DE4135274C2 - Schienenkanone - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schienenkanone, wie sie durch die Merkmale des Gattungsbegriffs des Anspruchs 1 näher definiert wird.

Schienenkanonen bestehen im einfachsten Fall aus zwei parallel angeordneten Stromschienen, die mit einer Hochstromquelle verbunden sind. Zur Beschleunigung der Projektile befindet sich am heckseitigen Ende des jeweiligen Projektiles eine als Strombrücke zwischen den beiden Schienen wirkende Armatur. Aus R.A.Marshall et al: "The 10 km/s, 10 kg Railgun", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 27, S 21 ff, ist es bereits bekannt, als Armatur ein durch einen Lichtbogen erzeugtes Plasma zu verwenden (Plasma-Armatur). Der Strom fließt dabei von der Hochstromquelle über die eine Schiene zum Lichtbogen, über den Lichtbogen zur anderen Schiene und in dieser zurück zur Hochstromquelle. Durch die Wechselwirkung des in dieser Stromschleife erzeugten Magnetfeldes mit dem Lichtbogenstrom wirkt auf den Lichtbogen eine elektromagnetische Kraft (Lorentz-Kraft), die diesen, und damit auch das vor dem Lichtbogen befindliche Projektil, beschleunigt.

Grundsätzlich lassen sich Projektile mit Schienenkanonen auf wesentlich höhere Geschwindigkeiten beschleunigen als mit Gaskanonen. Allerdings ist aus der vorstehend erwähnten Schrift von Marshall et al bekannt, daß die bei hohen Projektilgeschwindigkeiten beobachtete Neubildung von parasitären Lichtbögen zu einer Geschwindigkeitsbegrenzung von etwa 6 km/s führen.

Aus S. Usuba et al: "Performance of the Discrete Electrode Railgun", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 27, S. 611 ff, ist es bekannt, zur Unterbindung parasitärer Lichtbögen mindestens eine der Stromschienen in diskrete Elektroden aufzuteilen. Die Elektroden werden, nachdem der Lichtbogen eine Zeit­ lang auf ihnen gebrannt hat, mit Hilfe einer Sicherung abge­ schaltet; so daß dieser Teil der aus diskreten Elektroden beste­ henden Stromschiene isoliert ist. Der Lichtbogen zündet dann auf der nächstfolgenden Elektrode in Beschleunigungsrichtung und wird dort ebenfalls nach einiger Zeit mit Hilfe einer Siche­ rung abgeschaltet. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das Pro­ jektil die Schienenkanone verlassen hat.

Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß erhebliche Energien dazu aufgewendet werden müssen, den Strom von einer Sicherung in die nächste zu kommutieren. Denn die durch die Sicherungen und die Stromschiene gebildeten, verhältnismäßig großen Stromschleifen müssen mit magnetischer Energie gefüllt werden, wofür sowohl eine hohe Blind- als auch Wirkleistung aufzubringen ist. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Sicherungen sehr genau an den Beschleunigungsvorgang sowie an die entsprechend auftreten­ den Ströme angepaßt werden müssen. So kann es bei Fehlanpassun­ gen geschehen, daß die Sicherungen zu früh, zu spät oder über­ haupt nicht ansprechen.

Aus der nachveröffentlichten Druckschrift DE 41 24 112 A1 ist eine elektromagnetische Abschußvorrichtung bekannt, bei der jedoch der erste leitende Teil in Beschleunigungsrichtung des Projektils in mehrere Segmente unterteilt ist, die zusätzlich elektrisch gegeneinander isoliert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schienenkanone der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit der es auf einfache Weise möglich ist, Projektile auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen, ohne daß es erforderlich ist, die Stromschienen aus Einzelelektroden mit zusätzlichen Sicherungselementen aufzubauen, und ohne daß parasitäre Lichtbögen auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

