JP2820702B2

JP2820702B2 - 液状発射薬を用いる砲装置

Info

Publication number: JP2820702B2
Application number: JP63316625A
Authority: JP
Inventors: ジョンバルマンメルヴイン
Original assignee: ジェネラル・ダイナミクス・アーマメント・システムズ・インク
Priority date: 1987-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: EP0321102B1; DE3889642T2; DE3889642D1; EP0321102A2; EP0321102A3; JPH024197A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は液体発射薬を用いる火器システムに関し、弾
丸が砲腔に沿って進行するにつれて発射薬が弾丸の後方
において漸新的に燃焼させられる火器システム、すなわ
ち移動装薬装置（腔内飛散発射薬）に関する。

本発明はまた、弾丸とその移動装薬との初期加速のた
めに、燃焼ガス初期発生源を利用した上記のようなシス
テムに関する。

［従来の技術］砲身の砲腔内での弾丸の古典的発射法においては、燃
焼ガスを弾丸の速度のまで加速する必要上、速度に限界
があった。その結果、熱力学的膨張仕事のうちの燃焼ガ
スの加速ため消費される部分が益々大きくなって来た。
普通の弾道の場合、弾丸の見掛けの質量が発射薬の質量
の1/3だけ増えると推定される。この推定はガスに与え
られる運動エネルギによるものである。典型的な砲の場
合、ガスの運動エネルギは、1000m/secの速度なら約10
％に過ぎない。2000m/secではこの割合が約50％まで増
す。速度が3000m/secに近づくにつれてガスの運動エネ
ルギは100％に近づく（弾丸のための運動エネルギは残
らない）。この効果の故にいわゆる限界速度、つまりそ
れを越えたら普通の砲の推進システムは作動しないとい
う限界速度が存在する。この限界を打破する理論的手法
が移動装薬式発射システムである。

第１図と第２図に示すように、移動装薬式発射システ
ムにおいては、装薬Ｃの一部または全体が弾丸Ｐと共に
砲身の砲腔内を出口に向って移行する。装薬の後方部分
における装薬の急速な燃焼、すなわち往々シガレット燃
焼と呼ばれる燃焼によって発射が行われる。第１図は弾
丸Ｐと共に動く現象の枠組を示したものであって、ここ
で、 A_BORE ＝砲腔の断面積 L_CP ＝装薬の長さ ρ_P ＝発射薬の密度 ρ_g ＝燃焼ガスの密度 A ＝弾丸の加速度゜m ＝発射薬の燃焼率［slugs/sec］ P_BASE ＝弾丸の底部での圧力 P_L ＝発射薬と燃焼ガスの界面での圧力 P_W ＝燃焼ゾーンの出口側圧力゜γ ＝発射薬の燃焼線速度 V_j ＝燃焼ゾーンの出口側での燃焼ガス排出速度、
である。

弾丸と移動装薬に加わる加速力は２つの項から成る。
第１項は、“圧力”項とされるもので、これは、装薬の
燃焼が燃焼ゾーンの出口側で高い圧力を発生させること
によるものである。第２項は“推力”項とされるもの
で、これは、燃焼ゾーンを出る燃焼ガスの運動量の結果
として生ずる推力である。

すなわち、これら２項はともに、燃焼速度の増大と共に増大す
る。全推力を質量消費率で除したものは“比インパル
ス”（ロケット用語）と呼ばれる。ガス速度が最大にな
るときこのパラメータが最大であることが示され得る。
この燃焼は断面積一定のダクト内で起る（レイリー（Ra
yleigh）の流れが起る）から、最大速度は音速である。
このような条件下では、典型的には１秒間に消費される
発射薬１ポンド当たり200ポンドの全推力が発生する。
口径30mmの火器で50,000 bsの推力を得るには250 b
/secの消費率を必要とする。普通の固体の発射薬は砲の
圧力下で約1ft/secの速度でしか燃焼しないので、固体
の移動装薬発射方式においてはなお解決すべき問題が残
ることは明らかである。

移動装薬システムに液体発射薬を用いる提案は既にな
されている。

1977年３月15日の米国特許第4,011,817号の中でアシ
ューレ（E.Ashley）が開示したシステムでは、燃焼ガス
と充填された液体発射薬との密度の違いが、発射薬を燃
焼室に噴射するためのエネルギ源として利用されてい
る。雷管がキャビティジェネレータの初期加速を行う。
弾丸の後方に充填された液体発射薬は、キャビティジェ
ネレータによって後方に形成される燃焼室の中へ、キャ
ビティジェネレータを経て相対的に後方へと流れる。雷
管によって生ぜしめせれる速度は数百ft/secの程度であ
った。

1981年４月３日の米国特許第255,065号の中でバルマ
ン（M.J.Bulman）は、弾丸移動装薬に液体の発射薬を用
いる上記とは別のシステムを開示している。（秘密オー
ダによる弁護士覚書52AR−2078）例えば、1978年４月25日付でタッシー（D.P.Tassie）
に付与された米国特許第4,085,653号で開示されたもの
のような、液体発射薬をバルク装填（bulk Load）する
方式の欠点は、燃焼の制御が悪いことにある。バルク装
填方式の砲内における燃焼は主として流体の動的不安定
さの増大の結果として生ずる。弾丸を加速する前には、
大きな燃焼速度が要求され、それが点火システムにおけ
る変動を増幅する。

