzips" genutzt werden können, weil ein Pumpkol­ ben in einem vergleichsweise kurzen Hubbereich für eine gleichmäßige Anzündung der Hauptladung sorgt und anderer­ seits parallel zur Rohrseelenachse angeordnete Teilkammern innerhalb der Treibstoffkammer für eine weitgehend oszil­ lationsarme Kompaktumsetzung der Hauptladung nach dem "Bulk-Loading-System" sorgen.

Für den Teilhub des Pumpkolbens wird nur eine geringe Startlänge, beispielsweise nur 20% der Treibstoffkammer­ länge benötig, so daß keine besonderen Maßnahmen zur Ab­ bremsung des Pumpkolbens erforderlich sind. Der Kopfdurch­ messer des Pumpkolbens geht nach einem Ausführungsbeispiel nicht über den Buchsendurchmesser des Pumpkolbens hinaus während er nach einem anderen Ausführungsbeispiel dem Durchmesser eines Verschlußansatzes entspricht. Die Buch­ sen- und Verschlußansatzdurchmesser sind jedoch zur Schaf­ fung der parallelen Teilkammern wesentlich kleiner als der Kammerdurchmesser, weshalb nur geringe Massen in einem re­ lativ kleinen Starthub zu bewegen sind und eine leichte Flüssigkeitskanone mit geringem Bauvolumen entsteht.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispiele des näheren erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 Eine großkalibrige Flüssigkeitskanone in einem Längsschnitt,

Fig. 2 eine kleinkalibrige Flüssigkeitskanone vor dem Start in einem Längsschnitt,

Fig. 3 die in der Fig. 2 dargestellte Flüssigkeitska­ none nach dem Start,

Fig. 4 einen in den Fig. 1, 2, 3 mit IV-IV gekenn­ zeichneten Querschnitt der Treibstoffkammer,

Fig. 5 eine nach dem Bulk-Loading-System arbeitende Flüssigkeitskanone im Längsschnitt,

Fig. 6 eine nach dem Regenerativkolben-System arbeitende Flüssigkeitskanone vor dem Start,

Fig. 7 die in der Fig. 6 dargestellte Flüssigkeitskanone nach dem Start.

Die Fig. 1 verdeutlicht eine großkalibrige Flüssigkeits­ kanone 10, in dessen Waffenrohr 40 ein unterkalibriges Wuchtgeschoß 14 mit einem großkalibrigen Treibkäfig 15 von beispielsweise 120 mm Kaliberdurchmesser heckseitig ein­ geführt ist. Das Waffenrohr 40 ist zur Befestigung in ei­ nem Verschlußgehäuse 11 mehrfach im Außendurchmesser abge­ setzt. Ein radialer nach außen hervorstehender Ansatz 54 wird zur axialen Fixierung des Waffenrohres 40 von einem in das Verschlußgehäuse 11 über ein Gewinde 56 einschraub­ baren Stopfen 58 gegen eine Anschlagbuchse 62 gezogen.

Die Buchse 62 enthält verschlußgehäuseseitig und waffen­ rohrseitig Dichtungen 60, 61 zur Abdichtung einer heck­ seitig sich anschließenden Treibstoffkammer 22, deren Außendurchmesser durch eine Gehäusebohrung 64 gebildet wird.

Im hinteren Bereich der Gehäusebohrung 64 befindet sich ein Gehäuseeinsatz 36, der einerseits eine Außendichtung 66 zur Abdichtung der Gehäusebohrung 64 enthält und an­ dererseits eine Innendichtung 68 zur Abdichtung eines Ver­ schlußeinsatzes 17 aufnimmt, wobei der Verschlußeinsatz 17 mit einem Verschluß 18 von einem Antrieb zunächst quer zur Rohrseelenachse 28 hinter das Waffenrohr 40 bewegt und dann axial gegen die Dichtung 68 angepreßt wird.

