EP2700898B1 - Acceleration device for the acceleration of a projectile - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Beschleunigungsvorrichtung zum Beschleunigen eines Projektils mit einem Beschleunigungsrohr und einem Treibspiegel.The invention relates to an acceleration device for accelerating a projectile with an acceleration tube and a sabot.
Für die Untersuchung von Strukturkomponenten zum Beispiel im Bereich der Luft- und Raumfahrt werden Projektile in einem Beschleunigungsrohr beschleunigt und mit hoher Geschwindigkeit auf ein zu testendes Bauteil bzw. Zielobjekt geschossen. Hierzu werden die Projektile in dem Beschleunigungsrohr üblicherweise in einem so genannten Treibspiegel oder Sabot aufgenommen und mittels Gasdruck beschleunigt. Eine solche Beschleunigungsvorrichtung ist zum Beispiel in der
Bei herkömmlichen Beschleunigungsvorrichtungen wird der Gasdruck in einem Reservoir in Abhängigkeit von der gewünschten Zielgeschwindigkeit des Projektils eingestellt und über ein Ventil reproduzierbar auf das Projektil bzw. den Treibspiegel aufgebracht.In conventional accelerator devices, the gas pressure in a reservoir is adjusted as a function of the desired target speed of the projectile and applied to the projectile or sabot reproducibly via a valve.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Beschleunigungsvorrichtung zu schaffen, mit welcher höhere und/oder besser reproduzierbare Zielgeschwindigkeiten für die zu verschießenden Projektile erreicht werden können.The present invention has for its object to provide an improved acceleration device with which higher and / or better reproducible target speeds for the projectiles to be fired can be achieved.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beschleunigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an acceleration device having the features of claim 1. Particularly preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Beschleunigungsvorrichtung zum Beschleunigen eines Projektils gemäß der Erfindung weist ein Beschleunigungsrohr mit einer eine Beschleunigungsrichtung definierenden Längsachse und einen Treibspiegel mit einer Projektilaufnahme an seinem in der Beschleunigungsrichtung vorderen Ende zum Aufnehmen eines Projektils auf. Das Beschleunigungsrohr ist in seinem in der Beschleunigungsrichtung vorderen Endbereich mit einem Treibspiegelstopper zum Aufhalten des Treibspiegels versehen und an seinem in der Beschleunigungsrichtung hinteren Ende mit einer Druckerzeugungsvorrichtung gekoppelt. Erfindungsgemäß weist die Druckerzeugungsvorrichtung wenigstens zwei Ventile zum Einleiten eines Gases in eine Treibkammer, welche in dem Beschleunigungsrohr in Beschleunigungsrichtung hinter dem Treibspiegel gebildet ist, auf. Außerdem weist die Druckerzeugungsvorrichtung erfindungsgemäß eine Steuerungseinrichtung auf, welche ausgestaltet ist, um die wenigstens zwei Ventile im Wesentlichen synchron zueinander zu betätigen.The acceleration device for accelerating a projectile according to the invention comprises an acceleration tube having a longitudinal axis defining an acceleration direction and a sabot having a projectile receiver at its forward end in the direction of acceleration for receiving a projectile. The acceleration tube is in its in the acceleration direction front end portion provided with a sabot stopper for holding the sabot and coupled at its rear end in the acceleration direction with a pressure generating device. According to the invention, the pressure generating device has at least two valves for introducing a gas into a drive chamber formed in the acceleration tube in the acceleration direction behind the sabot. In addition, the pressure generating device according to the invention has a control device which is designed to operate the at least two valves substantially synchronously with one another.
Die Druckerzeugungsvorrichtung der Beschleunigungsvorrichtung weist wenigstens zwei Ventile, d.h. zwei, drei, vier oder mehr Ventile zum Einleiten eines Gases in eine Treibkammer, die in dem Beschleunigungsrohr in Beschleunigungsrichtung hinter dem Treibspiegel gebildet ist, auf. Diese Ventile sind im Wesentlichen synchron zueinander betätigbar. Die Verwendung von wenigstens zwei Ventilen ermöglicht ein gleichmäßigeres Einströmen des Gases in die Treibkammer von unterschiedlichen Stellen und somit einen gleichmäßigeren und schnelleren Druckaufbau. Durch die Verwendung von wenigstens zwei Ventilen für die Druckerzeugungsvorrichtung können somit in die Treibkammer ein höherer Gasdruck und/oder ein Gasdruck in kürzerer Zeit eingebracht werden. Als Ergebnis lassen sich höhere Zielgeschwindigkeiten und/oder Zielgeschwindigkeiten mit höherer Reproduzierbarkeit für das Projektil erzielen. Vorzugsweise können mit der so ausgestalteten Beschleunigungsvorrichtung Projektilgeschwindigkeiten im Bereich von etwa 20 m/s bis etwa 250 m/s und mehr erzielt werden, im Fall zum Beispiel von nicht-metallischen Treibspiegeln sogar von 500 m/s und mehr. Ebenso können größere und schwerere Projektile beschleunigt werden, bevorzugt mit Querschnittsflächen von bis zu 500 mm x 500 mm und mehr und/oder mit Massen von bis zu etwa 10 kg und mehr.The pressure generating device of the accelerator device has at least two valves, i. two, three, four or more valves for introducing a gas into a drive chamber formed in the acceleration tube in the acceleration direction behind the sabot on. These valves are essentially synchronously actuated. The use of at least two valves allows a more uniform flow of the gas into the drive chamber from different locations and thus a more uniform and faster pressure build-up. By using at least two valves for the pressure generating device can thus be introduced into the drive chamber, a higher gas pressure and / or a gas pressure in a shorter time. As a result, higher target speeds and / or target speeds can be achieved with higher reproducibility for the projectile. Preferably, with the accelerator device thus configured, projectile speeds in the range of about 20 m / s to about 250 m / s and more can be achieved, in the case of, for example, non-metallic propulsion levels even of 500 m / s and more. Likewise, larger and heavier projectiles can be accelerated, preferably with cross-sectional areas of up to 500 mm x 500 mm and more and / or with masses of up to about 10 kg and more.
