NO870473L - Anordning for akselerasjon av prosjektiler. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for akselerasjon av prosjektiler som befinner seg i et løp med en lukket ende, ved hjelp av et elektrisk oppvarmet plasma, slik det er angitt i innledningen til patentkrav 1.

Det er kjent at det med elektrisk oppvarmet plasma kan akselereres prosjektiler i metalliske rør til høye hastigheter (se Goldstein S.A. et.al. Final Report on Research and Development of a Plasma Jet Mass Accelerator as a Driver for Impact Fusion; GT-Devices, Alexandria, VA, USA, Contract DE-AC05-81-ER10846, May 1984). Ved disse kjente anordningene blir det i trange kanaler i isolermaterialet dannet plasmastråler som virker på prosjekt ilenden. Ved gassutladingens kontakt med kanal- eller kapillarveggene, skjer det en avriving av isolermaterialet og oppvarming av plasmaet. Resultatet blir plasmastråler som går ut av kanalåpningene.

Det er en særlig ulempe ved disse kjente anordninger, at de delene av utstyret som utsettes for oppvarming og material-fordampning slites sterkt.

Løpene til slike våpen, som virker etter dette prinsippet, må derfor byttes hyppig. Dette gjelder særlig, når det skal skytes mange skudd på kort tid.

Oppfinnelsen har derfor til hovedformål å videreutvikle en anordning av det nevnte slaget, slik at de tilsvarende løpsdelene får lav slitasje, selv ved hyppig skyting.

Ifølge oppfinnelsen løses denne oppgava med de trekk som er anordnet i den karakteriserende delen av patentkrav 1.

Underkravene angir særlig fordelaktige trekk ved oppfinnelsen.

Oppfinnelsen er altså hovedsakelig basert på at utbredelsen av plasmaet ikke lenger blir innledet ved deler av selve akseleratoren, slik det er tilfelle ved kjente anordninger, men at såvel innledningen av gassutladningen som også i etterfølgende deler av oppvarmingsprosessen skjer i lett utbyttbare, separate enheter, hvor også prosjektilet er plassert. Løpet blir derfor ikke tilført bare prosjektiler, men også en hel patron eller ladningssett.

Ytterligere fordeler ved oppfinnelsen vil gå fram av den etterfølgende eksempelbeskrivelse, som er illustrert med figurer, hvor: fig. 1 viser en kjent anordning for akselerasjon av prosjektiler ved hjelp av et elektrisk oppvarmet plasma

fig. 2 viser et snitt gjennom et første

utførelseseksempel gjennom en ladningsenhet ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 viser et snitt gjennom plasmakanonen ifølge oppfinnelsen, med en ladningsenhet i samsvar med fig. 2,

fig. 4 viser et snitt av et andre utførelseseksempel i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 5 viser et forenkelt koblingsskjerna for drift av plasmakanonen i samsvar med oppfinnelsen, mens

fig. 6 viser det tidsmessige forløpet for strømmen i plasmakanonen.

I fig. 1 er det vist en kjent akselerasjonsanordning, f.eks. som beskrevet i den rapporten som det er vist til ovenfor.

I fig. 1 angir 1 et løp med en lukket ende, hvor det i enden er anordnet en første elektrode 2 i endeveggen. En ytterligere elektrode (ringelektrode) 3 er over ei spenningskilde 4 og en bryter forbundet med den første elektroden 2. Med de to elektrodene 2 og 3 blir det i løpet 1 definert et plasmakammer 6, som i området ved ringelektroden 3 i første omgang er lukket med et prosjektil 7 som skal akselereres. Etter lukkingen av bryteren 5 blir det mellom elektrodene 2 og 3 tent en lysbue og prosjektilet 7 blir akselerert av trykket fra litt lysbueplasma.

Som nevnt ovenfor, har denne anordningen denne ulempen, at den delen av løpet som gjennom fordampnings- og oppvarmingsproséssen danner plasmarommet er sterkt utsatt for slitasje.

Ifølge oppfinnelsen blir derfor en tilsvarende plasmakanon ikke lenger tilført prosjektilet 7 alene, men alle deler som er utsatt for sterk slitasje, medregnet elektrodene, blir tilført i form av en ladningsenhet eller patron.

