SE506234C2

SE506234C2 - Missile containing liquid propellant

Info

Publication number: SE506234C2
Application number: SE9503424A
Authority: SE
Inventors: Yngve Nilsson; Sten Andreasson; Sven-Erik Flygar; Rene Renstroem; Erik Wall; Peter Wimmerstroem
Original assignee: Foersvarets Forskningsanstalt
Priority date: 1995-10-03
Filing date: 1995-10-03
Publication date: 1997-11-24
Also published as: SE9503424L

Abstract

A device (2) for holding a charge in a missile comprises a pressurised cylinder (5) with a base (12), a piston (7) inside the cylinder and liquid propellant (9) between the inside of the piston and the cylinder base. The cylinder base faces outwards and a channel (15) for spraying out propellant passes through it. When the missile is being fired gases force the piston to expel the propellant through spray channels into the ignition region of the gun barrel.

Description

506 234 10 15 20 25 30 35 medför dessa förluster att det där blir en minskning av trycket i förhållande till trycket vid bottnen och därigenom minskad användbar energi som följd. 506 234 10 15 20 25 30 35 these losses mean that there is a reduction of the pressure in relation to the pressure at the bottom and thereby a reduction in usable energy as a result.

Genom att låta den andra drivladdningen följa med projektilen, undviks i huvudsak denna olägenhet. Med denna s k medföljande laddning erhålles fördelen med en slutförbränning av drivgaserna vid bakplanet, vilket ytterligare förbättrar förhållan- dena. Enligt känd teknik används en anordning med en laddning som består av ett fast krut med en något mindre förbränningshastigthet än för vapnets konventionella drivladdning. Anordningen består av en sådan drivladdning inrymd i en hålighet i projektilens bakplan.By letting the second propellant charge accompany the projectile, this inconvenience is essentially avoided. With this so-called accompanying charge, the advantage is obtained with a final combustion of the propellant gases at the rear plane, which further improves the conditions. According to the prior art, a device with a charge consisting of a solid powder with a slightly lower combustion rate is used than for the conventional propellant charge of the weapon. The device consists of such a propellant charge housed in a cavity in the rear plane of the projectile.

Denna anordning har dock vissa nackdelar: - Laddningen bryts lätt sönder av de stora påfrestningarna vid accelerationen.However, this device has some disadvantages: - The charge is easily broken by the large stresses during acceleration.

- Förbränningen kan inte styras. Genom att förbränningshastigheten är större vid högre tryck än vid lägre, erhålls ett bidrag i drivgastrycket som är ogynnsamt med avseende på projektilens väg genom loppet. Bidraget är stort när det konventionellt alstrade trycket är högt i början av skjutförloppet och litet när detta tryck är lågt vid förloppets slut. Bidraget borde i stället vara mer konstant under förloppet.- Combustion can not be controlled. Because the combustion rate is greater at higher pressures than at lower pressures, a contribution is obtained in the propellant gas pressure which is unfavorable with respect to the projectile's path through the barrel. The contribution is large when the conventionally generated pressure is high at the beginning of the firing process and small when this pressure is low at the end of the process. The contribution should instead be more constant during the process.

- De stora förändringarna i förbränningens villkor under förloppet är orsak till att de kända medföljande laddningarna inte förbränns reproducerbart, dvs förbränning av olika laddningar under motsvarande förutsättningar ger tillskottsenergier som awi- ker otillåtligt från varandra.- The large changes in the conditions of the combustion during the process are the reason why the known accompanying charges are not burned reproducibly, ie combustion of different charges under corresponding conditions gives additional energies that deviate impermissibly from each other.

Redogörelse för uppfinningen Tekniskt problem Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en inledningsvis nämnd anordning för medföljande laddning utan de ovannämnda nackdelarna.Disclosure of the invention Technical problem The object of the invention is to provide an initially mentioned device for the accompanying charge without the above-mentioned disadvantages.

Losningen Detta syfte uppnås genom att anordningen givits de kännetecken som framgår av efterföljande patentkrav.The solution This object is achieved by giving the device the features which appear from the following claims.

Enligt uppfinningen föreslås en anordning för medföljande laddning som har ett flytande monodrivmedel. Drivmedlet, t ex flytande krut, förvaras i en bottenförsedd tryckcylinder mellan bottnen och en itryckcylindern inrättad kolv. Under utskjutningen låter man kolven påverkas av krafter varvid dennas insida är anordnad att utöva ett tryck på drivmedlet som därvid pressas ut till 10 15 20 25 30 35 I 506 254 _ förbränningskammaren via åtminstone en kanal anordnad genom väggen hos den bottenförsedda cylindern, företrädesvis dess botten.According to the invention, a device for accompanying charging is proposed which has a liquid mono-propellant. The propellant, eg liquid gunpowder, is stored in a bottom-mounted pressure cylinder between the bottom and a piston arranged in the pressure cylinder. During the firing, the piston is allowed to be actuated by forces, the inside of which is arranged to exert a pressure on the propellant which is thereby pressed out into the combustion chamber via at least one channel arranged through the wall of the bottom-mounted cylinder, preferably its bottom. .

