NO160845B - Organiske titanholdige blandinger for anvendelse i olje- og gassbroenner. - Google Patents

Description

Selvdrevet prosjektil.

Foreliggende oppfinnelse angår selvdrevne prosjektiler. Fra rakettfysikken er det kjent at den teoretiske hastighet en rakett kan ha varierer omvendt proporsjonalt med den beveg-elseshemmende kraft som kalles luftdrag og som på sin side varierer direkte med rakettens tverrsnitt, og at rakettens tverrsnitt som en følge av dette skulle være lite. En reduksjon i tverrsnittet krever imidlertid at rakettens lengde må økes for å gi plass for drivstoff-ladningen som er nødvendig til frembringelse av den ønskede skyvekraft. Av dette følger at lengde/ diameter-forholdet for en rakett skal være så høyt som mulig.

En økning av rakettens lengde vil imidlertid føre til problemer når det gjelder utdrivning av forbrenningsgassene som frem-bringer skyvekraften tilstrekkelig hurtig til å hindre oppbygning av trykk som får raketten til å eksplodere i flukt. Tidligere har dette problem vært løst enten ved å øke veggtykkelsen i forbrenningskam-

meret i raketten og derved redusere rakettens masseforhold, det vil si forholdet fullvekt/tomvekt, eller ved å benytte drivstoffer som brenner med en slik hastighet at man har forholdsvis lave trykk på f.eks. 54,4 atm. i forbrenningskammeret. Begge disse foranstaltninger setter en bestemt grense for de hastigheter som kan oppnås, idet det blir vanskelig å få høyere hastigheter enn 1839 m/sek.

Hastigheter av denne størrelsesorden er tilstrekkelig i boosterraketter eller andre langdistanseraketter som anvendes for å sende nyttelast opp i store høyder eller raketter som er siktet inn mot stillestående mål, men hastighetene er ikke tilstrekkelige for selvdrevne prosjektiler som skal benyttes mot mål som beveger seg og manøvrerer hurtig fordi sannsynligheten for treff på slike mål varierer omvendt med det tidsintervall som går mellom innsiktning av det bevegelige mål og prosjektilets ankomst i målområdet eller, med andre ord direkte med prosjektilets hastighet. Moderne våpensystemer

„ er blitt utviklet for å øke treffsannsynligheten for selvdrevne prosjektiler ved å anvende regnemaskinstyrte sikteanordninger. Regne-maskinens forutsigelser er imidlertid basert på den forutgående historie for målet, og hvis målet avviker fra denne historie må regne-maskinen foreta korreksjoner som innfører tidsforsinkelser med det resultat at treffsannsynligheten nedsettes. Bortsett fra disse svak-heter er automatisk sikte og utskytningsutstyr som anvender regne-maskiner meget innviklede og krever kjøretøyer for transporten. Dette gjør det vanskelig å tilpasse disse anordninger til f.eks. lette,

ikke motoriserte enheter.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveie-bringe et selvdrevet prosjektil som har liten vekt og er i stand til å oppnå hastigheter som er så høye at når prosjektilet treffer et mål, vil prosjektilets kinetiske energi.alene være tilstrekkelig til å frembringe en virkning som man tidligere bare kunne oppnå ved hjelp åv krigshoder.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd med et selvdrevet prosjektil som kombinerer disse trekk:- Det har et forbrenningskammer med et lengde/diameterforhold på minst 20, det har et masseforhold på minst 2,5 og det har en drivstoffladning som er innrettet til å brenne med en slik hastighet at forbrenningen er avsluttet innenfor et tidsintervall på ikke mer enn ett sekund fra antennelses-øyeblikket.

Det har vist seg at et selvdrevet prosjektil med disse

trekk er i stand til å akselerere fra 0 til 2745 m/sek. på et halvt sekund, og er meget effektivt som et destruktivt våpen på avstander opp til 3,2 km. Prosjektilet har videre liten vekt og dets dimensjoner kan være slik at prosjektilet kan bæres selv i store antall av en mann. Som ikke begrensende eksempler kan nevnes en vekt på 0,90 kg,

en lengde på 1,22 m og en diameter på 2,54 cm.

