DK161349B - Brandroer til dybdevandsbomber - Google Patents

Description

DK 161349 B

Opfindelsen angår et brandrør til dybdevandsbomber omfattende et i en cylinder tæt forskydeligt styrestempel, som er indrettet til at mod påvirkning af atmosfæretryk i cylinderen på den ene side af stemplet påvirke en affyringsmekanisme, et 5 trykkammer på den anden side af stemplet, hvis indre tryk afhænger af omgivelsernes tryk, og en forskydningsindretning til at tilbageholde stemplet i en hvilestilling op til et forudbestemt maksimalt trykfald over stemplet.

10 i svensk patentskrift nr. 400.377 er beskrevet et brandrør af denne art. Dette er billigt og ukompliceret, men er behæftet med en ulempe, som ikke er uvæsentlig i denne sammenhæng, dvs. at det ikke er choksikkert, dvs. at det ikke kan modstå de detoneringsbølger, som tilvejebringes af andre dybdevandsbomber 15 som detonerer i nærheden. Dybdevandsbomber dropper man nemlig oftest i et tæppelignende mønster til opnåelse af den maksimale virkning og derved duer det ikke at detoneringsbølgen fra en dybdevandsbombe udløser en anden dybdevandsbombe i dens nærhed.

20

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe et brandrør af den indledningsvist nævnte art og som er indrettet således, at der opnås choksikkerhed. Med choksikkerhed menes i det foreliggende tilfælde, at brandrøret, som er placeret i en dybde-25 vandsbombe, der befinder sig i en afstand fra en detonerende dybdevandsbombe, som er større end en vis minimumsafstand (eksempelvis 10 meter) ikke skal kunne bringes til udløsning af detonationstrykbølgerne, forudsat at længere end en vis minimumstrækning (eksempelvis 5 meter) tilbagestår til den for-30 udindstillede detonationsdybde i det øjeblik, da en trykbølge træffer dybdevandsbomben.

Brandrøret ifølge opfindelsen er ejendommelig ved de i den kendetegnende del af krav 1 angivne træk.

Choksikkerheden bygger derved på, at stemplet er ufølsomt over for accelerationer ved at det samvirker med en modvægtsanordning til opnåelse af udbalancering i aksial retning, 35 2 ·

DK 161349 B

at stemplets effektive masse er konstant (for at kunne udba-lanceres ifølge ovenstående) ved at tillade, at kun luft og ikke vand får berøring med stemplet gennem en luftforbindelse, og 5 at trykbølger forhindres i at nå stemplet (andet end i en acceptabel grad) gennem et system af drossel kanaler og ventiler.

Brandrøret beskyttes fortrinsvis mod primærbølgen af en ydre 10 hætte, som er stift forbundet med dybdevandsbomben og har på passende måde indrettet indløbskanaler til vandet.

Det er også at foretrække, at brandrøret er fjedrende ophængt i en kavitet i dybdevandsbomben for at være yderligere beskyt-15 tet mod påvirkningen af primærbølgen.

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 20 fig. 1 viser et aksialt snit gennem et brandrør ifølge opfindelsen monteret i en delvis vist dybdevandsbombe, fig. 2 et fragment i lighed med fig. 1 af et brandrør af tidligere kendt udførelse, og 25 fig. 3 et diagram som viser luftstrømmen til trykkammeret.

Det i fig. 1 viste brandrør omfatter et hus 10, som danner et cylinderløb 11 til styring af et frem- og tilbagegående stem-30 pel 12. Stemplet har en stempelstang 13 formet som en slagstift, hvis spids er rettet mod et mekanisk sprængrør 14 indrettet i en primær!adning 15, som er indkapslet i et på huset 10 fastskruet hylster 16. Huset 10 og hylstret 16 er monteret i en kavitet 17 i en dybdevandsbombe 18, som indeholder en ho-35 vedladning 19.

