DE4039089A1 - Vorrichtung zum beschleunigen eines projektils mittels eines plasmas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschleunigen eines Projektils mittels eines Plasmas, das durch einen elektrischen Ent­ ladekreis zwischen zwei voneinander beabstandeten Elektroden in einem Druck- oder Plasmaraum erzeugt wird, dessen vorderer Verschluß durch das Projektil gebildet wird.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift DE 36 13 260 A1 ist eine Vorrichtung zur Beschleunigung von Projektilen durch ein elektrisch aufgeheiztes Plasma bekannt, zu dessen Erzeugung zwei Elektroden vorgesehen sind. Zur Beschleunigung des Projektils wird ein Schalter in einem Entladeschaltkreis geschlossen und zwischen den beiden Elektroden ein Lichtbogen gezündet. Während des Stromflusses wird durch den heißen Lichtbogen Material verdampft und aufgeheizt, wodurch ein Druck entsteht, welcher das Projektil beschleunigt.

Bei Vorrichtungen der genannten Art hat sich nun herausgestellt, daß zum Erreichen interessanter Beschleunigungsleistungen im Ent­ ladestromkreis ein sehr hoher Strom gefordert wird. Wegen der sehr hohen Ströme sind die in dem Stromkreis enthaltenen Schalter von erheblicher baulicher Größe und Gewicht.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Beschleunigen eines Projektils mittels eines aufgeheizten Plasmas zu schaffen, bei welcher der elektrische Schaltkreis durch Wegfall von Hochstromschaltern im Entladekreis stark vereinfacht ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein pyro­ technischer Satz im Bereich einer der Elektroden vorgesehen ist, dem ein Material beigegeben ist, welches nach der Zündung des pyro­ technische Satzes eine besonders gut leitfähige Verbindung zwischen den Elektroden herstellt. Die dem Projektil abgewandte hintere Elek­ trode kann dabei im wesentlichen ringförmig gestaltet sein und in ihrer zentralen Bohrung den pyrotechnischen Satz aufnehmen. Der Übergang von der zentralen Bohrung in Richtung zu dem Druck- oder Plasmaraum kann als ein Überströmkanal ausgebildet sein. Das dem pyrotechnischen Satz beigegebene Material kann ein elektrisch lei­ tendes Metall oder Metallgemisch sein, welches kopfseitig auf dem pyrotechnischen Satz angeordnet ist.

Mit dieser Erfindung wird demzufolge ein fremd-initiierter Plasma­ generator mit einer pyrotechnischen Zündung geschaffen, welcher den angestrebten Vorteil bietet, daß die Hochstromschalter im Schalt­ kreis sowie zusätzliche Hilfsstromkreise und Kurzschlußbrücken zur Zündung des Lichtbogens zwischen den Elektroden eingespart werden. Der Schaltkreis zwischen den beiden Elektroden besteht im wesent­ lichen nur noch aus einer elektrischen Verbindung zwischen den Elek­ troden und einem in die elektrische Verbindung eingesetzten Konden­ sator sowie einer fernerhin eingesetzten Induktivität. Die Anzündung des pyrotechnischen Satzes erfolgt elektrisch oder mechanisch durch einen bekannten und hier nicht näher erläuterten Zündbolzen. Bei Zündung des pyrotechnischen Satzes strömt ein heißes Gasgemisch durch den Überströmkanal in den Plasmaraum zwischen den beiden Elek­ troden.

Die Beigabe eines nach pyrotechnischer Umsetzung leitfähigen Ma­ terials verbessert die zwischen den beiden Elektroden leitfähige Verbindung, was zu einem Durchzünden zwischen den beiden Elektroden bei etwa 5 bis 10 KV führt. Das beigegebene Material kann Aluminium oder Kupfer oder auch ein Gemisch aus solchen Materialien sein. Ferner sind alle weiteren bekannten Werkstoffe, die nach pyrotech­ nischer Umsetzung ein leitfähiges Gasgemisch herstellen, im Sinne dieser Erfindung einsatzfähig.

