DE4020674A1 - Zuendeinrichtung fuer ein fluessigkeitskanoneninjektorsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine regenerativ arbeitende Flüssig­ keitskanone nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Es ist bekannt, bei Flüssigkeitskanonen als Startladung festes Treibstoffpulver einzusetzen. Dieses kann beispiels­ weise mit dem Geschoß in das Waffenrohr der Flüssigkeitska­ none eingeführt werden. Eine derartige Zuführung der Start­ ladung bedeutet jedoch ein sicherheitstechnisches und logi­ stisches Problem.

Aus der DE-31 10 255 A1 ist es bekannt, eine regenerativar­ beitende Flüssigkeitskanone elektrisch zu zünden. Die Zün­ dung des Flüssigtreibstoffs erfolgt dabei in einem vorder­ seitig von dem Geschoß und nach hinten von einem Pumpkol­ ben und einem zusätzlichen vom Pumpkolben eingeschlossenen sowie gegenüber diesem separat axial bewegbaren Steuer­ kolben begrenzten Gasraum. Bei dieser Flüssigkeitskanone ist es jedoch notwendig, die flüssige Zündladung erst nach dem Ladevorgang des Geschosses und nach anschließender zeitaufwendiger Zuführung des zentralen Steuerkolbens bei­ spielsweise durch separate Leitungen getrennt vom Lade­ vorgang der flüssigen Hauptladung einzuleiten.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine im Aufbau einfache Zündeinrichtung für die eingangs beschriebene regenerativ arbeitende Flüssigkeitskanone bereitzustellen, bei der die Zuführung einer dem Flüssigtreibstoff der Hauptladung entsprechenden Startladung gleichzeitig mit dem Ladevorgang der Hauptladung und dem Ladevorgang des Geschosses erfolgen kann.

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

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

Erfindungsgemäß gestattet die separate Vorkammer nicht nur eine über und mit der Pumpkammer gleichzeitige Füllung mit Flüssigtreibstoff und eine zeitgleiche Geschoßzufuhr in ei­ nen zentralen von dem Pumpkolben umschlossenen Ladungs­ raum, sondern erlaubt durch ihre Anordnung und ihr vorbe­ stimmbares Volumen eine Einstellung optimaler Anzündbe­ dingungen. Durch das Volumen der Vorkammer kann einerseits der Verbrennungsdruck in derselben derartig vorbestimmt werden, daß der Pumpkolben zum Offnen der Vorkammer in Be­ wegung gesetzt wird, andererseits müssen Druck und Tempera­ tur der Anzündschwaden eine volle Umsetzung des aus der Pumpkammer in den Gasraum einzuspritzenden Flüssigtreib­ stoffs gewährleisten. Dazu öffnet der Pumpkolben die Vor­ kammer während der Startbewegung zeitunterschiedlich zu­ nächst gegenüber dem Gasraum und danach erst gegenüber der Pumpkammer. Dadurch werden innerhalb der Pumpkammer ein für den Einspritzvorgang in den Gasraum erforderlicher Überdruck und innnerhalb der Vorkammer die zur Anzündung des einzuspritzenden Flüssigtreibstoffs erforderlichen Be­ dingungen erzeugt.

Weiter vorteilhaft ist zwischen der Vorkammer und der Pump­ kammer ein Vorfüllrückschlagventil angeordnet, das nur in Einfüllrichtung des Flüssigtreibstoffs in die Vorkammer geöffnet werden kann und dadurch ein problemloses Einfül­ len bei geschlossener Vorkammer gleichzeitig mit dem Einfüllvorgang der Pumpkammer gestattet sowie ein Zurückschlagen der Brenngase aus der Vorkammer über die Füllbohrungen in die Pumpkammer verhindert.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispieles des näheren erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 Das Verschlußgehäuse einer Flüssigkeitskanone mit einer Pumpkammer, einem Gasraum und einer durch einen Pumpkolben verschlossenen Vorkammer zur Auf­ nahme einer Startladung aus Flüssigtreibstoff in einem Längsschnitt,

Fig. 2 das in der Fig. 1 dargestellte Verschlußgehäuse der Flüssigkeitskanone, während des Zündvorgangs des Flüssigtreibstoffs in einem Längsschnitt,

Fig. 3 einen in der Fig. 2 mit III gekennzeichnete und vergrößert dargestellte Einzelheit.

