DE4120095C2 - Verfahren zum Beschleunigen eines Projektils und Staurohrbeschleuniger zu dessen Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschleunigen eines Projektils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Staurohrbeschleuniger zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 4 und 5.

Ein solches Verfahren und ein solcher Staurohrbeschleuniger sind bekannt aus "THE RAM ACCELERATOR: A NEW CHEMICAL METHOD OF ACHIE- VING ULTRAHIGH VELOCITIES" von A. Hertzberg, A. P. Bruckner und D. W. Bogdanoff, Aeroballistic Range Association, Quebec, Kanada., 1986. Der Grundgedanke dieses Verfahrens ist folgender:

Zwischen einem ortsfesten Rohr und einem durch dieses hindurchflie­ genden, unterkalibrigen Projektil ist ein Ringspalt gebildet, durch den im Rohr anwesendes zündfähiges Gasgemisch hindurchströmt. Dabei liegt die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Projektil und dem Gasgemisch über der für dieses typischen Schallgeschwindigkeit. Das Gasgemisch, das das Projektil hinterströmt hat, wird gezündet und brennt ab, wobei ein abbrennender und mit dem Geschoß mitfliegender Bereich einen ständigen Schub auf das Geschoß aufbringt und es so­ mit ständig beschleunigt.

Der Staurohrbeschleuniger weist ein mit dem Gasgemisch füllba­ res Rohr auf, dessen Innenraum mindestens eine Kammer bildet, deren Vorder- und Rückseite durch jeweils eine Membran verschlossen ist. Diese Membran muß einem hohen Innendruck in der Kammer standhalten.

Das Projektil weist seinerseits radial überstehende Leitflächen auf, die für die zentrische Führung des Projektils im Rohr sorgen.

Vor dem Rohr und koaxial zu diesem ist ein Vorbeschleuniger in Form einer Kanone angeordnet, in der das Projektil zusammen mit einem Treibspiegel durch herkömmliche Mittel auf die für den Staurohrbe­ trieb erforderliche Geschwindigkeit gebracht wird.

Bevor das Projektil allerdings in das Rohr eintreten kann, muß zu­ nächst sein Treibspiegel entfernt werden; der Vorbeschleuniger muß zu diesem Zweck einen erheblichen Abstand zum hinteren Rohrende aufweisen.

Der bekannte Beschleuniger weist somit eine sehr große Länge auf; seine Verwendung als Geschütz ist alleine wegen dieser Länge ausge­ schlossen.

Außerdem müssen die Treibspiegelteile aufgefangen werden, was auf­ wendig ist.

Aus der EP 0 248 340 A2 und der US 49 82 647 sind jeweils Ver­ fahren bzw. Vorrichtungen gemäß den Oberbegriffen der unabhängi­ gen Ansprüche bekannt.

So ist aus der EP 0 248 340 A2 eine Beschleunigungsvorrichtung bzw. Abschußvorrichtung bekannt, bei der ein Projektil massiv vorbeschleunigt werden muß, bevor das Projektil in ein Rohr eintritt, in dem ein ruhendes Gasgemisch enthalten ist, das explosionsartig verbrannt wird, um das Projektil auf eine End­ geschwindigkeit zu bringen, die der Abschußgeschwindigkeit ent­ spricht. Auch bei diesem System ist es deshalb erforderlich, ein Vorbeschleunigungsrohr nebst einem Zusatz- bzw. Abschlußbe­ schleunigungsrohr vorzusehen. Eine derartige Anordnung ist we­ gen seiner enormen Abmessungen in der Praxis nicht verwendbar.

Auch die US 49 82 647 zeigt ein Verfahren und eine Anordnung, die auf dem gleichen Prinzip basieren, dabei wird ein Projektil zunächst vorbeschleunigt, indem es beispielsweise durch die Dekompression eines komprimierten Gases in einem Rohr vorange­ trieben wird, um innerhalb des Rohres weiter durch die Verbren­ nung einer brennbaren Gas- bzw. Treibstoffmischung beschleunigt zu werden. Auch diese Anordnung mit der Vorbeschleunigungsein­ richtung und den daran anschließenden Endbeschleunigungs- bzw. Abschlußrohr ist von derart großen Abmessungen, daß es sich al­ lenfalls für stationäre Anwendungen, jedoch nicht für eine mo­ bile Anwendung, beispielsweise auf einem Kraftfahrzeug, eignet.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren und insbesondere den bekannten Staurohrbeschleuniger zu vereinfachen und so weiter zu bilden, daß man völlig ohne Vorbeschleunigung bzw. ohne Vorbeschleuniger auskommen kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren bzw. die Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Verfah­ rensvarianten bzw. Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vor­ richtung werden durch die abhängigen Ansprüche definiert.

Hierbei wird erfindungsgemäß das Projektil im Rohr ortsfest an­ geordnet und das hochgespannte Gasgemisch in der Kammer wird ver­ anlaßt, aus dieser auszuströmen. Hierbei wird eine Anströmung des Projektils erreicht, wie sie bisher nur dadurch möglich war, daß man das vorbeschleunigte Projektil in das ruhende Gasgemisch ein­ geschossen hat.