Stemplet har en O-ring 20 for tætning mod cylinderløbet 11 og rummet i huset 10 ved stemplets nedre side indeholder luft med 3

DK 161349 B

atmosfæretryk. Normalt forhindres stemplet mod nedadgående bevægelse gennem cylinderløbet 11 ved hjælp af en forskydnings-indretning omfattende en forskydningsplade 21 anbragt på en skulder 22 i huset 10 og strækkende sig ind i et ringformet 5 spor 23 i stemplet 12. Huset og stemplet danner derved et klippeværktøj til pladen 21. I praksis findes der desuden altid en sikringsmekanisme til at forhindre slagstiften 13's anslag mod sprængrøret 14, idet sprængrøret f.eks. i normal-stillingen er forskudt mod siden i forhold til slagstiften 13.

10 Sikringsmekanismen er imidlertid uvedkommende hvad gælder den foreliggende opfindelse og er derfor ikke her vist i yderligere detaljer.

Inden brandrøret ifølge opfindelsen skal beskrives nærmere 15 skal der henvises til fig.2, som viser en udførelse ifølge kendt teknik af brandrøret. Huset 10 er stift fastgjort til dybdevandsbomben 18 ved hjælp af en boltforbindelse 24 og huset 10 er på sin overside forsynet med et låg 25, hvori der er indrettet et antal indløbskanaler 26 til vandet. Kanalerne 20 stopper langt nede i det af låget 25 og stemplet 12 afgrænsede rum, som her skal benævnes trykkammer og er betegnet med det generelle henvisningstal 27, således at den i trykkammeret indelukkede luft ikke kan trænge ud, men bliver tilbage og bliver mere og mere komprimeret efterhånden som vand strømmer ind 25 i trykkammeret 27. Dette sker, når dybdevandsbomben er fældet, og derved tilvejebringes et tryk i trykkammeret 27, som svarer til det omgivende vandtryk. Den kraft som påvirker stemplet 12 forøges således, når dybdevandsbomben synker og til slut forskydes pladen 21a mellem stemplet 12 og huset 10, hvorved den 30 luft under tryk, som er indelukket i trykkammeret 27 kan ac celerere stemplet 12 nedad for at slagstiften 31's spids skal trænge ind i sprængrøret 14 og initiere kæden af sprængni nger.

Man har mulighed for at indstille den dybde i hvilken dette skal ske ved at udforme sporet 23 i stemplet 12 som sektorer 35 og på tilsvarende måde forme pladen 21 i sektorer, således at større eller mindre længder af plade kan indsættes i sporet for at blive forskudt. Derved er det muligt at bestemme for 4'

DK 161349 B

skydningskraften og derved det tryk i trykkammeret 27, som kræves for at forskydningen kan finde sted og hvilke tryk på sin side er afhængig af den dybde, som dybdevandsbomben befinder sig på.

5

En enkel dybdevandsbombe af den art, som er vist i fig. 2, er ikke choksikker, hvilket indledningsvist er forklaret, men bringes næsten umiddelbart til (for tidlig) detonation på grund af de tilstedeværende detonationstrykbølger. Eftersom 10 disse kan registreres på f.eks. 10 til 40 meters afstand fra en detonerende dybdevandsbombe (med 50 til 150 kg sprængstof) er de af to slags: 1. En primærbølge, som når sin maksimal værdi i større!sesorde- 15 nen af 10 MPa praktisk taget momentant (sti g n ingst i den 0) og som aftager til en negligerbar værdi på kun få millisekunder .

2. Flere sekundærbølger, som kommer med ca. 0,5 sek. interval, 20 hvoraf den første ca. 0,5 sek. efter primærbølgen. Sekun dærbølgernes maksimaltryk kan være af størrelsesordenen 0,2-1,5 MPa og deres varighed kan være af størri sesordenen 0,1 sek.