第3A図は典型的バルブ装填液体発射薬方式の砲の点火
前の状態を示している。円筒形の室には液体発射薬がい
っぱいに充満している。この室の前方端は弾丸の底部に
よって閉ざされている。弾丸は砲身の定心斜面に着座し
ている。室の後部は点火装置を含んだ滑走棒によって閉
じられている。点火装置が付勢されると点火装置の通気
孔から高温ガスの噴流が放出される（第3B図参照）。室
の中にこの噴流が入ると、この噴流が室の中の発射薬を
移動させる。室の容積は当初から決まっているから、移
動させられた発射薬は残りの液を圧縮することになる。
その圧縮が僅かであっても液の中では大きな圧力上昇が
起る。例えば、室の容積の１％を点火装置の噴流が占め
たとすれば、数千1bs/in²の圧力上昇が結果として生ず
る。装填された主たる液体発射薬の点火が、この膨脹す
る高温の点火装置ガスの泡の表面で起きる。このガスの
泡がこの室（その公称断面積は弾丸の底部より小さい）
の容積の数％までに成長すると弾丸が動き始める。弾丸
が急速に加速されてもなお圧力の上昇が維持されるため
には、実際の燃焼面面積は公称の面積の100〜1000倍な
ければならない。これは、バルク装薬のサイクルにおい
ての、点火装置の噴流と液体発射薬との間の激しい相互
作用によって達せられる。点火装置の噴流が貫通して液
表面が剪断されることによって、強風時の海における波
にも似た起伏の多い面が生ずる。｛これがヘルムホルツ
（Helmholtz）の不安定といわれるものである。第3C、
第3D図参照｝。もし生成される表面の面積が不十分であ
れば、弾丸の前進に伴って圧力が低下し、性能は極めて
悪いものとなる。もし生成される表面の面積が過大であ
れば、発生する圧力な危険なレベルになる。表面の起伏
はこれら流体の機械的不安定さが増幅することで起るも
のであるから、そのプロセスの中のどこかで変化があれ
ば、その変化が僅かであっても、発生する圧力は大きな
影響を受ける。

この、プロセスの中の変化に対する感度は、弾丸が前
進する前に装薬の僅か１％が燃焼しても100,000psiを超
える圧力上昇が起り得るし、それは往々見られているこ
とである。第４図はバルク装薬の場合の典型的な圧力対
時間の関係曲線を示している。

［発明が解決しようとする課題］したがって本発明の目的は、弾丸を発射する移動装薬
方式を改善する、制御された点火と燃焼が行われるよう
なバルク装填液体発射薬方式の砲装置を提供することで
ある。

さらに他の目的は、従来のバルク装薬サイクルで生じ
た強いフィードバックが避けられるように、点火と燃焼
の制御を改善した液体発射薬方式の砲装置を提供するこ
とである。

本発明の一つの特徴は、移動装薬と弾丸とがともに前
方に加速された後に点火される移動装薬を装填した液体
発射薬方式の砲装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明の以上で述べたようなまたはその他の目的、利
点、および特徴は図面を用いた以下の説明から明らかに
なる。

移動装薬式発射装置の特質として、１装填された発射薬の燃焼によって移動装薬と弾丸
とが一体になったかたまりに追加的加速が行われ、装薬
が弾丸とともに砲身の砲腔に沿って前方（すなわち砲腔
の下流側）に移動する。

２移動装薬を燃焼させて、従来方式の砲腔の下流に
向けての圧力勾配が改善される。

３同等の装薬を用いた従来のシステムの場合の発射
に比べて性能が向上する。これらの特徴は既に、上記の
米国特許第255、065号で開示されたシステムによって明
らかにされている。そのシステムの幾つかの実施態様に
おいては、弾丸は装弾筒と一体化されていて、加速され
たかたまり重量が装弾筒の分だけ増えている。本発明で
はそのような重量の増加を防いでいる。

本発明は部分的移動装薬（FTC）式発射装置と呼んで
もよいものである。FTC式システムにおいては、バルク
装填された液体の装薬と弾丸とは共に初期加速をうけ、
装薬と弾丸が共にかなりの速度に達するまでは装薬の点
火は行われない。この遅延点火は次の２つの利点をもた
らす。

１移動装薬の速度変化の範囲が拡大することにより
発射の効率が改善される。

２遅延点火により、従来の封入固定装薬の点火にお
いては存在した不安定さが避けられる。

移動装薬と弾丸とが一体になったかたまりの初期加速
には便利などんな手段を用いてもよい。例えば、固体発
射薬の初期装填または液体発射薬の初期装填である。液
体発射薬を選択した場合には、全砲装置の中に組込まれ
た回生噴射式液体発射薬燃焼器の中でそれが利用され
る。この燃焼器は、移動装薬の点火の前に移動装薬と弾
丸とが一体になったかたまりを約1km/secまで加速する
ために適当な大きさにされている。そのため、初期装薬
の量が移動装薬の量とほぼ同じ大きさであることが必要
となる。（砲装置の性能レベルによるが、移動装薬は普
通では装薬全量の1/3から2/3の間にある）［実施例］第５図から第12図に本発明の第１実施例を示す。この
第１実施例は、回生噴射式の第１段階と移動装薬の第２
段階とから成る完全統合の２段階発射システムを有する
砲である。

砲は、砲身14に相互ねじ12で固定された砲尾10を有し
ている。砲身は後方の室16、中間の定心斜面18、および
前方の砲腔20（必ずしも施条があるとは限らない）を有
している。砲尾10には開口22があって、この開口は切頭
円錐形の前方部分を有する滑走棒24によって閉じられて
いる。砲尾には溝26、滑走棒には溝28があり、これらの
溝は組み合って、滑走棒を砲尾にロックするギロチン形
ロック30を受承しうる。代わりに、1973年11月20日D.P.
Tassieに付与された米国特許第3,772,959号で開示され
た方式のカムで制御される絞りスライドも用いられう
る。環状の注入バルブスライド32が砲身14の砲尾端部14
Aの上に伸縮自在に嵌っており、環状の回生ピストン34
がバルブスライド32の上に伸縮自在を嵌っている。1981
年５月14日付のバルマン（M.J.Bulman）による米国出願
第263、792号（秘密オーダによる弁護士覚書52−AR−20
14）で開示されたのと実質上同様に、液体発射薬は、そ
の供給源36から砲の中に、注入バルブ38、マニホールド
40、複数の孔42、マニホールド44および複数の縦に長い
孔48を経て供給される。上記の263,792号で開示された
方式の点火装置50が砲尾10を貫通して取り付けられてい
る。

