RU2151364C1

RU2151364C1 - Electrothermal chemical cartridge

Info

Publication number: RU2151364C1
Application number: RU97117454A
Authority: RU
Inventors: Марк Вилкинсон Грегори
Original assignee: Максвелл Текнолоджиз Инк.
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 1995-03-23
Publication date: 2000-06-20

Abstract

FIELD: means and methods for controlled ignition of propellent explosives, in particular, electrothermal chemical cartridges for use in guns. SUBSTANCE: a long narrow tube filled with propellent explosive has a fuze on its inner surface with a cross-section, whose area decreases in the direction of the unloading end. The fuze is separated from the grounded cartridge case by a layer of insulation, which is thin enough to be subjected to failure at ignition of propellent explosive by the fuze. The high-voltage electrode, connected near the rear end of the tube, is provided for supply of current pulse of a sufficient density with the aim of controlled heating by electric current or ignition (burst) of the fuze from the unloading end to the rear one. For wide-barrel guns a great number if similar tubes may be combined in a bank in a large case. At manufacture of the cartridge first manufactured are tubes of sheet insulating material, filled with propellent explosive, and the high-voltage electrode is installed. The insulating sheet is laminated on its inner surface by a great number of parallel variable-width metal strips of the fuze. The electrode is connected to the conducting material applied onto the outer surface of the sheet blank. EFFECT: simplified design of the cartridge, reduced cost of its manufacture and enhanced reliability of operation due to effective use of electric current for control of ignition of propellent explosive. 21 cl, 6 dwg

Description

Область применения изобретения
Изобретение относится в целом к средствам и способам регулируемого воспламенения метательных взрывчатых веществ (порохового заряда) и более точно к электротермическим химическим патронам, приспособленным для использования в орудиях и т. п., в которых зажигание медленно горящего метательного взрывчатого вещества регулируется путем электрической активации конусообразного взрывателя (снарядной трубки).The scope of the invention
The invention relates generally to means and methods for the controlled ignition of propellant explosives (gunpowder charge) and more specifically to electrothermal chemical cartridges adapted for use in guns, etc., in which the ignition of a slowly burning propellant is controlled by electrical activation of a conical fuse (projectile tube).

Предпосылки изобретения
Эффективная передача давления (толчка) снаряду в орудии или снаряду в виде ракеты или т. п. зависит от регулирования воспламенения метательного взрывчатого вещества. Желательно, чтобы энергия сгорающего метательного взрывчатого вещества передавалась в пределах заданного времени, а именно в тот период времени, когда снаряд подвергается толчку от метательного взрывчатого вещества. Тем не менее полная и мгновенная детонация всего метательного взрывчатого вещества является разрушительной для орудия и не приводит к максимальному увеличению силы толчка. Предпочтительно давление, действующее на снаряд, должно быть в основном постоянным, чтобы тем самым достичь максимального ускорения при заданном допустимом давлении для данного калибра орудия.BACKGROUND OF THE INVENTION
The effective transmission of pressure (push) to a projectile in a gun or projectile in the form of a rocket or the like depends on the regulation of the ignition of a propellant explosive. It is desirable that the energy of the burning propellant explosive was transferred within a predetermined time, namely, at that time period when the projectile is subjected to a push from the propellant explosive. Nevertheless, the complete and instantaneous detonation of the entire propellant explosive is destructive to the gun and does not lead to a maximum increase in the push force. Preferably, the pressure exerted on the projectile should be substantially constant in order to thereby achieve maximum acceleration at a given allowable pressure for a given gun caliber.

В соответствии с современным техническим уровнем техники воспламенение и горение метательного взрывчатого вещества в обычных патронах регулируется геометрией гранул метательного взрывчатого вещества. Форма, размер и степень перфорирования гранул твердого метательного взрывчатого вещества регулируют скорость горения после воспламенения метательного взрывчатого вещества с помощью взрывателя. Однако эти факторы ограничивают плотность энергии, которая может быть заложена в патрон и впоследствии передана снаряду. Например, обычное метательное взрывчатое вещество RDX, используемое в данной области техники, имеет плотность около 1,8 грамма на кубический сантиметр. Оно, как правило, таблетировано в цилиндрические таблетки, имеющие диаметр 3/8 дюйма (9,525 мм) и длину 1/2 дюйма (12,7 мм), и подвергнуто перфорированию. В результате, находясь в таблетированном виде, необходимом для регулируемого сгорания в миллисекундном масштабе времени, RDX имеет плотность около 1 грамма на кубический сантиметр. Кроме того, к метательному взрывчатому веществу, как правило, добавляют десенсибилизирующие вещества, чтобы дополнительно замедлить или регулировать горение, причем эти вещества уменьшают плотность примерно наполовину по сравнению с исходной плотностью RDX. In accordance with the current technical level of technology, the ignition and combustion of a propellant explosive in conventional cartridges is controlled by the geometry of the propellant explosive granules. The shape, size, and degree of perforation of the solid propellant explosive granules control the rate of combustion after ignition of the propellant explosive with a fuse. However, these factors limit the density of energy that can be incorporated into the cartridge and subsequently transferred to the projectile. For example, the conventional RDX propellant used in the art has a density of about 1.8 grams per cubic centimeter. It is typically tabletted into cylindrical tablets having a diameter of 3/8 inch (9.525 mm) and a length of 1/2 inch (12.7 mm), and is perforated. As a result, being in tablet form, required for controlled combustion in the millisecond time scale, the RDX has a density of about 1 gram per cubic centimeter. In addition, desensitizing agents are typically added to the throwing explosive to further slow down or control combustion, and these substances reduce the density by about half compared to the original RDX density.

Разновидностью обычного патрона является объемный патрон для жидкого метательного взрывчатого вещества, в котором менее чувствительное, но при этом и менее эффективное жидкое метательное взрывчатое вещество загружается при полной плотности. В данном случае скорость горения регулируется не за счет размера гранул, а за счет роста "Taylor Bubble" (пузырька Тейлора), представляющего собой граничный слой между газообразными продуктами горения и несгоревшим жидким метательным взрывчатым веществом. К сожалению, выделение пузырьков приводит к турбулентности текучей среды, а также к увеличению нестабильности и, таким образом, не обеспечивает воспроизводимости (повторяемости). A variation of the conventional cartridge is a bulk cartridge for liquid propellant explosive, in which a less sensitive, but less effective liquid propellant explosive is loaded at full density. In this case, the burning rate is not regulated due to the size of the granules, but due to the growth of a "Taylor Bubble" (Taylor bubble), which is a boundary layer between the gaseous products of combustion and unburned liquid propellant. Unfortunately, the release of bubbles leads to turbulence of the fluid, as well as to an increase in instability and, thus, does not provide reproducibility (repeatability).

В качестве альтернативы обычным патронам в данной области техники была предпринята попытка инициировать и регулировать горение метательного взрывчатого вещества посредством электричества. Такие патроны обладают способностью передавать значительно больше энергии импульса по сравнению с обычными химическими патронами, поскольку в патрон может быть заложена более высокая плотность энергии, и сила удара (толчка) может быть передана снаряду более своевременно и более стабильным образом за счет дополнительного регулирования, обеспечиваемого с помощью электрического тока. As an alternative to conventional cartridges in the art, an attempt has been made to initiate and control the combustion of a propellant explosive by electricity. Such cartridges have the ability to transfer significantly more pulse energy compared to conventional chemical cartridges, since a higher energy density can be incorporated into the cartridge and the impact (push) force can be transferred to the projectile in a more timely and more stable way due to the additional regulation provided with using electric current.

