FR2630820A1

FR2630820A1 - DEVICE FOR LAUNCHING PROJECTILES

Info

Publication number: FR2630820A1
Application number: FR8905330A
Authority: FR
Inventors: Wolfram Witt; Markus Loeffler
Original assignee: Tzn Forschung & Entwicklung; Rheinmetall GmbH
Current assignee: Tzn Forschung & Entwicklung; Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1989-11-03
Anticipated expiration: 2009-04-21
Also published as: GB2217820A; GB2217820B; DE3814332A1; GB8908950D0; FR2630820B1; DE3814332C2

Abstract

L'invention concerne un dispositif de lancement de projectiles 7 par un plasma chauffé électriquement. Ce plasma est créé par deux électrodes 2, 70 entre lesquelles brûle un arc électrique qui chauffe le plasma. Pour que la pression appliquée au fond 70 du projectile soit sensiblement constante lors de la sortie du projectile 7, l'invention propose que l'une des deux électrodes entre lesquelles brûle l'arc soit formée par le fond 70 du projectile 7.The invention relates to a device for launching projectiles 7 by an electrically heated plasma. This plasma is created by two electrodes 2, 70 between which an electric arc burns which heats the plasma. So that the pressure applied to the bottom 70 of the projectile is substantially constant when the projectile 7 exits, the invention proposes that one of the two electrodes between which the arc burns is formed by the bottom 70 of the projectile 7.

Description

- 1 - Dispositif de lancement de projectiles L'invention concerne unThe invention relates to a device for launching projectiles.

dispositif pour le lancement de projectiles placés dans un tube fermé sur un c8té, au moyen d'un plasma chauffé électriquement et de deux électrodes entre lesquelles brûle l'arc électrique qui chauffe le plasma, la première des deux électrodes étant montée du c8té de la culasse. Il est connu que les dispositifs de tir fonctionnant selon le principe électrothermique (voir par exemple US-PS 2 899 864) utilisent la conversion de l'énergie électromagnétique en énergie thermique. Dans les dispositifs de tir de ce type, le plasma chaud qui est nécessaire à l'entraînement du projectile est créé et chauffé par un arc électrique br lant entre des électrodes fixes. Les électrodes fixes sont dans ce cas montées soit sur le c8té de la culasse, soit le long de la longueur device for launching projectiles placed in a tube closed on one side, by means of an electrically heated plasma and two electrodes between which the electric arc which heats the plasma burns, the first of the two electrodes being mounted on the side of the cylinder head. It is known that firing devices operating according to the electrothermal principle (see for example US-PS 2 899 864) use the conversion of electromagnetic energy into thermal energy. In firing devices of this type, the hot plasma that is needed to drive the projectile is created and heated by an electric arc burning between fixed electrodes. The fixed electrodes are in this case mounted either on the side of the cylinder head or along the length

du tube.of the tube.

Dans le cas o les électrodes sont disposées du côté de la culasse, la pression du gaz qui parvient contre le fond du projectile atteint d'abord très rapidement une valeur élevée qui est limitée par les propriétés de résistance de la chambre de combustion de l'arc électrique, du tube et du projectile. Pendant l'accélération du projectile, cette pression diminue cependant à nouveau très rapidement en raison des processus d'écoulement dans le tube. La vitesse du projectile à l'extrémité du tube est dans ce cas nettement inférieure à In the case where the electrodes are arranged on the side of the cylinder head, the pressure of the gas which reaches the bottom of the projectile first reaches very quickly a high value which is limited by the resistance properties of the combustion chamber of the cylinder. electric arc, tube and projectile. During the acceleration of the projectile, however, this pressure decreases again very rapidly due to the flow processes in the tube. The velocity of the projectile at the end of the tube is in this case much less than

celle qui serait possible si la pression était constante. the one that would be possible if the pressure was constant.