De krafter som används för att driva kolven kan vara av olika slag. De kan vara verkan från trycksatta vätskor eller gaser. Gaserna kan erhålla sitt tryck från en snabb uppvärmning, t ex vid en förbränning. En möjlig sådan drivgas kan komma från vapnets egen ordinarie drivladdning. Denna gas leds t ex genom något slags kanal till ett avgränsat utrymme vid utsidan av kolven. Om tryckcyllndern är utförd med bottnen akterut och kolven således framför det ﬂytande drivmedlet, kan drivkraften vara den tröghetskraft som påverkar kolven vid projektilens acceleration i eldröret. Sistnämnda drivkraft kan användas enbart eller tillsammans med någon eller några av de tidigare nämnda drivkrafterna.The forces used to drive the piston can be of different types. They can be the effect of pressurized liquids or gases. The gases can obtain their pressure from a rapid heating, for example during a combustion. A possible such propellant gas can come from the weapon's own ordinary propellant charge. This gas is led, for example, through some kind of channel to a defined space at the outside of the piston. If the pressure cylinder is made with the bottom aft and the piston thus in front of the surface propellant, the driving force can be the inertial force which affects the piston when the projectile accelerates in the barrel. The latter driving force can be used alone or together with one or some of the previously mentioned driving forces.

Enligt uppfinningen föreslås dessutom att drivgasen erhålles från en speciell drivladdning. Denna placeras i en enhet tillsammans med den medföljande drivladdningen och får avge sina gaser till nämnda avgränsade utrymme vid kolvens utsida. Tändningen av laddningen kan göras på elektrisk väg. Enligt det föredragna utförandet, görs emellertid tändningen medelst från den ordinarie drivladdningen avgivna drivgaser, som är anordnade att ledas till den speciella laddningen genom en kanal i enheten. Dessa drivgaser kan naturligtvis samverka med drivgaserna från den speciella drivladdningen för drivningen av kolven. Men för att trycket i det avgränsade utrymmet skall kunna bestämmas utan hänsyn till gastrycket från den ordinarie drivladdningen. föreslås också att en backventil är inrättad i denna kanal. Backventilen kommer att l drivförloppets inledning släppa in drivgaseri det avgränsade utrymmet för tändning av den speciella laddningen. När trycket från denna laddning överstiger motsvarande från den ordinarie laddningen, stängs kanalen av ventilen. Genom att anpassa den speciella drivladdningens förbränningsegenskaper och enhetens övriga utformning, kan man härigenom få en utsprutning av ﬂytande krut som under olika delar av drivförloppet ger en önskad storlek på tillskottet av projektilens drivgastryck.According to the invention, it is further proposed that the propellant gas be obtained from a special propellant charge. This is placed in a unit together with the supplied propellant charge and is allowed to deliver its gases to said delimited space at the outside of the piston. The ignition of the charge can be done electrically. According to the preferred embodiment, however, the ignition is made by means of propellants emitted from the ordinary propellant charge, which are arranged to be led to the special charge through a channel in the unit. These propellants can of course cooperate with the propellants from the special propellant charge for propelling the piston. But in order for the pressure in the delimited space to be determined without regard to the gas pressure from the ordinary propellant charge. it is also proposed that a non-return valve be set up in this channel. At the beginning of the drive process, the non-return valve will let the drive gas into the delimited space for igniting the special charge. When the pressure from this charge exceeds the corresponding from the ordinary charge, the duct is closed by the valve. By adapting the combustion properties of the special propellant charge and the other design of the unit, it is possible to obtain a spray of ﬂ surface gunpowder which during different parts of the propulsion process gives a desired size of the addition of the projectile's propellant gas pressure.

