EP0916068B1 - Laserinitiiertes simultanes anzündsystem - Google Patents

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EP0916068B1
EP0916068B1 EP97942841A EP97942841A EP0916068B1 EP 0916068 B1 EP0916068 B1 EP 0916068B1 EP 97942841 A EP97942841 A EP 97942841A EP 97942841 A EP97942841 A EP 97942841A EP 0916068 B1 EP0916068 B1 EP 0916068B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
laser beam
ignition
ignition system
pyrotechnic
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97942841A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0916068A1 (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
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A19/00—Firing or trigger mechanisms; Cocking mechanisms
    • F41A19/58—Electric firing mechanisms
    • F41A19/63—Electric firing mechanisms having means for contactless transmission of electric energy, e.g. by induction, by sparking gap
    • 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.
  • Ignition initiation from ignition charges or explosives known by laser light.
  • the laser beam directly or through a light guide focused on via a downstream focusing optics the charge or directly on the explosive or the charge is directed.
  • coordinated framework conditions can be relative low laser energy the ignition process in progress be set.
  • one ignition system for several Driving modules or ignition charges is at least in each case one light guide to each drive module or each ignition charge guided, with each light guide simultaneously is fed with appropriate laser light and the Ignition charges or drive modules thereby simultaneously be lit.
  • this ignition system is because of its Space requirements and its sensitivity and out Not suitable for reasons of cost.
  • US 3,177,651 describes a laser-initiated Ignition system for the simultaneous ignition of two Ammunition.
  • a laser beam is passed through a semi-transparent mirror divided into two beams, each on an ignition system in the two Ammunition to be directed. There these two work Partial rays of the ignition process.
  • the generic US 5,191,167 (basis for the preamble of claim 1) describes a laser-initiated ignition system with a light guide.
  • This light guide is designed so that on its Black powder applied on the outside through the Laser beam is initiated and thereby the Initiates ignition process.
  • the invention has for its object to provide a simplified and improved laser-initiated simultaneous ignition system for large-caliber ammunition with two explosive propulsion modules in the cargo space of the ammunition. This object is achieved by the features of claim 1.
  • the ignition system is along the Beam path of a laser beam for coupling out at least part of the laser beam or light a decoupling device arranged.
  • a decoupling device arranged.
  • the Decoupling device couples from the Laser beam emits so much light energy that it Igniting the explosive or the ignition charge is sufficient. Every ignition charge or every drive module along the optical axis of the laser beam lit almost simultaneously. Since no light guides are used to supply the laser light thus a very simple, compact and reliable simultaneous ignition system created.
  • the location of the Propulsion modules or ignition charges, d. H. their removal and position to the laser light source may vary without this ignition safety is deteriorated.
  • each drive module or each ignition charge an ignition channel in which the decoupling device is arranged.
  • the drive modules or ignition charges are arranged such that the ignition channels a single straight and continuous channel for form the laser beam. With this arrangement you can several firing charges or drive modules in one line arranged and ignited almost simultaneously, for example in the cargo space of a self-propelled howitzer.
  • each Decoupling device at the same time part of the laser beam or lights coupled out, i.e. the laser light falls below the rate of propagation of light on all decoupling devices at the same time, which also ignites the drive modules or ignition charges occur simultaneously.
  • the decoupling device can be an optical element be part of the laser beam or light distracts to the explosive or the primer charge.
  • This can be an optically partially transparent Act element that is only part of the incoming Laser beam reflected, and the rest of the part in the beam cross section unchanged to the next drive module or lets ignition charge through; or it can be act a mirror that only part, for example a sector of the laser beam, on the explosive or redirects the ignition charge.
  • the decoupling device but also designed as a pyrotechnic element be on the at least part of the laser beam strikes, causing it to ignite and in turn the explosive of the respective propulsion module or ignites the ignition charge.
  • pyrotechnic elements can be a very inexpensive Solution can be realized.
  • the pyrotechnic decoupling device can also be used in this way be trained that they each only a part fades out the laser beam, so that the remaining part of the Laser beam pass through the respective ignition channel and on the decoupling devices of the following drive modules or strikes and ignite them.
