NO312264B1

NO312264B1 - Pyroteknisk ladningsstruktur

Info

Publication number: NO312264B1
Application number: NO20005773A
Authority: NO
Inventors: Hans B Biseroed; Johans Hamarsnes
Original assignee: Nammo Raufoss As
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-04-15
Also published as: US20040035312A1; RU2287512C2; WO2002040429A1; RU2003114301A; ZA200303555B; NO20005773D0; AU2002224220A1; NO20005773A; IL155845A; US7117797B2; IL155845A0; EP1339654A1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en pyroteknisk, støpt ladningsstruktur, fortrinnsvis til bruk som drivladning i en rakettmotor, der ladningsstrukturen har en forutbestemt lengdeutstrekning og tverrsnittsareal tilpasset formålet.

I enkelte typer våpen for ulike anvendelser er det særdeles viktig at drivladningen for et prosjektil brenner opp svært hurtig, for eksempel i løpet av 5-10 millisekunder. Typiske eksempler er skulderavfyrte våpen så som M-72, Carl Gustav, eller våpen der skytteren står nær ved våpenet. Slike våpen kan ikke ha lang etterbrenning ("tail-off'), dvs. at de må brenne opp med en gang uten forlenget brenntid med dertil synkende gasstrykk. I skulderavfyrte våpen blir prosjektilet skutt ut fra et utskytningsrør (launcher). Her vil det være særdeles viktig at drivladningen er utbrent innen prosjektilet forlater utskytningsrøret. Hvis ikke, vil forbrenningsgasser, evnt. stikkflammer og restprodukter fra forbrenningen bli slynget mot skytterens ansikt og kropp og gjøre stor skade.

Det er kjent fra US patent 3 382 806 og 3 429 264 å benytte ekstruderte krutt-stikker i forskjellige utforminger, så som runde rør, sekskantede/ovale rør, stenger med forskjellige stjerneformer, etc. Felles for alle er imidlertid at de består av separate rør/stenger som er buntet sammen og festet i fremre ende enten ved at de er limt eller naglet (M-72) sammen til et "lokk" eller hullplate. Merk at stengene er buntet sammen og ligger således inntil hverandre og kan bevege seg i forhold til hverandre.

Britisk patent GB 1 580 176 omhandler i tillegg til ovennevnte, korrugerte kruttplater (valsede), remser eller bånd (strips). Disse er på en måte buntet sammen eller ligger inntil hverandre og limt i den ene enden (fremre) til en "base" av silikon, elastomert materiale. Igjen skal det poengteres at krutt-strimlene er buntet sammen og limt i den ene enden og at de kan bevege seg i forhold til hverandre.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en pyroteknisk, støpt ladningsstruktur av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at den pyrotekniske, støpte ladningsstruktur, i tverrsnitt, er i celleform med tilstrebet lik veggtykkelse for alle cellene i ladningsstrukturen, og der cellenes vegger utgjør den pyrotekniske ladning, dvs. brennstoffet, og hulrommet i cellene opptar luft eller oksygenrik gass.

Fordelen med denne pyrotekniske ladningsstruktur er som følgende. Etter at drivladningen er antent vil det brenne fra alle flater samtidig og normalt på celleveggenes flater til alt er samtidig oppbrent. Dette vil kunne skje svært hurtig ettersom veggtykkelsen til cellene er minimal samtidig som veggtykkelsen er i hovedsak den samme rundt hele cellen. Dessuten genereres det et høyt brenntrykk (raskt opp og raskt ned). En slik drivladning er et meget energirikt drivstoff som kan utnyttes på effektiv måte til utskytning av missiler/raketter.

Nedenfor er de vesentlige forskjeller mellom teknikkens stand og det foreliggende konsept listet opp - dvs fordelene med det nye konseptet: Honeycomb- (eller tilsvarende) struktur med j evn veggtykkelse (web) bundet

opp til hverandre gjennom hele ladningen,

ladning av støpbare drivstoffer med en struktur som man kan få til bare ved

støping,

bonding (limt) mellom ytre diameter av ladningen til indre diameter til

motorrøret,

store kanaler, gjennomgående hull fra topp til bunn for gasstrømmen,

tenning i forkant (ikke bak) av ladningen,

maksimal og jevn ytelse i kald så vel varm fase (langt mer treffsikker og lengre

rekkevidde).

I en fordelaktig utførelse er cellene i form av en polygonal struktur. I en for tiden spesielt foretrukken utførelse har cellene form av en honeycomb-struktur. Andre tenkelige utførelser av cellestrukturen er en gitter-struktur, med for eksempel kvadratisk celleform, en triangel-struktur, en sirkel-struktur og en oval-struktur.