Один из известных в данной области техники способов воспламенения метательного взрывчатого вещества под управлением от электрического тока требует зажигания электрической дуги внутри одной или более капиллярных трубок, заделанных в метательное взрывчатое вещество. Некоторая степень регулирования обеспечивается за счет интенсивности излучения, отражающегося от воспламененного метательного взрывчатого вещества, поскольку яркость можно регулировать посредством электрического тока. Тем не менее степень регулирования находится в обратной зависимости от соотношения химически генерируемой и электрически подаваемой энергии. На одном полюсе находится обычное орудие, метательное взрывчатое вещество в котором было воспламенено посредством дуги. Оно обеспечивает высокую эффективность, но при этом скорость горения полностью зависит от метательного взрывчатого вещества. На другом полюсе имеет место ситуация, при которой вся подаваемая энергия электрическая. При этом обеспечивается полное регулирование импульса давления, и создается возможность выбора инертного метательного взрывчатого вещества с низким молекулярным весом, позволяющего достичь высоких скоростей. Однако эффективность использования электрической энергии для придания кинетической энергии снаряду в этом случае очень низкая. One of the methods known in the art for igniting propellant explosive under the control of electric current requires ignition of an electric arc inside one or more capillary tubes embedded in a propellant. A certain degree of regulation is provided by the intensity of the radiation reflected from the ignited propellant, since the brightness can be controlled by electric current. Nevertheless, the degree of regulation is inversely related to the ratio of chemically generated and electrically supplied energy. At one pole is a conventional gun, a propellant in which it was ignited by an arc. It provides high efficiency, but the burning rate is completely dependent on propellant explosives. At the other extreme, there is a situation in which all the supplied energy is electric. This ensures complete control of the pressure pulse, and creates the possibility of choosing an inert propellant explosive with a low molecular weight, which allows to achieve high speeds. However, the efficiency of using electric energy to impart kinetic energy to the projectile is very low in this case.

При использовании множества конструкций с электрическим управлением сталкиваются с рядом таких же проблем, какие присущи обычным патронам с жидким метательным взрывчатым веществом, а именно со свойственной им невоспроизводимостью (неповторяемостью) динамики турбулентного смешивания и распространения пламени на расстояния внутри патрона. Это означает, что, несмотря на то, что подачу электрической энергии легко регулировать, это регулирование в данных конструкциях сводится на нет вследствие случайной динамики распространения фронтов горения, плазменных разрядов или электрически распыляемых брызг. When using many electrically controlled structures, they encounter a number of the same problems that are inherent to conventional cartridges with liquid propellant explosives, namely, the inherent irreproducibility (non-repeatability) of the dynamics of turbulent mixing and flame propagation over distances inside the cartridge. This means that, despite the fact that the supply of electrical energy is easy to regulate, this regulation in these designs is nullified due to the random dynamics of the propagation of combustion fronts, plasma discharges or electrically sprayed sprays.

Например, в соответствии с еще одним способом, используемым в данной области техники, метательное взрывчатое вещество, содержащее две реактивные составляющие, воспламеняется местно путем использования электрической дуги для превращения в пар и затем распыления тумана из одной тонкоизмельченной (распыленной) составляющей внутри другой составляющей местным образом (локально). Некоторое количество таких локализованных инжекций в виде распыляемого тумана обеспечивает возможность регулирования распространения реакции по всему патрону. Однако в данной системе довольно существенны требования к электрическому входному сигналу для получения надлежащего смешивания, и, таким образом, данная система энергетически не эффективна. Кроме того, данная система ненадежна и сложна, поскольку динамика распыления является случайной и ненадежной (нестабильной), и, как следствие, получаются различные уровни смешивания двух составляющих. For example, according to another method used in the art, a propellant containing two reactive components is ignited locally by using an electric arc to vaporize and then spray mist from one finely divided (atomized) component inside another component locally (locally). A number of such localized injections in the form of spray mist provides the ability to control the spread of the reaction throughout the cartridge. However, in this system, the requirements for the electrical input signal are quite substantial to obtain proper mixing, and thus this system is not energy efficient. In addition, this system is unreliable and complex, since the spraying dynamics is random and unreliable (unstable), and as a result, different levels of mixing of the two components are obtained.

При еще одном способе, используемом в данной области техники и описанном в патенте США N 4974487, выданном на имя Гольдштайна и др., ускорение снаряда вдоль ствола осуществляется посредством множественных источников плазменных струй, расположенных в продольном направлении в различных местах по длине ствола и в патроне в задней части ствола. Плазменная струя инициируется в диэлектрическом материале с низким молекулярным весом, расположенном в разрядной капиллярной трубке с электродами на каждом конце. Плазма наращивает давление за счет омического (активного) рассеяния ее энергии и проходит через текучую среду, которая также может быть превращена в пар, чтобы способствовать увеличению фронта давления, который приводит снаряд в движение. К сожалению, данному устройству присущи недостатки, связанные со случайной и невоспроизводимой динамикой плазмы и ее смешиванием с текучей средой. Несмотря на то, что можно регулировать ток, подаваемый в капиллярную трубку, поведение плазмы при начале нарастания давления, смешивание плазмы с текучей средой и происходящее в результате этого испарение составляющей текучей среды отличаются высокой степенью хаотичности и вызывают значительные проблемы. Кроме того, для достижения необходимых скоростей потока плазмы требуется значительное количество электрической энергии, что характерно и для других альтернативных способов, описанных выше. In yet another method used in the art and described in US Pat. No. 4,974,487 to Goldstein et al., The projectile is accelerated along the barrel by multiple sources of plasma jets located in the longitudinal direction at various locations along the length of the barrel and in the cartridge in the back of the trunk. The plasma jet is initiated in a low molecular weight dielectric material located in a discharge capillary tube with electrodes at each end. Plasma builds up pressure due to the ohmic (active) dissipation of its energy and passes through a fluid, which can also be converted into steam to help increase the pressure front, which causes the projectile to move. Unfortunately, this device has inherent disadvantages associated with random and irreproducible plasma dynamics and its mixing with the fluid. Despite the fact that it is possible to control the current supplied to the capillary tube, the behavior of the plasma at the beginning of the pressure increase, the mixing of the plasma with the fluid and the resulting evaporation of the fluid component are highly random and cause significant problems. In addition, to achieve the required plasma flow rates, a significant amount of electrical energy is required, which is also characteristic of other alternative methods described above.

В соответствующем устройстве, описанном в патенте США N 5072647, выданном на имя Гольдштайна и др., ускорение снаряда осуществляется в ответ на воздействие газа под высоким давлением, такого, как водород, генерируемого в результате экзотермической реакции суспензии воды и металлических частиц, инициируемой за счет плазменного разряда. Давление газообразного водорода поддерживается при ускорении снаряда вдоль ствола орудия путем увеличения электрической энергии, подаваемой к плазменному разряду. Однако данной конструкции также присущи проблемы, связанные с динамикой плазмы и рассмотренные в связи с вышеупомянутым патентом США N 4974487. In the corresponding device described in US Pat. No. 5,072,647 to Goldstein et al., The projectile is accelerated in response to a gas under high pressure, such as hydrogen, generated as a result of an exothermic reaction of a suspension of water and metal particles initiated by plasma discharge. The pressure of gaseous hydrogen is maintained by accelerating the projectile along the barrel of the gun by increasing the electrical energy supplied to the plasma discharge. However, this design also has inherent problems associated with plasma dynamics and are discussed in connection with the aforementioned US Pat. No. 4,974,487.

В устройстве по патенту США N 5052272, выданном на имя Лее, на металлический провод подается электрический импульс, чтобы создать электрическую искру на проводе, погруженном в суспензию частиц алюминия в воде, тем самым воспламеняя суспензию. Электрическая энергия продолжает проходить через суспензию и тем самым способствует интенсификации реакции. За счет этого реакция в смеси алюминия и воды происходит в основном в заданное время. Однако не предусмотрено никаких средств для регулирования скорости реакции, используя электрический ток после того, как начался разряд тока зажигания. Разрядный электрический импульс способствует экзотермической реакции алюминия и водорода, при этом не учитывается положение и скорость фронта реакции. Кроме того, все метательное взрывчатое вещество в патроне вступает в реакцию сразу (одновременно), что приводит к тем же проблемам, связанным с динамикой распространения пламени, которые характерны для других вышеупомянутых устройств. In the device of US Pat. No. 5,052,272 to Lee, an electrical impulse is applied to a metal wire to create an electric spark on a wire immersed in a suspension of aluminum particles in water, thereby igniting the suspension. Electric energy continues to pass through the suspension and thereby contributes to the intensification of the reaction. Due to this, the reaction in a mixture of aluminum and water occurs mainly at a given time. However, no means are provided for controlling the reaction rate using electric current after the discharge of the ignition current has begun. A discharge electric pulse promotes an exothermic reaction of aluminum and hydrogen, and the position and speed of the reaction front are not taken into account. In addition, all propellant explosive in the cartridge reacts immediately (simultaneously), which leads to the same problems associated with the dynamics of flame propagation that are characteristic of the other aforementioned devices.

