EP0916068A1 - Laserinitiiertes simultanes anzündsystem - Google Patents

Laserinitiiertes simultanes anzündsystem

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EP0916068A1
EP0916068A1 EP97942841A EP97942841A EP0916068A1 EP 0916068 A1 EP0916068 A1 EP 0916068A1 EP 97942841 A EP97942841 A EP 97942841A EP 97942841 A EP97942841 A EP 97942841A EP 0916068 A1 EP0916068 A1 EP 0916068A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
ignition
laser beam
ignition system
pyrotechnic
Prior art date
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Granted
Application number
EP97942841A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0916068B1 (de
Inventor
Rainer Hagel
Bernd Krause
Klaus Redecker
Wolfram Seebeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dynamit Nobel AG
Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
Original Assignee
Dynamit Nobel AG
Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dynamit Nobel AG, Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik filed Critical Dynamit Nobel AG
Publication of EP0916068A1 publication Critical patent/EP0916068A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0916068B1 publication Critical patent/EP0916068B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/113—Initiators therefor activated by optical means, e.g. laser, flashlight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B5/00—Cartridge ammunition, e.g. separately-loaded propellant charges
    • F42B5/02—Cartridges, i.e. cases with charge and missile
    • F42B5/08—Cartridges, i.e. cases with charge and missile modified for electric ignition

Definitions

  • the invention relates to a laser-initiated simultaneous ignition system with at least one ignition charge and / or an explosive propulsion module.
  • the laser beam can be directed via a light guide directly or via a downstream focusing optics focused on the primer charge or directly on the explosive or the primer charge.
  • the ignition process can be started with relatively low laser energy.
  • at least one light guide is guided to each drive module or each ignition charge, with each light guide being operated simultaneously is fed with appropriate laser light and the ignition charges or drive modules are thereby ignited at the same time.
  • this ignition system is not suitable because of its space requirement and its sensitivity and for reasons of cost.
  • the object of the invention is to provide a simplified and improved laser-initiated simultaneous ignition system.
  • a decoupling device is arranged along the beam path of a laser beam for decoupling at least a part of the laser beam or light.
  • the decoupling device couples so much light energy from the laser beam that it is sufficient to ignite the explosive or the ignition charge.
  • Each ignition charge or drive module along the optical axis of the laser beam is lit approximately simultaneously. Since no light guides are used to supply the laser light, a very simple, compact and reliable simultaneous ignition system is created.
  • the location of the drive modules or ignition charges, ie their distance and position to the laser light source, can vary without thereby reducing the ignition safety.
  • Each drive module or each ignition charge preferably has an ignition channel in which the decoupling device is arranged.
  • the drive modules or ignition charges can be arranged in such a way that the ignition channels form a single straight and continuous channel for the laser beam. With this arrangement, a plurality of primer charges or drive modules can be arranged in a line and ignited approximately simultaneously, for example in the cargo space of a self-propelled howitzer.
  • a part of the laser beam or light is coupled out simultaneously from each coupling-out device, i.e. neglecting the speed of propagation of the light, the laser light falls on all decoupling devices simultaneously, as a result of which the drive modules or ignition charges are also ignited simultaneously.
  • the decoupling device can be an optical element that deflects part of the laser beam or light onto the explosive or the ignition charge. This can be an optically partially transparent element that reflects only part of the incoming laser beam and lets the rest of the beam cross-section pass unchanged to the next drive module or ignition charge; or it can be a mirror that deflects only a part, for example a sector of the laser beam, onto the explosive or the ignition charge. In another embodiment, however, the decoupling device can also be designed as a pyrotechnic element which is struck by at least part of the laser beam, as a result of which it is ignited and in turn ignites the explosive of the respective drive module or the ignition charge. A very inexpensive solution can be realized by using pyrotechnic elements.
  • the pyrotechnic decoupling device can also be designed such that it only fades out part of the laser beam, so that the remaining part of the laser beam can pass through the respective ignition channel and strike the decoupling devices of the following drive modules or ignition charges and ignite them.
  • the pyrotechnic outcoupling device is ring-shaped, the outcoupling device no longer blanking out the laser beam in this area only after igniting and burning off at least part of the inner circumference of the ring, whereupon the laser beam falls on the outcoupling ring of the following drive module or the following ignition charge .
  • the inner part of the ring has a small axial length, ie has less substance and is therefore more easily flammable and burning. As a result, the inner part burns off very quickly, so that the laser beam can ignite the inner circumferential ring of the decoupling ring of the following drive module or the following ignition charge after a short time.
  • the pyrotechnic outcoupling device has a part projecting into the center of the ignition channel, so that this part of all outcoupling devices can be detected simultaneously by the laser beam.
  • these parts must be arranged so that they do not completely shade another protruding part of another drive module.
  • an inexpensive and easily produced pyrotechnic ignition technology can be used to ignite almost all of the drive modules or ignition charges at the same time.
