DE4426411A1 - Internal ballistic process for tubular weapons - Google Patents
Internal ballistic process for tubular weaponsInfo
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- C06B47/02—Compositions in which the components are separately stored until the moment of burning or explosion, e.g. "Sprengel"-type explosives; Suspensions of solid component in a normally non-explosive liquid phase, including a thickened aqueous phase the components comprising a binary propellant
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Innenballistik von mit Treibstoff schießenden Rohrwaffen.The invention relates to the internal ballistics of guns firing with fuel.
Bisher (z. B. "Waffentechnisches Taschenbuch" der Fa. Rheinmetall, 7. Auflage 1985, ab Seite 70) läuft die Schußentwicklung in folgenden Schritten ab:Previously (e.g. "Weapon technical paperback" from Rheinmetall, 7th edition 1985, from page 70), the weft development takes place in the following steps:
- - Laden der Munition- loading the ammunition
- - Verschließen des Brennraumes- closing the combustion chamber
- - Zünden der Treibladung- Ignition of the propellant charge
- - Erzeugung eines Gasdruckes (Verbrennungsphase)- Generation of a gas pressure (combustion phase)
- - Beschleunigung des Projektils.- acceleration of the projectile.
Der Leistungsfähigkeit der heutigen Treibstoffe sind Grenzen gesetzt. Zum einen bestimmt die chemische Zusammensetzung die bei der Verbrennung freiwerdende Energie. Zum anderen sind thermodynamische Parameter zu beachten. So können Leistungssteigerungen beim Treibstoff nur noch über eine nach oben begrenzte Erhöhung der Temperatur vorgenommen werden. Höhere Treibgastemperaturen sind unerwünscht, um eine stärkere Erosion der Geschoßrohre zu vermeiden.There are limits to the performance of today's fuels. On the one hand the chemical composition determines the one released during combustion Energy. On the other hand, thermodynamic parameters have to be considered. So can Performance increases in fuel only over an upper limit Temperature increase. Higher propellant temperatures are undesirable to avoid excessive erosion of the projectile tubes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer mit Treibstoff schießenden Rohrwaffe die Schußleistung zu erhöhen bei gleichzeitiger Absenkung der Treib gastemperaturen.The invention has for its object in a shooting with fuel Pipe weapon to increase the shooting performance while lowering the propellant gas temperatures.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 4 oder 5 gelöst.This object is achieved by the features of claims 1, 4 or 5 solved.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Leistungsfähigkeit des Treibstoffes erheblich gesteigert ist. Dies beruht auf der stattfindenden Hydrierung bestimmter Treibgaskomponenten. Trotz der Leistungssteigerung des Treibstoffs ist die Treib gastemperatur gesenkt, da ein Teil des zugeführten Wasserstoffs nicht mit dem Treibgas exotherm reagiert, sondern thermodynamisch stabilisiert wird und eine Kühlung bewirkt. Gleichzeitig ist das mittlere Molekulargewicht vermindert und die Molzahl des Treibgases vergrößert. Die niedrigen Temperaturen kommen zum einen einer langen Lebensdauer der Geschützrohre zugute. Ferner ist es dadurch möglich, leistungsstarke und dementsprechend hohe Verbrennungstemperaturen ent wickelnde, konventionelle Treibladungen mit entsprechend höherer energetischer Ausgangsbasis einzusetzen.An advantage of the invention is that the performance of the fuel is significantly increased. This is due to the hydrogenation of certain Propellant gas components. Despite the increase in performance of the fuel, the drive is reduced gas temperature because part of the hydrogen supplied does not match the Propellant reacts exothermically, but is thermodynamically stabilized and one Cooling causes. At the same time, the average molecular weight is reduced and the Mole number of propellant gas increased. The low temperatures come on the one hand a long service life of the gun barrels. This also makes it possible powerful and accordingly high combustion temperatures winding, conventional propellant charges with correspondingly higher energetic Starting point to use.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigenVarious embodiments of the invention are described below with reference to the Drawings explained in more detail. Show here
Fig. 1-3 verschieden ausgebildete Rohrwaffen im Längsschnitt; Fig. 1-3 differently trained tubular weapons in longitudinal section;
Fig. 4 ein Diagramm über die Zusammensetzung der Treibgase einer beispielhaften Treibladung in Abhängigkeit zur Menge des zugeführten Wasserstoffes; Fig. 4 is a diagram showing the composition of the propellant gases of an exemplary propellant charge in response to the amount of water supplied to the substance;
Fig. 5 ein Diagramm über die thermodynamischen Konstanten in Abhängigkeit zur Menge des zugeführten Wasserstoffes. Fig. 5 is a diagram of the thermodynamic constants depending on the amount of hydrogen supplied.