Несмотря на то, что общая идея применения электротермических химических патронов сулит существенные преимущества по сравнению с обычными патронами с точки зрения эффективной и своевременной передачи усилия толчка к снаряду в орудии или к ракете или т.п., существует необходимость разработки надежного средства, позволяющего использовать электрический ток для регулирования воспламенения метательного взрывчатого вещества. В частности, требуется патрон, который позволяет избежать проблем, связанных с турбулентностью, имеет приемлемую эффективность подачи электрической энергии и работает надежно. Кроме того, желательно, чтобы такой патрон был сравнительно простым и недорогим в изготовлении. Despite the fact that the general idea of using electrothermal chemical cartridges promises significant advantages over conventional cartridges in terms of efficient and timely transmission of the push force to a projectile in a gun or to a rocket or the like, there is a need to develop a reliable means of using electric current to control propellant ignition. In particular, a cartridge is required that avoids the problems associated with turbulence, has an acceptable efficiency of supplying electrical energy and works reliably. In addition, it is desirable that such a cartridge is relatively simple and inexpensive to manufacture.

Настоящее изобретение предпочтительно направлено на достижение вышеуказанных и других целей. The present invention preferably aims to achieve the above and other objectives.

Краткое описание изобретения
В соответствии с изобретением разработан усовершенствованный электротермический химический (ETC) патрон, имеющий конусообразный взрыватель, в котором используется электричество для воспламенения и регулирования горения высокоэнергетического, медленно горящего химического метательного взрывчатого вещества. Длинная узкая трубка, имеющая отшлифованную проводящую наружную поверхность, по существу полностью заполнена метательным взрывчатым веществом, которое локально сгорает постепенно от переднего разгрузочного конца к заднему концу трубки за счет нагрева электрическим током или взрыва при расплавлении твердого металлического взрывателя, который проходит по длине внутренней поверхности трубки. Метательное взрывчатое вещество создает давление, которое выходит через разгрузочный конец для приведения снаряда в движение. Площадь поперечного сечения материала взрывателя сужается к разгрузочному концу, так что ток заданной величины, подаваемый через материал взрывателя, за счет разряда электрического импульса между электродом высокого напряжения, присоединенным у заднего конца трубки, и проводящей наружной поверхностью нагревает и взрывает материал взрывателя сначала в зоне, имеющей меньшую площадь поперечного сечения. Таким образом, фронт зажигания начинается у разгрузочного конца и продвигается в направлении заднего конца по мере того, как взрыватель достигает температур воспламенения и/или взрывается.SUMMARY OF THE INVENTION
In accordance with the invention, an improved electrothermal chemical (ETC) cartridge is provided having a cone-shaped fuse that uses electricity to ignite and control the combustion of a high-energy, slow-burning chemical propellant. A long narrow tube having a polished conductive outer surface is substantially completely filled with a propellant explosive that locally burns gradually from the front discharge end to the rear end of the tube due to electric shock or explosion when a solid metal fuse blows along the length of the tube’s inner surface . The propellant creates explosive pressure that escapes through the discharge end to propel the projectile. The cross-sectional area of the fuse material narrows to the discharge end, so that a current of a given value supplied through the fuse material, due to the discharge of an electric pulse between the high voltage electrode connected at the rear end of the tube and the conductive outer surface, heats and detonates the fuse material first in the zone, having a smaller cross-sectional area. Thus, the ignition front starts at the discharge end and advances towards the rear end as the fuse reaches ignition temperatures and / or explodes.

Рационально то, что небольшой диаметр трубки обеспечивает полное сгорание метательного взрывчатого вещества локально за счет взрывающегося материала взрывателя, и при этом не возникают проблемы, связанные с динамикой турбулентного смешивания. Поскольку метательное взрывчатое вещество горит медленно по сравнению со скоростью воспламенения материала взрывателя, продвижение фронта воспламенения от разгрузочного конца к заднему концу трубки полностью регулируется взрывателем и обеспечивает надлежащее сгорание метательного взрывчатого вещества. Это позволяет эффективно устранить приводящие к обратным результатам воздействия избыточного давления, которые могли бы иметь место, если бы все метательное взрывчатое вещество вступило бы в реакцию сразу, или воздействия стохастического распространения пламени, если бы плазма использовалась только для воспламенения метательного взрывчатого вещества в небольшой зоне. It is rational that the small diameter of the tube ensures the complete combustion of the propellant explosive locally due to the explosive material of the fuse, and there are no problems associated with the dynamics of turbulent mixing. Since the projectile explosive burns slowly compared to the rate of ignition of the material of the fuse, the advancement of the front of ignition from the discharge end to the rear end of the tube is fully controlled by the fuse and ensures proper combustion of the propellant. This makes it possible to effectively eliminate the opposite effects of excess pressure that could have occurred if all of the propellant explosive had reacted immediately, or the effects of stochastic flame propagation if the plasma were used only to ignite the propellant in a small area.

Метательное взрывчатое вещество предпочтительно представляет собой суспензию металла и окислителя, такого как вода, которая горит медленно по сравнению со скоростью потребления взрывателя, но является высоко экзотермической, и (при сгорании) выделяет газы с низким атомным весом при высоких температурах и давлениях. The propellant explosive is preferably a suspension of a metal and an oxidizing agent, such as water, which burns slowly compared to the consumption rate of the fuse, but is highly exothermic, and (when burned) emits low atomic weight gases at high temperatures and pressures.

Слой изоляции между материалом взрывателя и отшлифованной наружной поверхностью трубки выполнен достаточно тонким для того, чтобы обеспечить возможность его местного разрушения при локальном воспламенении метательного взрывчатого вещества за счет нагрева материала взрывателя электрическим током до температуры воспламенения или при взрыве материала взрывателя. Тем самым израсходованный материал взрывателя, который в ином случае мог бы продолжать потреблять электрическую энергию, закорочен на отшлифованную наружную поверхность, что обеспечивает возможность получения большего количества электрической энергии неизрасходованным материалом взрывателя. The insulation layer between the fuse material and the polished outer surface of the tube is made thin enough to allow local destruction when the propellant explosive is localized by heating the fuse material with electric current to the ignition temperature or when the fuse material explodes. Thus, the consumed material of the fuse, which otherwise could continue to consume electrical energy, is shorted to the polished outer surface, which makes it possible to obtain more electrical energy from the unused material of the fuse.

Одна такая трубка может служить в качестве патрона, или предпочтительно много подобных трубок могут быть объединены в пучок в корпусе для формирования патрона для орудий с более широким стволом. Конструкция патрона проста и экономична. Работа патрона надежна, поскольку она основывается не на распространении фронта воспламенения в текучей среде, который подвержен отклонениям (колебаниям) из-за турбулентной динамики. One such tube may serve as a cartridge, or preferably many such tubes may be bundled in a housing to form a cartridge for tools with a wider barrel. The design of the cartridge is simple and economical. The operation of the cartridge is reliable, because it is not based on the propagation of the ignition front in a fluid, which is subject to deviations (oscillations) due to turbulent dynamics.

Целью изобретения является разработка электротермического химического патрона, который эффективно использует электрическую энергию для воспламенения и регулирования горения медленно горящего метательного взрывчатого вещества надлежащим и надежным образом, чтобы обеспечить своевременную передачу огромного усилия выталкивания снаряду. The aim of the invention is to develop an electrothermal chemical cartridge that efficiently uses electrical energy to ignite and control the combustion of a slow burning propellant in an appropriate and reliable manner to ensure timely transmission of the enormous projectile force.

Следующей целью изобретения является разработка патрона, который позволяет избежать проблем, связанных с турбулентным смешиванием и распространением пламени, которые присущи устройствам по предшествующему техническому уровню, путем полного регулирования горения метательного взрывчатого вещества с помощью электрически регулируемого сужающегося твердого взрывателя в содержащей метательное взрывчатое вещество узкой трубке. The next objective of the invention is to develop a cartridge that avoids the problems associated with turbulent mixing and flame propagation, which are inherent in devices of the prior art, by fully regulating the burning of the propellant explosive using an electrically adjustable tapering solid fuse in a narrow propellant containing propellant.

