JPH08320197A - 周囲条件に於いて比較的不活性な燃料と酸化剤を用いて高圧ガス・パルスを発生する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銃身内発射体の推進に特に適した高圧ガス・
パルスを形成する装置と方法を提供する。 【解決手段】 長軸を有する銃身１６に沿い発射体３０
を加速する装置は前記発射体３０の後部に少なくとも数
本の放電を発生させる少なくとも数個の軸方向のギャッ
プ６２を形成した構造体３２から成る。この放電によっ
て、軸方向の各放電に直角方向に個々の成分と共にプラ
ズマは流動し、発射体３０は銃身１６内を進行する。放
電によって生じるプラズマ流に反応するように位置決め
した推進媒体塊３１は、プラズマに反応し銃身１６内で
発射体３０を加速するための高圧ガスに変換され、この
推進媒体塊３１に含まれる燃料の一部がプラズマによっ
て気化され、充分な高温まで加熱され、発熱化学反応を
生じ、その結果、発射体３０に印加される高圧ガス・パ
ルスが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、特に発射
体の加速に適した高圧パルス化ガス・ソース、更に詳し
くは、周囲条件に於いて比較的不活性で、高圧ガス・パ
ルスを形成すべく気化される固体燃料と非ガス状酸化剤
とを含む高圧パルス化ガス・ソースに関する。

【０００２】

【従来の技術】電熱技術に源を発する高圧パルス化ガス
・ソースは例えば、米国特許第４、５９０、８４２号、
第４、７１５、２６１号、第４、９７４、４８７号及び
第５、０１２、７１９号に開示されている。このような
従来技術による装置のあるものは屡々不安定になり、絶
えず安全上の問題が生じるエネルギー源薬品の必要を避
けている。こうした従来技術によるパルス化ガス・ソー
スに於いては、好ましくはポリエチレンで形成する誘電
管のそれぞれ反対側に位置する端部に間隔をあけて配し
た一組の電極相互間の通路に毛管状の放電が形成され
る。前記電極相互間の放電電圧に応答し、高圧、高温プ
ラズマが前記通路に充満し、誘電壁から物質の融蝕が発
生する。高温、高圧プラズマ・ガスは放電通路の一端に
ある電極によって確定されるアパーチャを通る前記放電
と前記通路の長手方向に流れる。このアパーチャを通る
前記通路から長手方向に流れる前記ガスは発射体を大速
度にまで加速することのできる高圧、高速ガス・ジェッ
トを形成する。第’４８７号の特許に於いて、高圧、高
温プラズマは推進媒体塊と相互作用し、高温推進媒体を
形成する。第’７１９号の発明では、オリフィスの内部
を流れるプラズマと金属水素化物及び他の物質との相互
作用により水素が形成され、高圧水素が作り出される。
プラズマは発熱化学反応が進行中、冷却剤、例えば、水
との相互作用で冷却される。

【０００３】第’４８７号の特許の場合、高圧ソース出
口オリフィスと発射体との間の銃身内腔の体積が増加し
ても、銃身内腔で発射体が加速される間、前記発射体の
後部に作用する圧力は事実上一定に維持される。このよ
うな結果は前記毛管状放電のために印加した電気エネル
ギーを時間の関数として事実上線形に増大することで達
成される。

【０００４】また、米国特許第５、０７２、６４７号に
開示された更に一層高圧なパルス化ガス・ソースでは、
高圧プラズマ放電は軸方向に変位させて配した一組の電
極間に確立される。この放電内部プラズマの圧力は銃身
内腔の発射体を加速させるに充分である。放電を内部に
限定し、放電を横ぎって流れるプラズマが通過する若干
数の開口部を有する有壁構造体の内部にプラズマは形成
される。前記構造体の壁部を取り囲むチャンバには発射
体の後部に対する発生する放電の長手方向に流れる高圧
水素ガスを形成する水と金属粒子とから成るスラリが含
まれる。発射体が銃身の下流側に加速されるとき、この
発射体に作用する水素ガスの圧力を比較的一定に維持す
るため、放電のために印加した電気エネルギーは時間の
関数として事実上線形に増加する。

【０００５】第’６４７号特許に採用された着想は１９
９４年５月５日に提出され、一般に譲渡された同時係属
出願第０８／２３８、４３３号に導入されている。この
同時係属出願では、特に発射体の推に適した高圧パルス
化ガス・ソースの出口後部にある各軸方向ギャップを横
断する少なくとも数本の軸方向放電が構造体によって確
立される。この放電によって、プラズマは成分と共に軸
放電に直角に流れる。従来の推進媒体塊、例えば、第’
６４７号特許に開示されているような火薬や水素形成塊
は放電から生じるプラズマ流に反応するよう位置決めさ
れる。推進媒体塊に投射される放電から生じるプラズマ
に反応し、高圧ガス・パルスが形成される。

【０００６】この分野に関与する技術者は発射体を加速
するプラズマが基部、例えば、発射体の後部の近傍に於
いて最大圧になることが望ましいことを既に認めてい
る。従って、発射体が初期加速された後に、プラズマ・
ソースの前部、前記発射体近傍での電気エネルギーはプ
ラズマ・ソースの後部に於ける電気エネルギーよりも大
きいことが望ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような電
気エネルギーの大きさや、電気エネルギー分布でプラズ
マを形成する際の問題は圧力波がプラズマ・ソースに形
成される傾向が存在することである。高エネルギー電源
（数百万ジュールのエネルギーを有する）から形成され
るような高圧プラズマ・ソースからの圧力波はこのよう
な高圧ソースを含む発射体発射筒を破壊することができ
る。従って、総てのギャップに亘りほぼ同一の電気エネ
ルギーを有するプラズマを最初に形成するため高圧プラ
ズマ・ソースには少なくとも数本の軸方向放電が与えら
れることが望ましい。発射体がその初期位置からの移動
後、発射体近傍のプラズマに印加される電気エネルギー
は同発射体から遠い部位のプラズマの電気エネルギー以
上になることが望ましい。前記タイプの装置の場合、プ
ラズマ内部限定構造体の内部を通過し、数本の放電を確
立するために要する電極まで流動する傾向がプラズマに
見られ、従って、電極には、これに近い金属パーツに対
し高い電圧を印加せねばならぬとの問題がある。プラズ
マが電極上に投射される時点でプラズマが高いと、この
電極には数多くの電荷キャリヤが投射され、低インピー
ダンスの電気経路が電極と金属パーツ相互間に存在する
ようになる。この電気経路は必要な数の放電に対し並列
電流経路を形成し、放電から電流を偏向させてしまう。
このため、最初に発生した放電が消失してしまうという
傾向がある。従来この問題を克服するために、電極と放
電構造体との距離が大きくなるよう、放電構造体を設計
する一般的な慣習があった。以上のような構成では高温
プラズマを大量に消散させ、電極に投射されるプラズマ
電荷キャリアを減少させることができる。しかし、この
ように長い構造では軍用火器への装填に適した発射体を
含むカートリッジの最良な設計には到らない。

【０００８】１９９４年１０月２６日に提出され、“不
必要なプラズマ流を禁ずる柔軟な物質を備え、横方向に
プラズマ放電を確立するギャップを有するハイブリッド
型電熱銃”なる名称を有するもので、Ｇｏｌｄｓｔｅｉ
ｎ、その他による特許出願（Ｌｏｗｅ、Ｐｒｉｃｅ，Ｌ
ｅＢｌａｎｃ ＆ Ｂｅｃｋｅｒ ｄｏｃｋｅｔ ２７
７−０４２）では、このような多くの問題が検討され、
解決されている。この出願書には銃身に沿い特に発射体
の加速に適した高圧パルス化ガス・ソースが開示されて
いる。この高圧パルス化ガス・ソースは出口の後部の軸
方向ギャップにこれに対応する少なくとも数本の軸方向
放電を確立する構造体から成り、発射体は初期段階では
前記出口の直前部に位置する。放電によりプラズマは成
分と共に相当時間、軸放電に直角に流動し、同時にパル
スが形成され、発射体は銃身に沿い進行する。放電から
生じるプラズマ流に反応するように位置決めした推進媒
体塊は高圧成分のガス・パルスい変換される。パルスが
初めて形成され、しかもパルス形成の進行が経過した
後、すなわち、発射体がその初期位置を離れ、銃身内を
進行中、出口に近いギャップを介しプラズマに印加され
る電気エネルギーが出口から遠いギャップからプラズマ
に加わる電気エネルギーよりも大きくなるよう軸方向ギ
ャップを構成する。これにより、発射体の基部にはより
大きな力と圧力が印加され、発射体は更に高い効率でよ
り大きな速度まで加速される。

