ES2202963T3 - Freno de boca en el cañon de un arma con cañon, en especial en un cañon de una aeronave. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN EQUIPO EN EL CAÑON DE UN ARMA DE TUBO, ESPECIALMENTE EN UN CAÑON DE UN VEHICULO AEREO, CONTENIENDO UNA BOTELLA DISPUESTA EN EL EXTREMO DEL LADO DE BOCA DEL CAÑON POR MEDIO DE UN ELEMENTO SOPORTE, QUE SIRVE PARA LA RECEPCION DE UNA ONDA DE CHOQUE EN LA BOCA DEL CAÑON. LA BOTELLA TIENE UNA ABERTURA POSTERIOR Y EN LA DIRECCION DE DISPARO A CONTINUACION UNA ABERTURA DELANTERA A TRAVES DE LA CUAL EL PROYECTIL DISPARADO DEJA LA BOTELLA. EL OBJETIVO DE LA INVENCION ES, CON PREFERENCIA EN VEHICULOS AEREOS, LA REDUCCION CONSIDERABLE DE LA CARGA DE ONDA DE CHOQUE Y TAMBIEN LA FUERZA DE IMPACTO DE RETROCESO DEL ARMA DE TUBO CONTRA LA ESTRUCTURA O EL EQUIPAMIENTO DEL VEHICULO AEREO. ESTE OBJETIVO SE CONSIGUE DE TAL MODO, QUE LA BOTELLA (4) FORMA UN ESPACIO DE BOTELLA (H) EN LA DIRECCION DE DISPARO (S R ) DESPUES DE LA BOCA (2). LA BOTELLA (4) ESTA DISPUESTA EN ARRASTRE DE FORMA EN LA ZONA DE LA BOCA (2) EN EL CAÑON (1) Y EN LA ABERTURA DELANTERA (4.1) DE LA BOTELLA (4) SE UTILIZA UN TUBO DISTRIBUIDOR DE IMPACTO (5) QUE DISCURRE EN LA DIRECCION DE DISPARO, QUE SE ELEVA EN UN EXTREMO HACIA EL ESPACIO DE BOTELLA (H) FORMADO POR MEDIO DE LA BOTELLA (4).

Description

Freno de boca en el cañón de un arma con cañón, en especial en un cañón de una aeronave.

El invento se refiere a un dispositivo en el cañón de un arma con cañón, en especial en un cañón de un vehículo aeronáutico, que comprende un tubo envolvente dispuesto con medios de sujeción en el extremo de la boca del cañón, que sirve para absorber la onda de choque en la boca del cañón, al mismo tiempo, que el tubo envolvente posee un orificio trasero y a continuación en la dirección de tiro un orificio delantero por el que un proyectil disparado abandona el tubo envolvente.

Cuando se dispara un proyectil a través de un cañón se libera, además de la fuerza de retroceso, en la boca del tubo del cañón una onda de choque, que da lugar a una presión acústica enorme. Todas las estructuras del vehículo aeronáutico, respectivamente los equipos dispuestos allí, como por ejemplo el sistema de sensores, se someten a esfuerzos dinámicos grandes.

Para reducir los efectos de la onda de choque se combinó, de acuerdo con el estado de la técnica, un freno de boca conocido con un tubo envolvente conocido como "acumulador de ondas de choque". Dado que este tubo envolvente es denominado en el ámbito técnico "botella", respectivamente "blasbottle", se adopta en lo que sigue el concepto de botella en el sentido de utilizar un término unívoco.

El documento DE 39 40 807 A1 describe una botella de esta clase como un dispositivo de protección para reducir los efectos de una onda de choque y de la fuerza de retroceso al disparar un cañón, en especial instalado en un vehículo aeronáutico.

La solución expuesta en él parte del hecho de que el tubo del cañón está rodeado en su zona final por una botella, de manera, que se forme un espacio intermedio entre el tubo del cañón y la botella. La botella posee en su extremo delantero un freno de boca con construcción conocida con un orificio para el paso del proyectil disparado y medios (álabes) para desviar los gases del disparo en la dirección opuesta a la del disparo. En el extremo trasero de la botella está dispuesto otro orificio para evacuar los gases del disparo. En el dispositivo de protección descrito sólo se capta una parte de la onda de choque. La magnitud de la parte captada de la onda de choque depende del dimensionado del freno de boca. Esta parte es limitada en gran medida por los orificios de paso relativamente estrechos. Con los medios de cambio de sentido se desvía la parte captada de la onda de choque hacia la botella, es decir, que es conducida, en el sentido contrario al del disparo, a la cámara posterior de la botella y escapa aquí después de tan solo una pasada por el orificio trasero de la botella. Una parte considerable de la onda de choque abandona el tubo del cañón por la boca delantera y sigue creando esfuerzos dinámicos no deseados en el estructura del vehículo aeronáutico.