Ausgehend von der kalibergroßen Innenbohrung 70 des Ge­ häuseeinsatzes 36 enthält dieser vorderseitig eine An­ schlagfläche 72 eines auf einem Waffenrohransatz 74 ge­ lagerten Pumpkolbens 25, der in anliegender Stellung die Treibstoffkammer 22 gegenüber einem vorderseitig von dem Treibkäfig 15 des Geschosses 14 und heckseitig von dem Verschlußeinsatz 17 begrenzten Raum 76 abschließt.

In geschlossener Pumpkolbenstellung befindet sich das vordere Ende 78 des Pumpkolbens 25 in einem Abstand a hinter der vorderen Begrenzungsfläche 80 der Treibstoff­ kammer 22, die von Radialflächen der Buchse 62 und des Waffenrohres 40 gebildet wird, wodurch der Pumpkolben in in der Länge dieses Teilbereichs a der Treibstoffkammer­ länge 1 einen axialen Hub ausführen kann.

Die Treibstoffkammer 22 ist in ihrem verbleibenden Längen­ bereich b, wie es die Fig. 4 verdeutlicht, in parallel zur Rohrseelenachse 28 angeordnete Teilkammern 30 eingeteilt. Die Teilkammern 30 sind gleichmäßig auf dem Umfang der Treibstoffkammer 22 verteilt angeordnet und werden durch radial verlaufende Stege 32 voneinander getrennt, wobei die Stege 32 in dem in der Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel auf dem Umfang des Pumpkolbens 25 mit diesem befestigt sind.

Zwischen dem Pumpkolben 25 und dem verschlußseitigen Ge­ häuseeinsatz 36 ist eine Vorkammer 38 angeordnet. Diese Vorkammer 38 wird an der strichpunktiert eingezeichneten Stelle 82 in nicht dargestellter Weise mit Flüssigtreib­ stoff gefüllt, welcher in bekannter Weise zur Abgabe eines Schusses elektrisch gezündet werden kann. Die Vorkammer 38 wird gegenüber dem Gasraum 76 durch einer auf dem Pumpkol­ ben 25 befestigte Dichtung 84 abgedichtet.

Der Pumpkolben 25 ist buchsenartig ausgebildet und nimmt eine an dem Ansatz 74 des Waffenrohres 40 sich abstützende Rückkholfeder 42 auf.

Das Pumpvolumen des Pumpkolbens 25 entspricht während des Teilhubes a dem aus der Pumpkolbenbuchse gebildeten Quer­ schnitt.

Durch die elektrische Zündung des in der Vorkammer 38 be­ findlichen Flüssigtreibstoffs wird der Pumpkolben 25 in Pfeilrichtung 86 bewegt und die Treibstoffkammer 22 zum Verbrennungsraum 76 hin geöffnet. In dieser ersten Phase wird der Flüssigtreibstoff durch den in die Treibstoff­ kammer 22 sich hineinbewegenden Pumpkolben 25, entspre­ chend dem vorbeschriebenen Pumpvolumen, in den Verbren­ nungsraum 76 hineingefördert, wobei durch den in der Vor­ kammer 38 angezündeten Flüssigtreibstoff eine gesteuerte Verbrennung ausgelöst wird.

Während des Hubes a des Pumpkolbens 25 verhindert der aus der Treibstoffkammer 22 in den Raum 76 herausströmende Flüssigtreibstoff ein unkontrolliertes Eindringen der von der Startladung initiierten Flammenfront in die Treibstoff­ kammer 22.

Nach dem Stillstand des Pumpkolbens 25 findet eine getrenn­ te Umsetzung des in den Teilkammern 30 befindlichen Flüs­ sigtreibstoffs statt. Die Einteilung der Treibstoffkammer 22 in beispielsweise sechs lange partielle Teilkammern 30, die eine Länge b von beispielsweise 80% der Kammerlänge 1 aufweisen können, läßt die einzelnen Unregelmäßigkeiten der in den Teilkammern erfolgten Umsetzung in der Gesamt­ menge der Umsetzungen untergehen, d. h. es wirken die verschiedenen Gasdruckentwicklungen nur mit einem mitt­ leren Gasdruck auf das Geschoß 14 und die weiteren Waffenteile ein.