【０００９】高圧ガス・パルスを形成する構造体、例え
ば、銃身を含む銃の損傷や破壊を防止するため、プラズ
マの初期形成が行われ、高圧ガス・パルスが初めて形成
されるときにプラズマに印加される電気エネルギーが数
本の放電に於けるものと事実上同一になるよう、軸方向
ギャップは構成される。

【００１０】好ましくは、ギャップへの電気エネルギー
の印加時、出口と発射体に近いギャップの壁部は出口と
発射体から遠いギャップの壁部よりも浸食が早く進行す
るよう、放電に反応し浸食が異なる壁部が個々のギャッ
プに含まれる。初期段階に於いて、総てのギャップに形
成される電気エネルギーはほぼ同一である。発射体カー
トリジの加速部分が一般にそうであるように、個々の放
電構造体は一度使用されると廃棄される。

【００１１】一実施例の場合、発射体に近い各ギャップ
の壁部に生じる浸食が発射体から遠いギャップの壁部よ
りも大きくなるよう、発射体に近いギャップの壁部は発
射体から遠いギャップの壁部よりも半径が小さい。発射
体に近い個々のギャップの壁部相互を発射体から遠いギ
ャップの壁部に比べ軸方向に近ずけて配することで前記
と同様な結果が得られる。個々のギャップに対する電気
エネルギーの初期印加に於ける高い均一性は前記二つの
要素を複合させることで、すなわち、発射体に近いギャ
ップの壁部を発射体に遠いギャップの壁部に比べ半径を
小さくする構成と、しかも発射体に近いギャップの壁部
相互を発射体から遠いギャップの壁部相互よりも近ずけ
る構成とによって実現される。ギャップ長と壁部半径は
ギャップ一つ毎に徐々に変化させることができ、あるい
は出口に近いギャップの半数は同一の第一形状にし、出
口から遠いギャップは第一形状とは異なる第二形状にす
る。

【００１２】それぞれ異なる幾何図形的外形を有するギ
ャップを採用することは放電時、総てのギャップ長さが
増大するとの命題に基ずくものである。ギャップが小さ
ければ、長さの増加は大きなギャップの長さの増加より
も大きい。従って、小さなギャップが配されているプラ
ズマ・ソースの前側に向けてプラズマ電気エネルギーの
変化が生じる。同様に、ギャップ壁の半径方向長さが増
大するにつれ、ギャップ内プラズマの抵抗は減少し、ギ
ャップ長さが等しい場合、ギャップ内に於ける電気エネ
ルギーの消散は低下することになる。厚い壁部を有する
各ギャップ内に於ける電気エネルギーの消散は少なくな
るため、その結果、その壁部に生じる浸食は少なくな
り、これにより、発射体近くの薄い壁部に比較し発射体
遠くに位置する厚い壁部の浸食は少なくなる。

【００１３】好ましくは、各壁部はその輪郭の外側に外
周をもつ部材の一部にすることである。壁部材と比べ、
遅い速度でプラズマの浸食を受ける非導電材料でこの外
周は形成される。従って、放電の期間、外周はその幾何
図形的外形が保持され、そのため、前記部材の外面に投
射されるプラズマにより放電構造体が変化することはな
い。この特徴のために、放電構造体から推進媒体にプラ
ズマが流動する予測できる流動特性も得られる。

【００１４】発射体に印加した圧力は放電構造体に接続
した電源によってほぼ一定に保たれ、一方、高圧ソース
の出口と発射体の基部相互間に於ける銃身内の体積が増
加しても、銃身内部での発射体の加速は進行する。こう
した目的のために、電源では初期段階で大きな電気エネ
ルギーのパルスが形成され、数本の放電で生じる高圧プ
ラズマが初めに発射体に印加される。次いで、発射体が
その初期位置を離れた後、各ギャップには僅かな量の電
気エエルギーが印加される。この時点で、推進媒体塊に
蓄えられ潜在エネルギーが圧力に変換され、この圧力は
銃身を介し発射体に印加される。そこで、各ギャップに
印加された電気エネルギーの量が急な勾配で増加し、プ
ラズマ圧と推進媒体塊の変換から生じた圧力が上昇し、
発射体に加えられた圧力合計値は初めての放電直後の瞬
間から、前記放電の終了時点まで、通常、最初の放電後
約１．０００ミリ・セコンドの期間、ほぼ一定に維持さ
れる。 この従来技術による構造体に於いては、推進媒
体塊は火薬であると言われる。従って、最も早い時期に
開発された電熱装置の安全上の長所は前記共に未決の出
願書に記載された構造体には含まれない。その上、従来
技術に於ける火薬の使用は特に効率のよいものではな
い。これは、火薬の一部が燃焼する時期が遅すぎ、発射
体基部の圧力に影響するためである。更に、パルスへの
電気エネルギーの印加タイミングが遅過ぎることがあ
り、即ち、圧力がゼロ値に向けて徐々に下降する圧力パ
ルス期間の後部になることがある。

【００１５】従って、本発明の目的は銃身内発射体の推
進に特に適した高圧ガス・パルスを形成する新規の改良
した装置と方法を提供することである。

【００１６】本発明の他の目的は発射体を含む新規改良
カートリジと、銃身内で発射体を高速値まで推進する電
熱構造体を提供することである。

【００１７】本発明の更にもう一つの目的は、比較的不
活性であり、従って、周囲条件で安全であり、気化さ
れ、比較的大きな百分比量の潜在エネルギーが運動エネ
ルギーに変換されるよう化学反応を示す一塊の非ガス状
物質から高圧ガス・パルスを形成する新規改良した方法
を提供することである。

【００１８】本発明の更に他の目的は周囲条件に於いて
比較的不活性である推進媒体塊が使用され、前記物質の
非常に大きな百分比量は運動エネルギーに変換される構
成で、軸方向ギャップを含む構造体に対し軸方向に流れ
るプラズマを形成するため、少なくとも数本の軸方向に
変位させたギャップを含む新規に改良をした電熱装置を
提供することである。

【００１９】本発明の更に他の目的は構造体から半径方
向に変位させ、周囲条件に於いて比較的不活性である
が、大きな百分比量の潜在エネルギーが運動エネルギー
に変換される推進媒体塊に浸入する少なくとも数本の軸
方向に間隔をあけたプラズマ・ジェットを形成する前記
構造体に取り付ける発射体を含む新規の改良をしたカー
トリジを提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様に従
えば、長軸を有する銃身に沿い発射体を加速する装置は
前記発射体の後部に少なくとも数本の放電を発生させる
少なくとも数個の軸方向ギャップを確立する構造体から
成る。この放電により相当な時間に亘り、軸方向の各放
電に直角に個々の成分と共にプラズマは流動し、同時
に、この発射体は銃身内を進行する。放電から生じるプ
ラズマ流に反応するように位置決めした推進媒体塊は、
これに投射されつつある放電から生じたプラズマに反応
し銃身内で発射体を加速するための高圧ガスに変換され
る。この推進媒体塊には周囲条件では反応しない固体燃
料と酸化剤が含まれ、前記燃料の一部は前記構造体に接
する。前記燃料と酸化剤はプラズマによって気化され、
充分な高温まで加熱され、発熱化学反応が生じ、その結
果、発射体に印加される高圧ガス・パルスが形成され
る。発射体に近いギャップからプラズマに印加される電
気エネルギーにより前記発射体から遠くに位置する燃料
の気化に先立ち該発射体に最も近い燃料の初期気化が行
われ、該発射体から遠くにある燃料の進行的気化が行わ
れるよう軸方向のギャップは配列される。本装置は好ま
しくは発射体を含むカートリジの内部に組み込まれる。
好ましくは発射体から遠くのギャップに印加されるもの
よりも前記発射体に近いギャップに印加される電気エネ
ルギーのほうが大きくなるようギャップは構成される。
更に、燃料塊は放電の近傍領域に位置を限定される固体
であり、酸化剤は燃料が配される前記の限定領域を放射
状に越えた第二領域内にある。酸化剤は前記の限定領域
と第二領域とに於いて液体とすることができ、あるいは
第二領域に限定して固体にすることができる。燃料は好
ましくは粉体の粒子サイズよりも小さな網目を有するス
クリーンの内側に位置を限定した粉体である。位置を限
定された燃料塊は好ましくは構造体の発射体からの距離
が大きくなるにつれ、この構造体に沿った断面積が縮小
する。好ましい実施例の場合、個々のギャップには放電
に反応してそれぞれ浸食が異なる壁部が含まれるため、
発射体に近いギャップの壁部は発射体から遠くに位置す
るギャップの壁部い比べ、浸食の進行が早い。これらの
壁部は構造体の軸に同軸に配された各リング上にあり、
しかも、発射体に近いリングは発射体に遠いリングより
も直径が小さくなるような値の直径をそれぞれ有する。
スクリーンはこれらリングに同軸で直径が一定な円筒形
壁部を有する。こした構成によって、高圧パルスを発射
体に投射するため出口まで燃料と酸化剤を移送するノズ
ル状効果が得られる。

