DE69510588T2

DE69510588T2 - Freikolbenmaschine

Info

Publication number: DE69510588T2
Application number: DE69510588T
Authority: DE
Inventors: Clifford Denchfield
Original assignee: Lockheed Martin Tactical Systems UK Ltd
Current assignee: Lockheed Martin UK Ltd
Priority date: 1994-04-09
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2015-04-08
Also published as: EP0676610A1; ATE182002T1; DE69510588D1; GB9407067D0; EP0676610B1; US5646363A; DK0676610T3

Description

Die Erfindung betrifft einen Simulator für die Verwendung als Geräuschgenerator; um das Geräusch von Geschützfeuer zu simulieren.
Aus GB-B-2250333 ist die Schaffung eines Geschützfeuersimulators bekannt, der folgendes umfaßt: einen Verbrennungsraum, Mittel für die Zufuhr von Brenngas in den Verbrennungsraum, ein Klappenventil für die Zufuhr von Luft in den Verbrennungsraum, Mittel zum Hineindrücken von Außenluft in den Verbrennungsraum über das Klappenventil, Zündmittel für die Entzündung von Brenngas im Verbrennungsraum, um eine Explosion auszulösen, eine Ausströmöffnung im Verbrennungsraum und Auslaßventilmittel zum Verschließen der Ausströmöffnung, die so gestaltet sind, daß sie sich auf einen durch die Explosion bewirkten Druckanstieg im Inneren des Verbrennungsraumes hin rasch und hörbar öffnen, und die Form einer zerbrechlichen Membran aus einem dünnen; flächigen Material haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Geschützfeuersimulator zu schaffen, der ein neuartiges, sich rasch öffnendes Auslaßventil hat, das eine Ausströmöffnung verschließt.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Geschützfeuersimulator zu schaffen, der ein neuartiges, sich rasch öffnendes Auslaßventil hat, das eine Ausströmöffnung verschließt, durch das die Notwendigkeit einer zerbrechlichen Membran, die nach jeder Verwendung des Simulators ersetzt werden muß, entfällt.
Erfindungsgemäß wird ein Geschützfeuersimulator geschaffen, der folgendes aufweist: einen Verbrennungsraum, Mittel für die Zufuhr von Brenngas in den Verbrennungsraum, Mittel für die Zufuhr von Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Gases in den Verbrennungsraum, Mittel für die Entzündung von Brenngas im Verbrennungsraum, eine mit dem Verbrennungsraum in Verbindung stehende Ausströmöffnung und Auslaßventilmittel zum Verschließen der Ausströmöffnung, die so gestaltet sind, daß sie sich auf einen Druckanstieg im Inneren des Verbrennungsraumes hin rasch öffnen, um unter Druck stehendes Gas rasch in die Atmosphäre abzugeben, um eine Explosion zu simulieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventilmittel umfaßt: einen Zylinder mit einem ersten und einem zweiten Ende, die im allgemeinen geschlossen sind, einen Kolben, der im Zylinder zwischen dem ersten und zweiten Ende frei verschiebbar ist, eine erste Leitungsröhre, welche eine Verbindung zwischen dem Verbrennungsraum und dem ersten Ende des Zylinders herstellt, eine zweite Leitungsröhre, die eine Verbindung zwischen dem ersten Ende des Zylinders und der Atmosphäre herstellt, Ventilmittel, die den Durchfluß durch die zweite Leitungsröhre steuern, eine durch den Kolben kontrollierte Öffnung im Zylinder, die unmittelbar am ersten Ende befindlich ist und eine Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Verbrennungsraum herstellt, und eine durch den Kolben kontrollierte Ausströmöffnung, die im Zylinder zwischen der Einlaßöffnung und dem zweiten Ende angeordnet ist, wobei das Ganze so gestaltet ist, daß der Kolben, wenn er sich am ersten Ende des Zylinders befindet, die Einlaßöffnung verschließt und, wenn er sich am zweiten Ende des Zylinders befindet, die Ausströmöffnung öffnet.