Dieser Erfindungsgedanke kann durch zwei Lösungsprinzipien verwirklicht werden:

• a) das Projektil ist hinter der Kammer im Beschleunigerrohr ange­ ordnet. Die Kammer ist zum Projektil hin durch eine druckbestän­ dige Membran abgedichtet. Beim Abschuß wird die Membran perfo­ riert oder zerstört, so daß das hochgespannte Gasgemisch nach hinten austritt und dabei das Projektil anströmt.
• b) das Projektil ist innerhalb der Kammer und inmitten des hochge­ spannten Gasgemisches am hinteren Ende der Kammer angeordnet. Beim Abschuß wird die Kammer hinter dem Projektil geöffnet, und das zur Öffnung hin strömende Gasgemisch strömt hierbei das Pro­ jektil an.

In jedem der Fälle erfolgt hinter dem engsten Querschnitt des vom Projektil gebildeten Staukanals eine spontane oder erzwungene Zün­ dung, und der auf das Projektil einwirkende Druck des abbrennenden oder detonierenden Gasgemischs treibt das Projektil nach vorne. Die Menge und der Druck des Gasgemisches sollen hierbei so bemessen sein, daß im Fall a) die Anströmgeschwindigkeit und im Fall b) die Strömungsgeschwindigkeit im hinteren Projektilbereich die spezifi­ sche Schallgrenze nicht unterschreitet. Im Fall b) erfolgt die An­ strömung mit relativer Unterschallgeschwindigkeit.

Soweit ein Projektil verwendet wird, wie es aus dem obengenannten Stand der Technik bekannt ist, bei dem der Staukanal zwischen der Innenoberfläche des Beschleunigerrohres und der Außenoberfläche des Projektils gebildet ist, weist das Projektil keinen Treibmantel auf, sondern stützt sich an der Rohrwand etwa mittels seiner radial überstehenden Leitflächen ab. Danach wird im obengenannten Fall a) die unmittelbar vor und im Fall b) die unmittelbar hinter dem Pro­ jektil gelegene Membran zerstört, so daß sich das Gasgemisch in Richtung auf das Projektil zu expandiert und dabei auch das Projek­ til umströmt.

Wenn das Druckgefälle bei der Expansion hoch genug ist, geschieht die Anströmung des Projektils im Fall a) mit Überschall.

Das um das Projektil herumgeströmte Gasgemisch wird möglichst früh­ zeitig im Bereich des hinteren Endes des Projektils gezündet und übt somit einen Schub auf das Projektil aus, während gleichzeitig die Expansion des Gasgemisches noch fortfährt; die in der im Rohr gebildeten Kammer vorliegende Gasmenge ist hierbei so groß, daß diese Expansion erst dann beendet ist, wenn das Projektil seiner­ seits bereits auf eine Geschwindigkeit beschleunigt ist, die höher ist als die Schallgeschwindigkeit. Während dieser Beschleunigung muß die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Projektil und dem an­ strömenden Gasgemisch stets größer sein als die Schallgeschwindig­ keit, die für das entsprechende Gasgemisch typisch ist.

Das Gasgemisch besteht hierbei aus mindestens einem Brennstoff wie CH₄, C₂H₂, H₂ und dergleichen, aus einem Oxidator (O₂) und gegebenenfalls aus mindestens einem inerten Zusatzgas, wie etwa He, CO₂ und dergl., das unter anderem die Schallgeschwindigkeit und die Detonationsgeschwindigkeit des hergestellten Gasgemisches beeinflußt.

Das Rohr darf hinter dem Projektil keinen festen Verschluß aufwei­ sen, da sonst das das Projektil umströmende Gasgemisch aufgestaut würde und dessen Umströmung sehr rasch behindern würde. Es wäre jedoch möglich, eine Blende anzuordnen, die das Abströmen der ver­ brannten Gase so reguliert, daß die Geschwindigkeit des gegen das Projektil anströmenden Gasgemisches auch bei einem besonders hohen Druckgefälle die Schallgeschwindigkeit kontrolliert übersteigt, um so eine zu schnelle Expansion zu verhindern und dafür zu sorgen, daß auch das bereits schon erheblich beschleunigte Projektil, soweit es sich seinerseits absolut im Unterschallbereich befindet, noch immer auf eine ausreichend hohe Expansionsströmung trifft.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch besonders vorteilhaft, das hintere Ende des das Projektil aufneh­ menden Lagers bzw. das hintere Ende des Rohres, in dessen hinterem Abschnitt das Projektil angeordnet ist, ganz oder nahezu völligof­ fenzulassen. Der so aufgebaute Staurohrbeschleuniger wirkt hierbei rückstoßfrei. Der Gasdruck und die Menge des in der vor dem Projek­ til gelegenen Kammer befindlichen Gasgemisches sind entsprechend einzustellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch besonders vorteilhaft, zwischen dem offenen Ende des Lagers bzw. Rohres und dem Projektilboden einen verschieblichen Kolben anzuord­ nen, dessen der Verschiebung entgegengesetzter Widerstand, beson­ ders dessen Masse, eine in der Anfangsphase der Beschleunigung des Projektils zu rasche Expansion des Gasgemischs verhindert. Außerdem kann ein solcher Kolben bei der Zündung des Projektils besondere Funktionen übernehmen, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird.

