EP1092942A2 - Einrichtung zur Beschleunigung eines Projektils - Google Patents

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EP1092942A2
EP1092942A2 EP00121992A EP00121992A EP1092942A2 EP 1092942 A2 EP1092942 A2 EP 1092942A2 EP 00121992 A EP00121992 A EP 00121992A EP 00121992 A EP00121992 A EP 00121992A EP 1092942 A2 EP1092942 A2 EP 1092942A2
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EP
European Patent Office
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fuel mass
fuel
projectile
plasma generator
masses
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Withdrawn
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EP00121992A
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English (en)
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EP1092942A3 (de
Inventor
Sönke Bleickert
Heike Hopf
Fritz Schedlbauer
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.)
Diehl Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl Munitionssysteme GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C19/00—Details of fuzes
    • F42C19/08—Primers; Detonators
    • F42C19/0823—Primers or igniters for the initiation or the propellant charge in a cartridged ammunition
    • F42C19/0826—Primers or igniters for the initiation or the propellant charge in a cartridged ammunition comprising an elongated perforated tube, i.e. flame tube, for the transmission of the initial energy to the propellant charge, e.g. used for artillery shells and kinetic energy penetrators
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C19/00—Details of fuzes
    • F42C19/08—Primers; Detonators
    • F42C19/0811—Primers; Detonators characterised by the generation of a plasma for initiating the charge to be ignited

Definitions

  • the invention relates to a device for accelerating a projectile Use of a plasma generator and with distribution of a plasma arc in one Fuel mass.
  • DE 44 40 829 A1 discloses an annular plasma injection device a fuel mass that has a supply connection for supplying a sufficient Possesses energy to generate a plasma and thereby a projectile accelerate in a gun barrel.
  • This device has means for Directing the energy to a first and a second connection terminal and is set up to distribute a plasma arc in the fuel mass.
  • the In this device energy is supplied via a so-called power supply rod, which is introduced centrally into the only fuel mass.
  • the front one Part of the rod as an anode and the rear one arranged on the power supply Part of the rod is designed as a cathode.
  • To the power supply rod there is a membrane-like element in a ring.
  • this membrane-like element evaporates and sufficient Gas conductivity then enables the formation of a plasma between the front anode and the rear cathode in a ring around the Energy supply rod.
  • the annular plasma arc develops accordingly along the energy supply rod.
  • the resulting plasma is essentially stable and delivers a higher performance profile than that of a typical fixed ignition wire.
  • the blowing agent components different geometries and different chemical compositions, to achieve the desired indoor ballistic behavior.
  • Propellant components can be both conventional and also trade in LOVA blowing agents.
  • the ignition of the fuel masses in the cargo space for example one Gun barrel, done via a plasma generator with very high effectiveness.
  • An essential factor for the targeted ignition of the fuel mass or the propellant charge and thus for the control of indoor ballistic behavior forms the arrangement and design of the entire ignition unit.
  • the plasma generator placed centrally in the first charge mass has decisive ones Advantages compared to conventional powder ignition.
  • the Plasma generator releases radiation in a relatively large area, which means that the fuel mass is lit and overall a smooth burn-up curve can be seen.
  • the plasma generator in the first or rear fuel mass there is a very even combustion of the Masses of fuel and therefore better and more even floor acceleration.
  • the plasma generator 1 extends from the bottom 7 of the cartridge chamber 5 as a rod-shaped element centrally in the rear fuel mass 2.
  • the plasma generator is in the usual way with a power supply connection 8 provided.
  • the rear fuel mass 2 is in the form of a pot and filled as a bulk charge in the interior of the cartridge chamber 5.
  • the pot-shaped fuel mass 2 has a relatively thick base area 9 and a relatively thin-walled cylinder region 10.
  • the front fuel mass 3 or the propellant component 3 is rod-like trained and arranged radially around the projectile 4. This front mass of fuel 3 is compressed to a greater extent than the rear fuel mass 2.
  • the fuel masses 2 and 3 are initiated via the plasma generator 1 with very high effectiveness. Due to the special arrangement of the plasma generator in the central rear area of the chamber 5, the two Fuel masses 2 and 3 ignited in a targeted manner, as a result of which the predetermined combustion behavior and thereby the internal ballistic behavior of fuel mass and projectile is reached. This means that an essential factor for targeted Ignition of propellant components 2 and 3 and thus for the control the arrangement and interpretation of the internal ballistic behavior Entire ignition unit from plasma generator 1 and fuel masses 2 and 3 forms. Burns when the rear fuel mass 2 is ignited by the plasma generator first the fuel mass 2 in parts. This increases the inner cargo space in which the fuel masses 2 and 3 are located. If this cargo space 2 increases due to the beginning of the burning of the rear Fuel mass 2, then the front fuel mass 3 is ignited, whose released energy is the energy of the fuel mass 2 for acceleration of the projectile effectively supported.