Die Fig. 1 und 2 verdeutlichen das rückwärtige Ende ei­ ner vorzugsweise großkalibrigen Flüssigkeitskanone 10, de­ ren Verschlußgehäuse 32 im vorderen Bereich ein Waffenrohr 13, im heckseitigen Bereich einen Verschluß 34 und im mitt­ leren Bereich eine in der Fig. 3 vergrößert dargestellte Zündeinrichtung 21 für eine Einspritzvorrichtung 11 auf­ nimmt.

Der Verschluß 34 ist beispielsweise als Querkeilverschluß ausgebildet und öffnet für den Ladevorgang eines Geschos­ ses 36 das hintere Ende eines Gasraumes 14, der im vorde­ ren Bereich von der Innenwandung des Waffenrohres 13 und dem daran anliegenden Treibkäfig 40 des Geschosses 36 be­ grenzt wird. Der zwischen dem Verschluß 34 und dem Ver­ schlußgehäuse 32 vorhandene Führungsspalt wird durch einen bekannten Liderungsring 42 abgedichtet.

Das Waffenrohr 13 enthält im seitlichen Bereich des Treib­ käfighecks radiale Öffnungen 44 für eine Verbindung eines zwischen einem Pumpkolben 16 und einer Verschlußgehäuseboh­ rung 46 befindlichen Bereichs des Gasraumes 14.

Die Einspritzvorrichtung 11 besteht im wesentlichen aus dem das Waffenrohr 13 koaxial umschließenden und axial be­ weglichen Pumpkolben 16 und einem auf nicht dargestellte Weise hydraulisch axial verschiebbaren Dosierkolben 48. Zwischen dem zylindrischen Bereich 50 der Verschlußgehäuse­ bohrung 46, dem Außenbereich des als Differentialkolben ausgebildeten Pumpkolbens 16 und dem zwischen dem Pumpkol­ ben 16 und dem Bereich 50 angeordneten Dosierkolben 48 be­ findet sich eine Pumpkammer 12, deren Größe vom Dosierkol­ ben 48 einstellbar ist. In die Pumpkammer 12 wird auf nicht näher dargestellte Weise, beispielsweise an der gestrichelt dargestellten Stelle 52, vorzugsweise moner­ goler Flüssigtreibstoff zugeführt.

Während des Auffüllvorganges der Pumpkammer 12 mit Flüssig­ treibstoff dichtet das heckseitige Ende 18 des Pumpkolbens 16 die Pumpkammer 12 gegenüber dem Gasraum 14 ab.

ln der Startphase des Geschosses 36 ist es zur Einleitung des Einspritzvorganges des Flüssigtreibmittels aus der Pumpkammer 12 in den Gasraum 14 notwendig, den Pumpkolben 16 von einer Startladung in die Pfeilrichtung 54 vorwärts zu bewegen.

Für den Einsatz einer aus dem gleichen Flüssigtreibstoff bestehenden Startladung ist zwischen dem Gasraum 14 und der Pumpkammer 12 eine über die Pumpkammer 12 gemeinsam mit Flüssigtreibstoff füllbare separate Vorkammer 22 an­ geordnet, die nach einem in der Vorkammer 22 erfolgten Zündvorgang während der Startbewegung des Pumpkolbens 16 zunächst eine Öffnung der Vorkammer 22 zum Gasraum 14 hin und erst zeitverzögert danach zur Pumpkammer 12 hin gewähr­ leistet.

Der Pumpkolben 16 ist an seinem über den Differentialkol­ ben hinausragenden heckseitigen Ende 18 als ringförmiger Tauchkolben 24 ausgebildet. Dadurch ist er in der Lage, in einem parallel zu den Seitenflächen des Tauchkolbens 24 in der Öffnung der Vorkammer 22 angeordneten Ringspalt 30 ein­ zutauchen und die Vorkammer 22 seitlich zum Gasraum 14 und zur Pumpkammer 12 hin auf einfache Weise schieberartig zu sperren bzw. abzudichten.

