EP0499692B1

EP0499692B1 - Launcher

Info

Publication number: EP0499692B1
Application number: EP91118035A
Authority: EP
Inventors: Felix Dr. Nitschke; Thomas Sikora; Hans Dr. Leis
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1991-10-23
Publication date: 1995-07-26
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: DE59106091D1; US5235894A; DE4105589A1; EP0499692A1; DE4105589C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abschuß von Projektilen durch ein elektrisch aufgeheiztes Plasma nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for firing projectiles by an electrically heated plasma according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-A-38 14 332 bekannt. Die Patrone besteht dabei aus einer elektrisch nichtleitenden Hülse, die das zu einem niedrigmolekularem Gas zerfallende Material als Flüssigkeit oder Pulver enthält, sowie aus dem Projektil, das zugleich die mündungsseitige Elektrode bildet. Dazu ist das Projektil über einen Draht mit einem Kontakt an der Abschußrohrmündung verbunden und becherförmig ausgebildet, um den Draht beim Abschuß einzusammeln. Dadurch erhält das Projektil eine aerodynamisch sehr ungünstige Form. Auch wird die Handhabung dadurch erschwert, daß er Draht an der Rohrmündung fixiert und kontaktiert werden muß. Ferner kann nur ein dünner und damit ein einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweisender Draht mit dem becherförmigen Projektil eingesammelt werden.Such a device is known from DE-A-38 14 332. The cartridge consists of an electrically non-conductive sleeve, which contains the material that decomposes to a low-molecular gas as a liquid or powder, and the projectile, which also forms the muzzle-side electrode. For this purpose, the projectile is connected via a wire to a contact at the launch tube mouth and is cup-shaped in order to collect the wire during the launch. This gives the projectile an aerodynamically very unfavorable shape. Handling is also complicated by the fact that he has to fix and contact wire at the pipe mouth. Furthermore, only a thin and thus a relatively high electrical resistance wire can be collected with the cup-shaped projectile.

Nach der DE-A-38 16 300 stößt ein Ende des Stromleiters, das durch den Boden der Patrone ragt, an die mündungsseitige Stirnseite des Brennraumgehäuses an. Auch diese Art der Kontaktierung führt zu einem großen elektrischen Widerstand.According to DE-A-38 16 300, one end of the current conductor, which protrudes through the bottom of the cartridge, abuts the muzzle-side end face of the combustion chamber housing. This type of contacting also leads to great electrical resistance.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute und zu handhabende Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art bereitzustellen, bei der ein geringer elektrischer Widerstand der Kontaktierung des Stromleiters gewährleistet ist.The object of the invention is to provide a simply constructed and manageable device of the type specified in the preamble of claim 1, in which a low electrical resistance of the contacting of the conductor is ensured.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Abschußvorrichtung erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.This is achieved according to the invention by the launcher characterized in claim 1. In the Advantageous embodiments of the invention are given in the subclaims.

Da erfindungsgemäß der Stromleiter aus mehreren Strängen oder Fäden besteht, die sich am mündungsseitigen Ende der Patrone radial oder sternförmig nach außen zu der mündungsseitigen, ringförmigen Elektrode erstrecken, wird eine große Anzahl von Kontakten zwischen der Elektrode und dem Stromleiter hergestellt, die zu einem entsprechend geringen elektrischen Kontaktierungswiderstand führen.Since, according to the invention, the current conductor consists of a plurality of strands or threads which extend radially or in a star shape at the mouth-side end of the cartridge to the mouth-side, ring-shaped electrode, a large number of contacts are made between the electrode and the current conductor, which leads to a correspondingly small number lead electrical contact resistance.

Auch können die Stränge des Stromleiters sich am verschlußseitigen Ende der Patrone radial nach außen erstrecken, um eine bessere Kontaktierung mit der verschlußseitigen Elektrode sicherzustellen.The strands of the current conductor can also extend radially outward at the end of the cartridge on the closure side, in order to ensure better contact with the electrode on the closure side.

Die einzelnen Stränge des Stromleiters können aus einem Metalldraht gebildet sein. Da der Stromleiter in ein Plasma übergeführt wird, sollte dabei ein Metall mit geringem Atomgewicht verwendet werden, vorzugsweise Aluminium oder Lithium.The individual strands of the current conductor can be formed from a metal wire. Since the current conductor is converted into a plasma, a metal with a low atomic weight should be used, preferably aluminum or lithium.