I det følgende blir for det første patronen 8 som er vist i fig. 2 og deretter dens funksjon i forbindelse med et våpen (fig. 3) beskrevet nærmere.

Patroenen 8 består hovedsakelig av prosjektilet 80, ei hylse 81 som omgir prosjektilet, en elektrode 82, nedenfor kalt den andre elektroden, som er uformet som en kontaktring, og en ytterligere elektrode 83, nedenfor kalt den første elektroden , som er utformet som et kontaktstykke. Den første elektroden 83 og den andre elektroden 82 er adskilte med et isolertsykke. Dessuten har den andre elektroden 82 på sin forside en kontaktlamellring 85 og på sin bakside en kontaktlamellring 86. Den første elektroden 83 har på den sida som vender bort fra prosjektilet 80 ei kontaktlamellplate 87. Mellom prosjektilet 80 og den første elektroden 83 befinner det seg et spalteformet utladningsrom 88.

Hylsa 81 kan fortrinnsvis bestå av et forbrennbart, lettgassende materiale, for eksempelvis polyetylen og isoler legemet 84 av polykarbonat. Som lettgassende materiale blir herunder betegnet slike stoffer, som under virkningen av lysbueutladning brytes ned i molekyler (gasser) med lav molekylvekt (< 30). Som materiale for elektrodene 82 og 83 ble det i et utførelseseksempel brukt aluminium.

Fig. 3 viser hvordan patronen 8 er anordnet i en plasmakanon. De delene som er uvesentlig for oppfinnelsen er vist bare skjematisk, eksempelvis endelukningen. Henvisningstall 9 angir løpets 90 lukkerende. På løpet 90 er det eksempelvis skruet et endestykke 91. Gjennom en åpning 95 i endestykke 91 er såvel en innvendig leder 92 som en utvendig leder 93, som med isolermidler 94 er elektrisk skilt fra den innvendige lederen 92, ført inn i løpets 90 lukkerrom. I lukkerrommet skjer da kontaktdannelsen mellom den indre lederen 92 over kontaktlamellplata 87 med den første elektroden 83. Tilsvarende blir den ytre lederen 93 forbundet med ringeelektroden 82 over kontaktlamellringen 86.

Kontaktene 85, 86 og 87 blir på grunn av lukkestykkets 91 trykk presset mot løpet 90 og mot den koaksiale første elektroden.

Mellom isolermidlet 94 og isolerstykket 84 er det anordnet en elastisk pakning 97 av silikongummi, for å gi elektrisk separering.

For å utløse akselerasjonsprosessen blir det mellom den indre lederen 92 og den ytre lederen 93 påtrykt ei spenning. Akselerasjonsprosessen blir da startet med en gassutladning, som dannes mellom den første elektroden 83 og den koaksiale elektroden 82 i spalta 88, slik det er antydet i fig. 3 med henvisningstall 96. Under den hurtige stigningen av strømmen i som går fra den ytre elektroden 93 over kontaktlamellen 86, ringelektroden 82, gassutladninga 96, den koaksiale indre elektroden 83 og kontaktlamellplata 87 til den indre lederen, blir det hovedsakelig fordampet og oppvarmet materiale i lysbuens ender. I tillegg blir det fordampet ytterligere materiale gjennom lysbuens nære kontakt med veggene i spalta 88. Trykket som oppstår på denne måten driver prosjektilet 80 ut i løpet.

Under akselerasjonen danner det seg i det økende brennrommet bak prosjektilet 80 et plasma. Dette består av en strømførende stamme i akseleratorens akse og (ved bruk av ei hylse 81 av plast) ei strømførende kappe som blir trykt mot hylsa 81 av de strømkreftene som opptrer. På grunn av den nevnte kontakten mellom plasmakappa og hylsa 81, blir denne fordampet ved overflata, slik at plasmaet blir tilført ytterligere materiale.