- 2- Dans la mesure o les électrodes sont réparties sur la longueur du tube, on ne constate pas cet inconvénient. Il est possible de maintenir la pression appliquée sur le fond du projectile à un niveau sensiblement constant par une création contrôlée et continue de décharges électriques et par la vaporisation du matériau situé immédiatement à l'arrière du projectile qui en découle. L'inconvénient de cet agencement est cependant le coût technique très élevé du tube et de l'alimentation en énergie qui sont constitués par plusieurs composants. L'invention a donc pour but de proposer un dispositif du type mentionné dans le préambule qui soit de constitution simple et grâce auquel on puisse également maintenir à un niveau sensiblement constant Since the electrodes are distributed over the length of the tube, this disadvantage is not observed. It is possible to maintain the pressure applied to the bottom of the projectile at a substantially constant level by a controlled and continuous creation of electric discharges and the vaporization of the material located immediately behind the resulting projectile. The disadvantage of this arrangement is however the very high technical cost of the tube and the power supply which consist of several components. The object of the invention is therefore to propose a device of the type mentioned in the preamble which is of simple constitution and which can also be maintained at a substantially constant level.

la pression appliquée contre le fond du projectile. the pressure applied against the bottom of the projectile.

Ce but est atteint du fait que la seconde électrode est constituée This goal is achieved by the fact that the second electrode is constituted

par le fond du projectile.by the bottom of the projectile.

Avant la création de l'arc électrique, le projectile est relié à l'électrode située du c6té de la culasse par l'intermédiaire d'un fil Before the creation of the electric arc, the projectile is connected to the electrode located on the side of the bolt via a wire

électriquement conducteur.electrically conductive.

Par ailleurs et avant la création du plasma, le projectile est relié à un contact placé dans l'embouchure du tube par l'intermédiaire Moreover and before the creation of the plasma, the projectile is connected to a contact placed in the mouth of the tube via

d'un second fil électriquement conducteur. a second electrically conductive wire.

Selon l'invention, le projectile peut comprendre un évidement en According to the invention, the projectile may comprise a recess in

forme de cuvette pour recevoir le second fil lors du tir du projectile. bowl shape to receive the second wire when firing the projectile.

Selon un autre mode de réalisation, l'invention prévoit de disposer sur l'ogive du projectile une petite fusée et de placer le fil électriquement conducteur dans un réceptacle, et de le relier aussi According to another embodiment, the invention provides for placing on the warhead of the projectile a small rocket and to place the electrically conductive wire in a receptacle, and to connect it as well.

bien au projectile qu'à la petite fusée. good to the projectile than to the small rocket.

Le projectile peut être monté sur une douille en un matériau non conducteur et la douille peut être remplie d'un matériau pulvérulent ou fluide et mauvais conducteur de l'électricité, et à forte teneur en hydrogène. La douille peut aussi être remplie d'eau, d'huile, d'hydrure de The projectile may be mounted on a socket made of a non-conductive material and the socket may be filled with a powdery or fluid material and poor conductor of electricity, and with a high hydrogen content. The socket can also be filled with water, oil, hydride

lithium ou de poudre de polyéthylène. lithium or polyethylene powder.

D'autres détails et avantages de l'invention vont maintenant être décrits à l'aide d'exemples et en se référant aux dessins dans -3- lesquels: la figure 1 montre un premier mode de réalisation d'un dispositif de tir électrothermique selon l'invention; la figure 2 montre l'exemple de la figure 1 au début du processus d'accélération du projectile; la figure 3 représente le dispositif de lancement de la figure 1 à un moment plus tardif dans le temps du processus d'accélération du projectile; les figures 4a et 4b montrent un mode de réalisation d'un projectile comprenant un dispositif pour recevoir le fil; la figure 5 montre un autre mode de réalisation d'un dispositif de tir électrothermique selon l'invention; les figures 6 et 7 représente le dispositif de tir de la figure 5 Other details and advantages of the invention will now be described with the aid of examples and with reference to the drawings in which: FIG. 1 shows a first embodiment of an electrothermal firing device according to the invention; Figure 2 shows the example of Figure 1 at the beginning of the acceleration process of the projectile; FIG. 3 represents the launch device of FIG. 1 at a later moment in the time of the acceleration process of the projectile; Figures 4a and 4b show an embodiment of a projectile comprising a device for receiving the wire; FIG. 5 shows another embodiment of an electrothermal firing device according to the invention; FIGS. 6 and 7 represent the firing device of FIG. 5

à deux moments différents.at two different times.