Das innenballistische Verfahren für mit Treibstoff schießenden Rohrwaffen sieht vor, daß man nach der Zündung des im Brennraum befindlichen Treibstoffes in der Verbrennungsphase Wasserstoff zuführt, der dann teilweise mit den erhaltenen Verbrennungsgasen chemisch reagiert.The interior ballistic process for guns firing with fuel sees before that after the ignition of the fuel in the combustion chamber in the Combustion phase supplies hydrogen, which then partially with the obtained Combustion gases react chemically.
Eine zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens geeignete Rohrwaffe ist in Fig. 1 dargestellt. Die dort dargestellte Rohrwaffe 10 besteht zunächst aus den her kömmlichen Teilen:A tube weapon suitable for carrying out the aforementioned method is shown in FIG. 1. The gun 10 shown there initially consists of the conventional parts:
Verschluß 11
Treibladung 12
Brennraum 13
Geschoßrohr 14
Projektil 15 Closure 11
Propellant charge 12
Combustion chamber 13
Projectile tube 14
Projectile 15
Bei dieser Rohrwaffe 10 wird der Wasserstoff von außen dem Brennraum 13 zu geführt. Hierzu dient ein Wasserstoffspeicher 20 und eine hieran angeschlossene Zuführungsleitung 21, die in den Brennraum 13 einmündet. Die Zuführungsleitung 21 verläuft in axialer Richtung und wird durch den Verschluß 11 geführt. In Abwei chung hierzu zeigt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, daß die Zuführungsleitun gen 21 auch radial durch die Wandung des Geschoßrohres 14 in den Brennraum 13 geführt werden können. Die Zuführung des Wasserstoffs kann mit Hilfe von Fremdenergie (z. B. mechanische Druckerzeuger) oder unter Ausnutzung eines Teils der in den Treibgasen enthaltenen Energie erfolgen.In this barrel weapon 10 , the hydrogen is fed to the combustion chamber 13 from the outside. A hydrogen storage device 20 and a supply line 21 connected thereto, which opens into the combustion chamber 13, serve this purpose. The feed line 21 extends in the axial direction and is guided through the closure 11 . In deviation, the embodiment of FIG. 2 shows that the supply lines 21 can also be guided radially through the wall of the projectile tube 14 into the combustion chamber 13 . The hydrogen can be supplied with the help of external energy (e.g. mechanical pressure generators) or by using part of the energy contained in the propellant gases.