  • the pyrotechnic Decoupling device is annular, the Decoupling device only after ignition and burning at least part of the inner circumference of the ring Laser beam no longer fades out in this area, whereupon the laser beam onto the coupling ring of the following driver module or the following ignition charge falls.
  • the inner part of the ring has a small axial length, i.e. has less substance and therefore flammable more quickly and is burning. This will burn very quickly of the inner part so that the laser beam the inner circumferential ring after a short time the decoupling ring of the following drive module or can ignite the following charge.
  • the pyrotechnic Decoupling device in the center of the ignition channel protruding part so that this part of all decoupling devices captured simultaneously by the laser beam can be.
  • these parts must be offset in this way to each other that they are not another protruding part of another driver module completely shade. This can be done with an inexpensive and easy to manufacture pyrotechnic ignition technology Almost simultaneous ignition of all drive modules or Ignition charges can be realized.
  • the pyrotechnic Decoupling device an explosive coated Foil, for example a plastic film.
  • the explosive is preferably the film and / or selected or modified the drive module such that he in the range of the wavelength of the laser light has a high degree of absorption. This will make the minimum laser energy to ignite the explosive of the propulsion module or the film reduced so that with less Energy density and with a miniaturized laser system can be lit.
  • the cargo space 10 is a gun shown, at the open end 11 there is no shown gun barrel connects with a projectile.
  • the cargo space 10 formed by a tube 12 six ring-shaped, explosive propulsion modules 15 arranged one behind the other.
  • each drive module 15 In its center each drive module 15 has a continuous ignition channel 14 on.
  • Each drive module 15 consists of an explosive ring 16, the inner circumference with an igniter sleeve 17 is lined, which surrounds the ignition channel 14.
  • the ignition sleeve 17 is as an optical decoupling device a glass plate 18 arranged approximately 45 ° to the longitudinal axis of the ignition channels 14 is set. The glass plate 18 forms a partially transparent Mirror for laser light fed into the ignition channels 14.
  • an optical beam splitter can be used also a transparent film, a prism or a partially transparent one Mirrors can be used.
  • the ignition modules 15 are arranged one behind the other in such a way that their ignition channels 14 a straight line and through channel for a laser beam form.
  • a laser device 22 At the closed end of the cargo space 10 is a laser device 22 in a termination block 21 arranged that its optical axis in a line lies with the longitudinal axes of the drive modules 15.
  • the of the laser beam 23 emanating from the laser device 22 extends that is, on the optical longitudinal axis of the ignition channels 14.
  • the glass plates 18 act as optical beam splitters, which each 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 fed into the ignition channels 14 through a light guide become.
  • the parallel laser beam is expanded and has a diameter of a few millimeters.
  • the laser beam can in other embodiments also be focused or divergent.
  • the laser device 22 is used to ignite the drive modules 15 a short high-energy laser pulse, which the Ignition channels 14 of the drive modules 15 passes.
  • the Glass plate 18 in the ignition channels 14 is one approximately 15% light portion of the laser beam radially reflected outward where the reflected beam 25 ignite the ignition 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 propellant charges 15 all lit at the same time.
  • Figs. 2 to 13 show exemplary embodiments, where initiation, i.e. the ignition, of the propellant charges not by an optical one, but is made by a pyrotechnic element.
  • the Fig. 2 to 12 show only pyrotechnic Coupling devices without an explosive ring surrounding them.
  • the pyrotechnic decoupling devices are each instead of the optical decoupling device of the drive module of Fig. 1b in the explosive ring 16 used.
  • a pyrotechnic coupling device 30 is shown.
  • This decoupling device 30 consists of a cylindrical ignition ring 31, in the middle of which free through channel 32 is arranged.