  • the pyrotechnic decoupling device is an explosive-coated film, for example a plastic film.
  • the explosive of the film and / or the propulsion module is preferably selected or modified such that it has a high degree of absorption in the region of the wavelength of the laser light. As a result, the minimum laser energy for igniting the explosive of the drive module or the film is reduced, so that it can be ignited with a lower energy density and with a miniaturized laser system.
  • La shows a second embodiment of a laser-initiated ignition system with six drive modules, each of which has an optical beam splitter as a coupling-out device,
  • FIG. 2 is a top view of an annular pyrotechnic coupling-out device
  • FIG. 3 shows the decoupling device of FIG. 2 in longitudinal section
  • FIG. 4 shows the pyrotechnic outcoupling device of FIG. 2 in cross-section with the inner peripheral edge ignited and partially burned
  • FIG. 5 shows a longitudinal section of the pyrotechnic outcoupling device of FIG. 2 with a partially burnt-off inner peripheral edge
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a pyrotechnic coupling device with a triangular ring cross section
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a pyrotechnic outcoupling device in cross section with a wedge-shaped ring cross section
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a pyrotechnic decoupling device with a part that protrudes toward the center of the circle
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a pyrotechnic coupling-out device with a web projecting radially inwards
  • 10 shows a further embodiment of a pyrotechnic decoupling device with a web forming the circular diameter
  • FIG. 11 shows a further decoupling device of a pyro-technical decoupling device with a continuous web not running through the center of the circle
  • FIG. 13 shows a cross section of an embodiment of the ignition system with pyrotechnic decoupling devices of FIG. 12.
  • FIG. 1 The arrangement of a laser-initiated ignition system with five ignition charges 27 is shown in principle in FIG.
  • a laser device 22 ' emits a laser beam 23', which is deflected several times via four partially transparent mirrors 18 'and finally strikes the ignition charge 27 arranged last.
  • the partial beams 25 ' which are not reflected by the mirrors 18' but pass through, also strike the ignition charges 27, as seen from the incoming laser beam 23 ', which are located behind the mirror 18'.
  • the partially transparent mirrors 18 'thus form decoupling devices through which each Part of the light of the laser beam 23 'is coupled out to ignite the respective ignition charge 27, the energy density of the outgoing partial beam 25' being sufficient to ignite the respective ignition charge 27.
  • each drive module 15 has a continuous ignition channel 14.
  • Each drive module 15 consists of an explosive ring 16, the inner circumference of which is lined with an ignition sleeve 17 which surrounds the ignition channel 14.
  • a glass plate 18 is arranged in the ignition sleeve 17 as an optical decoupling device and is set at approximately 45 ° to the longitudinal axis of the ignition channels 14. The glass plate 18 forms a partially transparent mirror for laser light fed into the ignition channels 14.
  • a transparent film, a prism or a partially transparent mirror can also be used as the optical beam splitter.
  • the ignition modules 15 are arranged one behind the other in such a way that their ignition channels 14 form a single straight and continuous channel for a laser beam.
  • a laser device 22 is arranged in a termination block 21 such that its optical axis lies in line with the longitudinal axes of the drive modules 15.
  • the laser beam 23 emanating from the laser device 22 thus runs on the optical longitudinal axis of the ignition channels 14 .
  • the glass plates 18 act as optical beam splitters, each of which couple out part of the laser beam light.
  • the laser 22 forms together with the special Drive modules 15 a laser-initiated simultaneous ignition system.
  • the laser light can also be fed into the ignition channels 14 through a light guide.
  • the parallel laser beam is expanded and has a diameter of a few millimeters.
  • the laser beam can also be focused or divergent.
  • the laser device 22 To ignite the drive modules 15, the laser device 22 outputs a short, high-energy laser pulse which passes through the ignition channels 14 of the drive modules 15. An approximately 15% light portion of the laser beam is reflected radially outwards through the glass plates 18 in the ignition channels 14, where the reflected beam 25 ignites the igniter sleeve 17. The igniter sleeve 17 in turn ignites the explosive ring 16. The laser beam 23 strikes all glass plates 18 of the drive modules 15 at the same time, which is why the drive charges 15 are all ignited simultaneously.
  • Figs. 2 to 13 show exemplary embodiments in which the initiation, ie the ignition, of the propellant charges is carried out not by an optical element but by a pyrotechnic element.
  • the figures 2 to 12 show exclusively pyrotechnic decoupling devices without an explosive ring surrounding them.
  • the pyrotechnic outcoupling devices are each instead of the optical outcoupling devices.
  • Figs. 2 to 5 show the simplest embodiment of a pyrotechnic decoupling device 30.
  • This decoupling device 30 consists of a cylindrical ignition ring 31, in the middle of which a free continuous channel 32 is arranged.
