SE536256C2 - Repeterbar plasmagenerator och metod därför - Google Patents

Description

ll) 15 20 25 30 35 536 2.56 engelska LOVA (LOw VulnerAbility). Lågkänsli ga drivämnen är svåra att antända vilket minskar risken fór oavsiktligt initiering av drivämne i risksituationer, exempelvis då ett stridsfordon blir beskjutet med fientlig eld. Den minskade känsligheten medför även ökade krav på tändama. Tändama måste då generera en ökad mängd energi och/eller förhöjt tryck lör att skapa tändfórloppet. Tändarna består normalt av ett lättinitierat tändämne och om mängden tändämne ökas så står det i direkt motsatstörhållande till att införa drivämne av typ LOVA. Principiellt sker tändning genom en tändkedja där en mycket liten mängd känsligt tändämne, benämnd primärsats, exempelvis blyazid eller silverazid, antänds genom mekanisk chock eller elektrisk puls.

Primärsatsen antänder därefter tändarens sekundärsats, vanligen svartkrut, varvid drivämnet initieras. Genom att ersätta den pyrotekniska tändaren eller hela tändkedjan med en plasmatändare så minskas systemets känslighet fór oavsiktlig initiering.

Saintidigt möjliggörs en ökad dynamik fór att generera de lcañigare tändpulser som krävs för att tända drivämnen med låg känslighet (LOVA).

Konventionella tändare innefattar även ett logistiskt och tekniskt problem. För eldrörsvapen som använder drivladdningar separerade från projektilema som exempelvis artilleri och grövre fartygskanoner används oña en separat tändpatron för initiering av drivladdningen. För varje avfyming används en tändpatron. Det krävs således ett mekaniskt system monterat på kanonen tör magasinering, laddning och borttagning av tändpatronen. Genom att använda plasmatändare undviks de logistiska problemen runt tändpatron. Ett vanligt förekommande problem är att tändpatronen fastnar i patronläge. Tändpatronen expanderar vid avfyming av vapensystemet varpå tändpatronen ki lar fast i patronläget och eldavbrott inträder. Genom införandet av en plasmatändare undviks eldavbrott och funktionssäkerheten ökar.

Plasmatändare fór initiering av drivladdníngar finns, exempelvis, beskrivna i patent- dokumenten US-5,23l,242 (A) och US-6,703,580 (B2). Plasmatändama bygger på principen med exploderande trådar, det vill säga en elektriskt ledande tråd som värms upp, lörgasas och delvisjoniseras av en elektrisk ström. Nackdelen är att tråden förbrukas och måste ersättas med en ny infór varje avfyming. Plasmatändaren är således av en gångstyp.

Repeterbara plasmatändare är kända, exempelvis, genom patentdokumenten DE-103 35 890 (Al) och DE-40 28 41 l (A l). Plasmatändama bygger på principen att en elektriskt ledande vätska sprutas in mellan två elektroder med en elektrisk potentialskillnad varvid den elektriska kretsen kortsluts och genererar en urladdning och l0 15 20 25 30 35 536 256 plasmagenerering. Användning av vätskor innebär komplicerade anordningar för dosering och tillförsel samt även problem med eventuellt toxiska, energeti ska eller lättantändliga ämnen. Användning av vätskor kräver även en komplicerad logistik för hantering av vätskor.

Den svenska patentansökan SE 1001194-8 visar en plasmatändare med joniseringselektroder för jonisering av ett brännkammarämne där joniseringen medför att ett elektriskt överslag mellan två elektroder möjliggörs. Den föreslagna plasmatändaren är enbart delvis anpassningsbar för olika längder på plasmatändaren och olika tändenergier.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att lösa ovan identifierade problem.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en förbättrad metod för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, där komplicerad dosering och tillförsel av vätskor mellan elektroder undviks.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en förbättrad plasmagenerator för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, där komplicerade anordningar för dosering och tillförsel av vätskor mellan elektroder undviks.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en förbättrad plasmagenerator för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, där plasmageneratorns längd och tändenergi kan anpassas.

Ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en ammunitionsenhet innefattande nämnda förbättrade plasmagenerator.

Nämnda ändamål, samt andra här ej uppräknade syften, bemöts på ett tillfredställande sätt inom ramen för vad som anges i de föreliggande patentkraven.

Således har man enligt föreliggande uppfinning åstadkommit ett förbättrat förfarande för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, exempelvis vid utskjutning av en projektil från en utskjutningsanordning, genom elektrisk urladdning i en brännkanimarkanal innefattande ett brännkammarämne. 10 15 20 25 30 35 536 255 Uppfmningen avser ett förfarande för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, exempelvis vid utskjutning av projektiler från ett eldrörsvapen, genom elektrisk urladdning mellan en bakre elektrod och en främre elektrod i en med fyllnadsgas fylld brännkammarkanal innefattande ett brännkammarämne där fyllnadsgasen i brännkammarkanalen joniseras via en högspänningspotential från minst en joniseringselektrod, vilken jonisering ökar den elektriska ledningsfórmågan i brännkammarkanalen så att ett elektriskt överslag, genom elektrisk urladdning via en högspärmingsgenerator mellan den bakre elektroden och den främre elektroden, genereras från den bakre elektroden via minst en joniseringselektrod vidare till den främre elektroden vilket medför att het tändgas med plasmaliknande tillstånd drivs ur brännkammarkanalen.

Enligt ytterligare aspekter för det förbättrade förfarandet för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem enligt uppfinningen gäller; att det elektriskt överslaget, genom elektrisk urladdning via högspänningsgeneratom mellan den bakre elektroden och den främre elektroden, genereras från den bakre elektroden via minst en joniseringselektrod vidare till den främre elektroden genom att de stegvisa elektriska överslagen, från den bakre elektroden via joniseringselektrodema till den främre elektroden, initierar det nästkommande överslaget genom vidare jonisering av fyllnadsgasen av UV-ljus skapat av nämnda elektriska överslaget tillsammans med förskjutning av det elektriska tältet från den bakre elektroden mot den främre elektroden via joniseringselektrodema. att den elektriska urladdningen genom brännkammarkanalen fortplantas genom plasmageneratom; (a) från den bakre elektroden till den första joniseringselektroden, (b) från fiirstajoniseringselektroden till den andrajoniseringselektroden, (c) från den andra joniseringselektroden till den tredje joniseringselektroden, (d) fi'ån den tredje joniseringselektroden till den fjärde joniseringselektroden, (e) från den fjärde joniseringselektroden till den främre elektroden. att den elektrisk urladdning av den elektriska energin i högspänningsgeneratom sker mellan den bakre elektroden och den främre elektroden och till fyllnadsgasen i brännkammarkanalen genom att fyllnadsgasen joniseras av den elektriska urladdningen. 10 15 20 25 30 35 536 255 att den elektriska urladdningen från högspänningsgeneratom sker då ledningsförmågan i brännkammarkanalen är tillräcklig fór att generera ett elektriskt överslag. att joniseringselektrodema är resistivt anslutna mot jord.

Den neutrala fyllnadsgasen kan utgöras av atmosfarsgas eller residualgas från föregående avfyming. Den elektriska urladdningen kan utgöras av ett ytöverslag, volymsöverslag eller en övergång från ytöverslag från bundna laddningar i ytan av brännkammarämnet vilket övergår till volymsöverslag i brännkarnmarkanalen.

Volymöverslaget i brännkarnmarkanalen och den därpå följande effektutvecklingen höjer gastrycket i brännkarnmaren och energi avges via rekombination mellan fria elektroner och joner samt neutraler till fotoner som dissocierar och joniserar fyllnadsgasen samt brännkammarärnnets yta. Denna yta avger därmed gas till brännkarnmarkanalen vilket ytterligare höjer trycket och tillför ytterligare neutraler till volymen, vilket har en bromsande verkan på den impedans-kollaps som sker i brännkammarkanalen och ökar andelen elektrisk effekt i brännkammaren då impedansen inte går mot noll likt det hos gasurladdningar i öppen geometri. Tryck och temperaturhöjningen i brännkammaren driver ut het tändgas med plasmaliknande och elektriskt ledande karakteristik ur den ena terrninalens genomföring för att nå drivmedlet som skall initieras.