Der Erfindung liegt also im wesentlichen der Gedanke zugrunde, entweder die Schienen selbst aus einer mit einer isolierenden Masse getränkten Metallgewebeschicht aufzubauen oder aber die Schienen auf der dem Beschleunigungskanal zugewandten Seite mit einer derartigen Schicht zu versehen. Durch die Stromkräfte werden dann die Metallgewebelagen hinter dem Lichtbogen zusammen- und die isolierende Masse aus der Gewebeschicht herausgedrückt bzw. teilweise in den Beschleunigungskanal geschleudert. Dadurch werden die Stromschienen und das Metallgewebe zum Beschleunigungskanal hin isoliert. Auch der Lichtbogen wird durch die in den Kanal geschleuderten Teilchen der isolierenden Masse zum hinteren Teil des Beschleunigungskanals hin isoliert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles und mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt eines Teiles einer erfindungsgemäßen Schienenkanone;

Fig. 2 die Vorderansicht des in Fig. 1 dargestellten Teiles der Schienenkanone; und

Fig. 3 den Längsquerschnitt der Schienenkanone nach Fig. 1 mit einem Projektil während der Beschleunigungsphase.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Teilausschnitt einer Schienenkanone bezeichnet, die im wesentlichen aus zwei Schienen 2 und 2′ sowie einem Beschleunigungskanal 3 besteht, in dem sich das Projektil (vgl. auch Fig. 3) bewegt. Als Material für die Schienen 2 und 2′ kann beispielsweise Kupfer oder ein sonstiges besonders gut leitendes Material verwendet werden.

Erfindungsgemäß sind an den Schienen 2 und 2′ über z. B. Hartlotschichten 4 und 4′ zwei Metallgewebeschichten 5 und 5′ befestigt. Diese können aus Aluminium, Kupfer, Eisen oder einem sonstigen elektrisch leitfähigen Material bestehen. Die Metallgewebeschichten 5 und 5′ sind mit einer isolierenden Masse, z. B. Bitumen oder Wachs, getränkt. Die entsprechenden Isolierstoffteilchen sind mit dem Bezugszeichen 6 angedeutet. An der Oberfläche zum Beschleunigungskanal 3 liegen die Metallgewebeschichten 5 und 5′ frei, so daß sie über einen Lichtbogen elektrisch miteinander verbunden werden können.

Die Schienen 2 und 2′ sowie die Metallgewebeschichten 5 und 5′ sind üblicherweise in einen Isolierstoffkörper 7, z. B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff, kraftschlüssig eingebunden. Dadurch wird - wie aus Fig. 2 entnehmbar - der Beschleunigungs­ kanal 3 zu einem seitlich geschlossenen Raum.

Fig. 3 zeigt wiederum einen Teilausschnitt 1 der Schienen­ kanone mit einem im Beschleunigungskanal 3 befindlichen Projektil 8, das sich zur Mündung der Kanone hin bewegt. Am heckseitigen Ende des Projektiles 8 befindet sich die durch einen Lichtbogen 9 gebildete Plasma-Armatur. Der Strom 10 fließt über die Schiene 2, das Metallgewebe 5, den Lichtbogen 9, das Metallgewebe 5′ und die Schiene 2′.

Durch die Stromkräfte werden die Metallgewebelagen 5 und 5′ hinter dem Lichtbogen 9 zusammengedrückt. Diese Schichten sind mit den Bezugszeichen 50 und 50 ′versehen. Außerdem wird die aus den Isolierstoffteilchen 6 bestehende isolierende Masse aus den Gewebeschichten 5 und 5′ herausgedrückt. Es bilden sich separate Schichten 51 und 51′. Schließlich wird die isolierende Masse teilweise auch in festem, flüssigem und gasförmigem Zustand in den Beschleunigungskanal 3 geschleudert. Die hierbei auftretenden Energieverluste sind lediglich durch die erforderliche Kompressionsarbeit gegeben. Kommutierungsverluste treten nicht auf.

