DK152615B - Vaaben med hydroimpulsfremdrivningsmekanisme, isaer et undervandsvaaben - Google Patents

Description

i

DK 152615 B

Opfindelsen vedrører et våben med hydroimpulsfremdriv-ningsmekanisme, især et våben, som er indrettet til at operere under vand imod overflademål eller neddykkede mål, og hvilket våben er af den i krav l's ind-5 ledning angivne art, hvor en mekanisme til frembringel se af successive fremdrivningsimpulser omfatter, at et kammer skiftevis fyldes med vand og skiftevis afgiver vandet med stor hastighed gennem en eller flere vandjetdyser.

10 Der er tidligere gjort mange forsøg på at udvikle frem- drivningsmekanismer til undervandsbrug, hvor nogle af mekanismerne er beslægtet med raketfremdrivningssystemer til brug over vandet. Mange af de kendte systemer er hybride og har f.eks. relation til en båd eller et 15 skib, hvor vandjetfremdrivningsmekanismen nødvendigvis er beliggende tæt ved vandets overflade. Nogle systemer er baseret på meget store hastigheder gennem eller over vandet for at frembringe en ram-jet-effekt.

Fra USA-patentskrift nr. 1 117 351 kendes der således 20 et fremdrivningsaggregat af den ovenfor nævnte art.

I dette patentskrift beskrives en art forbrændingsmotor hvor "stemplet" udgøres af en vandsøjle, der ved gasblandingens forbrændingstryk udstødes med stor hastighed, og den uddrevne vandmængde tjener til fremdrift 25 af et overfladefartøj.

De kendte fremdrivningsmekanismer arbejder imidlertid i det væsentlige kontinuerligt, hvorved våbenet er konstant omgivet af støj fra dets fremdrivning gennem vandet, hvorfor sonarsporeorganer i våbenet forhindres i at 30 virke efter hensigten.

I forbindelse med konstruktionen af en ny type selvdrevet anti-ubådsvåben, som især er velegnet til destruk- 2

DK 152615 B

struktion af ubåde på relativt grundt vand, hvilket indtil nu har været vanskeligt med kendte anti-ubådsvåben, er det nødvendigt med en speciel type undervandsfrem-drivningsmekanisme, således at våbenet drives med en 5 rimelig høj middelhastighed samtidigt med, at der periodevis opnås en reduceret hastighed, for at sonarsporesystemerne kan fungere pålideligt. En sådan fremdriv-ning er opnået ved fremdrivningsorganer ifølge opfindelsen, der er særegne ved de i krav l's kendetegnende 10 del anførte midler. Herved opnås, at våbenet i tidsintervaller, der er tilstrækkeligt lange til at våbenets sonarsporesystem kan styre våbenet mod det fastsatte mål uden forstyrrelser fra fremdrivningsstøjen, driver med lav hastighed, hvilket ikke kan opnås ved den kendte 15 teknik, da de kendte fremdrivningsmekanismer bevirker en høj, konstant fart.

Opfindelsen vil blive nærmere forklaret ved den følgende beskrivelse af nogle udførelsesformer, idet der henvises til tegningén, hvor 20 fig. 1 skematisk viser en udførelsesform for fremdriv-ningsorganet ifølge opfindelsen, fig. 2 den på fig. 1 viste udførelsesform set fra enden, fig. 3 et snit igennem "et anti-ubådsvåben med en udførelsesform for fremdrivningsorganet ifølge opfindelsen, 25 fig. 4 et andet anti-ubådsvåben med en anden udførelsesform for fremdrivningsorganet ifølge opfindelsen, fig. 5 viser en kurve for et anti-ubådsvåbens bevægelse, som hidrører fra fremdrivningsorganet ifølge opfindelsen,

DK 152615B

3 fig. 6 en kurve, som viser, hvorledes fremdrivningsor-ganet ifølge opfindelsen bibringer et anti-ubådsvåben en hastighed som funktion af tiden, medens fig. 7 skematisk viser brugen af et anti-ubådsvåben.