Vidare så har man enligt föreliggande uppfinning åstadkommit en förbättrad plasmagenerator för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, exempelvis vid utskjutning av projektiler från ett eldrörsvapen, genom elektrisk urladdning mellan en bakre elektrod och en främre elektrod i en i ett brännkarnmarämne ' innefattad och med fyllnadsgas fylld brännkammarkanal anordnade i anslutning till en drivladdning där plasmageneratom innefattar minst en joniseringselektrod ansluten till en initieringskrets för jonisering av fyllnadsgasen i brännkammarkanalen, samt en andra högspänningsgenerator anordnad för elektrisk urladdning i den elektriskt ledande gasen från den bakre elektroden via minst en joniseringselektrod vidare till den främre elektroden så att het tändgas under högt tryck bildas.

Enligt ytterligare aspekter för den förbättrade plasmageneratorn enligt uppfinningen gäller; att initieringskretsen innefattar minst en första högspänningsgenerator och minst en brytare ansluten till den första terrninalen på minst en kondensator, varvid 10 15 20 25 30 35 536 256 joniseringselektroden är ansluten till den andra terminalen på nämnda kondensator genom en i en elektrisk krets innefattande, minst en, resistor. att initieringskretsen förutom den till den andra terminalen på kondensator anslutna resistom innefattar minst en induktor ansluten mellan joniseringselektroden och resistom. att joniseringselektrodema är fast anordnade till brännkalnmaräninet, varvid joniseringselektrodema är i öppen kontakt mot brännkammarkanalen och elektriskt anslutna till initíeringskretsen. att joniseringselektrodema är fördelade med inbördes lika avstånd i brännkarmnarkanalens axiella led. att joniseringselektrodema är fördelade med lika avstånd runt brännkammarkanalens centrumaxel. att joniseringselektrodema är fyra stycken. att den på brännkammarkanalens bakre ände anordnade bakre elektroden är elektriskt ansluten till den andra högspänningsgeneratorn och att den på brännkainmarkanalens främre ände är anordnade främre elektroden är ansluten till jord, vilken bakre och främre elektroden är utförda i ett elektriskt ledande material, och att det i den främre elektroden är anordnat ett gasutlopp som mynnar ut mot drivladdningen. att gasutloppet är en konvergent dysa. att gasutloppet är en divergent dysa. att gasutloppet är en konvergent-divergent dysa. att brännkammarämnet är utfört i ett material som inte förbrukas vid initiering av plasmageneratom.

Vidare så har man enligt föreliggande uppfinning åstadkommit en förbättrad ammunitionsenhet innefattande en granathylsa, en projektil, en drivladdning och en tändanordn ing, vilken tändanordningen utgörs av en plasmagenerator. 10 15 20 25 30 35 536 256 Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till de bifogade figurema där: Fig. 1 visar schematiskt ett längdsnitt av en repeterbar plasmagenerator enligt uppfinningen.

Fig. 2 visar ett kretsschema över inkopplingen av elektrodema enligt uppfinningen.

Fig. 3 visar ett altemativt kretsschema över inkopplingen av elektrodema enligt uppfinningen.

Fig. 4 visar en detaljforstoring av brännkammarämnet i Fig. l enligt uppfinningen.

Fig. 5 visar schematiskt ett snitt av en ammunitionsenhet innefattande en plasmagenerator enligt uppfinningen.

Plasmageneratom l som visas i Fig. l innefattar en främre elektrod 21, ett brännkammaräinne 30 innefattande en brännkammarkanal 3 samt en bakre elektrod 22.