Die "Projektilaufnahme" ist ein Bestandteil des Treibspiegels oder eine separate Komponente, welche fest oder lösbar mit dem Treibspiegel verbunden ist. Die Projektilaufnahme ist ausgebildet, um ein gewünschtes Projektil zumindest teilweise aufzunehmen und während der Beschleunigung im Beschleunigungsrohr in Position zu halten. Vorzugsweise wird das Projektil in der Projektilaufnahme leicht festgeklemmt bzw. fixiert, wahlweise entlang des gesamten Umfanges quer zur Beschleunigungsrichtung oder nur abschnittweise, um das Projektil während des Beschleunigens exakt zu positionieren und einen sauberen Ablösevorgang des Projektils vom Treibspiegel beim Anschlagen gegen den Treibspiegelstopper zu erzielen. Die Projektilaufnahme hat vorzugsweise eine Ausnehmung, in welcher das Projektil angeordnet werden kann. Die Tiefe der Ausnehmung in der Beschleunigungsrichtung kann kleiner, gleich oder größer als die Länge des Projektils in der Beschleunigungsrichtung sein.The "projectile receptacle" is a component of the sabot or a separate component which is fixedly or detachably connected to the sabot. The projectile mount is configured to at least partially receive a desired projectile and to hold it in position during acceleration in the accelerator tube. Preferably, the projectile in the projectile shooting becomes easy clamped or fixed, optionally along the entire circumference transverse to the direction of acceleration or only in sections, to accurately position the projectile during acceleration and to achieve a clean detachment of the projectile from the sabot when hitting the Treibspiegelstopper. The projectile receptacle preferably has a recess in which the projectile can be arranged. The depth of the recess in the direction of acceleration may be less than, equal to or greater than the length of the projectile in the direction of acceleration.
Unter einem "Treibspiegel", häufig auch als Sabot bezeichnet, soll in diesem Zusammenhang jede Art von Einrichtung verstanden werden, welche zwischen Projektil und Treibladung einsetzbar ist und geeignet ist, das Beschleunigungsrohr gegen die Treibgase abzudichten und das Projektil von den Treibgasen zu trennen. Die Geometrie der äußeren Mantelfläche des Treibspiegels ist dementsprechend an die Geometrie der inneren Mantelfläche des Beschleunigungsrohrs angepasst. Andererseits sind die genannten Mantelflächen so ausgestaltet, dass der Treibspiegel in dem Beschleunigungsrohr in der Beschleunigungsrichtung durch den Gasdruck der Treibgase bewegt werden kann. Die äußere Mantelfläche des Treibspiegels kann sich dabei über dessen gesamte Länge erstrecken, sie ist aber vorzugsweise in der Beschleunigungsrichtung nur abschnittweise an dem Treibspiegel vorgesehen, sodass die Gleitkontaktflächen zwischen Treibspiegel und Beschleunigungsrohr möglichst klein sind. Die innere Mantelfläche des Beschleunigungsrohrs und/oder die äußere Mantelfläche des Treibspiegels sind vorzugsweise derart bearbeitet und/oder beschichtet, dass der Reibwiderstand zwischen den beiden Mantelflächen möglichst gering ist. Der Treibspiegel ist einteilig oder mehrteilig ausgebildet. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Treibspiegel aus mehreren Lagen aufgebaut, die in der Beschleunigungsrichtung gestapelt und fest miteinander verbunden, vorzugsweise verklebt, vulkanisiert, verschweißt oder dergleichen verbunden sind. Der Treibspiegel ist ein massiver Körper oder hohl ausgestaltet. Der Treibspiegel weist eine Projektilaufnahme auf, um ein darin zumindest teilweise aufgenommenes Projektil in der gewünschten Ausrichtung bzw. Fluglage zu führen. Die Projektilaufnahme ist zu diesem Zweck an Form, Dimension und Fluglage des zu verschießenden Projektils angepasst oder vorzugsweise variabel anpassbar.Under a "sabot", often referred to as sabot, in this context, any type of device is to be understood, which is used between projectile and propellant and is suitable to seal the accelerating tube against the propellant gases and to separate the projectile from the propellant gases. The geometry of the outer surface of the sabot is accordingly adapted to the geometry of the inner circumferential surface of the acceleration tube. On the other hand, the aforementioned lateral surfaces are designed so that the sabot in the acceleration tube in the direction of acceleration can be moved by the gas pressure of the propellant gases. The outer surface of the sabot may extend over its entire length, but it is preferably provided only in sections in the direction of acceleration on the sabot, so that the sliding contact surfaces between the sabot and the acceleration tube are as small as possible. The inner lateral surface of the acceleration tube and / or the outer lateral surface of the sabot are preferably machined and / or coated such that the frictional resistance between the two lateral surfaces is as small as possible. The sabot is formed in one piece or in several parts. In one embodiment of the invention, the sabot is composed of several layers that are stacked in the direction of acceleration and firmly joined together, preferably glued, vulcanized, welded or the like. The sabot is a solid body or hollow designed. The sabot has a projectile mount to guide a projectile at least partially received therein in the desired orientation or attitude. The projectile recording is adapted for this purpose to the shape, dimension and attitude of the projectile to be fired or preferably variably adjustable.