Der Kolben könnte lose hinter dem Projektil sitzen und getrennt von diesem geladen werden, ist aber gemäß einer bevorzugten Ausgestal­ tung der Erfindung durch die aufprallenden, expandierenden Gase des Gasgemisches abreißbar am Projektilboden angebracht.

Hierbei ist es besonders von Vorteil, daß sich das Lager bzw. das Rohr noch bis hinter den Kolben erstreckt und nicht unmittelbar hinter dem Kolben endet,damit dieser noch eine definierte Strecke in Lager bzw. Rohr zurücklegen kann und dabei einerseits modulie­ rend auf den Expansionsverlauf einwirken kann, andererseits aber imstande ist, weiter unten beschriebene Nebenfunktionen auszuüben.

Es ist, wie in einer am gleichen Tage wie diese eingereichten Pa­ tentanmeldung der Anmelderin beschrieben, möglich, daß anstelle des an seiner Außenseite vom Gasgemisch umströmten Projektils ein Pro­ jektil verwendet wird, das mit seiner Außenseite am Ram-Beschleuni­ gerrohr dichtend anliegt und mittig von einem Staukanal durchsetzt ist. Die Wirkungsweise ist dieselbe wie bei dem im gattungsbilden­ den Stand der Technik beschriebenen Projektil und die vorliegende Erfindung umfaßt auch die Verwendung eines solchen Hohlprojektils.

Bei einem solchen Ram-Hohlprojektil ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders zweckmäßig, anstelle eines kalibergroßen Verschlußkolbens einen Verschlußpfropfen zu verwen­ den, der im Auslaß des das Hohlprojektil durchsetzenden Staukanales sitzt.

Dieser Verschlußpfropfen kann dieselben, in dieser Anmeldung be­ schriebenen Funktionen ausfüllen wie der Verschlußkolben; es ist zu diesem Zweck auch möglich, einen verhältnismäßig leicht ausgebilde­ ten, nur als Führung wirksamen Verschlußkolben mittig an der Rück­ seite des Verschlußpfropfens anzuordnen.

Der Verschlußpfropfen kann mittels einer Auslöseeinrichtung dich­ tend und lösbar im Auslaß des Staukanales festgehalten werden. Der gesamte Projektilkörper kann dagegen am Ende des Ram-Beschleuniger­ rohres gegen den Innenrand eines Verschlusses dichtend anliegen, der von einer nahezu kalibergroßen Öffnung durchsetzt ist. In die­ sem Fall benötigt das Ram-Beschleunigerrohr keine hintere Dich­ tungsmembran, sondern der mit dem Verschlußpfropfen versehene Pro­ jektilkörper selbst dichtet gegenüber dem Druck des Gasgemisches ab.

Wird die Auslöseeinrichtung ausgelöst, dann wird der Verschluß­ pfropfen durch den Druck des Gasgemischs nach hinten aus dem Auslaß des Staukanales durch die Öffnung des Verschlusses geschossen, und das Gasgemisch strömt durch den Staukanal nach außen.

Bei dem bekannten Staurohrbeschleuniger sind die Membranen der Kam­ mer so ausgelegt, daß ein Innendruck von bis zu knapp 25 bar in der Kammer möglich ist.

Bei der Erfindung liegt die mögliche Untergrenze des Druckes schon nahe diesem Wert, nämlich bei etwa 20 bar. Erfindungsgemäß ist aber die Kammer mit ihren Membranen so ausgelegt, daß ein Innendruck von mehr als 100 bar realisierbar ist. Hierbei braucht bei mehreren hintereinanderliegenden Kammern nur die hinterste einen so hohen Druck aufzuweisen; je näher die jeweilige Kammer in einer Reihe von hintereinanderliegenden Kammern am Mündungsende des Rohres liegt, desto niedriger kann der in dieser Kammer unmittelbar vor dem Ab­ schoß vorherrschende Druck sein.

