NO165558B - Fremgangsmaate til akselerasjon av et legeme og fremdrivningsinnretning for utoevelse av fremgangsmaaten ved et slikt legeme, saerlig ved et legeme som skal drives inn i bunnen under vann. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til akselerasjon av en gjenstand i et fluidumomgivningsmedium med en tetthet som er større enn tettheten for gasser, særlig til akselerasjon av et inndrivningslegeme gjennom vann ved hjelp av stestaktig frigivelse av forbrenningsgasser til fortrengning av en relativt inkompressibel væske under frembringelse av en reaksjonskomponent i akselerasjonsretningen, samt en innretning til utførelse av fremgangsmåten.

En slik fremgangsmåte og innretning er kjent fra DE-OS 2031144. Det er i denne publikasjon beskrevet en hul pele som er lukket ved hjelp av en spiss og som skal akselereres inn i sjøbunnen. Direkte bak spissen befinner det seg i den rørformede pelens innerrom en vannfylling og over denne et bakover aksielt forskyvbart massestempel. Fremsiden av stempelet er utformet med en i vannfyllingen ragende impulsgenerator. Ved impulsformet avgivelse av en gassmengde i vannfyllingen blir det frembragt en aksial kraftkomponent i pelens fremdrivningsretning og en motsatt aksial kraftkomponent, altså til heving av stempelet. Stempelets hevebevegelse bevirker en reaksjonskraft i pelens frem-drivnlngsretning og den påfølgende tilbakefalling av stempelet bevirker en ytterligere impuls i pelens fremdrivningsretning. Denne innretning virker stort sett bare når gassen ved hevet stempel har anledning til tilstrekkelig fullstendig å strømme ut av vannfyllingen for å forhindre en fjærende oppfanging av stempelets tilbakebevegelse.

En videre ulempe ved denne konstruktive løsning er det relativt lille volum på vannfyllingen, slik at fortrengnings-gassen allerede ved relativt lite volum må stuke seg opp på grunn av rør— og stempelkonstruksjonen for å oppnå de ønskede reaksjonskrefter. Dette vil imidlertid by på store konstruktive problemer på grunn av den mekaniske påkjenning på pelerøret.

Denne konstruktive løsning er forbedret ved den innretning som er beskrevet i DE—OS 2006572 der reaksjonskraften i en fremdrivningsinnretning som virker mot vannmassene blir utnyttet, hvilken innretning er innbygget i et bakover åpent rør ved baksiden av det legemet som skal drives frem. Dette røret tjener altså på den ene side som oppdemming for en impulsformet innført luftmasse og på den annen side som aksialføring for det av luftmassen fremskjøvne vannstempel.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å bevirke en vesentlig økning av virkningsgraden ved frembringelse av en impulsformet lineær-akselerasjon for en gjenstand ved vekselvirk-ning mellom en impulsaktig frembragt gassmengde og et mot dette virkende inkompressibelt medium. Dette oppnås ved hjelp av den innledningsvis nevnte fremgangsmåte som i tillegg har de trekk som fremgår av den kjennetegnende delen til krav 1, mens innretningen fremgår av den kjennetegnende delen til krav 4.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, der

fig. 1 viser samvirket mellom en drivinnretning og et forankringslegeme, som ifølge sin anslagshastighet skal drives inn i bunnen, og

flg. 2 viser en konstruktiv endret drivinnretning for inndriving av et prøveuttagningsrør, ved hjelp av en rekke av impulspåvirkninger.

Det i fig. 1 på tegningen viste inndrivningslegemet 1 skal drives frem gjennom et omgivningsmedium 2 med en tetthet som er større enn tettheten i gass, i dette tilfellet gjennom vann, i retning mot grunnen 3, altså f.eks. havbunnen.

