NL9201737A - Railkanon. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Railkanon

De uitvinding betreft een railkanon met de in de inleiding van conclusie 1 aangegeven kenmerken.

Railkanonnen bestaan in de eenvoudigste uitvoering uit twee evenwijdig aan elkaar opgestelde spanningrails, welke op een hoge-spanningsbron zijn aangesloten. Voor het versnellen van de projectielen bevindt zich telkens aan het achtereinde van het projectiel een als stroombrug tussen de beide rails werkende armatuur. Uit R.A. Marshall et al: "The 10 km/s, 10 kg Railgun", tree Transactions on Magnetics, Vol. 27, S 21 ff, is het békend, als armatuur een door een lichtboog ontwikkeld plasma toe te passen (plasma-armatuur). De stroom vloeit daarbij van de hoogspanningsbron via de ene rail naar de lichtboog, via deze lichtboog naar de andere rail en vandaar weer terug naar de hoogspanningsbron. Door de wisselwerking van het in deze stroomlijs opgewekte magneetveld met de 1 ichtboogstroom werkt op de lichtboog een electromagnetische kracht (kracht van Lorentz), die deze lichtboog en daarmede ook het zich daarvoor bevindende projectiel versnelt.

In principe kunnen projectielen met railkanonnen tot wezenlijk hogere snelheden worden versneld dan met gaskanonnen. Uit de hiervoor genoemde publicatie van Marshall et al is het echter bekend, dat de bij hoge projectielsnelheden waargenomen vorming van parasitaire lichtboging tot een snelheidsbegrenzing van ongeveer 6 km/s leidt.

Uit S. Usuba et al: "Performance of the Discrete Electrode Railgun", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 27, S. 611 ff, is het bekend, parasitaire lichtbogen tegen te gaan door tenminste één der spanningsrails in discrete electroden op te delen. De electroden worden, nadat de lichtboog daarop een tijd lang heeft ingebrand, met behulp van een zekering uitgeschakeld, waarmede dit gedeelte van de uit discrete electroden bestaande spanningsrail is geïsoleerd. De lichtboog werkt dan op de in de versnellingsrichting naast volgende electrode in en wordt daar eveneens na enige tijd met behulp van een zekering uitgeschakeld. Dit proces herhaalt zich totdat het projectiel het railkanon heeft verlaten.

Een nadeel van deze inrichting is, dat aanzienlijke vermogens nodig zijn om de stroom van de ene zekering naar de andere te commute-ren. De door de zekeringen en de stroomrail gevormde, naar verhouding grote stroomlussen dienen namelijk met magnetische energie te worden gevuld, waartoe zowel een hoog statisch, als dynamisch vermogen nodig is. Een verder nadeel is, dat de zekeringen zeer nauwkeurig aan het versnellingsproces, alsmede aan de daarbij optredende strconsterkten moeten worden aangepast. Zo kan het bij foutieve aanpassingen voorkomen, dat de zekeringen, te vroeg, te laat of in het geheel niet reageren.

De uitvinding beoogt een railkanon van de in de aanhef beschreven soort te verschaffen, waarmede het op eenvoudige wijze mogelijk is, projectielen tot hoge snelheden te versnellen, zonder dat het nodig is, de spanningsrails uit afzonderlijke electroden met extra zekeringen op te bouwen, en zonder dat daarbij parasitaire lichtbogen optreden.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt met de in het kenmerkende gedeelte van conclusie 1 genoemde kenmerken.

Aan de uitvinding ligt derhalve de gedachte ten grondslag, hetzij de rails zelf uit een met een isolerende massa geïmpregneerde me-taalweefsellaag op te bouwen, danwel de rails aan de naar het versnel-lingskanaal toegekeerde zijde van een dergelijke laag te voorzien. Door de optredende krachten worden de metaalweefsellagen dan achter de lichtboog samengedrukt en de isolerende massa uit de weefsellaag weggedrukt resp. voor een deel in het versnellingskanaal geperst. Als gevolg daarvan worden de spanningsrails en het metaalweefsel naar het versnellingskanaal toe geïsoleerd. Ook de lichtboog wordt door de in het kanaal geslingerde deeltjes van de isolerende massa naar het achterste gedeelte van het versnellingskanaal toe geïsoleerd.

Verdere details en voordelen worden hieronder aan de hand van de tekening met een uitvoeringsvoorbeeld nader toegelicht.

Fig. 1 toont een langsdoorsnede door een gedeelte van een railkanon volgens de uitvinding; fig. 2 toont een vooraanzicht van het in fig. 1 getoonde gedeelte van het railkanon en; fig. 3 toont een langsdoorsnede door het railkanon volgens fig. 1, met een zich daarin bevindend projectiel tijdens de versnellingsfa-se.

In fig. 1 is met 1 een gedeelte van een railkanon aangegeven, dat in hoofdzaak uit twee rails 2 en 2', alsmede een versnellingskanaal 3 bestaat, waarin het projectiel (vergelijk ook fig. 3) beweegt. Als materiaal voor de rails 2 en 2' kan bijv. koper of een ander bijzonder goed geleidend materiaal worden toegepast.