Fig. 1 og 2 viser skematisk en første udførelsesform for en hydroimpulsmotor 10 ifølge opfindelsen. Motoren omfatter et kammer 11, en dyse 12, vandporte'13 og gasgeneratorer 14. Hver af vandportene 13 bar en ventil 15, som er indrettet til at åbne og lukke for de. respektive 10 porte. Ventilerne 15 er individuelt forspændt til åben stilling ved hjælp af fjedre 16. Hver gasgenerator 14 er forbundet til kammeret 11 ved hjælp af en kanal 17· Elektriske ledninger 18 strækker, sig fra gasgeneratorerne 14 til et tilhørende styresystem (ikke vist på fig. l) 15 for antænding af gasgeneratorerne i rækkefølge til forudbestemte tidspunkter ifølge en styresekvens for motoren i våbenet.

Når våbenet med hydroimpulsmotoren 10 (se fig. 7) kommer under vand, fyldes kammeret 11 med vand via portene 20 13. Derefter affyres først gasgeneratoren 14, hvorved der frembringes et kraftigt tryk i kammeret 11, hvorved ventilerne 15 lukker for portene 13, og vandet drives bagud fra kammeret 11 gennem dysen 12 med stor kraft, hvorved der tilvejebringes fremdrivningskraft.

25 Efter forbrænding i den gasgenerator, som blev antændt, vil trykket i kammeret 11 falde i takt med, at vandet presses ud gennem dysen 12. Når trykket bliver lig med det omgivende vands tryk, vil ventilerne 15 blive åbnet af fjedrene 16, og våbenets fremadgående 30 bevægelse, som nu er i efterløb, vil medvirke til, at kammeret 11 atter fyldes med vand. En forudbestemt tid herefter vil den næste gasgenerator 14 blive affyret, således at fremdrivningscyklus gentages under kontrol af styresystemet, som er afhængigt af våbenets hastig-

DK 152615 B

! . 4 hed og andre faktorer, som kan have relation til målets hastighed, sonarspore-systemets kvalitet osv.

Fig. 3 viser skematisk en speciel type anti-ubådsvåben med en motor ifølge opfindelsen. Det på fig. 3 viste 5 våben 19 er i hovedtrækkene opdelt i fire hovedsektio-ner: en forreste transorsektion 30 med sender og modtager, et. sprænghovede 32, en fremdrivningsmekanisme 34 og et retningsstyresystem 36.

Den forreste sektion 30 indeholder et antal akustiske 10 transorer 40, som findes i våbenets næse, og som er forbundet til sende- og modtagerorganer, som udgør et impulssporesystem. Senderen, modtageren og en tændsats for sprænghovedet er anbragt i en blok 42 bag transorerne.

15 Sprænghovedet 32 indeholder i størrelsesordenen 100 kg sprængstof, som i hovedsagen udfylder sprænghovedekam-meret tillige med en sikkerheds- og armeringsbeskyttet detonator 44, som er vist bagest på sprænghovedet. Endvidere findes der et rør (ikke vist), som indeholder 20 ledninger fra detonatoren 44 til næsen til forbindelse med tændsatsen.

Fremdrivningssystemet 34 tjener ved denne udførelsesform to formål. Hoveddelen er kammeret 46, som er omsluttet af et hus 48. For raketfremdrift indeholder 25 kammeret 46 en eller flere segmenterede brænderenheder 50 og et antal gasjetdyser 52. Raketfremdrivnings-systemet tjener til at drive våbenet 19 fra et skib til vandoverfladen i nærheden af et mål. Brænderenhedeme 50 vil være fuldstændigt opbrugt, når våbenet 19 rammer 30 vandet. På dette tidspunkt er gasjetdyserne 52 lukket ved hjælp af en drejelig plade 64, som har et antal huller, der flugter med huller i gasjetdyserne 52. Ved hjælp af en elektrisk motor 58 og et gear 56 drejes 5

DK 152615 B

pladen 54 til en stilling, hvor dens huller ikke længere flugter med hullerne i gasdyseåhningeme, således at dyserne 52 lukkes, og således at der kun efterlades en vandjetdyse 60 i enden af kammeret 46.