  • the ignition ring 31 When the laser beam 23 strikes, the ignition ring 31 is ignited at the end of its inner peripheral edge facing the laser light and burns from the inside to the outside.
  • the inside diameter of the channel 32 increases in such a way that the laser beam 23 falls on an ignition ring 31 'located behind it and also ignites it. This process takes place so quickly that these pyrotechnic decoupling devices 30, 30 'are ignited approximately simultaneously, so that the explosive rings are also ignited approximately simultaneously.
  • Figs. 6 and 7 show further rotationally symmetrical pyrotechnic decoupling devices 30, 30 2 , each consisting of an ignition ring 35, 40.
  • 6 has the ring cross-sectional shape of an equilateral triangle with an inwardly pointing tip
  • the ignition ring 38 of FIG. 7 is wedge-shaped in its cross-sectional profile.
  • Common to both igniter rings 35, 38 is that the axial thickness of the inner peripheral edge of the igniter ring 35, 38 is very small on the inside and only increases towards the outside. This will cause the inner part of the ignition ring to burn quickly. ges and thereby in turn ensures a quick ignition of the subsequent ignition ring (s).
  • the laser beam must have a larger diameter than the inner, material-free area of the pyrotechnic ignition devices.
  • Figs. 8 to 11 show pyrotechnic ignition rings which are not rotationally symmetrical but asymmetrical and in which a segment-like part projects into the ignition channel or the laser beam cross section. All these decoupling devices have in common that several such decoupling elements can be arranged one behind the other without shading each other. This ensures that the laser beam, with the correct arrangement of the ignition rings, falls simultaneously on a plurality of ignition rings arranged one behind the other, which in turn ensures simultaneous ignition of the decoupling devices and thus the explosive of the drive modules.
  • a circular sector-like part 41 protrudes in one piece from the outer ring 40 to the center.
  • a web-like part 42 projects radially inward from the outer ring 40.
  • a web 43 which passes through the center and forms the diameter, divides the ignition channel 14 of the pyrotechnic coupling-out device 39 3 into two halves.
  • Another pyrotechnic igniter 39 4 is shown in FIG. 11.
  • a web 44 crossing the ignition channel 14 connects two points of the outer ring 40 in such a way that it asymmetrically divides the ignition channel 14 into two parts.
  • FIG. 12 shows a further embodiment of a pyrotechnic outcoupling device 39 5 , in which the outer ring 40 is supplemented by a segment-like part 43 projecting inwards.
  • Figs. 2 to 12 pyrotechnic igniters shown are realized in the form of a tablet, but can also be designed as a film.
  • the pyrotechnic decoupling devices 39 1 -39 5 of FIGS. 8 to 12 can also be designed as a thin film coated with magnesium.
  • the film can be coated with a colorant or graphitized explosive, as a result of which the degree of absorption for the incident laser light can be increased.
  • a plastic carrier with a conventional ignition mixture made of lead triresorcinate, AZM, black powder, etc., possibly with a burn accelerator or a primary igniter. Explosives tuned to the laser wavelength with a high degree of absorption of the laser light and a low initiation energy can also be used.
  • the beam diameter can also be reduced and the energy density, which is important for safe initiation, can be increased. for example by an annular instead of a disc-shaped beam structure.
  • the explosive exposed to the laser light should be selected in such a way that rapid erosion and good erosion of the erosion is ensured.
  • the drive modules that can be initiated by a laser beam pulse are ideal for such applications as a variable ignition system created.
  • the ignition no focused beam is used, but an expanded parallel laser beam with an almost constant energy density. With this expanded jet, each drive module can be ignited regardless of its axial position.
  • FIG. 13 shows in cross section a charge tube 12 with six drive modules, each with a pyrotechnic ignition device 39 5 .
  • the circular segment-like inwardly projecting parts 43 of the pyrotechnic decoupling devices 39 5 are each rotated by 60 ° relative to one another, so that each segment 43 of the decoupling devices 39 s fills a part of the total cross section of the ignition channel 14.
  • a laser beam which has approximately the diameter of the ignition channel 14, therefore detects all six segments 43 of the decoupling devices 39 5 .
  • a simultaneous ignition of all drive modules 15 is thereby achieved.
  • An optical decoupling device can also be in the form of pyrotechnic decoupling devices 39--39 5 the fig. 8 to 12 can be formed, the part projecting into the ignition channel being designed as a mirror which is at approximately 45 ° to the longitudinal axis of the ignition channel and deflects a part of the laser beam to the outside.
  • the laser-initiated simultaneous ignition system can also be used to ignite explosive samples or ignition elements.