【００２１】好ましい実施例に於いて、ギャップの壁部
には固体物質、例えば、放電よって気化され、酸化剤に
化学反応して熱を発し、発射体に印加される高圧ガス・
パルスを形成するカーボンが含まれる。

【００２２】本発明のもう一つ態様は出口ポートまでの
長軸に沿い高圧ガス・パルスを供給する装置に関する。
この装置は出口ポートの後部に少なくとも数本の放電を
発生させるため、少なくとも数本の軸方向ギャップを確
立する構造体から成る。この放電によりプラズマは成分
と共に軸方向放電に直角に流動する。放電によって発生
するプラズマ流に反応するように位置決めした推進媒体
塊はプラズマ流によって高圧ガス・パルスの成分に変換
される。ギャップには放電に反応して浸食が異なる壁部
があるため、出口に近いギャップの壁部は出口から遠い
ギャップの壁部よりも浸食の速度が早い。推進媒体塊に
は周囲条件では反応しない固体燃料と酸化剤が含まれ、
固体燃料の一部は前記構造体に接触する。この燃料と酸
化剤はプラズマによって気化され、充分高い温度にまで
加熱され、発熱化学反応が発生し、その結果、出口に供
給する高圧ガス・パルスが形成される。この装置は好ま
しくは発射体、特に本装置に含まれる各カートリッジ内
に納めた発射体を加速に用いる。

【００２３】本発明の更にもう一つの態様は初めに出口
に最も近い固体燃料を気化させ、次いで、出口から遠い
固体燃料を進行的に気化させ、更に、酸化剤を気化させ
ることで固体燃料を非ガス状酸化剤に化学的に反応させ
て高圧ガス・パルスを出口に供給する方法に関する。こ
の酸化剤と燃料は反応時、共に気体の状態にある。この
反応は初期段階で、出口に最も近い燃料と酸化剤との高
圧ガス状反応体が出口に供給され、時間の経過に従い、
出口から遠い燃料と酸化剤との高圧ガス状反応体が出口
に供給される構成である。この燃料と酸化剤は周囲条件
では化学的な反応は示さない。

【００２４】好ましくは、燃料の気化は放電から生じた
プラズマを燃料に印加することで行われる。放電は出口
に近いプラズマの電気エネルギーが出口から遠いプラズ
マに於けるものよりも大きくなる構成である。好ましく
は、燃料の選択はポリエチレン、カーボン、硝酸トリエ
タノール・アンモニヤ（ＴＥＡＮ）、酢酸セルローズ・
ブチレート（ＣＡＢ）及び硼酸ヒドラジンから成るグル
ープから行われ、酸化剤の選択は固体ＡＮ、ＫＣｌ
Ｏ₄、ＮａＣｌＯ₄、ＡＮの水溶液、硝酸ヒドロキシル・
アンモニヤ（ＨＡＮ）及びＨ₂Ｏ₂を含む溶液から成るグ
フループから行われる。好ましい実施例に於いて、燃料
と酸化剤には気化され、下式に従い化学反応をして高圧
パルスを形成するポリエチレンと硝酸アンモニヤがそれ
ぞれ含まれる： ＣＨ₂＋３ＮＨ₄ＮＯ₃→ＣＯ₂＋７Ｈ₂Ｏ＋３Ｎ₂＋熱 もしくは、または上記に加えて、気化され、下式に従い
硝酸アンモニヤと化学的に反応し高圧パルスを形成する
カーボンが好ましくは燃料に含まれる： Ｃ＋２ＮＨ₄ＮＯ₃→ＣＯ₂＋２Ｎ₂＋４Ｈ₂０＋熱 上述したものと、さらにそれ以外の本発明の各目的、特
徴及び長所は特定の一実施例についての以下の詳細な説
明を理解することにより、特に図面に関し検討、理解す
れば明らかになる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１を参照する。図に於いて、円
形断面を有し、軸４２に同軸なカートリッジ１０は円筒
穴１８を取り囲む金属銃身１６を含む銃１４の銃尾１２
に装填されているところが示されている。カートリッジ
１０が所定の位置にセットされると、カートリッジの高
圧電極２０は銃身１６を構成する外側金属壁に接続し、
接地した電源ターミナル２８を有する高エネルギーＤＣ
パルス電源２６の高電圧ターミナル２４にスイッチ接点
２２を介し選択的に接続される。普通、電源２６からは
内腔１８の内部全域に亘りカートリッジ１０の発射体３
０を加速させるに充分なエネルギーが供給される。電源
２６によりカートリジ１０には燃料塊３４と酸化剤塊３
５を含む推進媒体塊３１に接続する高圧プラズマ・パル
スが形成される。推進媒体塊３１は化学エネルギーを放
出し、この化学エネルギーは発射体３０を推進するプラ
ズマ圧に複合される圧力パルスを形成する。電源２６の
一般的なエネルギー・レベルは３０ｍｍ銃では０．４−
１．６メガジュールのオーダーで表され、前記電源のピ
ーク電圧は４−２０ｋｖの範囲にあって１ギガワットに
近似する電気エネルギーが供給される。

【００２６】カートリッジ１０には発射体３０の他に、
閉じたスイッチ２２に応答し高圧、高エネルギー・プラ
ズマを形成するもので、円形断面を有し、軸４２に同軸
な放電構造体３２も含まれる。この放電構造体は固体
の、好ましくは粉体の燃料塊３４により取り囲まれてい
る。燃料塊３４は周囲条件、すなわち、大気圧と−４０
℃−＋５０℃の範囲の温度では全く不活性であり、放電
構造体３２の極く近くに位置する非金属スクリーン３３
によって位置を限定され、放電構造体の最先端部を除き
該構造体の全長に亘り配されている。燃料３４に対する
好ましい素材はポリエチレンであるが、他の材料、例え
ば、カーボン、ＴＥＡＮ，ＣＡＢ，硼酸ヒドラジンも使
用することができる。

【００２７】燃料塊３４の粉体粒度よりもサイズの小さ
な電気絶縁網目を有するスクリーン３３には軸４２に同
軸で、放電構造体３２を取り囲む円筒形側壁部３７があ
る。スクリーン３３には電気絶縁ブロック１０６に固定
した基部と、放電構造体３２の前端にある電気絶縁ワッ
シャーに一線に配し、前記ワッシャー８０に接する平面
状の端面プレート３９とが含まれる。スクリーン３３は
放電構造体３２で形成されるプラズマからの高温の熱に
より電気パルス期間内の遅いタイミングで気化される。