I denne hensikt er legemet 1 mot sin akselerasjons— eller fremdrivningsretning 4, altså på baksiden, utstyrt med en drivinnretning 5. Denne skal påvirke legemet i retningen 4 med en lmpulslignende kraft, nemlig med en kraft som stiger meget raskt til en meget høy verdi, og som til tross for fremoverbevegelsen av legemet 1 i retningen 4 bevirker en kraftinnføring over en viss tidsperiode før denne kraft-innføringen igjen merkbart avtar og blir borte. Derfor må legemet 1 oppnå en meget stor akselerasjon i fremdrivningsretningen 4, slik at den etter gjennomløping av den frie løpebanen 6 til sjøbunnen 3 rammer denne med høy hastighet og som nedenfor nærmere forklart graver seg inn og forankres.

For dette formål oppviser drivinnretningen 5 en beholder 9 som f.eks. kraft- eller formsluttende - f.eks. ved hjelp av en skrueforbindelse 7 - er festet til den bakre enden 8 av legemet 1 som skal akselereres, hvilken beholder er åpen i den bakre enden eller i bunnområdet 10 og dermed åpen mot det omgivende medium 2. Denne beholderen 9 er et rotasjonssymmetrisk hullegeme, oppbygd f.eks. av en blikkmantel 11 hvis mot legemet 1 og således i drivretningen 4 pekende dekkflate 12, er tett lukket ved hjelp av en dekkplate eller helt enkelt som en følge av forbindelsen med den bakre delen av det tilgrensende legemet. Den geometriske formen på blikkmantelen 11 kan ha form av en hulsylinder eller fortrinnsvis, slik som vist på tegningen, form som en hul avkortet kjegle som tilslutter seg til legemets 1 diameter.

Beholderen 9 er over en viss høyde 13, som f.eks. utvidbar og dermed varierbar ved hjelp av et innlegg 14 og fylt med en drivladning 15. Gjennom drivladningsbeholderen 9 inn til dens bunnområde 10 og dermed til den bakre delen av drivladningen 15, strekker det seg et tennrør 16 som antenner drivladningen 15 fra den bakre enden eller bunnområdet 10, og som da kan avbrennes i fremdrivningsretningen 4. Tenningen ved hjelp av tennrøret 16, som også f.eks. kan være en lunte, skjer ved hjelp av en tenninnretning 17 f.eks. tidsstyrt eller fjernstyrt (ikke vist nærmere på tegningen).

Enheten bestående av drivinnretningen 5 og inndrivningslegemet 1 blir fortrinnsvis plassert i en (valgt avhengig av spesielle forhold) avstand, banen 6 til bunnen 3, i det omgivende medium 2. Til dette kan det benyttes en snor— opphengning i en bøye (ikke vist på tegningen), eller det kan på legemet 1 resp. på drivinnretningen 5 anordnes et oppdriftslegeme 18, som vist symbolsk på tegningen, som ikke bare holder legemet 1 i loddrett stilling mot grunnen 3 inntil tenningen av drivladningen 15, men også er dimensjonert for før antennelsen av drivinnretningen 5 å holde legemet 1 svevende i ønsket nedsunket høyde i det omgivende medium 2.

Varigheten av drivladningens 15 drivvirkning er varierbar ved hjelp av ladningshøyden 13. Materialet for drivladningen 15 velges slik at den (under opprivning av bunnområdet 10) forbrenner meget raskt og derved frembringer størst mulige mengder forbrennings— eller røkgasser — noe som eventuelt kan fremmes ytterligere ved røkgassdannende tilsetninger i materialet for drivladningen 15. Det tilstrebes å oppnå en høyest mulig eksplosjonsaktig avbrenningshastighet, nemlig over 100 m/sek. og helst inneil 2000 m/sek. Allerede med tilgjengelig pyroteknisk materiale som f.eks. på basis av kaliumperklorat eller med rask og definert avbrenning av drlvladningskrutt som f.eks. på basis av nitrocellulose eller nitroglyserin i drivladningen, utgjør vekten av drivladningen 15 bare ca. 2% av legemets 1 vekt, med en flate på bunnområdet 10 som ligger mellom en ganger og to ganger flaten på legemets bakside 8. En drivladningshøyde 13 i størrelses-orden inntil dimensjonen på bunnområdets 10 diameter bringer en begynnelsesakselerasjon med lengere varighet, som ligger nesten i størrelsesorden for akselerasjonen for et prosjektil ved avskyting i et våpenrør — og derved et anslag mot bunnen 3 med tilsvarende høy hastighet og således stor inntreng-ningsenergi for legemet 1.