Um die Voraussetzung für die Projektil-Beschleunigung zu schaffen, muß das hochgespannte Gasgemisch veranlaßt werden, durch die dem Projektil nächstgelegene Membran auszuströmen. Diese Membran aber ist ihrerseits recht stabil, da sie, wie oben erwähnt, ggf. einem Druck von bis zu 100 bar standzuhalten hat. Im eingangsgenannten Stand der Technik durchschlägt das Projektil die Membran, doch hat in diesem Fall das Projektil bereits eine Geschwindigkeit, die deutlich über der Schallgrenze liegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Pro­ jektilnase eine Einrichtung zum Durchschlagen der Membran ausgebil­ det bzw. angeordnet; der besondere Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, daß die Membran mittig perforiert ist, so daß die An­ strömung des Projektils nach dem Perforieren der Membran gleich­ mäßig erfolgt.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist aber die Projektilnase selbst als Schlagbolzen ausgebildet, und das gesamte Projektil selbst bildet einen Schlagbolzenkörper, der mit­ tels einer Schlageinrichtung, die eine Spannfeder oder einen Be­ schleunigungsmagneten aufweisen kann, zum Abfeuern des Staurohrbe­ schleunigers gegen die Membran gedrückt werden kann.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann es aber auch vorteilhaft sein, die Membran, die dem Projektil nächstgelegen ist, durch eine vom Projektil unabhängige Einrichtung zu perforie­ ren bzw. zu zerstören; so ist es etwa möglich, eine Membran aus thermoplastischen Kunststoff durch einen in diese eingebetteten elektrischen Heizdraht örtlich zu schwächen; es muß allerdings ge­ währleistet sein, daß die Temperatur dieses Heizdrahtes nicht der Zündtemperatur des Gasgemischs nahekommt.

Es ist hierbei besonders vorteilhaft, eine Schlagbolzeneinrichtung zu verwenden, die etwa in einem Bereich angeordnet ist, der zwi­ schen den Leitflächen des Projektils liegt und dessen Bewegung nicht beeinträchtigt.

Beim eingangs genannten Stand der Technik erfolgt die Zündung des Gasgemisches durch eine Revolverplatzpatrone, die durch ein in der Membran mittig befestigtes Kügelchen ausgelöst wird, das auf das Zündkapsel der Patrone aufschlägt, wenn das Projektil die Membran durchschlagen hat. Auch bei dem erfindungsgemäßen Staurohrbeschleu­ niger könnte eine ähnliche Einrichtung vorgesehen sein, die etwa durch den Anschlag des Projektil gegen die Membran ausgelöst werden könnte. Es wäre gegebenenfalls auch vorteilhaft, mittels einer ge­ ringen Treibladung einen in der Projektilnase angeordneten Schlag­ stift gegen die Membran vorzutreiben und nach hinten gerichtete Auslaßkanäle im Projektil vorzusehen, so daß die aus diesen austre­ tenden, noch heißen Pulvergase die Zündung bewirken könnten.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung nutzt aber die beson­ deren Gegebenheiten, die darin liegen, daß beim erfindungsgemäßen Staurohrbeschleuniger das Projektil sich beim Abschuß zunächst nicht in Bewegung befindet und daß hinter diesem gemäß einer oben­ genannten Ausgestaltung ein verschiebbarer Kolben angebracht ist, der bevorzugt sogar am Projektil so fest angebracht ist, daß er erst durch Aufbringen einer vorbestimmten Kraft vom Projektil ab­ trennbar ist.

Die dem Projektil zugewandte Oberfläche des Kolbens ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung so weitergebildet, daß sie zur Zündung des Gasgemisches führt, das beim Abschuß nach dem Zer­ stören der Membran mit Überschallgeschwindigkeit gegen das Projek­ til strömt, um dessen Körper herumströmt und dann gegen die genann­ te Oberfläche des Kolbens prallt.

Zu diesem Zweck kann es bereits ausreichend sein, daß der Kolben eine polierte, zur Seelenachse des Rohres querliegende Oberfläche aufweist; es kann aber auch zweckmäßig sein, die querliegende Oberfläche in anderer Weise geeignet zu formen.

Es kann an der genannten Oberfläche aber auch eine Fremdzündeein­ richtung vorgesehen sein, die bevorzugt in Form einer pyrotechni­ schen Zündung vorliegt, aber auch als elektrischer Funkengeber oder dergl. ausgebildet sein kann.

Da eine möglichst frühzeitige Zündung anzustreben ist, aber die Zündung erst erfolgen darf, wenn eine hinlängliche Menge an Gasge­ misch hinter dem Projektil vorliegt, ist gemäß einer weiteren Aus­ gestaltung der Erfindung zwischen dem Kolben und dem Projektil eine Distanz-Auslöseeinrichtung vorgesehen, die bevorzugt und am ein­ fachsten als eine Reißleine ausgebildet ist, die zwischen Kolben und Projektil angeordnet ist und bei einem bestimmten Abstand zwi­ schen diesen gespannt und schließlich abgerissen wird. Hierbei kann durch das Abreißen ein elektrischer Ruhestrom unterbrochen werden, während durch die Spannung der Reißleine ein Reibungszünder akti­ viert werden kann.

Das rechtzeitige Auslösen der Zündung ist somit mit einfachen Mit­ teln zuverlässig sichergestellt.

Der erfindungsgemäße Staurohrbeschleuniger besteht daher letztlich nur aus einem vorne und hinten offenen Beschleunigerrohr, in dessen Innenraum durch mindestens zwei Membranen eine Kammer gebildet ist; bevorzugt liegen mehrere Kammern vor. In der Beschleunigerrohrwand sitzen Ventile zum Füllen und Ablassen des Gasgemischs in der Kam­ mer bzw. Kammern. Der hintere Teil bildet ein Lager, in dem ein Projektil sitzt, das beispielsweise über eine gespannte Feder auf in die Beschleunigerrohrwand eingelassenen Scherbolzen abgestützt ist und gegen eine Auslösung anliegt. Das Beschleunigerrohrende ist durch den am Projektilboden angebrachten Kolben verschlossen. Diese Anordnung bedarf keines Vorbeschleunigers und keiner Einrichtung zum Abwerfen eines Treibspiegels.