  • Figs. 6 and 7 show further rotationally symmetrical pyrotechnic decoupling devices 30 1 , 30 2 , each consisting of an ignition ring 35, 40. While the embodiment of the ignition ring of FIG. 6 has the ring cross-sectional shape of an equilateral triangle with an inward-pointing tip, the ignition ring 38 of FIG. 7 is wedge-shaped in its cross-sectional profile. Both ignition rings 35, 38 have in common that the axial thickness of the inner circumferential edge of the ignition ring 35, 38 is very small on the inside and only increases towards the outside. This ensures that the inner part of the ignition ring burns up quickly and, in turn, that the subsequent ignition ring (s) are ignited quickly.
  • the laser beam must have a larger diameter than the inner material-free area of the pyrotechnic igniters.
  • Figs. 8 to 11 are pyrotechnic ignition rings shown that are not rotationally symmetrical but are asymmetrical and in which a segment-like part protrudes into the ignition channel or the laser beam cross section. All these decoupling devices have in common that several such decoupling elements in a row can be arranged without them shade each other. This ensures that the laser beam with the correct arrangement of the ignition rings on several ignition rings arranged one behind the other falls simultaneously, which in turn causes a simultaneous Ignition of the decoupling devices and thus the explosive of the drive modules is guaranteed.
  • 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 decoupling device 39 3 into two halves.
  • FIG. 11 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.
  • pyrotechnic Igniters are in the form of a tablet, can however 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 reduced and that for a safe Initiation important energy density can be increased, for example by an annular instead of a disc-shaped one Beam structure.
  • the should by Explosives exposed to laser light are selected in this way be that a quick burn and a good removal burning is guaranteed.
  • the axial position of the drive modules for example in Cargo space of a self-propelled howitzer along a 1 meter long longitudinal axis, can be arbitrary and also the number the drive modules can vary, is with the through a drive module that can be initiated by a laser beam pulse ideal variable ignition system for such applications created. No one becomes focused for lighting Beam, but an expanded parallel laser beam used with an approximately constant energy density. With this expanded beam, anyone can Driver module ignited regardless of its axial position become.
  • 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 ° to one another, so that each segment 43 of the decoupling devices 39 5 fills a part of the total cross section of the ignition channel 14.
  • 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 1 -39 5 of FIGS. 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 part of the laser beam to the outside.

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Description

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 Laserinitiierung abgestimmten Rahmenbedingungen kann mit relativ geringer Laserenergie der Anzündvorgang in Gang gesetzt werden. Bei einem Anzündsystem für mehrere Treibmodule bzw. Anzündladungen 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.
US 3,177,651 beschreibt ein laserinitiiertes Anzündsystem zur gleichzeitigen Anzündung von zwei Munitionen. Ein Laserstrahl wird durch einen teildurchlässigen Spiegel in zwei Strahlen aufgeteilt, die jeweils auf ein Anzündsystem in den beiden Munitionen gelenkt werden. Dort bewirken diese beiden Teilstrahlen den Anzündvorgang.
Die gattungsbildende US 5,191,167 (Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1) beschreibt ein laserinitiiertes Anzündsystem mit einem Lichtleiter. Dieser Lichtleiter ist so ausgebildet, daß auf seiner Außenseite aufgebrachtes Schwarzpulver durch den Laserstrahl initiiert wird und dadurch den Anzündvorgang einleitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes und verbessertes laserinitiiertes simultanes Anzündsystem für großkalibrige Munition mit zwei hintereinanderliegenden Explosivstoff aufweisenden Treibmodulen im Ladungsraum der Munition anzugeben.
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 Laserlichts 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.
Erfindungsgemäß weist jedes Treibmodul bzw. jede Anzündladung einen Zündkanal auf, in dem die Auskoppelvorrichtung angeordnet ist. Die Treibmodule bzw. Anzündladungen sind derart angeordnet, 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 Abbrand 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 Auskoppelvorrichtungen 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. 1
eine Ausführungsform 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 Ausführungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung mit dreieckigem Ringquerschnitt,
Fig. 7
eine weitere Ausführungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung im Querschnitt mit keilförmigen Ringquerschnitt,
Fig. 8
eine weitere Ausführungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung mit einem kreissektorartigen zur Mitte ragenden Teil,
Fig. 9
eine weitere Ausführungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung mit einem radial nach innen abstehenden Steg,
Fig. 10
eine weitere Ausführungsform einer pyrotechnischen Auskoppelvorrichtung mit einem den Kreisdurchmesser bildenden Steg,
Fig. 11
eine weitere Auskoppelvorrichtung einer pyrotechnischen 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 Auskoppelvorrichtungen der Fig. 12.
