SE513468C2 - Plasmabrännaranordning för elektrotermiska och elektrotermisk-kemiska kanonsystem - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 468 2 DE-196 17 895 Al visar en plasmainjektionsanordning för elekt- rotermiska kanoner med en flerdelad drivladdningshylsa, genom vilken är förd endast en elektrod. Som andra elektrod fungerar här ett jordat kanoneldrör.

Genom utbredningen av en ljusbåge mellan innerelektroden och kanoneldröret samt det därmed förbundna faktum, att de uppstå- ende gasflödena och ljusbågefotpunkterna drivs in i kanoneld- röret, uppträder kraftiga erosionsfenomen i laddningsrummets konområde och eventuellt i kanoneldrörets mynningsområde. Ändamålet med uppfinningen består däri, att ange en plasmabrän- naranordning av det angivna slaget, vid vilken erosionsfenomen i ett kanoneldrörs konområde förhindras eller minimeras.

Detta ändamål uppnås genom särdragen enligt patentkravet l.

- Till grund för uppfinningen ligger'idén att så utnyttja ett i kanoneldröret sig uppbyggande magnetiskt fält, att en för plas- mabrännarens funktion nödvändig ljusbåge förblir i det bakre omrâdet av kanonens laddningsrum. För detta ändamål utformas en högspänningselektrods geometri på sådant sätt, att den mellan högspänningselektroden och kanoneldröret som andra elektrod uppstående ljusbågen av det sig i ett oisolerat område av hög- spänningselektroden uppbyggande magnetfältet drivs i riktning mot eldrörsänden. Därvid verkar ljusbågen mot ändytan av ett krut eller drivmedel, varvid sker en förbränning resp. förångning i motsatt riktning mot drivmedlets flöde.

Enligt uppfinningen uppvisar högspänningselektroden en i en isolering förd innerledare som energitillförselstav, som slutar i det övre området av högspänningselektroden utan isolering och utanför förd kring den isolerade energitillförselstaven. Däri- genom har högspänningselektroden i det övre området en tjockare omkrets än i det undre området. Därvid befinner sig isoleringen 23472A.DOC; 1998-12-21 10 15 20 25 30 35 513 468 3 mellan energitillförselstaven och den icke isolerade delen av - högspänningselektroden. Högspänningselektrodens ändsida, som vetter mot eldrörsmynningen, är kåpartat täckt med en ytterli- gare isolering.

Fördelaktiga utföranden framgår av de beroende patentkraven.

Genom en slitsad högspänningselektrod vid det icke isolerade området uppnås, att ljusbågen arbetar roterande kring högspän- ningselektroden och sålunda möjliggör en homogen förbränning av krutet eller förángning av drivmedlet. Utformas dessutom områ- det från den övre änden av högspänningselektroden konformat, kan ljusbågen utbreda sig i en slinga kring högspänningselek- troden, varigenom ljusbågen rör sig snabbare. Detta är av för- del också vid antändningen, då ljusbågen vid början av plasma- antändningen drivs i den önskade riktningen. Genom den nya ut- formningen av högspänningselektroden kan konventionellt krut, ' vilket som bekant består av cylindriska korn, användas också utbildade som krutskivor, varigenom följer en högre laddnings- täthet och därmed också en högre energiomvandling, eftersom förbränningen genom ljusbågen vid skivornas yta sker jämnt och effektivt. Därigenom uppnås också en bättre acceleration av projektilen ur kanoneldröret. Vid användning av en metallkardus kan denna fungera som andra elektrod, varvid denna står i elek- trisk förbindelse med ett kanoneldrör. Vid användning av ett syntetmaterialhölje, exempelvis Durostone, Plexiglas, drivs ljusbågen genom elektrodutformningen till plasma och når först därefter den som motelektrod fungerande laddningsruminnerväg- gen. De erosionerna och ablationerna orsakande skadeverkning- arna minimeras genom den speciella utformningen av högspän- ningselektroden enligt uppfinningen i konområdet.

Uppfinningen skall nu närmare förklaras med ledning av utfö- ringsexempel och bifogade ritningar. 23472A.DOC; 1998-12-21 10 15 20 25 30 35 513 468 4 På ritningarna visar: Fig. 1 en vy av en högspänningselektrod; Fig. la ett snitt efter linjen I-I i fig. l; Fig. 2 ett förenklat snitt genom laddningsrummet till en kanon; Fig. 3 ett ytterligare förenklat snitt genom laddningsrummet till kanonen; Fig. 4 en ytterligare vy av högspänningselektroden.

