NO138671B - Kanonprosjektil med anordning for oekning av dettes skuddvidde - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer et kanonprosjektil som bi-bringes oket skuddvidde ved reduksjon av luftmotstanden på prosjektilets basis. Denne såkalte basismotstand utgjor en rela-tivt stor andel, ofte ca. halvparten av den totale luftmotstand, som for ovrig utgjores av bl.a. spissmotstand samt friksjonsmot-stand. Basismotstanden oppstår ved at trykket på prosjektil-basisen, "basistrykket", på grunn av den normalt frembragte stromning blir lavere enn den omgivende lufts trykk. Det er kjent at man ved å la en gass på hensiktsmessig måte stromme ut fra basisplanet på et prosjektil, kan påvirke stromningsbildet ved basisplanet, slik at basistrykket oker. Hvis utstromningen forenes med frigjørelse av varme i stromningen ved basisen, kan basistrykket okes ytterligere. Foran nevnte effekt, "base-bleed-effekten", skiller seg fra rakettdrift, reaksjonsdrift, forst og fremst ved at stromningen i foregående tilfelle er så lav at den frembragte reaksjonskraft på grunn av utstromning er meget liten sammenlignet med den kraftforandring på prosjektilet som til-veiebringes ved forandring av stromningsbildet slik at basistrykket oker. For å utnytte "base-bleed-effekten" effektivt, bor gassutstromning skje under en forholdsvis stor del av prosjektilets flukttid.

Å nyttiggjore "base-bleed-effekten" praktisk i et prosjektil byr på visse vanskeligheter. Gassen kan emanere fra en i prosjektilet innbygget beholder, men da kreves store beholdere eller hoye gasstrykk samt besværlige ventilanordninger for re-gulering av gassens utstromning. Gassen kan også frembringes ved forbrenning av et brennstoff. Det er imidlertid lite kjent hvorledes en slik "bleedgas"-generator bor være beskaffen. I forbindelse med et spole- eller spindelformet prosjektil er det blitt foreslått å plassere et sjikt av et fast brennstoff på

utsiden av prosjektilet. Den reduksjon av luftmotstanden som derved kan påregnes turde imidlertid oppnås stort sett ved reduksjon av friksjonen på prosjektilets utside. I den utstrekning en "base-bleed-effekt" oppnås turde denne være vanskelig å kon-trollere med hensyn til vanskeligheten med å oppnå jevn brennhastighet og tilstrekkelig holdfasthet av brennstoffet. Prosjektilets spesielle form gjor det også vanskeligere å anvende det i konvensjonelle våpen.

Foreliggende oppfinnelse: vedrorer et kanonprosjektil med en anordning som på en enkel og pålitelig måte av et krutt frem-bringer den gass, "bleed-gassen", som medforer en senkning av prosjektilets basismotstand med stort sett bibehold av prosjektilets konvensjonelle form. Oppfinnelsen baserer seg på det forhold at en kontrollerbar gassfrembringeIse kan skje ved forbrenning av et krutt i et med prosjektilets bakre ende forenet og med gassutstromningsåpning forsynt brennkammer, som sammen med kruttladning og tennanordning kan benevnes "bleedmotor". Denne "bleedmotor" tilsvarer den rakettmotor som inngår i et re-aksjonsprosjektil, et såkalt "reatil", og er forbundet med prosjektilets bakre ende. En slik rakettmotor er imidlertid beskaffen på annen måte og de deri frembragte rakettgasser gir ved utstrømning en reaksjonskraft som virker i løpet av kort tid og gir prosjektilet en hastighetsøkning. Det for oppfinnelsen karakteristiske fremgår av patentkravene.