Denne med henblikk på det omgivende medium 2 forbløffende høye begynnelsesakselerasjon oppstår så vidt man forstår ved at mantelen 11 på drivladningsbeholderen 9 tross den eksplosjonsaktige raske drivladningsforbrenningen ikke kastes ut til siden, men med en sylindrisk beholder 9 utvider seg mot drivretningen 4 tilnærmet kjegleformet, inntil det innstiller seg stabiliserende mottrykk på grunn av dynamisk demming fra omgivelsestilstrømningen 19 (mot eksplosjons-kraften i det indre av beholderen 9) på grunn av fremoverbevegelsen i retning 4 umiddelbart etter begynnelsen av forbrenningen. Ettersom det altså selv uten som en trykkskål dimensjonert drivspeil (ved hjelp av denne mekanisk stabiliserende virkning på tilstrømmingen 19 i området for beholderens 9 yttervegg), hvis mantel 11 beholder sin retnings-stabiliserende virkning for aksjonskraften 20, som så ved forbrenning av drivladningen 15 opptrer med overveiende komponenter mot drivretningen 4, bygger det seg bak bunnområdet 10 på drivinnretningen 5 i det omgivende mediumet 2 opp en forbrenningsgassboble 21 som stadig utvider seg. Denne fortrenger det omgivende medium 2 (som er inkompressibelt mot varige påkjenninger), slik at det i mediet oppstår en reaksjonskraft 22 så lenge det ikke har oppstått en trykk-bølgeutjevning. Ved hjelp av stadig levering av forbrenningsgass fra drivladningen 15 og på grunn av reaksjonskraften 22, bevirker boblen 21 en sterk tryk-komponent på bunnområdet 10 på drivladningsbeholderen 9, og dermed på drivinnretningen 5 i drivretningen 4. Legemet 1 blir altså i løpet av en viss tid satt i bevegelse med prosjektilaktig begynnelsesakselerasjon fra stillstand i en definert retning 4. Tiden inn til den lukkede boblen 21 brister, på grunn av geometriske og kinetiske omstendigheter kan varieres ved et gitt materiale for drivladningen ved hjelp av ladningshøyden 13.

Det kan være foretatt konstruktive tiltak på forankringslegemet 1 for å stabilisere baneretningen (ikke vist på tegningen). En retningsstabilisering oppnås allerede ved at den enorme begynnelsesakselerasjonen fører til dannelse av et lukket kavitasjonshylster omkring legemet 1 som derved er Isolert fra omgivelsesmediet, og beveger seg romstabilt i denne strømningsdynamisk gunstige omhyll ingen.

Ved fullprofiluttagende form for dette høyt akselererte legemet 1 bibeholdes anslagsretningen også i bunnen 3, idet kavitasjonsvirkningen på grunn av høy hastighet ved anslaget fører til en ønskelig nedsettelse av inntrengningsfrlksjonen som følge av energirik bortslynging av materiale i bunnen 3, altså fører til gunstige inntrengningsforhold for legemet 1.