Die Vorkammer 22 ist zwischen dem hinteren Ende der Ver­ schlußgehäusebohrung 46 und dem Verschlußkeil 34 im Ver­ schlußgehäuse 32 ringförmig angeordnet und wird an ihrem vorderen Ende vom Ringspalt 30 eingeschnürt. Die innen­ liegende Seitenfläche 31 des Ringspaltes 30 ist zur for­ deren Seite hin um ein Längenmaß a kürzer bemessen als die außenliegende Seitenfläche 33. Daraus resuliert, daß die Dichtstrecke des Tauchkolbens 24 zur Abdichtung der Vorkam­ mer 22 gegenüber der Pumpkammer 12 um ein Maß a größer ist als gegenüber dem Gasraum 14.

Der Tauchkolben 24 enthält innenseitig eine verschleiß­ feste Metall O-Ring Dichtung 20, die während der Abdich­ tung des Gasraumes 14 an der Ringspaltseitenfläche 31 an­ liegt. Der Durchmesser der außenliegenden Mantelfläche 25 des Tauchkolbens 24 ist im Durchmesser geringfügig kleiner als der Durchmesser der außenliegenden Ringspaltseiten­ fläche 33, so daß bei einer durch den Tauchkolben geschlos­ senen Vorkammer 22 diese durch den vorhandenen Spalt ent­ lüftet werden kann.

Für einen gleichzeitigen Ladevorgang der Vorkammer 22 und der Pumpkammer 12 ist zwischen der Pumpkammer 12 und der Vorkammer 22 ein Rückschlagventil 26 angeordnet, das ein­ gangsseitig und ausgangsseitig über jeweilige Fülleitungen 27, 29 mit der Pumpkammer 12 und der Vorkammer 22 ver­ bunden ist. Das Rückschlagventil 26 enthält beispielsweise einen Kugelsitz 58, der pumpkammerseitig gegen den Druck einer Feder 60 aufgestoßen werden kann und gestattet des­ halb nur eine Durchströmung des Flüssigtreibstoffs in Füll­ richtung 56. Das Rückschlagventil 26 schließt selbsttätig und verhindert dadurch, nach einer Zündung des in der Vor­ kammer 22 befindlichen Flüssigtreibstoffs, ein Durchschla­ gen der Flamme in die Pumpkammer 12.

Für den Anzündvorgang des in der Vorkammer 22 befindlichen Flüssigtreibstoffs sind beispielsweise radial in die Vor­ kammer 22 ragende Zündelektroden 28 im Verschlußgehäuse 32 befestigt.

Für den Ladevorgang der Vorkammer 22 und den Zündvorgang laufen nacheinander folgende Funktionen ab:.

Die Vorkammer 22 wird in der durch den Tauchkolben 24 des Pumpkolbens 16 geschlossenen Stellung (Fig. 1) mit Flüssig­ treibstoff über das Rückschlagventil 26 (Fig. 3) gefüllt.

Die Metall O-Ring Dichtung 20 verhindert, daß Flüssigtreib­ stoff in den Brenn- oder Gasraum 14 des Waffenrohres 13 ge­ langen kann. Nach der Zündung des in der Vorkammer befind­ lichen Flüssigtreibstoffs durch die Zündelektroden 28 wird der Tauchkolben 24 und somit der Pumpkolben 16 durch den in der Vorkammer 22 ausgelösten Druckaufbau vorwärts in Richtung 54 bewegt.

Durch diese Bewegung des Pumpkolbens 16 wird zuerst die Vorkammer 22 zum Gasraum 14 hin an der in der Fig. 3 mit 62 gekennzeichneten Stelle geöffnet, so daß heiße Verbren­ nungsgase 63 aus der Vorkammer 22 in den Gasraum 14 strö­ men können. Durch die Bewegung des Pumpkolbens 16 wird aber auch der in der Pumpkammer 12 befindliche Flüssig­ treibstoff zusammengepreßt. Durch das Regenerativkol­ ben-Prinzip steigt der Druck in der Pumpkammer 12 höher als derjenige im Gasraum 14 an. Infolgedessen wird beim Öffnen der Pumpkammer 12 durch den Tauchkolben 24 der Flüs­ sigtreibstoff mit Überdruck entlang der Tauchkolbenmantel­ fläche 25 in den um die Vorkammer 22 erweiterten Gasraum 14 gespritzt.