Les figures 1 à 3 montrent le principe de fonctionnement du dispositif de tir électrothermique selon l'invention. Le dispositif de tir est constitué par une tube 1 (d'une longueur d'environ 4 m et d'un calibre de 50 mm) constitué en un matériau mauvais conducteur de l'électricité et très résistant mécaniquement (par exemple en une matière synthétique renforcée de fibres de verre) et une électrode 2 située du côté de la culasse ainsi qu'un contact de forme annulaire 3 du côté de l'embouchure. L'électrode 2 et le contact 3 sont fixés au tube 1 par des liaisons à vis 4 et reposent sous pression contre des joints toriques 5. Le tube 1 est muni d'un tube en matière isolante 6 Figures 1 to 3 show the operating principle of the electrothermal firing device according to the invention. The firing device is constituted by a tube 1 (about 4 m long and 50 mm in diameter) made of a material that is bad conductor of electricity and very mechanically strong (for example in a synthetic material reinforced glass fiber) and an electrode 2 located on the side of the cylinder head and an annular-shaped contact 3 on the side of the mouth. The electrode 2 and the contact 3 are fixed to the tube 1 by screw connections 4 and rest under pressure against O-rings 5. The tube 1 is provided with a tube of insulating material 6

qui peut être remplacé.which can be replaced.

Dans le tube 1 est placé un projectile 7 en forme de gobelet et réalisé en un matériau électriquement conducteur. Du côté de la culasse, une douille électriquement non conductrice 8 est montée sur le projectile 7, cette douille étant remplie d'une substance mauvaise conductrice, fluide ou pulvérulente 9, à forte teneur en hydrogène (telle que de l'eau, de l'huile, de l'hydrure de lithium, de la poudre de polyéthylène) de manière à former un gaz de faible poids moléculaire. Le projectile 7 est relié à l'électrode 2 qui est située du côté de la culasse par un mince fil 10 (en aluminium ou lithium et d'un - 4- diamètre de 0,2 mm), qui est électriquement conducteur et qui passe à In the tube 1 is placed a projectile 7 shaped cup and made of an electrically conductive material. On the side of the cylinder head, an electrically non-conductive socket 8 is mounted on the projectile 7, this socket being filled with a poorly conductive substance, fluid or pulverulent 9, with a high hydrogen content (such as water, water, water). oil, lithium hydride, polyethylene powder) to form a low molecular weight gas. The projectile 7 is connected to the electrode 2 which is located on the side of the cylinder head by a thin wire (aluminum or lithium and a diameter of 0.2 mm), which is electrically conductive and passes at

travers le matériau 9 et la douille 8. through material 9 and bushing 8.

Le projectile 7 est relié au contact 3 situé du côté de l'embouchure par un fil électriquement conducteur 11 (par exemple en cuivre et d'un diamètre de 2,5 mm) qui est fixé dans le fond d'un évidement en forme de gobelet 17 du projectile 7. L'électrode 2 et le contact 3 sont reliés à une source d'énergie constituée par une source de tension 12 à propriétés capacitives, un interrupteur 13, une bobine The projectile 7 is connected to the contact 3 located on the mouth of the mouth by an electrically conductive wire 11 (for example of copper and a diameter of 2.5 mm) which is fixed in the bottom of a recess in the form of cup 17 of the projectile 7. The electrode 2 and the contact 3 are connected to a source of energy consisting of a voltage source 12 with capacitive properties, a switch 13, a coil

14 et un interrupteur de court-circuit 15. 14 and a short circuit switch 15.