Anstelle der pyrotechnischen Zündung ist es auch möglich die Fremd-In­ itiierung der Entladung durch eine elektrische Zündung eine Ent­ ladung und ein dadurch generiertes Plasma herbeizuführen. Auch in diesem Falle kann dem Zündsatz ein Material beigegeben werden, das zu einer leitfähigen Verbindung im Gas zwischen den Elektroden umge­ setzt wird.

In der Zeichnung sind zwei Beispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Beschleunigen eines Projektils mittels eines Plasmas in schematischer Darstellung, bei welcher eine pyrotechnische Zündung der Entladung eingesetzt ist,

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Beschleunigen eines Projektils mittels eines Plasmas, bei der eine elektrische Zündung der Ent­ ladung zum Einsatz kommt.

In Fig. 1 ist die Vorrichtung 1 zum Beschleunigen eines Projektils 2 mittels eines in einer Druck- oder Plasmakammer 3 aufgeheizten Plasmas in schematischer Darstellung im Halbschnitt gezeigt. Die Mittellinie 4 stellt in diesem Beispiel zugleich auch die Seelenachse des Waffenrohres 5 dar, welche sich an das Waffengehäuse 6 anschließt. Die Verbindung zwischen dem Waffengehäuse 6 und dem Waffenrohr 5 wird in der üblichen bekannten Weise vorgenommen und stellt im Regel­ fall keine einstückige Verbindung dar, wie dies der Einfachheit halber in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist.

In dem Waffengehäuse 6 ist konzentrisch die Druck- oder Plasmakammer 3 vorgesehen, deren vorderes Ende durch das Projektil 2 verschlossen ist. Im Bereich des Projektilbodens 7 und damit im vorderen Teil des Druck- oder Plasmaraumes 3 befindet sich in ringförmiger Anord­ nung eine erste Elektrode 8. Am hinteren und damit dem Projektil abgewandten Ende des Druck- oder Plasmaraumes 3 ist die zweite Elek­ trode 9 in ebenfalls ringförmiger Anordnung im Waffengehäuse 6 ein­ gesetzt. Die zweite Elektrode 9 besitzt dadurch eine zentrale Bohrung 10, in die gemäß Fig. 1 ein pyrotechnischer Anzündsatz 11 einge­ bracht ist. Zum hinteren Ende hin ist der pyrotechnische Anzünd­ satz 11 mit einer elektrischen Anzündung 12 versehen. An die Stelle einer solchen elektrischen Anzündung 12 des pyrotechnischen Satzes kann natürlich auch in bekannter Weise ein mechanischer Zündbolzen gesetzt werden.

Der pyrotechnische Anzündsatz 11 besitzt eine geringere axiale Länge als die zentrale Bohrung 10, so daß kopfseitig vom Anzündsatz 11 eine Kammer 13 entsteht. Von dieser Kammer 13 aus ist eine im Durch­ messer verkleinerte Bohrung 15 als Überströmkanal mit dem Druck­ oder Plasmaraum 3 verbunden. In der Kammer 13 befindet sich an der Kopfseite des pyrotechnischen Anzündsatzes 11 ein Material 14, welches durch pyrotechnische Umsetzung zu einer leitfähigen Verbindung in einem gezündeten Gasgemisch wird. Die erste Elektrode 8 ist mit der zweiten Elektrode 9 durch einen elektrischen Schaltkreis 16 verbunden, welcher aus einer elektrischen Leitung 17 besteht, in die ein Kondensator 18 und eine Induktivität (Spule) 19 in Reihe geschaltet sind.