Alternativt kan ett bidrivmedel användas. Dess komponenter förvaras då i åtminstone två kamrar som kan vara parallellt ställda tryckcylindrar, var och en med en egen kolv. Vid utpressningen är anordningen utförd att förena dessa komponenter i utsprutningskanaler eller i eldrörets förbränningskammare. Kolvarnas drivmedel kan ﬁnnas i ett förbränningsrum i anordningen som innefattar utrymmen på kolvarnas framsidor. 506 234 10 15 20 25 30 35 - Den medföljande laddningens förbränningsförlopp kan styras genom att man medelst styrning av kraften på kolven anpassar utmatningshastigheten av det flytande drivmedlet. Genom att detta förbränns i huvudsak omedelbart efter att ha kommit ut i förbränningskammaren, kan tillskottet av drivgasverksamt bestämmas i förloppet.Alternatively, an auxiliary fuel can be used. Its components are then stored in at least two chambers which can be parallel pressure cylinders, each with its own piston. During the squeezing out, the device is designed to join these components in ejection channels or in the combustion chamber of the barrel. The propellant of the pistons can be found in a combustion chamber in the device which comprises spaces on the fronts of the pistons. 506 234 10 15 20 25 30 35 - The combustion process of the accompanying charge can be controlled by adjusting the discharge speed of the liquid propellant by controlling the force on the piston. Because this is burned substantially immediately after entering the combustion chamber, the addition of propellant can be determined in the process.

- Ett ﬂytande bränsle påverkas inte av accelerationskrafter på samma sätt som ett fast bränsle. Det fasta bränslet bryts ofta sönder med förändrad utformning och därmed förbränningsegenskaper som följd.- A surface fuel is not affected by acceleration forces in the same way as a solid fuel. The solid fuel is often broken down with a change in design and thus combustion properties as a result.

- Medelst uppfinningens anordning kan den under förloppet maximala accelerationen hållas mycket mindre än vid kända vapen med samma eller sämre prestanda. Härigenom utsätts projektilen för mindre masskrafter vid utskjutningen och kan innehålla känsligare utrustning.By means of the device of the invention, the maximum acceleration during the process can be kept much smaller than in the case of known weapons with the same or inferior performance. This exposes the projectile to smaller mass forces during launch and may contain more sensitive equipment.

F igurbeskrivning Ett föredraget utförande skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ﬁgur. vilken visar i ett längdsnitt den aktre delen av uppﬁnningens projektil med en medföljande laddning.Description of the figures A preferred embodiment will be described in more detail with reference to the accompanying figures. which shows in a longitudinal section the aft part of the projectile of the invention with an accompanying charge.

Foredraget utförande I figuren visas den aktre delen av en projektil 1 försedd med en enhet 2 för en medföljande laddning. Enheten kan vara anordnad att separeras från projektilens stridsdel strax efter utträdet från eldröret eller att som i detta utförande vara integrerad i projektilen och således följa med i ﬂygbanan. Nämnda enhet 2 .som är en förlängning akterut av projektilens stridsdel 3 som avslutas med en tvärställd plan yta 4, innefattar följande huvuddelar: en med botten försedd tryckcylinder 5, ett inre rör 6, en kolv 7. en backventil 8 samt två drivladdningar, dels den medföljande laddningen i form av ett flytande drivmedel 9, dels ett drivmedel 10 för kolven, som också kan vara flytande men som i detta utförande av uppfinningen har valts att vara fast.Preferred embodiment The figure shows the aft part of a projectile 1 provided with a unit 2 for an accompanying charge. The unit can be arranged to be separated from the combat part of the projectile shortly after the exit from the barrel or, as in this embodiment, to be integrated in the projectile and thus follow the trajectory. Said unit 2, which is an extension aft of the projectile's combat part 3 which terminates with a transversely flat surface 4, comprises the following main parts: a bottom pressure cylinder 5, an inner tube 6, a piston 7. a non-return valve 8 and two propellant charges, partly the accompanying charge in the form of a liquid propellant 9, as well as a propellant 10 for the piston, which may also be liquid but which in this embodiment of the invention has been chosen to be solid.