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Abstract

Mit der Erfindung wird eine Einrichtung zur Beschleunigung eines Projektils (4) unter Einsatz eines Plasmagenerators (1) und der Verteilung eines Plasmabogens in einer Brennstoffmasse vorgeschlagen, bei dem der Plasmagenerator (1) stabförmig ausgebildet ist und zentral in das rückwärtige Ende einer ersten Brennstoffmasse (2) eingeführt ist, an die im vorderen Bereich eine zweite Brennstoffmasse (3) angeschlossen ist. Die beiden Brennstoffmassen (2,3) besitzen unterschiedliche chemische Zusammensetzungen und verschiedenartige geometrische Formgebungen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beschleunigung eines Projektils unter Einsatz eines Plasmagenerators und mit Verteilung eines Plasmabogens in einer Brennstoffmasse.
Die DE 44 40 829 A1 offenbart eine ringförmige Plasmainjektionsvorrichtung mit einer Brennstoffmasse, die einen Versorgungsanschluß zum Zuführen einer ausreichenden Energie besitzt, um ein Plasma zu erzeugen und dadurch ein Projektil in einem Waffenrohr zu beschleunigen. Diese Vorrichtung besitzt Mittel zum Richten der Energie an einer ersten und an einer zweiten Anschlußklemme und ist eingerichtet zur Verteilung eines Plasmabogens in der Brennstoffmasse. Die Energiezufuhr erfolgt bei dieser Vorrichtung über einen sog. Leistungszuführstab, der zentral in die einzige Brennstoffmasse eingeführt ist. Dabei ist der vordere Teil des Stabes als Anode und der an der Leistungsversorgung angeordnete rückwärtige Teil des Stabes als Kathode ausgebildet. Um den Leistungszuführstab befindet sich ringförmig ein membranhaftes Element. Wenn nun der Strompfad genügend ausgebildet ist, verdampft dieses membranhafte Element und eine ausreichende Gasleitfähigkeit ermöglicht dann die Ausbildung eines Plasmas zwischen der vorderen Anode und der rückwärtigen Kathode ringförmig um den Energiezuführstab. Der ringförmige Plasmabogen entwickelt sich demzufolge entlang dem Energiezuführstab. Das entstehende Plasma ist im wesentlichen stabil und liefert ein höheres Leistungsprofil als das eines typischen festen Zünddrahtes.
Eine weitere, ähnlich der vorstehend beschriebenen Einrichtung aufgebaute Vorrichtung zur Beschleunigung eines Projektils ist in der US 4,974,487 beschrieben. Das Projektil wird in diesem Fall in einem Waffenrohr durch einen Plasmastrahl, der eine Flüssigtreibladung zündet, beschleunigt. Der Plasmastrahl wird von einer Struktur abgeleitet, die eine Kapillare formt. Das Plasma wird hier erzeugt durch Anlage einer Spannung von einer Energieeinheit zu den Elektroden an den beiden sich gegenüberliegenden Enden der Kapillare.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Beschleunigung eines Projektils unter Einsatz eines Plasmagenerators zu schaffen, die weiter verbessert ist und eine Steigerung der Mündungsenergie des Projektils erzeugt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei einem gegebenen Ladungsraum wird unter Verwendung der beiden unterschiedlichen Brennstoffmassen bzw. Treibmittelkomponenten ein geometrisch vorbestimmter Ladungsaufbau realisiert. Dabei haben die Treibmittelkomponenten verschiedene Geometrien und unterschiedlich chemische Zusammensetzungen, um das gewünschte innenballistische Verhalten zu erreichen. Bei den verwendeten Treibladungskomponenten kann es sich sowohl um konventionelle als auch im LOVA-Treibmittel handeln.
Die Anzündung der Brennstoffmassen im Ladungsraum, beispielsweise eines Waffenrohres, erfolgt über einen Plasmagenerator mit sehr hoher Wirksamkeit. Ein wesentlicher Faktor für eine gezielte Anzündung der Brennstoffmasse bzw. der Treibladung und damit für die Steuerung des innenballistischen Verhaltens bildet die Anordnung und die Auslegung der gesamten Zündeinheit.
In Versuchen wurde eine Leistungssteigerung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung von 7 bis 10 % nachgewiesen. Unter Berücksichtigung dieser in Versuchen erzielten Ergebnisse erscheint das Erreichen einer Mündungsenergie von etwa 16 MJ bei weiterer Optimierung durchaus realisierbar. Die für eine solche hohe Mündungsenergie notwendige elektrische Energie für die Anzündung liegt dann bei ca. 300 kJ, wobei die Ladedichte der Brennstoffmasse etwa Eins beträgt.
Der zentral in die erste Ladungsmasse eingesetzte Plasmagenerator hat entscheidende Vorteile gegenüber einer konventionellen Pulveranzündung. Durch den Plasmagenerator wird eine Strahlung in einem relativ großen Umkreis frei, wodurch die Brennstoffmasse angezündet wird und insgesamt eine glatte Abbrandkurve zu erkennen ist. Durch diesen Einsatz des Plasmagenerators in die erste bzw. hintere Brennstoffmasse erfolgt eine sehr gleichmäßige Verbrennung der Brennstoffmassen und dadurch eine bessere und gleichmäßigere Geschoßbeschleunigung.
Durch die beiden hintereinander angeordneten Brennstoffmassen bzw. Treibmittelkomponenten erfolgt bei Zündung durch den Plasmagenerator zunächst ein erster Abbrand der hinteren Brennstoffmasse. Dadurch wird der freie Ladungsraum insgesamt vergrößert, so daß auch bei Zündung der vorderen Brennstoffmasse deren freiwerdende Energie gegen das Projektil wirkt.
In der Figur ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt.
In der schematisch dargestellten Einrichtung zur Beschleunigung eines Projektils 4, das in dem Beispielsfall als ein flügelstabilisiertes Geschoß ausgebildet ist, ist mit 5 das Patronenlager bzw. der Ladungsraum und mit 6 das Waffenrohr bezeichnet. Vom Boden 7 des Patronenlagers 5 erstreckt sich der Plasmagenerator 1 als stabförmiges Element zentral in die rückwärtige Brennstoffmasse 2. Der Plasmagenerator ist dabei in üblicher Weise mit einem Leistungsversorgungsanschluß 8 versehen. Die rückwärtige Brennstoffmasse 2 ist in Topfform ausgebildet und als Schüttladung in den Innenraum des Patronenlagers 5 eingefüllt. Entsprechend der Darstellung weist die topfförmige Brennstoffmasse 2 einen relativ dicken Bodenbereich 9 und einen dazu im Verhältnis dünnwandigen Zylinderbereich 10 auf.
Die vordere Brennstoffmasse 3 bzw. die Treibmittelkomponente 3 ist stangenartig ausgebildet und radial um das Projektil 4 angeordnet. Diese vordere Brennstoffmasse 3 ist höher verdichtet als die rückwärtige Brennstoffmasse 2.
Die Initiierung der Brennstoffmassen 2 und 3 erfolgt über den Plasmagenerator 1 mit sehr hoher Wirksamkeit. Durch die besondere Anordnung des Plasmagenerators im zentralen rückwärtigen Bereich des Patronenlagers 5 werden die beiden Brennstoffmassen 2 und 3 gezielt angezündet, wodurch das vorbestimmte Abbrandverhalten und dadurch das innenballistische Verhalten von Brennstoffmasse und Projektil erreicht wird. Dies bedeutet, daß ein wesentlicher Faktor für die gezielte Anzündung der Treibmittelkomponenten 2 und 3 und damit für die Steuerung des innenballistischen Verhaltens die Anordnung und die Auslegung der gesamten Zündeinheit aus Plasmagenerator 1 und Brennstoffmassen 2 und 3 bildet. Bei Zündung der hinteren Brennstoffmasse 2 durch den Plasmagenerator verbrennt zunächst die Brennstoffmasse 2 in Teilen. Dadurch vergrößert sich der innere Ladungsraum, in dem sich die Brennstoffmassen 2 und 3 befinden. Wenn sich dieser Ladungsraum 2 vergrößert durch den beginnenden Abbrand der rückwärtigen Brennstoffmasse 2, dann wird die vordere Brennstoffmasse 3 gezündet, deren freiwerdende Energie die Energie der Brennstoffmasse 2 zur Beschleunigung des Projektils wirkungsvoll unterstützt.