25 Trykbølgerne forplanter sig i vandet med ca. 1500 m/s.

Der findes to årsager til, at disse detonationsbølger bringer de kendte enkle dybdevandsbombebrandrør til tænding: 30 a) Primær- og sekundærbølgerne trænger ind gennem kanalerne 26 og medfører en drastisk trykforhøjelse i trykkammeret 27 med udløsning af brandrøret som følge.

b) Når primærtrykbølgen træffer og passerer dybdevandsbomben 35 bliver denne udsat for en vældig acceleration af størrel sesordenen 10.000 m/s2 således at dybdevandsbomben i brøkdelen af et millisekund bevæger sig i en afstand i større!- 5

DK 161349 B

sesordenen 2 mm. Stemplet 12 i brandrøret udsattes da som følge af sin masse for i nert i kræf ter, der er så store, at pladen 21 forskydes af med udløsning af brandrøret som følge. Alternativt kan stemplet 12 løfte sig (nogle tien-5 deles millimeter) fra pladen 21, hvorved det oplades med en sådan potentiel energi, at det ved returbevægelsen afklipper pladen.

For at modvirke detonationsbølgernes påvirkning af brandrøret 10 på den oven for beskrevne måde er brandrøret ifølge opfindelsen forsynet med komplementære indretninger for at opnå choksikkerhed. Disse indretninger skal beskrives narmere igen med henvisning til fig. 1.

15 i det indre af huset 10 er brandrøret forsynet med en eller flere modvægtsanordninger, som hver omfatter en balancevægt 28 i den ene ende af en dobbeltarmet løftestang 29, som er vipbart lejret i et slupfrit leje 30 og i den anden ende er bevægeligt forbundet med slagstiften 13 ved, at en tap 31 slup-20 frit, men let bevægeligt passer ind i et spor 32 i slagstiften. Lejet 30 er fast indrettet i huset 10. Når stemplet 12 bevæger sig nedad, tvinges balancevægten 28 til at bevæges opad og vice versa. Ba1ancevægten eller balancevægtene, hvis der er indrettet flere af disse skal dermed dimensioneres på en sådan 25 måde, at stemplet 12 ved aksial acceleration har ringe eller ingen tendens til at bevæge sig i forhold til huset 10.

Ud over modvægtsindretningen indgår der i brandrøret ifølge opfindelsen også en indretning til trykbølgef iItrering, men 30 inden denne skal beskrives kræves der en teoretisk analyse og i tilslutning til denne skal der igen henvises til fig. 2.

Antag at en dybdevandsbombe med et brandrør af den i fig. 2 viste udførelsesform synker med konstant hastighed (en dybde-35 vandsbombe opnår sin s 1uthastighed meget hurtig efter nedslaget i vandet, inden for få meter). Antag endvidere, at indløbskanalerne 26 er forsynet med en eller anden slags mekanisme 6

DK 161349 B

ved hjælp af hvilken deres sammenlagte areal, som skal betegnes A, bringes til at variere afhængigt af vanddybden. Det ønskes, at trykket i trykkammeret 27 har konstant eller snarere et negligerbar slip i forhold til omgivelsernes tryk, så-5 ledes at trykfaldet over kanalerne 26, der skal betegnes Δρ er konstant eller forsvindende. Hvis det vandvolumen, som er strømmet ind i trykkammeret 27 gennem kanalerne 26 i tiden t betegnes med vægts, bliver strømmen gennem kanalerne definitionsmæssigt lig med derivaten af vægtS med hensyn til tiden t 10 (f.eks. regnet fra synkningens begyndelse) dvs. dv/dt. Dette derivat kan udregnes fra de generalle gaslove og ved at estimere varmeudbyttet mellem den i trykkammeret 27 indlukkede luft og kammerets begrænsningsflader. Man opnår da en kurve for dv/dt som funktion af tiden t med det principielle udse-15 ende ifølge kurven a i fig. 3. Denne kurve er baseret på, at trykfaldet Δρ sættes konstant (eksempelvis 1 til 2 mwp).

