DE69629193T2

DE69629193T2 - Druckbehalter fur leichtes gas

Info

Publication number: DE69629193T2
Application number: DE69629193T
Authority: DE
Inventors: A. Derek TIDMAN
Original assignee: General Dynamics Armament Systems Inc
Current assignee: General Dynamics OTS Inc
Priority date: 1995-02-02
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: IL117000A; WO1996024022A1; EP0830561A4; US5703322A; EP0830561B1; EA199700129A1; EA000475B1; EP0830561A1; IL117000A0; JPH10513542A; DE69629193D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Patronen zum Antreiben von Projektilen und insbesondere eine Patrone, die sowohl ein festes Treibmittel als auch ein leichtes, entzündbares Hochdruckfluid oder leichte Hochdruckfluide umfasst, die beim Mischen entzündbar werden.
Stand der Technik
Es ist wünschenswert, Projektile mit Hilfe von Gasen, die eine geringe oder mittlere relative Molekülmasse aufweisen, auf eine hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, so dass die relative Molekülmasse des Treibgases nicht mehr als etwa 18 beträgt; Gase mit geringer und mittlerer relativer Molekülmasse weisen jeweils eine maximale relative Molekülmasse von etwa 12 und 18 auf, und Gase mit einer relativen Molekülmasse von weniger als etwa 12 werden häufig als Leichtgase bezeichnet. Typischerweise umfasst das Leichtgas einen bedeutenden prozentualen Anteil an Wasserstoff und/oder Helium, wobei Letzteres bevorzugt wird, da es eine geringe Flüchtigkeit aufweist und inert ist. Die U.S.-Patente 4,974,487 und 5,012,719 offenbaren die Verwendung und/oder Erzeugung von Leichtgasen, um Projektile auf eine hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, indem Patronen bereitgestellt werden, die chemische Komponenten umfassen, die zur Erzeugung von freiem Wasserstoff eine exotherme Reaktion erfordern. Typischerweise erforderte dieser Lösungsweg des Stands der Technik eine wesentliche Menge an elektrischer Energie, und zwar in Quantitäten, die in transportfähiger Militärausrüstung, wie beispielsweise Panzern und anderen motorisierten Fahrzeugen, nicht leicht zu erreichen sind.
Ein anderer Lösungsweg zur Bereitstellung eines Leichtgases zur Beschleunigung eines Projektils auf hohe Geschwindigkeit umfasst die Zufuhr von Hochdruckgas aus einer Druckquelle, die sich extern von einem Geschütz befindet, zu einer Kammer an einem Verschluss des Geschützes. Dieser Lösungsweg ist aufgrund der Notwendigkeit, ein großes Volumen eines Hochdruckgases auf einem Militärfahrzeug zu befördern, in vielen Schlachtfeldsituationen ebenfalls nicht durchführbar. Eine spezifische Vorrichtung des Stands der Technik, die externe Hochdruckquellen verwendet, wird von M. E. Lord in einem Aufsatz mit dem Titel „Performance of a 40 mm Combustion-Heated Light Gas Gun Launcher", AEDC-TN-60 176, Oktober 1960 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung werden einer Reaktionskammer am Geschützverschluss Wasserstoff und eine Mischung aus Hochdruckhelium und Sauerstoff aus externen Quellen zugeführt. Die Konstituenten werden eine kurze Zeit lang in der Kammer unter Hochdruck gehalten, bis der Gasdruck durch Zündung vergrößert wird, wodurch eine Membran durchbrochen wird, was zu einer Freigabe des Hochdruckgases gegen die Basis eines Projektils führt, das daraufhin entlang eines Geschützlaufs beschleunigt wird. Es ist mein Verständnis, dass unzuverlässige Ergebnisse auftreten, wenn dieses Verfahren auf große Geschütze übertragen wird, die in der Lage sind, 120 mm-Projektile zu handhaben.
Noch ein anderer Lösungsweg zur Beschleunigung eines Projektils ist im britischen Patent Nr. 1,273,208 offenbart. Die offenbarte ballistische Baugruppe umfasst ein Gehäuse, das zwei Ladungen eines explosiven Materials enthält, die durch eine Vorrichtung, wie beispielsweise einen Kolben, getrennt sind und mit einem Projektil verbunden sind. Die beiden explosiven Ladungen werden getrennt gezündet, um getrennte Druckspitzen in dem Gehäuse zu erzeugen. Diese Zündung der explosiven Ladungen beschleunigt das Projektil.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte Patrone zur Zufuhr eines Leichtgases zu schaffen, um ein Projektil auf eine relativ hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen.
Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Patrone zu schaffen, in der ein Hochdruck-Leichtgas gespeichert ist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte Patrone zu schaffen, die ein gespeichertes Druckleichtgas und ein großes Projektil (z. B. 120 mm) enthält, wobei das Projektil in einem Doppellauf auf relativ hohe Geschwindigkeiten, beispielsweise im Bereich von 2 bis 3 km/sek., beschleunigt werden kann.
Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte, äußerst transportfähige Patrone zu schaffen, die mit mobiler militärischer Feldausrüstung verwendet werden kann und ein relativ großes Projektil umfasst, das durch einen Leichtgasimpuls, der ohne den Bedarf für externe Hochdruckquellen oder elektrische Stromquellen mit hoher Energieabgabe erzeugt wird, auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte Patrone zu schaffen, die ein Druckleichtgas und ein Treibgas umfasst, die beide für eine sichere Verwendung und Handhabung ausgelegt sind.
Eine zusätzliche Aufgabe besteht darin, eine neue und verbesserte Patrone zu schaffen, die eine Mischung von Gasen mit einer niedrigen Energiedichte und einer geringen relativen Molekülmasse umfasst, die auf einem Druck zwischen etwa 34,5–68,9 MPa (5000–10.000 psi) gehalten wird.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine neue und verbesserte Patrone zu schaffen, die Hochdruckgase enthält, die gemischt sind, so dass sie ein Gas mit hoher Energiedichte und geringer relativer Molekülmasse zur Beschleunigung eines Projektils bilden.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Pumpenrohr zu schaffen, das in eine Patrone geladen wird und ein Hochdruckgas umfasst, das als Reaktion auf die Zündung komprimiert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Gehäuse einer Patrone, die ein Projektil trägt, ein abgedichtetes Behältermittel, das gemäß dem Merkmal von Anspruch 1 konfiguriert ist.
Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst das abgedichtete Behältermittel das feste Treibmittel sowie ein Kolbenmittel, das zwischen dem Treibmittel und einem Gas in einem vorderen Abschnitt des abgedichteten Behältermittels angeordnet ist. Wenn das Treibmittel gezündet wird, erzeugt es Gas hinter dem Kolbenmittel, um den Kolben nach vorn zu treiben und dadurch den Druck auf das Gas in dem vorderen Abschnitt des abgedichteten Behältermittels zu vergrößern und zu verursachen, dass ein Hochdruckgas mit hoher Schallgeschwindigkeit, das sich anfänglich in dem abgedichteten Behältermittel befindet, dem Projektil zugeführt wird, und zwar eine beträchtliche Zeit vor einem Gas, das von der Verbrennung des festen Treibmittels zu Gasen mit einer größeren relativen Molekülmasse als die der Leichtbrenngase herrührt. Dadurch ist das Gas mit hoher Schallgeschwindigkeit des abgedichteten Behältermittels, das eine geringe relative Molekülmasse aufweist, das Hauptbeschleunigungsmittel, das auf die Basis des Projektils einwirkt. Die Komponenten mit der größeren relativen Molekülmasse des festen Treibmittels, das in ein gezündetes Gas umgewandelt wird, weisen eine geringere Schallgeschwindigkeit auf als das Gas mit hoher Schallgeschwindigkeit. Das Gas mit niedrigerer Schallgeschwindigkeit folgt dem Gas mit hoher Schallgeschwindigkeit und wirkt als Kolben gegen das Gas mit hoher Schallgeschwindigkeit, um die Beschleunigung des Gases mit hoher Schallgeschwindigkeit und des Projektils auf eine Geschwindigkeit von 2,4 km/sek. oder mehr zu unterstützen.
Bei einer Ausführungsform weist das Gas in der Mischung in dem abgedichteten Behältermittel eine relativ geringe Energiedichte auf, die nicht mehr als etwa 7 Kilojoule/Gramm beträgt. In einem derartigen Fall kann das abgedichtete Behältermittel einen einzelnen abgedichteten Behälter enthalten, der einen einzelnen Kolben umfasst, der vorzugsweise sich in Längsrichtung erstreckende Öffnungen umfasst, so dass sich dasselbe Gas auf beiden Seiten derselben befindet. Um das Zündungsverfahren zu verbessern, umfasst das feste Treibmittel vorzugsweise mehrere Stangen, die von dem Gas in der abgedichteten Kammer umgeben sind und sich in Längsrichtung des Laufs und in Richtung der Gasströmung durch das durchbrochene vordere Wandmittel erstrecken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das abgedichtete Behältermittel viele verschachtelt angeordnete abgedichtete Behälter, von denen einige Helium und ein Oxidationsgas bei Drücken von mindestens mehreren hundert Atmosphären enthalten und andere Treibstoffe bei Drücken, die etwa den Drücken in den Behältern mit Helium und dem Oxidationsmittel entsprechen, enthalten. Die verschachtelt angeordneten abgedichteten Behälter und das Treibmittel sind so positioniert und angeordnet, dass Enden der abgedichteten Behälter, die sich benachbart zum Projektil befinden und in dem vorderen Wandmittel enthalten sind, durchbrochen werden. Als Reaktion auf einen erhöhten Gasdruck, der in den vielen abgedichteten Behältern als Reaktion auf die Zündung des festen Treibmittels an der Rückseite der vielen abgedichteten Behälter erzeugt wird, wird Gas aus den mehreren Behältern hinter dem Projektil gemischt.
Vorzugsweise umfassen die vielen abgedichteten Behälter das Treibmittel sowie einen Kolben der Art, die oben erörtert wurde. Jeder der Kolben ist zwischen dem Treibmittel und dem Gas in einem vorderen Abschnitt des jeweiligen abgedichteten Behälters angeordnet. Das Treibmittel in dem jeweiligen abgedichteten Behälter erzeugt, wenn es gezündet wird, Gas hinter dem Kolben in dem jeweiligen abgedichteten Behälter, um den Kolben in dem jeweiligen abgedichteten Behälter vorwärts zu treiben und den Druck des Gases im vorderen Abschnitt des jeweiligen abgedichteten Behälters zu erhöhen. Das Helium und der Sauerstoff in den abgedichteten Behältern weisen, wenn sie mit dem Helium und dem Treibstoff in benachbarten Behältern gemischt werden, derartige Molenbrüche auf, dass die resultierende Leichtgasmischung eine hohe Energiedichte von etwa 10 Kilojoule/Gramm aufweist. Da sich das Helium und das Oxidationsmittel mit der hohen Energiedichte in Behältern befinden, die von den Behältern für den Treibstoff getrennt sind, können Strukturen mit hoher Energiedichte sicherer bereitgestellt werden.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Gehäuse für eine Patrone, die ein Projektil trägt, ein abgedichtetes Behältermittel, das ein erstes entzündbares Gas bei einem Druck von mindestens mehreren hundert Atmosphären und einen Fluidreaktionspartner enthält, der auf einen Druck von mindestens mehreren Atmosphären abgedichtet ist. Das Gas in dem abgedichteten Behältermittel umfasst mindestens 50 Molenbruchprozent Wasserstoff oder Helium, um zu ermöglichen, dass das Gas, das aus der Zündung in der Patrone herrührt und auf ein Projektil angewendet wird, als ein Leichtgas angesehen werden kann. Das abgedichtete Behältermittel umfasst ebenfalls ein festes Treibmittel. Ein Membranmittel ist zwischen dem Inhalt des abgedichteten Behältermittels und dem Projektil bereitgestellt. Das Treibmittel, das Gas, der Fluidreaktionspartner, das abgedichtete Behältermittel und das Membranmittel werden so positioniert und angeordnet und weisen derartige Konstituenten auf, dass das Gas und der Fluidreaktionspartner als Reaktion auf die Zündung von Konstituenten in dem Behälter gemischt und gezündet werden, um den Druck auf das Membranmittel auf einen ausreichend hohen Wert zu erhöhen, so dass das Membranmittel platzt und eine Gasmischung gebildet wird, die das Gas und den Reaktionspartner gasförmig enthält. Die Gasmischung weist einen Druck auf, der wesentlich höher ist als der Druck der Mischung in dem abgedichteten Behältermittel, und wird auf das Projektil angewendet, um das Projektil in einem Lauf, in dem das Projektil angeordnet ist, zu beschleunigen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind das Gas und der Fluidreaktionspartner jeweils ein erstes und zweites Gas, die beide einen Druck von mindestens einigen hundert Atmosphären aufweisen. Es versteht sich jedoch, dass der Fluidreaktionspartner ebenfalls eine Flüssigkeit mit einem Druck von vielen Atmosphären, jedoch weniger als einhundert Atmosphären, sein kann. Im letzteren Fall muss die Patrone auf relativ niedrigen Temperaturen gehalten werden, z. B. beträchtlich unter 0° C, um den Vorteil von im Wesentlichen Raum- oder Umgebungstemperaturbedingungen für die Patrone zu vermeiden [sic], wenn beide Gase einen Druck von mehr als 100 Atmosphären aufweisen.