Pig. l visar en principiell uppbyggnad av högspänningselektro- den l enligt uppfinningen. Denna består av en energitillförsel- stav 2 (metall), som är omgiven av en isolering 3. I ett övre område 4 av högspänningselektroden l är energitillförselstaven 2 utformad på sådant sätt, att kring den egna isoleringen 3 be- finner sig en ytterligare icke isolerande ytteryta 2', så att högspänningselektroden l i detta område 4 uppvisar en större omkrets. Denna icke isolerade ytteryta 2' är beståndsdel av en ' huvformad del 7 av energitillförselstaven 2, som är anordnad kring energitillförselstaven 2 och omsluter isoleringen 3. Vid den huvformade delens 7 huvudstycke 5 befinner sig en ytterli- gare huvformad isolering 6, som förhindrar ett icke önskat ge- nomslag till kanoneldröret ll.

I en snittvy I-I, se fig. la, är denna konstruktion ytterligare förtydligad. Inuti högspänningselektroden l befinner sig ener- gitillförselstaven 2, kring vilken isoleringen 3 är lagd. Utan- för isoleringen 3 befinner sig den icke isolerade ytterytan 2', över vilken åter isoleringen 6 är anbringad.

Fig. 2 återger en förenklad snittvy av ett elektrotermiskt el- ler elektrotermiskt-kemiskt kanonsystem 10, i vilket högspän- ningselektroden l är anordnad. Därvid uppvisar kanonen 10 ett kanoneldrör ll, i vilket befinner sig en metallkardus 12, exem- pelvis med ett material l3 för drivgaserna i laddningsrummet 23. Detta material 13 som plasmamaterial kan vara ett krut el- 23472A. DOC; 1998-12-21 lO 15 20 25 30 35 513 468 5 ler ett annat, exempelvis ett flytande drivmedel, såsom meta- ' nol, vatten eller metallhydrid. På metallkardusen 12 sitter en projektil 14. Vidhäftningen mellan metallkardusen 12 och pro- jektilen 14 åstadkommes här av en behållare 15, varigenom me- " tallkardusen 12 är utbytbar, men kan också ske inbördes direkt utan behållare 15. I metallkardusens 12 bottenområde 16 är hög- spänningselektroden 1 vinkelrätt förd genom metallkardusen 12, så att drivmedlet 13 befinner sig kring högspänningselektroden 1. Bottenområdet 16 är pressat mot en slutstycksdel 17 till ka- nonen 10, varigenom högspänningselektroden 1 står i elektrisk kontakt med en centralelektrod 18 i slutstycksdelen 17. En iso- lering 19 isolerar centralelektroden 18 i förhållande till ka- nonen 10. Mot centralelektroden 18 anligger en högspännings- källa 20, som samtidigt är förbunden med kanoneldröret 11 via massa. Högspänningselektroden 1 är via en tråd 21 i området 4 elektriskt förbunden_med_den som motelektrod fungerande och via kanoneldröret ll jordade metallkardusen 12, varvid tråden 21 är *anbringad vid den icke isolerade ytterytan 2', företrädesvis direkt angränsande till isoleringen 6. Tråden 21 bestämmer den senare ljusbågen 22 i plasmamaterialet 13.

Om nu en högspänning från högspänningskällan 20 anläggs på centralelektroden 18, flyter en ström genom högspänningselekt- roden 1 via tråden 21 till metallkardusen 12. Genom utform- ningen av högspänningselektroden 1 i huvform i det övre området 4 och den vid huvudstycket 5 befintliga isoleringen 6 uppbyggs ett magnetfält, som verkar mot flödesriktningen i energitill- förselstaven 2 i riktning mot eldrörsänden eller bottenområdet 16. Den genom förångning av tråden 21 framkallade ljusbågen 22 trycks av detta magnetiska fält i riktning mot bottenområdet 16. Ljusbågen 22 träffar därvid direkt plasmamaterialet 13, varigenom på känt sätt sker en utvidgning liksom en förbränning av plasmamaterialet 13, så att projektilen 14 accelereras och trycks ut ur kanoneldröret 11. Företrädesvis når den icke iso- lerade ytterytan 2' långt utefter den isolerade energitillför- 2347214. DOC; 1998-12-21 10 15 20 25 30 35 515 468 6 selstaven 2, så att en kort ljusbåge 22 byggs upp. Denna ljus- ' båge 22 vandrar på grund av tväraccelerationen i riktning mot bottendelen 16. Genom åstadkommandet av en kort ljusbåge 22 kan högspänningskällans 22 högspänning hållas låg för erhållande av 5 den nödvändiga ljusbågespänningen.