Den med botten försedda tryckcylindern 5 består av en mantel 11 och en bakplatta 12, smidda eller gjutna i ett stycke av ett högvärdigt stål. Den är fästad i projektilens stridsdel medelst en i mantelns främre rörformiga ände utformad invändig gänga 13. Manteln 11 har en ytterdiameter som motsvarar den hos bakändan av projektilens stridsdel och en väggtjocklek som är anpassad för att motstå trycket 10 15 20 25 30 35 506 254 _ från kolvens drivgaser. Manteln 11, vars inneryta är slipad eller på annat sätt finbearbetad, är förenad med den kraftigt dimensionerade cirkulära bakplattan 12 i dennas periferi. l bakplattan ﬁnns ett flertal genomgående borrade hål vars axlar är parallella med varandra. Av dessa har ett centralt hål 14 en diameter motsvarande ytterdiametern hos det inre röret 6. Omkring detta hål är utsprutningskanaler 15 för det ﬂytande drivmedlet placerade med axlarna i en inre och en yttre ring, koncentriska med bakplattans axel. Utsprutningskanalema är avslutade akterut med koniska utvidgningar 16.The bottom-mounted pressure cylinder 5 consists of a jacket 11 and a baking plate 12, forged or cast in one piece of a high-quality steel. It is attached to the combat part of the projectile by means of an internal thread 13 formed in the front tubular end of the jacket. The jacket 11 has an outer diameter corresponding to that of the rear end of the projectile combat part and a wall thickness which is adapted to withstand the pressure. from the propellant gases of the piston. The jacket 11, the inner surface of which is ground or otherwise finely machined, is joined to the strongly dimensioned circular back plate 12 in its periphery. The back plate has a plurality of through-drilled holes whose axes are parallel to each other. Of these, a central hole 14 has a diameter corresponding to the outer diameter of the inner tube 6. Around this hole, ejection channels 15 for the surface propellant are placed with the shafts of an inner and an outer ring, concentric with the axis of the back plate. The ejection channels are terminated aft with conical extensions 16.

Det inre röret 6 är fästat medelst svetsning i bakplattans centrala hål 14 och sträcker sig från stridsdelens plana yta 4, mot vilken rörets främre tvärt avskurna ände är i anliggning, till bakplattans bakåtvända yta som utgör projektilens bakplan.The inner tube 6 is fixed by welding in the central hole 14 of the backplate and extends from the flat surface 4 of the combat part, against which the front sharply cut end of the tube abuts, to the rearwardly facing surface of the backplate which forms the backplane of the projectile.

Röret har en slipad ytteryta 17 och en genomgående kanal 18 med en innerdiameter som är tillräcklig för att leda nödvändigt ﬂöde ordinarie drivgas till kolvens drivmedel 10 för dennas riktiga tändning. l röret år backventilen 8 inrymd.The tube has a ground outer surface 17 and a continuous channel 18 with an inner diameter sufficient to direct the necessary ﬂ regular propellant gas to the piston propellant 10 for its proper ignition. The non-return valve 8 is housed in the pipe.

Kolven 7 är utformad som en skål med sitt hålrum 19 framåtvänt. Den är utförd att löpa med tätande glidpassning dels med sin periferi 20 i den slipade mantelns inneryta, dels med ett centralt borrat hål 21 på det slipade inre röret 6.The piston 7 is designed as a bowl with its cavity 19 facing forward. It is designed to run with a sealing sliding fit partly with its periphery 20 in the inner surface of the ground jacket, and partly with a centrally drilled hole 21 on the ground inner tube 6.

Tätningsegenskaperna kan förbättras genom att t ex O-ringar är införda i svarvade spåri kolvens periferi 20 resp i det centralt borrade hålet 21. l utgångsläget är kolven belägen så långt fram som möjligt med skålkanten ianliggning med stridsdelens plana yta.The sealing properties can be improved by, for example, O-rings being inserted in turned grooves in the periphery 20 of the piston or in the centrally drilled hole 21. In the initial position, the piston is located as far forward as possible with the cup edge abutting the flat surface of the combat part.

Backventilen innefattar en svarvad ventilkägla 22 och en fjäder 23. Ventilkäglan är utformad att samverka med en till ett säte 24 utförd ringformad plan eller konisk botten av en framifrån gjord ursvanming i det inre röret 6. Fjädem 23, som har en diameter understigande ursvarvningens, är med inspänning införd mellan käglan och stridsdelens plana yta 4. Ett antal genomsläppshål 25 är borrade i det inre röret för förbindelse mellan det utsvarvade utrymmet framför käglan och kolvens hålrum 19.The non-return valve comprises a turned valve cone 22 and a spring 23. The valve cone is designed to co-operate with an annular plane or conical bottom formed of a seat 24 in a frontal indentation in the inner tube 6. The spring 23, which has a diameter below that of the turn, is with clamping inserted between the cone and the flat surface 4 of the combat part. A number of passage holes 25 are drilled in the inner tube for connection between the turned-out space in front of the cone and the cavity 19 of the piston.