Et annet trekk ved oppfinnelsen er anordningen av et

enkelt, men allikevel tilfredsstillende stabiliseringssystem som eli-minerer feilinnstilling og reduserer den virkning tverrvinder har på stabilisatorer med utvendige finner, og stabiliseringssystemet i henhold til oppfinnelsen omfatter et avkortet kjegleformet bakre ende-parti med en maksimumdiameter som er litt større enn den største diameter den øvrige del av prosjektilet har og en liten rotasjonsfinne anbrakt i det avkortet kjegleformede parti for påvirkning fra forbrenningsgassene som drives forbi finnen til frembringelse av en rotasjon av prosjektilet om dets lengdeakse.

Drivmiddelladningen for prosjektilet utført i henhold til oppfinnelsen, er en sylindrisk del av fast brensel med en aksialt gjennomgående utløpspassasje og med forbrenningsdempende midler som regulerer forbrenningshastigheten. I den foretrukne utførelsesform for oppfinnelsen som skal beskrives i det følgende, er forbrennings-demperen utformet som en varmereflekterende folie som dekker langsgående partier av innsiden av drivmiddelladningen og strekker seg radielt inn i materialet i denne.

Det selvdrevende prosjektil i henhold til oppfinnelsen

kan lett bygges for utskytning fra lettvektsrør av så billige materialer som papp og plast. I virkeligheten kan det samme rør som benyttes for emballasje og transport eller forsendelse av prosjektilene også benyttes som utskytningsrør, og det er også mulig å kombinere slike ut-skytningsrør i bunter for avfyring av salver.

Selv om det selvdrevne prosjektil i henhold til oppfinnelsen byr på spesielle fordeler som et bakke-til-luft-våpen og kan benyttes med god_ virkning selv av små bakkeenheter viser beregninger at prosjektilet er i stand til å trenge gjennom omtrent 7i cm av en panserplate, noe som gjør prosjektilet like anvendelig som overflate-til-overflatevåpen som kan anvendes mot tanks og andre pansrede kjøretøyer innenfor prosjektilets effektive rekkevidde. Anvendelser i luftbårne våpensystemer for luft-til-luftkamper er også mulige.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet mer i detalj under henvisning til tegningene som bare-viser foretrukne utførelsesformer som eksempler og der: Fig. 1, sett fra siden, viser et selvdrevet prosjektil utført i henhold til oppfinnelsen, med omtrent riktig lengde og diameterforhold,

fig. 2 viser, i forstørret målestokk, et snitt gjennom prosjektilet på fig. 1,

fig. 3 viser fig. 2 sett fra en ende,

fig. 3A, 3B, 3C og 3D er tverrsnitt tatt etter de forskjellige plan som er antydet på fig. 2, der man ser de forskjellige på hverandre følgende trinn av kontrollert forbrenning av det faste drivstoff,

fig. 4 viser grafisk forholdet mellom prosjektilets hastighet-tidshistorie sammenliknet med et prosjektil som er avfyrt fra en vanlig 30 mm kanon,

fig. 5 viser grafisk forholdet mellom avstand og tid

for et prosjektil i henhold til oppfinnelsen sammenliknet med et prosjektil fra en 30 mm kanon,

fig. 6 viser, i perspektiv, en utskytnings- og paknings-anordning for foreliggende oppfinnelse,

fig. 7 viser, sett fra siden, en innsiktbar utskytnings-mekanisme for prosjektiler i henhold til oppfinnelsen og

fig. 8 viser anordningen på fig. 7 sett forfra.

Den utførelsesf orm for oppfinnelsen st>m er vist på fig.

1 omfatter et lett rørformet legeme 10, méd en konisk spiss 11 og et akterparti 12 har et venturiutløp og ender i et avkortet kjegleformet parti 12a. Hoveddelen 10 er fortrinsvis laget av tynt blikk av en metallegering i rørform, svarende til såkalte elektrikarrør og med en veggtykkelse på omtrent 0,9 mm. Et av de viktige trekk ved -fore-r liggende oppfinnelse er at mans innenfor rammen av denne gjør det mulig å utnytte som en hoveddel av prosjektilet materiale bo» anvendes på annen.måte, og som derfor er forholdsvis billig på grunn av de store fremstillingsmengder man har ved masseproduksjonsmetoder.