Såsom visas i fig. 3, är också användning av en patronerad plasmabrännare 30 möjlig. Denna består av en drivladdningshylsa 31, en påsatt behållare 32 samt en projektil 33. Högspännings- elektroden 1 sträcker sig också här vinkelrätt in i drivladd- ningshylsan 31. En hylsmantel 34 till drivladdningshylsan 31 består av icke ledande material. Ett bottenområde 35 av driv- laddningshylsan 31 kan likaledes bestå av icke ledande mate- rial. Icke visat, men likaledes användbart, är ett metalliskt eller ett elektriskt ledande bottenområde. En tråd eller flera trådar 36 förbinder högspänningselektroden 1 med kanoneldröret 11. En ljusbåge 37 utbildas härvid snett mot plasmamaterialet ' 13 och därifrån till kanoneldröret'1l, varvid ljusbågen 37, så- som redan beskrivet för ljusbågen 22, av det sig uppbyggande magnetfältet drivs i riktning mot bottenomràdet 35. I drivladd- ningshylsan 31 befinner sig plasmamaterialet 13, som förbränns av ljusbågen 37.

Såsom redan visats i fig. 1, är i ett vidare utförande högspän- ningselektroden 1 i sin icke isolerade ytteryta 2' slitsad i sin omkrets. Denna slitsning sker från huvudstycket 5 och slu- tar vid slutet av den icke isolerade ytterytan 2'. Därvid för- löper dessa slitsningar företrädesvis med lätt krökning. Genom slitsningen rör sig ljusbågarna 22, 37 genom rotation kring högspänningselektroden 1, varigenom åstadkommes en kontinuerlig avbränning av plasmamaterialet 13, då ljusbågen 22, 37 inverkar homogenare på plasmamaterialet 13.

Genom inverkan av de magnetiska krafterna i kanoneldröret 11 förblir ljusbågen 22, 37 inom området för laddningsrummet 23, 23472A. DOC; 1998-12-21 10 15 20 25 30 35 513 468 7 och genom den ytterligare slitsningen av den nyutformade hög- 'spänningselektroden 1 verkar ljusbågen 22, 37 dessutom rote- rande och homogenare på plasmamaterialet 13. Båda åtgärderna tillsammans tjänar till att intensifiera växelverkan mellan ljusbågen 22, 37 och plasmamaterialet 13. Då ljusbågen 22, 37 inverkar på plasmamaterialets 13 ändyta, d.v.s. direkta yta, sker härigenom en avbränning resp. förångning av plasmamateria- let 13 i motsatt riktning mot de bildade drivgaserna. Dessa kan inte längre drivas in i kanoneldröret ll.

Ett ytterligare fördelaktigt utförande visar fig. 4. Genom ett koniskt utförande på den huvartade delen 7 utbildar sig den ro- terande ljusbågen 22, 37 slingformigt kring högspänningselekt- roden l, så att ljusbågen 22, 37 redan med början av plasmama- terialets 13 antändning drivs i den önskade riktningen, d.v.s. i riktning mot bottenområdet 16, 35 för aktivering av plasma- materialet 13.

Den nya utformningen av högspänningselektroden l säkerställer användning av krutskivor för att uppnå högre effektutbyte vid förbränning av materialet 13. Som bekant är plasmamaterialet 13 som krut kornformigt eller som drivmedel flytande. Vid krut uppkommer en dödvolym inuti plasmamaterialet 13 i metallkar- dusen 12 resp. drivladdningshylsan l3, eftersom krutet har cy- lindrisk form. Genom nyttjande av krutskivor som plasmamateria- let 13 och den roterande, företrädesvis i slingor kring hög- spänningselektroden 1 avlänkade ljusbågen 22, 37 förbränns krutskivornas yta optimalt. Hål i krutskivorna kan därvid bort- falla, då kraften hos den drivna ljusbågen 22, 37 räcker för att utan vidare hjälpåtgärder förbränna krutskivornas yta.