Spørgsmålet er nu, hvorledes kanalernes 26 totale areal A skal variere med tiden t (eller dybden, som kan betegnes h), for at 20 der skal opnås en i fig. 3 vist strømningskurve a. For vandstrømningen gennem kanaler med dimensioner således, at viskositeten af vandet er negligerbar (friktionsfri strømning), hvilket er relevant her, gælder en god approximation, at dv/dt = konstant X A Δρ. Hvis Δρ sættes konstant, bliver arealet A 25 således direkte proportionelt med strømmen dv/dt. Kurven a i fig. 3 kan derved lige så godt repræsentere den nødvendige ændring af kanalernes 26 areal A med dybden h for tilvejebringelse af et konstant trykfald over kanalerne, men hvis 1 til 2 mwp er et trykslip, der kan ses bort fra, (hvilket der er 30 her), hvorfor skal man da lade arealet A variere? Det ville være meget enklere, at lade arealet være konstant og i stedet for tillade, at Δρ synker fra 1 til 2 mwp ved begyndelsen af synkningsforløbet til i nærheden af 0 ved synkningsforløbets slutning. Svaret er, at man må have et lille kraftigt dros-3 5 1 ende areal i kanalerne 26 for at forhindre, at trykbølgerne fra en detonation trænger ind i trykkammeret 27, som det skal forklares nærmere i det følgende.

DK 161349 B

T

Ifølge elementær undervandsdetonik har primær og sekundær bølgerne trods helt forskellige varigheder og tryk omtrent samme impuls, dvs. pdt. Eftersom indstrømningen gennem en kanal 26 følger formlen Av=konst. · At Apdt, (friktionsfri strømning), 5 da Av angår indstrømmende volumen undertiden At og Ap er trykfaldet over kanalen følger heraf, at lavt tryk med lang varighed er et vanskeligere tilfælde (giver en større Av) end et højere tryk med kort varighed også selv om impulserne er de samme. Hed andre ord, det er vanskeligst at bortfiltrere se-10 kundære bølger.

En sekundær bølge kan konservativt approximeres med et konstant lavt tryk, som virker en vis tid, således at impulsen får den rette værdi, f.eks. 2 bar under 0,1 sek. (50 kg TNT i 15 20 meters afstand). Antag nu, at en sådan bølge får lov til at trænge ind gennem indløbskanalerne 25 og forårsage en trykforhøjelse i trykkammeret 27, men at denne trykforhøjelse ikke accepteres at blive større end et vis værdi (f.eks. 4 mwp) afhængig af, hvor mange meter af for tidlig udløsning, der kan 20 accepteres for et dybdevandsbombebrandrør. Man kan da med an vendelse af de almindelige gaslove og formlen for friktionsfri strømning gennem kanaler vise, at kanalarealet A skal formindskes med øgende dybde ifølge en kurve med det principielle udseende, som kurven b i fig. 3. Ved passende dimensionering 25 er det i praksis mulig at opnå at kurven b lægger godt oven over kurven a, således at der mellem dem findes en "tilladt zone" for kanalarealet A, som er kendetegnet ved, at tryk efter slippet inden i trykkammeret 27 i forhold til omgivelsernes vandtryk er negligerbart samtidig med den trykforhøjelse, 30 som kan forårsages i trykkammeret af en sekundær bølge er acceptabel .

I praksis er det svært at udforme et areal A, som formindskes kontinuerligt med vanddybden. Det er således lettere at lade 35 arealet A formi ndskes trinvis under udnyttelse af den "tilladte zone". I forbindelse med fig. 3 har det antydet, hvorledes en sådan f 1 ertrinskurve kan se ud. Ved dybden Ιΐχ, h2 8'

DK 161349 B

osv. lader man arealet formindske momentant, f.eks. ved at fra begyndelsen have mange kanaler 26 og derefter ved hjalp af passende vandtrykspåvirkede mekanismer aflukke for kanalerne efterhånden. Dette er den teknik, som er valgt for det chok-5 sikre brandrør ifølge opfindelsen, og hvorledes dette er gjort skal nu beskrives i detaljer med henvisning igen til fig. 1.