Si bien con la solución descrita se obtiene un efecto deseado, la eficacia del dispositivo de protección puede ser mejorada considerablemente. Los efectos de amortiguación posible no son aprovechados de forma óptima.

El objeto del invento es reducir considerablemente, con preferencia en los vehículos aeronáuticos, los esfuerzos debidos a las ondas de choque y también la fuerza de retroceso del arma con cañón con relación a la estructura o al equipamiento del vehículo aeronáutico.

Este problema se soluciona de acuerdo con las características de la reivindicación 1.

El espacio para la botella abarcado por la botella está dispuesto esencialmente a continuación, en el sentido de tiro, de la boca del tubo del cañón.

La botella está colocada sobre la boca del tubo del cañón con su orificio trasero visto en la dirección de tiro. Con ello, el orificio trasero de la botella y el orificio delantero de la botella se hallan en la dirección de tiro, es decir sobre el eje de tiro. Un medio de sujeción, que rodea el tubo del cañón, soporta la botella y posiciona el orificio trasero de la botella con unión cinemática de forma en la boca del tubo del cañón. Los esfuerzos, que se producen en la reflexión del choque en el extremo delantero de la botella, son transmitidos por la pared de la botella al soporte de la botella y no a través de tabiques interiores como en el caso del freno de boca según el documento DE 39 40 807 A1. Con ello es posible una expansión máxima del impulso principal desde la boca del tubo.

La botella soporta con su orificio delantero un tubo divisor del impulso posicionado igualmente en la dirección de tiro, que penetra con su orificio interior en la cámara de la botella. Orificio interior quiere decir, que este orificio del tubo divisor del impulso está dispuesto en el interior de la cámara de la botella. El tubo divisor del impulso subdivide con su orificio situado en el interior la cámara de la botella en dos partes (cámaras), es decir una cámara de expansión dispuesta entre el orificio situado en el interior del tubo divisor del impulso y la boca del tubo del cañón y una cámara ciega, que equivale a una cámara situada a continuación, que posee la longitud del tubo divisor del impulso existente en la cámara de la botella.

El paso libre en la cámara de expansión tiene la ventaja de que el gas (onda de choque), que sale del tubo del cañón se puede expansionar inmediatamente de forma explosiva en un espacio relativamente grande (la cámara de expansión). No se producen limitaciones debidas a ranuras de entrada estrechas o al desvío obligado inmediato por medio de un cambio de sentido. La cámara de expansión también se podría extender ligeramente hacia atrás por encima de la boca del tubo del cañón y contra la dirección de tiro para poder modificar el instante de una segunda reflexión.

El gas se expande adicionalmente, siguiendo la dirección de expansión natural, en la cámara ciega con independencia de la parte lo más pequeña posible de gas, que sale directamente a través del orificio interior del tubo divisor del impulso. La cámara ciega posee un orificio de entrada relativamente grande. La forma de la cámara ciega puede ser configurada sin problemas estrechándose hacia delante, con lo que, si bien se acorta ligeramente su longitud eficaz (el impulso entrante es enfocado), apenas se merma la eficacia.

Por medio del tubo divisor del impulso, que penetra en la cámara de la botella, se aísla una parte pequeña del primer impulso antes de que los impulsos reflejados en la pared de la cámara de expansión amplifiquen este impulso. El orificio del tubo divisor del impulso debería ser los más pequeño posible, de manera, que garantice de forma justa el paso libre del proyectil. Paso libre significa, que el proyectil puede atravesar el tubo divisor del impulso sin que se produzca un aprisionamiento entre el proyectil y el tubo divisor del impulso. Con ello se puede influir en la intensidad del primer impulso en el orificio exterior (el orificio situado exteriormente a la cámara de la botella) del tubo divisor del impulso y reducir los esfuerzos, que actúan sobre la estructura del vehículo aeronáutico. El diámetro del tubo divisor del impulso se podría ensanchar, sin embargo, en caso necesario en la dirección hacia el orificio exterior, para hacer posible una libertad de paso para proyectiles con movimiento pendular.