Den koniske spiss 11 er fortrinsvis laget av varmebestandig lettmetall eller plast, såsom nylon eller teflon, og hovedhensikten er å gi prosjektilet de nødvendige aerodynamiske egenskaper for å redusere luftmotstanden. Den egentlige festemåte for spissen 11 til hoveddelen 10 utgjør ingen del av foreliggende oppfinnelse. Spissen kan festes til hoveddelen 10 på en hvilken som helst hensiktsmessig og i og for seg kjent måte. I den viste utførelsesform har enden av hoveddelen 10 en avkortet kjegleform 13 som kan sies å være en forlengelse av hoveddelen 10. En fyrverkeriladning 14 kan sitte med presspasning i en riflet fordypning i spissen 11. Fyrverkerisatsen 14 kan være skrudd inn i en sylindrisk forlengelse foran på delen 13» Passende ledere 15a og 15b som er forbundet med fyrverkerisatsen stikker gjennom veggene i spissen 11, slik at man kan tenne fyrverkerisatsen elektrisk for å starte forbrenningen av en kjerne 16 av fast drivstoff hvis utvendige diameter passer til innsiden av den sylindriske hoveddel 10. Kjernen 16 har på vanlig måte en konisk boring 17 som øker i størrelse fra den forreste ende mot den bakre ende. Boringen 17 kan danne den kanal gjennom hvilken forbrenningsgassene strømmer mot venturiutløpet 12a.

Den bakre ende 12 er forsynt med et antall vinger 12b

som er utført slik og slik skråttstilt på vanlig måte at virkningen av gasstrømmene fra venturiutløpet får prosjektilet til å rotere om sin lengdeakse. Rotasjonen starter så snart forbrenningen begynner og før prosjektilet forlater utskytningsrøret.

Det er tidligere blitt ansett for umulig å sette ned brenntiden for drivstoffet i en entrinns rakettmotor til omtrent et halvt sekund når forholdet mellom forbrenningskammerets lengde og dets diameter har de verdier som foreskrives i henhold til oppfinnelsen. De vanlige faste brennstoffer for vanlig rakettdrift er bare modifiserte eksplosive stoffer. Ved fremstilling av eksplosive bomber og eksplosive ladninger er det hensiktsmessig å ha den størst mulige forbrenningshastighet slik at man får utviklet de størst mulige trykk. Når det gjelder raketter derimot er de krav som stilles motsatt, idet man ønsker å ha en regulert eller kontrollert forbrenningshastighet slik at man kan bibeholde en skyvekraft over en lenger tid, og dette betyr at det ved utskytning av prosjektiler er ønskelig å begrense maksimumtrykkene ved at man sørger for lengre forbrenningstider.

De endelige resultater man oppnår ved foreliggende oppfinnelse bestemmes av forholdet L/d, dets forhold til massetallet'på basis av faste drivstoffer og den kontrollerte forbrenningshastighet. Den nye avpasning av de forskjellige faktorer i henhold til oppfinnelsen bestemmes ut fra den luftmotstand som kan angis matematisk slik:

der D er luftmotstanden, A er tverrsnittet, V er prosjektilets hastighet, 6 er luftens tetthet, C~ er en luftmotstandskoeffisient og g er tyngdens akselerasjon.

Fra likning (1) skulle det være klart at'luftmotstanden som virker på et prosjektil avhenger av to parametre som man kan modi-fisere etter ønske innen rimelighetens grenser, nemlig tverrsnittet A og luftmotstandskoeffisienten C^. Denne koeffisient kan reduseres ved valg av en hensiktsmessig aerodynamisk form.

Det er vidre klart fra likningen at de primære parametre som virker på luftmotstanden er prosjektilets tverrsnitt A som er en funksjon av annen potens av diameteren og hastigheten. Ved derfor å holde tverrsnittet lavt kan hastigheten økes vesentlig uten økning i luftmotstanden. Når diameteren reduseres for å redusere tverrsnittet A oppstår det imidlertid et problem med den kontrollerte forbrenning av drivstoffet og utslipning av gassene for frembringelse av den ønskede skyvekraft uten høye eksplosive trykk som nødvendiggjør stor veggtykkelse i prosjektilet. En slik veggtykkelse ville virke mot hovedhensikten ved oppfinnelsen, nemlig å komme frem til et høyt masseforhold.

Ved å velge et høyt L/d forhold i henhold til oppfinnelsen med en verdi på minst det dobbelte av det man vanligvis anvender og fortrinsvis en verdi i området fra 20-50 er det nødvendig å anvende en bestemt valgt mengde' av drivstoff, og man må sørge for en kontrollert forbrenningshastighet på en slik måte at en endelig hastighet på 3000 til 3300 m/sek. oppnås etter en tid på mellom 0,5 og 1 sek. uten at trykket i forbrenningskammeret i løpet av den samme tid stiger så meget at det sprenger hoveddelen 10. Figurene 4 og 5 viser grafisk den adferd prosjektilet i henhold til oppfinnelsen har sammenliknet med et prosjektil fra en vanlig 30 mm kanon, når det gjelder hastighet og tilbakelagt distanse som en funksjon av tiden.