Die Öffnungsbewegung des Pumpkolbens 35 wird auch dadurch unterstützt, daß in dem die Rückholfeder 42 umgebenden Raum kein der Atmosphäre übersteigender Gasdruck hinein­ gelangen kann und somit sich am Pumpkolben 35 eine auch die Schließbewegung verhindernde Differentialkraft ausbil­ den kann.

Nach einem abgegebenen Schuß wird die Rückholfeder 42 den Pumpkolben 25 wieder in seiner Schließstellung zurückbe­ wegen und damit die Treibstoffkammer 22 für einen neuen Füllvorgang über nicht dargestellte Ventile bereitstellen.

Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte weitere Ausfüh­ rungsbeispiel zeigt die Anwendung der Erfindung beispiels­ weise bei einer kleinkalibrigen Flüssigkeitskanone 12.

Das Geschoß 16 ist dabei abweichend von dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel nicht mehr von der Treibstoffkammer 24 umhüllt, sondern vor dieser im Waffenrohr angeordnet. Eine im Verschlußgehäuse 13 vorgesehene Treibstoffkammer 24 wird heckseitig durch einen in das Gehäuse 13 ein­ schraubbaren Verschluß 20 und geschoßseitig hinter dem kalibergleichen Ladungsraum 88 durch einen Pumpkolben 26 geschlossen.

Der Pumpkolben 26 ist ebenfalls in einem Teilbereich a der Treibstoffkammerlänge 1 axial beweglich angeordnet, wozu der Pumpkolben 26 eine Kolbenstange 48 enthält, die in einer Bohrung 46 eines mit dem Verschluß 20 verbundenen ringförmigen Ansatzes 44 geführt wird.

Der Verschlußansatz 44 weist eine dem Längenbereich b der Treibstoffkammer 24 entsprechende Länge auf und enthält auf seinem Umfang gleichmäßig verteilt die zur Bildung der Teilkammern 30 benötigten Stege 34.

Die Innenbohrung 46 des Verschlußgehäuses 44 ist gegenüber der Treibstoffkammer 24 durch einen Dichtring 20 abgedich­ tet, so daß darin atmosphärischer Druck herrschen kann. Innerhalb der Bohrung 46 ist eine Druckfeder 50 zur Rück­ führung des Pumpkolbens 26 in seiner Ausgangsstellung vor­ gesehen.

Der Pumpkolben 26 enthält einen im Durchmesser gegenüber der Kolbenstange 48 größeren und gegenüber der Treibstoff­ kammer 22 wesentlich kleineren Kolbenkopf 52, der bei­ spielsweise dem Außendurchmesser des Verschlußansatzes 44 entspricht, und bildet dadurch während des Teilhubes a ein aus der Querschnittsdifferenz des Kolbenkopfes 52 und der Kolbenstange 48 erzeugtes Pumpvolumen.

Der Starthub a des Pumpkolbens 26 erfolgt hier nach elek­ trischer Zündung einer in den Fig. 6, 7 dargestellten und zwischen dem Geschoß 26 und der Pumpkammer angeord­ neten Startladung 92, wodurch nach dem Regenerativkol­ ben-Prinzip Flüssigtreibstoff zur weiteren Anzündung aus der Treibstoffkammer 24 in den sich erweiternden Ladungs­ raum 88 gespritzt wird.

Der Pumpkolben 26 bewegt sich durch den erzeugten Dif­ ferenzdruck in die Pfeilrichtung 94 zurück, so daß die Flammenfront bis zu den Teilkammern 30 vordringen und der gleiche am Beispiel der Fig. 1 beschriebene Verbrennungs­ vorgang für eine kompakte Umsetzung des aufgenommenen Flüssigtreibstoffs bei weitgehendst oszillationsarmen Antriebsdruck im Gasraum 88 ablaufen kann.