5 For fremdrift under vandet fyldes kammeret 46 med vand, hvorefter en gasgenerator antændes for at drive vandet ud gennem dysen 60, hvorved der tilvejebringes en frem-drivningskraft i form af en hydroimpuls. Søvandet kan løbe ind i kammeret 46 via åbningerne 62 og ventilerne 10 64. Ventilerne er styret af elektromagneter 66 og led forbindelser 68. Et antal gasgeneratorer 70, som via rør 72 står i forbindelse med kammeret 46, er anbragt på en cirkel omkring våbenets længdeakse og affyres i rækkefølge til frembringelse af en række hydroimpulser for 15 fremdrift af våbenet gennem vandet.

I området mellem kammeret 46 og sprænghovedet 32 findes endvidere et antal, på siden anbragte akustiske transorer 80, som benyttes til i begyndelsen at lokalisere målet, og endvidere findes der et primært batteri 20 og en signalbehandlingsenhed 81 i en central blok 82.

Agtersektionen 36 omfatter våbenets styresystem og indeholder styreplaner 90, aktiveringsorganer 92 og styreelektronik med tilhørende kredsløb, som er anbragt inde i blokke 94.

25 Fig. 4 viser en anden udførelsesform, som især er indrettet til at blive nedkastet fra en helikopter eller andet luftfartøj, således at den i forbindelse med fig. 3 beskrevne raketmotor kan udelades. Bortset fra raketmotoren er det på fig. 4 viste våben 19A i hovedsagen 30 magen til det på fig. 3 viste. Kammeret 46A har en enkelt udstødningsdyse 60A for jetstrålen af søvand, som drives ud af kammeret 46A ved hjælp af gasgeneratorerne !

DK 152615B

6 70 i henhold til det ovenfor beskrevne princip. I henhold til dette affyres gasgeneratorerne 70 i rækkefølge i afhængighed af en mikrodatamat 81 i blokken 82, når som helst våbenets hastighed falder til under et 5 forudbestemt niveau, og kammeret 46A er fyldt med vand, hvilke tilstande detekteres ved hjælp af hastighedsmålere 83 og svømmere 84.

Fig. 5 viser en grafisk fremstilling af en typisk begyndelsesbevægelse for våbenet, efter det er kommet 10 under vandets overflade. På figuren ses våbenets kurs begyndende med en vinkel på typisk 53° ved indtrædning gennem vandoverfladen, hvorfra den typisk er 200 m per sekund. Et halvt sekund efter passagen af vandoverfladen, er hastigheden faldet til ca. 25 m pr. sekund, og et sekund 15 efter er hastigheden faldet til ca. 13 m per sekund, hvor bobledannelse omkring våbenet ophører, således at akustiske transorer opnår vandkontakt. I løbet af de næste to sekunder detekteres målets retning ved hjælp af de på siden af våbenet anbragte transorer 80, og 20 hydroimpulskammeret fyldes med vand. Derefter affyres den første gasgenerator 70 til frembringelse af den første hydroimpuls. Derved accelereres våbenet, som drejer i retning mod målet. Når den første hydroimpuls er døet hen, vil våbenet efterløbe og kunne modtage ret-25 ningsinformation samtidig med, at fremdrivningskammeret atter fyldes med søvand. Derefter affyres en anden gasgenerator, som frembringer en anden hydroimpuls, som atter accelererer våbenet og driver det i retning mod målet. Denne sekvens gentages, indtil målet er 30 nået, eller gasgeneratoreme er udbrændte, idet våbenet skiftevis er i efterløb, hvor det kan modtage retningsinformation, og skiftevis drives mod målet.

Fig. 6 viser en grafisk fremstilling af våbenets hastighed som en funktion af tiden. Det vil kunne ses, at hastig-35 heden varierer mellem ca. 12 og 24 meter per sekund un- 7

DK 152615 B

der de successive hydroimpulser, hvor middelhastigheden er ca. 17 meter per sekund eller ca. 30 knoh. Dette er passende i relation til de fleste u-bådsmål, især på grundt vand, som våbenet er særlig velegnet til. Hvis 5 u-båden gør fart, kan våbenet kastes i vandet foran u-båden og udføre den ønskede mission.