La figure 2 représente l'agencement au début du processus d'accélération. La source de tension 12 qui est chargée par une tension U fait passer, après fermeture de l'interrupteur 13, un puissant courant i (par exemple de 50 kA) par l'intermédiaire de la bobine 14, du contact 3, du fil 11, du projectile 7, du fil 10 et de l'électrode 2. De ce fait, le fil mince 10 est rapidement chauffé et finalement se vaporise, ce qui fait qu'un arc électrique 16 est créé entre l'électrode 2 et le fond 70 du projectile, qui chauffe le matériau de remplissage 9 et le vaporise. La pression qui en découle projette le projectile 7 en direction du contact de forme annulaire 3 situé du côté Figure 2 shows the arrangement at the beginning of the acceleration process. The voltage source 12 which is charged by a voltage U passes, after closure of the switch 13, a strong current i (for example 50 kA) through the coil 14, the contact 3, the wire 11 , the projectile 7, the wire 10 and the electrode 2. As a result, the thin wire 10 is rapidly heated and finally vaporizes, so that an electric arc 16 is created between the electrode 2 and the bottom 70 of the projectile, which heats the filling material 9 and vaporizes it. The resulting pressure projects the projectile 7 towards the annular-shaped contact 3 located on the side

de l'embouchure.from the mouth.

La figure 3 montre l'agencement à un moment plus tardif pendant le processus d'accélération. Lorsque le courant i a atteint son maximum, l'interrupteur de court-circuit 15 est fermé, ce qui fait que le courant passe alors de la bobine dans l'agencement et que l'énergie électromagnétique ne peut plus revenir à la source de tension capacitive. On peut éviter d'avoir recours à la fermeture de l'interrupteur de courtcircuit 15 quand l'énergie électromagnétique prélevée du circuit du courant est si élevée, en raison de l'arc électrique qui est refroidi de façon intense, que l'énergie électromagnétique est déjà consommée avant qu'elle puisse retourner à la source de tension capacitive. L'arc électrique 16 qui brûle entre le fond 70 du projectile 7 et l'électrode 2 située du c8té de la culasse chauffe en outre le matériau de remplissage vaporisé 9 et adapte alors sa longueur. à la distance -5 d'accélération parcourue par le projectile. En outre, le matériau provenant du tube en matériau isolant 6 se vaporise. Il en résulte que le volume de gaz à l'arrière du projectile 7 s'échauffe de façon continue sur la totalité de sa longueur et que la pression du gaz est maintenue sensiblement constante dans l'espace et dans le temps pour la totalité du volume de ce gaz. Le fil 11 situé à l'avant du projectile 7 est alors capté dans l'évidement en forme de gobelet 17 du projectile 7 Figure 3 shows the arrangement at a later time during the acceleration process. When the current ia reaches its maximum, the short-circuit switch 15 is closed, so that the current then passes from the coil in the arrangement and that the electromagnetic energy can not return to the capacitive voltage source. . It is possible to avoid resorting to the closing of the short circuit switch 15 when the electromagnetic energy taken from the circuit of the current is so high, because of the electric arc which is intensely cooled, that the electromagnetic energy is already consumed before it can return to the capacitive voltage source. The electric arc 16 which burns between the bottom 70 of the projectile 7 and the electrode 2 located on the side of the cylinder head heats the vaporized filler material 9 and then adjusts its length. at the -5 acceleration distance traveled by the projectile. In addition, the material from the tube of insulating material 6 vaporizes. As a result, the volume of gas at the rear of the projectile 7 heats continuously over its entire length and the gas pressure is maintained substantially constant in space and time for the entire volume. of this gas. The wire 11 located at the front of the projectile 7 is then captured in the cup-shaped recess 17 of the projectile 7

et ce cisaille lors de la sortie du projectile 7 hors du tube 1. and this shear at the exit of the projectile 7 out of the tube 1.

Avec des projectiles 7 présentant une masse comprise entre 200 et 300 g, on peut atteindre des vitesses à l'embouchure comprises entre 3 With projectiles 7 having a mass of between 200 and 300 g, one can reach speeds at the mouth between 3

et 4 km/s.and 4 km / s.