Anstatt den Wasserstoff von außen dem Brennraum zuzuführen ist es ebenfalls mög lich, direkt beim Ladevorgang neben der Treibladung auch den Wasserstoff in den Brennraum einzubringen. Diese Variante ist in Fig. 3 dargestellt. Dort ist im Brenn raum 13 zunächst der Treibstoff 12 untergebracht. Darüber hinaus befindet sich im Brennraum 13 ein Wasserstoff enthaltendes Modul 30. Nach der Zündung des Treibstoffes gibt das Modul 30 den Wasserstoff ab. Er hydriert dann entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren die von dem Treibstoff 12 erhaltenen Treibgase. Das Modul 30 könnte tankartig aufgebaut sein, dessen Wandung unter dem Explosionsdruck des Treibstoffs 12 membranartig aufreißt. Ferner kann das Modul 30 als Bestandteil der Munition (Integralbauweise) oder separat zum Treibstoff und Projektil (Differentialbauweise) ausgebildet sein. Instead of supplying the hydrogen to the combustion chamber from the outside, it is also possible to introduce the hydrogen into the combustion chamber in addition to the propellant charge during the charging process. This variant is shown in Fig. 3. There the fuel 12 is initially housed in the combustion chamber 13 . In addition, a hydrogen-containing module 30 is located in the combustion chamber 13 . After the fuel is ignited, module 30 releases the hydrogen. He then hydrogenates the propellant gases obtained from the fuel 12 in accordance with the previously described method. The module 30 could be constructed like a tank, the wall of which tears open like a membrane under the explosion pressure of the fuel 12 . Furthermore, the module 30 can be designed as a component of the ammunition (integral construction) or separately from the fuel and projectile (differential construction).
Alle Treibstoffe für Rohrwaffen führen zu Verbrennungsgasen, die im wesentlichen immer aus den gleichen Komponenten bestehen: Wasser, Kohlendioxid, Kohlen monoxid und Stickstoff. Diese Treibgase sind rezepturbedingt und unabhängig vom Typ (1-, 2- oder 3-basig; fest, pastös, gelartig oder flüssig). Die quantitativen Anteile dieser Gase unterschieden sich dabei je nach Treibstoff-Typ.All fuels for guns lead to combustion gases, which are essentially always consist of the same components: water, carbon dioxide, carbon monoxide and nitrogen. These propellants depend on the recipe and are independent of Type (1-, 2- or 3-based; solid, pasty, gel-like or liquid). The quantitative proportions These gases differ depending on the type of fuel.
Die sauerstoffhaltigen Treibgas-Komponenten Kohlendioxid und Kohlenmonoxid haben bei den hohen Verbrennungstemperaturen ein hohes Oxidationspotential ge genüber Wasserstoff. Mit anderen Worten, sie werden leicht hydriert. Dies gilt auch für den Stickstoffanteil.The oxygen-containing propellant components carbon dioxide and carbon monoxide have a high oxidation potential at the high combustion temperatures compared to hydrogen. In other words, they are easily hydrated. this is also valid for the nitrogen content.
Am Beispiel eines modernen Hochleistungs-Treibladungspulvers zeigt Fig. 4, daß sich mit zunehmendem Verhältnis von zugeführtem Wasserstoff zu Treibstoff nach und nach das gesamte Kohlendioxid und Kohlenmonoxid mit dem Wasserstoff ver bindet. Gleichzeitig entstehen Methan und Wasser:Using the example of a modern high-performance propellant powder, Fig. 4 shows that with increasing ratio of supplied hydrogen to fuel gradually binds all the carbon dioxide and carbon monoxide with the hydrogen. At the same time, methane and water are generated:
Der Stickstoff der Treibstoff-Verbrennungsgase wird simultan und ebenfalls exo therin zu Ammoniak hydriert:The nitrogen in the fuel combustion gases becomes simultaneous and also exo Therin hydrogenated to ammonia:
Die im Brennraum ablaufende in-situ Hochtemperatur-Hydrierung der Treibgase stellt eine Leistungssteigerung für die Treibstoffe dar. Hierbei ist es unerheblich, ob man den Wasserstoff gasförmig, flüssig oder aus Feststoffspeichern zuführt. Ent scheidend ist nur das Massenverhältnis von Wasserstoff zu Treibladung, was allein das Niveau der Leistungssteigerung bestimmt. Optimale Masseverhältnisse sind mit flüssigem Wasserstoff wegen der hier vorliegenden maximalen Wasserstoffdichte erreichbar.The in-situ high-temperature hydrogenation of the propellant gases in the combustion chamber represents an increase in performance for the fuels. It is irrelevant whether the hydrogen is supplied in gaseous, liquid or solid storage. Ent the only difference is the mass ratio of hydrogen to propellant, which alone determines the level of performance increase. Optimal mass ratios are included liquid hydrogen because of the maximum hydrogen density present here reachable.