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Description

Laserinitiiertes simultanes Anzündsvsteπt
Die Erfindung bezieht sich auf ein laserinitiiertes simultanes Anzündsystem mit mindestens einer Anzündladung und/oder einem Explosivstoff aufweisenden Treibmodul.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Initiierung, d.h. Anzündung, von Anzündladungen bzw. Explosivstoffen durch Laserlicht bekannt. Hierbei kann der Laserstrahl über einen Lichtleiter direkt oder über eine nachgeschaltete Fokussieroptik fokussiert auf die Anzündladung oder direkt auf den Explosivstoff bzw. die Anzündladung gerichtet werden. Bei auf die Laserin- itiierung abgestimmten Rahmenbedingungen kann mit relativ geringer Laserenergie der Anzündvorgang in Gang gesetzt werden. Bei einem Anzündsystem für mehrere Treibmodule bzw. Anzundladüngen wird jeweils mindestens ein Lichtleiter zu jedem Treibmodul bzw. jeder Anzündladung geführt, wobei jeder Lichtleiter gleichzeitig mit entsprechendem Laserlicht gespeist wird und die Anzündladungen bzw. Treibmodule dadurch gleichzeitig angezündet werden.
Unter ungünstigen mechanischen und räumlichen Bedingungen, beispielsweise im Ladungsraum einer Panzerhaubitze, ist dieses Anzündsystem wegen seines Platzbedarfes und seiner Empfindlichkeit und aus Kostengründen nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes und verbessertes laserinitiiertes simultanes Anzündsystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Anzündsystem ist entlang des Strahlweges eines Laserstrahls zum Auskoppeln mindestens eines Teiles des Laserstrahls bzw. -lichtes eine Auskoppelvorrichtung angeordnet. Durch die Auskoppelvorrichtung wird bei auftreffendem Laserstrahl die Anzündladung bzw. der Explosivstoff des Treibmoduls angezündet . Die Auskoppelvorrichtung koppelt aus dem Laserstrahl so viel Lichtenergie aus, daß diese zum Anzünden des Explosivstoffes bzw. der Anzündladung ausreicht. Jede Anzündladung bzw. jedes Treibmodul entlang der optischen Achse des Laserstrahls wird annähernd gleichzeitig angezündet. Da keine Lichtleiter zur Zuführung des Laserlichtes verwendet werden, ist damit ein sehr einfaches, kompaktes und zuverlässiges simultanes Anzündsystem geschaffen. Die Lage der Treibmodule bzw. Anzündladungen, d.h. ihre Entfernung und Stellung zur Laserlichtquelle, kann variieren, ohne daß dadurch die Anzündsicherheit verschlechtert wird.
Vorzugsweise weist jedes Treibmodul bzw. jede Anzündladung einen Zündkanal auf, in dem die Auskoppelvorrichtung angeordnet ist. Die Treibmodule bzw. Anzündladungen können derart angeordnet sein, daß die Zündkanäle einen einzigen geradlinigen und durchgehenden Kanal für den Laserstrahl bilden. Bei dieser Anordnung können mehrere Anzündladungen bzw. Treibmodule in einer Linie angeordnet und annähernd gleichzeitig gezündet werden, beispielsweise im Ladungsraum einer Panzerhaubitze.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird von jeder Auskoppelvorrichtung gleichzeitig ein Teil des Laserstrahls bzw. -lichts ausgekoppelt, d.h. das Laserlicht fällt unter Vernachlässigung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts auf alle Auskoppelvorrichtungen gleichzeitig, wodurch auch das Anzünden der Treibmodule bzw. Anzündladungen gleichzeitig erfolgt.
Die AuskoppelVorrichtung kann dabei ein optisches Element sein, das einen Teil des Laserstrahles bzw. -lichtes auf den Explosivstoff bzw. die Anzündladung ablenkt. Hierbei kann es sich um ein optisch teildurchlässiges Element handeln, das nur einen Teil des ankommenden Laserstrahls reflektiert, und den übrigen Teil im Strahlquerschnitt unverändert zum nächsten Treibmodul bzw. Anzündladung durchläßt; oder es kann sich um einen Spiegel handeln, der nur einen Teil, beispielsweise einen Sektor des Laserstrahles, auf den Explosivstoff bzw. die Anzündladung umlenkt. In einer anderen Ausführungsform kann die Auskoppelvorrichtung aber auch als ein pyrotechnisches Element ausgebildet sein, auf das mindestens ein Teil des Laserstrahls auftrifft, wodurch es entzündet wird und seinerseits den Explosivstoff des jeweiligen Treibmoduls bzw. die Anzündladung entzündet. Durch die Verwendung pyrotechnischer Elemente kann eine sehr preiswerte Lösung realisiert werden.
Auch die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung kann derart ausgebildet sein, daß sie jeweils nur einen Teil des Laserstrahls ausblendet, so daß der übrige Teil des Laserstrahls den jeweiligen Zündkanal passieren und auf die Auskoppelvorrichtungen der folgenden Treibmodule bzw. Anzündladungen auftreffen und diese anzünden kann.