For oppnåelse av sikker forankring i bunnen 3 kan legemet 1 oppvise et hode 23 som ved materialvalg og formgivelse er utformet som en slagborspiss 24. Det kan være anordnet en anslags—overføringsinnretning 25 for ved hjelp av en forsinkelsesinnretning 26 å igangsette en innstillings-innretning 27, f.eks. en kraftakkumulator eller en .still-motor, som f.eks. over en stang 28 slår ut mothaker 29 som er vist på tegningen i innslått og utslått stilling. Ved kraftinnføring i forankringslegemet 1 mot inntrengnings-retningen 4 graver det frie benet 30 seg inn i bunnen 3 i utsvingningsretningen, slik at legemet 1 blir sikkert forankret. Et koplingsstykke 31 for feste av drivinnretningen 5, i hvilket koplingsstykke også tenninnretningen 17 for drivladningen 15 kan være anordnet, kan (ikke vist på tegningen) sideretningen eller i retningen mot den utbrente beholderen 9 være forsynt med festemidler for ankertau eller for mekaniske konstruksjoner som skal festes i bunnen 3 på stedet for anslaget for forankringslegemet 1.

Den endrede utførelsesformen ifølge fig. 2 angår særlig et rør 36 som legemet 1' for uttaket av bunnprøver under vann. Konstruktivt er det her foretatt en atskillelse mellom drivladningsbeholderen 9' og den egentlige fremdrivningsinn-retningen 5', som her er utformet som en trykkskål 32 med drivspeilfunksjon for det bakoverrettede utstøt av for-brennlngsgasser, det er altså nå ikke nødvendig med noen dynamisk oppdemming av omgivelsesmediet 2 mot påvirkning med radielle trykkomponenter fra den brennende drivladningen 15'. Drivladningen 15' består av pyrotekniske mot hverandre isolerte porsjoner som fra en ladeinnretning 33 avsnittsvise skyves frem i tennområdet for tenninnretningen 17 (skissert på tegningen ved hjelp av et trykkfjærsymbol). For-brenningsrester kan komprimeres, eller skyves ut gjennom en røkgasskanal 34 eller en overtrykksventil 35 i takt med innskyving av en ny drivladningsporsjon. Røkgasskanalen 34 munner ut i sentrum av bunnområdet 10' for drlvspeil—trykk-skålen 32, som er utformet innvendig rotasjonssymmetrisk med hensyn til fremdrivningsretningen 4 og oppviser i tverrsnitt en mot drivretningen 4 åpen, f.eks. parabolsk form.

Ved hjelp av denne oppdelingen av drivladningen 15' i enkelte, tidsmessig definert etter hverandre antennbare små ladningsporsjoner, oppstår det hver gang en forbrenningsgassboble 21 som, på grunn av det tilsvarende lille volum av forbrenningsgass bare utbrer seg i kort tid under dannelse av reaksjonskrefter 22, og faller sammen på grunn av mangel på levering av forbrenningsgass. Denne sammenbristing av boblen 21' skjer langs den hvelvede innerveggen for drivspeil-bunnområdet 10' i retning mot bunnens sentrum, og har som følge en vannslagvirkning tilsvarende ytterligere impulsformede kraftinnføringer i retning av forankringsdrivinnretningen 4 før antennelsen av etterfølgende drivladningsporsjon. Således oppstår det ved antennelse av hver drivladningsporsjon to kraftinnføringsimpulser, nemlig en ved oppbygging av forbrenningsgassboblen 21 og kort tid deretter ved hjelp av det vannslagaktige sammenbruddet av denne boblen 21'. Derved oppstår en i drivinnretningen 4 orientert rekke av korte slagvirkninger på opptakslegemet 1', for suksessiv inndriving i grunnen 3 av halvharde eller harde sedimenter, på samme måte som ved virkning av en kortslagrambukk, idet det i hvert fall ved hver nyutvikling av en gassboble 21 i inndrivnings-impulsen vil oppvise slike tidsforhold at inndrivnings-motstanden som følge av kavitasjonsfenomener sterkt ned-settes .