Besonders bevorzugt ist jedoch ein Stromleiter, bei dem die einzelnen Stränge aus Kohlenstoff-Fasern bestehen. Kohlenstoff-Fasern besitzen nämlich eine relativ hohe Sublimationstemperatur von über 3000° C. Das heißt, es fließt Strom durch die Kohlenstoff-Fasern, bis diese hohe Sublimationstemperatur erreicht ist, also eine Temperatur nahe der Plasmatemperatur. Dadurch wird aus den Kohlenstoff-Fasern ein Lichtbogen oder Plasmakanal gebildet, der für den Zerfall des den Plasmakanal umgebenden Materials in ein niedrigmolekulares Gas sorgt, aus dem weiteres Plasma gebildet wird. Zugleich besitzt Kohlenstoff ein niedriges und damit für die Plasmabildung günstiges Atomgewicht.However, a current conductor in which the individual strands consist of carbon fibers is particularly preferred. This is because carbon fibers have a relatively high sublimation temperature of over 3000 ° C. This means that current flows through the carbon fibers until this high sublimation temperature is reached, that is to say a temperature close to the plasma temperature. As a result, an arc or plasma channel is formed from the carbon fibers, which ensures that the material surrounding the plasma channel decomposes into a low-molecular gas, from which further plasma is formed. At the same time, carbon has a low atomic weight, which is favorable for plasma formation.

Zur besseren Kontaktierung mit den Elektroden können die Kohlenstoff-Fasern metallisiert sein, beispielsweise mit einer leitfähigen Paste.For better contact with the electrodes, the carbon fibers can be metallized, for example with a conductive paste.

Um die Kontaktfläche zwischen der mündungsseitigen, ringförmigen Elektrode und dem Stromleiter zu vergrößern und damit den elektrischen Widerstand weiter herabzusetzen, können die einzelnen Stränge, die sich an der Stirnseite sternförmig von der Längsachse der Patrone nach außen erstrecken, rechtwinklig umgebogen sein, und zwar entweder zur Patrone hin, also auf die Patronenumfangsfläche, oder von der Patrone weg, so daß sie von der Patrone nach vorne zur Mündung des Abschußrohres ragen. Der Widerstand kann damit bis in den Milliohm-Bereich herabgesetzt werden.In order to increase the contact area between the muzzle-side, ring-shaped electrode and the current conductor and thus further reduce the electrical resistance, the individual strands, which extend in a star shape on the end face from the longitudinal axis of the cartridge, can be bent at right angles, either to Cartridge, that is, on the circumference of the cartridge, or away from the cartridge so that they protrude from the cartridge to the mouth of the launch tube. The resistance can thus be reduced down to the milliohm range.

Das Material, das unter der Einwirkung des Lichtbogens zu einem niedrigmolekularen Gas zerfällt, weist vorzugsweise einen hohen Wasserstoffanteil auf. Es kann eine Flüssigkeit, beispielsweise niedrigmolekularer Alkohol, wie Propanol, sein.The material which decomposes to a low molecular weight gas under the action of the arc preferably has a high hydrogen content. It can be a liquid, for example low molecular alcohol such as propanol.

Ein niedriges Molekular- bzw. Atomgewicht des Gases, zu dem das Material unter der Einwirkung des Lichtbogens zerfällt, ist von Bedeutung, damit das Plasma keinen zu hohen Anteil an kinetischer Energie aufnimmt, der der kinetischen Energie des Projektils entzogen wird.A low molecular weight or atomic weight of the gas, to which the material decomposes under the influence of the arc, is important so that the plasma does not absorb too much kinetic energy that is extracted from the kinetic energy of the projectile.

Ein besonders bevorzugtes Material ist Wachs. Das heißt, die Patrone weist vorzugsweise keine Hülse auf, sondern ist als Wachskerze ausgebildet, durch die sich der Stromleiter wie ein Docht erstreckt. Als Wachs kann z.B. Polyäthylenwachs oder Paraffinwachs verwendet werden.A particularly preferred material is wax. This means that the cartridge preferably has no sleeve, but is designed as a wax candle through which the current conductor extends like a wick. As a wax, e.g. Polyethylene wax or paraffin wax can be used.