Еще одной целью изобретения является введение тонкого слоя изоляции в патрон между материалом взрывателя и проводящей наружной поверхностью, который разрушается за счет взрыва взрывателя или горения метательного взрывчатого вещества, так что фронт воспламенения может эффективно перемещаться по длине патрона. Another objective of the invention is the introduction of a thin layer of insulation into the cartridge between the material of the fuse and the conductive outer surface, which is destroyed due to the explosion of the fuse or the burning of a propellant, so that the ignition front can effectively move along the length of the cartridge.

Еще одной целью изобретения является разработка патрона, который прост и экономичен в изготовлении. Another objective of the invention is the development of a cartridge that is simple and economical to manufacture.

Вышеуказанные и дополнительные цели, признаки и преимущества изобретения станут очевидными при рассмотрении нижеприведенного подробного описания конкретных вариантов осуществления совместно с сопровождающими чертежами. The above and further objects, features and advantages of the invention will become apparent upon consideration of the following detailed description of specific embodiments in conjunction with the accompanying drawings.

Краткое описание чертежей
Вышеуказанные и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего более подробного описания изобретения, представленного вместе со следующими чертежами, в которых:
фиг. 1 представляет собой сечение орудия, в котором применяется патрон по настоящему изобретению,
фиг. 2 представляет собой сечение длинного однотрубного патрона в соответствии с настоящим изобретением, в котором длинная центральная часть не показана, как отмечено неровной линией разрыва,
фиг. 3 представляет собой перспективное изображение длинного листа изоляции с протравленным слоем металла на нем, в котором длинная центральная часть не показана, как отмечено неровной линией разрыва,
фиг. 4 представляет собой перспективное изображение трубки, предназначенной для использования в патроне в соответствии с настоящим изобретением, причем длинная центральная часть трубки исключена, как отмечено неровной линией разрыва,
фиг. 5 представляет собой вид с торца многотрубного патрона в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения,
фиг. 6 представляет собой частичное сечение многотрубного патрона по фиг. 5.Brief Description of the Drawings
The above and other aspects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following more detailed description of the invention, presented together with the following drawings, in which:
FIG. 1 is a cross-section of an implement in which the cartridge of the present invention is used,
FIG. 2 is a cross-sectional view of a long single-tube cartridge in accordance with the present invention, in which a long central portion is not shown, as indicated by an uneven tear line,
FIG. 3 is a perspective view of a long insulation sheet with an etched metal layer on it, in which the long central portion is not shown, as indicated by an uneven tear line,
FIG. 4 is a perspective view of a tube for use in a cartridge in accordance with the present invention, wherein the long central portion of the tube is omitted, as indicated by an uneven rupture line,
FIG. 5 is an end view of a multi-tube cartridge in accordance with yet another embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a partial sectional view of the multi-tube cartridge of FIG. 5.

Подробное описание изобретения
Нижеприведенное описание относится к наилучшему способу реализации изобретения, разработанному на данный момент времени. Это описание не следует рассматривать в ограничивающем смысле, оно представлено только в целях описания общих принципов изобретения. Объем изобретения определяется пунктами формулы изобретения.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The following description relates to the best way to implement the invention, developed at this time. This description should not be construed in a limiting sense, it is presented only for the purpose of describing the general principles of the invention. The scope of the invention is defined by the claims.

На фиг. 1 в целом показано применение патрона 2 в соответствии с настоящим изобретением в орудии 4. Находящийся под высоким давлением газ, образующийся при воспламенении метательного взрывчатого вещества в патроне 2, выталкивает снаряд 6 из орудия 4. Питающие провода 7 и 8 подают электрический ток зажигания к взрывателю патрона от источника 9 высокого напряжения. Провод 7 присоединен к проводящему электроду у задней части патрона, в то время как провод 8 может подсоединяться к части наружной поверхности орудия, которая выполнена металлической и проводящей. Следовательно, существует токовая цепь (путь тока) для разряда импульса зажигания через провод 7 к электроду в задней части патрона, через материал взрывателя в патроне к проводящему корпусу патрона и затем к металлическому стволу орудия и наконец к проводу 8. Альтернативно, провод 8 может быть заземлен, и путь тока может проходить от металлической наружной поверхности орудия по существу к "земле". In FIG. 1 generally shows the use of cartridge 2 in accordance with the present invention in gun 4. High-pressure gas generated by ignition of a propellant in cartridge 2 pushes projectile 6 out of gun 4. Supply wires 7 and 8 supply electric ignition current to the fuse a cartridge from a high voltage source 9. The wire 7 is connected to the conductive electrode at the rear of the cartridge, while the wire 8 can be connected to the part of the outer surface of the gun, which is made of metal and conductive. Therefore, there is a current circuit (current path) for discharging the ignition pulse through wire 7 to the electrode at the rear of the cartridge, through the fuse material in the cartridge to the conductive body of the cartridge and then to the metal barrel of the gun and finally to wire 8. Alternatively, wire 8 may be is grounded, and the current path may extend from the metal outer surface of the implement to substantially ground.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, подробно описанным ниже, патрон, предназначенный для использования в широкоствольном орудии, таком, как показано на фиг. 1, содержит множество узких, наполненных метательным взрывчатым веществом трубок зажигания, соединенных вместе в пучок. В орудиях с небольшим (узким) стволом патрон может содержать только одну такую трубку. In accordance with one embodiment of the present invention, described in detail below, a cartridge for use in a wide-barrel implement, such as that shown in FIG. 1 comprises a plurality of narrow ignition tubes filled with propellant explosive material connected together in a bundle. In guns with a small (narrow) barrel, the cartridge can contain only one such tube.

Как показывает фиг. 2, электротермический химический патрон 10 в соответствии с настоящим изобретением выполнен трубчатым и по внешнему виду длинным и узким, что показано на фигуре неровной линией разрыва в центре патрона, представляющей длинную, непоказанную центральную часть. Патрон имеет разгрузочный конец 12 и задний конец 14, и снаряд, выстрел которого должен произойти из ствола орудия, получает воздействующее на него усилие из разгрузочного конца патрона. Патрон содержит еще изолирующий слой 16, взрыватель 18 на внутренней поверхности изолирующего слоя и проводящий слой 20 на наружной поверхности изолирующего слоя. Метательное взрывчатое вещество 24 в основном заполняет объем трубки. As shown in FIG. 2, the electrothermal chemical cartridge 10 in accordance with the present invention is made tubular and in appearance long and narrow, as shown in the figure by an uneven tear line in the center of the cartridge, representing a long, not shown central part. The cartridge has a discharge end 12 and a rear end 14, and the projectile, the shot of which must come from the gun’s barrel, receives the force exerted on it from the discharge end of the cartridge. The cartridge also contains an insulating layer 16, a fuse 18 on the inner surface of the insulating layer and a conductive layer 20 on the outer surface of the insulating layer. Throwing explosive 24 mainly fills the volume of the tube.

Метательное взрывчатое вещество предпочтительно представляет собой такое вещество, которое генерирует газы с низким молекулярным весом, такие, как водород, и, более точно, содержит металл или гидрид металла в сочетании с окислителем. Наиболее точно, метательное взрывчатое вещество представляет собой алюминий в виде макрочастиц, находящийся во взвешенном состоянии в воде, которая содержит гелеобразующий агент (загуститель) для предотвращения осаждения алюминия. Такая смесь воспламеняется при температуре в диапазоне от примерно 1000^oC до 2000^oC , которая может быть достигнута путем получения такого диапазона температур в материале взрывателя, который, как правило, представляет собой металлический материал, который расплавляется или взрывается в данном температурном диапазоне. Предпочтительно к смеси может быть добавлен нитрат аммония (аммиачная селитра) для снижения пороговой температуры воспламенения в диапазоне от примерно 300^oC до 400^oC. При использовании такой смеси можно добиться воспламенения без взрыва металлического материала взрывателя.The propellant explosive is preferably a substance that generates low molecular weight gases such as hydrogen, and more specifically, contains a metal or metal hydride in combination with an oxidizing agent. Most accurately, the propellant explosive is particulate aluminum suspended in water that contains a gelling agent (thickener) to prevent aluminum from precipitating. Such a mixture ignites at a temperature in the range of about 1000 ^° C. to 2000 ^° C., which can be achieved by obtaining a temperature range in the fuse material, which is typically a metal material that melts or explodes in a given temperature range. Preferably, ammonium nitrate (ammonium nitrate) can be added to the mixture to lower the threshold ignition temperature in the range of about 300 ^° C. to 400 ^° C. By using such a mixture, ignition without explosion of the metal material of the fuse can be achieved.

