DE4410327C2

DE4410327C2 - Pulver-elektrothermische Hybridkanone

Info

Publication number: DE4410327C2
Application number: DE4410327A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Ing Dr Krumm; Adolf Nordmann; Guenter Dipl Ing Dr Stoeffler; Johann Dipl Ing Lorenz; Johannes Dipl Ing Ehrhardt; Markus Dr Ing Dr Loeffler
Original assignee: Rheinmetall Industrie AG; MAN Technologie AG
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2014-03-26
Also published as: DE4410327A1; FR2717888B1; GB2287778A; FR2717888A1; GB9504805D0; US5546844A; GB2287778B

Description

Die Erfindung betrifft eine Pulver-elektrothermische Hybrid kanone, bei der zur Erhöhung der Geschoßbeschleunigung zusätzliche elektrische Energie in eine Plasmastrecke des Waffenrohres eingekoppelt wird.

Pulver-elektrothermische Hybridkanonen sind an sich bekannt. Sie bestehen beispielsweise aus einer Kanone zum Verschießen konventioneller Munition, bei der zur Erhöhung der Geschoß beschleunigung mehrere entlang des Waffenrohres gegenüber liegende Elektrodenpaare angeordnet sind. Hat das Geschoß ein Elektrodenpaar passiert, wird ein energiereicher Lichtbogen senkrecht zur Richtung der Geschoßbewegung erzeugt, der die Treibladungsgase entsprechend aufheizt.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist vor allem die zur Zündung der Lichtbögen relativ aufwendige elektronische oder mechani sche Steuerungsvorrichtung. Außerdem ist der die Erwärmung des Gases bewirkende Lichtbogenbereich relativ schmal, so daß mehrere Elektrodenpaare für eine nennenswerte Erhöhung der Geschoßbeschleunigung erforderlich sind.

Aus der DE 33 44 636 A1 ist eine Hybridkanone bekannt, bei der zur Erhöhung der Geschoßbeschleunigung zusätzliche elektrische Energie in eine Plasmastrecke des Waffenrohres eingekoppelt wird, wobei das Waffenrohr sich aus zwei separaten, in Rich tung der Längsachse des Waffenrohres hintereinander angeord neten Teilrohren zusammensetzt, die durch einen Isolator miteinander verbunden sind. In dieser Kanone wird das durch Pulvergase vorbeschleunigte Geschoß mittels elektrischer Energie in einer Schienenkanone mit Plasmaanker weiter be schleunigt.

Aus der DE 39 10 566 A1 ist eine elektrothermische Beschleu nigungsvorrichtung für Projektile bekannt. Dabei wird mittels eines elektrischen Entladekreises ein Plasma in einem boden seitig verschlossenen metallischen Rohr erzeugt, wobei der eine Pol des Entladekreises an einer ersten Elektrode liegt, die sich am Rohr hinter dem Projektil befindet, und der andere Pol des Entladekreises durch das Projektil selbst gebildet wird.

Aus der DE 41 32 657 A1 ist ferner eine elektrothermische Abschußvorrichtung bekannt, bei der der verschlußseitige Teil einer konventionellen Kanone mit einem isoliert angeordneten Rohrteil verbunden ist. Die eigentliche Plasmakammer wird dabei durch eine in dem Ladungsraum angeordnete Kartusche mit einer verschlußseitigen Masseelektrode und einer rohrseitigen Hochspannungselektrode gebildet. Zum Abschuß wird an den Ver schluß die Masse und an das gegenüber dem Verschluß isolierte Rohrteil, welches mit der rohrseitigen Elektrode verbunden ist, die Hochspannung gelegt, so daß sich zwischen Rohrteil und Verschluß in der Kartusche ein in axialer Richtung des Waffenrohres erstreckender Lichtbogen ausbildet.

Nachteilig bei dieser Abschußvorrichtung ist vor allem, daß zur Beschleunigung großkalibriger Geschosse sehr hohe elek trische Energien und damit entsprechend voluminöse Stromquel len erforderlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hybridkanone der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der die Geschosse elektrother misch eine vorgebbare Zusatzbeschleunigung erhalten, ohne daß mehrere Lichtbogenstrecken erforderlich sind.

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

Im wesentlichen liegt der Erfindung dem Gedanke zugrunde, in das Waffenrohr einen Isolator mit integrierter Plasmakammer vorgebbarer Länge einzusetzen, wobei bei der die Treibla dungsgase erhitzende Lichtbogen ähnlich wie bei der DE 41 32 657 A1 in Geschoßrichtung verläuft. Dabei erfolgt in dem verschlußseitigen in der Regel auf Masse liegenden Rohrbe reich bis zur Plasmakammer eine Beschleunigung der Geschosse in konventioneller Weise durch die bei Schußabgabe freiwer denden Treibladungsgase. Sobald das Geschoß die Isolations strecke durchquert hat und mit dem mündungsseitigen auf Hochspannung liegenden Rohrteil verbunden ist, erfolgt ein Durchzünden in axialer Richtung des Waffenrohres zwischen dem Geschoßboden und dem verschlußseitigen Rohrbereich. Die Treibladungsgase erwärmen sich in dem Bereich des Lichtbogens und führen zu einer Druckerhöhung und damit auch zu einer Erhöhung der Geschoßbeschleunigung.