Med fordel kan ladningen være et drivstoff av kompositt-typen, så som HTPB (Hydroxyl Terminated Polybutadiene), HTPE (Hydroxyl Terminated Polyether), CTPB (Carboxyl Terminated Polybutadiene), eller støpt "double base" eller andre støpbare krutt-/drivstofftyper og kombinasjoner.

Alt etter størrelsen på våpenet, vil veggtykkelsen til cellene være tilpasset de aktuelle dimensjoner, og cellenes veggtykkelser vil typisk være i størrelsesorden 1-5 mm.

Andre og ytterligere formål, særtrekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av for tiden foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål, uten derved å være begrensende, og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor: Fig.l viser et tverrsnitt gjennom et motorhus for en rakettmotor med en første utførelse av den pyrotekniske ladningsstruktur i følge oppfinnelsen, Fig.2 viser tilsvarende det vist i fig.l av en andre utførelse av den pyrotekniske ladningsstruktur ifølge oppfinnelsen, Fig.3 viser tilsvarende det vist i fig.l av en tredje utførelse av den pyrotekniske ladningsstruktur ifølge oppfinnelsen, Fig.4 viser tilsvarende det vist i fig.l av en fjerde utførelse av den pyrotekniske ladningsstruktur ifølge oppfinnelsen, og Fig.5 viser en typisk trykk/tid kurve for en pyroteknisk ladningsstruktur ifølge oppfinnelsen.

Det vises først til fig.l som viser et motorhus 10, som i og for seg kan være tilvirket av et hvilket som helst egnet materiale, så som stål, alumimum, titan eller en kompositt. Det sistnevnte materiale blir stadig mer aktuelt, og nærmere bestemt består dette av en epoxy/polyester forsterket med karbonfibre, aramidfibre eller glassfiber.

På innsiden av motorhuset 10 er det anordnet et lag 9, eller en foring, av isolerende materiale. Det isolerende materiale kan være gummi (EPDM), fenolpapir, fenolsilika etc.

På innsiden av laget 9 er det videre anordnet et inert fyllermateriale 8. Fyllermaterialet 8 stabiliserer og fastholder en i motorhuset 10 sentralt plassert pyroteknisk ladning som utgjør et drivstoff. Den pyrotekniske ladning har en forutbestemt lengdeutstrekning inne i motorhuset 10 og denne lengden sammen med ladningens tverrsnittsareal, vil være tilpasset våpenets bruksområde og formål. Uten å være begrensende, kan lengdeutstrekningen typisk være fra nær null til for eksempel 50 cm. I tverrsnitt har ladningen utseende av en cellestruktur 1 med tilstrebet lik veggtykkelse for alle enkeltcellene i ladningen. Celleveggene (web) 6 utgjør selve drivstoffet og cellenes hulrom er fylt med luft eller en oksygenrik gass. Antydet veggtykkelse vil være i størrelsesorden 1-5 mm. Utførelsen vist i fig.l er i form av en polygon struktur, nærmere bestemt en honeycomb-struktur.

Uten å være en begrensning, vil en måte å tilvirke drivladningen på være å støpe en miks av kompositt typen, for eksempel HTPB (Hydroxyl Terminated Polybutadiene), HTPE (Hydroxyl Terminated Polyether), CTPB (Carboxyl Terminated Polybutadiene), støpbart "double base" krutt/drivstoff.

Drivladningen kan antennes forfra så vel som bakfra, med en pyroteknisk tennsats (ikke vist), som eksempelvis pyromesh tenner eller sats laget av svartkrutt eller BKN03 i et tennerhus av plast/metall (pyrogen tenner) eller pose festet til innvendig overflate like foran eller like bak ladningen, etc. I dette tilfelle vil det antagelig være best å anvende pyromesh tenner og da montert foran drivladningen. Etter at drivstoffet er antent vil det brenne fra alle flater i cellene samtidig og vinkelrett på cellenes veggflater til alt drivstoff samtidig er oppbrent. Som illustrert på figuren, er de cellevegger (web) 6 som brenner fra begge sider, dobbelt så tykke som de som ligger an mot det inerte fyllermaterialet 8. Det skal forstås at for å oppnå den tilsiktete hurtige forbrenning, samt oppnå optimal virkning, vil det være visse forhold som gjelder mellom celleveggenes 6 overflateareal, celleveggenes 6 tykkelse og volumet av luft eller oksygen tilstede i cellestrukturen 1.