Der "Treibspiegelstopper" ist ein Anschlag im vorderen Endbereich des Beschleunigungsrohrs, welcher beim Beschleunigungsvorgang des Projektils den beschleunigten Treibspiegel und die Projektilaufnahme im Beschleunigungsrohr zurückhält und das Projektil aufgrund seiner Massenträgheit weiter aus dem vorderen Ende des Beschleunigungsrohrs herausfliegen lässt. Der Treibspiegelstopper ist vollumfänglich oder nur abschnittweise an oder entlang der inneren Mantelfläche des Beschleunigungsrohrs vorgesehen. Der Treibspiegelstopper ist vorzugsweise zum zerstörungsfreien oder zerstörenden Aufhalten des Treibspiegels ausgestaltet. Der Treibspiegelstopper ist vorzugsweise fest mit dem Beschleunigungsrohr verbunden, bevorzugt mit diesem verschraubt oder verschweißt. Der Treibspiegelstopper ist in der Beschleunigungsrichtung des Projektils vorzugsweise im Wesentlichen auf Höhe der offenen vorderen Stirnseite des Beschleunigungsrohrs, vor der vorderen Stirnseite des Beschleunigungsrohrs und damit im Innern des Beschleunigungsrohrs oder der vorderen Stirnseite des Beschleunigungsrohrs vorgeschaltet und damit außerhalb des Beschleunigungsrohrs angeordnet. Die Durchgangsöffnung des Treibspiegelstoppers ist vorzugsweise entsprechend dem zu verschießenden Projektil ausgestaltet.The "sabot stopper" is a stop in the front end region of the acceleration tube, which retains the accelerated sabot and the projectile recording in the acceleration tube during the acceleration process of the projectile and the projectile due to its inertia further fly out of the front end of the acceleration tube. The sabot stopper is provided in full or only in sections on or along the inner circumferential surface of the acceleration tube. The sabot stopper is preferably designed for nondestructive or destructive stopping of the sabot. The sabot stopper is preferably fixedly connected to the acceleration tube, preferably screwed or welded thereto. The sabot stopper is preferably in the direction of acceleration of the projectile substantially at the level of the open front end side of the acceleration tube, upstream of the front end side of the acceleration tube and thus inside the acceleration tube or the front end side of the acceleration tube and thus arranged outside of the acceleration tube. The passage opening of the sabot stopper is preferably designed in accordance with the projectile to be fired.
Unter dem Begriff "Druckerzeugungsvorrichtung" soll in diesem Zusammenhang jede Art von Vorrichtung verstanden werden, die geeignet ist, in Beschleunigungsrichtung hinter dem Treibspiegel im Beschleunigungsrohr einen Druck aufzubauen, welcher den Treibspiegel mit dem Projektil in dem Beschleunigungsrohr in Beschleunigungsrichtung beschleunigt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um einen Gasdruck, der aus entsprechenden Druckgasbehältern über entsprechende Druckgasleitungen, in denen die genannten Ventile angeordnet sind, in das Beschleunigungsrohr eingebracht wird. Der Gasdruck wird dabei vorzugsweise an der hinteren Stirnseite des Beschleunigungsrohrs in dieses eingebracht, er kann aber zusätzlich oder alternativ auch an der Mantelfläche des Beschleunigungsrohrs eingebracht werden.The term "pressure generating device" in this context, any type of device to be understood, which is suitable to build up in the acceleration direction behind the sabot in the acceleration tube pressure that accelerates the sabot with the projectile in the acceleration tube in the direction of acceleration. This is preferably a gas pressure which is introduced from corresponding compressed gas containers via corresponding compressed gas lines, in which the said valves are arranged, into the acceleration tube. The gas pressure is preferably introduced into the rear end side of the acceleration tube in this, but it can also or alternatively be introduced on the lateral surface of the acceleration tube.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Beschleunigungsrohr an seinem in der Beschleunigungsrichtung hinteren Ende einen Befestigungsflansch auf und weist die Druckerzeugungsvorrichtung eine Ventilanschlussplatte auf, welche an dem Befestigungsflansch des Beschleunigungsrohrs montiert ist. Der Befestigungsflansch erstreckt sich vorzugsweise quer zur Beschleunigungsrichtung nach innen und/oder nach außen. Die Ventilanschlussplatte ist eine Platte, welche im Wesentlichen gasdicht mit dem Befestigungsflansch verbindbar ist, um das hintere Ende des Befestigungsrohrs zu verschließen. In der Ventilanschlussplatte sind vorzugsweise wenigstens zwei Öffnungen vorgesehen, an welche jeweils eine Druckgasleitung angeschlossen ist. Die Druckgasleitungen sind jeweils mit einem eigenen Druckgasbehälter oder mit einem gemeinsamen Druckgasbehälter verbunden und in den Druckgasleitungen ist jeweils ein Ventil angeordnet.In a preferred embodiment of the invention, the acceleration tube has a fastening flange at its rear end in the direction of acceleration and the pressure generating device has a valve connection plate which is mounted on the mounting flange of the accelerator tube. The attachment flange preferably extends inwards and / or outwards transversely to the direction of acceleration. The valve port plate is a plate which is substantially gas-tight connectable to the mounting flange to close the rear end of the mounting tube. In the valve connection plate, at least two openings are preferably provided, to each of which a compressed gas line is connected. The compressed gas lines are each connected to a separate compressed gas tank or a common compressed gas tank and in the compressed gas lines, a valve is arranged in each case.