In einer ersten Ausführungsform ist die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung ringförmig ausgebildet, wobei die Auskoppelvorrichtung erst nach Entzünden und Abbrennen mindestens eines Teiles des Innenumfangs des Ringes den Laserstrahl in diesem Bereich nicht mehr ausblendet, woraufhin der Laserstrahl auf den Auskoppelring des folgenden Treibmoduls bzw. der folgenden Anzündladung fällt.
Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn der innere Teil des Ringes eine geringe axiale Länge aufweist, d.h. weniger Substanz hat und dadurch schneller entzündbar und abbrennend ist. Dadurch wird ein sehr schneller Ab- brand des inneren Teiles erreicht, so daß der Laserstrahl schon nach kurzer Zeit den inneren Umfangsring des Auskoppelrings des folgenden Treibmoduls bzw. der folgenden Anzündladung anzünden kann. In einer anderen Ausführungsform weist die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung einen in die Zündkanalmitte ragenden Teil auf, so daß dieser Teil aller Auskoppel - Vorrichtungen gleichzeitig von dem Laserstrahl erfaßt werden kann. Dazu müssen diese Teile derart versetzt zueinander angeordnet sein, daß sie nicht ein anderes hineinragendes Teil eines anderen Treibmoduls vollständig abschatten. Dadurch kann mit einer preiswerten und einfach herstellbaren pyrotechnischen Anzündtechnik ein nahezu gleichzeitiges Anzünden aller Treibmodule bzw. Anzündladungen realisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung eine mit Explosivstoff beschichtete Folie, beispielsweise eine Kunststoffolie.
Vorzugsweise ist der Explosivstoff der Folie und/oder des Treibmoduls derart ausgewählt bzw. modifiziert, daß er im Bereich der Wellenlänge des Laserlichtes einen hohen Absorptionsgrad hat. Dadurch wird die Mindest- Laserenergie zum Anzünden des Explosivstoffs des Treibmoduls bzw. der Folie herabgesetzt, so daß mit geringerer Energiedichte und mit einem miniaturisierten Lasersystem angezündet werden kann.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. la ein laserinitiertes Anzündsystem mit fünf verteilt angeordneten Anzündladungen, Fig. lb eine zweite Ausfuhrungsform eines laserinitiierten Anzündsystems mit sechs Treibmodulen, die jeweils einen optischen Strahlteiler als Auskoppelvorrichtung aufweisen,
Fig. 2 eine ringförmige pyrotechnische Auskoppelvorrichtung in Draufsicht,
Fig. 3 die Auskoppelvorrichtung der Fig. 2 im Längsschnitt ,
Fig. 4 die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung der Fig. 2 im Querschnitt mit angezündeten und teilweise abgebrannten Innenumfangsrand,
Fig. 5 Längsschnitt der pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung der Fig. 2 mit teilweise abgebrannten Innenumfangsrand,
Fig. 6 eine weitere Ausfuhrungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung mit dreieckigem Ringquerschnitt ,
Fig. 7 eine weitere Ausfuhrungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung im Querschnitt mit keilförmigen Ringquerschnitt,
Fig. 8 eine weitere Ausfuhrungsform einer pyrotechnischen AuskoppelVorrichtung mit einem kreissektorartigen zur Mitte ragenden Teil,
Fig. 9 eine weitere Ausfuhrungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung mit einem radial nach innen abstehenden Steg, Fig. 10 eine weitere Ausfuhrungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung mit einem den Kreisdurchmesser bildenden Steg,
Fig. 11 eine weitere Auskoppelvorrichtung einer pyro- technischen Auskoppelvorrichtung mit einem nicht durch die Kreismitte verlaufenden durchgehenden Steg,
Fig. 12 eine weitere pyrotechnische Auskoppelvorrichtung mit einem in den Zündkanal ragenden Segment , und
Fig. 13 einen Querschnitt einer Ausführungsform des Anzündsystems mit pyrotechnischen Auskoppelvor- richtungen der Fig. 12.