Fremdrivningssystemet ifølge opfindelsen er særligt velegnet i forbindelse med det forklarede u-bådsvåben, idet der derved undgås de kendte problemer med detektering 10 og målsøgning af målet. Søgesystemet har til formål at lokalisere målet og at frembringe styreordre. Søgesystemet skal kunne fungere uanset selvfrembragt støj, re-flektioner fra havoverflade- og bund og forskellige omstændigheder ved målet. Undervandsvåben såsom akustisk selvsøgende torpedoer med akustiske styresystemer har som oftest begrænsninger hidrørende fra en selvfrembragt støj. Hvis sådanne torpedoer bevæger sig langsomt, kan den akustiske sonar finde målets lokation, hastighed og andre tilhørende parametre med et stort signal/støjfor-20 hold. Et hurtigt bevægende mål vil imidlertid have gode chancer for at undslippe. Jo større våbenets hastighed er, jo kraftigere støj frembringer det, indtil en fart på omkring 55 knob, hvor det akustiske sporesystem har vanskeligt ved at fungere på grund af frem-25 drivningsstøj og strømningsstøj.

Fremdrivningsmekanismen ifølge opfindelsen indebærer imidlertid en fremragende løsning på dette problem. Hydroimpulsmotoren medfører en varierende hastighed for våbenet, således at hastigheden er under 35 knob 30 i en væsentlig del af, tiden. Ved den lave hastighed er det akustiske system aktiveret og arbejder i omgivelser, som er væsentligt reduceret for støj, hvilket er nødvendigt for at opnå korrekte målinger, således at problemet med støj fra våbenet helt er elimineret.

8

DK 152615 B

For at opnå passende opfyldningstidsrum og tryk i kammeret er tidscyklus ved en foretrukken udførelsesform af størrelsesordenen 3,5 sekund per impuls. Idet de akustiske målinger kun foretages, når hastigheden er lille, 5 kan der opnås 0,3 til 1 måling per sekund. Selv om denne relativt lave datahastighed for sporesystemet kan indebære en forsinkelse i sporingen af målet, især når dette nærmer sig fra siden, medfører forsinkelsen forøget træfsikkerhed ved at forudbestemme våbenet til at søge 10 det mere sårbare område bag u-bådens midte. En anden faktor, som har betydning ved den varierende våbenhastighed er den ulineære sammenhæng mellem styrekraft og giringshastighed. Den dynamiske sammenhæng reguleres ved hjælp af en mikrodatamat i styresystemet.

15 Nærmere betegnet viser fig. 6 hastighedsvariationen for et ca. 130 kg tungt våben af den på fig. 4 viste art. Rækkevidden under vand er ca. 500 meter for en motor med 8 impulser, som hver indebærer en drivkraft med 1,7 sekunds varighed og et efterløb med 1,8 sekunds 20 varighed. Kraften per impuls er ca. 175 Kp. Middelhastigheden over de 500 meter er 30,8 knob. Et sådant våben er formgivet med torpedoophængningsorganer (såsom MK 78 MOD 0) således, at våbenet kan fastgøres til standardbombestativer på flyvemaskiner eller helikoptere 25 til u-bådsbekæmpelse.

På grund af våbenets simple konstruktion er der ikke behov for elektriske forbindelser mellem flyvemaskinen og våbenet. Våbenet initialiseres på afkastningstids-punktet ved hjælp af en konventionel armeringstråd. For 30 yderligere sikkerhed aktiveres våbenets elektronik ikke, før det primære batteri (i blokken 82 på fig. 4) initieres ved at trække i armeringstråden. Derved aktiveres tændsatskredsløbet. En yderligere sikkerhedsmekanisme i forbindelse med detonatoren 44 (fig. 4) kan ikke arme-35 re sprænghovedet, før der er kontakt med vandet. Armeringskredsløbet for sprænghovedet starter endvidere et

DK 152615B

9 tidskredsløb (40 sekunder, ikke vist), som er indrettet til at detonere sprænghovedet, hvis våbenet ikke har ramt målet eller havbunden inden for tidsintervallet.