Durch die Bildung der isolierenden Schichten 51 und 51′ wird erreicht, daß sowohl die Schienen 2 und 2′ als auch die Metallgewebeschichten 50 und 50′ zum Beschleunigungskanal 3 hin isoliert sind. Die in den Beschleunigungskanal 3 geschleuderten Materialteilchen 6 aus isolierender Masse sorgen außerdem dafür, daß der Lichtbogen 9 gegenüber dem hinteren Teil des Beschleunigungskanals 3 isoliert ist. Der Lichtbogen 9 hat daher keine Gelegenheit mehr, irgendwo in dem von dem Projektil 8 bereits durchlaufenden Beschleu­ nigungskanal 3 noch parasitäre Lichtbögen zu zünden.

Der das Projektil 8 antreibende Lichtbogen 9 wird auf eine enge Region hinter dem Projektil 8 konzentriert. Auf diese Weise bleibt die antreibende elektromagnetische Kraft vollständig auf die Anordnung Lichtbogen 9 / Projektil 8 konzentriert. Die Breite dieser Region wird durch die Trägheit und die Viskosität der Masse des von den Stromkräften zusammengedrückten Materials 5, 5′ sowie durch die Höhe des Stromes 10 bestimmt. Nach dem Schuß werden die beiden Schienen 2 und 2′ zusammen mit den Metallgewebeschichten 5 und 5′ gegen neue ausgewechselt.

Die vorstehend beschriebene Schienenanordnung kann auch so ausgeführt werden, daß nur eine der beiden Schienen mit einer Metallgewebeschicht versehen ist. Die andere Schiene berührt in diesem Fall das Projektil direkt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, auf die Schienen 2 und 2′ zu verzichten und sie durch mit Isolierstoff getränkte Metallgewebe zu ersetzen.

Bezugszeichenliste

 1 Teilausschnitt einer Schienenkanone
 2, 2′ Schiene
 3 Beschleunigungskanal
 4, 4′ Hartlotschicht
 5, 5′ Metallgewebeschicht
50, 50′ zusammengepreßte Metallgewebeschicht
51, 51′ (isolierende) Schicht
 6 Isolierstoffteilchen
 7 Isolierstoffkörper
 8 Projektil
 9 Lichtbogen, Plasma-Armatur
10 Strom

Claims (5)

1. Schienenkanone (1) zur Beschleunigung von Projektilen (8) mit mindestens 2 gegenüberliegenden und einen Beschleu­ nigungskanal (3) bildenden Schienen (2, 2′), wobei die Beschleunigung der Projektile (8) mit Hilfe einer sich am heckseitigen Teil des jeweiligen Projektils (8) zwischen den beiden Schienen (2, 2′) ausbildenden Plasma-Armatur (9) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Schienen (2, 2′) aus einer Metallgewebeschicht besteht, in die Isolierstoffteilchen (6) eingelagert sind.

2. Schienenkanone (1) zur Beschleunigung von Projektilen (8) mit mindestens 2 gegenüberliegenden und einen Beschleu­ nigungskanal (3) bildenden Schienen (2, 2′), wobei die Beschleunigung der Projektile (8) mit Hilfe einer sich am heckseitigen Teil des jeweiligen Projektils (8) zwischen den beiden Schienen (2, 2′) ausbildenden Plasma-Armatur (9) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Schienen (2, 2′) auf der dem Beschleunigungskanal (3) zugewandten Seite mit einer entsprechenden Metallgewebeschicht (5, 5′), in der Isolier­ stoffteilchen (6) eingelagert sind, kraftschlüssig verbunden ist.

3. Schienenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schienen (2, 2′) aus einer mit Isolierstoffteilchen (6) getränkten Gewe­ beschicht bestehen.

4. Schienenkanone nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide Schienen (2, 2′) mit einer Isolierstoffteilchen (6) getränkten Gewebeschicht (5, 5′) kraftschlüssig verbunden sind.

5. Schienenkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall für die Metallgewebeschicht (5, 5) ein elektrisch leitfähiges Material und als Isolierstoffteilchen Bitumen- oder Wachsteilchen verwendet werden.