Wenn die Kammern mit dem Gasgemisch unter vorgeschriebenem Druck gefüllt sind, dann ist der so ausgebildete Staurohrbeschleuniger feuerbereit.

Es ist ersichtlich, daß solche Staurohrbeschleuniger in mannigfa­ cher Weise militärisch eingesetzt werden können, etwa am Geräteträ­ ger eines Hubschraubers und zur Bekämpfung bewegter Ziele, die we­ gen der außerordentlich hohen Mündungsgeschwindigkeit, die ein sol­ cher Staurohrbeschleuniger trotz seines niedrigen Eigengewichts er­ reichen kann, auch mit nichtgesteuerten Projektilen bekämpft werden können.

Je nach Art des für das Beschleunigerrohr verwendeten Materials kann der erfindungsgemäße Staurohrbeschleuniger nach dem Abschuß wie eine Kanone wiederholt geladen und abgefeuert werden.

Der erfindungsgemäße Staurohrbeschleuniger kann aber auch als La­ borbeschleuniger für Hochgeschwindigkeitsversuche verwendet werden, wobei besonders vorteilhaft ist, daß keine Einrichtungen erforder­ lich sind, um die vom Vorbeschleuniger der bekannten Einrichtung entwickelten Gase abzuleiten und die Bruchstücke des Treibspiegels abzufangen.

Der Gegenstand der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung bei­ spielsweise noch näher erläutert. In dieser ist:

Fig. 1a der schematische Längsschnitt durch den hinteren Abschnitt eines erfindungsgemäßen Staurohrbeschleunigers, dem ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zugrundeliegt,

Fig 1b der schematische Längsschnitt durch den hinteren Abschnitt eines erfindungsgemäßen Staurohrbeschleunigers, dem ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah­ rens zugrundeliegt,

Fig. 2 die Ansicht eines Projektils für diesen Staurohrbeschleuni­ ger,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, jedoch kurz nach dem Abfeuern,

Fig. 4a ein schematischer Längsschnitt durch ein in einem Stau­ rohrbeschleuniger befindliches, unterkalibriges Projektil,

Fig. 4b ein schematischer Längsschnitt durch ein in einem Stau­ rohrbeschleuniger befindliches, kalibergroßes Hohlprojek­ til,

Fig. 5 eine Ansicht einer Zündeinrichtung, in Richtung der Seelen­ achse des Staurohrbeschleunigers gesehen, und

Fig. 6 eine Ansicht einer anderen Zündeinrichtung in einer Dar­ stellung ähnlich jener der Fig. 5.

In Fig. 1 ist ein Staurohrbeschleuniger im Längsschnitt gezeigt, mit einem aus Abschnitten zusammengesetzten Beschleunigerrohr 1. zwischen jeweils zwei Abschnitten ist eine Membran 2 eingesetzt, so daß zwischen jeweils zwei benachbarten Membranen 2 eine Kammer 3 gebildet ist.

Das in Fig. 1a und 1b gezeigte Beschleunigerrohr 1 weist zwei Kam­ mern auf, kann aber, wenn eine höhere Mündungsgeschwindigkeit des Staurohrbeschleuniger erreicht werden soll, in der Zeichnung nach rechts entsprechend verlängert sein.

Der in der Zeichnung linksgelegene, hinterste Beschleunigerrohrab­ schnitt bildet ein Lager 10, das zur Aufnahme eines Projektils 4 eingerichtet ist. Das Lager 10 und das darin aufgenommene Projektil befindet sich bei der Ausführungsform der Fig. 1a außerhalb der Kammer 3 und unmittelbar hinter der hintersten Membran 2, bei der Ausführungsform der Fig. 1b innerhalb der Kammer 3 und unmittelbar vor der hintersten Membran 2, jeweils in Schuß- bzw. Beschleuni­ gungsrichtung gesehen.

Dieses Projektil ist in den Fig. 2 und 3 näher dargestellt und weist einen mit Leitflächen 9 versehenen Projektilkörper auf. Die äußersten Enden der Leitflächen 9 stehen mit der Innenwand des Roh­ res 1 und des Lagers 10 in leichter Gleitberührung und halten den Projektilkörper des Projektils 4 in genau koaxialer Ausrichtung zum Beschleunigerrohr 1.

Am Boden des Projektils 4 der in Fig. 1a gezeigten Ausführungsform ist mit diesem ein Kolben 6 abreißbar verbunden, der seinerseits eine Umfangsnut 5a aufweist, in der ein Klemmring 5 sitzt, der das Projektil 4 in seiner Ausgangslage, die in Fig. 1 gezeigt ist, im Lager 10 festhält.