Wenn sich beide Gase in denselben abgedichteten Behältern befinden, besteht die Gasmischung im Wesentlichen aus n₁He + n₂O₂ + X, wobei n₂ kleiner ist als n₁ und X ein Treibstoff mit einem Molekularverhältnis ist, das zumindest ausreicht, um den gesamten Sauerstoff zu bewahren. Unter diesen Bedingungen weist die Mischung eine geringe relative Molekülmasse und eine geringe Energiedichte auf. Vorzugsweise wird der Treibstoff X aus der Gruppe ausgewählt, die aus H₂ und CH₄ besteht, die jeweils eine geringe und eine mittlere relative Molekülmasse aufweisen. In einer derartigen Situation werden die mit H₂ verbundenen Sicherheitsaspekte größtenteils umgangen, da das H₂ mit Helium gemischt ist.
Ein dritter Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Pumpenrohr, das in einer Geschützpatrone angeordnet werden soll. Das Pumpenrohr umfasst einen länglichen abgedichteten Behälter mit einem Gas darin, das einen Druck im Bereich zwischen 34,5 – 68,9 MPa (5000–10.000 psi) aufweist. Ein festes Treibmittel befindet sich in einem hinteren Abschnitt des Behälters und ein Kolben befindet sich in einem mittleren Abschnitt des Behälters vor dem festen Treibmittel. Der Kolben ist so angeordnet, dass er als Reaktion auf die Zündung einer Konstituente in dem abgedichteten Behälter in Richtung eines vorderen Endes des Behälters bewegt wird. Die Gase befinden sich auf beiden Seiten des Kolbens. Der Behälter ist so angeordnet, dass das vordere Ende desselben als Reaktion auf die Zündung des Treibmittels durchbrochen wird. Das Gas in dem Behälter ist entweder ein Kohlenwasserstofftreibstoff, vorzugsweise Methan und eventuell Helium, oder ein Oxidationsmittel, vorzugsweise He + εO₂, wobei ε größer als 0 und kleiner als 1 ist. Das Rohr weist vorzugsweise einen Querschnitt mit geraden Seiten auf, so dass mehrere Rohre mit aneinander anliegenden Seiten verschachtelt angeordnet werden können. Durch die verschachtelte Anordnung der Rohre durchbricht das Gas nicht die Seitenwände des Rohrs, sondern durchbricht bei Zündung einer Konstituente in einem bestimmten Rohr die vorderen Wände derselben.
Die oben genannten und noch weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung spezifischer Ausführungsformen derselben ersichtlich, insbesondere im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Seitenaufriss einer ersten Ausführungsform einer Patrone gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Patrone eine Hochdruckmischung mit geringer Energiedichte aus Helium und Sauerstoff und Treibgas in einem einzelnen abgedichten Behälter enthält;
2 ist ein Seitenaufriss einer Patrone gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Patrone mindestens mehrere einzelne verschachtelt angeordnete Behälter umfasst, von denen einige eine Hochdruckgasmischung mit hoher Energiedichte aus Helium und Sauerstoff enthalten und andere einen gasförmigen Hochdrucktreibstoff enthalten;
3 ist eine vergrößerte Ansicht einer abgedichteten Kammer, die in der Ausführungsform aus 2 verwendet wird;
4 ist eine Querschnittsansicht, die durch die Linie 4-4 aus 2 genommen ist; und
5 ist ein Seitenaufriss einer anderen Ausführungsform, wobei Hochdruckgas mit geringer relativer Atommasse in einen ersten abgedichteten Behälter geladen wird und sich eine andere Konstituente eines Gases, das ein Projektil der Patrone beschleunigt, in einem zweiten abgedichteten Behälter befindet.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Es wird nun Bezug auf 1 der Zeichnungen genommen, die einen Seitenaufriss einer Patrone veranschaulicht, die dafür ausgelegt ist, in ein herkömmliches Geschütz, wie beispielsweise ein 120 mm-Panzergeschütz, geladen zu werden. Die Patrone 10 umfasst einen abgedichteten Stahlbehälter 12 hinter dem kegelstumpfförmigen mittleren Abschnitt 14, an dem ein Treibspiegel 16 befestigt ist, der das Projektil 18 trägt. Der abgedichtete Behälter 12 umfasst eine zylindrische und sich leicht verjüngende Seitenwand 20, eine hintere Platte 22 und eine vordere Membran 24. Ein perforierter Kolben 26, der aus einem relativ leichten Kunststoffmaterial hergestellt ist, ist an einer mittleren Stelle zwischen der hinteren Wand 22 und der Membran 24 an der Wand 20 angebracht, so dass die Kammer 12 in ein vorderes Volumen 28 und ein hinteres Volumen 30 unterteilt wird. Das hintere Volumen 30 umfasst zahlreiche längliche Stangen 32 des festen Treibmittels, die sich in Längsrichtung zwischen der hinteren Platte 22 und dem Kolben 26 erstrecken; die Stangen 32 sind aus einem herkömmlichen festen Treibmittelmaterial, wie beispielsweise JA2, einem Geschütztreibmittel mit hoher Energie und geringer relativer Molekülmasse, hergestellt.
Ein entzündbares Gas 34 mit geringer Energiedichte (d. h. nicht mehr als etwa 7 Kilojoules pro Gramm) und einer geringen relativen Molekülmasse (d. h. zwischen 2 und etwa 12), das eine Treibstoffkomponente umfasst (z. B. kann das Gas eine Mischung aus Sauerstoff, Helium und Methangas sein), wird auf einem hohen Druck im Bereich von mindestens etwa 34,5–68,9 MPa (5000–10.000 psi) gehalten. Das Gas 34 wird in einem abgedichteten Behälter 12 gespeichert, der in den ansonsten leeren Abschnitten des vorderen und hinteren Volumens 28 und 30 angeordnet ist. Um das Gas 34 im Behälter 12 zu halten, sind die Wand 20 und die hintere Platte 22 in der Lage, einem Druck von mehr als 68,9 MPa (10.000 psi) standzuhalten, während die Membran 24 einen Durchbruchdruck aufweist, der etwa 27,6 MPa (4000 psi) größer ist als der Druck des Gases in dem abgedichteten Behälter.