Vorzugsweise hat die erste Leitungsröhre die Form einer oder mehrerer Durchlaßöffnung(en), deren Durchmesser, verglichen mit der Größe der durch den Kolben kontrollierten Öffnung, klein ist. Bei einer solchen Anordnung verbleibt der Kolben bewegungslos an besagtem ersten geschlossenen Ende des Zylinders, während die Ventilmittel, die den Durchfluß durch die zweite Leitungsröhre, die vorzugsweise einen größeren Durchmesser hat als die erste Leitungsröhre, steuern, offen bleiben, da unter Druck stehendes Gas, das über die Durchlaßöffnungen in das erste geschlossene Ende des Zylinders gelangt, über die zweite Leitungsröhre in die Atmosphäre abgegeben wird. Werden die Ventilmittel geschlossen, bewegt sich der Kolben unter dem Einfluß der begrenzten Menge komprimierten Gases, die durch die erste Leitungsröhre austritt, relativ langsam von dem ersten geschlossenen Ende des Zylinders weg, bis die durch den Kolben kontrollierte Öffnung freigelegt wird. Zu diesem Zeitpunkt strömt ein großes Volumen komprimierten Gases in den Zylinder und bewirkt eine rasche Bewegung des Kolbens entlang des Zylinders, bis die Ausströmöffnung freigelegt wird und das komprimierte Gas rasch in die Atmosphäre abgegeben wird, um eine Explosion zu simulieren.
Am zweiten Ende des Zylinders können Mittel zur Stoppung des Kolbens vorgesehen sein. Die Kolbenstoppungsmittel können Mittel umfassen, die in Verbindung mit dem Kolben und dem zweiten geschlossenen Endabschnitt des Zylinders angeordnet sind, um ein Luftpolster zu formen. Das Luftpolster im zweiten geschlossenen Endabschnitt des Zylinders umfaßt vorzugsweise Einrichtungsventilmittel, die zur Atmosphäre hin durchlässig sind, um eine Federbewegung des Kolbens am zweiten geschlossenen Ende des Zylinders zu kontrollieren, zu reduzieren oder zu verhindern.
Das Ganze kann so gestaltet sein, daß der Zylinder im wesentlichen vertikal angeordnet ist, wobei sich das zweite geschlossene Ende zuoberst befindet, so daß der Kolben sich unter dem Einfluß der Schwerkraft zum ersten geschlossenen Ende zurückbewegen kann. Alternativ dazu können elastische Mittel, z. B. eine Feder, vorgesehen sein, um den Kolben zu besagtem ersten geschlossenen Ende des Zylinders zurück zu bewegen.
Die Ventilmittel, welche die zweite Röhrenleitung kontrollieren, können so gestaltet sein, daß sie sich auf ein vorgegebenes Maß des Druckanstiegs im Verbrennungsraum hin schließen. Der Zylinder ist vorzugsweise so gestaltet, daß er sich in den Verbrennungsraum hinein erstreckt, so daß das erste Ende des Zylinders, einschließlich der Einlaßöffnung, im Verbrennungsraum befindlich ist.
Die Erfindung ist in der beigefügten schematischen Darstellung, bei der es sich um eine Schnitt durch einen Geschützfeuersimulator handelt, beispielhaft illustriert. In der Zeichnung ist ein Geschützfeuersimulator der Art, wie sie in der britischen Patentanmeldung GB-B-2250333 im allgemeinen beschrieben wird, dargestellt; im vorliegenden Fall hat das Ausströmsystem jedoch die Form einer freien Kolbenvorrichtung.
Der Simulator umfaßt einen im allgemeinen zylindrischen Verbrennungsraum (1), der über eine Reihe von radial angeordneten, durch den Kolben kontrollierten Ausströmöffnungen (2) zur Atmosphäre hin offen ist. Das Ausströmsystem umfaßt einen Zylinder (3) mit einem ersten bzw. zweiten geschlossenen Ende (4, 5), die einander gegenüber liegen, wobei sich das erste Ende (4) in den Verbrennungsraum (1) hinein erstreckt. Das im Verbrennungsraum befindliche Zylinderende (4) ist mit einer ersten Röhrenleitung in Form einer oder mehrerer kleinen/r Durchlaßöffnung(en) (6) in seinem axialen Ende (7) versehen, die eine Verbindung zwischen dem Inneren des Verbrennungsraumes und dem Inneren des Zylinders herstellen. Ein Kolben (8) ist im Zylinder (3) frei verschiebbar, wobei der Kopf (9) besagten Kolbens zum Verbrennungsraum hin zeigt und die zylindrische Seitenwand (10) des Kolbens axial ausreichend lang ist, um eine Reihe radial angeordneter Einlaßöffnungen (11) in der gebogenen Oberfläche des Zylinders, die unmittelbar an dem Ende (4) befindlich sind und eine Verbindung zwischen dem Inneren des Verbrennungsraumes und dem Inneren des Zylinders herstellen, abzudecken.