Besondere Bedeutung kommt bei dieser Anordnung dem die Plas makammer enthaltenden Isolator zu, weil er derart ausgebildet sein muß, daß beim Verschießen insbesondere großkalibriger Geschosse nicht nur die beiden Rohrteile elektrisch isoliert werden, sondern daß er auch den hohen Innendruck sowie die axialen Belastungen und die Rohrschwingungen aufnehmen kann. Ferner muß die Biegesteifigkeit (Trägheitsmomentenverlauf) des Isolators so angepaßt werden, daß sie dem des ungestörten Rohres weitgehend entspricht.

Vorzugsweise besteht der Isolator aus zwei metallischen An schlußteilen, zwischen denen im Bereich der Plasmastrecke eine Isolierstoffhülse mit einer verschleißfesten Innenober fläche angeordnet ist. Isolierstoffhülse und Anschlußteile sind mit einem Isolationskörper formschlüssig verbunden. Der Isolationskörper besteht vorzugsweise aus mehreren Lagen von Faserverbundwerkstoffen aus einer Polymer- oder Keramikmatrix (Isolationskörper). Die Faserverbundkomponenten des Isola tionskörpers können dabei um die Anschlußteile und die Iso lierstoffhülse herumgewickelt, auf diese aufgeklebt oder auf diese aufgeschrumpft werden.

Der Isolator kann auch aus einer Preßmasse hergestellt werden, wobei der Formschluß mit den Anschlußteilen durch den Preßvorgang erzielt wird. Die Isolierstoffhülse kann entweder im Extrusionsverfahren, Preßverfahren oder im Wickelverfahren aus thermoplastischen, duroplastischen bzw. keramischen Materialien hergestellt werden. Zur Verstärkung dieser Materialien können organische bzw. anorganische Fasern in unterschiedlichen Orientierungen bzw. Konfektionierung verwendet werden.

Zur Erzielung einer Druckvorspannung des Isolators in Um fangsrichtung ist auf den Isolationskörper vorzugsweise eine konische oder zylindrische rohrförmige Hülse aus Metall oder Kunststoff (Berstschutz) aufgeschrumpft oder aufgepreßt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zur zusätzlichen Lastübertragung des Isolationskörpers in axialer Richtung beide Enden des Berstschutzes mit Stufen und formschlüssig mit Hülsen aus einem Faserverbundwerkstoff versehen.

Statt einer separaten Isolierstoffhülse kann zur Begrenzung der Plasmastrecke vorteilhafterweise auch der Isolations körper selbst herangezogen werden. In diesem Fall hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Innenoberfläche des Isolations körpers in dem Bereich der Plasmastrecke mit einer ver schleißfesten Schicht, z. B. einer Spritzkeramik, zu versehen. Es ist auch möglich, statt der verschleißfesten Schicht einen vorzugsweise auswechselbaren Einsatz aus verschleißfestem Kunststoff oder einem Keramikmaterial zu verwenden.

Um eine zusätzliche Versteifung im Bereich der Plasmastrecke zu erreichen, hat es sich besonders bewährt, entsprechende Verlängerungen der Anschlußteile vorzusehen, welche von dem Isolationskörper eingeschlossen werden.

Um eine gute Kraftübertragung von den metallischen Teilen auf den Isolationskörper zu erreichen, sind die metallischen Anschlußteile als Stufenhülsen ausgebildet. Außerdem sind die Anschlußteile zur besseren Haftung oberflächenbehandelt, wie z. B. sandgestrahlt oder chemisch aufgerauht, so daß zusätz lich eine optimale Klebeverbindung herstellbar ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs beispielen. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Waffenrohres einer Pulver-elektrothermischen Hybrid kanone mit einem erfindungsgemäßen Isolator und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Iso lators im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist mit 1 das Waffenrohr einer Panzerkanone bezeich net. Es besteht im wesentlichen aus zwei etwa gleichlangen Teilrohren 2 und 3, zwischen denen ein Isolator 4 angeordnet ist. Bei dem Teilrohr 2 handelt es sich um ein Waffenrohr einer konventionellen Panzerkanone mit einem Verschluß 5, aus dem Munition 6 mit einer entsprechenden Pulver-Treibladung verschossen wird. Das Teilrohr 2 sowie der Verschluß 5 sind mit Masse und über einen Stromanschluß 7 mit der entsprechen den Elektrode einer Stromquelle (aus Gründen einer besseren Übersicht nicht dargestellt) verbunden.