Um das Gas 34 mit geringer Energiedichte und geringer relativer Molekülmasse in der Kammer 12 zu zünden, erstreckt sich eine herkömmliche elektrische Zündkapsel 36 durch den Kolben 26 in das Gas 34 im vorderen Volumen 28. Die Zündkapsel 36 wird von einer herkömmlichen elektrischen Stromversorgung mit relativ geringer Energie (nicht gezeigt) versorgt, die in der Lage ist, etwa dieselbe Energie zuzuführen, wie für die Zündung einer Zündkerze erforderlich ist.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die in 2–4 veranschaulicht ist, umfasst die Patrone 40, in der viele abgedichtete Pumpenrohre 44 verschachtelt angeordnet sind, wobei ein Hochdrucktreibgas und eine Mischung aus Helium und Sauerstoffgas aus vielen der Rohre 44 gemischt werden, um ein Gas mit hoher Energiedichte (d. h. zwischen etwa 7 und 12 Kilojoule pro Gramm) und geringer relativer Molekülmasse zu erzeugen, das das Projektil 18 antreibt. Daher weicht die Ausführungsform aus 2 von 1 ab, denn im Gegensatz zu dem das Projektil antreibenden Gas mit geringerer Energiedichte in der Ausführungsform aus 1 weist das das Projektil antreibende Gas aus 2 eine hohe Energiedichte auf.
In der Ausführungsform aus 2 und wie in 3 veranschaulicht, umfasst jedes der Pumpenstahlrohre 44 einen vorderen Bereich 46, einen hinteren Bereich 48 und einen perforierten, leichten Kunststoffkolben 50, der das vordere und das hintere Volumen trennt. Jedes der Rohre 44 umfasst eine zylindrische Wand 52 (an der der Kolben 50 anfänglich befestigt ist), eine hintere Platte 54, eine vordere Wand 56 und ist mit einem Gas geladen, das einen Druck im Bereich zwischen etwa 34,5 – 68,9 MPa (5000–10.000 psi) aufweist und vorzugsweise vor der Zündung auf Umgebungstemperatur gehalten wird. Die vordere Wand 56 weist einen Durchbruchdruck auf, der unter Umgebungsbedingungen und in nicht gezündetem Zustand etwa 15 MPa (einige tausend psi) größer ist als der normale Druck von 34,5-68,9 MPa (5000–10.000 psi) des Gases in dem Pumpenrohr. Zusätzlich befinden sich in jedem der Pumpenrohre 44 mehrere Stangen 58 des festen Treibmittels, die sich zwischen der hinteren Platte 54 des Rohrs und dem Kolben 50 in dem Rohr erstrecken. Jedes der Rohre 44 umfasst ebenfalls einen herkömmlichen elektrischen Zünder oder eine Zündkapsel 60, der bzw. die in den hinteren Bereich 48 vorsteht und über einen geeigneten elektrischen Draht angeschlossen ist, der sich durch den hinteren Bereich 48 und die hintere Platte 54 zu einer herkömmlichen elektrischen Stromversorgung mit relativ geringer Leistung erstreckt.
Das Gas in etwa der Hälfte der Rohre 44, d. h. in den Rohren 44.1, ist ein Leichtgas, das ein Oxidationsmittel, beispielsweise He + εO₂, enthält, wobei ε eine Zahl mit einem Wert ist, der größer als 0 und kleiner als 1 ist. Das Hochdruckgas in den restlichen Rohren 44, d. h. in den Rohren 44.2, ist eine Mischung aus Treibgas, wie beispielsweise Methan (CH₄) oder Wasserstoff mit Helium. Die Pumpenrohre 44.1, die Hochdruckoxidationsgas enthalten, und die Pumpenrohre 44.2, die Hochdrucktreibgas enthalten, sind in abwechselnder Weise verschachtelt angeordnet, so dass sich im Allgemeinen jedes der Pumpenrohre 44.1 benachbart zu einem Pumpenrohr 44.2 befindet, um das Mischen der Gase in den beiden unterschiedlichen Arten von Pumpenrohren in der vorderen Kammer 57 zu verbessern, wo die Mischung durch die Zündkerze 59 oder über ein selbstzündendes Platingitter in der vorderen Kammer elektrisch gezündet wird. Wenn eine Zündkerze 59 verwendet wird, wird sie durch eine Hochspannung synchron zur Aktivierung des Zünders 36 erregt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in 5 veranschaulicht ist, umfasst die Patrone 70 ein Gehäuse 72, das an seinem vorderen Ende einen Treibspiegel 16 und ein Projektil 18 trägt. Fast unmittelbar hinter dem Treibspiegel 16 befindet sich der abgedichtete Behälter 78, der mit einem Hochdruckgas (z. B. etwa 34,5 – 68,9 MPa (5000–10.000 Psi)) gefüllt ist, das auf Umgebungstemperatur, wie beispielsweise 300° K, gehalten wird. Zwischen der vorderen Wand des Behälters 78 und der Basis des Treibspiegels 74 befindet sich eine zerbrechliche Membran 80, die als Rekation auf den Druck an der vorderen Wand des Behälters 78, der den Druck, der normalerweise darin aufrecht erhalten wird, um einen vorherbestimmten Betrag, z. B. etwa 100 MPa (1 Kilobar), übersteigt, durchbrochen wird.
Das Gehäuse 72 umfasst einen zweiten abgedichteten Behälter 82, der als Einspritzpatrone fungiert und hinter dem Behälter 78 angeordnet ist. Der Behälter 82 speichert ein Gas oder eine Flüssigkeit, die auf einem Druck gehalten wird, der dem Druck des Gases in dem Behälter 78 entspricht. Der Behälter 82 umfasst die Düsen 84 am vorderen Ende davon, angrenzend an die hintere Fläche des Behälters 78. Im Behälter 78 sind benachbart zur hinteren Wand des Behälters Stangen 88 des festen Treibmittels angeordnet, die elektrisch an den elektrischen Zünder 90 mit relativ geringer Leistung angeschlossen sind.