In Figur la ist prinzipiell die Anordnung eines laserinitiierten Anzündsystems mit fünf Anzündladungen 27 dargestellt. Ein Lasergerät 22' emittiert einen Laserstrahl 23', der über vier teildurchlässige Spiegel 18' mehrfach abgelenkt wird und schließlich auf die zuletzt angeordnete Anzündladung 27 trifft. Die jeweils von den Spiegeln 18' nicht reflektierten, sondern hindurchtretenden Teilstrahlen 25' treffen ebenfalls auf die jeweils vom ankommenden Laserstrahl 23' aus gesehen jeweils hinter dem Spiegel 18' liegenden Anzündladungen 27. Die teildurchlässigen Spiegel 18' bilden also Auskoppelvorrichtungen, durch die jeweils ein Teil des Lichtes des Laserstrahls 23' zum Anzünden der jeweiligen Anzündladung 27 ausgekoppelt wird, wobei die Energiedichte des ausgekoppelten Teilstrahls 25' zum Anzünden der jeweiligen Anzündladung 27 ausreicht. In Figur lb ist der Ladungsraum 10 eines Geschützes dargestellt, an dessen offenes Ende 11 sich ein nicht gezeigter Geschützlauf mit einem Geschoß anschließt. In dem von einem Rohr 12 gebildeten Ladungsraum 10 sind sechs ringartige, Explosivstoff aufweisende Treibmodule 15 hintereinanderliegend angeordnet. In seinem Zentrum weist jedes Treibmodul 15 einen durchgehenden Zündkanal 14 auf. Jedes Treibmodul 15 besteht aus einem Explosivstoffring 16, dessen Innenumfang mit einer Anzündhülse 17 ausgekleidet ist, die den Zündkanal 14 umgibt. In der Anzündhülse 17 ist als optische Auskoppelvorrichtung ein Glasplättchen 18 angeordnet, das ungefähr 45° zur Längsachse der Zündkanäle 14 angestellt ist. Das Glasplättchen 18 bildet einen teildurchlässigen Spiegel für in die Zündkanäle 14 eingespeistes Laserlicht.
Als optischer Strahlteiler kann statt der Glasplatte 18 auch eine transparente Folie, ein Prisma oder ein teildurchlässiger Spiegel verwendet werden.
Die Zündmodule 15 sind derart hintereinander angeordnet, daß ihre Zündkanäle 14 einen einzigen geradlinigen und durchgehenden Kanal für einen Laserstrahl bilden. An dem geschlossenen Ende des Ladungsraumes 10 ist in einem Abschlußblock 21 ein Lasergerät 22 derart angeordnet, daß seine optische Achse in einer Linie liegt mit den Längsachsen der Treibmodule 15. Der von dem Lasergerät 22 ausgehende Laserstrahl 23 verläuft also auf der optischen Längsachse der Zündkanäle 14.
Die Glasplättchen 18 wirken als optische Strahlteiler, die jeweils einen Teil des Laserstrahllichtes auskoppeln. Der Laser 22 bildet zusammen mit den speziellen Treibmodulen 15 ein laserinitiiertes simultanes Anzünd- syste .
Statt durch das Lasergerät 22 kann das Laserlicht auch durch einen Lichtleiter in die Zündkanäle 14 eingespeist werden. Der parallele Laserstrahl ist aufgeweitet und hat einen Durchmesser von wenigen Millimetern. Der Laserstrahl kann in anderen Ausführungsfor- men auch fokussiert oder divergent sein.
Zum Anzünden der Treibmodule 15 gibt das Lasergerät 22 einen kurzen energiereichen Laserimpuls aus, der die Zündkanäle 14 der Treibmodule 15 durchläuf . Durch die Glasplättchen 18 in den Zündkanälen 14 wird jeweils ein ungefähr 15%-iger Lichtanteil des Laserstrahls radial nach außen reflektiert, wo der reflektierte Strahl 25 die Anzündhülse 17 anzündet. Die Anzündhülse 17 ihrerseits zündet den Explosivstoffring 16 an. Der Laserstrahl 23 trifft auf alle Glasplättchen 18 der Treibmodule 15 gleichzeitig auf, weshalb auch die Treibladungen 15 alle gleichzeitig angezündet werden.
In den Fign . 2 bis 13 werden Ausführungsbeispiele gezeigt, bei denen die Initiierung, d.h. die Anzündung, der Treibladungen nicht durch ein optisches, sondern durch ein pyrotechnisches Element vorgenommen wird. Die Fign. 2 bis 12 zeigen ausschließlich pyrotechnische Auskoppelvorrichtungen ohne einen sie umgebenden Explosivstoffring. Die pyrotechnischen Auskoppelvorrichtungen sind jeweils anstelle der optischen Auskoppelvor- richtung des Treibmoduls der Fig. lb in den Explosivstoffring 16 eingesetzt.
In den Fign. 2 bis 5 ist die einfachste Ausfuhrungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung 30 dargestellt. Diese Auskoppelvorrichtung 30 besteht aus einem zylinderförmigen Anzündring 31, in dessen Mitte ein freier durchgehender Kanal 32 angeordnet ist.
Bei Auftreffen des Laserstrahls 23 wird der Anzündring 31 an seinem dem Laserlicht zugewandten Ende seines Innenumfangsrandes angezündet und brennt von innen nach außen ab. Dabei vergrößert sich der Innendurchmesser des Kanals 32 derart, daß der Laserstrahl 23 auf einen dahinterliegenden Anzündring 31' fällt und diesen ebenfalls anzündet . Dieser Vorgang geht derart schnell vor sich, daß diese pyrotechnischen Auskoppelvorrichtungen 30,30' annähernd gleichzeitig angezündet werden, so daß auch die Explosivstoffringe annähernd gleichzeitig angezündet werden.