Zwischen dem Kolben 6 und dem Projektilboden ist eine Reißleine 7 angeordnet (Fig. 3), die in einem pyrotechnischen Zündsatz 8 endet, der an der dem Projektil 4 zugewandten Oberfläche des Kolbens 6 an­ geordnet ist und von der Reißleine 7, wenn sie abgezogen wird, aus­ lösbar ist.

Beim Abschuß wird die dem Projektil 4 nächstgelegene Membran 2 zer­ stört, so daß sich das in der entsprechenden Kammer 3 befindliche Gasgemisch gegen das Projektil hin expandieren kann.

Das Gasgemisch trifft hierbei mit Überschallgeschwindigkeit auf das Projektil, umströmt dessen Projektilkörper zwischen den Leitflächen 9 und prallt zwischen diesen gegen die dem Projektil zugewandte Fläche des Kolbens 6.

Dieser wird vom Boden des Projektils abgerissen und bewegt sich nach hinten, wobei ein nach hinten überstehender, in Fig. 1 erkenn­ barer Verlängerungsstutzen des Lagers 10 zur Führung dient.

Gleichzeitig heizen sich die gegen die Fläche des Kolbens aufpral­ lenden Gase auf, und gleichzeitig wird die Reißleine 7 langgezogen, die mit ihren Enden in der Zündeinrichtung 8 am Kolben 6 und am Projektilboden befestigt ist. Wenn die Reißleine 7 strammgezogen ist, dann löst sie die Zündeinrichtung 8 aus und die hinter das Projektil gelangten Gase brennen ab.

Nun wird der Kolben 6 nach hinten aus dem Lager 10 geschossen, al­ lerdings nicht mit sehr hoher Geschwindigkeit, und die Verbren­ nungsgase können ungehindert nach hinten abströmen, ohne für einen Rückstau zu sorgen. Gleichzeitig setzt sich das Projektil 4 in Be­ wegung, weil auf ihn der von dem verbrennenden Gas verursachte Druck einwirkt.

Da Druck und Menge des Gasgemischs in der Kammer 3 entsprechend be­ messen wurden, wird die Expansionsströmung rund um das Projektil 4 weiter fortgesetzt, wobei dieses zunehmend beschleunigt wird.

Dem Grunde nach darf die Relativgeschwindigkeit zwischen Projektil 4 und anströmendem Gasgemisch niemals die Schallgrenze unterschrei­ ten, so daß das Projektil 4, wenn es die nächste Membran 2 erreicht und somit die erste Kammer 3 durchquert hat, bereits mehr als Schallgeschwindigkeit aufweisen muß.

Es ist aber auch denkbar, daß innerhalb der ersten Kammer diese Ge­ schwindigkeit noch nicht erreicht wird; in diesem fall unterbleibt die weitere Beschleunigung, wenn die Relativgeschwindigkeit zwi­ schen Projektil 4 und Gasgemisch die Schallgrenze unterschreitet, weil die Expansionsgeschwindigkeit abfällt, wenn die Kammer 3 nahe­ zu geleert ist.

Es ist eine zusätzliche Zündung zweckmäßig, etwa in Form eines be­ kannten Leuchtspur-Brennsatzes, der am Projektilboden angebracht ist und beim ursprünglichen Abschuß durch die Reißleine 7 aktiviert wurde. Der beim beschleunigten Projektil 4 weiterbrennende Brenn­ satz sorgt auch bei ungleichmäßiger Anströmung stets für eine zu­ verlässige und rasche Zündung.

In Fig. 4a ist ein unterkalibriges Projektil 4 gezeigt, das gemäß der Ausführungsform der Fig. 1b nicht außerhalb, sondern innerhalb der Kammer 3 sitzt. Diese ist nach hinten jedoch nicht durch eine Membran 2 abgedichtet, wie in Fig. 1b gezeigt, sondern durch einen Verschlußpfropfen 6′, der lösbar am hinteren Ende des Projektils 4 angebracht ist sowie dichtend und verschieblich im Beschleuniger­ rohr 1 sitzt. Der Verschlußpfropfen 6′ stützt sich nach hinten ge­ gen eine Auslöseeinrichtung 15 ab. Im übrigen kann der Verschluß­ pfropfen 6′ mit einer Zündeinrichtung 7, 8 versehen sein, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.

In Fig. 4b ist ein Hohlprojektil 4′ gezeigt, das von im wesentli­ chen kreiszylindrisch ist und mit seiner Außenfläche verschieblich und dichtend gegen die Innenwand des Beschleunigerrohres 1 anliegt.

Das Hohlprojektil 4′ ist mittig von einem Staukanal 10 durchsetzt, der als Staudüse wirksam ist und von dem Gasgemisch (in der Fig. 4b von rechts nach links) durchströmt werden kann.

In der Zeichnung ist das Hohlprojektil 4′ in der Abschußlage vor dem Abschuß gezeigt, wobei es dichtend mit seinem Boden gegen einen ringförmigen, in der Zeichnung nur angedeuteten Verschluß 14 an­ liegt.