第５図は駆動環54を有する弾丸52が滑走棒24によって
開口22を通して装填される状況を示している。

第６図は滑走棒が弾丸を前進させて室16の中に押し込
んでいる状況を示している。注入バルブ38が開くと、圧
力のかかった液体発射薬が、供給源36からマニホールド
40と孔42を通って流入し、バルブスライド42と回生ピス
トン34を後方に移動させ、また、マニホールド44と孔48
を通り、それから、砲身の部分14Aの後端面と注入バル
ブスライド32の前端面との間の隙間を通り、弾丸52と滑
走棒24の前端との間で形成された空所に入る。上記隙間
の大きさは、バルブスライド32Aのフランジ32が砲尾の
段付き部10Aに当たることで制限される。

第７図は、発射薬が流入して弾丸を室16の中で前進さ
せて駆動環54を定心斜面18に当て、また回生ピストン34
を後方に移動させた状態を示している。滑走棒24は後方
へと移動させられて、ギロチンロック30によって砲尾10
にロックされている。この後バルブ38は閉じられてい
る。

第８図は発射準備が整った砲を示す。移動装薬は、実
質上弾丸の後方の室16に含まれる量の液体発射薬であ
る。固定（すなわち初期）装薬は、実質上回生ピストン
34の頭部と注入バルブスライド32の頭部との間の量の液
体発射薬である。

第９図は、点火装置50によって点火が行われた後の砲
を示す。この点火によって回生ピストン34の頭部の後方
の燃焼室56の中で燃焼ガスが発生し、それによってピス
トンは前方へ押され、両頭部の間の初期装薬をおす。そ
れによって初期装薬と移動装薬の圧力が増大する。ピス
トンの頭部が滑走棒の頭部の円錐面斜面から離れてさら
に前方に動くと、環状隙間56Aが開く。この隙間は、発
射薬が後方に向かって燃焼室56の中へ流入する噴射孔の
役割を果たす。この再生注入が行われうるのは、ピスト
ン34の頭部の前側面の断面積がこの頭部の後面の断面積
よりも小さいことによって、この頭部にその差だけの前
方に向いた力が働くからである。この差の力によって固
定装薬に大きな圧力が発生し、固定装薬が後方へ、噴射
孔56Aを経て燃焼室56へと流入し、燃焼ガスの圧力を維
持または増大させることになる。移動装薬にかかる圧力
が発射開始圧力（駆動54を強く押しつける圧力）を越え
たときに、移動装薬と弾丸とは、回生方式の第１段階の
液圧の影響の下で定心斜面を通り越して前方へ加速し始
める。ピストン34の頭部の前方と後方の２つの容積と、
それらを連絡する隙間56Aとは、自動供給と自動制限が
複合した燃焼エンジン（すなわち燃焼を起こす手段）と
考えてよい。

第10図は回生ピストン34が注入バルブスライド32の頭
部の方へ、前方に動く行程の端末近くに来たときの状況
を示す。回生ピストンは、その表面とそれに近接したバ
ルブスライドの頭部で形成されている流れの出口部分が
狭まるとともに減速される。この回生ピストンの減速と
ともに固定装薬から室16への発射薬の流量が減り、その
結果、室16の液体発射薬圧力が燃焼室56の燃焼ガスの圧
力よりも低くなる。この圧力差によって燃焼ガスは燃焼
室56から噴射孔56Aを経て室16へ前方に向けて流れ、室1
6の液体発射薬の後面に初期キャビティ58を形成する。

第11図は、回生注入の段階を終わって弾丸の加速によ
る液体発射薬が前方へ流れているときに、初期キャビテ
ィが前方（下流側）へ急速に進んでいる状況を示す。こ
のような構成により、発射の移動装薬段階の開始に固有
な遅れが生じる。第12A図は安定化されたテーラー（Tay
lor）キャビティが生成してそれが弾丸と共に、および
弾丸の方へと前方に向けて動いている状況を示す。燃焼
の大部分はキャビティの側、すなわち第12B図に示すよ
うなガスと液の相対速度が大きい所において起る。ここ
における燃焼は回生注入燃焼に似ている。第12C図に示
すように、燃焼速度は噴射速度に整合するように調整さ
れる。この疑似噴射はキャビティ本体後方に続いている
薄い液の層の中で起る。もし燃焼速度が速すぎると液層
はすぐに燃え尽き、その結果燃焼面積と燃焼速度を減少
させる。もし燃焼速度が遅すぎると液層はキャビティの
後方でさらに長く延び、その結果燃焼面積が増し、結局
は平衡状態に落ち着く。燃焼ゾーンの中においては、ガ
スと液の界面から後方に離れる程燃焼ガスの速度は増大
し燃焼ガスの圧力は低下する。

この統合システムは、初期装薬つまり固定装薬が実質
上燃焼が終わるまでは移動装薬の点火が起らないので、
移動装薬の点火に固有な遅れが見られるということが注
目される。

したがって、結果として得られる移動装薬の燃焼速度
は、キャビティと弾丸とが共に砲腔内を下流側に動くと
きのキャビティの弾丸に対する速度によって制御され
る。すなわち、キャビティはそれに働く浮力（F_B）により移動装薬の
中へ進む。

F_B＝4/6 π S_FD³ _BORE（ρ_Ｌ−ρ_Ｇ）Ａここに、Ａ＝加速度（重力加速度） ρ_Ｇ＝ガスの密度 D_BORE＝砲腔（ft） S_F＝形状係数（砲腔径の球に比するキャビテ
ィの大きさ）キャビティの動きは、あたかもそれが固体であるかの
ように流体の抵抗を受ける。その抵抗力はＤ＝1/8 g ρ_L C_D πD² _BOREV_C ² ここに、C_D＝抵抗係数上記の二つの力を等しいと置けば、キャビティの貫通
速度が求まる。