Bei einer Ausführungsform ist der Behälter 78 mit einem Hochdruckoxidationsmittel (im Bereich zwischen etwa 34,5 – 68,9 MPa (5000 – 10.000 psi)) gefüllt, vorzugsweise mit einer Mischung aus Helium und Sauerstoff. Der Molenbruch von Sauerstoff zu Helium ist so beschaffen, dass die Mischung im Behälter 78 eine niedrige Energiedichte aufweist, nachdem sie mit Treibstoffstrahlen gemischt wurde, die von dem Behälter 82 in den Behälter 78 strömen. Die chemische Mischung, die sich anfänglich im Behälter 78 befindet, wird durch He + εO₂ dargestellt, wobei ε einen Wert aufweist, der ausreichend klein ist, um eine Gasmischung mit geringer Energiedichte und geringer relativer Molekülmasse zu bilden, die aus der Wechselwirkung der Strahlen aus dem Behälter 82 resultiert und den Treibspiegel 16 und das Projektil 18 beschleunigt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Masse 86 im Behälter 82 ein Kohlenwasserstoff-Treibstoff.
Methan ist der Kohlenwasserstoff-Treibstoff mit der höchsten Leistung für die Masse 86 sowie für den gasförmigen Treibstoff in den Ausführungsformen aus 1 und 2–4, da es eine geringe relative Molekülmasse aufweist und unter Druck als ein Gas bei einer normalen Temperatur im Behälter 82 gespeichert werden kann. Zum Beispiel weist Methan bei einem Druck von 68,9 MPa (10.000 psi) bei einer Temperatur von 300° K 70% seiner Siedepunktflüssigkeitsdichte auf. Es ist ebenfalls möglich, Methan im Behälter 82 in flüssiger Form bei einem verringerten Druck zu speichern. Zum Beispiel könnte Methan in einem gekühlten Dewar-Gefäß bei einer Temperatur von –82,1° C und einem Druck von 4,58 MPa (45,8 bar) gespeichert werden. Es ist eine Konstruktionsentscheidung, ob die Kühlung für Patrone 70 zur Speicherung des Methans bei einem relativ niedrigen Druck ratsam ist, oder ob Methan bei Raumtemperatur mit einem Druck im Bereich zwischen etwa 70,0–140,0 MPa (700 –1400 bar) gespeichert werden soll. Während viele Kohlenwasserstoffe mit einer größeren relativen Molekülmasse als Flüssigkeiten bei normalen Temperaturen verwendet und gespeichert werden können, bieten solche Kohlenwasserstoffe aufgrund der erhöhten Fraktion von Kohlendioxid in den resultierenden Verbrennungsprodukten eine schlechtere Leistung im Vergleich zu Methan.
Gemäß einer weiteren Anordnung der Ausführungsform aus 5 wird, wenn eine sehr hohe Geschwindigkeit erforderlich ist, Wasserstoff oder eine Mischung aus Wasserstoff und Helium bei einem Druck im Bereich von 34,5–68,9 MPa (5000-10.000 psi) in einem Behälter 78 gespeichert. In einer solchen Situation wird Sauerstoffgas im Kanister 82 bei einem Druck im selben Bereich wie der Druck im Behälter 78 gespeichert. In diesem Fall würde heißes Treibgas, das durch die durchbrochene Membran 80 gegen den Treibspiegel 74 strömt, um das Projektil 76 zu beschleunigen, hauptsächlich aus Wasserstoff plus etwas Dampf bestehen, z. B. H₂ + H₂O. Da diese Gasmischung eine geringere durschnittliche relative Molekülmasse aufweist als die Mischung, die aus dem Kanister 82, der Methan speichert, und dem Behälter 78, der Wasserstoff und Helium speichert, resultiert, wird eine Beschleunigung des Projektils 18 auf Geschwindigkeiten von etwa 3 km/sek. möglich.
In den Ausführungsformen aus 1 und 2–4 wird eine gegebene Fluidmasse M bei einem relativ hohen Druck P gespeichert. In der Ausführungsform aus 1 wird die Masse M in einem einzelnen großen Behälter gespeichert, während in der Ausführungsform aus 2–4 praktisch dieselbe Masse in praktisch demselben Volumen mit Hilfe von vielen kleinen Behältern gespeichert wird, von denen jeder einen Druck P aufweist. Die Masse der Speicherbehälter in jeder der Ausführungsformen ist etwa dieselbe, so dass bei der Verwendung von vorgefüllten Patronen als Gasbehälter kein Massenabzug vorliegt. Die Wandstärke, die benötigt wird, um einen gegebenen Gasdruck zu enthalten, ist proportional zu dem Durchmesser des zylindrischen Behälters mit kugelförmigen Endkappen, der die Masse hält. Durch Vorfüllen eines Hochdruckgases in entweder einen einzelnen großen Behälter, wie in der Ausführungsform aus 1 und 5, oder in viele kleine Behälter, wie in der Ausführungsform aus 2–4, wird der Bedarf für ein Pumpsystem als Teil eines Geschützes vermieden. Die Behälter werden in einem örtlichen Lagerhaus oder in einer Fabrik, in der die Patronen hergestellt werden, vorgeladen.
Die Energiedichte der fertig enthaltenen Gasfüllungen, wie in den Ausführungsformen aus 1 und 2, ist kleiner als die eines festen Treibmittels. Daher müssen die gasgefüllten Patronen größer sein als herkömmliche Patronen eines festen Treibmittels. Um die Patronengröße zu minimieren, werden Leichtgasmischungen mit hoher Energiedichte mit festen Treibmitteln mit hoher Energiedichte in den Patronen verwendet, wie in den Ausführungsformen aus 2–4 und 5. Die Ausführungsformen aus 1 und 2 vermeiden große Druckschwankungen unter Einbeziehung der Verwendung von schnell brennenden Gasmischungen mit hoher Energiedichte, die nach dem Einspritzen des Gases in eine Kammer mit großem Kaliber gezündet werden.
In der Ausführungsform aus 1 ist die Energiedichte des Hochdruckgases ausreichend gering, um zu verhindern, dass schädliche Detonationswellen in Geschützen mit großem Kaliber auftreten. Zusätzlich ist die Energiedichte des Gases in dem einzelnen Behälter ausreichend gering, um eine sichere Handhabung der Patrone zu ermöglichen.
Die Ausführungsform aus 2–4 weist den Vorteil auf, dass ein Gas mit hoher Energiedichte in den Behältern 44.1 gespeichert werden kann. Da das Gas mit hoher Energiedichte in den Behältern 44.1 physikalisch von dem Treibgas in den Behältern 44.2 beabstandet ist, ist eine sichere Handhabung der Patrone möglich. Zudem hat eine Stiftlochundichtigkeit in einem der Rohre 44.1 oder 44.2 nicht die schädlichen Wirkungen, die eine Stiftlochundichtigkeit in dem Behälter aus 1 hat. Die Pumpenrohre der Ausführungsform aus 2–4, die leicht in großer Anzahl hergestellt werden können, bilden die Bausteine für verschiedene Patronengeometrien.