Volgens de uitvinding zijn op de rails 2 en 2', met behulp van bijv. hard-soldeerlagen 4 en 4', twee metaalweefsellagen 5 en 5' bevestigd. Deze kunnen uit aluminium, koper, ijzer of een ander elec-trisch geleidend materiaal bestaan. De metaalweefsellagen 5 en 5' zijn met een isolerende massa, bijv. bitumen of was, geïmpregneerd. De betreffende isolerende materiaaldeeltjes zijn met het verwijzingscij-fer 6 aangegeven. Aan het naar het versnellingskanaal 3 toegekeerde oppervlak liggen de metaalweefsellagen 5 en 5' vrij, zodat zij via een lichtboog electrisch met elkaar kunnen worden verbonden.

De rails 2 en 2', alsmede metaalweefsellagen 5 en 5' zijn op de gebruikelijke wijze bevestigd en opgenomen in een lichaam 7 van isolerend materiaal, bijv. van met glasvezels versterkte kunststof. Daardoor wordt - zoals uit fig. 2 is te zien - het versnellingskanaal 3 gevormd tot een naar opzij gesloten ruimte.

Fig. 3 toont weer een gedeelte 1 van het railkanon en wel met een zich in het versnellingskanaal 3 bevindend projectiel 8, dat in de richting van de monding van het kanon beweegt. Aan het achtereinde van het projectiel 8 bevindt zich de door een lichtboog 1 gevormde plasma-armatuur. De stroom 10 vloeit via de rail 2, het metalen weefsel 5, de lichtboog 9, het metaalweefsel 5' en de rail 2'. Door de optredende electromagnetische krachten worden de metaalweefsellagen 5 en 5' achter de lichtboog 9 samengedrukt. Deze lagen zijn met de verwijzings-cijfers 50 en 50' aangegeven. Bovendien wordt de uit de isolerende materiaaldeeltjes 6 bestaande isolerende massa uit de weefsellagen 5 en 5' weggedrukt. Er vormen zich daarbij afzonderlijke lagen 51 en 51'. Tenslotte worden de isolerende massa voor een deel ook in vaste, vloeibare en gasvormige toestand in het versnellingskanaal 3 geworpen. De hierbij optredende energieverliezen worden allen veroorzaakt door de nodige compressie-arbeid. Commuteringsverliezen treden niet op.

Door de vorming van de isolerende lagen 51 en 51' wordt bereikt, dat zowel de rails 2 en 2', alsook de metaalweefsellagen 50 en 50' naar het versnellingskanaal 3 toe zijn geïsoleerd. De vanuit de isolerende massa in het versnellingskanaal 3 geworpen materiaaldeeltjes 6 zorgen er bovendien voor, dat de lichtboog 9 ten opzichte van het achterste gedeelte van het versnellingskanaal 3 is geïsoleerd. De lichtboog 9 is derhalve niet meer in de gelegenheid op plaatsen binnen het reeds door het projectiel 8 doorlopen gedeelte van het versnellingskanaal 3 parasitaire lichtbogen te doen ontstaan resp. te laten bestaan.

De het projectiel 8 voortstuwende lichtboog 9 wordt tot een nauw begrensde zone achter het projectiel geconcentreerd. Op deze wijze blijft de voortstuwende electromagnetische kracht geheel op het licht-boog-projectielsamenstel 9, 8 geconcentreerd. De breedte van deze zone wordt door de traagheid en de viscositeit van de massa van het door de electromagnetische krachten samengedrukte materiaal 5, 5', alsmede door de sterkte van de stroom 10 bepaald. Na het schot worden de beide rails 2 en 2', tezamen met de metaalweefsellagen 5 en 5', door nieuwe exemplaren vervangen.

De hiervoor beschreven railstructuur kan ook zo worden uitgevoerd, dat slechts één van de beide rails van een metaalweefsellaag wordt voorzien. De andere rail staat in dat geval in direct contact met het projectiel.

Een verdere mogelijkheid bestaat daarin, dat de rails 2 en 2' worden vervangen door met isolerend materiaal geïmpregneerd metaal-weefsel.

Claims (3)

1. Railkanon (1) voor het versnellen van projectielen (8), met tenminste twee tegenover elkaar gelegen, een versnellingskanaal (3) begrenzende rails (2, 2'), waarbij het versnellen van de projectielen (8) geschiedt met behulp van een zich telkens aan het achterste deel van het projectiel (8) tussen de beide rails (2, 2') vormende plasma-armatuur (9), met het kenmerk, dat tenminste één der beide rails (2, 2') uit een metaalweefsel bestaat, waarin isolerende materiaaldeeltjes (6) zijn opgenomen, danwel tenminste één der beide rails (2, 2') aan de naar het versnellingskanaal (3) toegekeerde zijde met een dienovereenkomstige metaalweefsellaag (5, 5') is verbonden.

2. Railkanon volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat beide rails (2, 2') uit een met isolerende materiaaldeeltjes (6) geïmpregneerde weefsellaag bestaan, danwel met een dergelijke laag (5, 5') op hechte wijze zijn verbonden.

3. Railkanon volgens één der conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat als metaal voor de metaalweefsellaag (5, 5') een electrisch geleidend materiaal en als isolerende metaaldeeltjes, bitumendeeltjes of wasdeeltjes worden toegepast.