Pour éviter une influence sur la stabilité du projectile due au cisaillement du fil à la sortie de l'embouchure et à la résistance de l'air relativement élevée qui s'oppose au projectile en forme de gobelet, le projectile - comme montré aux figures 4a et 4b - peut être To avoid an influence on the stability of the projectile due to the shearing of the wire at the outlet of the mouthpiece and the relatively high air resistance which opposes the cup-shaped projectile, the projectile - as shown in FIGS. 4a and 4b - can be

lancé dans la pratique à l'aide d'une cage de poussée 40. launched in practice using a thrust cage 40.

Dans l'exemple représenté, la cage de poussée 40 est constituée de deux moitiés qui se déploient après la sortie de l'embouchure et libèrent le projectile 41 qui a avantageusement une forme aérodynamique. Pendant le processus d'accélération, le fil 42 est In the example shown, the thrust cage 40 consists of two halves which deploy after the exit of the mouth and release the projectile 41 which advantageously has an aerodynamic shape. During the acceleration process, wire 42 is

rassemblé dans l'une des deux chambres 43, 44 de la cage de poussée 40. gathered in one of the two chambers 43, 44 of the thrust cage 40.

Pour prévenir en cas de besoin un sectionnement du fil 42, ce fil 42 peut être dimensionné de manière à se vaporiser de façon explosive peu To prevent, if necessary, cutting of the wire 42, this wire 42 may be dimensioned so as to vaporize explosively little

avant la sortie de l'embouchure.before leaving the mouth.

Pour éviter que le fil 42 ait besoin d'être relié à la main avant chaque tir au contact 3 situé du c8té de l'embouchure (voir figure 1), ce fil 42 peut être également relié à l'aide d'un petit dispositif de tir entre le projectile et l'électrode située du coté de l'embouchure To avoid that the wire 42 needs to be connected to the hand before each shot contact 3 located on the side of the mouth (see Figure 1), the wire 42 can also be connected with a small device firing between the projectile and the electrode located on the side of the mouth

(voir la description qui suit concernant la figure 5). Pour éviter que (See the description which follows regarding Figure 5). To prevent that

le fil ait besoin d'être capté à chaque processus de lancement, il peut être en outre disposé de manière à se vaporiser directement après le début du processus d'accélération et être remplacé par un plasma conducteur. Un exemple du petit dispositif de tir mentionné dans ce qui the wire needs to be picked up at each launching process, it can also be arranged to vaporize directly after the start of the acceleration process and be replaced by a conductive plasma. An example of the small firing device mentioned in what

précède est montré à la figure 5. preceding is shown in Figure 5.

Cet agencement se différencie du précédent du fait qu'à la place - 6 d'un évidement en forme de gobelet, on dispose à la pointe du projectile à lancer 18 une petite fusée 19. A l'intérieur de la fusée 19 est placée une faible quantité d'une poudre formant une charge propulsive. Sur la fusée 19 est monté un dispositif de retenue de fil 190 dans lequel se trouve le fil 20. Pour amorcer l'accélération du projectile 7, la petite fusée 19 est raccordée à l'électrode 3 située du côté de l'embouchure, la poudre formant la charge propulsive étant allumée par exemple par un dispositif d'allumage électrique (non montré à la figure 5) (la vitesse This arrangement differs from the previous one in that instead of a cup-shaped recess, there is disposed at the tip of the projectile 18 a small rocket 19. Inside the rocket 19 is placed a small amount of powder forming a propellant charge. On the rocket 19 is mounted a wire retainer 190 in which is the wire 20. To initiate the acceleration of the projectile 7, the small rocket 19 is connected to the electrode 3 located on the side of the mouth, the powder forming the propellant charge being ignited for example by an electric ignition device (not shown in Figure 5) (the speed

de la fusée étant par exemple de 10 m/s). the rocket being for example 10 m / s).