Патрон 10 выполнен длинным, так что время, требуемое для сгорания метательного взрывчатого вещества от разгрузочного конца до заднего конца, при воспламенении его только с одного конца, является достаточно продолжительным по сравнению с интервалом времени, в который происходит взрыв материала взрывателя. Тем не менее патрон выполнен достаточно узким для того, чтобы полное сгорание метательного взрывчатого вещества в поперечном направлении происходило за период времени, который является коротким по сравнению с заданным (требующимся) временем. Таким образом, сгорание метательного взрывчатого вещества в продольном направлении регулируется путем нагрева и/или горения взрывателя 18. The cartridge 10 is made long, so that the time required for the propellant to burn from the discharge end to the rear end, when ignited from only one end, is quite long compared to the time interval in which the fuse material explodes. Nevertheless, the cartridge is made narrow enough so that the complete combustion of the propellant explosive in the transverse direction occurs over a period of time that is short compared to the specified (required) time. Thus, the longitudinal propellant combustion is controlled by heating and / or burning the fuse 18.

Нагрев до определенной температуры или взрыв материала взрывателя с целью воспламенения метательного взрывчатого вещества достигается путем получения критического сочетания плотности электрического тока и продолжительности подачи электрического тока в материал взрывателя. Электрический ток подается посредством электрода 26 высокого напряжения, предпочтительно расположенного у заднего конца 14 патрона и находящегося в электрическом контакте с взрывателем. Ток течет через электрод 26, через материал взрывателя и в проводящий слой 20, который соединен с заземлением и с которым взрыватель находится в контакте у разгрузочного конца 12, как можно видеть на фигуре. Площадь поперечного сечения взрывателя 18 уменьшается от заднего конца 14 к разгрузочному концу 12, так что при заданном протекании электрического тока плотность тока в материале взрывателя увеличивается в направлении разгрузочного конца 12. Вследствие этого плотность электрической энергии достигнет критического порогового значения во взрывателе сначала в зоне разгрузочного конца, вызывая локальный нагрев или взрыв взрывателя и локальное воспламенение метательного взрывчатого вещества, и впоследствии смещается в направлении заднего конца регулируемым образом в зависимости от степени сужения (конусности), используемого материала взрывателя и имеющегося электрического тока помимо прочих факторов. Heating to a certain temperature or exploding fuse material to ignite propellant explosive is achieved by obtaining a critical combination of electric current density and the duration of electric current supply to the fuse material. The electric current is supplied by means of a high voltage electrode 26, preferably located at the rear end 14 of the cartridge and in electrical contact with the fuse. Current flows through the electrode 26, through the fuse material and into the conductive layer 20, which is connected to ground and with which the fuse is in contact at the discharge end 12, as can be seen in the figure. The cross-sectional area of the fuse 18 decreases from the rear end 14 to the discharge end 12, so that for a given flow of electric current, the current density in the fuse material increases in the direction of the discharge end 12. As a result, the density of electrical energy reaches a critical threshold value in the fuse first in the discharge end zone causing local heating or explosion of the fuse and local ignition of the propellant explosive, and subsequently shifts towards the rear the end in an adjustable manner depending on the degree of narrowing (taper), the fuse material used and the available electric current, among other factors.

Изолирующий слой 16 отделяет взрыватель 18 от проводящего слоя 20 на электрическом потенциале Земли по всей длине патрона за исключением зоны у разгрузочного конца, в которой взрыватель 18 и проводящий слой 20 входят в контакт вокруг конца изолирующего слоя. Когда на электрод 26 подано высокое напряжение, ток течет через материал взрывателя и в проводящий слой. Поскольку площадь поперечного сечения материала взрывателя имеет наименьшую величину у разгрузочного конца, плотность тока у разгрузочного конца является наивысшей, заставляя этот материал взрывателя нагреваться более быстро, возможно до температуры взрыва, что приводит к воспламенению метательного взрывчатого вещества. Если метательное взрывчатое вещество представляет собой взрывчатое вещество такого типа, которое воспламеняется только при очень высоких температурах, таких как температура плавления или температура кипения металлического материала взрывателя, то этот материал переходит в расплавленное (жидкое) или парообразное состояние и разрушается локально. Если метательное взрывчатое вещество представляет собой взрывчатое вещество такого типа, которое воспламеняется при температуре, более низкой по сравнению с температурой плавления, или с температурой кипения металлического материала взрывателя, то материал взрывателя разрушается локально под действием силы взрыва местно воспламененного метательного взрывчатого вещества. The insulating layer 16 separates the fuse 18 from the conductive layer 20 at the electric potential of the Earth along the entire length of the cartridge except for the zone at the discharge end, in which the fuse 18 and the conductive layer 20 come into contact around the end of the insulating layer. When a high voltage is applied to the electrode 26, current flows through the fuse material and into the conductive layer. Since the cross-sectional area of the fuse material has the smallest value at the discharge end, the current density at the discharge end is the highest, causing this fuse material to heat more quickly, possibly to the temperature of the explosion, which leads to the ignition of a propellant explosive. If a propellant is an explosive of the type that ignites only at very high temperatures, such as the melting point or boiling point of the metal material of the fuse, then this material goes into a molten (liquid) or vapor state and is destroyed locally. If a propellant is a type of explosive that ignites at a temperature lower than the melting point or the boiling point of the fuse metal material, the fuse material is destroyed locally by the explosion force of a locally ignited propellant.

Когда материал взрывателя в зоне с наименьшей площадью поперечного сечения локально взрывается или разрушается, он оказывается фактически удаленным из электрической цепи зажигания, как описано ниже, и плотность тока достигает своего максимального значения в материале взрывателя, находящемся непосредственно рядом с разрушенным участком, который имеет площадь поперечного сечения, немного превышающую площадь поперечного сечения разрушенного участка, но меньшую по сравнению с любым другим оставшимся участком взрывателя. Таким образом, местоположение зоны с максимальной плотностью тока в неизрасходованном материале взрывателя и, следовательно, фронт воспламенения постепенно смещаются от разгрузочного конца к заднему концу. When the fuse material in the area with the smallest cross-sectional area locally explodes or collapses, it is actually removed from the ignition circuit, as described below, and the current density reaches its maximum value in the fuse material located immediately next to the destroyed portion that has a cross-sectional area sections slightly larger than the cross-sectional area of the destroyed section, but smaller compared to any other remaining section of the fuse. Thus, the location of the zone with the maximum current density in the unspent material of the fuse and, therefore, the ignition front are gradually shifted from the discharge end to the rear end.

В соответствии с изобретением слой изоляции 16 должен быть достаточно тонким, чтобы он разрушался при взрыве соседнего материала взрывателя или локальном горении метательного взрывчатого вещества, сопровождаемом местным разрушением соседнего материала взрывателя. Таким образом, по мере того, как фронт воспламенения материала взрывателя продвигается от разгрузочного конца к заднему концу, изолирующий материал разрушается вместе с продвижением фронта, и конец неизрасходованного материала взрывателя входит в контакт с наружным проводящим слоем, чтобы создать возможность непрерывного протекания электрического тока, или размещается достаточно близко к проводящему слою, чтобы создать возможность образования электрической дуги и тем самым обеспечить непрерывное воспламенение метательного взрывчатого вещества. In accordance with the invention, the insulation layer 16 must be thin enough so that it breaks when an adjacent fuse material explodes or when a propellant explosive is localized, accompanied by local destruction of the adjacent fuse material. Thus, as the ignition front of the fuse material advances from the discharge end to the rear end, the insulating material collapses as the front advances, and the end of the unused material of the fuse comes into contact with the outer conductive layer to allow continuous flow of electric current, or placed close enough to the conductive layer to create the possibility of the formation of an electric arc and thereby provide continuous ignition of the propellant that substance.