Das Innere des ersten Endes (4) des Zylinders ist über eine zweite Röhrenleitung (12), die eine größere Querschnittsfläche als die Durchlaßöffnungen (6) hat, zur Atmosphäre hin offen. Der Durchfluß durch die zweite Röhrenleitung (12) wird durch ein i. d. R. offenes Magnetventil (13) gesteuert, das mit einem Drucksensor (17) im Verbrennungsraum verbunden ist, so daß das Ventil auf ein vorgegebenes Maß des Druckanstiegs im Verbrennungsraum hin geschlossen wird. Das Ventil kann z. B. so gestaltet sein, daß es sich dann schließt, wenn sich der Druck im Verbrennungsraum seinem Höchstwert, i. d. R. ca. 9 Bar, nähert. Außerhalb des Verbrennungsraumes ist der Zylinder mit einer Reihe radial angeordneter Ausströmöffnungen (2) versehen, die freigelegt werden, wenn der Kolben (8) sich in hin zum zweiten Ende (5) des Zylinders bewegt.
Am zweiten Ende (5) des Zylinders ist ein Kolbenstoppungsmechanismus vorgesehen, der durch das geschlossenen Ende (5) des Zylinders geformt wird und einen Pfropfen (14) umfaßt, der im Zuge der Heranbewegung des Kolbens an das äußere Ende des Zylinders das tote Volumen zwischen der Seitenwand des Kolbens und dem Zylinder reduziert, so daß ein Luftpolster geschaffen wird. Um eine Federbewegung des Kolbens weg von dem Luftpolster zu verhindern oder zu reduzieren, ist das zweite Ende des Zylinders zur Atmosphäre hin offen: über kleine Öffnungen (15) im axialen Ende (5) des Zylinders, die von einer flexi blen Membran (16) bedeckt sind, die ein Einrichtungsventil formt, das sich auf einen Druckabfall am Ende (5) des Zylinders, bewirkt durch eine Federbewegung des Kolbens weg vom Ende (5) des Zylinders, hin schließt. Die Membran ist in ihrer offenen Position gestrichelt und in ihrer die Öffnungen (15) verschließenden Position mit durchgehender Linie eingezeichnet. Auf diese Weise erfolgt eine wirksame Stoppung und Dämpfung des Kolbens bezogen auf beide Bewegungsrichtungen des Kolbens.
Die Funktionsweise des Simulators ist wie folgt:
1. Durch die Verbrennung einer Gasladung im Verbrennungsraum (1) erhöht sich der Druck in demselben auf ca. 9 Bar.
2. Während dieses Druckanstiegs verbleibt der Kolben (8) bewegungslos im Zylinder (3), da die Einlaßöffnung(en) (10) geschlossen ist/sind und die Verbrennungsgase, die über die Durchlaßöffnung (6) in den Zylinder gelangen, über die zweite Röhrenleitung (12) und das i. d. R. offene Magnetventil (13) in die Atmosphäre abgegeben werden.
3. Nähert sich der durch die Verbrennung erzeugte Druck seinem Höchstwert, schließt sich unter dem Einfluß des Druckschalters (17) das Magnetventil (13).
4. In die Durchlaßöffnung (6) eintretendes Gas bewegt den Kolben (8) langsam vom ersten Ende des Zylinders (4) weg.
5. Dann werden die Einlaßöffnungen (10) freigelegt, und unter dem Einfluß des durch die Verbrennung bewirkten höchsten Druckes beschleunigt der Kolben (8) rasch.
6. Durch die Bewegung des Kolbens wird/werden die Ausströmöffnung(en) (2) freigelegt, so daß, infolge des Ablassens des durch die Verbrennung erzeugten Druckes in die Atmosphäre, ein Überschallknall erzeugt wird.
7. Durch die Weiterbewegung des Kolbens werden die Ausströmöffnungen (2) wieder abgedeckt, was eine Bremswirkung infolge Druckaufbaus vor dem Kolben im Zuge seiner Heranbewegung an das zweite geschlossene Ende (5) des Zylinders zur Folge hat.
8. Die Verzögerungsgeschwindigkeit wird über das gesteuerte Ablassen von Druck durch die Öffnung(en) (15) gesteuert.
9. Der Druck vor dem Kolben bewirkt, daß der Kolben stoppt und dann eine nach rückwärts gerichtete Federbewegung vollzieht, wodurch ein Unterdruck erzeugt wird, der das Membran-Klappenventil (16) schließt, um die Federbewegung des Kolbens zu dämpfen.
10. Unter dem Einfluß der Schwerkraft oder durch Federmittel bewegt sich der Kolben langsam zum ersten Ende (4) des Zylinders zurück.
Die Erfindung schafft damit eine einfache Vorrichtung zur Verwendung als Geschützfeuersimulator, die wiederholt eingesetzt werden kann, ohne daß eine häufige Wartung oder Auswechslung von Teilen notwendig ist.