ρ_Ｌ≫ρ_Ｇであることを考え、定数を組合わせると、
この式は簡略化され、となる。

弾丸と移動装薬とが一体になったかたまりの加速度は
次式から求まる。

ここで、P_B＝底部圧力 M_B＝弾丸の質量（1b） T_C＝移動装薬の質量（1b）もし底部圧力がすべての砲で同じで、弾丸と移動装薬
とが一体になったかたまりが（D_BORE）^３に比例すると
すると、したがって、V_Cはスケールに無関係である。

もし燃焼速度が十分に速いと、底部圧力は燃焼率だけ
の関数となり、ここで、そうすると加速度は、または再び、上記の関係における定数は砲の口径によって変わりう
るが、主たる効果については許容可能である。

第13A図、13B図は本発明の第２実施例を示す。この実
施例は固体発射薬の第１段階と液体発射薬の第２段階を
有する砲である。このようなシステムはハイブリッド移
動装薬（HTC）発射システムと言われてよいものであ
る。

第13A図は、室102を有する砲尾100と、砲尾106を有す
る砲身104と、撃針110を有する滑走棒108とを備える砲
を示している。滑走棒108で閉じられる室102の中に伸縮
自在の弾薬112が入れられている。

弾薬には、ケース114が含まれていて、このケースは
本体115と、スリーブ部118を取り付けている前方の環状
の折返接手116と、孔122を有する底部120とを有してい
て、孔112の中には雷管124が固定されている。ケースの
本体部115の外径は室102の内径と整合している。スリー
ブ部118の内径は砲腔106の内径と整合している。弾丸12
8を含んでいる装弾筒126がスリーブ部118の前方部分の
中に入っている。キャビティジェネレータ130がスリー
ブ部118の後方部分に設けられている。液体の装薬131が
スリーブ部中のキャビティジェネレータの前方と装弾筒
の後方部分回りに充填される。装弾筒の中間部分は環状
シール132を有しており、装弾筒の前方部分は、砲腔ラ
イダ134を有している。キャビティジェネレータ130もス
リーブに対してシールされていて、これらすべてのシー
ルは液体装薬をケース114の中に閉じ込めるためのもの
である。ケースのスリーブ部118と本体部115と底部120
で囲まれた内部の空間には固体装薬137（包装の能率を
向上させるために固形化していてよい）が充満してい
る。

発射は、撃針110により雷管122を付勢し固体発射薬13
7に点火することで始まる。燃焼ガスによって発生する
圧力が高まると、ガスは、キャビティジェネレータ130
と、弾丸128を包む装弾包126と、封入されている液状装
薬131とを一体として押し出し、加速させ、砲腔106に送
り込む。

上述したように、移動装薬によって性能が向上するの
は、弾丸とその移動装薬がかなりの速度に達するまで移
動装薬の点火が遅らされたときである。この実施例の場
合、必要な遅れはキャビティジェネレータ130によって
得られる。キャビティジェネレータは、発射の前は、ケ
ース114の中で液状装薬131の後方部分をシールする役割
を果す。固体静止装薬137の点火後ただし液体移動装薬
の点火よりも前には、ジェネレータ130は固体装薬137で
発生される燃焼ガスから移動装薬131を隔離する役をな
す。ジェネレータ130は複数の長さ方向の孔136を有して
おり、孔の各々は、横断方向にあって実質上平らな前側
面140から、横断方向にあって実質上凹形の後側面142へ
と延びているので、長さが同じでない。これらの孔136
の各々は、密度がジェネレータ130の密度と異なってい
て動きに対して抵抗する材料、例えばグリースとから圧
入されたピンで塞がれている。ジェネレータ130の初期
加速の間においてはこれらの材料は孔136を塞いでいる
が、この材料に働く加速度によって、それとジェネレー
タとの密度の関係次第でジェネレータから前方または後
方に押し出される。したがって、固定装薬137の燃焼に
よって起る初期加速の期間内のある時点において、これ
ら孔136はこれらの個々の長さの逆の順序で順に開かれ
て行く。第13B図に示すように、これら孔が開かれるの
について、高温の燃焼ガスがこれら孔を前方に向けて通
過して液状の移動装薬131の後面に至り、そこで初期キ
ャビティ144を形成する。この初期キャビティの形は実
質上孔136の開き方によって順に決まる。ジェネレータ
の中央にある最も短い孔を真先にガスが通過しキャビテ
ィの最も凹んだ部分を形成する。このキャビティは、い
ったん形成されると、さきに第12A図について説明した
安定化したテーラーのキャビティの形になる。

第14図は本発明の第３実施例を示す。この実施例は本
発明の第１と第２実施例の特徴を組合わせた砲である。
このシステムでは、液体発射薬回生注入式の第１段階
と、液体移動装薬の第２段階と、そして、第２段階の点
火前に遅れさせるキャビティジェネレータを含んでい
る。

この砲は、1981年５月14日付の特許第263,792号（秘
密オーダによる弁護士覚書52−AR−2014）においてバル
マン（M.J.Bluman）によって示されたものと似ており、
砲尾200を含んていて、これを砲腔204を有する砲身202
が固定されている。砲身は後方に突出した延長部206を
有し、その上には、頭部210と尾部212を有する環状の注
入バルブ208が伸縮自在に嵌っている。注入バルブの上
には頭部216、尾部218を有している環状の回生ピストン
214が伸縮自在に嵌っている。圧力下にある液体発射薬
供給源220が、入口バルブ222を経てマニホールド224と
連結されており、このマニホールドは砲身の延長部206
を貫通している環状配列の長さ方向の孔226と連通して
いる。これら孔226は、スナップアクションバルブ（例
えば皿ばねワッシャ）228で塞がれており、塞がれない
場合は注入バルブの頭部210を貫通している環状配列の
長さ方向の孔230と連通している。注入バルブがその最
も前方の位置にあるときは、その頭部スナップアクショ
ンバルブ228の上に着座し、孔226を塞いでいる。回生ピ
ストンが最も後方の位置にあるときには、その頭部の内
側のリム216Aが砲身延長部の環状突起202Aの上にあっ
て、注入バルブの頭部と回生ピストンの頭部との間にポ
ンプ室232を形成している。砲身の延長部の環状体を貫
通している２列の半径方向孔234,236がポンプ室232と砲
腔204の間を連通している。