Uttagslegemet 1<*> kan forøvrig i området ved hodet 23' være uformet med en sirkelknivformet spiss 24'. I området bak røret 36 er drivladningsbeholderen 9' utformet med en etterladeinnretning 33 med tenninnretning 17, samt med f.eks. et koplingsstykke 31 for tilslutning av en heveinnretning for uthenting av den utstansede sedimentkjernen. I endeområdet for røret 36,overfor hodet 23', er det utformet to åpninger 37 for å motvirke oppbygging av overtrykk i røret 36 ved inndrivning i bunnen 3.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til akselerasjon av en gjenstand i et fluidumomgivningsmedium med en tetthet som er større enn tettheten for gasser, særlig til akselerasjon av et inndrivningslegeme gjennom vann ved hjelp av støtaktig frigivelse av forbrenningsgass til fortrengning av en relativt inkompressibel væske under frembringelse av en reaksjonskraftkomponent i akselerasjonsretningen, karakterisert ved at det i en bakover åpen beholder (9) på baksiden av legemet (1) blir antent en drivladning (5) med eksplosjonsaktige avbrenningsforhold som bevirker en kraftig bakoverrettet forbrenningsgassutvikling, idet denne forbrenningsgassutvikling under formidling av beholderens form danner et bobleformet rom i det omgivende medium, hvilket rom medvirker til stabilisering og fremdrift av legemet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den virksomme høyde på ladningen i beholderen varieres i akselerasjonsretningen i forhold til akselera-sjonstiden.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det med tidsavstand blir avfyrt en rekke drivladninger hvis samvirkende forbrenningsgassbobler føres til bunnområdet for en bakover åpen drivspeil-trykkskål bak drivladningsbeholderen .

4. Innretning til frembringelse og overføring av en frem-drivningskraft på et legeme (1) i et fluidumomgivningsmedium (2) med en tetthet som er større enn tettheten for gasser ved hjelp av en av en relativt inkompressibel fortrengningsvæske omgitt gassimpulsgenerator, særlig for akselerasjon av et legeme (1) som skal drives Inn 1 havbunnen (3) under ut-førelse av fremgangsmåten ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at legemet (1) som skal akselereres, ved sin i forhold til akselerasjonsretningen (4) bakre side (8) er utformet med en bakover åpen beholder (9) med en drivladning (15) som består av et materiale med eksplosjonsaktige forbrenningsforhold som brenner med en kraftig utvikling av bakover utløpende forbrenningsgasser som blir styrt av den bakover åpne beholderen og danner et bobleformet rom i det omgivende medium, hvilket rom bevirker stabilisering og fremdrift av legemet (1).

5. Innretning ifølge krav 4,karakterisert ved at drivladningsbeholderen (9) er utformet som et av omgivningsmediet (2) dynamisk oppdemmet rotasjonssymmetrisk hullegeme, koaksialt med legemet (1) og med sin akselerasjons-retning (4).

6. Innretning Ifølge krav 5,karakterisert ved at beholderen (9) er utformet som en hul avkortet kjegle som i området for sin minste flate (12) er anordnet til legemets (1) bakside (8).

7. Innretning ifølge krav 4, 5 eller 6, karakterisert ved at ladningshøyden (13) for drivladningen (15) i beholderen (9) er varierbar ved hjelp av et innlegg (14).

8. Innretning ifølge et eller flere av kravene fra 4-7, karakterisert ved at legemet (1) i området ved sitt hode (23) er utformet med utsvingbare mothaker (29) som over en forsinkelsesinnretning (26) står i virksom for-bindelse med en utløsnings-overføringsinnretning (25).

9. Innretning ifølge et eller flere av kravene fra 4-8, karakterisert ved at det ved drivladningsbeholderen (9') er anordnet et antall porsjonsvise drivladninger (15<*>) som er antennbare av tenninnretningen (17) etter hverandre og hvis forbrenningsgass er ført inn i en bakover åpen drivspeil-trykkskål (32) langs innerveggen av de samvirkende gassboblene (21) mot trykkskålens sentrum i drivretningen (4) for inndrivningslegemet (1).