1 atm. = 760 mm Hg = 1.013 millibar » 1 bar

Motortrykket i en "bleedmotor" bor velges slik at det bare ubetydelig, oftest med 0,01 - 0,5 bar, overstiger basistrykket. Derved blir kruttets brennbastighet lav, hvilket muliggjor lang brenntid, og videre blir massestromningens og brenntidens av-hengighet av kruttemperaturen mindre enn for en rakettmotor. "Bleed-effekt" uten nevneverdig reaksjonskraft kan også oppnås ved noe hoyere motortrykk, opptil ca. 10 bar, men derved går også nevnte fordeler i en viss grad tapt. Til sammenligning kan nevnes at trykket i en rakettmotor for et "reatil" stiger til mellom 70 og 100 bar, til og med hoyere. Det har vist seg at ved anvendelse av et krutt hvis brennhastighet ligger mellom 1,0 og 1,5 mm/sek. ved et trykk på 1 bar, bor forholdet mellom kruttets brennflate og utstromningsåphingens"aréal-liggé"under 100 for at ikke kruttet skal tas i" bruk for reaksjonå drift".' I et prosjektil ifolge foreliggende oppfinnelse-er den utstrommende gass ikke annet enn i hdyst ubetydelig utstrekning'årsak"tii-'en reaksjonskraft og bidrar med dette-'heller ikke-til en has"tighets-. okning av prosjektilet. For å tåle store mekaniske påkjenninger ved den hoye akselerasjon ved prosjektilets'utskyting og ved prosjektilets rotasjon, bor bleedkruttladningen bestå av et krutt med hoy elastisitet (hoy bruddtoynirig). Hit horer flere komposittkrutt, f.eks. et krutt med' polybutadien som brennstoff og ammoniumperklorat som oksygenavgiver. Ladningen kan også gis en geometrisk form, som reduserér spenninger og toyninger, i hvilket tilfelle et stivere krutt kan komme til anvendelse, f.eks. et dobbeltbasiskrutt med cellulosenitrat, f.eks. NC-NGL-krutt. I det tilfelle hvor ladningen.består av et ror kan på-kjenningene reduseres ved rorets oppdeling i et antall sektorer, og derved kan sprekkdannelse elimineres.

Eftersom en vesentlig forutsetning for "base-bleed-effektens" nyttiggjorelse er at den får virke under en betydelig del av prosjektilbanen og helst når luftmotstanden er storst, er det viktig at bleedkruttladningen tennes allerede ved prosjektilets avfyring eller umiddelbart derefter. Herfor kan selvsagt anvendes elektriske eller-mekaniske tennere, som påvirkes av ak-seler as jonskref tene i forbindelse med skuddlosningen. Imidlertid kan slike tennere unnværes og tennforlopet forenkles, ved å anvende kanonkruttgassene for bleedmotorens tenning. Det er imidlertid -ikke -tilstrekkelig at disse kruttgasser ved inhstrom-ning i bleedmotoren tenner bleedkruttet da flammer blåses ut ved det trykkfall som inntreffer når prosjektilet forlater lopet. Ifolge en fordelaktig utfdrelsesform av oppfinnelsen inneholder bleedmotoren en spesiell pyroteknisk- tennsats :med en slik sammensetning at dens forbrenning er lite trykkavhengig. Tennsatsen tennes samtidig med bleedladningen-av. de innstrbmmende" kanonkruttgasser, men i motsetning til denne- fortsetter den å brenne til tross for trykkfallet i bleedmotoren når prosjektilet'forlater kanonroret og tenner umiddelbart bleedladningen igjen. Tennsatsen utgjores av stoffer som ved forbrenningen'danner stort' sett faste forbrenningsprodukter. Mangler "stoffer som helt eller nesten helt danner gassformede forbrenningsprodukter, bor tennsatsen ligge i nær forbindelse med bleedladningen f.eks. adskilt fra denne bare av en tynn spalte eller et av varme lett odeleggbart sjikt f.eks. en plastfolie. Imidlertid kan en mindre mengde gassdannende substans inngå uten at også tennsatsen slukkes. Derved lettes bleedkruttsatsens igjentenning også hvis tennsatsen plasseres på en viss avstand fra bleedsatsen, sannsynligvis på grunn av at faste og gassformede bestanddeler kastes ut fra tennsatsen av de fra denne emanerte gasser. Tennsatsen kan bestå av to eller flere sjikt, hvor ett av disse har et hoyere gassdannende substansinnhold. I dette tilfelle sorger i det minste ett av sjiktene for at tennsatsen ikke slukkes ved trykkfallet og et annet sjikt at bleedkruttladningen tennes igjen.

I motsetning til hva tilfellet er i en rakettmotor for et reatil er det av stor betydning at gasstromningen fra en bleedmotor har en degressiv stromningskurve eftersom luftmotstanden er storst i begynnelsen av prosjektilbanen og derpå avtar med minsk-ende prosjektilhastighet og med avtagende lufttetthet i storre hoyder. Degressiv gasstromning fås ved hensiktsmessig geometrisk utforming av ladningen samt isolasjon av visse flater av denne. En måte å utfore ladningen på, hvilket muliggjor stor valgfrihet ved fremstilling av degressive gassutstromningsforlop og også forskjellige brenntider, er å dele opp en rorladning i et mindre eller storre antall sektorer med bibehold av isolasjon på ladningens utvendige flater. Ved en slik oppdeling hindres også, som tidligere omtalt, dannelse av sprekker.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i forbindelse med teg-ningene , hvor

fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom den bakre ende av et kanonprosjektil ifolge oppfinnelsen; og

fig. 2-4 viser aksialsnitt resp. enderiss av forskjellige kruttladninger, illustrerende forskjellige måter å utforme kruttladningen på for bl.a. å gi forbrenningen en degressiv karakter.