砲尾の後端には開口238があって、この開口は滑走棒2
40で閉じられており、滑走棒の頭部がその長さ方向の軸
線の回りで回転するとロック／アンロックが行われる。
滑走棒の面は、１対の抜出しラグ24を有することにより
スタブケース246の抜出しリム244と係合しており、この
スタブケースの補助火薬カートリッジ248を支えてい
る。このスタブケースは雷管250を有していて、そこに
開口している１つの通路が補助火薬252に通じており、
補助火薬に開口している複数の半径方向孔254は、砲尾2
00とピストン頭部216と砲身の延長部206とカートリッジ
248とで形成されている燃焼室255に開口している。滑走
棒は、雷管250を働かせる撃針256を有する。

砲への装填を行うには、滑走棒を引き抜いて、弾丸つ
まりここでは装弾筒257Bの中で支えられていてフィンを
有するロッドペネトレータ257Aとなっている弾丸を挿入
する。その次に、キャビティジェネレータ、つまり、平
らな前面260から凹面になった後面262まで伸び充填材料
が詰められている複数の孔258Bを有するキャビティジェ
ネレータ258Aを挿入する。この前面は環状の面取り部26
4を有しており、その面取り部は、前側面が孔234と揃っ
たときも、ポンプ室232からキャビティジェネレータと
弾丸との間の空所への連通を可能にしている。次には、
補助火薬カートリッジつきのスタブケースを支えている
滑走棒を砲尾の開口の中に挿入してロックする。環状ピ
ストンの頭部216はそれの最も後方の位置にあって、そ
れの内側リム216Aは突起202Aの上にある。環状の注入バ
ルブは前方位置にある。入口バルブ222を開くことによ
って液体発射薬を、加圧された供給源220からマニホー
ルド224、孔226、スナップアクションバルブ228、孔230
を経てポンプ室232へ、そしてなお、孔234を経て、キャ
ビティジェネレータと弾丸との間の空所へ流入させる
と、弾丸は前方へ、砲腔204にある定心斜面204Aによっ
て止められるまで押されて動く。補助火薬カートリッジ
の前面とキャビティジェネレータの後面との間には隔間
が、補助火薬カートリッジの面上の円錐形の突起のよう
な適当な手段によって設けられている。

雷管250が点火されると、高温のガスが発生し、その
ガスによって補助火薬252が点火され、補助火薬が燃焼
ガスを孔254を経て燃焼室255の中へ排出する。燃焼室内
の燃焼ガスの圧力が回生ピストン頭部216の後面に働く
ので、回生ピストン214は前方へ動かされ、孔230の中の
液体発射薬を介してスナップアクションバルブ228を閉
じ方向に動かし、それにより孔226は閉じられ、液体発
射薬供給システムはポンプ室から隔離される。回生ピス
トンの頭部216の環状リム216Aは砲身延長部206の環状突
起202Aから離れ、それにより、漸次増大する環状隔間つ
まり噴射孔が形成され、そこを通って液状の発射薬がポ
ンプ室232から燃焼室255へ注入される。

燃焼ガスはキャビティジェネレータと補助火薬の間の
隔間に入り、キャビティジェネレータの後側面に圧力を
及ぼすので、キャビティジェネレータは前方へと動かさ
れ、孔234を閉じさせ、砲腔の中の液状の発射薬を介し
て弾丸のついた装弾筒を定心斜面204Aを超えた先へ動か
す。その後、キャビティジェネレータと液体の移動装薬
と装弾筒と弾丸とが一体になって、砲腔204に沿って前
方へ加速される。

キャビティジェネレータが孔234と236を過ぎて前方に
進むと、液体の発射薬がこれら孔を通ってポンプ室か
ら、この段階では砲腔204の後方部分にまで拡大してい
る燃焼室の中へ送出される。

その後、燃焼室255の中とキャビティジェネレータの
後方の砲腔後方部の中にある液体発射薬のすべてを燃焼
しつくし、それによって発生した燃焼ガスが膨脹し続
け、上記の一体の移動体を加速させる。このとき、孔25
8Bから、ただし最初には比較的短い内方の孔から、そし
てそれに続いて比較的長い外方の孔から、充填材料が抜
け出し、燃焼ガスがそれら孔を通って流れるようにな
り、キャビティジェネレータの前面において燃焼ガスの
泡を生成する。この泡によって液体移動装薬の後面が点
火され、この泡は発達して前述したようなテーラーのキ
ャビティとなる。

第15図は本発明の第４実施例を示す。この実施例は２
つの燃焼室を含む本発明の実施例の最も基本的なもので
ある。このシステムは液体発射薬の固定燃焼室とキャビ
ティジェネレータと、そして液体発射薬が移動する燃焼
室を有している。

この砲には砲尾300があって、これは砲腔304を有する
砲身302に固定されている。砲尾の後端は開口306がつい
ており、この開口は滑走棒308によって閉じられてい
る。滑走棒308は、砲尾に嵌った可動ラグ310のような適
当な手段が滑走棒と一体の環状ラグ312に係合すること
によって砲尾にロック／アンロックされる。滑走棒308
の前端部は、切頭円錐形になっていて、そこにはチャン
ネル310が切込みされており、そのチャンネルには、引
留めリング、すなわちショットスタートリンク314の後
端部を受入れるためのアンダーカット312がある。引留
めリングの前端部は弾丸316に固定されており、この弾
丸は、環状シール320を有する装弾筒318に嵌め込まれて
いる。

砲尾には砲腔304と同心に環状の燃焼室330が設けられ
ている。加圧下の液体の発射薬の供給源332が入口バル
ブ334とマニホールドを経て、直線上相対する位置にあ
る１対の点火システムへ連結されている。点火システム
の各々では、点火室338の入口に逆止弁336があり、点火
室はスパークプラグ340と、燃焼室への出口342とを有し
ている。燃焼室は、円錐形になっていて砲腔304の中へ
向い前方へそれに沿っている環状の出口344を有してい
る。