Die Fig. 5 betrifft die Änderung aller wichtigen Treibgaskonstanten mit zunehmen dem Verhältnis von Treibstoff zu Wasserstoff. 10 Massen-% Wasserstoff im Treib stoffgas bedeutet beispielsweise, daß pro kg Treibstoff 100 g Wasserstoff zugeführt werden. Die Werte bei 0 Massen-% Wasserstoff im Treibstoffgas entsprechen den Parametern des herkömmlichen, beispielhaften Treibstoffs und lassen seine Verände rungen erkennen. FIG. 5 concerns the amendment of all major LPG constant with increasing the ratio of fuel to hydrogen. 10 mass% hydrogen in the propellant gas means, for example, that 100 g of hydrogen are supplied per kg of fuel. The values at 0% by mass of hydrogen in the fuel gas correspond to the parameters of the conventional, exemplary fuel and show its changes.
Wie aus dem Diagramm hervorgeht, wird ein steigender Anteil von freiem Wasser stoff im Schußgas thermodynamisch stabilisiert. Dies führt zu einer laufenden Ab kühlung der Treibgase, obwohl die Hydrierungsreaktion selbst exotherm ist.As can be seen from the diagram, there is an increasing proportion of free water The substance in the shot gas is thermodynamically stabilized. This leads to an ongoing ab cooling of the propellant gases, even though the hydrogenation reaction itself is exothermic.
Deutlich erkennbar ist der starke Anstieg von Explosionswärme (Qex), Schallge schwindigkeit (VS), Druck (p) und Pulverkraft (f) sowie der gleichzeitig drastische Abfall der Treibgastemperatur (T). Mit Vorteil ist die enorm ansteigende Leistung mit einer gleichzeitigen und starken Verminderung der Treibgastemperatur verbun den.The strong increase in heat of explosion (Q ex ), sound speed (V S ), pressure (p) and powder force (f) as well as the drastic drop in the gas temperature (T) can be clearly seen. Advantageously, the enormously increasing output is combined with a simultaneous and strong reduction in the gas temperature.
Betrachtet man den Kurvenverlauf für die Temperatur T (beeinflußt den Rohrver schleiß) und die Pulverkraft f (bestimmt die Schußweite), erkennt man, daß deutliche Verbesserungen bereits bei kleinsten Massen-% Wasserstoff eintreten.If we look at the course of the curve for the temperature T (influences the pipe ver wear) and the powder force f (determines the range), you can see that clear Improvements occur even with the smallest mass% of hydrogen.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944426411 DE4426411A1 (en) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | Internal ballistic process for tubular weapons |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944426411 DE4426411A1 (en) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | Internal ballistic process for tubular weapons |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4426411A1 true DE4426411A1 (en) | 1996-02-01 |
Family
ID=6524154
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19944426411 Withdrawn DE4426411A1 (en) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | Internal ballistic process for tubular weapons |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4426411A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19827380B4 (en) * | 1998-06-19 | 2005-10-06 | Rheinmetall W & M Gmbh | barreled weapon |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US671708A (en) * | 1900-07-27 | 1901-04-09 | Whitworth & Co | Means for preventing erosion of guns. |
GB679269A (en) * | 1949-11-28 | 1952-09-17 | Mini Of Supply | Improvements in and relating to the projection of projectiles |
-
1994
- 1994-07-26 DE DE19944426411 patent/DE4426411A1/en not_active Withdrawn
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DE19827380B4 (en) * | 1998-06-19 | 2005-10-06 | Rheinmetall W & M Gmbh | barreled weapon |
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