Detta åstadkommer utöver det optimala platsutnyttjandet i be- hållaren 12, 21 ett enkelt handhavande av krutskivorna.

Högspänningselektrodens 1 nya byggnadsform kan åstadkommas så- som följer: 23472A.DOC; 1998-12-21 10 513 468 8 På ändsidan av en konventionell energitillförselstav 2, vilken “ som känt är kringlindad fram till ändsidan med glasfiberför- stärkt plast, sätts en ytterligare energiledare i huvform, var- igenom denna som beståndsdel av energitillförselstaven 2 blir . den huvformade delen 7. De inre ytorna av den huvformade delen 7 är därvid inte kringlindade med skikt av glasfiberforstärkt plast, medan ytterytorna är kringlindade med sådan plast. Genom exempelvis påkrympning sker den kraftbundna förbindelsen mellan energitillförselstaven 2 och den huvformiga delen 7. De över- skjutande skikten av glasfiberförstärkt plast på delen 7 av- svarvas exempelvis därefter, så att den icke isolerade delen 2' uppstår och isoleringen 6 blir kvar. 23472A. DOC; 1998-12-21 513 468 Hänvisningsbeteckningar 10 15 -20 25 30 Högspänningselektrod Energitillförselstav ' Icke isolerande ytterytal Isolering Övre område Huvudstycke Isolering 7 Huv 10 Kanon 11 Kanoneldrör 12 Metallkardus 13 Brännbart material 14 Projektil 15 Behållare 16 Bottenområde 17 Slutstycksdel 18 Centralelektrod 19 Isolering 20 Högspänningskälla 21 Tråd 22 Ljusbåge 23 Laddningsrum 30 Plasmabrännare 31 Drivladdningshylsa 32 Behållare 33 Projektil 34 Hylsmantel 35 Bottenområde 36 Tråd 37 Ljusbåge 23472A.DOCí 1998-12-21

Claims (10)

lO 15 20 25 30 513 468 10 P A T E N T K R A V

1. l. Plasmabrännaranordning för elektrotermiska och elektroter- misk-kemiska kanonsystem, som uppvisar en vinkelrätt genom ett bottenomràde av en behållare för upptagande av plasmamaterial förd högspänningselektrod, som med ett som motelektrod funge- rande kanoneldrör är ansluten till en högspänningskälla, varvid högspänningselektroden har en med en isolering försedd energi- tillförselstav, k ä n n e t e c k n a d a v att högspän- ningselektroden (l) i ett övre område (4) som beståndsdel av energitillförselstaven (2) uppvisar en huvformad del (7), som har en icke isolerad ytteryta (2') och i sitt huvudstycke (5) en huvformad isolering (6) samt är dragen över den isolerade energitillförselstaven (2).

2. Plasmabrännaranordning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d a v att den huvformade delen (7) av högspännings- elektroden (1) är slitsad åtminstone på sin icke isolerade ytteryta (2').

3. Plasmabrännaranordning enligt ett eller båda kraven 1 och 2, k ä n n e t e c k n a d a v att den huvformade delen (7) av högspänningselektroden (l) är konartat utförd. »à

4. Plasmabrännaranordning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d a v att plasmamaterialet (13) är ett krut.

5. Plasmabrännaranordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att plasmamaterialet (13) är ett flytande driv- medel.

6. Plasmabrännaranordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att behållaren (12) är en metallkardus. 23472b; 1999-11-18 4| 10 15 513 468 ll

7. Plasmabrännaranordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att behållaren (13) är en drivladdningshylsa med en hylsmantel (34) av icke ledande material.

8. Plasmabrännaranordning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d a v att plasmamaterialet (13) består av krutskivor som drivladdningskrut. 7

9. Plasmabrännaranordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att läget för en ljusbàge (22, 37), som bildas mellan högspänningselektroden (1) och motelektroden (ll) är be- stämd längs den icke isolerade ytterytan (2') genom riktningen av ett sig uppbyggande magnetfält.

10. Plasmabrännaranordning enligt kraven 1, k ä n n e - t e c k n a d a v att ljusbâgen (22, 37) roterar kring hög- spänningselektroden (l) i längdriktningen. 2347215; 1999-11-18