För den medföljande laddningen 9 har man valt ett monodrivmedel såsom ett ﬂylande krut bestående av en blandning av olika ammoniumnitrat och vatten. Hela utrymmet i cylindem runt det inre röret fram till kolven 7 är fyllt med detta krut. Även utsprutningskanalerna 15 är fyllda till igenslutande proppar 26 vilka är gjorda av ett brännbart material och inslagna bakifrån i dessa kanaler. 506 234 10 15 20 Drivmedlet 10 för kolven utgörs av en ringformad laddning av ett kompositkrut placerat i kolvens hålrum 19. Laddningen har en bakre ringformad yta som är utförd att fästas i kolvrummets botten med ett lim. Ett antal radiella skåror 27 är gjorda framifrån med sådan storlek att den önskade brinnytan erhålls.For the accompanying charge 9, a mono-propellant such as a quenching powder consisting of a mixture of different ammonium nitrate and water has been chosen. The entire space in the cylinder around the inner tube up to the piston 7 is filled with this powder. The ejection channels 15 are also filled into enclosing plugs 26 which are made of a combustible material and wrapped from behind in these channels. The propellant 10 for the piston consists of an annular charge of a composite powder placed in the cavity 19 of the piston. The charge has a rear annular surface which is designed to be attached to the bottom of the piston space with an adhesive. A number of radial grooves 27 are made from the front with such a size that the desired burning surface is obtained.

Anordningens funktion Projektilen med den integrerade anordningen enligt uppfinningen laddas i en kanon exempelvis som ett skott innefattande dessutom en med ordinarie drivmedel fylld hylsa. När skottet går. tränger ordinarie drivgas genom kanalen 18 och backventilen 8 som öppnas av den uppkomna tryckskillnaden. Drivgasen uppvärmer den fria brinnytan hos kolvens drivladdning 10 till antändning, varvid denna bildar egna drivgaser. Snart överstiger trycket i det till ett mellan stridsdelen och kolven utbildat förbränningsrum 28 trycket i eldröret med följd att backventilen 8 sluts. Trycket ökar därvid snabbt i förbränningsrummet, van/id kolven utövar ett stigande tryck på det flytande drivmedlet som pressar på propparna 26 så att dessa trycks ut från utsprutningskanalema varefter utsprutningen av drivmedel börjar. Kolvens drivladdning, kolvens masströghet och friktion, kanalernas motstånd för drivmedelsflödet m m är inrättade så att den fortsatta utsprutningen kommer att åstadkommas i rätt mängd under förloppet och avlutas strax innan projektilen lämnar mynningen.Function of the device The projectile with the integrated device according to the invention is loaded in a cannon, for example as a shot, further comprising a sleeve filled with ordinary fuel. When the shot goes. ordinary propellant gas penetrates through the channel 18 and the non-return valve 8 which is opened by the pressure difference which has arisen. The propellant gas heats the free burning surface of the propellant propellant charge 10 to ignite, forming its own propellants. Soon the pressure in the combustion chamber 28 formed between the combat part and the piston exceeds the pressure in the barrel, with the result that the non-return valve 8 closes. The pressure then increases rapidly in the combustion chamber, the van / id piston exerts an increasing pressure on the liquid propellant which presses on the plugs 26 so that these are pushed out of the ejection channels after which the ejection of propellant begins. The piston's propellant charge, the piston's mass inertia and friction, the channels' resistance to the fuel flow, etc. are arranged so that the continued ejection will be effected in the right amount during the process and terminated just before the projectile leaves the muzzle.

Claims

10 15 20 25 30 35 506 234 - Patent claim

Device (2) for accompanying loading of a projectile, the device comprising a pressure cylinder (5) provided with the bottom (12), a piston (7) arranged in a pressure cylinder and one of the cylinder space between the bottom and the inside of the piston containing ﬂ surface propellant (9) characterized in that the cylinder is placed with the bottom directed aft, that the bottom comprises a continuous ejection channel (15) for the propellant and that the piston is drivable by propellants for propulsion of the propellant through the ejection channel into the firing chamber of the projectile during the projectile ejection.

Device according to claim 1, characterized in that the propellants are constituted by gases from the ordinary propellant charge of the weapon and that the device is arranged to lead these gases to a delimited space whose confinement surface comprises the outside of said piston (7).

Device according to claim 1, characterized in that the propellants are constituted by gases from a special propellant charge (10) which emit their gases to a delimited space (28), the limiting surface of which comprises the outside of said piston (7).

Device according to claim 1, characterized in that the device is arranged so that gases from the weapon's ordinary propellant charge are led to a delimited space (28) whose limiting surface comprises the outside of said piston (7) and so that these gases drive the piston (7) in interaction with propellants from a special propellant charge (10), which emits its gases to the confined space (28).

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the special propellant charge (10) is located in the delimited space (28).

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a channel (18) arranged between the aft-facing surface of the bottom and the delimited space (28).

7. Device according to claim 6, characterized in that a non-return valve (8) located in the channel (18) can be opened in the direction of the delimited space. V

Device according to claims 4, 5, 6 and 7. characterized in that the channel comprises the inside of a pipe (6) and that the piston has a through hole (21) in which it is slidably displaceable on the pipe.