Indretningen til trykbølgefiltrering er opbygget omkring et hus 33, som erstatter låget 25 i fig. 1. I huset er der ind-10 rettet en skillevæg 34, således at huset danner et øvre kammer 35 og et nedre kammer 36, der er i forbindelse med hinanden gennem en ikke droslende kanal 37 og tilsammen danner et trykkammer med samme funktion som trykkammeret 27 i fig. 2. Kanalen 37 udgøres af et rør, som har sin øvre ende nær kammerets 15 35 top, mens dets nedre ende i kammeret 36 ender i afstand oven over stemplet 12. Kammeret 35 har indløbskanaler 36 præcis som kammeret 27 i fig. 2. Formålet med det beskrevne arrangement af de to kamre er, at der skal råde samme tryk i begge kamrene, men at der i kammeret 36 udelukkende skal fin-20 des komprimeret luft og ikke vand, som bliver tilbage i kammeret 35 ved, at kanalen 37 er trukket op over den som bund i kammeret 35 indrettede skillevæg 34. Vandet opfanges således i kammeret 35. På tilstrækkelig stor dybde vil vandet i kammeret 35 naturligvis "løbe over" gennem kanalen 37 i kammeret 36, 25 men kamrene kan være dimensioneret således, at dette sker uden for brandrørets funktionsområde.

Indløbskanalen 26 kan ved sine øvre mundinger tilsluttes ved hjælp af tallerkenventiler 38, som med ventilskaftet er for-30 skydelig styret i et cylindrisk bundhul 39 i husets 33 tag med en pakning 40 indrettet mellem venti 1 skaftet og bundhullets begrænsningsvæg. Inden i bundhullet 39 er indrettet en trykfjeder 41, som belaster ventilen i retning udad, hvorved fuldstændig udskydning af ventilen dog forhindres af et modhold 42 35 på huset 33. Når ventilen holdes i anlæg mod modholdet i sin hvilestilling befinder vent i 1 ta 11erkenen sig nogle millimeter oven over mundingen af den tilhørende kanal 26, således at 9

DK 161349 B

vandindstrømningen er helt uhindret. I bundhullet 39 råder der atmosfæretryk og i en vis vanddybde vil kraften af fjederen 41 overvindes, således at ventilen 38 går ned og med tallerken lukker for mundingen af den tilhørende kanal 26. Ved dimen-5 sionering af ventilerne 38 på en sådan måde, at denne lukning eller aktivering af ventilerne sker ved forskellige vandtryk, dvs. i forskellige dybder for de forskellige ventiler, kan der opnås den i fig. 3 viste stepkurve til regulering af det totale areal af indløbskanalerne 26. I praksis har man passende 10 fire indløbskanaler 26 med ventiler og en kanal 26 uden ventil til opnåelse af stepkurven vist i fig. 3.

Ved den viste udførelsesform beskyttes brandrøret fra primærtrykbølgen, som skulle kunne slå finmekaniske mekanismer 15 istykker eller forårsage elastisk deformering af hele brandrøret med konsekvenser, der ikke kan forudsiges, ved hjælp af en ydre hætte 43, som er stift forbundet med dybdevandsbomben 18. I hætten findes der indløbskanaler 44 til vandet, som er dimensioneret, således at trykket inden i hætten har et slip, 20 der kan ses bort fra i forhold til omgivelsernes tryk, når dybdevandsbomben synker. Kanalernes 44 evne til at filtrere primærbølgen er dog god. Funktionen bygger også på det faktum, at den luft, som fra begyndelsen findes mellem brandrøret på den ene side og hætten 43 samt i dybdevandsbombens kavitet 17 25 på den anden side aldrig lækker ud, men komprimeres efterhånden som mere vand strømmer ind gennem kanalerne 44.