Предпочтительно, что тем самым устройство по настоящему изобретению позволяет избежать проблемы, заключающейся в том, что, когда материал взрывателя взрывается, он, как правило, сохраняет высокое омическое сопротивление и тем самым потребляет большую часть электрической энергии, подаваемой током, что препятствует превращению в пар оставшегося неизрасходованным материала взрывателя или предотвращает такое превращение. Поскольку изолирующий слой разрушается локально при взрыве материала взрывателя, остаток израсходованного взрывателя закорачивается на новый открывшийся для воздействия участок проводящего слоя 20 и, таким образом, не поглощает электрическую энергию из фронта материала в парообразном состоянии. Preferably, the device of the present invention thereby avoids the problem that when the fuse material explodes, it typically maintains a high ohmic resistance and thereby consumes a large part of the electrical energy supplied by the current, which prevents conversion into steam fuse material remaining unspent or prevents such a transformation. Since the insulating layer is destroyed locally during the explosion of the fuse material, the remainder of the consumed fuse is shorted to a new exposed section of the conductive layer 20 and, thus, does not absorb electric energy from the front of the material in a vapor state.

Как также можно видеть на фиг. 2, желательно, чтобы проводящий слой 20 не доходил до заднего конца патрона, где расположен электрод 26. Это предотвращает возможное образование дуги электрического тока от электрода непосредственно до проводящего слоя, которая могла бы обойти взрыватель и тем самым свести на нет эффективность изобретения. На конце проводящего слоя может быть предусмотрен изолирующий кожух 28, чтобы обеспечить дополнительную защиту от образования электрической дуги. Изолирующая опора 30 охватывает электрод 26 высокого напряжения и конец патрона для создания электрической изоляции от ствола орудия и других объектов и обеспечения опоры для узла в целом. As can also be seen in FIG. 2, it is desirable that the conductive layer 20 does not extend to the rear end of the cartridge where the electrode 26 is located. This prevents the possible formation of an electric current arc from the electrode directly to the conductive layer, which could bypass the fuse and thereby negate the effectiveness of the invention. An insulating casing 28 may be provided at the end of the conductive layer to provide additional protection against the formation of an electric arc. The insulating support 30 covers the high voltage electrode 26 and the end of the cartridge to create electrical isolation from the gun barrel and other objects and provide support for the site as a whole.

Более точно, взрыватель 18 может представлять собой прилегающий слой, покрывающий всю внутреннюю поверхность изолирующего слоя 16 в зоне, где толщина слоя взрывателя уменьшается от заднего конца к разгрузочному концу. Альтернативно, взрыватель может содержать множество параллельных полосок, проходящих по всей длине внутренней поверхности изолирующего слоя, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга по окружности, причем ширина каждой полоски уменьшается от заднего конца к переднему концу, а толщина остается такой же. Материал взрывателя может представлять собой любой металлический материал, известный в данной области техники и предназначенный для нагревания электрическим током и в конечном итоге для взрыва при приложении достаточной плотности электрического тока, и может быть прикреплен к внутренней поверхности изолирующего слоя любым способом, пригодным для указанного материала, как хорошо известно в данной области, включая способы осаждения, экструзии и травления (протравливания), но не ограничиваясь ими. More specifically, the fuse 18 may be an adjacent layer covering the entire inner surface of the insulating layer 16 in an area where the thickness of the fuse is reduced from the rear end to the discharge end. Alternatively, the fuse may comprise a plurality of parallel strips extending along the entire length of the inner surface of the insulating layer spaced at equal distances from each other in a circle, the width of each strip decreasing from the rear end to the front end, and the thickness remaining the same. The material of the fuse may be any metal material known in the art and intended to be heated by electric current and ultimately to explode when a sufficient current density is applied, and may be attached to the inner surface of the insulating layer in any way suitable for the specified material, as is well known in the art, including, but not limited to, deposition, extrusion, and pickling methods.

Аналогичным образом, проводящий слой 20 может состоять из любого металла, обладающего достаточной проводимостью, и может быть нанесен на наружную поверхность изолирующего слоя 16 любым из хорошо известных способов, включая осаждение, экструзию, травление и обертывание (наматывание). Similarly, the conductive layer 20 may consist of any metal having sufficient conductivity, and may be applied to the outer surface of the insulating layer 16 by any of the well-known methods, including deposition, extrusion, etching and wrapping (winding).

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения может быть рассмотрен со ссылкой на фиг. 3, на которой показан лист 50 изоляции Kapton, ламинированный слоем 52 меди. Лист выполнен длинным, как показано на фигуре неровной линией разрыва в центре листа, представляющей длинную, непоказанную центральную часть. Ламинирование (нанесение) меди осуществляют путем протравливания, используя способ травления печатных плат, хорошо известный в данной области техники, для получения конфигурации, содержащей множество параллельных полосок 54, которые сужаются от одного конца до другого. Толщина изоляции Kapton предпочтительно составляет около 5 миллиметров, а толщина медного слоя предпочтительно находится в диапазоне от примерно 1 миллиметра до примерно 3 миллиметров. Медные полоски 54 соединены друг с другом у обоих концов лентами 56 и 58. Лента 56 расположена в зоне, которая будет образовывать задний конец патрона, и используется для подсоединения к электроду высокого напряжения, в то время как лента 58 расположена в зоне, которая будет образовывать разгрузочный конец патрона. Лента 58 служит для создания конструктивной опоры для листа, но она не является обязательной для изобретения, и в альтернативном варианте медные полоски 54 могут проходить до края листа изоляции Kapton без объединения их с помощью какой-либо подобной ленты. A preferred embodiment of the present invention may be considered with reference to FIG. 3, which shows a Kapton insulation sheet 50 laminated to a copper layer 52. The sheet is made long, as shown in the figure by an uneven tear line in the center of the sheet, representing a long, not shown center portion. Lamination (deposition) of copper is carried out by etching, using the method of etching printed circuit boards, well known in the art, to obtain a configuration containing many parallel strips 54, which taper from one end to the other. The Kapton insulation thickness is preferably about 5 millimeters, and the thickness of the copper layer is preferably in the range from about 1 millimeter to about 3 millimeters. Copper strips 54 are connected to each other at both ends by tapes 56 and 58. The tape 56 is located in the zone that will form the rear end of the cartridge, and is used to connect to the high voltage electrode, while the tape 58 is located in the zone that will form discharge end of the cartridge. The tape 58 serves to create a structural support for the sheet, but it is not necessary for the invention, and alternatively, copper strips 54 can extend to the edge of the Kapton insulation sheet without combining them with any similar tape.

Наличие ленты 58 у разгрузочного конца не ухудшает эффективности применения суженных полосок 54 взрывателя при эксплуатации. Несмотря на то, что на ленте 58 может никогда не достигаться критическая плотность тока, необходимая для достижения температуры воспламенения, эта критическая плотность тока будет достигнута по существу рядом с разгрузочным концом непосредственно перед лентой 58, где полоски являются наиболее тонкими. Как описано выше, когда в данной зоне с полосками наименьшей ширины происходит локальное воспламенение, материал взрывателя разрушается, и соседний (примыкающий) материал взрывателя на полосках вводится в контакт с наружной проводящей поверхностью. Следовательно, лента 58 эффективно устранена из электрической цепи и не влияет на остальную часть процесса. The presence of tape 58 at the discharge end does not impair the use of narrowed fuse strips 54 during operation. Although the critical current density necessary to achieve the ignition temperature may never be reached on the tape 58, this critical current density will be achieved substantially near the discharge end directly in front of the tape 58, where the strips are the thinnest. As described above, when local ignition occurs in the area with the smallest strips, the fuse material is destroyed, and the adjacent (adjacent) fuse material on the strips is brought into contact with the outer conductive surface. Therefore, the tape 58 is effectively removed from the electrical circuit and does not affect the rest of the process.

Лист ламинированной и протравленной изоляции свертывают в длинную трубку путем соединения краев 60 и 62. Получающаяся в результате трубка 100, показанная на фиг. 4, является длинной и узкой, что показано на фигуре неровной линией разрыва в центре трубки, представляющей длинную, непоказанную центральную часть. Трубка 100 имеет разгрузочный конец 102 и задний конец 104. Трубка содержит слой 106 изоляции Kapton, на внутренней поверхности которого находятся полоски 108 взрывателя, ширина каждой из которых уменьшается в направлении разгрузочного конца 102. Трубка может быть изготовлена, например, путем закручивания листа 50 изоляции Kapton вокруг цилиндрической оправки. У краев 60 и 62 ее соединяют с помощью продольной полоски клеящей ленты Kapton или т.п., наложенной вдоль стыка 110. The laminated and etched insulation sheet is rolled up into a long tube by connecting the edges 60 and 62. The resulting tube 100, shown in FIG. 4 is long and narrow, as shown in the figure by an uneven tear line in the center of the tube representing the long, not shown center portion. The tube 100 has a discharge end 102 and a rear end 104. The tube contains a Kapton insulation layer 106, on whose inner surface there are fuse strips 108, the width of each of which decreases in the direction of the discharge end 102. The tube can be made, for example, by twisting the insulation sheet 50 Kapton around a cylindrical mandrel. At edges 60 and 62, it is joined using a longitudinal strip of Kapton adhesive tape or the like, applied along joint 110.