Claims (7)

  1. Einrichtung zur Beschleunigung eines Projektils mit Einsatz eines Plasmagenerators und Verteilung eines Plasmabogens in einer Brennstoffmasse,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Plasmagenerator (1) stabförmig ausgebildet und zentral in das rückwärtige Ende einer ersten Brennstoffmasse (2) eingeführt ist, an die im vorderen Bereich eine zweite Brennstoffmasse (3) angeschlossen ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Brennstoffmassen (2, 3) unterschiedliche chemische Zusammensetzungen und verschiedene geometrische Formgebungen aufweisen.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die hintere Brennstoffmasse (2) topfförmig mit einem relativ dicken Boden (9) gestaltet ist, in deren Innenraum die vordere Brennstoffmasse (3) eingesetzt ist, die das Projektil (4) radial vollständig umhüllt.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die hintere Brennstoffmasse (2) als Schüttladung ausgebildet ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die vordere Brennstoffmasse (3) stangenartig ausgebildet und höher verdichtet ist als die hintere Brennstoffmasse (2).
  6. Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Brennstoffmassen aus konventionellen oder LOVA-Treibmitteln gebildet sind.
  7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ladedichte der Brennstoffmassen (2, 3) etwa Eins beträgt.
EP00121992A 1999-10-15 2000-10-10 Einrichtung zur Beschleunigung eines Projektils Withdrawn EP1092942A3 (de)

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