Durch die Verwendung einer solchen Kerze kann der gesamte Innendurchmesser der Brennkammer mit einem zur Plasmabildung geeigneten Material ausgefüllt werden. Zugleich verbrennt das Wachs rückstandslos, so daß der Brennraum nicht verunreinigt wird.By using such a candle, the entire inner diameter of the combustion chamber can be filled with a material suitable for plasma formation. At the same time, the wax burns without residue, so that the combustion chamber is not contaminated.

Ferner ist bei der Verwendung von Polyäthylenpulver beobachtet worden, daß beim Zünden ein großer Teil aus der Mündung austritt, ohne ein Plasma zu bilden. Dies wird mit der erfindungsgemäßen Wachskerze ebenfalls verhindert.Furthermore, when using polyethylene powder, it has been observed that a large part emerges from the mouth during ignition without forming a plasma. This is also prevented with the wax candle according to the invention.

Ein weiterer Vorteil der Wachskerze besteht darin, daß leicht oxidierbare Metalle mit niedrigem Atomgewicht, wie Lithium, als Stromleiter verwendet werden können, da sie durch die Einbettung in das Wachs der oxydierenden Einwirkung der Umgebung entzogen werden.
Darüber hinaus ist Wachs leicht zu bearbeiten. So lassen sich die Stränge bzw. Kohlenstoff-Fasern an der oder den Stirnseiten sowie ggf. an dem mündungsseitigen Umfangsabschnitt der Kerze leicht in das Wachs eindrücken.A further advantage of the wax candle is that easily oxidizable metals with a low atomic weight, such as lithium, can be used as current conductors, since they are removed from the surrounding environment by the embedding in the wax.
In addition, wax is easy to work with. In this way, the strands or carbon fibers can be easily pressed into the wax on the end face or faces and, if appropriate, on the peripheral portion of the candle on the mouth side.

Der Außendurchmesser der Kerze ist vorzugsweise etwas kleiner als der Innendurchmesser des Brennraumes oder es ist eine Nut an der Seite der Kerze vorgesehen, damit die Luft aus dem Brennraum austreten kann, wenn eine Kerze mündungsseitig eingeführt wird. Durch Nachdrücken der Kerze kann dann der Brennraum voll ausgefüllt werden.The outer diameter of the candle is preferably somewhat smaller than the inner diameter of the combustion chamber or a groove is provided on the side of the candle so that the air can escape from the combustion chamber when a candle is inserted on the mouth side. The combustion chamber can then be completely filled by pressing the candle.

Die Kerze weist einen dem Innendurchmesser des Brennraumes angepaßten Außendurchmesser auf und ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Sie braucht jedoch nicht zylindrisch und nicht als Vollkörper ausgebildet zu sein. Vielmehr kann die Kerze sowohl an ihrer Außenseite wie im Innern Aussparungen aufweisen.The candle has an outer diameter matched to the inner diameter of the combustion chamber and is rotationally symmetrical. However, it need not be cylindrical and not be designed as a full body. Rather, the candle can have cutouts both on the outside and on the inside.

Beispielsweise kann sie eine sich zur Mündung hin erweiternde kegelförmige Innenausnehmung besitzen, die beispielsweise mit einem anderen Material als Wachs gefüllt ist. Auf diese Weise kann die Innenballistik optimiert werden. Wenn an der Außenseite Aussparungen vorgesehen sind, also die Kerze nur über einen Teil und nicht über ihre gesamte Länge an der Brennraumwand anliegt, muß lediglich die Positionierung der Kerze im Brennraum sichergestellt sein, insbesondere im Hinblick auf die Kontaktierung der Elektroden mit dem Stromleiter.For example, it can have a conical inner recess that widens towards the mouth and is filled, for example, with a material other than wax. In this way, the interior ballistics can be optimized. If recesses are provided on the outside, that is to say the candle lies against the combustion chamber wall only over part and not over its entire length, only the positioning of the candle in the combustion chamber has to be ensured, in particular with regard to the contacting of the electrodes with the current conductor.

Nachstehend ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abschußvorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch den Brennraum der Abschußvorrichtung und
Fig. 2: eine Draufsicht auf eine Stirnseite der Patrone.