Während dieses Vorganges entzündet sich der eingespritzte Flüssigtreibstoff an den in der Vorkammer 22 befindlichen heißen Brenngasen. Durch den weiteren Druckanstieg aus die­ ser Treibstoffumsetzung wird der Pumpkolben 16 weiter vor­ wärts in Richtung 54 bewegt, so daß der Tauchkolben 24 die Verschlußstellung zwischen der Pumpkammer 12 und der Vor­ kammer 22 freigibt und die Flammenfront bis zur nächsten Drosselstelle, den Einspritzbohrungen 64 des Pumpkolbens 16, vordringen kann.

Bezugszeichenliste

10 Flüssigkeitskanone
11 Einspritzvorrichtung
12 Pumpkammer
13 Waffenrohr
14 Gasraum
16 Pumpkolben
18 Ende
20 Dichtung
21 Zündeinrichtung
22 Vorkammer
24 Tauchkolben
25 Mantelfläche
26 Rückschlagventil
27 Fülleitung
28 Zündelektrode
29 Fülleitung
30 Ringspalt
31 Seitenfläche
32 Verschlußgehäuse
33 Seitenfläche
34 Verschluß
36  Geschoß
38 Innenwandung
40 Treibkäfig
42 Liderungsring
44 Öffnung
46 Bohrung
48 Dosierkolben
50 Bereich
52 Stelle
54 Richtung
56 Richtung
58 Kugelsitz
60 Feder
62 Stelle
63 Gase
64 Bohrung
a Längendifferenz

Claims (6)

1. Regenerativ arbeitende Flüssigkeitskanone (10) mit einem den Flüssigtreibstoff aus einer Pumpkammer (12) in einen Gasraum (14) fördernden axial beweglichen Pumpkolben (16), der während des Auffüllvorganges der Pumpkammer (12) diese gegenüber dem Gasraum (14) an seinem heckseitigen Ende (18) abdichtet und zur Ein­ leitung des Einspritzvorganges in den Gasraum (14) von einer Startladung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gasraum (14) und der Pumpkammer (12) eine über die Pumpkammer (12) gemeinsam mit Flüssigtreibstoff füllbare separate Vorkammer (22) angeordnet ist, die nach einem in der Vorkammer (22) erfolgten Zündvor­ gang während der Startbewegung des Pumpkolbens (16) zunächst eine Öffnung der Vorkammer (22) zum Gasraum (14) hin und erst zeitverzögert danach eine Öffnung der Pumpkammer (12) zur Vorkammer (22) hin gewähr­ leistet.

2. Flüssigkeitskanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkolben (16) an seinem heckseitigen Ende (18) als ringförmiger Tauchkolben (24) ausgebildet ist, der bei geschlosse­ ner Vorkammer (22) in einen entsprechenden Ringspalt (30) der Vorkammer (22) eingetaucht ist und diese seitlich zum Gasraum (14) hin abdichtet.

3. Flüssigkeitskanone nach Anspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dichtstrecke des Tauchkolbens (24) zur Abdichtung der Vorkammer (22) gegenüber der Pumpkammer (12) um ein Maß (a) größer ist als gegenüber dem Gasraum (14).

4. Flüssigkeitskanone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkolben (24) zur Abdichtung des Gasraumes (14) eine Metall O-Ring Dichtung (20) enthält.

5. Flüssigkeitskanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vor­ kammer (22) und der Pumpkammer (12) ein Rückschlag­ ventil (26) angeordnet ist, das nur beim Füllvorgang der Vorkammer (22) diese mit der Pumpkammer (12) ver­ bindet.

6. Flüssigkeitskanone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorkammer (22) Zündelektroden (28) angeordnet sind.