Et kanonprosjektil ifolge fig. 1 omfatter et konvensjonelt pro-sjektillegeme bestående av en mantelvegg 1 med foringsbånd 2 og et i mantelveggen innfestet bakstykke 3. Dette konvensjonelle prosjektil er forsynt med en ytterligere del bestående av en sylindrisk mantelvegg 5 som i den forreste ende 4 er fastskrudd til mantelveggen 1, samt et bunnstykke 6 innskrudd i mantelveg-gens 5 bakre ende 7. Bunnstykket er utformet med en sentral åp-ning 8 som fortrinnsvis er forsynt med en lett brytbar fuktig-hetsbeskyttelse f.eks. en tapestrimmel. I den ytterligere del, som danner et brennkammer, er en rorformet kruttladning 9 innfestet, hvis mantelflate og endeflater er belagt med forbrenningshemmende sjikt 10. Bakstykket 3 har en bakover åpen uttag-ning 12, i hvilken det er innsatt en beholder 13 med en tennsats 14. Beholderens bunn har fire hull 11, gjennom hvilke tennsatsen kan tennes av innstrommet forbrenningsgass fra våpenets lop, og brennende tennsatsprodukter kastes ut mot drivsatsen 9 når prosjektilet forlater lopet. Tennsatsen har sammensetningen 49,5 vekts% zirkoniumhydrid, 49,5 vekts% blydioksyd og 1 vekts% organisk bindemiddel. Med denne sammensetning hindres at tennsatsen efterat den er tent slukner igjen når prosjektilet forlater våpenet. Prosjektilets vekt inklusive bleedmotor er 18,5 kg. Kruttladningen veier ca. 0,3 kg. Ladningens lengde er 57 mm og dens ytre diameter 76 mm, dens indre diameter 25 mm, utstromningshullet 8 har en diameter på 25 mm. For å få en on-sket degressiv forbrenning av kruttladningen, er denne efter et langsgående plan oppdelt i to deler, idet brennflaten ved for-brenningsforlopets begynnelse er 93 cm 2 og ved forbrenningsfor-lopets slutt 66 cm 2, hvilket gir forholdet 19 resp. 13 mellom ladningens brennareal og kruttgassenes utstromningsareal.

Fig. 2 og 3 viser eksempler på egnede utforelsesformer hvor ror-formede ladninger er delt opp i to resp. seks deler 15 og forsynt med forbrenningshemmende belegg såvel på ladningens mantelflate 10 som endeflater 16. Fig. 4 viser en alternativ frem-gangsmåte for å oke begynnelsesbrennflaten ved å forsyne ladningen med et forbrenningshemmende sjikt bare på utsiden av dens mantelflate.

Ved å forsyne et konvensjonelt prosjektil med en bleedmotor av det nu beskrevne slag med 330 g komposittkrutt inneholdende 85 vekts% ammoniumperklorat og 15 vekts% polybutadien er en skuddviddeokning på 24% blitt oppnådd, hvorav 12% er et resultat av "bleedvirkning" mens resten skyldes den vektsokning på 2 kg som bleedmotoren medforer. Med en ladning som veier 300 g og består av 75 vekts% ammoniumperklorat og 25 vekts% polybutadien fås ytterligere skuddviddeokning på ca. 2%. Okningen er et resultat av at et mere brehselrikt krutt er anvendt, slik at efterforbren-

ning med den omgivende lufts oksygen finner sted utenfor prosjek-

tilet ved dets basis. For å få en gunstig skuddviddeokning har det vist seg hensiktsmessig å holde ammoniumperkloratinnholdet mellom grensene 60 - 90 vekts%. Ved å fordele de utstrømmende gasser på flere åpninger, kan efterforbrenningen av de utstrøm-

mende gasser gjores effektivere.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til utforelsesformer med gassgene-reringskammeret i form av en ytterligere del anbragt ved den bakre ende av et normalprosjektil. Kammeret kan være plassert hvor som helst i prosjektilet, bare det kommuniserer med atmos-

færen ved prosjektilets bakre ende og har drivsatsens brennflate riktig avpasset efter utstromningsåpningens tverrsnitt og efter brennstoffets brennbastighet.