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Beschleunigungsrohr lösbar mit der Druckerzeugungsvorrichtung verbunden. Hierdurch besteht die Möglichkeit, das Beschleunigungsrohr auf einfache Weise auszutauschen und vorzugsweise als Wechselrohr auszubilden. Die Beschleunigungsvorrichtung kann so auf einfache Weise an das jeweilige zu verschießende Projektil angepasst werden, ohne für jede Projektilgeometrie eine eigene Beschleunigungsvorrichtung bereitstellen zu müssen. Mit einem Austausch des Beschleunigungsrohrs wird vorzugsweise auch der Treibspiegel ausgetauscht und durch einen an das zu verschießende Projektil angepassten Treibspiegel ersetzt.In a preferred embodiment of the invention, the acceleration tube is releasably connected to the pressure generating device. This makes it possible to exchange the acceleration tube in a simple manner and preferably form as a removable tube. The acceleration device can thus be adapted in a simple manner to the respective projectile to be fired, without having to provide a separate acceleration device for each projectile geometry. With an exchange of the acceleration tube, the sabot is preferably also replaced and replaced by a sabot adapted to the projectile to be fired.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Projektilaufnahme des Treibspiegels zum Aufnehmen eines Projektils mit einer polygonalen Querschnittsfläche quer zur Beschleunigungsrichtung ausgestaltet. Diese Maßnahme ermöglicht ein effektives und reproduzierbares Verschießen von nicht rotationssysmmetrischen Projektilen.In a further preferred embodiment of the invention, the projectile recording of the sabot is designed to receive a projectile with a polygonal cross-sectional area transversely to the direction of acceleration. This measure allows effective and reproducible firing of non-rotationally symmetric projectiles.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Beschleunigungsrohr eine polygonale innere Mantelfläche auf und weist der Treibspiegel eine polygonale äußere Mantelfläche derart auf, dass der Treibspiegel entlang der inneren Mantelfläche des Beschleunigungsrohrs gleiten kann. Die Geometrien des Treibspiegels und des Beschleunigungsrohrs können so (ebenfalls) an eine (nicht runde) Querschnittsform eines zu verschießenden Projektils angepasst werden. Es ist deshalb möglich, zum Beschleunigen eines nicht rotationssymmetrischen Projektils einen Treibspiegel und ein Beschleunigungsrohr jeweils mit möglichst kleiner Querschnittsfläche zu verwenden. Als Ergebnis werden zum Beschleunigen des Projektils geringere Gasdrücke benötigt bzw. können mit gleichem Gasdruck höhere Projektilgeschwindigkeiten erreicht werden bzw. können massereichere Projektile verschossen werden. Durch die Anpassung der Geometrien von Beschleunigungsrohr und Treibspiegel an ein nicht rotationssymmetrisches Projektil können auch genauere und besser reproduzierbare Geschwindigkeiten und Fluglagen für ein solches Projektil gewährleistet werden.In yet another preferred embodiment of the invention, the acceleration tube has a polygonal inner lateral surface and the sabot has a polygonal outer lateral surface such that the sabot can slide along the inner circumferential surface of the acceleration tube. The geometries of the sabot and the accelerating tube can be adapted (also) to a (not round) cross-sectional shape of a projectile to be fired. It is therefore possible to accelerate a non-rotationally symmetrical projectile a sabot and an acceleration tube each to be used with the smallest possible cross-sectional area. As a result, lower gas pressures are required to accelerate the projectile or higher projectile velocities can be achieved with the same gas pressure or more massive projectiles can be fired. By adapting the geometries of the acceleration tube and the sabot to a non-rotationally symmetrical projectile, it is also possible to ensure more accurate and better reproducible speeds and attitude for such a projectile.
Aufgrund der polygonalen inneren/äußeren Mantelflächen von Beschleunigungsrohr und Treibspiegel kann außerdem auf zusätzliche Maßnahmen (z.B. Führungsnuten, etc.) zur Verdrehsicherung des Treibspiegels verzichtet werden.Due to the polygonal inner / outer lateral surfaces of the acceleration tube and sabot, additional measures (for example guide grooves, etc.) for preventing rotation of the sabot can also be dispensed with.