【００２８】ハンドリングが非常に安全で、周囲条件
で、あるいは軍要員による通常のハンドリングでは燃料
３４に反応しない固体又は液体の酸化剤塊３５はスクリ
ーン３３の内側にある前記燃料に接触し、前記スクリー
ンを囲み、通常、電気絶縁ブロック１０６の前側に位置
する電気絶縁カートリッジ・ハウジング３６内部の体積
を満たしている。前文のものに代え、固体酸化剤塊３５
の全量をスクリーン３３の外側に配することができ、燃
料塊と酸化剤塊を接触させておくよりは多少安全な構造
にすることができる。酸化剤塊３５として用いられる一
般的な素材は固体の硝酸アンモニア（ＡＮと呼ぶＮＨ₄
ＮＯ₃）、固体のＫＣｌ０₄、固体のＮａＣｌＯ₄、ＡＮ
の水溶液、液体のＨＡＮ及び、一般にＨ₂Ｏ₂を約６５重
量％含むＨ₂Ｏ２の水溶液である。放電構造体３２に形
成されたプラズマによって燃料塊３４は高圧で比較的温
度の低いガスに変換され、酸化剤は気化され、その構成
分子に分解する。分解した酸化剤と燃料は化学反応を生
じ、低原子量のエネルギー・ガスを形成し、発射体３０
を加速させる。

【００２９】燃料にＣＨ₂が、酸化剤にＮＨ₄ＮＯ₃が使
用される好ましい実施例の場合、化学反応は以下のよう
になる： ＣＨ₂＋３ＮＨ₄ＮＯ₃→ＣＯ₂＋７Ｈ₂Ｏ＋３Ｎ₂＋５．２
ｋＪ／グラムの反応体 ＡＮを１．５５ｇ／ｃｍ³に圧縮し、ＣＨ₂の密度を約１
ｇ／ｃｍ³にした１２０ｍｍカートリッジでは、総重量
が１４．３ｋｇとなり、放電構造体３２に電源２６から
印加された０．６−１．６ＭＪ範囲の電気エネルギーに
応答し、約１７ＭＪの運動エネルギーに変換される７４
ＭＪの化学的潜在エネルギーを有する８．７リッターの
ＡＮと０．８リッターのＣＨ₂が存在する。

【００３０】燃料塊３４と酸化剤塊３５は非常に安定し
ており、放電構造体３２に充分な電気エネルギーが印加
されるまで化学反応を生じないので、カートリッジ１０
は過度な注意を払わずに製作し、ハンドリングするする
ことができる。普通、燃料塊３４を気体に変換するに
は、放電構造体３２から１−２ｋＪ／ｇの電気エネルギ
ーが燃料塊３４に求められる。放電構造体３２に印加さ
れたパルスの期間内の早いタイミングで酸化剤３５は自
由に分解するため、銃身１６の内部に発生し、非常に高
い値を示し、ことによっては破壊力を持つ圧力ではある
が危険はない。

【００３１】放電構造体３２はカートリッジ１０の前
端、すなわち、発射体３０の基部に最も近い燃料が前記
カートリッジの中間部と後部に位置する燃料よりも先に
気化される構成である。このため、燃料は計量されなが
ら発射体３０に供給され、前記発射体が銃身１６の内部
で加速される全期間に亘り該発射体に対し高圧を維持す
る上での一助になる。電源２６から放電構造体３２に接
続される電気エネルギー・パルスとこの放電構造体の物
理的な形状は燃料が適切にガスに変換され、計量が行わ
れる構成である。燃料塊の制御した状態での気化が確実
に行われるよう、スクリーン３３によって実現されてい
るように、燃料塊３４が放電構造体３２の極く近傍に位
置するように該燃料塊を位置限定することは重要であ
る。

【００３２】ポリエチレンと硝酸アンモニヤはそれぞれ
安全上の観点から選択することのできる燃料と酸化剤で
ある。その上、一度気化すると、ポリエチレンと硝酸ア
ンモニヤは火薬や、類似する従来技術の推進媒体よりも
大きなエネルギーとなる。ポリエチレンと硝酸アンモニ
ヤの反応生成物は火薬や、類似する従来技術の推進媒体
のものよりも密度が大きいため、この反応生成物から
は、同一体積のカートリッジでは有意量長い時間に亘り
発射体に所定の圧力（銃身が耐えることのできる）を印
加することができる。ポリエチレンと硝酸アンモニヤで
はプラズマ温度をかなり下げられるため、銃身１６はプ
ラズマで損傷を受けることはない。

【００３３】放電構造体３２から初期段階で形成される
高圧プラズマに応答し燃料塊３４と酸化剤塊３５は初め
高圧ガスに変換されるため、カートリッジ・ハウジング
３６の脆弱な端面１０４に初期の段階で固定して取り付
けた発射体３０は加速されて放電構造体３２から遠ざか
る。プラズマからの圧力によって端面１０４が破断する
と、化学ソースと電源から形成された高圧ガス・プラズ
マに対する出口が形成される。次いで、発射体３０は銃
身１６の内腔を下流側に推進される。

【００３４】図２に図解したように、カートリッジ１０
には銃身内腔１８の長手軸４２に同軸な軸方向に伸びる
金属ロッド４０が含まれる。金属ロッド４０の一端はカ
ートリッジ・ケース３６の後部金属端壁１００の後方に
伸び、高圧電源２６のターミナル２４から高い電圧を選
択的に印加するため、円筒形金属電極２０がネジ係合す
るネジ４４が含まれる。電極２０と、発射体３０に最も
近い前記金属ロッドとの間、該金属ロッドの事実上全長
い亘り該ロッドは電気絶縁管によって囲まれている。金
属ロッド４０の外径は、例えば、膠により電気絶縁管４
６の内径に適切に接着されている。

【００３５】軸４２の方向に沿い少なくとも数本、例え
ば、１３本の軸方向放電を発生させる構造体には総て電
気絶縁管４６に同心で、前記絶縁チューブに接着し、該
チューブを取り囲み、それぞれ軸方向に変位させたリン
グ５０．１−５０．１２と金属スリーブ５２が含まれ
る。（総てのリング５０．１−５０．１２を総括的又は
集合的に呼ぶ場合、本明細書ではリング５０又は各リン
グ５０と呼ぶ。）図３に詳しく図解しているように、各
リング５０には電気絶縁環状外側部分５６の内側円筒壁
に外側円形壁（断面が）を接着した金属の、好ましく
は、カーボンの内側部分５４が含まれる。各リング５０
の金属部分５４には放射状に伸びる壁部５８が含まれ、
この壁部はこれに対応する環状部分５６の放射状に伸び
る壁部６０に一線に配している。環状部分５６は隣接す
るそれぞれのリング５０の相互に隣接し、対面する金属
壁部５８相互間のギャップ６２に発生される放電に反応
し、金属壁５８に生じる浸食よりも大変進行速度の遅い
浸食を受ける素材（例えば、ＫＡＰＴＯＮ又はＬＥＸＡ
Ｎ）で製作する。高圧電源２６の初期電気供給条件を最
小のレベルまで低減するため、溶融金属ワイヤ６４（図
３）を互いに隣接するリング５０の金属部分５４のそれ
ぞれ対面する壁部相互間に伸ばし、各前記対面壁部に接
続している。ワイヤ６４はスイッチ２２の“閉”動作に
応答し、電極２０に電源２６から電気エネルギが初めて
印加されると、これに応答して破断する。

【００３６】各リング５０にはその内側円周壁に沿い軸
方向に伸びる切り欠き部６６が含まれる。電源２６から
電極２０への電気エネルギの印加期間に於ける壁部５８
の浸食よりも大きな距離に亘り各切り欠き部６６は壁部
５８から各リング５０の軸センタに向けて伸びている。
放電ギャップ６２を維持しながら各リング５０を所定位
置に保持するため、個々の切り欠き部６６の端部と各円
周壁部に対し支持される軸端と各円周壁部を有し、軸方
向に伸びる電気絶縁ワッシャ６８によって、互いに近接
する一組のリング５０の切り欠き部のそれぞれ対面する
壁部相互間の空間は占有される。リング５０．１２に隣
接するスリーブ５２の端部に同じような切り欠き部７０
を設け、電気絶縁ワッシャ７２がこの切り欠き部を占有
し、リング５０．１１と５０．１２のそれぞれ隣接し、
対面する壁部５８相互間の放電ギャップと基本的に同一
なギャップをリング５０．１２とスリーブ５２との間に
形成する。