Трубка имеет проводящий слой 112, который может быть получен, например, путем обертывания (ее) листом алюминиевой фольги, имеющей толщину порядка 0,13 мм (0,005 дюйма). Слой 112 фольги предпочтительно заканчивается примерно за 10 сантиметров от заднего конца 104 трубки, чтобы предотвратить непосредственное образование электрической дуги между электродом и проводящим слоем, минуя зону 114 изолирующего слоя, открытого для воздействия. Чтобы предотвратить образование электрической дуги от края до электрода, край слоя 112 фольги дополнительно заизолирован путем наматывания клеящей полоски 116 изоляции Kapton или т. п. вокруг окружной поверхности трубки поверх края фольги. Хотя для ясности это и не показано на фигуре, следует понимать, что проводящая фольга имеет такую длину, что она проходит за край разгрузочного конца, и ее участок (отрезок), проходящий за край разгрузочного конца, может служить в качестве створки (заслонки), подлежащей обертыванию вокруг разгрузочного конца и вводу в контакт с материалом взрывателя на внутренней поверхности трубки. Альтернативно, вокруг верхнего края трубки накладывают отдельный кусок медной ленты, соединяющий внутренний слой взрывателя с наружным проводящим слоем. The tube has a conductive layer 112, which can be obtained, for example, by wrapping (her) a sheet of aluminum foil having a thickness of the order of 0.13 mm (0.005 inches). The foil layer 112 preferably ends about 10 centimeters from the rear end 104 of the tube to prevent direct arcing between the electrode and the conductive layer, bypassing the area 114 of the insulating layer open for exposure. To prevent the formation of an electric arc from edge to electrode, the edge of the foil layer 112 is further insulated by winding Kapton insulation strip 116 or the like around the circumferential surface of the tube over the edge of the foil. Although this is not shown in the figure for clarity, it should be understood that the conductive foil is so long that it extends beyond the edge of the discharge end, and its portion (segment) extending beyond the edge of the discharge end can serve as a sash (shutter). to be wrapped around the discharge end and brought into contact with the material of the fuse on the inner surface of the tube. Alternatively, a separate piece of copper tape is applied around the upper edge of the tube connecting the inner layer of the fuse with the outer conductive layer.

В соответствии с еще одним вариантом исполнения настоящего изобретения, множество трубок, таких, как показанная на фиг. 4, могут быть соединены вместе в пучок в корпусе, и для них может быть предусмотрен один электрод высокого напряжения; такая конструкция используется для широкоствольных орудий. Предпочтительно плотно упаковать такое множество (трубок) в корпус, и с этой целью трубкам может быть придана такая форма, чтобы они плотно и по существу полностью заполняли все пространство цилиндрического корпуса. According to another embodiment of the present invention, a plurality of tubes, such as those shown in FIG. 4, can be connected together in a bundle in the housing, and one high voltage electrode may be provided for them; this design is used for wide-barreled guns. It is preferable to pack so many (tubes) tightly into the body, and for this purpose, the tubes can be shaped so that they densely and substantially completely fill the entire space of the cylindrical body.

Фиг. 5 представляет собой вид с торца, показывающий одну схему плотной упаковки трубок в корпус, при которой по существу не остается никакого открытого пространства между трубками. Корпус 150 содержит сорок девять трубок, из которых сорока восьми трубкам придана такая форма, что они имеют поперечные сечения в виде трапеции, а одна трубка 152 имеет цилиндрическую форму. Несмотря на то, что формы трубок не обязательно должны быть идентичными, желательно поддерживать осевую симметрию при размещении трубок в корпусе. Для снаряда диаметром 132 мм слой изоляции Kapton с протравленным медным слоем, как описано выше, может сначала быть обернут вокруг цилиндрической оправки диаметром 0,75 дюйма (19,05 мм) и может иметь три полоски 108 взрывателя. Затем цилиндрическим трубкам может быть придана трапециевидная или другая форма поперечного сечения путем надевания их на оправки соответствующей формы. FIG. 5 is an end view showing one diagram of a tightly packed tube into a housing in which essentially no open space is left between the tubes. The housing 150 contains forty-nine tubes, of which forty-eight tubes are shaped so that they have cross-sections in the form of a trapezoid, and one tube 152 has a cylindrical shape. Although the shapes of the tubes need not be identical, it is desirable to maintain axial symmetry when placing the tubes in the housing. For a projectile with a diameter of 132 mm, the Kapton etched copper layer as described above may first be wrapped around a 0.75 in. (19.05 mm) diameter cylindrical mandrel and may have three fuse strips 108. Then the cylindrical tubes can be given a trapezoidal or other cross-sectional shape by putting them on mandrels of the corresponding shape.

На фиг. 6 показано частичное сечение патрона 200 с множеством трубок, в котором объединенные в пучок трубки 202 показаны не в сечении, а корпус 204, электрод 206 высокого напряжения и другие компоненты показаны в сечении. Патрон 200 имеет задний конец 208 и разгрузочный конец 210. Корпус 204 выполнен металлическим, чтобы обеспечить конструктивную опору и чтобы обеспечить электрический контакт с "землей" (заземление) для проводящих поверхностей трубок 202. Сжатие и небольшая деформация пучка трубок 202 при вставке их в корпус 204 обеспечивают хорошее соединение с "землей", поскольку они прижаты к металлическому охватывающему корпусу 204. Такая степень деформирования, как видимая на фигуре на участке 212 патрона, обеспечивает данное соединение, при этом не оказывая заметного ухудшающего воздействия на работу патрона. In FIG. 6 shows a partial cross-section of a multiple-tube cartridge 200, in which bundled tubes 202 are shown not in cross-section but in housing 204, high voltage electrode 206, and other components are shown in cross-section. The cartridge 200 has a rear end 208 and a discharge end 210. The housing 204 is made of metal to provide structural support and to provide electrical ground contact (grounding) for the conductive surfaces of the tubes 202. Compression and slight deformation of the tube bundle 202 when inserted into the housing 204 provide a good connection to the ground, as they are pressed against the metal enclosing body 204. Such a degree of deformation as visible in the figure on the cartridge portion 212 provides this connection, without noticeably worsen the impact on the operation of the cartridge.

Конусообразный, имеющий форму колпачка изолятор 214, предпочтительно изготовленный из поликарбоната марки Lexan, поставляемого фирмой General Electric Co. , или из высокомодульного полиуретана, изолирует электрод 206 высокого напряжения от заземленного охватывающего корпуса 204, а также проходит на требуемую длину электрического пробоя за местоположение задних концов трубок 202. Форма изолятора 214 позволяет получить герметичное уплотнение относительно находящихся под высоким давлением газов у стыка с внутренней стороной патрона, а также с наружным краем электрода. Cone-shaped cap-shaped insulator 214, preferably made of Lexan grade polycarbonate, available from General Electric Co. , or from high-modulus polyurethane, isolates the high-voltage electrode 206 from the grounded enclosing body 204, and also extends to the required length of electrical breakdown for the location of the rear ends of the tubes 202. The shape of the insulator 214 allows a tight seal against high-pressure gases at the junction with the cartridge, as well as with the outer edge of the electrode.