Die Begriffe der "polygonalen Querschnittsfläche" und der "polygonalen inneren / äußeren Mantelfläche" umfassen in diesem Zusammenhang regelmäßige und unregelmäßige Polygone (bzw. Vielecke), gleichseitige Polygone und Polygone mit unterschiedlich langen Kanten, gleichwinklige Polygone und Polygone mit unterschiedlich großen Innenwinkeln, Polygone mit spitzen und mit abgerundeten Ecken, Polygone mit geradlinigen und mit konvex oder konkav gekrümmten Kanten. Zu den besonders bevorzugten Polygonen zählen in diesem Zusammenhang Quadrate und Rechtecke.The terms "polygonal cross-sectional area" and "polygonal inner / outer lateral surface" in this context include regular and irregular polygons (polygons), equilateral polygons and polygons with different lengths edges, polygonal equations and polygons with different internal angles, polygons with pointed and with rounded corners, polygons with rectilinear and with convex or concave curved edges. The most preferred polygons in this context include squares and rectangles.
Während die innere Mantelfläche des Beschleunigungsrohrs gemäß der Erfindung polygonal ist, ist die äußere Mantelfläche des Beschleunigungsrohrs grundsätzlich beliebig. Vorzugsweise ist aber auch die äußere Mantelfläche des Beschleunigungsrohrs polygonal und entspricht der inneren Mantelfläche, sodass das Beschleunigungsrohr über seinen gesamten Umfang eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke besitzt. Ferner hat das Beschleunigungsrohr vorzugsweise über seine gesamte Länge eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke. Außerdem hat das Beschleunigungsrohr vorzugsweise über seine gesamte Länge eine im Wesentlichen gleichmäßige Querschnittsform.While the inner circumferential surface of the acceleration tube according to the invention is polygonal, the outer surface of the acceleration tube is basically arbitrary. Preferably, however, the outer circumferential surface of the acceleration tube is polygonal and corresponds to the inner circumferential surface, so that the acceleration tube has a substantially uniform wall thickness over its entire circumference. Furthermore, the acceleration tube preferably has a substantially uniform wall thickness over its entire length. In addition, the acceleration tube preferably has a substantially uniform cross-sectional shape over its entire length.
Die polygonale innere Mantelfläche des Beschleunigungsrohrs ist vorzugsweise im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch ausgestaltet. Diese rechteckigen und quadratischen Querschnittsformen sind besonders einfach herzustellen. Entsprechendes gilt natürlich für die polygonale äußere Mantelfläche des Treibspiegels.The polygonal inner lateral surface of the acceleration tube is preferably substantially rectangular or square. These rectangular and square cross-sectional shapes are particularly easy to manufacture. The same of course applies to the polygonal outer surface of the sabot.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Projektilaufnahme und dem Treibspiegel wenigstens eine Metallplatte angeordnet. Das in der Projektilaufnahme aufgenommene Projektil kann sich so insbesondere während des Beschleunigungsvorganges gegen diese Metallplatte abstützen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich das Projektil während des Beschleunigungsvorganges im Beschleunigungsrohr in den Treibspiegel drückt und evt. sogar verformt. Außerdem soll diese wenigstens eine Metallplatte ein Fragmentieren des Treibspiegels beim Anschlagen gegen den Treibspiegelstopper verhindern. Die wenigstens eine Metallplatte ist vorzugsweise formstabil. Vorzugsweise wird für die wenigstens eine Metallplatte eine Platte aus einem Leichtmetall, bevorzugt Aluminium, oder einer Leichtmetalllegierung eingesetzt. Eine Metallplatte aus Leichtmetall erhöht das Gewicht des Treibspiegels nur geringfügig, sodass die zu beschleunigende Gesamtmasse durch diese Maßnahme nicht übermäßig erhöht wird.In yet another preferred embodiment of the invention, at least one metal plate is arranged between the projectile receptacle and the sabot. The projectile received in the projectile receptacle can thus be supported in particular against this metal plate during the acceleration process. In this way it can be prevented that the projectile presses during the acceleration process in the acceleration tube in the sabot and possibly even deformed. In addition, this is at least one metal plate to prevent fragmentation of the sabot when hitting the Treibspiegelstopper. The at least one metal plate is preferably dimensionally stable. Preferably, a plate made of a light metal, preferably aluminum, or a light metal alloy is used for the at least one metal plate. A metal plate made of light metal increases the weight of the sabot only slightly, so that the mass to be accelerated by this measure is not excessively increased.