弾丸と装弾筒は、リンク314によって滑走棒に取付け
られ、開口306を経て砲腔304の中へ挿入される。もし、
発射不成功の場合のように弾丸を抜き出したい場合に
は、リンク314がある故、滑走棒がそのような機能をも
果たす。このリンクは、例えば、燃焼室330ないの液体
発射薬が点火された後のような、比較的高い圧力も弾丸
が受けた場合に破断するように設計できる。代りにこの
リンクは、例えば、低い圧力下の液体発射薬が燃焼室か
ら砲腔へ流入させられた際のような、比較的低い圧力で
破断するように設計できる。この場合には、このリンク
が破断した後には、流入した発射薬が弾丸と装弾筒と
を、装弾筒が砲腔の定心斜面304Aで止められるまで前進
させる。

望ましい一実施例においては、環状のバルブスライド
350がやはり設けられている。このバルブスライドは滑
走棒と同心であって滑走棒の前方部分を受入れ、なお、
燃焼室の後側壁を形成している。このバルブスライドは
複数のばね352によって常に前方に向く力を受けている
ので、前方に突出して環状のバルブ出口344の後側壁を
形成しているそれのリップ354は、バルブ出口344の前側
壁に当たり、この出口を閉じている。これらばねはポン
プ室356の中に配置されており、このポンプ室は可変絞
り358と逆止弁360を経て、加圧下にある潤滑剤の供給源
362と連結している。ポンプ室356はバルブスライドの環
状体を貫通する１列の半径方向孔364を経て、滑走棒に
ある環状溝366と連結している。

最初に液体発射薬が供給源332から１対の点火室338
と、環状の燃焼室330とに送入されているときには、バ
ルブスライド350はそれの最も前方の位置にあり、燃焼
室のバルブ出口344を閉じている。その状態にある間に
滑走棒、滑走棒が弾丸と装弾筒とを砲腔に装填する役目
を終えて、ロックされる。燃焼室が加圧下の液体発射薬
で満たされたならば、その液圧によってバルブスライド
がばね352の力に抗して後退し、環状の出口344を開くの
で、液体発射薬が燃焼室から砲腔304の後方部分、ただ
し装弾筒のシール320まで、流入できるようになる。こ
の最初のバルブスライドの後退運動によっていくらかの
潤滑剤を環状溝356から、滑走棒とバルブスライドとの
間の界面へと押し出され、これにより初回分の潤滑剤供
給が行われる。この潤滑剤はシールの役も果たす。この
シールは一回発射が行われるごとに補充される。

液体発射薬が１対の点火室338、燃焼室330、そして、
砲腔340、ただし滑走棒より前方でシール320より後方の
砲腔を満たした後には、スパークプラグ340が付勢さ
れ、点火室内の液体発射薬が点火される。１対の燃焼ガ
スの泡が拡大して、燃焼室内の液体発射薬が点火され
る。燃焼室内で圧力が高くなると、バルブスライド350
は後方に向けて押され、それにより、燃焼室の容積は最
初の最小の大きさから最大の大きさに増大し、その結
果、ガス圧力の上昇速度が遅くなる。バルブスライドの
この最終の後方への運動によって、さらにいくらかの潤
滑剤が環状溝356から、滑走棒とバルブスライドの間の
界面へと押し出される。このように、１回の発射ごとに
滑走棒とバルブスライドとの間のシールが更新されるこ
とが知られるよう。膨脹を続ける燃焼ガスはバルブ出口
344を経て砲腔の中に流入し、これにより、（ｉ）砲腔
内で容積を占めている液体発射薬が押され、それにより
弾丸と装弾筒とが定心斜面を超えて前方へ押し出される
と共に、（ii）液体発射薬が占める空間の後端面が消費
されてそこにテーラーのキャビティが発生する。燃焼シ
ステムで発生するピーク圧力がコントロールされるよう
に、装弾筒についているシール320より後方の砲腔内に
ある液体の移動装薬が点火されるより前に固定燃焼室33
0内の液体発射薬の全量が燃焼される。移動装薬は砲腔
に沿って前方へ進むので、移動装薬が存在する砲腔の部
分が燃焼室と見なされる。すなわち移動装薬は移動する
燃焼室の中にある。

上述したように、引留めリンク314がより強く作られ
ていて、発射薬が注入される間はずっと、そして点火後
も燃焼システムの中で例えば5,000psi以上というような
所望の圧力を生ずるまでは弾丸が滑走棒に繋がれている
ようであってもよい。

第16図は本発明の第５の実施例を示す。この実施例は
発射過程の第１段階に液体発射薬の液滴とガスとの２相
混合体を用いる技術を利用している。この技術は1977年
９月27日付でグレアム（A.R.Graham）に付与された米国
特許第4,050,348号で開示されていて、その開示内容が
参考としてここに援用されている。

この砲システムにはハウジング400があって、これは
前方に伸びて砲腔402を有する砲身に続いており、後方
に伸びて滑走棒406で閉じられる開口404を有する砲尾に
続いている。滑走棒はシールを有すると共に、1974年１
月８日付でアシュレー（E.Ashley）に付与された米国特
許第3,783,737号で示されたような点火キャビティの中
にある電極408を有している。この特許の開示内容は参
考としてここに援用される。逆止弁420を有する通路418
が、窒素または空気のようなガスの供給源422を点火キ
ャビティと連結させている。ばね430の力を受けている
ピストン432がハウジングの中で、液体発射薬注入シス
テム434をバルブ435と通路436を経て砲腔の後端部438の
中へ連結させる注入バルブとしての役をなす。