Som yderligere hjælpemiddel til at nedbringe belastningerne på modvægtsmekanismen, som tidligere beskrevet, er brandrøret 30 "svævende" ophængt ved hjælp af en ringformet gummifjeder 45 ved hjælp af hvilken brandrørets hus 10 er forbundet med dybdevandsbomben 18.

Accelerationen af dybdevandsbomben forplantes, således kun i 35 reduceret grad til brandrøret. Gummi fjederen 45 bør have ak-siale kanaler, således at vandet uden hindring kan strømme mellem rummet inden for hætten 43 og kaviteten 17. For at det

Claims (6)

10 DK 161349 B "stumme" vand (ved millisekund hurtige bevægelser af brandrøret) i kaviteten 17 skal hindres fra at sætte den svævende ophængning af brandrøret ud af spillet, findes der organer 46 af en blød polymer med lukkede celler indlagt mellem brandrø-5 ret og kavitetens 17 begrænsningsvægt. Herved dannes der "luftpuder" som giver bevægelsesfrihed til brandrøret, så det kan svinge i gummi fjederen 45 i forhold til dybdevandsbomben og hætten 43. I rummet i hætten kræves der ingen sådanne organer, idet den der og i kaviteten 17 indelukkede luft samles 10 i toppen af hætten 43 og der danner en luftpude. Patentkrav.

1. Brandrør til dybdevandsbomber omfattende et i en cylinder (11) tæt forskydeligt styret stempel (12), som er indrettet til at, mod påvirkning af atmosfæretryk i cylinderen på den ene side af stemplet, påvirke en tændmekanisme (13, 14), et trykkammer (36) på den anden side af stemplet, hvis indre tryk 20 afhænger af omgivelsernes tryk og en forskydningsindretning (21) til at tilbageholde stemplet i en hvilestilling op til et forudbestemt største trykfald over stemplet, kendetegnet ved, at stemplet (12) er driftsmæssigt forbundet med en modvægtsanordning (28, 29) til udbalancering i aksial retning, 25 at trykkammeret (36) via en luftforbindelse (37) er tilsluttet et forkammer (35), der er forbundet med omgivelserne gennem et antal drosselkanaler (26) med et antal i afhængighed af det omgivne vandtryk påvirkelige ventiler (38) til aflukning af drosselkanalerne ved forskellige vandtryk og at luftforbin-30 delsen (37) udgøres af en fra forkammerets (35) øvre del ud gående ventilationskanal til trykkammeret (36).

2. Brandrør ifølge krav 1, kendetegnet ved, at drossel kanalernes (26) ventiler (38) omfatter mod det omgi - 35 vende vandtryk fjederbelastede tallerkenventiler.

3. Brandrør ifølge krav 2, kendetegnet ved, at tallerkenventi lerne (38) med ventilskaftet er tæt forskydelig 11- DK 161349 B styret i en kavitet (39) ved atmosfæretryk, i hvilken belastningsf jederen (41) er indrettet.

4. Brandrør ifølge krav 1, kendetegnet ved, at cy-5 linderen (11) med det deri indrettet stempel (12), tændmeka-nismen (13, 14) og trykkammeret (36) med forkammeret (35) er indrettet i et med dybdevandsbomben elastisk forbundet element (10, 16, 33).

5. Brandrør ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det er indrettet i en kavitet (17) i dybdevandsbomben (18), og at en hætte (43) med indløbskanaler (44) til det omgivende vand er indrettet til indelukning af brandrøret.

6. Brandrør ifølge krav 5, kendetegnet ved, at der mellem brandrøret og kavitetens (17) begrænsningsvægge er indrettet organer (46) af en blød polymer med lukkede celler. 20 25 30 35