Con el invento se consigue, que tanto la fuerza de retroceso del arma, como también la onda de choque se reduzcan de forma manifiesta con relación al estado de la técnica. El impulso en el caso de una reflexión de la onda de choque al final de la cámara ciega da lugar a una fuerza opuesta al retroceso del proyectil, que es tanto mayor, cuanto mejor se puedan desviar partes del impulso principal desde la boca de tubo hacia la cámara ciega.

Por otro lado, el impulso de salida del gas de la cámara de la botella se reparte sobre un intervalo de tiempo considerablemente mayor. El retroceso se "difumina" con ello en el sentido de un esfuerzo más uniforme en lugar de un impulso, lo que reduce considerablemente los esfuerzos acústicos de la estructura del vehículo aeronáutico.

Entre el extremo del tubo divisor del impulso, que penetra en la cámara de la botella, y la boca del tubo queda una separación tal, que el primer impulso reflejado en la pared de la cámara de expansión es reflejado, incluso antes de que la onda reflejada alcance el eje de tiro, por la superficie exterior del tubo divisor del impulso hacia la cámara ciega.

El diámetro y la profundidad de la cámara de expansión influyen en la posición de la zona de enfoque, que se produce después del primer impulso reflejado en la pared de la cámara de expansión. Esta zona de enfoque es óptima desde el punto de vista de su posición, cuando se halla en la dirección de tiro aguas abajo del orificio interior del tubo divisor del impulso.

El diámetro y en especial la longitud de la cámara ciega definen el instante en el que la onda de choque reflejada en esta cámara alcanza nuevamente el orificio interior del tubo divisor del impulso. Esto se debería producir incluso antes de alcanzar el máximo del impulso principal, que sale de la boca del tubo. Con ello se consigue, que el impulso reflejado dificulte el paso sin impedimentos del gas a través del orificio interior del tubo divisor del impulso, ya que los gases procedentes de la cámara ciega tiene que ser desviados 180 grados para poder salir del tubo divisor del impulso. Esto da lugar a pérdidas dinámicas de circulación muy grandes.

El diámetro de la botella es limitado en la mayoría de los casos por la estructura del avión. Si, tanto el diámetro, como también la profundidad de la cámara de expansión son determinados por la estructura del vehículo aeronáutico, existe, en otra configuración del invento, la posibilidad de que la longitud del tubo divisor del impulso, que penetra en la botella, sea variable, de manera, que el foco fijo se posicione en la pared del tubo divisor del impulso.

En otra configuración ventajosa, el diámetro del orificio interno equivale apenas a la libertad de paso de un proyectil.

El invento se representa y describe con detalle por medio de un ejemplo de ejecución y del dibujo. En él muestran:

La figura 1, la construcción esquemática del dispositivo según el invento.

La figura 2, la curva esquemática de la evolución de la corriente en el instante de la entrada del impulso en la cámara de expansión y del enfoque.

La figura 2a, la sección S-S de la cámara de expansión.

La figura 3, la evolución de la corriente al aislar un impulso parcial por medio del casquillo y la entrada en la cámara ciega.

La figura 4, la evolución de la corriente después de la reflexión en la cámara ciega.

La figura 5, la evolución de la corriente a continuación de la figura 4.

La figura 6, la onda de choque como impulso de choque.

La figura 7, la curva del impulso de la onda de choque en el orificio exterior del casquillo.

De la construcción esquemática del dispositivo representado en la figura 1 se desprende con claridad, que la cámara H de la botella 4 está dispuesta esencialmente detrás de la boca 2 del tubo 1 del cañón en la dirección S_{R} de tiro. Esta cámara H de la botella hace posible el almacenamiento intermedio de la energía del gas procedente del tubo 1 del cañón, que se produce durante el disparo del proyectil. Con este almacenamiento intermedio de la energía del gas, no es posible, que este se libere de una forma brusca.