Vidare innefattar plasmageneratom 1 ett antal, i figuren fyra, joniseringselektroder 100, 101, 102 och 103. Ioniseringselektrodema är anslutna till initieringskretsen 99, ej visad iFig. 1.

Brärmkanimarämnet 30, företrädesvis rörformat, är en del av plasmageneratom 1 och bildar plasmageneratoms brärmkammarkanal 3. Brännkammarkanalen 3 sträcker sig axiellt genom plasmageneratom mellan en främre elektrod 21 och en bakre elektrod 22.

Brännkammarkanalens 3 främre del, d.v.s. plasmageneratoms l gasutlopp 24 är företrädesvis utformad som en dysa monterad eller direkt bearbetad i den främre elektroden 21. Den främre elektroden 21 är ansluten till elektriskjord 4. Den balde elektroden 22 är elektriskt ansluten till en högspänningsgenerator 5, även benämnd den andra högspänningsgeneratom, och monterad mot brännkammaräinnet 30. En eller flera joniseringselektroder 100, 101, 102 och 103, helt eller delvis omslutande brännkammarkanalen 3, är anslutna till en extem initieringskrets 99 innefattande en extem högspänningsgenerator 2, även benämnd den forsta högspänningsgeneratom.

Joniseringselektrodema 100, 101, 102 och 103 kan vara placerade i rad efler varandra 10 15 20 25 30 35 536 256 men även delvis roterade runt centrumlinjen 7. För ett fördelaktigt utförande av plasmageneratom 1 är joniseringselektrodemas storlek och placering valt så att samtliga joniseringselektroder 100, 101, 102, 103 är visuellt synbara sett från plasmageneratoms kortsida, joniseringselektrodema är i detta fall placerade med olika vinkel runt centrumlinjen 7. Brännkammarämnet 30 kan innefatta ett offermaterial anordnat mellan främre elektroden 21 och den bakre elektroden 22, lämpligen i fonn av ett rör.

Det elektriska kretsschemat för den extema initiexingsloetsen 99 är beskriven i Fig. 2. l Fig. 2 visas hur joniseringselektrodema 100, 101, 102, 103 inkopplas till initieringskretsen 99. Två högspänningskondensatorer, 120 och 121, laddas till en högspänning med en högspärmingsgenerator 2, Laddströmmen begränsas med ett laddmotstånd 1 15. Laddmotstånd 115 minimerar även urladdningsströmmen till högspänningsgeneratom 2 från kondensatorema 120 och 121. Den anslutningspunkt på kondensatorema 120, 121 som ansluts till högspänningsgeneratom 2 laddas till en högspänningspotentíal. Motsatt sida på kondensatorema 120, 121, den sida som inte är ansluten till högspänningsgeneratom, ansluts till jord 4 genom strömbegränsande resistorer 1 14, 1 16. Resistorema 1 14, 1 16 är utförda för att vid laddning av kondensatorema 120, 121 utgöra en strömbegränsning samt att vid urladdning av kondensatorema 120, 121 och därmed initiering av plasmageneratom fungera som strömbegränsning för den strömpuls som passerarjoniseringselektrodema 100, 101 , 102, 103. Mellan joniseringselektrodema 100, 101, 102, 103 finns strömbegränsande elektrodresistorer anslutna 110, 1 11, 112, 113. 1 fallet att fyra joniseringselektroder 100, 101, 102, 103 används, som visats i bilden, behövs enbart två av elektrodresistorema 1 1 1, 112. De i bilden visade elektrodresistorema 110 och 113 är visade för att exempliflera hur kopplingen kan utökas för vidare inkoppling av ett större antal joniseringselektroder än fyra. Antalet joniseringselektroder kan fritt väljas utifrån plasmageneratoms 1 önskade storlek, önskade drivspänningar och tillgängliga och önskade energinivåer. En brytare 130, även benämnd switch, kan vid en viss tidpunkt sluta högspänningssidan av kondensatom mot jord. Brytaren 130 kan vara av typen trigatron, gnistgap, halvledare eller andra typer av brytare. Resistorema 1 14 och 116 förhindrar att urladdningsströmmen från den andra högspänningsgeneratorn 5 laddas ur genom joniseringselektrodema. Den elektriska urladdningen drivs att gå från den bakre elektroden 22 till den främre elektroden 21 då resistorema 1 14 och 116 samt elektrodresistorema 1 10, 111, 1 12, 113 motverkar att strömmen går mot jord 4 genom inítieringskretsen 99. 10 15 20 25 30 35 536 256 I Fi g. 3 visas ett altemativt kretsschema för extem initieringskrets 99' över en inkoppling av joniseringselektrodema 100, 101, 102, 103. I alla elektriska kretsar förekommer en viss induktans, även kallade ströinduktanser, där induktansema i kretsen påverkar hur de elektriska signalema i kretsen fortplantas. Genom att införa induktanser 140 i kretsen från de joniseringselektroder som befinner sig på ett längre avstånd från den bakre elektroden 22 kan det elektriska överslaget i brännkammarkanalen 3 kontrolleras. De införda induktansema 140 är företrädesvis större än de i kretsen förekommande ströinduktansema.