Le fil 20 est alors tiré depuis le projectile 18 jusqu'au contact 3 situé du coté de l'embouchure (voir figures 6 et 7). Quand la petite fusée 19 a quitté le tube 1 et quand le fil 30 a atteint le contact 3 situé du côté de l'embouchure et est entré en contact avec lui, l'écoulement du courant est amorcé. Le courant i qui monte rapidement provoque un échauffement brusque des deux fils 10 et 20 et finalement leur vaporisation. Il en résulte les arcs 22 et 23 montrés à la figure 7 entre l'électrode 2 située du côté de la culasse et le projectile 18, ou entre le projectile 18 et le contact 3 situé du côté de l'embouchure. La pression régnant dans l'espace situé entre le projectile 18 et l'électrode située du côté de la culasse 2 est considérablement plus élevée que celle régnant entre le projectile 18 et le contact 3 situé du côté de l'embouchure, du fait que le gaz chauffé dans le volume de gaz se trouvant à l'avant du projectile peut s'échapper du tube. Le projectile 18 est donc accéléré en direction de The wire 20 is then pulled from the projectile 18 to the contact 3 located on the side of the mouth (see Figures 6 and 7). When the small rocket 19 has left the tube 1 and when the wire 30 has reached the contact 3 located on the side of the mouth and has come into contact with it, the flow of the current is initiated. The rapidly rising current i causes the two wires 10 and 20 to overheat and finally to vaporize. This results in the arches 22 and 23 shown in Figure 7 between the electrode 2 located on the side of the cylinder head and the projectile 18, or between the projectile 18 and the contact 3 located on the side of the mouth. The pressure prevailing in the space between the projectile 18 and the electrode situated on the side of the cylinder head 2 is considerably greater than that between the projectile 18 and the contact 3 located on the side of the mouth, because the gas heated in the gas volume at the front of the projectile can escape from the tube. The projectile 18 is accelerated towards

l'embouchure du tube.the mouth of the tube.

Le couplage de l'énergie se présentant sous forme électromagnétique dans le tube 1 s'effectue surtout dans le volume de gaz situé entre le projectile 18 et l'électrode 2 du fait que l'arc 22 en cet endroit est refroidi de facon extrêmement poussée par le matériau de remplissage 9 et que sa résistance ohmique est donc considérablement plus importante que la résistance ohmique de l'arc 3 The coupling of the energy in the electromagnetic form in the tube 1 takes place mainly in the volume of gas located between the projectile 18 and the electrode 2 because the arc 22 at this point is extremely extremely cooled. by the filling material 9 and that its ohmic resistance is therefore considerably greater than the ohmic resistance of the arc 3

entre le projectile 18 et l'électrode 3 située du côté de l'embouchure. between the projectile 18 and the electrode 3 located on the side of the mouth.

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Claims

1. Device for launching a projectile (7, 18) placed in a tube (1) closed on one side, by means of an electrically heated plasma, comprising two electrodes (2; 70; 180) between which an arc burns which heater the plasma, the first of the two electrodes (2) being.disposée the side of the cylinder head, characterized in that the second electrode is constituted by the bottom

(70; 180) of the projectile (7, 18).

2. Device according to claim 1, characterized in that the projectile (7, 18) is connected to the electrode (2) located on the side of the yoke by an electrically conductive wire (10) before the creation of the arc.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the projectile (7, 18) is connected by a second electrically conductive wire (11, 20) to a contact (20) placed in the mouth of the tube

before the creation of the plasma.

4. Device according to any one of claims 1 to 3,

characterized in that the projectile (7) comprises a cup-shaped recess (17) for receiving the second wire (11) during the firing of the

projectile (7).

5. Device according to claim 1, characterized in that a small rocket (19) is mounted on the portion forming the ogive of the projectile (18), and in that the electrically conductive wire (20) is placed in a receptacle to wire. (190) and is connected both to

projectile (18) only to the small rocket (19).

6. Device according to any one of claims 1 to 5,

characterized in that the projectile (7, 18) is mounted on a sleeve (8) of non-conductive material, and in that the sleeve (8) is filled with a powdery or fluid material (9) and bad conductor

electricity, and high hydrogen content.

7. Device according to claim 6, charac-terized in that the sleeve (8) is filled with water, oil, lithium hydride or

polyethylene powder.