Wie oben aufgezeigt, besteht kein wesentlicher Massenabzug als Folge der Speicherung der Gase in vielen engen Rohren 44.1 und 44.2 anstelle des einzelnen Rohrs mit großem Durchmesser aus 1, da die Wandstärke, die erforderlich ist, um die Gase in den Rohren 44.1 und 44.2 zu speichern, proportional zu dem Rohrdurchmesser ist. Die Seitenwände der Rohre 44 weisen zusammen eine Masse auf, die etwa gleich der Masse der Seitenwand des abgedichteten Behälters 12 in der Ausführungsform aus 1 ist. Ein Füllmittel 45 in Hohlräumen zwischen benachbarten Rohren 44.1 und 44.2 stützt die Wände dieser Rohre nach der Zündung und fügt der Patrone eine kleine Masse hinzu. Um die Gasmenge, die in die Rohre 44.1 und 44.2 gefüllt wird, zu maximieren, sind die Rohre vorzugsweise verschachtelt angeordnet und weisen als Folge davon, dass die Rohre einen dreieckigen oder hexagonalen Querschnitt aufweisen, aneinander anliegende Oberflächen auf; durch eine derartige Struktur wird der Bedarf für das Füllmittel 45 umgangen.
In der Ausführungsform aus 2–4 werden das Oxidationsmittel und die Treibgase in den Behälterrohren 44.1 und 44.2 bei einer geeigneten Strömungsgeschwindigkeit durch die vordere Seite 56 jedes Rohrs in die vordere Kammer 57 dosiert, wenn das Projektil 18 beschleunigt wird. Die Stangen 48 des festen Treibmittels in sämtlichen der Rohre 44.1 und 44.2 werden gleichzeitig gezündet. Die Anordnung in der Ausführungsform aus 2–4 vermeidet daher die Anforderung, ein großes, vorgemischtes Treibgasvolumen zu zünden und verhindert übermäßige verbrennungsbedingte Überdruckschwankungen oder -wellen in der Patrone oder Kammer 57 oder dem Geschützlauf, um eine gleichmäßige, fortwährende Anwendung eines Hochdruckgases mit relativ niedriger Temperatur (Höchsttemperatur von etwa 2000°C im Verbrennungszustand) auf den Treibspiegel 16, das Projektil 18 und den Geschützlauf herunter, entlang dessen sie sich ausbreiten, bereitzustellen. Wenn die Gase vor der Zündung vollständig gemischt wären, bestünde eine hohe Wahrscheinlichkeit von Überdruckwellen.
In der Ausführungsform aus 2–4 findet aufgrund eines turbulenten Mischens in der Kammer 57 zwischen den vorderen Wänden 56 der Rohre 44.1 und 44.2 und dem Projektil 18 eine sehr effiziente Verbrennung statt. Das turbulente Mischen tritt durch die Strahlen auf, die über die durchbrochenen vorderen Wände 56 in die Kammer 57 gespritzt werden, obwohl die Verweilzeit der Moleküle in der Kammer 57 typischerweise weniger als 10 Millisekunden beträgt. Diese Ergebnisse werden bei einem Geschütz mit großem Kaliber bereitgestellt, obwohl die Verbrennung über einen ausgedehnten Abstand entlang des Geschützlaufes fortdauert.
Die thermische Energiedichte der gasförmigen, nicht zündbaren Oxidationskomponenten in den Behältern 44.1 bei 68,9 MPa (10.000 psi) liegt im Bereich von 0,15 bis 0,2 Kilojoule/Kubikzentimeter. Die Verbrennungsenergie in der Kammer 57 beträgt etwa 2 bis 3 Kilojoule/Kubikzentimeter, nachdem die Gase in den Rohren 44.1 und 44.2 gezündet und gemischt wurden. Aufgrund dieser Faktoren wäre die Wirkung eines Durchbruchs oder einer Undichtigkeit eines der Rohre 44.1 oder 44.2 kein energetisches Ereignis. Ebenso sind die Stangen des festen Treibmittels in jedem der Rohre 44.1 und 44.2 relativ klein und daher weniger gefährlich als eine einzelne große Treibmittelladung wie in der Ausführungsform aus 1.
In jeder der vorgenannten Ausführungsformen wird ein Gas mit relativ hoher Schallgeschwindigkeit mit einer geringen relativen Molekülmasse auf den Treibspiegel 16 und das Projektil 18 angewendet, um sie durch einen Geschützlauf, in dem das Projektil und der Treibspiegel anfänglich angeordnet sind, auf relativ hohe Geschwindigkeiten, wie beispielsweise 2,4 km/sek. oder mehr, zu beschleunigen. Die Konstituenten mit größerer relativer Molekülmasse der vergasten festen Treibmittel werden nicht erheblich mit den Konstituenten mit geringer relativer Molekülmasse in der Gasmischung gemischt und beeinträchtigen daher die Geschwindigkeit des Projektils nicht.
In den Ausführungsformen aus 1 und 2–4 werden die Gase mit geringer relativer Molekülmasse vor dem Kunststoffkolben 26 oder 50 von dem Kolben zusammengedrückt, der von den gezündeten Gasen des festen Treibmittels und den Gasen mit geringer relativer Molekülmasse hinter dem Kolben vorwärts getrieben wird. Die Gase mit relativ hoher Schallgeschwindigkeit vor den Rohren 48 werden durch eine kolbenartige Wirkung beschleunigt, die von Gasen mit relativ großer relativer Molekülmasse erzeugt werden, die aus der Zündung des festen Treibmittels herrühren. Die Kunststoffkolben, die leichte Konstruktionen sind, werden durch den Geschützlauf gedrückt und treten als Reaktion auf die Hochdruckgase, die aus der Zündung des festen Treibmittels resultieren, aus der Mündung des Geschützlaufs aus. In der Ausführungsform aus 5 wird das Treibgas im Kanister 86 durch die Düsen 84 in das Gas im Behälter 78 gespritzt, um das Gas mit geringer relativer Atommasse zu bilden, das daraufhin durch heiße Gase von dem festen Treibmittel 88 gezündet wird, um das Gas mit geringer relativer Atommasse zu verbrennen, das daraufhin auf den Treibspiegel 16 und das Projektil 18 einwirkt.
Beispielhafte Vorbefüllungszusammensetzungen für die Ausführungsformen aus 1 und 2–4 sind unten in Tabellenform aufgelistet.
Während mehrere spezifische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und veranschaulicht wurden, ist offensichtlich, dass Variationen der Einzelheiten der spezifisch veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen abgegrenzt ist.