【００３７】ワッシャ７２のみならず、個々のリング５
０とワッシャ６８から成る全体アッセンブリは発射体３
０の近傍にある金属ロッド４０端部に於けるアッセンブ
リ７４によって所定の位置に保持される。アッセンブリ
７４は金属ロッド４０からリング５０．１の金属部分５
４にまで及ぶ電気経路と、リング５０．２に到るもう一
本の軸方向放電ギャップをも確定している。前記確定を
目的に発射体３０の基部に近い金属ロッド４０の端部は
電気絶縁ワッシャ８０上で支持するショルダ部を有する
金属嵌め輪７８までネジ加工されている。嵌め輪７８の
ショルダ部もワッシャ５８と同一で、ワッシャ８０に同
心で、ワッシャ８０に接着した電気絶縁管８２の端面に
支持される。電気絶縁管８２のもう一方の端面は電気絶
縁管４６の端面に持たせかけたリング５０．１の前端に
ある切り欠き部６６に嵌め込まれる。ワッシャ８０の一
端は電気絶縁管４６の端面に接する。嵌め輪７８は充分
回るため、この嵌め輪のショルダ部から電気絶縁管８２
に圧力が印加され、次いで、発射体３０の基部に近いリ
ング５０．１の切り欠き部６６の壁部に印加され、個々
のリング５０の総ての切り欠き部は電気絶縁ワッシャ６
８の前記切り欠き部に対応する面に係合し、ワッシャ７
２がスリーブ５２にある切り欠き部７０の壁部に押しつ
けられる。スリーブ５２は金属ロッド４０に膠接着され
ているため、リング５０とワッシャ６８から成る全体ア
ッセンブリは所定の位置に保持される。

【００３８】個々のリング５０の壁部５８相互間の軸方
向ギャップ６２を通して流れる電流の電気経路を完成さ
せるため、前記リングから離れたスリーブ５２の端部壁
は電気絶縁管４６の外部壁に内側円筒壁を接着剤で接着
した金属スリーブ９０接触端壁部に接触させ、接着して
いる。スリーブ５２に接触するスリーブ９０の端部には
軸方向に伸びる壁部９４とテーパをとった壁部９６とを
有っするポケットとして形成したチャンバ９２が含まれ
る。従って、ポケット・チャンバ９２はスリーブ５２と
９０の各端面の交差部に開口端を備え、壁部９４と９６
との交差部に閉鎖端を有する。壁部９６はスリーブ５２
に最も近いスリーブ９０の端部から金属ロッド４０の端
部にある電極２０にかけてテーパがとられている。チャ
ンバ９２は石油ゼリーのような柔らかい非導電性固体塊
９８で満たされている。（柔軟材は約０．５のポアソン
比を有する物質として定義されるため、該物質の長さの
単位変化量は前記物質の長さ方向に該物質に加えられた
力に従い生じる該物質の幅の単位変化量にほぼ等しく、
柔軟材は圧縮されると水袋のように作用する。） 放電ギャップ６２に形成されるプラズマは通常、放射状
に外側方向に流れ、放電構造体３２を取り囲む燃料塊３
４と酸化剤３５に浸入する。しかし、若干のプラズマは
放電構造体と軸４２の軸方向に流動し、電極２０に向か
って流れる傾向がある。電極２０が放電から前記電極に
向かい流れるプラズマに充分近ければ、しかも、チャン
バ９２と非導電性固体塊９８が含まれていなければ、電
極２０から電源２６の高電圧ターミナルから銃身１６に
流れる電流の帰還路の一部である接地金属スリーブ５２
と９０までインピーダンス値の比較的低い電気経路が形
成されることになる。このような低インピーダンス電気
経路が電極２０から銃身１６に亘り存在すれば、個々の
リング５０相互間の放電ギャップに印加される電気エネ
ルギーの量は内腔１８内部の発射体３０を加速させる高
圧ガス・ソースを適切に働かせるに充分である。従来技
術では、普通、カートリジを充分長く製作し、高電圧電
極に投射されるプラズマを比較的温度の低いものにし、
電荷キャリヤが殆どなく、電極から接地した銃身に亘る
低インピーダンス電気路が確立できない構成にしてこの
ような短絡回路は防止される。しかし、問題を解決する
このよなアプローチに於ける短所はカートリッジの長さ
が比較的長くなることである。

【００３９】チャンバ・ポケット９２に装填した柔軟な
電気絶縁塊９８によってカートリッジ１０は比較的短く
することができる。チャンバ９２と電気絶縁塊９８は、
電気絶縁管４６とスリーブ９０の隣接円周に沿ったリン
グ５０から電極２０に到る流路内に存在する。高圧のプ
ラズマ（例えば、数キロ・バール）に反応し、前記の柔
軟な電気絶縁材は（１）壁部９４と９６が合致するチャ
ンバ９２の後部に向け軸方向に圧縮され、（２）壁部９
４と９６に対し放射状に膨張する。このため、電気絶縁
管４６とスリーブ９０の“隣接端”面を介しリング５０
から電極２０にまで亘り存在しようとするプラズマ流路
中に高インピーダンス・シールが形成される。

【００４０】電源２６のマイナス・ターミナルへの電流
の放電路を完成させるため、カートリッジ・ケースには
金属スリーブ９０の端部に対しネジ加工したスチール・
スタブ・ケース１００が含まれる。スチール・スタブ・
ケース１００の外側円筒壁部は金属銃身１５の内側円筒
壁部に接し、スイッチ２２を閉じたときに高圧電源２６
の回路が完成される。

【００４１】カートリッジ・ケースの前記以外の残りの
部分は電気絶縁性を有し、脆弱な端部壁１０４をもつ電
気絶縁管１０２で形成される。電気絶縁管１０２の外側
円筒壁部は銃身１６の内側壁部に接し、この接触位置で
前記外側円筒壁部には各ギャップ５２に発生されるプラ
ズマ放電で形成される圧力と、放電構造体を取り囲み、
前記構造体の前部に納めた推進媒体塊３４が発生する圧
力とに耐える充分な厚さがある。発射体３０を取り付け
る脆弱な端部壁１０４は個々のギャップ５２に於ける放
電で形成される高圧プラズマによって生じる燃料塊３４
と酸化剤塊３５の気化に応答して行われる前記燃料と前
記酸化剤の化学反応で形成される圧力のために破断す
る。推進媒体塊の後方からスチール・スタブ・ケース１
００の端部壁に到る領域は電気絶縁性を有するプラスチ
ック固体充填剤１０６で満たされている。

【００４２】後端壁、すなわち、発射体３０の基部に対
し各ギャップ６２に発生されるプラズマの流路を形成す
るため、端部壁１０４からリング５０．１２とスリーブ
５２との間に存在するギャップ６２の少し後方に位置す
る領域まで及ぶカートリッジ１０の領域に燃料塊３４と
酸化剤塊３５が充填されている。ギャップ６２相互間に
放電プラズマが形成された後、このプラズマは個々のギ
ャップ６２に於ける放電を横切る方向に各ギャップから
放射状に流動する。次いで、プラズマは通常、軸４２に
平行に燃料塊３４と酸化剤塊３５を通過し、端部壁１０
４を破断させ、発射体３０を加速させる。高温、高圧の
プラズマは燃料塊３４と酸化剤塊３５に相互作用し、こ
れらの塊を気化させ、通常、軸４２に平行に発射体３０
に向かって流動する別な高圧ガス成分を形成する。プラ
ズマからのガス成分と気化した前記燃料塊と前記酸化剤
塊の反応生成物とが複合して発射体３０を銃身１６の下
流側に高速で推進する。

【００４３】各ギャップ６２に於ける軸方向放電と、燃
料塊３４及び酸化剤塊３５の化学反応で形成した反応体
の圧力とを含むパルス化圧力ソースからのエネルギーの
移送効率を最大にするには、発射体３０の基部近くに非
常に高い圧力を供給し、同時に発射体は銃身内に於い
て、その初期位置から相当な距離に配しておくことが望
ましい。発射体３０がその初期位置から離れて、かなり
の距離を移動し、銃身１６を進行しているときに、この
発射体から遠くに位置する放電構造体３２の各ギャップ
６２に印加するものよりも前記発射体の近くにある各ギ
ャップ６２に有意量大きな電気エネルギーを印加するこ
とで前文のような高い圧力を実現する。しかし、発射体
３０の後部に僅かな体積が存在するとき（発射体が初め
て加速され、これに後続する数マイクロセコンドの期
間）、前部ギャップ６２に印加される電気エネルギー
が、これ以外のギャップに於けるものよりも相当大きい
とき、この僅かな体積中にかなりの大きさの差圧波が形
成される。この差圧波は有害な結果をもたらしたり、銃
１４内部の高圧ガス内包構造体を破壊し得る大きさにな
る。