An embodiment of the launcher according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. In it show:

Fig. 1: a longitudinal section through the combustion chamber of the launcher and
Fig. 2: a top view of an end face of the cartridge.

Die Abschußvorrichtung weist danach ein Brennraumgehäuse 1, z.B. aus Stahl, auf, das aus den beiden beispielsweise durch die Verschraubung 2 verbundenen Teilen 3 und 4 besteht.The launcher then has a combustion chamber housing 1, e.g. made of steel, which consists of the two parts 3 and 4 connected, for example, by the screw connection 2.

Das Teil 3 ist durch den Boden 5 verschlossen, der mit einer koaxialen Öffnung 6 versehen ist. An den Boden 7 des Teils 4 schließt sich das Abschußrohr 8 an, in dem sich das Projektil 9 befindet.The part 3 is closed by the bottom 5, which is provided with a coaxial opening 6. The launch tube 8, in which the projectile 9 is located, adjoins the bottom 7 of the part 4.

In dem Gehäuse 1 ist auf der Verschlußseite, also der Seite des Bodens 5 des Teils 3, eine Elektrode 10 (z.B. Kathode) angeordnet, ferner eine Hülse 11, die den Brennraum 12 umgibt.An electrode 10 (e.g. cathode) is arranged in the housing 1 on the closure side, that is to say the side of the bottom 5 of the part 3, and also a sleeve 11 which surrounds the combustion chamber 12.

Die Elektrode 10 besteht beispielsweise aus Stahl, Wolfram oder einer Kupfer/Wolfram-Legierung oder einem anderen hochschmelzenden Metall oder Metall-Legierung. Die Hülse 11 besteht beispielsweise aus einem relativ temperaturfesten Kunststoff, wie hochmolekularen Polyäthylen.The electrode 10 consists, for example, of steel, tungsten or a copper / tungsten alloy or another refractory metal or metal alloy. The sleeve 11 consists, for example, of a relatively temperature-resistant plastic, such as high-molecular polyethylene.

Die Elektrode 10 weist eine pilzförmige Verdickung 13 auf, von der ein Zapfen 14 in die Hülse 11 ragt, während ein weiterer Zapfen 15 auf der anderen Seite der Verdickung 13 durch die Öffnung 6 in den Boden 5 nach außen ragt, um mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden zu werden. Der Raum zwischen der zylindrischen Innenwand des Gehäuses 1 und der Öffnung 6 im Boden 5 des Gehäuseteils 3 und der koaxial angeordneten Elektrode 10 sowie der koaxial angeordneten Hülse 11 ist mit einer elektrischen Isolierung 16 gefüllt, beispielsweise einem glasfaserverstärkten Kunststoff.The electrode 10 has a mushroom-shaped thickening 13, from which a pin 14 protrudes into the sleeve 11, while a further pin 15 on the other side of the thickening 13 protrudes outwards through the opening 6 into the base 5 in order to deal with one that is not shown Power source to be connected. The space between the cylindrical inner wall of the housing 1 and the opening 6 in the bottom 5 of the housing part 3 and the coaxially arranged Electrode 10 and the coaxially arranged sleeve 11 are filled with electrical insulation 16, for example a glass fiber reinforced plastic.

Der Boden 7 des Gehäuseteils 4 weist eine koaxiale Bohrung 17 auf, deren Durchmesser dem Innendurchmesser der Hülse entspricht. Der Innendurchmesser der Hülse 11 bzw. der Bohrung 17 ist jedoch deutlich kleiner als der Innendurchmesser des Abschußrohres 8, also das Kaliber des Projektils 9.The bottom 7 of the housing part 4 has a coaxial bore 17, the diameter of which corresponds to the inside diameter of the sleeve. However, the inside diameter of the sleeve 11 or the bore 17 is significantly smaller than the inside diameter of the launch tube 8, that is to say the caliber of the projectile 9.

Der Boden 7, der die mündungsseitige, ringförmige Elektrode (z.B. Anode) der Abschußvorrichtung bildet, ist mit dem anderen Pol der erwähnten Stromquelle verbindbar, beispielsweise durch eine Leitung, die an das Gehäuse 1 angeschlossen ist.The bottom 7, which forms the muzzle-side, annular electrode (e.g. anode) of the launcher, can be connected to the other pole of the power source mentioned, for example by a line which is connected to the housing 1.