Das Teilrohr 3 weist ebenfalls einen Stromanschluß 8 auf, welcher zur Beschleunigung des Geschosses mit der Hochspan nungselektrode der vorstehend erwähnten Stromquelle verbunden wird. Das Teilrohr 3 kann außenseitig zum Schutz gegen Berührung mit einer entsprechenden Isolierschicht, wie sie beispielsweise in der DE 41 32 657 A1 näher beschrieben wird, versehen werden.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt des Isolators 4 mit der Plas mastrecke 4′. Er besteht aus zwei in Richtung der Längsachse 100 des Waffenrohres 1 hintereinander angeordneten metalli schen Anschlußteilen 9, 10, zwischen denen sich eine die Plasmastrecke 4′ rohrseitig begrenzende Isolierstoffhülse 11, z. B. aus einem Keramikwerkstoff, befindet. Die Anschlußteile 9, 10 haben die Form von Stufenhülsen mit Innen- und Außen stufen, in welche die ebenfalls mit Stufen versehenen Teil rohre 2, 3 formschlüssig einsetzbar (Muffenverbindung) sind. Außerdem ist das der Isolierstoffhülse 11 zugewandte Ende 12 der Stufenhülse 9 als Ringelektrode ausgebildet.

Die Länge L der Plasmastrecke 4′ und damit der Isolierstoffhülse 11 wird derart gewählt, daß sie kleiner oder gleich der Länge des das Waffenrohr 1 (elektrisch leitend) berührenden Geschoßteiles ist. Im Falle eines Vollkalibergeschosses mit elektrisch leitender Oberfläche muß daher L kleiner oder gleich der Länge des Geschosses sein. Im Falle von unterkalibrigen Geschossen mit 2-Flansch- Treibkäfigen aus Aluminium muß L hingegen kleiner oder gleich dem Abstand zwischen den beiden Treibkäfigflanschen etc. sein.

Anschlußteile 9, 10 und Isolierstoffhülse 11 sind mit einem Isolationskörper 13 formschlüssig verbunden, welcher aus mehreren Lagen eines Faserverbundwerkstoffes aus einer Poly mer- oder Keramikmatrix besteht. Die Anschlußteile 9, 10 weisen Verlängerungen 14, 15 auf, welche von dem Isolations körper 13 eingeschlossen werden. Der Steifigkeitssprung zwi schen den metallischen Anschlußteilen 9, 10 und dem Isola tionskörper 13 wird durch eine doppelkonische Ausbildung der Anschlußteile minimiert, die gleichzeitig zum Formschluß bei tragen. Zur Erzielung einer Druckvorspannung des Isolators 4 in Umfangsrichtung ist auf dem Isolationskörper 13 eine koni sche oder zylindrische rohrförmige Hülse 16 aus Stahl aufge schrumpft bzw. aufgepreßt. Außerdem sind zur Erhöhung der Lastübertragung des Isolationskörpers 13 in axialer Richtung beide Enden des Rohres 16 mit Stufen versehen und formschlüs sig mit Hülsen 17, 18 aus einem Faserverbundwerkstoff verbun den.

Statt einer separaten Isolierstoffhülse 11 kann zur Begren zung der Plasmastrecke 4′ auch der Isolationskörper 13 selbst herangezogen werden. In diesem Fall hat es sich als zweck mäßig erwiesen, die Innenoberfläche 19 des Isolationskörpers 13 in dem Bereich der Plasmastrecke 4′ mit einer verschleiß festen Schicht, z. B. einer Spritzkeramik, zu versehen. Es ist auch möglich, statt der verschleißfesten Schicht einen vor zugsweisen auswechselbaren Einsatz aus verschleißfestem Kunststoff oder einer Keramik zu verwenden. Diese Einsätze können durch Schrumpfen, Kleben oder Einpressen mit dem Iso lationskörper 13 verbunden werden.

Die Fertigung des Isolationskörpers 13 erfolgt vorzugsweise im Naßwickelverfahren, so daß ein porenfreier, homogener Faserverbundwerkstoff mit einem hohen Fasergehalt entsteht. Aufgrund der großen Wandstärken und der Forderung nach hochwertigen Laminaten muß der Fertigungsprozeß im Regelfall in mehreren Schritten erfolgen. Dieser Vorgang betrifft so wohl den Wickelvorgang als auch den Härteprozeß (Stufenhär tung).

Die Faserorientierung wird durch den Wickelprozeß den Festig keits- und Steifigkeitsanforderungen angepaßt. Die Verstär kungsfasern können in Form von Gewebebändern, Rovings oder einer Kombination davon erfolgen.