【００４４】この問題を解決するため、リング５０．１
−５０．１２相互間の各ギャップ６２とリング５０．１
２とスリーブ５２との間のギャップにほぼ同一の電気エ
ネルギーを初期段階で印加する。個々のギャップでの放
電の進行期間中、それぞれのギャップ６２が時間の関数
として浸食差特性をもつよう、前記ギャップを構成す
る。発射体３０が銃身１６の下流側にかなりの距離移動
した後、後部ギャップで生じる電気エネルギーの消散に
比較し、前部ギャップでの電気エネルギーの消散量のほ
うが大きくなるような浸食特性であるため、差圧波はガ
ス圧内包構造の銃身に悪い影響を及ぼすことはない。差
圧は内腔１６の内壁の比較的広いエリヤに亘り分布する
ため、ガス圧内包構造に有害な影響が生じたり、破壊効
果が発生することはない。

【００４５】差浸食効果は同一の材料、好ましくはカー
ボンで各リング５０の金属部分５４を形成し、しかも、
前部ギャップから後部ギャップにかけて前記金属部分の
壁部の幾何図形的外形を進行的に変化させることで達成
される。前記金属部分の幾何図形的外形は個々のギャッ
プでの電気エネルギーの消散をほぼお等しくする各ギャ
ップ６２に於ける電気抵抗が初期段階（溶融ワイヤ６４
の破断直後）でほぼ同一になるようにしている。放電期
間に時間が経過するにつれ、前部ギャップ６２、例え
ば、リング５０．１と５０．２相互間のギャップでの浸
食度と電気エルギーの消散量は後部ギャップ、例えば、
リング５０．１２とスリーブ５２相互間のギャップに於
けるようも大きくなる。図３に示す実施形態に於けるギ
ャップ６２の長さは進行的に拡大するため、最短間隔ギ
ャップはリング５０．１と５０．２との間であり、その
次の最短間隔ギャップはリング５０．２と５０．３相互
間であり、最長間隔ギャップはリング５０．１２とスリ
ーブ５２との間であり、これに次ぐ最長間隔ギャップは
リング５０．１１と５０．１２相互間、これに次ぐ各間
隔ギャップは後続の他リング相互間である。更に、前部
短間隔ギャップの各壁部の金属エリヤは後部長間隔ギャ
ップ６２の壁部の金属エリヤよりも進行的に小さくな
り、これは、金属リング５０．１と５０．２とで形成す
るギャップの金属部分の半径をリング５０．２と５０．
３の金属部分５４の半径よりも小さくなるように形成
し、金属リング５０．２と５０．３とで形成するギャッ
プの金属部分の半径をリング５０．３と５０．４の金属
部分の半径よりも小さくなるよう形成し、．．．以下左
記に倣う金属部分の半径構成で得られる結果である。既
に述べた幾何図形的外形の場合、各ギャップの初期電気
抵抗はほぼ同じであり、そのため、各ギャップに於ける
電気エネルギーの消散量も放電の初期に於けるものとほ
ぼ同一である。

【００４６】放電期間中、時間が経過すると、リング５
０．１と５０．２相互間の最前部ギャップ６２の各金属
部分５４の壁部５８に生じる浸食の程度は他のギャップ
の金属部分の壁部のものよりも大きい。これは、他のギ
ャップでの場合よりも最前部ギャップの金属に遥かに大
きな浸食が生じるためである。小半径、狭隘な最前部ギ
ャップの電気抵抗、電気エネルギーの消散量及び浸食率
は最前部ギャップに後続する大半径のギャップに比べ、
それぞれ大きな値になるが、その訳は（１）直径と面積
との間の二乗した関係によって、最前部ギャップに後続
する各ギャップの電気抵抗に対する半径方向（放射状）
厚さの比の二乗に等しい係数だけ最前部ギャップの抵抗
は大きくなる、今度は大きな電気抵抗のために、最前部
ギャップに於ける電気エネルギーの消散量はこのギャッ
プに後続するする各ギャップでの消散量の４乗になるた
めであり、（２）狭隘な最前部ギャップでは、このギャ
ップに後続する各長間隔ギャップと比べ大きな電気エネ
ルギーが消散するためである。従って、放電期間中、時
間が経過するに従い、発射体３０から遠くに位置する燃
料塊３４の一部に印加されるものよりも、前記発射体に
最も近い前記燃料塊の一部に初期段階で大きな電気エネ
ルギーが印加されるようになる。

【００４７】前部の各リング５０はこれに後続するリン
グよりも半径が小さく、スクリーン３３は一定の半径で
あるため、カートリッジの前部には多くの燃料が配さ
れ、そこでの電気エネルギーの消散量はカートリッジ後
部でのものよりも大きく、最大値になる。この構成は発
射体に一番近い部位に最大圧を発生できるようにし、燃
料の気化率を時間の関数として線形であるとの理想的な
関係に近ずけ得るようにする上での一助になる。時間に
対する燃料の気化の関係を線形にすることにより、銃身
１８内部のピーク圧を制御して銃身の破損を防止するこ
とができ、発射体が銃身の内部に留まる間に発射体の加
速を一定に維持することができるようになる。 ギャッ
プ長さとギャップ半径は同じような方法で拡大すること
が望ましいが、ギャップ長さやギャップ半径以外のパラ
メータを変化させながら、ギャップ長さ又はギャップ半
径の一方を一定に維持することで多少とも類似する結果
を達成し得ることも理解する必要がある。しかし、これ
らのやり方では発生した放電の長さに亘る総てのギャッ
プに於ける初期電気エネルギーの消散を均一にするには
多少の難しさを伴う。

【００４８】前記の好ましい実施形態に於いて、燃料塊
３４と酸化剤塊３５はそれぞれ固体、粉末状のポリエチ
レン（ＣＨ₂）と、固体又は溶液状の硝酸アンモニヤ
（ＮＨ₄ＮＯ₃）である。放電構造体３２で形成されるプ
ラズマのエネルギーは充分大きく、電源２６から放電構
造体３２にパルスが印加されてから僅か数マイクロセコ
ンド後にＮＨ₄ＮＯ₃の気化プロセスをスタートさせるに
充分な高い温度を発生させることができる。リング５
０．１と５０．２相互間に位置し、発射体３０に一番近
いポリエチレン燃料の一部は最初に気化されるが、これ
は初期の定圧期間の経過後、最大のプラズマ・エネルギ
ーと最大温度がこのギャップ内で最初に形成されるため
である。 リング５０．１と５０．２との間で発生する
ポリエチレンの気化に応答し、気化された燃料が高圧プ
ラズマによって放電構造体３２から放射状に強制的に遠
ざけられた結果として既に述べた熱を発する化学反応が
発生する。もう一つのオプションではカーボン電極が使
用され、この場合、カーボンは電極と、リング５０．１
と５０．２相互間のギャップの各壁部とから気化され、
ガスとして放射状に流動して酸化剤塊３５に浸入し、反
応生成物についての化学式Ｃ＋２ＮＨ₄ＮＯ₃→ＣＯ₂＋
２Ｎ₂＋４Ｈ₂０＋８５０ＫＪ／モルに従い酸化剤と反応
し、熱を発生する。カバー５６があるために、進行中の
反応環境に液体金属が流入することは充分妨げられてい
るため、ガス状反応体への干渉は最小になる。二つの化
学反応からの各ガス状生成物は複合し、流動して、ダイ
ヤフラム１０４の破断により形成されたカートリッジの
出口を通過し、これらのガスは発射体３０に向かって流
れ、銃身１８の下流方向にこの発射体を加速する。