Das bodenseitige Ende des Staukanals 10 ist durch einen Verschluß­ pfropfen 6′ dichtend verschlossen, der nach hinten durch eine nur angedeutete Auslöseeinrichtung 15 am Verschluß 14 abgestützt ist.

Rechts vom Hohlprojektil 4′ befindet sich das hochgespannte Gasge­ misch im Beschleunigerrohr 1.

Als Variante kann sich anstelle der Auslöseeinrichtung 15 und des dichtenden Verschlußpfropfens 6′ jeweils hinter dem Projektil 4, 4′ der Fig. 4a, 4b die hinterste Membran 2 der Kammer 3 befinden, wie in Fig. 1b gezeigt.

Nach Freigabe des Verschlußpfropfens 6′ bzw. nach Zerstörung der Membran 2 wird das Projektil 4, 4′ in seinem vorderen Bereich von dem nach hinten austretenden Gasgemisch mit einer Geschwindigkeit kleiner als die Schallgeschwindigkeit des Gasgemisches umströmt (Fig. 4a) bzw. durchströmt (Fig. 4b). Im engsten Querschnitt des Staukanals 10 wird die Schallgeschwindigkeit erreicht. Im hinteren Bereich des Projektils 4, 4′ ist die Strömungsgeschwindigkeit grö­ ßer als die Schallgeschwindigkeit. Das brennbare Gasgemisch wird im hinteren Bereich der Projektils etwa durch die genannte Zündein­ richtung 8 (Fig. 3) gezündet.

Wenn die Auslöseeinrichtung 15 betätigt wird, gibt sie den Ver­ schlußpfropfen 6′ frei, der durch das hochgespannte Gasgemisch nach hinten (in der Zeichnung nach links) aus dem Staukanal 10 geblasen wird, der daraufhin von dem sich entspannenden Gasgemisch durch­ strömt wird. Diesel brennt infolge Fremdzündung hinter dem vom Ver­ schluß weitgehend nicht abgedeckten Projektilboden ab und übt auf diesen eine das Projektil (in der Zeichnung nach rechts) beschleu­ nigende Wirkung aus.

In Fig. 5 und 6 ist jeweils ein Querschnitt durch das Beschleuni­ gerrohr 10 an einer Stelle hinter dem vor dem Abschuß ruhenden Pro­ jektil gezeigt.

Gemäß Fig. 5 sind elektrische Glühdrähte 11 quer durch die lichte Weite des Beschleunigerrohres 1 gespannt, die beim Abschuß zum Glü­ hen gebracht werden und beim Abschuß das dem Staukanal 10 ausströ­ mende Gasgemisch zünden.

Die Drähte können auch ohne elektrischen Anschluß ausgebildet sein und die Zündung dadurch verbessern, daß sie durch die ausströmenden Gase erhitzt und zum Glühen gebracht werden.

In Fig. 6 ist an Radialstegen 13 mittig eine Zündeinrichtung be­ festigt, die als elektrisches Glühelement, als anschlußloses Glüh­ element, als elektrisch oder chemisch gezündete pyrotechnische Zündeinrichtung oder als durch die noch niedrige Temperatur des an­ fangs ausströmenden Gasgemischs gezündete pyrotechnische Zündein­ richtung oder auch als Katalysator oder Reagenz ausgebildet sein kann, der durch den durch Kontakt mit dem Gasgemisch bzw. das durch die Reaktion mit diesem dieses Gasgemisch entzündet.

Die in Fig. 5 oder 6 gezeigte Zündeinrichtung befindet sich hinter dem Projektil, aber noch vor dem Kolben 6 oder Verschlußpfropfen 6′ und kann an diesem oder an der Wandung des Beschleunigerrohres 1 befestigt sein.

Claims (20)

1. Verfahren zum Beschleunigen eines Projektils in einem Rohr, das eine mit unter Druck stehendem, zündfähigem Gasgemisch gefüllte, verschlossene Kammer aufweist, durch Herstellen einer Relativge­ schwindigkeit zwischen dem Projektil, das im Rohr einen düsenarti­ gen, vom Gasgemisch durchströmbaren Staukanal bildet, und dem Gas­ gemisch und durch Abbrennen des Gasgemischs hinter dem engsten Querschnitt des Staukanals, wobei durch das Projektil ein gegen das Gasgemisch bewegtes Staustrahltriebwerk gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Projektil im Rohr mindestens nahezu ortsfest angeordnet wird,
• - die Kammer an ihrem hinteren Ende geöffnet wird, so daß das in dieser befindliche Gasgemisch veranlaßt wird, nach hinten aus dem Rohr auszutreten und sich dabei relativ zum Projektil zu be­ wegen, und
• - das Gasgemisch hinter dem engsten Querschnitt des Staukanals gezündet wird, so daß das Projektil relativ zum Rohr beschleu­ nigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Projektil hinter einer die Kammer nach hinten abschließenden Membran und außerhalb der KammEr angeordnet wird,
• - durch Zerstören oder Perforieren der Membran das Gasgemisch ver­ anlaßt wird, das Projektil anzuströmen, und
• - der Druck des Gasgemisches so eingestellt wird, daß die Anströ­ mung mit relativer Überschallgeschwindigkeit erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Projektil am hinteren Ende der Kammer innerhalb dieser ange­ ordnet wird,
• - der Austritt des Gasgemisches aus der Kammer hinter dem Projek­ til veranlaßt wird und
• - dieses hiernach von diesen zunächst mit relativer Unterschallge­ schwindigkeit angeströmt wird.