滑走棒が引き抜かれたときに、装弾筒442に包まれた
弾丸440と、脆いリンク446て弾丸に繋がれたキャビティ
ジェネレータ444が一体として砲腔の後端部438の中へ
と、キャビティジェネレータは通路436の砲腔への開口
部436Aよりも後方にあって弾丸はそれよりも前方にある
ように挿入される。次いで、滑走棒が第１の位置まで挿
入され、キャビティジェネレータをバックアップする。
液体発射薬の供給源434から来る加圧下の液体発射薬の
圧力が加わることによって、ばね力を受けているピスト
ン432が後方に動かされると、注入バルブが動く。そう
なると、液体発射薬がキャビティジェネレータと弾丸と
の間の空間に流入する。この空間にあった空気は圧縮さ
れ、弾丸は前方に向けて押され、脆いリングが破断する
に至る。液体発射薬のこの空間への流入が続くとき、弾
丸は前方に進み、定量の発射薬が全部装填され、注入バ
ルブが閉じるまでそれが続く。キャビティジェネレータ
の後方の動きは滑走棒によって止められている。そこ
で、バルブ420が開かれ、それにより、加圧されたガス
が供給源422から点火キャビティに入れられると、その
ガス圧がキャビティジェネレータ444の後側面に働き、
キャビティジェネレータ、および弾丸と装弾筒とがつな
がったものを前方へ、装弾筒が砲腔内の定心斜面450で
止められるまで推し進める。ガス流の圧力が所定のレベ
ルに達したならば、バルブ420は閉止される。定量の液
体発射薬が再度、ガス圧力よりも高い圧力の下で、注入
バルブを通ってキャビティジェネレータの後方の空間に
注入される。液体発射薬は加圧下のガスの中に流入する
ときに剪断されて液滴になる。そこで滑走棒が前方へ動
かされるとガスと液滴の２相混合体は圧縮される。そし
て滑走棒はロックされる。電極408の電圧がかけられる
と点火キャビティの中の２相混合体は圧縮される。そし
て滑走棒はロックされる。電極408に電圧がかけられる
と点火キャビティの中の２相混合体が点火され、その後
は前述と同様の発射過程が進行する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な移動装薬装置を示す概略図である。第２図は第１図の装置の長さに沿った速度と圧力を示す
図である。第3A図は一般的な点火前のバルク装填液体発射薬装置の
概略図である。第3B図は第3A図の装置での点火噴流の発達状況を示す詳
細図、第3C図は第3A図の装置での点火噴流が燃焼ガスの泡に変
わる状況を示す詳細図、第3D図は第3A図の装置での液とガスの界面を示す詳細
図、第４図は典型的なバルク装填液体発射装置の発射過程で
の圧力と時間の関係を示すグラフ、第５図は本発明による第１実施例である液体発射薬シス
テム縦断面図において滑走棒によって弾丸が挿入されつ
つある状況を示す図、第６図は第５図と同様な図であり、滑走棒によっての弾
丸の挿入が終り、液体発射薬の送入が開始したときの状
況を示す図、第７図は第５図と同様な図であり、液体発射薬の送入が
終り、弾丸は前方に押しやられ、後方で滑走棒がロック
された状況を示す図、第８図は第５図と同様な図であり、点火が開始したとき
の状況を示す図、第９図は第５図と同様な図であり、燃焼における回生注
入段階の状況を示す図、第10図は第５図と同様な図であり、弾丸とそれのすぐ後
方の装薬との初期加速の後に、燃焼における移動装薬の
段階に移行するときの状況を示す図、第11図は第５図と同様な図であり、弾丸がさらに加速さ
れた後での移動装薬の段階の状況を示す図、第12A図は安定したテーラーのキャビティの概略図、第12B図は第12A図の概略図のキャビティのガスと液との
界面を示す詳細図、第12C図は第12A図と同様の概略図において燃焼が遅い時
のキャビティと燃焼が速い時のキャビティとを対比して
示す図、第13A図は本発明の第２実施例である固体と液状のハイ
ブリット発射薬システムの縦断面図において、このシス
テムが装填されて点火がまだ行われていない時の状況を
示す図、第13B図は第13A図のシステムにおいて、発射過程におけ
る移動装薬の段階の状況を示す図、第14図は本発明の第３実施例である、キャビティジェネ
レータを用いた液体発射薬装置の縦断面図、第15図は本発明の第４実施例の縦断面図、第16図は本発明の第５実施例の縦断面図、である。 10,100,200,300……砲尾、 14,104,202,302……砲身、 16,102……室、 18……定心斜面、 20,106,204,304,404……砲腔、 24,108,204,308,406……滑走棒、 32……注入バルブスライド、 34,208……回生ピストン、 36,332……液体発射薬供給源、 50……点火装置、 52,128,257A,316,440……弾丸、 56,255,318,330……燃焼室、 56A……噴射口 110……撃針、 112……弾薬、 114……ケース、 118……スリーブ部、 124……雷管、 126,257B,442……装弾筒、 13,258A,444……キャビティジェネレータ、 136,258B……孔、 206……砲身の延長部、 208……注入バルブ、 220,332……液体発射薬供給源、 232……ポンプ室、 248……補助火薬カートリッジ、 250……雷管、 252……補助火薬、 338……点火室、 340……スパークプラグ、 350……バルブスライド、 356……ポンプ室、 362……潤滑剤供給源、 400……ハウジング、 408……電極 422……ガス供給源、 432……ピストン、 434……液体発射薬供給システム。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】砲腔と、前記砲腔の中に装填された弾丸と、前記弾丸より後方の前記砲腔内に充填された第１の液体