Brännkammarämnet 30 enligt Fig. 4 är företrädesvis utfonnat för att förbrukas skiktvis genom successiv förbränning av de i Fig. 4 visade tre ämnesskikten 32, 33 och 34.

Ytterligare ämnesskikt kan naturligtvis förekomma. Vid varje initiering förbrukas ett skikt, varvid varje ny energipuls mot den i brännkarnmarkanalen 3 exponerade ytan på kroppen 31 förgasar ytan helt eller delvis och genererar ett plasma skapat av den elektriska urladdningen mellan den bakre elektroden 22 och den främre elektroden 21.

Den första pulsen förgasar ämnesskiktet 34, varvid ämnesskiktet 33 friläggs mot brännkammarkanalen 3. Därefter kommer nästa puls att förgasa nästa skikt 33 osv.

Förgasningen kan ske skiktvis i såväl axiell led som radiell led men kan även ske genom en ökad förbrukning av material runt joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103 och avtagande mot den fiäinre elektroden 21 och den bakre elektroden 22. Även andra förbrukningssätt är möjliga. Helt eller delvis förbrukat brännkammarärnnet 30 kan enkelt bytas ut mot ett nytt vid behov.

Brännkammarämnet 30 kan utfonnas genom Lex. lamineringsteknik där ett bestämt antal skikt eller lager sammanfogas motsvarande det antal tändpulser som plasmageneratom 1 är dimensionerad till att generera. Brännkarnmarämnet 30 kan även utföras i ett homogent material eller i homogent material i en kombination med laminering, eller genom sintring, pressning eller annan sammanfogningsteknik som är lämplig för förening av metalliska och polymera material varvid andelen metalliskt material utgör i storleksordningen 10-50 vikts-% och andelen polymert material utgör i storleksordningen 50-90 vikts-%. Variation av energimängden till plasmageneratom kan även användas för att förgasa ett eller flera lager i ett laminerat brännkammarämne 30 eller en varierad massa i det brännkammarämne 30 som är utförd i ett homogent material.

Fyllnadsgasen i brännkammarkanalen 3 joniseras med joniseringselektrodema 100, 101, 102 och 103, vilket ökar ledningsfönnågan och möjliggör den med bestämd tidslängd, l0 l5 20 25 30 35 536 256 l0 arnplitud och form mellan främre elektroden 2l och bakre elektroden 22 utlösta, mycket kraftiga, elektriska energipulsen, som får ytskiktet att upphettas, törgasas och joniseras helt eller delvis, skiktvis eller lager för lager till plasma, varm gas och varma partiklar varvid ett förutbestämt plasma fås att flöda ut genom ändmynningsöppningen 24 med ett mycket högt tryck och vid en mycket hög temperatur och med en stor mängd gas och varma partiklar.