4. Staurohrbeschleuniger zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 und/oder 2, mit einem Beschleunigerrohr und einem in die­ sem einen düsenartigen Staukanal bildenden Projektil, der sich durchgehend von dessen Vorderseite bis zu dessen Rückseite er­ streckt, wobei im Beschleunigerrohr mindestens eine mit unter Druck stehendem, zündfähigem Gasgemisch füllbare, beidseitig durch eine Membran verschlossene Kammer gebildet ist, und mit einem hinter der Kammer und koaxial zum Beschleunigerrohr angeordneten Lager zur Aufnahme des ruhenden Projektils vor dessen Beschleunigung, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Lager (10) unmittelbar an die oder die hinterste Kammer (3) angrenzt, und
• - eine Einrichtung zum Zerstören der dem Projektil (4) zugewandten Membran (2) vorgesehen ist.

5. Staurohrbeschleuniger zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 und/oder 3, mit einem Beschleunigerrohr und einem in die­ sem einen düsenartigen Staukanal bildenden Projektil, der sich durchgehend von dessen Vorderseite bis zu dessen Rückseite er­ streckt, wobei im Beschleunigerrohr mindestens eine mit unter Druck stehendem, zündfähigem Gasgemisch füllbare, beidseitig bevorzugt durch eine Membran verschlossene Kammer gebildet ist, und mit einem koaxial zum Beschleunigerrohr angeordneten Lager zur Aufnahme des ruhenden Projektils vor dessen Beschleunigung, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Lager innerhalb der oder der hintersten Kammer (3) an deren hinterem Ende angeordnet ist, und
• - eine Einrichtung zum Öffnen des hintersten Endes dieser Kammer hinter dem Projektil vorgesehen ist.

6. Staurohrbeschleuniger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (10) an der Rückseite im wesentlichen offen ist.

7. Staurohrbeschleuniger nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Projektil (4) ein verschieblicher Kolben (6) angeordnet ist.

8. Staurohrbeschleuniger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) am Projektilheck abreißbar befestigt ist.

9. Staurohrbeschleuniger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als ein lösbar im Auslaß des Staukanals (10) sit­ zender Verschlußpfropfen (6′) ausgebildet ist.

10. Staurohrbeschleuniger nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (10) im hinteren Teil des Beschleuni­ gerrohres (1) angeordnet ist, und daß sich bevorzugt das Beschleu­ nigerrohrohr (1) noch bis hinter das Lager (10) weitererstreckt.

11. Staurohrbeschleuniger nach einem der Ansprüche 4 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kammer (3) mit den Membranen (2) für die Aufnahme eines Innendrucks von mehr als sowie bevorzugt von ca. 100 bar eingerichtet ist.

12. Staurohrbeschleuniger nach einem der Ansprüche 4 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Projektilnase eine Einrichtung zum Perforieren der nächstgelegenen Membran (2) aufweist.

13. Staurohrbeschleuniger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektilnase als Schlagbolzen ausgebildet ist, und daß eine Schlageinrichtung vorgesehen ist, mittels deren das Projektil (4) gegen die Membran (2) andrückbar ist.

14. Staurohrbeschleuniger nach einem der Ansprüche 4 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß eine von Projektil (4; 4′) getrennte Einrichtung zum Perforieren der dem Projektil (4; 4′) nächstgelege­ nen Membran (2) vorgesehen ist.

15. Staurohrbeschleuniger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, da die Perforierungseinrichtung als eine Schlagbolzeneinrichtung ausgebildet ist.

16. Staurohrbeschleuniger nach einem der Ansprüche 7 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die dem Projektil (4; 4′) zugewandte Oberfläche des Kolbens (6) zum Auslösen einer spontanen Zündung des gegen diese Oberfläche prallenden Gasgemischs ausgebildet ist.

17. Staurohrbeschleuniger nach einem der Ansprüche 7 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die dem Projektil (4; 4′) zugewandte Oberfläche des Kolbens (6) eine bevorzugt pyrotechnische Zündein­ richtung (8) trägt.

18. Staurohreinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Projektilheck und Kolben (6) eine Distanz-Auslöseein­ richtung, bevorzugt einer Reißleine (7), angeordnet ist, mittels deren die Zündeinrichtung (8) dann auslösbar ist, wenn zwischen Projektilheck und Kolben (6) ein vorbestimmter Abstand vorliegt.

19. Staurohrbeschleuniger nach einem der Ansprüche 4 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Projektilhecks elektrische Glühdrähte (13) zur Zündung des Gasgemisches angeordnet sind.

20. Staurohrbeschleuniger nach einem der Ansprüche 4 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß er als bevorzugt rückstoßfreies Geschütz ausgebildet ist.