In Figur 1 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 Anzündsystem.
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 Ausführungsformen 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 durchläuft. 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 Auskoppelvorrichtung des Treibmoduls der Fig. 1b in den Explosivstoffring 16 eingesetzt.
In den Fign. 2 bis 5 ist die einfachste Ausführungsform 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 301, 302 dargestellt, die jeweils aus einem Anzündring 35,40 bestehen. Während die Ausführungsform 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 Anzündringen 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 Anzündringes 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 391 der Fig. 8 ragt ein kreissektorartiger Teil 41 einstückig von dem Außenring 40 zur Mitte.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform der Auskoppelvorrichtung 392 ragt von dem Außenring 40 ein stegartiger Teil 42 radial nach innen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 teilt ein durch den Mittelpunkt gehender, den Durchmesser bildender, Steg 43 den Zündkanal 14 der pyrotechnische Auskoppelvorrichtung 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 Bleitriresorcinat, 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 Initiierungsenergie 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, beispielsweise 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 Anzündsystem 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 395 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 391-395 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 (10)

  1. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem für großkalibrige Munition, das mehrere hintereinanderliegende Explosivstoff (16) aufweisende Treibmodule (15) im Ladungsraum (10) der Munition umfasst wobei jedes Treibmodul (15) einen Zündkanal (14) aufweist und die Zündkanäle (14) aller Treibmodule (15) einen einzigen geradlinigen und durchgehenden Kanal für den Laserstrahl (23) bilden, und wobei in jedem Treibmodul (15) eine Auskoppelvorrichtung (18, 30, 301, 302, 391 - 395) für mindestens einen Teil (25) des Laserstrahls (23) angeordnet ist, die bei auftreffendem Laserstrahl (23) ein Anzünden des der Auskoppelvorrichtung (18, 30, 301, 302, 391-395) zugeordneten Treibmoduls (15) bewirkt.
  2. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig von jeder Auskoppelvorrichtung (18, 18', 391 - 395) ein Teil des Laserstrahls (23) bzw. -lichts ausgekoppelt wird.
  3. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppelvorrichtung (18) ein optisches Element ist, das einen Teil (25) des Laserstrahls (23) bzw. -lichtes auf den Explosivstoff (16) ablenkt.
  4. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppelvorrichtung ein pyrotechnisches Element (301, 302, 391 - 395) ist, auf das mindestens ein Teil des Laserstrahls (23) auftrifft, wodurch es angezündet wird, und seinerseits den Explosivstoff (16) des jeweiligen Treibmoduls (15) anzündet.
  5. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische bzw. pyrotechnische Auskoppelvorrichtung (18, 301, 302, 391 - 395) jeweils nur einen Teil des Laserstrahls (23) abschattet, so daß der übrige Teil des Laserstrahls (23) den jeweiligen Zündkanal (14) passieren kann.
  6. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung (30, 301, 302) ringförmig in den Zündkanal (14) hineinragt und erst nach Anzünden und teilweisem Abbrennen den Laserstrahl auf die Auskoppelvorrichtung des folgenden Treibmoduls (15) fallen läßt.
  7. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung (391 - 395) einen in die Kanalmitte hineinragenden Teil (31 - 45) aufweist, so daß alle Auskoppelvorrichtungen gleichzeitig von dem Laserstrahl erfaßt werden können.
  8. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Auskoppelvorrichtung (391 - 395) eine mit Explosivstoff beschichtete Folie ist.
  9. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkanal (14) kreisförmig ist.
  10. Laserinitiiertes simultanes Anzündsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, 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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