La botella 4 posee un orificio 4.2 trasero y un orificio 4.1 delantero. La botella 4 está montada con el orificio 4.2 trasero con un unión cinemática de forma sobre la boca 2 del tubo 1 del cañón. Un medio 3 de sujeción, que rodea el tubo 1 en la boca, soporta la botella 4. En el orificio 4.1 delantero de la botella 4 está posicionado por medio del soporte 7 y en la dirección S_{R} de tiro con tubo 5 divisor del impulso. El tubo 5 divisor del impulso penetra con su orificio 5.1 interior en la cámara H de la botella. El orificio 5.2 exterior del tubo divisor del impulso forma al mismo tiempo la boca de la botella 4. El orificio 5.1 interior del tubo divisor del impulso divide la cámara H de la botella en dos espacios (dos cámaras), que son la cámara A de expansión y la cámara B ciega. La cámara A de expansión está caracterizada por el diámetro d y la profundidad T. La cámara ciega es una cámara "muerta", que no tiene salida. La cámara B ciega se extiende desde la cámara de expansión hasta la pared delantera de la botella 4. La pared delantera de la botella 4 puede ser construida al mismo tiempo como medio 6 de cambio de sentido.

El gas, que sale del tubo 1 se puede expandir de forma explosiva en la cámara A de expansión. El gas se expande adicionalmente en la cámara B ciega de forma independiente de la parte de gas, que sale directamente por el tubo 5 divisor del impulso. El tubo 5 divisor del impulso debería poseer el diámetro lo más pequeño posible, que garantice el paso libre del proyectil. El tubo divisor del impulso se puede ensanchar en caso necesario en la dirección hacia el orificio exterior para hacer posible el paso libre de un proyectil con movimiento pendular. Como permite apreciar la figura 2a, este impulso se puede expandir en la cámara B ciega en la dirección de propagación "natural" (equivalente a la dirección de tiro) con un "orificio de entrada" lo más grande posible. Sólo una parte pequeña del primer impulso es cedido al medio ambiente a través del tubo 5 divisor del impulso.

Con las figuras 2, 3, 4 y 5 se describe esquemáticamente la secuencia en función del tiempo de la evolución de la corriente de gas en la cámara de la botella, cuando se dispara un proyectil. Para ello se puede partir de las siguientes condiciones marginales. La velocidad del impulso en el interior de la cámara H de la botella se puede hallar en el margen de 500 a 1000 m/s. El tiempo hasta la formación del máximo del impulso delante del orificio 5.2 exterior del tubo 5 divisor del impulso en la zona de la estructura del avión es 0,5 ms aproximadamente. Se supone una relación de la presión del impulso de aproximadamente 50 en la boca 2 del tubo 1.

Con estas condiciones marginales, el impulso causado por el gas que sale de la boca 2 alcanza por ejemplo después de 0,1 ms el orificio 5.1 interior del tubo 5 divisor del impulso. El impulso posee zonas de expansión laterales intensas (ángulo "eficaz" del cono de salida aproximadamente 30 a 45 grados), de manera, que en primer lugar se produce en la zona A' de la figura 2 una reflexión manifiesta del impulso en la pared de la cámara A de expansión. Este impulso reflejado alcanza la zona del eje de tiro, en primer lugar, en la zona F de enfoque, que se halla en o aguas abajo del orificio 5.1 interior, determinando así la profundidad T de la cámara A de expansión. El proyectil se debería hallar en este instante en la zona del orificio 5.1 interior.

El impulso alcanza en la cámara B ciega la pared delantera de esta y es reflejado. Entretanto el tiempo es de 0,3 ms aproximadamente. El gas entre la pared delantera y el impulso reflejado es detenido y alcanza presiones y temperaturas muy altas. El tiempo necesario para la ida y la vuelta del impulso en la cámara B ciega debería ser dimensionado de tal modo, que el impulso reflejado alcance el orificio 5.1 interior del tubo 5 divisor del impulso mucho antes de que se haya formado plenamente la corriente de gas que sale de la boca 2, es decir mucho antes de que se forma el máximo usual del impulso de choque. Este tiempo se podría hallar por ejemplo en el margen de 0,25 a 0,3 ms. Este intervalo de tiempo determina la longitud de la cámara B ciega. De acuerdo con ello, la longitud de la cámara B ciega será de 0,1 a 0,2 m. En este instante el proyectil se halla todavía en el tubo 5 divisor del impulso.

De acuerdo con la figura 4, el impulso reflejado en la cámara B ciega alcanza el orificio 5.1 interior del tubo 5 divisor del impulso. La corriente se ha detenido en la totalidad de la cámara B ciega. Al seguir avanzando el impulso, este "estrangula" la corriente en la dirección del tubo divisor del impulso todavía existente en la cámara A de expansión. El gas altamente comprimido de la cámara B ciega se expande ahora en el orificio 5.1 interior del tubo 5 divisor del impulso, para lo que tiene que ser desviado 180 grados. El proyectil ha abandonado el tubo 5 divisor del impulso.