発射薬と、前記第１の発射薬より後方の前記砲腔内へ燃焼ガスを放
出するために設けられた燃焼ガス供給源とからなり、前記燃焼ガス供給源が燃焼ガスを前記砲腔内へ放出し
て、最初の前記弾丸と前記第１の発射薬が一体になった
かたまりが前記砲腔に沿って前方へ先ず初期加速され、
その後前記第１の発射薬が点火される発射過程を有する
砲装置。
【請求項２】ハウジングと、前記ハウジングに固定され、後方に延びる砲腔を有する
砲身と、加圧される液体発射薬の供給源と、燃焼エンジンと、前記供給源、前記燃焼エンジン、前記砲身の砲腔に結合
して、前記供給源から前記燃焼エンジン及び前記砲腔の
後方部分へ液体発射薬を供給する手段と、前記砲腔の後方部分より前の前記砲薬の砲腔に弾丸を装
填する手段と、前記砲腔の後方部分の後方で前記砲身の砲腔を閉じる手
段とを備え、前記装置は液体の発射薬を前記供給源から前記燃焼エン
ジンおよび前記砲腔の後方部分へと供給し、その後、前
記燃焼エンジンが燃焼ガスを発生し、前記後方部分より
も後方の前記砲腔の中に燃焼ガスを供給し、前記砲腔の
後方部分に装填された弾丸と液体発射薬とが一体になっ
たかたまりを前記砲身の砲腔に沿って前方へ初期加速す
る発射過程を有する砲身の砲腔に充填した弾丸を加速す
る砲装置。
【請求項３】ハウジングと、前記ハウジングに固定され、砲腔を有する砲身と、加圧された液体発射薬の供給源と、第１の燃焼室と、前記供給源と前記第１の燃焼室の間にこれらを結合し、
前記供給源から前記第１の燃焼室へ液体発射薬が流れる
通路を形成する第１のバルブ手段と、前記第１の燃焼室の中の液体発射薬に点火する手段と、前記第１の燃焼室および前記砲身の砲腔の後方部分とそ
の間に結合され、前記第１の燃焼室から前記砲腔の前記
後方部分へ流体が流れる通路を形成する第２のバルブ手
段と、前記砲腔の前記後方部分の前に弾丸を装填し、前記砲腔
の前記後方部分の前記砲身の砲腔を閉じる手段とを備え
る砲装置であって、最初、液体発射薬が前記供給源から前記第１のバルブ手
段を経て前記第１の燃焼室に、そして前記第２のバルブ
手段を経て前記砲腔の後方部分に流入し、その後、前記
第１の燃焼室内の液体発射薬が点火され、燃焼ガス流を
発生し、前記第２のバルブ手段を経て、前記砲腔の後方
部分に装填された弾丸と液体発射薬とが一体になったか
たまりが前記砲腔に沿って前方に初期加速され、その後
加速された液体発射薬の後方部分が点火される発射過程
を有する砲身の砲腔に装填された砲装置。
【請求項４】前記砲身の砲腔を閉じる前記手段と前記砲
身の砲腔との間の境界に密封材料を供給する手段をさら
に備える、請求項３の砲装置。
【請求項５】前記の密封材料の供給手段は、各発射サイ
クル間に前記境界に密封材料を補給する、請求項４記載
の液体発射薬を用いる砲装置。
【請求項６】前記第１の燃焼室は、前記燃焼室の容積を
最小と最大の間で変える手段を備える請求項３の砲装
置。
【請求項７】前記第２のバルブ手段を経て流れる前記燃
焼ガスの流れが、加速された液体発射薬の後方部分にお
いてテーラーのキャビティを形成する請求項３の砲装
置。
【請求項８】液体発射薬が前記供給源から前記第１のバ
ルブ手段を経て前記第１の燃焼室へ、また前記第２のバ
ルブ手段を経て前記砲腔の後方部分へ流れるときは、前
記第１の燃焼室は最大容積以下になり、前記第１の燃焼室内に含まれる液体発射薬の点火中は、
前記第１の燃焼室は最大容積になる請求項６記載の砲装
置。
【請求項９】前記燃焼室の容積を変える前記手段は、前
記燃焼室の内面の一部を形成する面を有する、ばねを取
り付けたバルブスライドを含む請求項７の砲装置。
【請求項１０】ハウジングと、前記ハウジングに固定され、内部に砲腔と外部環状面を
有する砲身と、前記砲身に同軸状に配置され、軸方向に移動するため、
最後方位置と最前方位置の間の軸方向移動ができるよう
にジャーナル結合された環状の回生ピストンとを備え、
前記回生ピストンは頭部を有し、その頭部は、横断面積が比較的小さい前面と、横断面積が比較的大きい後面と、前記回生ピストンがその最後方位置にあるとき前記砲身
の外部環状面を密封し、前記回生ピストンがその最後方
位置の前方にあるとき環状の噴射口を形成する環状の内
面とを有し、さらに、前記回生ピストン頭部の前面により部分的に限
定されるポンプ作用室と、前記再生ピストンの頭部の後側面により部分的に規定さ
れる燃焼室と、前記砲腔内に設けられ、前面と、後面と、複数の環状孔列とを有するキャビティジェネレータであ
り、各孔は、前記前面と後面との間で延び、開口しており、
孔の各列は前記砲腔と同軸であり、各腔は比重がキャビ
ティジェネレータの比重と異なる対応する長さの材料に
よって塞がれ、各内側の列はそのすぐ外側の列より長さ
が短い材料で孔が塞がれており、前記ポンプ室の中に充填された第１の容量の液体発射薬
と、前記キャビティジェネレータの前記砲腔内に装填された
弾丸と、前記砲腔内に充填され、前記キャビティジェネレータと
前記弾丸との間に入れられた第２の容量の液体発射薬
と、前記燃焼室に燃焼ガスを最初に供給する手段とを備える
砲装置であり、前記燃焼室内で燃焼ガスを最初に供給すると、前記環状
ピストンが前方へ動き液体発射薬を前記ポンブ室から前
記噴射孔を経て前記燃焼室へ段階的に噴射し、前記燃焼室内の燃焼ガスは、前記キャビティジェネレー
タと前記第２の容量の液体発射薬と前記弾丸とを前方に
加速し、加速すると、塞いでいた材料がそれぞれの孔から放出さ
れ、最も内方の孔の列からは隣接する外側の孔の列より
先に放出され、そして、キャビティジェネレータの孔が開くと、燃焼ガスがその
中を前方に進み、前記第２の容量の液体発射薬の後面に
テーラーのキャビティを形成する発射過程を有する砲装
置。
【請求項１１】前記の最初の燃料ガスを供給する手段
は、雷管と補助装薬と伝爆薬とを有するケースである、
請求項10の砲装置。