【００４９】リング５０．１と５０．２との間のギャッ
プに最も近い燃料塊３４と、これらリングの壁部上のカ
ーボンの化学反応のスタート後、燃料塊と、リング５
０．２と５０．３相互間のギャップ内の各リング壁部上
のカーボンとの気化に応答し、同じような反応が発生す
る。このため、燃料塊の進行的な気化が発射体３０から
の距離の関数として行われ、進行する化学反応が付随的
に同時に進行して内部に固体や液体物質が存在しない進
行性の領域が形成され、ガス状反応による生成物の発射
体への流動が阻害される。化学反応が発生すると、燃料
と酸化剤はカートリッジの前端に向けて前進的に移動
し、破断したダイヤフラム１０４を介し出口により近い
部分まで進行する。比較的高い気化温度の燃料に対し適
正な熱伝を達成するため、燃料を配する位置をリング５
０相互間に発生する放電の極く近傍に限定しておくこと
が重要である。

【００５０】発射体３０に後部に向けてガス状反応生成
物の方向設定を助けるため、ハウジング１０２の内壁
（軸４２と同軸）は図２に示すようにダイヤフラム１０
４に向けてテーパがとられノズル状効果を実現してい
る。このような構成によってカートリッジに後方に向け
て存在する液体酸化剤は破断したダイヤフラム１０４が
形成する開口部の方向に計量され、放射状に流動し放電
構造体３２から遠ざかる高エネルギー・プラズマと相互
作用し、このプラズマによって気化される。当該技術分
野に於いて求められるときに、液体であればカートリッ
ジにポンプで送り込むことができることが酸化剤塊３５
を液体として使用することの長所である。更に、液体酸
化剤は粒状固体のものよりも高い密度でカートリッジに
装填することができるが、しかし、反応期間に液体酸化
剤で達成されるよりも固体粒状酸化剤と粉体燃料との方
がミキシング量は大きい。

【００５１】図４に記載する高電圧パルス電源２６の好
ましい実施形態には高電圧ＤＣ電源１１４から予備充電
される高電圧、高エネルギー・パルス形成ネットワーク
１１０、１１２が含まれる。図５（ａ）は接点２２（図
１）が閉じた後、約１０２５マイクロセコンドが経過す
るまで、前記接点の“閉”で始まるある期間に亘るター
ミナル２４での電気エネルギーの波形である。この期間
は３０ｍｍ銃では一般的な数値である。大きな銃では期
間は長くなる。パルス形成ネットワーク１１０、１１２
の出力ターミナルは高電圧パルス電源２６の出力ターミ
ナル２４に接続しているため、パルス形成ネットワーク
の電圧はターミナル２４で加算される。パルス形成ネト
ワーク１１０、１１２の出力のターミナル２４への接続
を単独に制御するため、接点２２には実際にはパルス形
成ネットワーク１１０、１１２の出力部とターミナル２
４との間にそれぞれ接続した別な接点２２Ａと２２Ｂが
含まれる。一実施例によれば、パルス形成ネットワーク
１１０は経過時間に対し電気エネルギーが変動し（図５
（ａ）参照）、初期の段階で比較的勾配が急な区間１１
１と、これに続く丸みのある部分１１２と、これに続く
比較的一定な区間１１３と、更にこれに続く急勾配の立
ち下がり部１１４を有するパルスを最初に形成する。こ
れに対比し、パルス形成ネットワーク１１２は最大値に
到ると直ちにゼロまで立ち下がる急な勾配をもち、ほぼ
線形の電源出力波区間１１５を形成し、ゼロへの立ち下
がりはパルス形成ネットワーク１１２の出力が波形部分
１１４の期間にゼロまで降下する時間に近似するタイミ
ングで行われる。これに代え、破線波形区間１１６で示
すように、パルス形成ネットワーク１１０は波形区間１
１３に於けるよりも大きくなり、次いで、波形区間１１
１の変動率にほぼ等しい速度で波形区間１１３まで降下
して戻るなピーク出力を有する波形区間１１６を形成す
る。前記のものとは別な構成に於いて、パルス形成ネッ
トワーク１１２は既に説明した実施形態と同じように変
化する出力を形成する。高エネルギー・パルス区間１１
６はある種の例では発射体３０の加速に要するピーク圧
に近い圧力印加ガスでチャンバの体積を初期段階で満た
すために必要である。

【００５２】パルス形成ネットワーク１１０の出力部に
於ける波形区間１１１の急勾配な立ち上がり部は各ギャ
ップ６２内のワイヤ６４を破断させ、リング５０．１２
とスリーブ５２相互間のギャップに於けると同様、個々
のリング５０相互間のギャップに於いても高圧プラズマ
・パルスを形成する。初期段階で、このプラズマは急速
に形成されるため、発射体３０の基部に於ける圧力を時
間の関数としてプロットした図５（ｂ）の波形区間１２
４で示すように、発射体３０の基部に対する圧力は初期
の段階で大きな速度で変化する。波形区間１２４には緩
やかに推移する波形区間１２５が続く。

【００５３】波形区間１３２で示すように、発射体３０
を内腔１８で加速しながら約１０００マイクロセコンド
の全期間に亘り前記発射体の基部に印加した圧力をほぼ
一定に維持するため、パルス形成ネットワーク１１２の
出力には急な勾配で立ち上がる高エネルギー区間１１５
が含まれる。パルス形成ネットワーク１１０、１１２の
各出力の立ち下がり直後に、波形区間１３４で示すよう
に、発射体に対する圧力は降下する。好ましくは、これ
らの立ち下がり部は銃身１８の銃口を通過する発射体３
０に一致するようタイミングを設定する。パルス形成ネ
ットワーク１１２の出力の急な立ち上がり部分１１３か
ら各ギャップ６２に形成されるエネルギー拡大プラズマ
からは発射体に付加値の圧力が印加され、燃料塊３４の
付加部分の気化が行われる。累積効果は以上のようなも
のであるため、発射体３０が銃身１６の全長を通過する
ときに、この発射体の基部とカートリッジ１０の出口と
の間で内腔１８の体積が増加するにも拘わらず、前記発
射体の基部に印加される複合圧は比較的一定に維持され
る。パルス形成ネトワーク１１２では銃１４に有害な効
果もたらし、恐らく破壊効果をもつこともある銃身１６
内の過大圧を防止するため、階段状のエネルギー変動と
圧力変動よりは寧ろ急勾配のエネルギー変動と圧力変動
が実現する。

【００５４】本発明の特定な実施形態についてこれまで
説明し、図解をしてきたが、特定例を挙げて解説、図解
した各実施形態の詳細に於ける変更は付属する請求項に
記載する本発明の真の精神と範囲から逸脱することなく
行い得ることは明らかであろう。例えば、解説した構造
体の内の数種のものは米国特許第５、０７２、６４７号
に開示されているように数種の構造体からのガス流を複
合してより高い圧力のパルスが形成されるような類似し
た関係に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を組み入れた、銃身に装填したカートリ
ッジの側部断面図

【図２】図１に記載するカートリジの好ましい実施形態
の側部断面図

【図３】図２に記載するカートリッジの一部を示す詳細
図

【図４】図１−図３のカートリッジに電圧を印加する電
源の構成図

【図５】図１と図２の構造体に印加している図４の電源
のエネルギーから形成される電気波形と電圧波形を示す
図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596047469 38500 Ｍｏｕｎｄ Ｒｏａｄ，Ｓｔｅｒ ｌｉｎｇ Ｈｅｉｇｈｔｓ，ＭＩ 48310, ＵＳ