In der Hülse 11 bzw. dem Brennraum 12 ist eine Patrone 18 angeordnet, die über das Abschußrohr 8 und die Bohrung 17 im Boden 7 des Gehäuseteils 4 eingeführt wird. Die Patrone 18 ist als Wachskerze ausgebildet, liegt mit ihrer Umfangsfläche an der Umfangswand der Hülse 11 dicht an und erstreckt sich von ihrem einen verjüngten Ende, das durch einen Innenring 19 der Hülse 11 gesteckt ist, von der einen Elektrode 10 bis in die Bohrung 17 im Boden 7 des Gehäuseteils 4, also in die andere ringförmige Elektrode.In the sleeve 11 or the combustion chamber 12, a cartridge 18 is arranged, which is inserted via the launch tube 8 and the bore 17 in the bottom 7 of the housing part 4. The cartridge 18 is designed as a wax candle, lies tightly with its peripheral surface on the peripheral wall of the sleeve 11 and extends from its one tapered end, which is inserted through an inner ring 19 of the sleeve 11, from one electrode 10 into the bore 17 in the bottom 7 of the housing part 4, that is, in the other annular electrode.

In der Seele oder der Längsachse der Patrone oder Kerze 18 ist ein Stromleiter 20 angeordnet, der aus mehreren Strängen, z.B. mehreren Kohlestoff-Fasern 21 besteht.Arranged in the core or the longitudinal axis of the cartridge or candle 18 is a current conductor 20 which consists of several strands, e.g. a plurality of carbon fibers 21.

An der dem Abschußrohr 8 zugewandten, also mündungsseitigen Stirnseite der Patrone 18 verlaufen die Stränge bzw. Kohlenstoff-Fasern 21 von der Patronenlängsachse radial oder sternförmig nach außen (Fig. 2) und sind dann auf die Außenumfangsfläche der Patrone 18 rechtwinklig umgebogen. Damit wird eine relativ große Kontaktfläche zwischen dem Stromleiter 20 bzw. den Kohlestoff-Fasern 21, aus denen der Stromleiter 20 besteht, und der durch den Boden 7 des Gehäuseteils 4 gebildeten ringförmigen mündungsseitigen Elektrode erzielt.The strands or carbon fibers 21 run radially or star-shaped outwards from the longitudinal axis of the cartridge on the firing tube 8, that is to say the muzzle-side end face of the cartridge 18 (FIG. 2) and are then bent at right angles to the outer peripheral surface of the cartridge 18. A relatively large contact area is thus achieved between the current conductor 20 or the carbon fibers 21, of which the current conductor 20 is made, and the annular mouth-side electrode formed by the bottom 7 of the housing part 4.

Mit ihrer verschlußseitigen Stirnseite liegt die Patrone 18 an der Stirnseite der Elektrode 10 an, wobei die Kohlenstoff-Fasern 21 auch an diesem Ende radial oder sternförmig nach außen verlaufen, um eine möglichst große Kontaktfläche zu erhalten.With its end face on the closure side, the cartridge 18 lies against the end face of the electrode 10, the carbon fibers 21 also extending radially or in a star shape at this end in order to obtain the largest possible contact area.

Claims

Device for launching projectiles by means of an electrically heated plasma, having a combustion chamber (12) with an electrode (7, 10) on the muzzle side and on the breech side, between which an arc generating the plasma burns, and having a cartridge (18) insertable into the combustion chamber and containing a material, which decomposes into a low-molecular gas under the action of the arc, and, in its longitudinal axis, a current conductor (20) which connects the two electrodes, characterized in that the electrode on the muzzle side is arranged annularly around the muzzle side end of the cartridge (18) and that the current conductor (20) consists of a plurality of strands (21) which, at the muzzle side end of the cartridge (18) extend radially from the longitudinal axis to the annular electrode.
Device according to Claim 1, characterized in that the strands (21), of which the current conductor (20) consists, also extend radially outwards from the longitudinal axis at the breech side end of the cartridge (18).
Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the strands (21) extending radially relative to the annular electrode are bent over at right angles at their ends.
Device according to one of the preceding claims, characterized in that the individual strands (21) of the current conductor (20) consist of carbon fibres.
Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cartridge (18) has the shape of a wax candle.