Bei einer Anzündung des pyrotechnischen Anzündsatzes 11 strömt das durch die Zündung entstandene Gas durch den Überströmkanal 15 in den Druck- oder Plasmaraum 3 ein. Dabei wird gleichzeitig das Ma­ terial 14 zu einem elektrisch leitfähigen Gas umgesetzt, welches ebenfalls durch den Überströmkanal 15 in den Druck- oder Plasma­ raum 3 einströmt.

Auf diese Weise wird zwischen der ersten Elektrode 8 und der zweiten Elektrode 9 ein Lichtbogen gezündet. In dem Druck- oder Plasmaraum 3 wird ein Plasma gezündet, wodurch ein sehr steiler Anstieg eines Gasdruckes erfolgt, der das Projektil 2 mit hoher Beschleunigung aus dem Waffenrohr 5 treibt.

Das in die Kammer 13 eingefüllte Material kann Aluminium oder Kupfer oder auch ein Gemisch aus diesen beiden Werkstoffen sein. Natürlich sind auch andere elektrisch leitende Materialien einsatzfähig.

In Fig. 2 ist im wesentlichen die gleiche Vorrichtung zum Beschleu­ nigen eines Projektils 2 mittels eines aufgeheizten Plasmas darge­ stellt. Der einzige Unterschied zu Fig. 1 besteht darin, daß an­ stelle der pyrotechnischen Anzündung 11 der Entladung in Fig. 2 nun eine elektrische Anzündung 20 in die zentrale Bohrung 10 ein­ geführt ist, die durch eine elektrische Leitung 21 mit dem elek­ trischen Schaltkreis 16 verbunden ist. Die Wirkungsweise bei Zündung der elektrischen Anzündung 20 entspricht der gemäß Fig. 1 geschil­ derten Funktion.

In beiden Fällen handelt es sich demnach erfindungsgemäß um einen fremd-initiierten Plasmagenerator, bei dem insbesondere der Schalt­ kreis 16 durch Wegfall von Hochstromschaltern und zusätzlichen Hilfs­ stromkreisen sowie Kurzschlußbrücken wesentlich vereinfacht worden ist.

Der Druck- oder Plasmaraum 3 kann in beiden Fällen zumindest teilweise mit einem Plasmamaterial gefüllt sein.

Wegen der nur noch sehr geringen Energie, die für den Anzündkreis 21 notwendig ist, kann beispielsweise der Schalter 22 in Fig. 2 für das Auslösen der elektrischen Anzündung 20 ein Halbleiter-Baustein sein.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Beschleunigen eines Projektils mittels eines Plasmas, das durch einen elektrischen Entladekreis zwischen zwei voneinander beabstandeten Elektroden in einem Druck- oder Plasma­ raum erzeugt wird, dessen vorderer Verschluß durch das Projektil gebildet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß ein elektrisch, mechanisch oder auf sonstige Weise gezündeter pyrotechnischer Anzündsatz (11, 20) im Bereich einer der Elektroden (8, 9) vorgesehen ist, dem ein Material (14) beigegeben ist,
welches nach dem Zünden des pyrotechnischen Satzes eine leitfähige Verbindung zwischen den Elektroden (8, 9) herstellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Projektil (2) abgewandte, hintere Elektrode (9) im wesentlichen ringförmig gestaltet ist und in ihrer zentralen Bohrung (10) den Anzündsatz (11, 20) aufnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Bohrung (10) in Richtung zum Druck- oder Plasma­ raum (3) einen Überströmkanal (15) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem pyrotechnischen Anzündsatz (11, 20) beigegebene Ma­ terial (14) ein elektrisch leitendes Metall oder Metallgemisch ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das beigegebene Material (14) kopfseitig auf dem pyrotech­ nischen Anzündsatz (11, 20) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung der Entladung mittels eines in einem elektrischen Lichtbogen erzeugten Plasmas erfolgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennraum des zur Zündung verwendeten Lichtbogens ein geeignetes Material zur Erzeugung eines optimalen Plasmastrahles im Plasmaraum (3) beigegeben ist.