I fig. 4 er det vist et ytterligere utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen. Tilsvarende deler som i fig. 1 er forsynt med samme henvisningstall. Til forskjell fra fig. 2 er prosjektilet 80 med hylsa 81 og elektroden 82, 83 med kontaktlamellene 85, 86, 87, sammenføyd med isolerstykket 84 til en enhet.

Ved en slik oppdeling i adskilte byggeenheter er det mulig, for det første å innføre prosjektilet 80 med hylsa 81 og deretter en enhet som består av elektrodene 82, 83 og isolerstykket 84 i løpet. En slik oppdeling av ladingen i to tidsavsnitt er ofte nødvendig, særlig ved våpen med stort kaliber.

Fig. 5 viser et forenklet koblingsskjerna 11 for en krets som skal drive plasmakanonen 10. I steden for en patrone er det i plasmakanonen 10 vist et prosjektil 100. De to elektrodene er betegnet med henholdsvis 101 og 102, idet den siste er forbundet med løpet.

Henvisningstall 110 angir i koblingsskjemaet 11 et drivverk f.eks. en motor som drives med flytende drivstoff, mens 111 angir en likestrømsgenerator. Spenningen sora dannes av likestrømsgeneratoren vil over bryteren 112 blir påtrykt en kondensator 113, som virker som kapasitivt energilager. Kondensatoren 113 er på en side koblet over en bryter 114 til den første elektroden 101 og på den andre over en induktivitet 116 til den andre elektroden 102.

Dessuten kan kondensatoren 113 kortsluttes over en bryter 115.

Ved begynnelsen av akselerasjonsfor løpet er kondensatoren 113 oppladet med spenning Uq. Etter innkoblingen av bryteren 114 på tidspunkt t=0 (se også fig. 6) vil energilageret utlades over induktiviteten 116 og over plasmaet i akseleratoren. Når strømmen på tidspunkt t=t^har nådd sin maksimalverdi imax» blir kortslutningsbryteren 105 lukket. Den avtakende strømmen over akselerasjonsplasmaet blir deretter opprettholdt av induktiviteten eller spolen 116.

For å kunne gjøre dimensjonene til patronen 8 (fig. 2) minst mulig, kan prosjektilet 80 også ligge direkte an mot den koaksiale elektroden 83 (avstand mellom indre elektrode og prosjektil =0).

Det spalteformet mellomrommet 88 kan fortrinnsvis være fylt med et lett gassende stoff (f.eks. polyetylen). Den ekstra materialfordampningen av dette stoffet vil dermed øke plasmatrykket, slik at prosjektilet forlater løpet 80 med høyere hastighet.

Claims (7)

1. Anordning for akselerasjon av et prosjektil som befinner seg i et løp med en lukket ende, ved hjelp av et elektrisk oppvarmet plasma, hvor det for dannelsen av plasma finnes to elektroder, idet den første elektroden er anordnet koaksialt i løpets lukkete ende, mens den andre elektroden er utformet som ringelektrode,karakterisert vedat alle deler (81, 82, 83) som er utsatt for sterk slitasje, medregnet begge elektrodene (81, 82) er lett utvekselbare.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert vedat de delene (81, 82, 83) som er utsatt for en sterk slitasje sammen med prosjektilet (80) er sammenføyd til en utvekselbar patrone (8) ved løpets (90) lukkete ende.

3. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert vedat patronen består av to enheter (fig. 4) i det den første enheten omfatter prosjektilet (80) og ei kappe (81) som omgir prosjektilet, og den andre enheten omfatter elektrodene (82, 83) som er forsynt med kontaktlameller (85, 86, 87) og et isolerstykke (84) som er anordnet mellom elektrodene.

4. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert vedat begge elektrodene (82, 83) sammen med prosjektilet (80) danner et spalteformet utladningsrom (88). i

5. Anordning i samsvar med krav 4, karakterisert vedat det i det spalteformeté utladningsrommet (88) befinner seg lettgassende stoffer.

6. Anordning i samsvar med krav 5, karakterisert vedat det som lettgassende stoff blir brukt polyetylen.

7. Anordning i samsvar med et av kravene 1-6,karakterisert vedat prosjektilet (8) er omgitt av ei forbrennbar hylse (81) av et lettgassende stoff.