Bezugszeichenliste

10 Flüssigkeitskanone
11 Gehäuse
12 Flüssigkeitskanone
13 Gehäuse
14 Geschoß
15 Treibkäfig
16 Geschoß
17 Einsatz
18 Verschluß
19 Antrieb
20 Verschluß
22 Treibstoffkammer
24 Treibstoffkammer
25 Pumpkolben
26 Pumpkolben
28 Rohrseelenachse
30 Teilkammer
32 Steg
34 Steg
36 Gehäuseeinsatz
38 Vorkammer
40 Waffenrohr
42 Rückholfeder
44 Verschlußansatz
46 Bohrung
48 Pumpkolbenstange
50 Druckfeder
52 Kolbenkopf
54 Ansatz
56 Gewinde
58 Stopfen
60 Dichtung
61 Dichtung
62 Buchse
64 Bohrung
66 Dichtung
68 Dichtung
70 Innenbohrung
72 Anschlagfläche
74 Ansatz
76 Raum
78 Ende
80 Fläche
82 Stelle
84 Dichtung
86 Dichtung
88 Ladungsraum
90 Richtung
92 Startladung
94 Pfeilrichtung
a Hub
b Längenbereich
l Kammerlänge

Claims (10)

1. Flüssigkeitskanone (10, 12) mit einer zwischen dem Geschoß (14, 16) und dem Waffenverschluß (18, 20) an­ geordneten und als Verbrennungsraum ausgebildeten Treibstoffkammer (22, 24), dadurch ge­ kennzeichnet, daß innerhalb der Treib­ stoffkammer (22, 24) ein axial beweglicher Pumpkolben (25, 26) angeordnet ist, dessen Hub (a) einem Teil­ bereich der Treibstoffkammerlänge (1) entspricht und die Treibstoffkammer (22, 24) in ihrem verbleibenden Längenbereich (b) in parallel zur Rohrseelenachse (28) angeordnete Teilkammern (30) eingeteilt ist.

2. Flüssigkeitskanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkammern (30) gleichmäßig auf dem Umfang der Treibstoffkammer (22, 24) verteilt angeordnet sind und durch radial verlau­ fende Stege (32, 34) voneinander getrennt sind.

3. Flüssigkeitskanone nach Anspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stege (32) auf dem Umfang des Pumpkolbens (25) be­ festigt sind.

4. Flüssigkeitskanone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Pumpkolben (25) und einem verschlußsei­ tigen Gehäuseeinsatz (36) eine Vorkammer (38) zur elektrischen Zündung angeordnet ist.

5. Flüssigkeitskanone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkolben (25) buchsenartig ausgebildet ist und eine gegenüber einem Waffenrohr (40) sich abstützende Rück­ holfeder (42) aufnimmt.

6. Flüssigkeitskanone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpvolumen des Pumpkolbens (25) während des Teilhubes (a) dem aus der Pumpkolbenbuchse gebildeten Querschnitt entspricht.

7. Flüssigkeitskanone nach Anspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stege (34) auf einem Verschlußgehäuse festen und dem Längenbereich (b) der Treibstoffkammer (24) ent­ sprechenden ringförmigen Verschlußansatz (44) ange­ ordnet sind.

8. Flüssigkeitskanone nach den Ansprüchen 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußansatz (44) als Führung des Pumpkolbens (26) ausgebildet ist und in einer zentralen Bohrung (46) eine Pumpkolbenstange (48) aufnimmt.

9. Flüssigkeitskanone nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpkolbenstange (48) in der zentralen Führungsbohrung (46) von einer Druckfeder (50) abgestützt ist.

10. Flüssigkeitskanone nach Anspruch 1 und 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pumpkolben (26) einen im Durchmesser gegenüber der Kolbenstange (48) größeren und gegenüber der Treib­ stoffkammer (22) wesentlich kleineren Kolbenkopf (52) enthält, dessen Pumpvolumen während des Teilhubes (a) aus der Querschnittsdifferenz des Kolbenkopfes (52) und der Kolbenstange (48) gebildet wird.