In den Fign. 6 und 7 sind weitere rotationssymmetrische pyrotechnische Auskoppelvorrichtungen 30-,302 dargestellt, die jeweils aus einem Anzündring 35,40 bestehen. Während die Ausfuhrungsform des Anzündringes der Fig. 6 die Ringquerschnittsform eines gleichseitigen Dreieckes mit nach innen weisender Spitze aufweist, ist der Anzündring 38 der Fig. 7 in seinem Querschnittsprofil keilförmig ausgebildet. Beiden Anzünd- rjngen 35,38 ist gemeinsam, daß die axiale Dicke des Innenumfangsrandes des Anzündringes 35,38 innen sehr klein ist und erst nach außen hin zunimmt. Dadurch wird ein schneller Abbrand des inneren Teils des Anzündrin- ges und dadurch wiederum ein schnelles Anzünden des/der nachfolgenden Anzündringe gewährleistet.
Der Laserstrahl muß in jedem Fall einen größeren Durchmesser haben, als der innere materialfreie Bereich der pyrotechnischen Anzündvorrichtungen .
In den Fign. 8 bis 11 sind pyrotechnische Anzündringe dargestellt, die nicht rotationssymmetrisch sondern asymmetrisch sind und bei denen ein segmentartiger Teil in den Zündkanal bzw. den Laserstrahlquerschnitt hineinragt. Allen diesen Auskoppelvorrichtungen ist gemeinsam, daß mehrere derartige Auskoppelelemente hintereinander angeordnet werden können, ohne daß sie sich gegenseitig abschatten. Dadurch ist gewährleistet, daß der Laserstrahl, bei richtiger Anordnung der Anzündringe auf mehrere hintereinander angeordnete Anzündringe gleichzeitig fällt, wodurch wiederum eine gleichzeitige Anzündung der Auskoppelvorrichtungen und damit des Explosivstoffes der Treibmodule gewährleistet ist.
Bei der Auskoppelvorrichtung 39x der Fig. 8 ragt ein kreissektorartiger Teil 41 einstückig von dem Außenring 40 zur Mitte.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausfuhrungsform der Auskoppelvorrichtung 392 ragt von dem Außenring 40 ein stegartiger Teil 42 radial nach innen.
Bei dem Ausfühi-ungsbeispiel der Fig. 10 teilt ein durch den Mittelpunkt gehender, den Durchmesser bildender, Steg 43 den Zündkanal 14 der pyrotechnische Auskoppel - Vorrichtung 393 in zwei Hälften. Eine weitere pyrotechnische Anzündvorrichtung 394 ist in Fig. 11 dargestellt. Ein den Zündkanal 14 durchquerender Steg 44 verbindet zwei Stellen des Außenringes 40 derart, daß er den Zündkanal unsymmetrisch 14 in zwei Teile teilt.
In Fig. 12 ist eine weitere Ausführungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung 395 dargestellt, bei der der Außenring 40 durch einen segmentartigen nach innen ragenden Teil 43 ergänzt ist.
Die in den Fign. 2 bis 12 dargestellten pyrotechnischen Anzündvorrichtungen sind in Form einer Tablette realisiert, können jedoch auch als Folie ausgebildet sein.
Insbesondere die pyrotechnischen Auskoppelvorrichtungen 391-395 der Fign. 8 bis 12 können auch als dünne mit Magnesium beschichtete Folie ausgebildet sein. Ferner kann die Folie mit einem Farbmittel oder graphitierten Explosivstoff beschichtet sein, wodurch sich der Absorptionsgrad für das auftreffende Laserlicht erhöhen läßt. Auch dünne Folien auf einem Kunststoffträger mit einer konventionellen Anzündmischung aus Bleitriresor- cinat, AZM, Schwarzpulver etc., ggf. noch mit einem Abbrandbeschleuniger oder einem Primär-Anzündstoff , sind einsetzbar. Es können auch auf die Laserwellenlänge abgestimmte Explosivstoffe mit einem hohen Absorptionsgrad des Laserlichtes und einer niedrigen Ini- tiierungsenergie verwendet werden.
Durch die Auswahl geeigneter Strahlführungsoptiken oder durch eine Ablenkung des Lichtstrahls kann auch der Strahldurchmesser verkleinert und die für eine sichere Initiierung wichtige Energiedichte erhöht werden, bei- spielsweise durch eine ringförmige statt einer scheibenförmigen Strahlstruktur. Dabei sollte der durch das Laserlicht beaufschlagte Explosivstoff so ausgewählt werden, daß ein schneller Abbrand und ein guter Abtrag des Abbrandes gewährleistet ist.