Como muestra, además, la figura 5, después de un tiempo de aproximadamente 0,6 ms el impulso reflejado alcanza la boca 2 e impide una evacuación adicional del gas del tubo 1, ya que una parte de él penetra en el tubo 1. La otra parte es reflejada nuevamente y el proceso comienza de nuevo. En la cámara B ciega se forma un abanico e de expansión, que acelera nuevamente el gas en la dirección hacia el orificio 5.1 interior. Dado que el orificio 5.1 interior del tubo 5 divisor del impulso se configura con cantos vivos, sólo es posible, con las presiones extremadamente altas reinantes, un ángulo eficaz máximo de cambio de sentido de aproximadamente 120 grados. Con ello se forma un desprendimiento intenso y un estrangulamiento de la corriente de gas en la zona de la boca, que dificulta mucho la salida del gas. De esta forma se descompone el impulso en la boca en numerosos impulsos pequeños y es transformado prácticamente en un chorro, que somete la estructura del avión a esfuerzos considerablemente menores que la solución según el estado de la técnica.

Con el impulso i_{1} de la figura 6 se representa esquemáticamente el impulso sin el dispositivo en la boca del tubo del cañón. Con un flanco S frontal pendiente se alcanza rápidamente después de un tiempo t_{M} un máximo M relativamente grande del impulso, que decrece después con un gran pendiente en el flanco R trasero. Este proceso dura aproximadamente 0,1 ms. Según el invento, el impulso i_{2} (onda de choque), que se registra en el orificio 5.2 exterior posee -como muestra la figura 7- una altura considerablemente menor y está dilatado en el tiempo como muestra, además, la representación esquemática. Esta forma del impulso se agrupa nuevamente en un impulso a una distancia muy grande. Esta reducción intensa del impulso por medio del dispositivo según el invento se debe atribuir esencialmente al hecho de que fue posible aprovechar el impulso reflejado para modificar el primer impulso en formación (flanco de crecimiento del impulso) de tal modo, que no se puede formar el máximo M, sino que es estrangulado y que el impulso i_{2} es retardado (difuminado) en la dirección de una altura de impulso más larga en el tiempo, pero manifiestamente menor. La forma geométrica de la cámara de la botella contribuye a que la corriente del tubo sea estrangulada antes de que se pueda desarrollar plenamente el flanco delantero del impulso. Con ello se reducen de forma manifiesta las vibraciones. El invento también puede ser utilizado tanto en los cañones para vehículos aeronáuticos, como también en otras armas de fuego conocidas.

Claims (5)

1. Dispositivo en el tubo de cañón de un arma con cañón, en especial en un cañón de un vehículo aeronáutico, que comprende una botella dispuesta con medios de sujeción en el extremo de la boca del tubo del cañón, que sirve para absorber la onda de choque en la boca del tubo del cañón, al mismo tiempo, que la botella posee un orificio trasero y a continuación en la dirección de tiro un orificio delantero por el que un proyectil disparado abandona la botella, caracterizado porque la botella (4) forma a continuación de la boca (2) una cámara (H) de botella en la dirección (S_{R}) de tiro, al mismo tiempo, que la botella (4) está dispuesta en el tubo (1) del cañón con unión cinemática de forma en la zona de la boca (2) y que en el orificio (4.1) delantero del la botella (4) está alojado un tubo (5) divisor del impulso, que se extiende en la dirección de tiro y que penetra con un extremo en la cámara (H) de botella formada por la botella (4).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque entre el extremo (5.1) del tubo (5) divisor del impulso, que penetra en la cámara de la botella y la boca (2) del tubo (1) del cañón queda una separación (T) tal, que el primer impulso reflejado en la pared de la cámara (A) de expansión es reflejado por la superficie exterior del tubo (5) divisor del impulso hacia la cámara (B) ciega, antes de que la onda reflejada alcance el eje (S_{R}) de tiro.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque la longitud de la cámara (B) ciega se dimensiona de tal modo, que la onda de choque reflejada en la cámara (B) ciega en el medio (6) de cambio de sentido alcance el orificio (5.1) del tubo (5) divisor del impulso antes de que se forme el máximo (M) del impulso, que sale de la boca (2) del tubo.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la longitud del tubo (5) divisor del impulso, que penetra en la cámara (H) de la botella es ajustable.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el orificio (5.1) interior del tubo (5) divisor del impulso equivale de forma ajustada a la libertad de paso de un proyectil.