In anderen Ausgestaltungen, bei denen der Treibspiegel zum Erzielen höherer Geschwindigkeiten des Projektils stärker beschleunigt werden soll, kann auf eine solche Metallplatte auch verzichtet werden. Es besteht dann die Möglichkeit, den Treibspiegel durch den entsprechend ausgestalteten Treibspiegelstopper in einer zerstörenden Weise im vorderen Endbereich des Beschleunigungsrohrs aufzuhalten und dabei kleinere und masseärmere Bruchstücke des Treibspiegels zu erzeugen.In other embodiments, where the sabot is to be more accelerated to achieve higher speeds of the projectile, can also be dispensed with such a metal plate. There is then the possibility of stopping the sabot by the appropriately designed sabot stopper in a destructive manner in the front end region of the acceleration tube and thereby to produce smaller and lower-mass fragments of the sabot.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Treibspiegel und/oder die Projektilaufnahme im Wesentlichen aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem Hartschaummaterial gebildet. Durch diese Maßnahme kann die im Beschleunigungsrohr zu beschleunigende Gesamtmasse relativ gering gehalten werden. Bei dem Kunststoffmaterial handelt es sich vorzugsweise um ein Polymer, bevorzugt um Polystyrol. In anderen Ausgestaltungen, wenn zum Beispiel niedrigere Geschwindigkeiten des Projektils gefordert werden, können der Treibspiegel und/oder die Projektilaufnahme im Wesentlichen aus einem metallischen Material, insbesondere einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung gefertigt sein.In a preferred embodiment of the invention, the sabot and / or the projectile receptacle are essentially formed from a plastic material, in particular a hard foam material. By this measure, the total mass to be accelerated in the acceleration tube can be kept relatively low. The plastic material is preferably a polymer, preferably polystyrene. In other embodiments, for example, where lower projectile speeds are required, the sabot and / or the projectile receiver may be essentially metallic Material, in particular a light metal or a light metal alloy to be made.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Beschleunigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2A und B
- einen Treibspiegel gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung für die in
Fig. 1 dargestellte Beschleunigungsvorrichtung in schematischer Längsschnittansicht und in schematischer Draufsicht; - Fig. 3A und B
- einen Treibspiegel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung für die in
Fig. 1 dargestellte Beschleunigungsvorrichtung in schematischer Längsschnittansicht und in schematischer Draufsicht; und - Fig. 4
- eine schematische Darstellung einer weiteren Beschleunigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 1
- a schematic representation of an acceleration device according to the present invention;
- FIGS. 2A and B
- a sabot according to a first embodiment of the invention for in
Fig. 1 shown acceleration device in a schematic longitudinal sectional view and in a schematic plan view; - FIGS. 3A and B
- a sabot according to a second embodiment of the invention for in
Fig. 1 shown acceleration device in a schematic longitudinal sectional view and in a schematic plan view; and - Fig. 4
- a schematic representation of another acceleration device according to the present invention.
In
Die Beschleunigungsvorrichtung 10 weist insbesondere ein Beschleunigungsrohr 12 auf, dessen Längsachse eine Beschleunigungsrichtung 14 definiert. In diesem Beschleunigungsrohr 12 kann ein Projektil 16 mit Hilfe eines Treibspiegels (bzw. Sabots) 18 in der Beschleunigungsrichtung 14 beschleunigt werden.The
Das Beschleunigungsrohr 12 hat ein hinteres Ende 20 und einen in Beschleunigungsrichtung 14 offenen vorderen Auslass 22.The
Die Querschnittsformen der inneren Mantelfläche 24 des Beschleunigungsrohrs 12 und der äußeren Mantelfläche 26 des Treibspiegels 18 können jeweils rund ausgestaltet sein (zum Verschießen von rotationssymmetrischen Projektilen 16) oder jeweils polygonal, vorzugsweise im Wesentlichen rechteckig ausgestaltet sein (zum Verschießen von nicht rotationssymmetrischen Projektilen 16). Dabei sind die Geometrien der inneren Mantelfläche 24 des Beschleunigungsrohrs 12 und der äußeren Mantelfläche 26 des Treibspiegels 18 so gewählt, dass der Treibspiegel 18 entlang der inneren Mantelfläche 24 des Beschleunigungsrohrs 12 gleiten kann.The cross-sectional shapes of the inner
Im Bereich des hinteren Endes 20 kann an der inneren Mantelfläche 24 des Beschleunigungsrohrs 12 ein nach innen ragender Anschlag 28 (vollumfänglich oder abschnittweise) vorgesehen sein. Der Anschlag 28 ist beispielsweise mit dem Beschleunigungsrohr 12 verschraubt oder verschweißt. Der Treibspiegel 18 kann gegen die Beschleunigungsrichtung 14 (nach links in
Im Bereich des Auslasses 22 ist an der inneren Mantelfläche 24 des Beschleunigungsrohrs 12 ein weiterer nach innen ragender Anschlag (vollumfänglich oder abschnittweise) als Treibspiegelstopper 30 vorgesehen. Dieser Treibspiegelstopper 30 ist beispielsweise mit dem Beschleunigungsrohr 12 verschraubt oder verschweißt.In the area of the