Claims

1. Geschützfeuersimulator mit einem Verbrennungsraum (1), Mitteln für die Zufuhr von Brenngas in den Verbrennungsraum, Mitteln für die Zufuhr von Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Gases in den Verbrennungsraum, Mitteln für die Entzündung von Brenngas im Verbrennungsraum, einer Ausströmöffnung (2), die mit dem Verbrennungsraum verbunden ist, und Auslaßventilmitteln (3, 8) zur Schließung der Ausströmöffnung, die so gestaltet sind, daß sie sich auf eine Druckerhöhung im Verbrennungsraum hin rasch öffnen, um unter Druck stehendes Gas rasch in die Atmosphäre abzugeben und so eine Explosion zu simulieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventilmittel (3, 8) umfaßt: einen Zylinder (3) mit einem ersten und einem zweiten Ende (4, 5), die im allgemeinen geschlossen sind, einen Kolben (8), der im Zylinder (3) zwischen dem ersten und zweiten Ende frei verschiebbar ist, eine erste Leitungsröhre (6), welche eine Verbindung zwischen dem Verbrennungsraum (1) und dem ersten Ende (4) des Zylinders (3) herstellt, eine zweite Leitungsröhre (12), die eine Verbindung zwischen dem ersten Ende (4) des Zylinders und der Atmosphäre herstellt, Ventilmittel (13), die den Durchfluß durch die zweite Leitungsröhre (12) steuern, eine durch den Kolben kontrollierte Einlaßöffnung (11) im Zylinder, die unmittelbar am ersten Ende (4) befindlich ist und eine Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Verbrennungsraum herstellt, und eine durch den Kolben kontrollierte Ausströmöffnung (2), die im Zylinder (3) zwischen der Einlaßöffnung (11) und dem zweiten Ende (5) angeordnet ist, wobei das Ganze so gestaltet ist, daß der Kolben (8), wenn er sich am ersten Ende (4) des Zylinders befindet, die Einlaßöffnung (11) verschließt und, wenn er sich am zweiten Ende (5) des Zylinders befindet, die Ausströmöffnung (2) öffnet.

2. Geschützfeuersimulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest eine Durchlaßöffnung (6) im geschlossenen Ende (4) des Zylinders, wobei die Durchlaßöffnung, verglichen mit der Größe der Einlaßöffnung (11), klein ist und die erste Leitungsröhre (6) formt.

3. Geschützfeuersimulator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel (14, 15, 16) am zweiten Ende (5) des Zylinders zur Stoppung des Kolbens.

4. Geschützfeuersimulator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Mittel (14) zur Definierung eines abgeschlossenen Raumes zur Bildung eines der Stoppung des Kolbens dienenden Luftpolsters.

5. Geschützfeuersimulator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Einrichtungsventilmittel (15, 16) am zweiten Ende (5) des Zylinders, die zur Atmosphäre hin durchlässig sind, um die Bewegung des Kolbens am zweiten Ende (5) des Zylinders abzuschwächen.

6. Geschützfeuersimulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (17), die bewirken, daß sich das die zweite Leitungsröhre (12) kontrollierende Ventilmittel (13) auf ein vorgegebenes Maß des Druckanstiegs im Verbrennungsraum (1) hin schließt.

7. Geschützfeuersimulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (3) so gestaltet ist, daß er in den Verbrennungsraum (1) hineinragt, so daß das erste Ende des Zylinders (4), einschließlich der Einlaßöffnung (11), im Verbrennungsraum (1), die Ausströmöffnung (2) dagegen außerhalb des Verbrennungsraumes (1) angeordnet ist.