Den mengde drivstoff med en kjent egenskap, som er nød-vendig for å drive prosjektilet opp til en viss maksimum hastighet kan bestemmes ved hjelp av den velkjente likning:

der V er hastighetsforandringen, I . er den spesifikke impuls (en

sp

egenskap ved drivstoffet som måles i skyvekraft utøvet av en vekt-enhet av drivstoffet på ett sekund, g er tyngdens akselerasjon og M er masseforholdet ( vekt fuiiadet)

(vekt tom)

Med de nuværende kjente faste drivstoffer kan man anta at I ligger på omtrent 220 sek. Por å nå en maksimum hastighet på

sp

3300 m/sek. må masseforholdet M være

Hvis man da forutsetter at vekten tom er an enhet må prosjektilets vekt fuiiadet være 4,1 enheter. Som en følge herav skal drivstoffet være vekt full -vekt tom= 4,1 - 1 = 3,1 vektenheter (5).

De ovenfor angitte beregninger gir en god middelverdi

til bruk når man eksperimenterer seg frem til den endelige fordeling av de faktorer som sammen utgjør det nye selvdrevne prosjektil i henhold til oppfinnelsen, hvilket prosjektil skal ha det ønskede masseforhold M og den ønskede forbrenningshastighet uten utvikling av eksplosive sprengende trykk i forbrenningskammeret.

For å regulere forbrenningshastigheten og for derfor å hindre utvikling av sprengende trykk i forbrenningskammeret anvendes passende forbrenningsdempere på innsiden av drivmiddelkjernen 16.

For dette formål har kjernen 16 et antall (på tegningen er det vist to) av i det vesentlige U-formede forbrenningsdempende skjold 18 og 19 festet til og innleiret i kjernen. Hver av de dempende skjermer har buede partier 18a og 19a som passer til innsiden av boringen 17

og parallelle flenser l8b og 19b, som strekker seg radielt og er innleiret i kjernen 16. Disse skjermer er laget av passende varmereflekterende materiale som er i stand til å hindre igangsetning av forbrenning over den del av innsiden av boringen 17 som de buede partier er i anlegg mot. Også flensene hindrer start av forbrenning av de partier av kjernen som danner ribbene 16a og 16b som er beskyttet av flensene 18b og 19b.

Dette er tydelig vist på fig. 3A til 3D, der fig. 3A representerer tilstanden før forbrenningen har begynt og de andre figurer representerer forholdene på det samme sted og senere tids-punkter etterat forbrenningen har kommet igang. Når fyrverkerisatsen 14 antennes, vil man omtrent øyeblikkelig få forbrenning igangsatt ov er hele den indre flate av boringen 17. Fig. 3B viser det forhold som hersker over hele lengden av boringen 17 et øyeblikk like etterat forbrenningen har begynt. Den flate som ikke er dekket av skjermene 18 og 19 vil øyeblikkelig brenne og forbrenningsflaten vil trekke seg radielt ut slik at det blir tilbake ribber 16a og 16b. Etterhvert som forbrenningen fortsetter med gassene strømmende ut fra den sen-trale åpning som gradvis utvider seg, vil forbrenningen trekke inn under ribbene som antydet ved l6c og l6d, som vist på fig. 3C. Dimen-sjonene av flensene og de buede partier av de forbrenningsdempende skjermer er slik avpasset til hverandre at forholdet mellom arealet av brennende flate til arealet av kanalen som er omgitt av den brennende flate holdes i det vesentlige konstant sålenge forbrenningen skjer. Etterhvert som forbrenningen skrider fremover blir ribbene helt underskåret, og skjermene 18 og 19 vil fordampe fullstendig, hvoretter kanalen får en hovedsakelig sirkulær form som antydet på fig. 3D, der eventuelle rester av ribbene til slutt blir fullstendig tæret vekk.