Med krutt forstås her faste brennstoffer som kjemisk eller meka-

nisk inneholder oksygen. Drivladningen kan bestå av mer eller mindre energirike krutt, hvilket innebærer noe forskjellige reiasjonstall hva angår brennflate og utstrømningsareal for bleedgassen. Forekommende rakettkrutt kan som regel med fordel anvendes. Oksygenfattige krutt er å foretrekke.

Claims (11)

1. Kanonprosjektil med eget kammer for generering av forbren-

ningsgasser fra en kruttladning (9), hvilket kammer har én eller flere gassutstromningsåpninger (8) i sitt basisplan, karakterisert ved at størrelsen av kruttladningens brennflate er således avpasset efter størrelsen av den totale åpnings-flate for gassutstrømningen at gassenes trykk i kammeret fortrinnsvis er større enn basistrykket med 0,01 - 0,5 bar samt at kruttladningens størrelse er avpasset for generering av for-brenningsgasser under en vesentlig del av prosjektilets flukt- tid.

2. Kanonprosjektil som angitt i krav 1, karakterisert ved at kruttladningen (9) består av et krutt med brennhastigheten 1,0 - 1,5 mm/sek. ved et trykk på 1 bar samt at storrelsesforholdet mellom kruttladningens brennflate og åp-ningsflaten for gassutstromningen er mindre enn 100.

3. Kanonprosjektil som angitt i krav 2, karakterisert ved at kruttladningen består av et komposittkrutt inneholdende 60 - 90 vekts% av en uorganisk oksydator og 10 - 40 vekts,%. av et brennstoff, hvilket.kan inneholde såvel organ-iske som uorganiske forbindelser men delvis utgjores av en polymer.

4. Kanonprosjektil som angitt i krav 2, karakterisert ved at kruttladningen består av et dobbeltbasiskrutt med cellulosenitrat, f.eks. NC-NGL-krutt.

5. Kanonprosjektil som angitt i ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at kammeret begrenses av en med prosjektilaksen koaksial mantelvegg (5) samt at kruttladningen (9) har form av et ror med en slik diameter at dets mantelflate grenser til kammerets mantelvegg og som efter aksiale delingsplan danner et antall sektorlignende ladnings-deler (15), som er adskilt med spalter.

6. Kanonprosjektil som angitt i krav 5, karakterisert ved at ladningsdelenes flate er i en slik utstrekning, fortrinnsvis deres ytre mantelflate (10) og endeflate (16), belagt med forbrenningshemmende sjikt at brennflatens storrelse reduseres under brenntiden, dvs. slik at gassgenerer-ingen blir degressiv.

7. Kanonprosjektil som angitt i ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at minst én av kammerets gassutstromningsåpninger er tilgjengelig for innstromming av kanonkruttgasser og at kammeret inneholder en pyroteknisk tennsats (14) med lite trykkavhengig forbrenning og således plassert at den tennes av i kammeret innstrommende kanonkruttgasser ved prosjektilets utskyting og selv tenner kammerets kruttladning.

8. Kanonprosjektil som angitt i krav 7, karakterisert ved at tennsatsen (14) består av-stoffer som praktisk talt danner bare faste forbrenningsprodukter og at tennsatsen er plassert i kontakt med kruttladningen eller adskilt bare av en liten spalte, eventuelt av et under innflytelse av varme lett odeleggbart sjikt, f.eks. en plastfolie.

9. Kanonprosjektil som angitt i krav 7, karakterisert ved at tennsatsen består av stoffer som for største-delen danner faste forbrenningsprodukter og at tennsatsen er plassert i en spesiell beholder (13) med hull (11) for innstrøm-ming av gasser for antenning av tennsatsen og utstrømning av dan-nede forbrenningsprodukter.

10. Kanonprosjektil som angitt i krav 7 eller 9, karakterisert ved at tennsatsen består av to eller flere delsatser, fortrinnsvis i form av til hverandre grensende lag, hvorav minst ett praktisk talt danner bare faste forbrenningsprodukter .

11. Kanonprosjektil som angitt i ethvert av kravene 7 - 10, karakterisert ved at tennsatsen eller i det minste en del av denne består av omtrent like deler zirkoniumhydrid og blydioksyd samt omtrent 1 vekts% av et organisk bindemiddel.