Патрон 200 может быть изготовлен следующим образом: сначала трубкам 202, которые образуют пучок, придают форму на оправках в соответствии с их конфигурацией, показанной на фиг. 5. Затем трубки объединяют вместе в пучок, и задние концы соединенных в пучок трубок погружают в ванну расплавленного припоя, содержащегося внутри чашеобразного медного электрода 206. После того как припой охладится, изолирующий колпачок 214 наклеивают на электрод у заднего конца пучка, и узел вставляют в 5-дюймовый (имеющий диаметр 127 мм) корпус 204 гильзы для орудия, сжимая трубки и изолирующий колпачок у заднего конца патрона для образования вышеупомянутого герметичного уплотнения. 5-дюймовую гильзу орудия модифицируют путем фрезерования для получения съемной задней опорной пластины, которая может быть ввинчена обратно на место. Для дополнительной герметизации патрона могут быть использованы клеящие вещества, как известно в данной области. Затем заднюю стальную опорную пластину ввинчивают в задний конец корпуса над изолирующим колпачком и электродом. Метательное взрывчатое вещество добавляют в трубки до желательного уровня со стороны разгрузочного конца. Метательное взрывчатое вещество, как правило, представляет собой смесь 50% воды, 50% алюминиевого порошка, имеющего средний диаметр частиц порядка 3 микрон, и небольшого количества гелеобразующего агента. Размер и форму частиц алюминиевого порошка можно изменять для регулирования скорости горения; в частности, можно использовать алюминиевые чешуйки (пластинки) толщиной менее 1 микрона. Кроме того, в суспензию может быть добавлен нитрат аммония, чтобы существенно снизить пороговую температуру воспламенения. И в завершение, патрон герметизируют со стороны переднего конца путем штамповки и установки (крепления) тонкого алюминиевого колпачка 216 на месте с помощью уплотняющего состава. The cartridge 200 can be made as follows: first, the tubes 202 that form the bundle are shaped on the mandrels in accordance with their configuration shown in FIG. 5. Then the tubes are combined together into a bundle, and the rear ends of the bundled tubes are immersed in a bath of molten solder contained within a cup-shaped copper electrode 206. After the solder has cooled, the insulating cap 214 is glued to the electrode at the rear end of the bundle, and the assembly is inserted into A 5-inch (having a diameter of 127 mm) tool sleeve case 204, compressing tubes and an insulating cap at the rear end of the cartridge to form the aforementioned airtight seal. The 5-inch gun sleeve is modified by milling to produce a removable back support plate that can be screwed back into place. For additional sealing of the cartridge, adhesives can be used, as is known in the art. Then, the rear steel support plate is screwed into the rear end of the housing over the insulating cap and electrode. Throwing explosive is added to the tubes to the desired level from the discharge end. A propellant explosive is typically a mixture of 50% water, 50% aluminum powder having an average particle diameter of about 3 microns, and a small amount of gelling agent. The size and shape of the particles of aluminum powder can be changed to control the burning rate; in particular, aluminum flakes (plates) with a thickness of less than 1 micron can be used. In addition, ammonium nitrate can be added to the suspension to substantially reduce the threshold flash point. And finally, the cartridge is sealed from the front end by stamping and mounting (mounting) a thin aluminum cap 216 in place using a sealing compound.

Электрическую энергию и ток высокого напряжения подают к электроду через элементы, аналогичные отверстию под боек ударника, какое можно обнаружить в обычном орудии. Источник электрической энергии может представлять собой индуктор, конденсаторную батарею, униполярный генератор, магнитогидродинамический источник энергии, приводимый в действие взрывчатыми веществами, или устройство сжатия вращающегося потока. Electric energy and a high-voltage current are supplied to the electrode through elements similar to the hole for the firing pin, which can be found in a conventional gun. The electric energy source may be an inductor, a capacitor bank, a unipolar generator, a magneto-hydrodynamic energy source driven by explosives, or a rotary flow compression device.

Предпочтительно используют конденсаторную батарею, способную подавать импульс тока продолжительностью около 5 миллисекунд при достижении максимального тока в диапазоне от 120000 до 500000 A. It is preferable to use a capacitor bank capable of delivering a current pulse of about 5 milliseconds duration when reaching a maximum current in the range of 120,000 to 500,000 A.

Несмотря на то, что раскрытое в данном материале изобретение описано на базе определенных вариантов осуществления и их применения, специалистами в данной области могут быть выполнены многочисленные модификации и варианты изобретения, не отходя от объема изобретения, определенного в формуле изобретения. Despite the fact that the invention disclosed in this material is described on the basis of certain embodiments and their application, numerous modifications and variations of the invention can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the invention defined in the claims.

Claims

1. An electrothermal chemical cartridge containing a tube having a discharge end and a rear end, a tubular-shaped insulating layer having an inner and outer surface, a high voltage electrode, a propellant explosive, which essentially fills the tube volume, characterized in that that it is equipped with a conductive layer located on the outer surface of the insulating layer, a fuse in the form of a layer of the corresponding conductive material located on the inner surface of the insulating It flows from the discharge end to the rear end of the tube with the possibility of heating it to a threshold temperature when a current of sufficient density is supplied to it, while the cross-sectional area of the fuse decreases in the direction from the rear end to the discharge end of the tube, and the high voltage electrode is in electrical contact with a fuse layer at the rear end of the tube.

2. The cartridge according to claim 1, characterized in that the insulating layer is made thin enough so that upon ignition of a propellant explosive in this section, the insulating layer is destroyed in the immediate vicinity of the ignition zone and no longer insulates the conductive layer from the spent fuse section.

3. The cartridge according to claim 2, characterized in that the conductive layer is located from the discharge end to a place sufficiently far from the rear end in order to prevent the formation of an electric arc between the high voltage electrode and the conductive layer.

4. The cartridge according to claim 3, characterized in that it is equipped with an insulating casing covering the edge of the conductive layer in the area closest to the rear end of the tube.

5. The cartridge according to claim 4, characterized in that it is equipped with an insulating support covering the high voltage electrode and part of the insulating layer.

6. A cartridge according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the fuse layer is a plurality of strips extending from the rear end to the discharge end, wherein the width of each of the stripes decreases in the direction of the discharge end.

7. The cartridge according to claim 6, characterized in that the fuse layer contains copper.

8. The cartridge according to any one of paragraphs.1 to 7, characterized in that the propellant explosive contains particles of aluminum suspended in water by means of a gelling agent.

9. A cartridge according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the propellant explosive contains aluminum particles and ammonium nitrate suspended in water by means of a gelling agent.

10. A composite cartridge comprising an outer casing having a discharge end and a rear end and one high voltage electrode, characterized in that it comprises a plurality of electrothermal chemical cartridges according to any one of claims 1 to 9, connected together in a bundle inside the outer casing, each of which includes an insulating layer of a tubular shape, a fuse layer and a propellant explosive, which essentially fills the volume of the tube, and the high voltage electrode is in electrical contact with all layers of the blast To the rear end.

11. The cartridge of claim 10, characterized in that the conductive layers are in electrical contact with each other.

12. The cartridge according to claim 11, characterized in that the propellant explosive contains aluminum particles suspended in water by means of a gelling agent.

13. The cartridge according to claim 11, characterized in that the propellant explosive contains aluminum particles and ammonium nitrate suspended in water by means of a gelling agent.

14. The cartridge according to claim 11, characterized in that it is equipped with an insulating support, basically covering a single high voltage electrode to prevent electrical contact between the electrode and the outer casing.

15. A method of manufacturing an electrothermal chemical cartridge, comprising the steps of manufacturing a tube of insulating material having an inner and outer surface, filling the tube with a propellant and installing a high voltage electrode, characterized in that said tube is made by folding a sheet blank, which is a sheet insulation, laminated on its inner surface with many parallel conductive metal strips of the fuse, tapering in its its width, and a substantial part of the length of the outer surface of the sheet stock is coated with a conductive material and a high voltage electrode is attached to the wide ends of the fuse strips.

16. The method according to clause 15, wherein said plurality of fuse strips provide for etching a layer of copper, which is laminated on the inner surface of the specified insulation sheet.

17. The method according to p. 15 or 16, characterized in that the insulating material is applied to the end part of the specified conductive material closest to the specified high voltage electrode.

18. The method according to any one of paragraphs.15 to 17, characterized in that the tubes are filled with a propellant explosive containing aluminum particles suspended in water by means of a gelling agent.

19. The method according to any one of paragraphs.15 to 17, characterized in that the tube is filled with a propellant explosive containing particles of aluminum and ammonium nitrate suspended in water by means of a gelling agent.

20. The method according to any one of paragraphs.15 to 19, characterized in that a plurality of these tubes are connected together in a bundle in the outer casing.

21. The method according to claim 20, characterized in that said tubes are shaped to substantially fill the entire body volume with them.