Der Treibspiegel 18 weist an seinem/seiner in der Beschleunigungsrichtung 14 vorderen Ende/Stirnseite (rechts in
Wie in
Das offene hintere Ende 20 des Beschleunigungsrohrs 12 ist mit einer Druckerzeugungsvorrichtung 34 gekoppelt. Zu diesem Zweck ist am hinteren Ende 20 des Beschleunigungsrohrs 12 ein Befestigungsflansch 36 vorgesehen, welcher quer zur Beschleunigungsrichtung 14 wahlweise nach innen und/oder nach außen ragen kann.The open
An diesen Befestigungsflansch 36 des Beschleunigungsrohrs 12 ist unter Zwischensetzen einer Dichtung 38 (optional) eine Ventilanschlussplatte 40 beispielsweise mittels Schraubverbindung 42 montiert. Durch die Schraubverbindung 42 ist die Druckerzeugungsvorrichtung 34 lösbar mit dem Beschleunigungsrohr 12 verbunden. Das Beschleunigungsrohr kann deshalb als Wechselrohr vorgesehen sein, sodass Beschleunigungsrohre 12 mit unterschiedlichen Querschnittsformen und -großen mit ein und derselben Druckerzeugungsvorrichtung 34 verwendet werden können.With the interposition of a seal 38 (optional), a
In der Ventilanschlussplatte 40 sind zwei Öffnungen 44 vorgesehen, in welche jeweils eine Druckgasleitung 46 mündet. Die Druckgasleitungen 46 sind jeweils mit einem Druckgasbehälter 48 verbunden. In den Druckgasleitungen 46 ist jeweils ein Ventil 50 angeordnet, vorzugsweise jeweils ein pneumatisches Koaxialventil.In the
Die Ventile 50 in den Druckgasleitungen 46 werden von einer Steuereinrichtung 52 angesteuert. Dabei sind die Ventile 50 und die Steuereinrichtung 52 so ausgestaltet, dass die beiden Ventile 50 synchron geöffnet werden können.The
In dem Ausführungsbeispiel von
Befindet sich der Treibspiegel 18 in seiner in
Die Funktionsweise dieser Beschleunigungsvorrichtung 10 ist wie folgt.The operation of this
Zunächst wird die Projektilaufnahme 32 an dem Treibspiegel 18 befestigt oder eine Einheit aus Treibspiegel 18 mit integrierter Projektilaufnahme 32 bereitgestellt. Anschließend wird ein zu verschießendes Projektil 16 unter leichter Klemmwirkung in die Projektilaufnahme 32 eingesetzt.First, the
Dann wird der mit dem Projektil 16 bestückte Treibspiegel 18 in seine in
Zum Starten des Beschleunigungsvorganges öffnet die Steuereinrichtung 52 die Ventile 50 in den Druckgasleitungen 46 synchron, sodass sich in der Treibkammer 54 hinter dem Treibspiegel 18 ein Gasdruck aufbaut, der durch den voreingestellten Druck in den Druckgasbehältern 48 bestimmt ist.To start the acceleration process, the
Wird der Treibspiegel 18 nun durch den in der Treibkammer 54 aufgebauten Gasdruck ausgehend von der in
Schließlich stößt der Treibspiegel 18 mit seiner Projektilaufnahme 32 im vorderen Endbereich des Beschleunigungsrohrs 12 gegen den Treibspiegelstopper 30. Aufgrund seiner Massenträgheit löst sich das Projektil 16 dabei aus der Projektilaufnahme 32 des Treibspiegels 18 und fliegt weiter in der Beschleunigungsrichtung 14 aus dem Auslass 22 des Beschleunigungsrohrs 12 heraus auf ein zu untersuchendes Zielobjekt 56.Finally, because of its inertia, the projectile 16 disengages from the
Beim Abbremsen des Treibspiegels 18 an dem Treibspiegelstopper 30 verhindert die Metallplatte 33 ein Fragmentieren des Treibspiegels 18 und ein Abgehen von entsprechenden Teilstücken in der Beschleunigungsrichtung 14. Der Treibspiegelstopper 30 ist dabei so ausgestaltet, dass auch die Projektilaufnahme 32 zurückgehalten wird und ausschließlich das Projektil 16 aus dem Beschleunigungsrohr 12 heraus fliegt, ohne dass es durch den Treibspiegel 18 oder dessen Projektilaufnahme 32 in seiner Fluglage gestört wird.When braking the
In einer speziellen Ausführungsform ist die Projektilaufnahme 32 zum Aufnehmen nicht rotationssymmetrischer Projektile 16 ausgestaltet. Zu diesem Zweck weist sie eine Aussparung mit einer polygonalen Querschnittsform quer zur Beschleunigungsrichtung 14 auf. Die innere Mantelfläche 24 des Beschleunigungsrohrs 12 weist ebenfalls eine polygonale Querschnittsform auf. Diese ist an die Querschnittsform des Projektils 16 angepasst und möglichst klein gewählt. Die äußere Mantelfläche 26 des Treibspiegels 18 besitzt eine polygonale Querschnittsform, die jener der inneren Mantelfläche 24 des Beschleunigungsrohrs 12 entspricht.In a specific embodiment, the
Je nach konkreter Geometrie des zu verschießenden Projektils 16 sind diesbezüglich verschiedene Ausführungsformen denkbar, von denen anhand der
In dem Ausführungsbeispiel der
Wie in
Der Treibspiegel 18 (58-62) ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Hartschaum, zum Beispiel Polystyrol, hergestellt und damit von relativ geringem Gewicht. Dabei ist der Treibspiegel 18 bevorzugt in Beschleunigungsrichtung 14 aus mehreren Lagen zusammengesetzt, die fest miteinander verbunden sind.The sabot 18 (58-62) is made in this embodiment of a rigid foam, for example polystyrene, and thus of relatively low weight. In this case, the
Die hinteren und vorderen Randteile 58, 60 des Treibspiegels 18 sind vorzugsweise mit einem Gewebeband umwickelt, um einen günstigen Reibwiderstand zur inneren Mantelfläche 24 des Beschleunigungsrohrs zu erreichen. Alternativ können die Randteile 58, 60 auch mit einer den Reibwiderstand reduzierenden Beschichtung versehen sein.The rear and