Cellestrukturen kan i og for seg ha enhver egnet form som gir betingelsene fremsatt ovenfor i tillegg til hovedsakelig jevn veggtykkelse i cellene for hele ladningen. Fig.2 viser en andre utførelse av cellestrukturen i form av en gitter-struktur 2. Her er det vist kvadratisk utformede celler. Andre varianter kan være rombeform, rektangulær form etc.

Fig.3 viser en tredje utførelse av cellestrukturen der hver enkelt celle har trekantet form som til sammen utgjør en triangel-struktur 3.

I fig.4 har hver enkelt celle sirkulær form. Denne fjerde utførelse av celleoppbygningen utgjør en sirkel-struktur 4. Nok et alternativ kan være celler i form av ovaler.

En vesentlig fordel med støpbart kompositt drivstoff/krutt er at det ikke er for temperaturavhengig. Dvs. at energien i drivstoffet under avfyring enten omgivelsestemperaturen er kald, normal eller varm, gir omtrent den samme ytelse. Når temperaturavhengigheten er liten, blir treffsannsynligheten meget bedre for en rakett/missil. Dette forhold har med et våpens normale spredning å gjøre. En viss spredning vil man vanskelig kunne unngå, men ved å benytte et temperaturuavhengig drivstoff, vil én faktor som bidrar til spredning være eliminert.

De ballistiske egenskaper blir forbedret med støpbare kompositt ladmnger med tynne vegger (web) i cellene. Med en slik celleutforming vil ladningen brenne opp meget hurtig, noen millisekunder, og med en nær "firkantet" trykk/tid kurve. Dette er nærmere illustrert i fig.5. Den vertikale akse viser trykkforløpet og den horisontale akse viser tidsforløpet. Ved avfyring av en ladning vil trykket umiddelbart stige meget bratt opp til et nivå, holde seg på dette nivå under forbrenningen og igjen avta bratt ned mot null etter fullendt forbrenning. Integralet av denne kurven er et uttrykk for total impuls forårsaket av drivladningen.

De rent mekaniske styrkeegenskaper til de viste ladnings-strukturer, samt deres stivhet, er vesentlig bedret. Mekanisk styrke er en viktig egenskap med tanke på de krefter som virker i et våpen av denne type, så som akselerasjon, vibrasjon, sjokk, temperaturendring, kulde og varme.

Claims

1. Pyroteknisk, støpt ladningsstniktur, fortrinnsvis til bruk som drivladning i en rakettmotor, der ladningsstrukturen har en forutbestemt lengdeutstrekning og tverrsnittsareal tilpasset formålet, karakterisert ved at den pyrotekniske, støpte ladningsstruktur (1;2;3;4), i tverrsnitt, er i celleform med tilstrebet lik veggtykkelse for alle cellene i ladningsstrukturen, og der cellenes vegger (6) utgjør den pyrotekniske ladning, dvs. brennstoffet, og hulrommet i cellene opptar luft eller oksygenrik gass.

2. Pyroteknisk, støpt ladningsstruktur som angitt i krav 1, karakterisert ved at cellene er i form av en polygonal struktur.

3. Pyroteknisk, støpt ladningsstruktur som angitt i krav 2, karakterisert ved atcelleneeriformavenhoneycomb-struktur(l).

4. Pyroteknisk, støpt ladningsstruktur som angitt i krav 2, karakterisert ved at cellene er i form av en gitter-struktur (2).

5. Pyroteknisk, støpt ladningsstruktur som angitt i krav 2, karakterisert ved at cellene er i form av en triangel-struktur (3).

6. Pyroteknisk, støpt ladningsstruktur som angitt i krav 1, karakterisert ved at cellene er i form av en sirkel-struktur (4).

7. Pyroteknisk, støpt ladrungsstruktur som angitt i krav 1, karakterisert ved at cellene er i form av en oval-stmktur.

8. Pyroteknisk, støpt ladningsstruktur som angitt i ett av kravene 1-7, karakterisert ved at ladningen er et drivstoff av kompositt-typen, så som HTPB, HTPE, CTPB, støpt "double base" krutt/drivstoff.

9. Pyroteknisk, støpt ladningsstruktur som angitt i ett av kravene 1-8, karakterisert ved at ladningen har en lengdeutstrekning på 1 - 50 cm.

10. Pyroteknisk, støpt ladningsstruktur som angitt i ett av kravene 1-9, karakterisert ved at celleveggene (6) har veggtykkelse i størrelsesorden 1-5 mm.