Claims

Patrone (10), die ein Gehäuse umfasst, das ein Projektil (18) trägt, wobei das Gehäuse eine abgedichtete Behälterstruktur (12) mit einer Mischung (34) bei einem Druck zwischen etwa 34,5 MPa und 68,9 MPa, einem festen Treibmittel (32) und einer vorderen Wandstruktur (24) umfasst, die eine Masse in der abgedichteten Behälterstruktur (12) von dem Projektil (18) abgrenzt, wobei das Treibmittel (32), die Mischung (34), die abgedichtete Behälterstruktur (12) und die vordere Wandstruktur (24) so positioniert und angeordnet sind und derartige Materialien umfassen, dass als Reaktion auf eine Zündung in der abgedichteten Behälterstruktur (12) das Treibmittel (32) und die Mischung (34) weiter unter Druck gesetzt und gemischt werden, um den Druck auf die vordere Wandstruktur (24) zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung ein Oxidationsgas und ein Heliumgas und einen Treibstoff mit Molekülen umfasst, die Wasserstoffatome und das Treibmittel (32) umfassen, und dadurch, dass der Treibstoff, das Heliumgas und der Sauerstoff von dem Oxidationsgas bis zu einem ausreichend hohen Wert unter Druck gesetzt werden, so dass die vordere Wandstruktur (24) platzt und eine Gasmischung (34), die den Treibstoff, das Heliumgas und den Sauerstoff enthält und einen Druck aufweist, der wesentlich höher als der Druck der Mischung in der abgedichteten Behälterstruktur ist, auf das Projektil (18) angewendet wird, um das Projektil (18) in einem Lauf zu beschleunigen, in dem sich das Projektil (18) befindet.
Patrone nach Anspruch 1, wobei die abgedichtete Behälterstruktur (12) das Treibmittel (32) und eine Kolbenstruktur (26) enthält, die zwischen dem Treibmittel (32) und dem Gas (34) in einem vorderen Abschnitt der abgedichteten Behälterstruktur (12) angeordnet ist, wobei das Treibmittel (32), wenn es gezündet wird, ein Brenngas hinter der Kolbenstruktur (26) erzeugt, um die Kolbenstruktur (26) vorwärts zu treiben und den Druck auf das Brenngas (34) in dem vorderen Abschnitt der abgedichteten Behälterstruktur (12) zu erhöhen und zu verursachen, dass Hochdruckgas, das sich anfänglich in der abgedichteten Behälterstruktur (12) befindet, dem Projektil (18) zugeführt wird, und zwar eine beträchtliche Zeit vor dem Gas, das von der Verbrennung des festen Treibmittels (32) herrührt.
Patrone nach Anspruch 2, wobei das Gas in der Mischung (34) in der abgedichteten Behälterstruktur eine relativ niedrige Energiedichte unterhalb von etwa 7 Kilojoule pro Gramm aufweist.
Patrone nach Anspruch 3, wobei die abgedichtete Behälterstruktur (12) einen einzelnen abgedichteten Behälter umfasst und die Kolbenstruktur (26) einen einzelnen Kolben mit Öffnungen umfasst, so dass sich dieselbe Mischung (34) auf beiden Seiten des Kolbens befindet.
Patrone nach Anspruch 2, wobei die Kolbenstruktur (26) Öffnungen umfasst, so dass sich das Gas (34) auf beiden Seiten derselben befindet.
Patrone nach Anspruch 5, wobei das feste Treibmittel (32) mehrere Stangen (32) umfasst, die von dem Gas (34) in der abgedichteten Behälterstruktur umgeben sind.
Patrone nach Anspruch 6, wobei die Stangen (32) sich längs in einer Richtung der Gasströmung durch die vordere Wandstruktur (24) erstrecken.
Patrone nach Anspruch 1, wobei die abgedichtete Behälterstruktur (12) mehrere verschachtelt angeordnete abgedichtete Behälter (44) umfasst, von denen einige Helium und ein Oxidationsgas bei Drücken von mindestens mehreren hundert Atmosphären enthalten und andere Treibstoff bei Drücken, die etwa dem Druck in den Behältern mit Helium und dem Oxidationsmittel entsprechen, enthalten, wobei die verschachtelt angeordneten abgedichteten Behälter (44) und das Treibmittel (32) so positioniert und angeordnet sind, dass Enden der abgedichteten Behälter (44), die sich benachbart zum Projektil (18) befinden und in der vorderen Wandstruktur (24) enthalten sind, durchbrochen werden und Gas aus den mehreren Behältern (44) hinter dem Projektil (18) gemischt und gezündet wird, und zwar als Reaktion auf erhöhten Gasdruck, der in den mehreren abgedichteten Behältern (44) als Reaktion auf die Zündung des Treibmittels (32) erzeugt wird.
Patrone nach Anspruch 8, wobei die abgedichteten Behälter (44) das Treibmittel (32) enthalten.
Patrone nach Anspruch 9, wobei die abgedichteten Behälter (44) einen Kolben (50) enthalten, jeder der Kolben (50) zwischen dem Treibmittel (32) und dem Gas (34) in einem vorderen Abschnitt (46) des jeweiligen abgedichteten Behälters (44) angeordnet ist, das Treibmittel (32) in dem jeweiligen abgedichteten Behälter (44), wenn es gezündet wird, Gas hinter dem Kolben (50) in dem jeweiligen abgedichteten Behälter (44) erzeugt, um den Kolben (50) in dem jeweiligen abgedichteten Behälter (44) vorwärts zu treiben und den Druck auf das Gas (32) im vorderen Abschnitt (46) des jeweiligen abgedichteten Behälters (44) zu erhöhen.
Patrone nach Anspruch 10, wobei die Kolben (50) Öffnungen umfassen, so dass sich dasselbe Gas auf beiden Seiten der Kolben (50) befindet.
Patrone nach Anspruch 8, wobei das Helium und der Sauerstoff in den abgedichteten Behältern (44) derartige Molenbrüche aufweisen, dass die resultierende Mischung eine relativ hohe Energiedichte von etwa 10 Kilojoule/Gramm aufweist, wenn sie mit dem Treibstoff gemischt und verbrannt wird, um sich mit dem Sauerstoff zu verbinden.
Patrone nach Anspruch 8, wobei jeder der abgedichteten Behälter (44) das Treibmittel enthält.