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Projektil 16 vollständig in der Projektilaufnahme 32 aufgenommen. Alternativ kann das Projektil 16 auch in der Beschleunigungsrichtung 14 etwas aus der Projektilaufnahme 32 heraus ragen. Die Aussparung in der Projektilaufnahme 32 ist im Querschnitt quer zur Beschleunigungsrichtung 14 bevorzugt etwas kleiner ausgestaltet als das Projektil 16, sodass das Projektil 16 in der Projektilaufnahme 32 exakt positioniert und leicht eingeklemmt werden kann. Hierdurch kann eine genaue und reproduzierbare Fluglage des Projektils 32 gewährleistet werden.In this exemplary embodiment, the projectile 16 is completely accommodated in the
Die Projektilaufnahme 32 ist bevorzugt ebenfalls aus einem Hartschaum, zum Beispiel Polystyrol, hergestellt. Die Querschnittsformen der Metallplatte 33 und der Projektilaufnahme 32 entsprechen jeweils im Wesentlichen der Querschnittsform des Zwischenkörpers 62 des Treibspiegels 18.The
Wie in
Aufgrund der relativ kleinen Querschnittsfläche des Treibspiegels 18 und der oben beschriebenen Druckerzeugungsvorrichtung 34 mit mehreren synchron betätigten Ventilen 50 können höhere Zielgeschwindigkeiten für das Projektil 16 (bis zu 250 m/s oder sogar 500 m/s und mehr) erzielt werden und können größere und/oder schwerere Projektile (bis zu 10 kg und mehr) verschossen werden.Due to the relatively small cross-sectional area of the
In dem Ausführungsbeispiel von
Um das Reifenteil 16 auch in dieser Ausrichtung während des Beschleunigungsvorganges positionsgenau halten zu können, ist die Projektilaufnahme 32 in Beschleunigungsrichtung 14 länger ausgebildet. Um den gesamten Treibspiegelkomplex 18, 32 nicht zu sehr zu vergrößern, ist das vordere Randteil 60, welches einen Teil der äußeren Mantelfläche 26 des Treibspiegels 18 bildet, nun Bestandteil der Projektilaufnahme 32. Zudem ist die Aluminiumplatte 33 in Beschleunigungsrichtung 14 hinter dem vorderen Randteil 60 angeordnet. Schließlich kann auch der Zwischenkörper 62 des Treibspiegels 18 in Beschleunigungsrichtung etwas kürzer ausgebildet werden als im obigen Ausführungsbeispiel von
Wie deutlich in
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Beschleunigungsvorrichtung 10 auch zum Verschießen von rotationssymmetrischen Projektilen 16 benutzt werden kann. In diesem Fall sind die oben genannten polygonalen Querschnittsformen vorzugsweise jeweils rund bzw. kreisförmig ausgebildet.It should be expressly pointed out at this point that the
Bezug nehmend auf
Wie in
Aus einem Vergleich der
Eine weitere Modifikation gegenüber
Zu diesem Zweck ist der Treibspiegelstopper 72 zum Beispiel mit einem Winkel 74 ausgestaltet, der von dem (teil-)umfänglichen Anschlag in Richtung zum beschleunigten Treibspiegel 18 ragt. Der Treibspiegel 18 ist in diesem Fall bevorzugt nicht metallisch und ohne die oben beschriebenen Metallplatten ausgestaltet. Durch den gewinkelten Anschlag des Treibspiegelstoppers 72 wird der Treibspiegel 18 beim Auftreffen auf diesen zerstört und in kleine und möglichst massearme Bruchstücke zerlegt. Wie in
Claims (5)
- An acceleration apparatus (10) for accelerating a projectile (16), comprising an acceleration tube (12) having a longitudinal axis defining a direction of acceleration (14), a pressure generating device (34), and a sabot (18) having a projectile receiver (32) for receiving a projectile (16) at its forward end in the direction of acceleration (14), wherein said acceleration tube (12) comprises a sabot stopper (30, 72) for stopping said sabot (18) at its front end portion in the direction of acceleration and is coupled to said pressure generating device (34) at its rear end in the direction of acceleration, and
wherein a drive chamber (54) is formed in said acceleration tube (12) behind said sabot (18) in the direction of acceleration,
characterized in that
said pressure generating device (34) comprises at least two valves (50) for introducing a gas into said drive chamber (54), and
said pressure generating device (34) comprises a control means (52) which is configured to actuate said at least two valves (50) synchronously with one another. - The acceleration apparatus according to claim 1,
characterized in that
said acceleration tube (12) comprises a mounting flange (36) at its rear end (20) in the direction of acceleration (14); and
said pressure generating device (34) comprises a valve connection plate (42) which is mounted on said mounting flange (36) of said acceleration tube (12). - The acceleration apparatus according to any one of preceding claims,
characterized in that
said acceleration tube (12) is detachably connected to said pressure generating device (34). - The acceleration apparatus according to any one of preceding claims,
characterized in that
said projectile receiver (32) of said sabot (18) is configured to receive a projectile (16) having a polygonal cross-sectional area transverse to the direction of acceleration (14). - The acceleration apparatus according to any one of preceding claims,
characterized in that
said acceleration tube (12) has a polygonal inner lateral surface (24); and
said sabot (18) has a polygonal outer lateral surface (26) such that said sabot (18) can slide along said inner lateral surface (24) of said acceleration tube (12).
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