På dette tidspunkt vil fremdrivningsmekanismen have op-5 brugt energien i alle gasgeneratorerne 70.

Fig. 7 illustrerer brugen af et våben med en hydroim-pulsmotor ifølge opfindelsen, hvilket våben kastes i nærheden af en ubåd og derefter selv opsøger ubåden.

Hvis våbenet skal affyres fra et skib, vil der blive be-10 nyttet det på fig. 3 viste våben 19. Når ubåden 100 de-tekteres fra skibet 102 ved hjælp af sonar eller andre organer, affyres raketmotoren i kammeret 34, og våbenet bevæger sig som et missil på en ballistisk kurs 104 til et punkt A i nærheden af ubåden 100, hvor våbenet dykker 15 ned i vandet. Hvis våbenet alternativt kastes fra en helikopter 106, vil det kunne svare til den på fig. 4 viste udførelsesform. Dette våben transporteres af helikopteren 106 til et sted i nærheden af u-båden 100, som kan være detekteret ved hjælp af forskellige kendte midler, 20 og våbenet nedkastes til kontakt med vandet i punktet B. I begge tilfælde vil fremdrivningsmekanismen ifølge opfindelsen træde i kraft, når våbenet dykker ned under vandoverfladen og fremdrive dette langs en bane 105 eller 109 til kontakt med u-båden 100.

25 på grund af hydroimpulsfremdrivningsmekanismens særlige simpelhed er våbenet generelt anvendeligt og billigt at fremstille.

Claims (3)

1. Våben med hydroimpulsfremdrivningsmekanisme, især et våben, som er indrettet til at operere under vand imod overflademål eller neddykkede mål, hvilket våben omfatter et kammer i et hus, der i våbenets brugsstil-5 ling er beliggende i nærheden af våbenets agterende og omfatter en dyse, som strækker sig agterud fra kammeret, samt organer, som er indrettet ti] periodisk at lukke søvand ind i kammeret og til derefter at presse søvandet ud gennem dysen med stor kraft til opnåelse 10 af en fremdrivningskraft for våbenet, idet vanduddrivningsorganerne omfatter et antal særskilte gasgeneratorer (14, 70), som er anbragt fortil i kammeret (11, 46), og hvert er forbundet med kammeret (11, 46) ved hjælp af rør (17, 72) til overføring af forbrændingsgas 15 ved højt tryk, elektriske antændingsorganer, der er forbundet med gasgeneratorerne (14, 70) for individuel antænding af disse, vandindlukningsorganerne omfattende et antal styrbare ventiler (15, 65), der står i forbindelse med indgangsåbninger (13, 62) til indlukning 20 af vand i kammeret (11, 46), samt styreorganer, der er forbundet med gasgeneratorerne (14, 70) og med ventilerne (15, 65) til skiftevis at kunne aktivere antændingsorganerne til individuel antænding af gasgeneratorerne (14, 70) og til styring af ventilerne (15, 25 65) til indledning af vand i kammeret, kendeteg net ved, at styreorganerne er indrettet til at aktivere antændingsorganerne og ventilerne (15, 65) med så store tidsintervaller, at våbenets hastighed i løbet af i det mindste en del af et efterløbsinterval mellem 30 to antændinger er aftaget til en hastighed, der er mindre end den hastighed, ved hvilken indenbords akustiske detektorer (42) er deaktiveret af strømningsstøj fra våbenet. DK 152615B

2. Våben ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tidsintervallerne mellem antændingerne er ca. 3,5 sek.

3. Våben ifølge krav 2, kendetegnet ved, 5 at hvert tidsinterval er opdelt i en impuls for udpresning af søvand gennem dyser (12, 60) i ca. 1,9 sek. efterfulgt af et efterløbsinterval på ca. 1,8 sek., så at der tilvejebringes en hastighed for våbenet, som er mindre end 35 knob inden for en overvejende del af 10 hver fremdrivningsimpuls.