Da die axiale Lage der Treibmodule, beispielsweise im Ladungsraum einer Panzerhaubitze entlang einer 1 Meter langen Längsachse, beliebig sein kann und auch die Anzahl der Treibmodule variieren kann, ist mit den durch einen Laserstrahl -Impuls initiierbaren Treibmodulen ein für derartige Anwendungen ideales variables Anzünd- system geschaffen. Zur Anzündung wird kein fokussierter Strahl, sondern ein aufgeweiteter paralleler Laserstrahl mit annähernd konstanter Energiedichte verwendet. Mit diesem aufgeweiteten Strahl kann jedes Treibmodul unabhängig von seiner axialen Lage angezündet werden.
In Fig. 13 ist im Querschnitt ein Ladungsrohr 12 mit sechs Treibmodulen mit jeweils einer pyrotechnischen Anzündvorrichtung 395 dargestellt. Die kreissegmentartigen nach innen ragenden Teile 43 der pyrotechnischen Auskoppelvorrichtungen 395 sind jeweils um 60° zueinander verdreht angeordnet, so daß jedes Segment 43 der Auskoppelvorrichtungen 39s einen Teil des Gesamtquerschnittes des Zündkanals 14 ausfüllt. Ein Laserstrahl, der ungefähr den Durchmesser des Zündkanals 14 hat, erfaßt also alle sechs Segmente 43 der Auskoppelvorrichtungen 395. Dadurch wird eine gleichzeitige Anzündung aller Treibmodule 15 erreicht.
Eine optische Auskoppelvorrichtung kann ebenfalls in Form der pyrotechnischen Auskoppelvorrichtungen 39--395 der Fign. 8 bis 12 ausgebildet sein, wobei der in den Zündkanal ragende Teil als Spiegel ausgebildet ist, der in ungefähr 45° zur Zündkanallängsachse steht und einen Teil des Laserstrahls nach außen ablenkt.
Mit dem laserinitiierten simultanen Anzündsystem können auch Explosivstoffproben oder Anzündelemente angezündet werden .

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem mit mindestens einer Anzündladung (27) und/oder einem Explosivstoff (16) aufweisenden Treibmodul (15),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß entlang des Strahlweges eines Laserstrahls (23,23') zum Auskoppeln mindestens eines Teiles (25,25') des Laserstrahls (23,23') bzw. -lichtes eine Auskoppelvorrichtung (18 , 18 ' , 30 , 30l; 302, 39x- 395) angeordnet ist, die bei auftreffendem Laserstrahl (23,23') ein Anzünden der Anzündladung (27) bzw. des Explosivstoffes (16) des Treibmoduls (15) bewirkt .
2. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Treibmodul (15) bzw. jede Anzündladung (27) einen Zündkanal (14) aufweist, in dem die Auskoppelvorrichtung (18, 18' ,30, 30lf 302,391-395) angeordnet ist.
3. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibmodule (15) bzw. Anzündladungen (27) derart angeordnet sind, daß die Zündkanäle (14) einen einzigen geradlinigen und durchgehenden Kanal für den Laserstrahl (23,) bilden.
4. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig von jeder Auskoppelvorrichtung (18, 18 ' , 39!-395) ein Teil des Laserstrahls (23,23') bzw. -lichts ausgekoppelt wird.
5. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppelvorrichtung (18,18') ein optisches Element ist, das einen Teil (25,25') des Laserstrahles (23,23') bzw. -lichtes auf die Anzündladung (27) bzw. den Explosivstoff (16) ablenkt .
6. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppelvorrichtung ein pyrotechnisches Element (30. , 302, 39. -395) ist, auf das mindestens ein Teil des Laserstrahls (23) auftrifft, wodurch es angezündet wird, und seinerseits den Explosivstoff (16) des jeweiligen Treibmoduls (15) bzw. die Anzündladung (27) anzündet.
7. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die optische bzw. pyrotechnische Auskoppelvorrichtung (18,18'30.,302,39.-395) jeweils nur einen Teil des Laserstrahls (23) abschattet, so daß der übrige Teil des Laserstrahls (23) den jeweiligen Zündkanal (14) passieren kann.
8. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung (30,30-^302) ringförmig in den Zündkanal (14) hineinragt und erst nach Anzünden und teilweisem Abbrennen den Laserstrahl auf den Auskoppelring des folgenden Treibmoduls (30') fallen läßt.
9. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung (39^39,;) einen in die Kanalmitte hineinragenden Teil (31- 45) aufweist, so daß alle Auskoppelvorrichtungen gleichzeitig von dem Laserstrahl erfaßt werden können .
10. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung (39i-395) eine mit Explosivstoff beschichtete Folie ist.
11. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkanal (14) kreisförmig ist.
12. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Explosivstoff der Folie und/oder des Treibmoduls derart gefärbt ist, daß er im Bereich der Wellenlänge des Laserlichtes einen hohen Absorptionsgrad hat .
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