Der Isolator kann auch aus einer Preßmasse hergestellt wer den, wobei der Formschluß mit den Anschlußteilen durch den Preßvorgang erzielt wird. Die Isolierstoffhülse kann entweder im Extrusionsverfahren, Preßverfahren oder im Wickelverfahren aus thermoplastischen, duroplastischen bzw. keramischen Mate rialien hergestellt werden. Zur Verstärkung dieser Materia lien können organische bzw. anorganische Fasern in unter schiedlicher Orientierung bzw. Konfektionierung verwendet werden.

Als Verstärkungsfasern werden vorzugsweise Glasfasern, Syn thesefasern, Keramikfasern und im beschränkten Umfang auch Kohlenstoffasern oder metallische Fasern verwendet.

Als Matrix werden vorzugsweise Epoxidharze mit geeigneten Reaktionsmitteln, Melamin-, Bismaleinimid-, Polyimid-, Phenol- oder Polyesterharze verwendet.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann bei spielsweise die Verbindung zwischen den Teilrohren 2, 3 und den Anschlußteilen 9, 10 anstatt über eine Schrumpfverbindung auch über eine Gewindeverbindung oder einen Bajonettverschluß erfolgen. Wie das Anschlußteil 9 kann auch das Anschlußteil 10 an ihrem der Plasmastrecke 4′ zugewandten Ende mit einer besonders ausgebildeten Ringelektrode versehen werden.

Bezugszeichenliste

1 Waffenrohr
2, 3 Teilrohre
4 Isolator
4′ Plasmastrecke
5 Verschluß
6 Munition
7, 8 Stromanschlüsse
9, 10 Anschlußteile, Stufenhülsen
11 Isolierstoffhülse
12 Ende des Anschlußteiles 9, Ringelektrode
13 Isolationskörper
14, 15 Verlängerungen
16 rohrförmige Hülse
17, 18 Hülsen
19 Innenoberfläche
100 Richtung der Längsachse
L Länge der Plasmastrecke

Claims

1. Pulver-elektrothermische Hybridkanone, bei der zur Erhö hung der Geschoßbeschleunigung zusätzliche elektrische Energie in eine Plasmastrecke (4′) des Waffenrohres (1) eingekoppelt wird, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) das Waffenrohr (1) setzt sich aus mindestens zwei separaten in Richtung der Längsachse (100) des Waf fenrohres (1) hintereinander angeordneten Teilroh ren (2, 3) zusammen, die durch einen die Plasma strecke (4′) enthaltenden Isolator (4) miteinander verbunden sind;
b) die beiden Teilrohre (2, 3) weisen zur elektrother mischen Beschleunigung des jeweiligen Geschosses unterschiedliches Potential auf, so daß der die Treibladungsgase erhitzende Lichtbogen in der Plasmastrecke (4′) in Richtung der Längsachse (100) verläuft;
c) der Isolator (4) weist zwei in Richtung der Längs achse (100) des Waffenrohres hintereinander ange ordnete metallische Anschlußteile (9, 10) auf, zwi schen denen sich eine die Plasmastrecke rohrseitig begrenzende Isolierstoffhülse (11) befindet;
d) Anschlußteile (9, 10) und Isolierstoffhülse (11) sind mit einem Isolationskörper (13) aus Faserver bundwerkstoffen form- oder kraftschlüssig verbun den;
e) auf dem Isolationskörper (13) ist eine konische oder zylindrische rohrförmige Hülse angeordnet.

2. Pulver-elektrothermische Hybridkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffhülse (11) einen Teil des Isolationskörpers (13) bildet.

3. Pulver-elektrothermische Hybridkanone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoff hülse (11) bzw. der Isolationskörper (13) im Bereich der Plasmastrecke (4′) mit einer verschleißfesten Schicht oder einem auswechselbaren Einsatz aus einem verschleiß festen Material versehen ist.

4. Pulver-elektrothermische Hybridkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Anschlußteile (9, 10) als Stufenhülsen, konische oder zylindrische Hülsen ausgebildet sind.

5. Pulver-elektrothermische Hybridkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der Plasmastrecke (4′) zugewandte Ende (12) mindestens einer der metallischen Anschlußteile (9, 10) als Ringelektrode ausgebildet ist.

6. Pulver-elektrothermische Hybridkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) der Plasmastrecke (4′) kleiner oder gleich der Länge des das Waffenrohr (1) (elektrisch leitend) berühren den Geschoßteiles ist.

7. Pulver-elektrothermische Hybridkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Plasmastrecke (4′) zugewandten Enden (12) der Anschluß teile (9, 10) Verlängerungen (14, 15) aufweisen, welche formschlüssig von dem Isolationskörper (13) eingeschlos sen sind.

8. Pulver-elektrothermische Hybridkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der rohrförmigen Hülse (16) stufenförmig ausgebildet und formschlüssig mit Hülsen (17,18) aus einem Faserverbund werkstoff verbunden sind.