I den viste utførelsesform finner all forbrenningen sted

i løpet av en tid på fra 0,5 til 1 sekund. Skjermene 18 og 19 er fortrinsvis laget av et metall med et lavt smeltepunkt, men med god re-fleks jonsevne overfor varmestråler for å hindre forbrenning under skjermene inntil ribbene 16a og 16b er blitt underskåret. Hensikten med skjermene er å øke det overflateareal som forbrenningssonen må krype over, hvorved man øker forbrenningstiden og reduserer det maksi-mumtrykk som oppstår i forbrenningskammeret. Skjermene 18 og 19 er fortrinsvis laget av en aluminiumfolie. Selv om det her er bare vist to forbrenningsdempende skjermer for illustrasjonens skyld skal det påpekes at dette antall ikke er kritisk, og anordningen av.slike skjermer kan endres etter behov innenfor rammen av oppfinnelsen.

Det skulle være klart at masseforholdet M er avhengig av egenskapene av de materialer som anvendes i hvert enkelt tilfelle, f.eks. drivstoffet og materialet i røret 10. Det høyeste tillate inn-vendige trykk i forbrenningskammeret avhenger av strekkfastheten i veggene av forbrenningskammeret, det vil si i røret 10. Man vil derfor se at innenfor rammen av denne oppfinnelse vil masseforholdet M kunne gjøres ennu høyere enn antydet ovenfor med ennu bedre egenskaper for prosjektilet hvis røret 10 lages av et materiale, der forholdet mellom strekkfasthet og vekt er høyere enn for det materiale som er antydet for den viste utførelsesform.

Det er tidligere nevnt at det selvdrevne prosjektil i henhold til oppfinnelsen er så lite og lett i vekt at det.egner seg godt for samtidig utskytning av mange prosjektiler enten manuelt eller automatisk. På fig. 6 er det vist en gruppe utskytningsrør 25 som hvert har et prosjektil utført i henhold til oppfinnelsen. Gruppen av utskytningsrøret holdes samlet ved hjelp av hensiktsmessige bånd 26. Denne gruppe danner en utskytningsenhet, og et antall slike kan være lagret i magasiner 27 og 28 på hver side av en styrt sikte- og utskytningsanordning 29 som er vist på fig. 7 og 8. Utskytningsanordningen kan siktes inn ved hjelp av en sikteinnretning 31, styrt manuelt av en person 32. Det finnes også ikke viste innretninger ved hjelp av hvilke personen etter valg kan skyte ut prosjektilene. Det er videre klart at utskytningsanordningen kan siktes inn automatisk om det er- ønskelig. Selve utskytningsanordningen utgjør ikke noen del av foreliggende oppfinnelse, men er her vist bare som eksempel på hvorledes prosjektilet i henhold til oppfinnelsen kan tilpasses forskjellige former for utskytningsutstyr.

Claims (1)

1. Selvdrevet prosjektil, omfattende en rørformet del (10) som omslutter et forbrenningskammer og en drivstoffladning (16) anbrakt i kammeret for forbrenning med regulert hastighet, karakterisert ved at forbrenningskammeret har et lengde/diameterforhold på minst 20, at prosjektilet har et masseforhold (fullvekt/ tomvekt) på minst 2,5 og at drivmiddelladningen har en total brenntid på ikke mer enn 1 .sekund.

2. Selvdrevet prosjektil som angitt i krav 1, karakterisert 'v ed at lengde/diameterforholdet er større enn 35-3- Selvdrevet prosjektil som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at masseforholdet er omtrent 4,0.

4. Selvdrevet prosjektil som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at drivmiddelladningen er en enkel del med hul sylinderform inneholdende forbrenningsdempere (18,19).

5. Selvdrevet prosjektil som angitt i krav 4, karakterisert ved at forbrenningsdemperne er utført av varmereflekterende folie (18a, 19a) som dekker langsgående partier av inn siden av den hule sylindriske drivmiddelladning (16) og strekker seg radielt (18b, 19b) inn i dennes materiale.

6. Selvdrevet prosjektil som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, omfattende en bakre del (12) med et utadbøyet parti (12a) med en maksimum diameter som er noe større enn den største diameter av den gjenværende del av prosjektilet, karakterisert ved et antall rotasjonsfinner (12b) anbrakt inne i det nevnte bakre parti for å bli påvirket av gasstrømmen forbi finnene slik at de setter prosjektilet i rotasjon om dets lengdeakse.

7. Selvdrevet prosjektil som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved et konisk frontparti (11) bestående av varmebestandig lettmetall eller av plast."

8. Selvdrevet prosjektil som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den nevnte rørformede del (10) er utført som et tynnvegget metallrør, f.eks. elektrikerrør.