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出口ポートまでの長軸に沿いガスの高圧
   パルスを供給する装置であって、軸方向の放電に対し直
   角方向の成分と共にプラズマを流動させる少なくとも数
   本の軸方向の放電を該出口ポートの後部に発生させるた
   め、少なくとも数個の軸方向のギャップを形成する構造
   体と、該放電によって発生されるプラズマ流に反応する
   ように位置決めし、該プラズマ流によって該高圧ガスパ
   ルスの成分に変換する推進媒体塊とから成り、該出口ポ
   ートに近い各該ギャップの壁部は該出口ポートから遠い
   各該ギャップの壁部よりも浸食が早く進むよう該放電に
   反応して浸食が異なる該壁部が各該ギャップに含まれ、
   該推進媒体塊には周囲条件では反応しない固体燃料と酸
   化剤とが含まれ、該燃料の一部は該構造体に接触し、該
   燃料と該酸化剤は該プラズマによって気化され、充分高
   い温度まで加熱されて発熱化学反応が発生し、該出口ポ
   ートに供給する該高圧ガス・パルスを発生する構成の装
   置。
2. 【請求項２】 該出口ポートを持つ長軸の銃身に沿い発
   射体を加速させる装置であって、該少なくとも数本の放
   電は該発射体の後部に発生し、該発射体が該銃身内を進
   行しているときに、該放電によって相当な時間に亘り該
   プラズマは該放電に対し各成分と共に直角方向に流動
   し、該高圧ガスに変換された推進媒体塊は該推進媒体塊
   に投射されている該放電によって発生されるプラズマに
   反応し、該銃身内で該発射体を加速させ、該発熱化学反
   応は該発射体に供給する該高圧ガス・パルスを発生する
   結果を生み出し、該発射体に近い各ギャップを介し該プ
   ラズマに印加した電気エネルギーによって該発射体から
   遠くの該燃料が気化される前に該発射体の近くの燃料が
   初めに気化され、該発射体から遠くにある該燃料が進行
   的に気化されるよう該軸方向ギャップを構成している、
   請求項１に記載する装置。
3. 【請求項３】 該発射体から遠いギャップよりも該発射
   体に近いギャップに大きな電気エネルギーが印加される
   よう該ギャップを構成している、請求項１又は請求項２
   に記載する装置。
4. 【請求項４】 該燃料塊は放電に近い領域に限定して配
   した固体であり、該酸化剤は該燃料を配した該限定領域
   を放射状に越える第二領域にある、請求項１ないし請求
   項３のいずれかに記載する装置。
5. 【請求項５】 該酸化剤は該限定した第二領域にある、
   請求項１ないし請求項４のいずれかに記載する該装置。
6. 【請求項６】 該燃料は粉体で、該粉体の粒度よりも小
   さな網目を有するスクリーンによって収納域を限定され
   ている、請求項５に記載する装置。
7. 【請求項７】 該酸化剤は該第二領域に限定した固体で
   ある、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載する装
   置。
8. 【請求項８】 該燃料は粉体であり、該燃料と該酸化剤
   は該粉体の粒度よりも小さな網目を有するスクリーンに
   よって収納域が限定されている、請求項７に記載する装
   置。
9. 【請求項９】 該出口ポートからの該構造体の距離が大
   きくなるにつれて、該収納域を限定された燃料塊は該構
   造体に沿った断面積が縮小している、請求項８に記載す
   る装置。
10. 【請求項１０】 該該発射体に近い該ギャップの該壁部
    は該出口ポートから遠い該ギャップの該壁部よりも浸食
    が早く進むよう、該ギャップにはそれぞれ放電に反応し
    異なる浸食が生じる壁部が含まれ、各該壁部は該構造体
    の軸に同軸な各リング上にあり、該出口ポートに近いリ
    ングは該出口ポートから遠いリングよりも直径が小さく
    なるように個々の該リングの直径を設定し、該スクリー
    ンには該リングに同軸で、直径が一定な円筒形壁部があ
    る、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載する装
    置。
11. 【請求項１１】 該発射体に近い各断面が該発射体から
    遠い断面よりも半径が小さく、液体の該燃料塊と該酸化
    剤に対しノズル状構造が形成されるよう、該リングに同
    軸で、該発射体に向けてテーパをとった円形断面を有す
    るカートリッジの内部に該構造体と、該スクリーンと、
    該燃料塊及び該酸化剤塊が存在する、請求項２、請求項
    ６ないし請求項１０のいずれかに記載する装置。
12. 【請求項１２】 該収納域を限定した燃料塊と酸化剤塊
    は液体の該燃料塊と該酸化剤を該出口ポートに向けて方
    向設定をするノズル状構造として形状を定めた内壁を有
    するハウジング内にある、請求項４ないし請求項１１の
    いずれかに記載する装置。
13. 【請求項１３】 該該出口ポートに近い該ギャップの該
    壁部は該出口ポートから遠い該ギャップの該壁部よりも
    浸食が早く進むよう、該ギャップにはそれぞれ放電に反
    応し異なる浸食が生じる壁部が含まれている、請求項１
    ないし請求項１２のいずれかに記載する装置。
14. 【請求項１４】 放電によって気化され、該酸化剤と化
    学反応をして熱を発生し、該出口ポートに印加する高圧
    ガス・パルスの一部を形成する固体物質が各該壁部に含
    まれている、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記
    載する装置。
15. 【請求項１５】 該出口ポートに近い該ギャップの該壁
    部は該出口ポートから遠い該ギャップの該壁部よりも半
    径が小さくなっている、請求項１ないし請求項１４のい
    ずれかに記載する装置。
16. 【請求項１６】 該出口ポートに近い該ギャップの該壁
    部は該出口ポートから遠い該ギャップの該壁部よりも相
    互を軸方向に近づけている、請求項１ないし請求項１５
    のいずれかに記載する装置。
17. 【請求項１７】 各壁部は該壁部を越えて外周を有する
    部材の一部であり、該外周は該壁部を含む該部材の該一
    部のためのカバーであり、該壁部よりも非常に遅い速度
    でプラズマによって浸食される材料で形成している、請
    求項１ないし請求項１６のいずれかに記載する装置。
18. 【請求項１８】 該カバーの材料は電気絶縁材である、
    請求項１７に記載する装置。
19. 【請求項１９】 該壁部を含む該部材の該一部はカーボ
    ンである、請求項１７又は請求項１８に記載する装置。
20. 【請求項２０】 該構造体の金属部分相互間に放電を発
    生する、請求項１ないし請求項１９のいずれかに記載す
    る装置。
21. 【請求項２１】 カートリッジと該発射体を受ける銃身
    に装填する該カートリジの内部に該装置と該発射体を含
    む、請求項２、請求項３ないし請求項２０のいずれかに
    記載する装置。
22. 【請求項２２】 高圧ガス・パルスを出口に供給する方
    法であって、該出口に最も近い固体燃料を初めに気化さ
    せ、次いで、該出口から遠い該燃料を進行的に気化さ
    せ、更に、該酸化剤を気化することにより、固体燃料を
    非ガス状酸化剤に化学反応させるステップから成り、該
    反応の期間、該酸化剤と該燃料は同時に気体であり、該
    反応は該出口に最も近い該燃料と該酸化剤との高圧ガス
    状反応体が初めに該出口に加えられ、時間の経過に従
    い、該出口から遠い該燃料と該酸化剤との高圧ガス状反
    応体が該出口に加えられる構成で、該燃料と該酸化剤は
    周囲条件では化学反応をすることのない方法。
23. 【請求項２３】 該燃料は放電から形成されるプラズマ
    を該燃料に印加することで気化される、請求項２２に記
    載する方法。
24. 【請求項２４】 該放電は該出口に近いプラズマに於い
    ては電気エネルギーが該出口から遠いプラズマに於ける
    よりも大きくなるような構成である、請求項２２又は請
    求項２３に記載する方法。
25. 【請求項２５】 該燃料は、必ずポリエチレン、カーボ
    ン、ＴＥＡＮ，ＣＡＢ及び硼酸ヒドラジンから成るグル
    ープから選択し、該酸化剤は、必ず固体ＡＮ、ＫＣｌＯ
    ₄、ＮａＣｌ０₄、ＡＮの水溶液、液体ＨＡＮ及びＨ₂Ｏ₂
    を含む溶液から成るグループから選択する、請求項２２
    ないし請求項２４のいずれかに記載する方法。
26. 【請求項２６】 該燃料と該酸化剤にはそれぞれ気化さ
    れ、高圧パルスを形成すべく下式： ＣＨ₂＋３ＮＨ₄
    ＮＯ₃→ＣＯ₂＋７Ｈ₂Ｏ＋３Ｎ₂＋熱に従い化学反応する
    ポリエチレンと硝酸アンモニヤが含まれる、請求項２２
    ないし請求項２４のいずれかに記載する方法。
27. 【請求項２７】 該燃料には気化され、下式： Ｃ＋２ＮＨ₄ＮＯ₃→ＣＯ₂＋２Ｎ₂＋４Ｈ₂Ｏ＋熱 に従い硝酸アンモニヤと化学的に反応し高圧パルスを形
    成するカーボンが含まれる、請求項２２ないし請求項２
    ４のいずれかに記載する方法。