Patrone nach Anspruch 9, wobei jeder der abgedichteten Behälter (44) einen Kolben (50) enthält, jeder der Kolben (50) zwischen dem Treibmittel (32) und dem Gas (34) in einem vorderen Abschnitt (46) des jeweiligen abgedichteten Behälters (44) angeordnet ist, das Treibmittel (32) in dem jeweiligen abgedichteten Behälter (44), wenn es gezündet wird, Gas hinter dem Kolben (50) in dem jeweiligen abgedichteten Behälter (44) erzeugt, um den Kolben (50) in dem jeweiligen abgedichteten Behälter (44) vorwärts zu treiben und den Druck auf das Gas (32) im vorderen Abschnitt (46) des jeweiligen abgedichteten Behälters (44) zu erhöhen.
Patrone nach Anspruch 1, wobei die abgedichtete Behälterstruktur (12) des Weiteren einen Fluidreaktionspartner enthält, der auf einen Druck von mindestens mehreren Atmosphären abgedichtet ist, und das Gas (34) ein Oxidationsgas und mindestens 50 Molenbruchprozent Helium umfasst und die Zündung der Konstituenten in der abgedichteten Behälterstruktur (12) eine Leichtgasmischung bildet, die das Gas und den Reaktionspartner gasförmig mit einer relativen Molekülmasse von weniger als etwa 12 enthält, wobei die Leichtgasmischung einen Druck aufweist, der wesentlich höher ist als der Druck der Mischung in der abgedichteten Behälterstruktur (12), und auf das Projektil (18) angewendet wird, um das Projektil (18) in einem Lauf, in dem das Projektil (18) angeordnet ist, zu beschleunigen.
Patrone nach Anspruch 15, wobei das Gas (34) und der Reaktionspartner jeweils ein erstes und ein zweites Gas sind und das zweite Gas einen Druck von mindestens mehreren hundert Atmosphären aufweist.
Patrone nach Anspruch 16, wobei das erste und das zweite Gas in demselben Behälter (12) abgedichtet enthalten sind und zusammen eine Gasmischung mit einer relativ geringen Energiedichte im Bereich von etwa 7 Kilojoule/Gramm und einer relativ geringen relativen Molekülmasse bilden, die nicht größer ist als etwa 12.
Patrone nach Anspruch 15, wobei die Gase Umgebungstemperatur aufweisen.
Patrone nach Anspruch 17, wobei die Gasmischung im Wesentlichen aus n₁He + n·₂O₂ + Q besteht, wobei n₂ kleiner ist als n₁ und Q ein Treibstoff in einer Menge ist, die ausreicht, um mindestens den gesamten Sauerstoff zu verbrauchen.
Patrone nach Anspruch 19, wobei Q aus der Gruppe ausgewählt wird, die im Wesentlichen aus H₂ und CH₄ besteht.
Patrone nach Anspruch 17, wobei der Behälter (12) einen Kolben (50) umfasst, der hinter einem vorderen Abschnitt (28) des Behälters (12) angeordnet ist, wobei das Gas hinter dem Kolben (26), wenn es entzündet wird, den Kolben (26) vorwärts treibt, um den Druck auf das Gas in dem vorderen Abschnitt (28) des abgedichteten Behälters (12) zu erhöhen.
Patrone nach Anspruch 21, wobei das feste Treibmittel (32) in dem Behälter (12) hinter dem Kolben (26) angeordnet ist.
Patrone nach Anspruch 22, wobei der Kolben (26) Öffnungen umfasst, so dass sich dasselbe Gas (34) in dem abgedichteten Behälter (12) auf beiden Seiten des Kolbens (26) befindet.
Patrone nach Anspruch 23, wobei das Treibmittel (32) sich in der Richtung der Gasströmung längs durch die vordere Wandstruktur (24) erstreckt.
Patrone nach Anspruch 16, wobei sich das erste und das zweite Gas abgedichtet in unterschiedlichen Behältern (44) befinden.
Patrone nach Anspruch 25, wobei eins der Gase im Wesentlichen aus Sauerstoff besteht.
Patrone nach Anspruch 25, wobei eins der Gase im Wesentlichen aus einem Treibstoff besteht.
Patrone nach Anspruch 27, wobei der Treibstoff ein Kohlenwasserstoff ist.
Patrone nach Anspruch 28, wobei der Kohlenwasserstoff Methan ist.
Patrone nach Anspruch 25, wobei sich ein Behälter (78), der das erste Gas enthält, vor einem Behälter (82), der das zweite Gas enthält, befindet.
Patrone nach Anspruch 30, wobei der Behälter (82), der das zweite Gas enthält, Stangen (88) des festen Treibmittels hinter mindestens einem Abschnitt des zweiten Gases enthält.
Patrone nach Anspruch 25, wobei viele der Behälter (44) verschachtelt angeordnet sind, so dass sich Behälter, die das erste Gas (44.1) enthalten, neben Behältern, die das zweite Gas (44.2) enthalten, befinden.
Patrone nach Anspruch 32, wobei die Gase in den vielen Behältern (44) so angeordnet sind, dass die Mischung eine hohe Energiedichte zwischen etwa 7 – 12 Kilojoule pro Gramm aufweist und im Wesentlichen aus Helium, Sauerstoff und einer Kohlenwasserstoff-Treibstoffkomponente besteht.
Patrone nach Anspruch 33, wobei der Kohlenwasserstoff-Treibstoff Methan ist.
Patrone nach Anspruch 33, wobei das erste Gas im Wesentlichen aus einer Mischung aus Helium und Sauerstoff besteht.
Patrone nach Anspruch 35, wobei das zweite Gas im Wesentlichen aus dem Treibstoff besteht.
Patrone nach Anspruch 32, wobei die Behälter (44), die das erste und das zweite Gas enthalten, einen Kolben (50) umfassen, der hinter einem vorderen Abschnitt (46) des Behälters (44) angeordnet ist, und Gas hinter dem Kolben (50), wenn es gezündet wird, den Kolben (50) vorwärts treibt, um den Druck auf das Gas in dem vorderen Abschnitt (46) des abgedichteten Behälters (44) zu erhöhen.
Patrone nach Anspruch 37, abhängig von Anspruch 31 und 32, wobei das feste Treibmittel (32) in den Behältern hinter den Kolben (50) angeordnet ist.
Patrone nach Anspruch 38, wobei jeder der Kolben (50) Öffnungen umfasst, so das sich dasselbe Gas in den abgedichteten Behältern (44) auf beiden Seiten der Kolben befindet.
Patrone nach Anspruch 16, wobei sich das erste und das zweite Gas abgedichtet in demselben Behälter (12) befinden.
Patrone nach Anspruch 16, wobei sich sämtliche ersten und zweiten Gase abgedichtet in einem einzelnen Behälter (12) befinden.