Brännkammarärnnet 30 innefattar företrädesvis minst ett offennaterial som åtminstone i det bildade plasmat sönderfaller till molekyler, atomer eller joner. Ett sådant offermaterial innehåller lärnpligen exempelvis väte och kol. För generering av varma partiklar kan även metalliska material i kombination med exempelvis väte och kol vara en del av brännkammarämnet 30. Brännkammarämnet 30 i beskrivna utförandeforrner innefattas av minst ett dielektriskt polymermaterial, företrädesvis en plast med hög smälttemperatur (företrädesvis över l50°C), hög förgasningstemperatur (över S50°C, företrädesvis över 800°C) och låg värmeledningsfórrnåga (företrädesvis under 0,3 W/mK). Speciellt lämpliga plaster innefattar termoplaster eller härdplaster, exempelvis polyeten, fluorplast (såsom polytetrafluoretylen, etc.), polypropen etc., respektive polyester, epoxi eller polyimider etc. för åstadkommande av att endast ett ytskikt eller lager 32, 33, 34 av brännkammarämnet 30 förgasas för varje energipuls.

Offermaterialeti brännkammarämnet 30 bör, företrädesvis, även vara sublimerande, dvs. gå direkt från fast form till gasform. Det är även tänkbart att anordna olika lager av material, tjocklek etc. till ett larninerat brännkammarärnne 30 för åstadkommande av nämnda skiktvisa 32, 33, 34 förgasning av laminatet i brännkammarämnet 30. Eller genom sintring, pressning eller annan sammanfogningsteknik förena metalliska och/eller polymera material till ett brännkammarämne 30 för åstadkommande av nämnda skiktvisa 32, 33, 34 förgasning av laminatet i brännkammarämnet 30.

Den inre och yttre radien på brännkammarämnet 30 är så beräknad, dimensionerad och tillverkad att endast det yttersta, dvs. det ut från brännkammarkanalen 3 exponerade ytan av brännkammarämnet 30, mellan den frärnre elektroden 22 och den bakre elektroden 21 vända fria, ytskiktet eller lagret 32, 33, 34 förgasas vid varje elektrisk puls. Optimalt får brännkammarärnnet 30 vara förbrukat vid det sista för plasmageneratom I tänkta plasmagenereringen.

Då förbrukningen av brännkammarärnnet kan tänkas vara dynamiskt föränderlig mellan varje användning, beroende på utförandet av exempelvis drivämnet, projektilen, 10 15 20 25 30 35 536 256 11 omgivningstemperaturen eller målets beskaffenhet, tillverkas brännkammaräinnet 30 med en viss marginal för att kunna fungera inom de av tillämpningen tänkbara utföranden.

Brännkammarämnet 30 kan även vara utfört i exempelvis en keram, halvledande keram, eller annat material så som en plast eller annat ämne som inte förbrukas vid initiering av plasmageneratom l. Vid initiering av en plasmagenerator l med ett icke förbrukande brännkammarärnne 30 kommer den i brännkammarkanalen 3 innehållna fyllnadsgasen att joniseras vid den elektriska urladdningen. Med ett brännkammarärnne 30 utfört i ett icke förbrukande material behövs ej brännkammarämnet 30 ersättas vid upprepad användning.

F ig. 5 visar en hylsförsedd arnmunitionsenhet 13 med integrerad plasmagenerator.

Plasmageneratom 1 är monterad i en patronhylsa 10, tillsammans med en drivladdning ll och en projektil 12. Drivladdningen ll kan exempelvis vara ett fast krut innefattande minst en laddningsenhet i form av en eller flera cylindriska stavar, skivor, block etc.

Laddningsenhetema är multiperforerade med ett större antal brinnkanaler så att ett s.k. månghålskrut erhålles. Altemativa utföringsfonner av drivladdnin gen 1 1 är naturligtvis möjliga.

Funktionen och användningen av plasmageneratom 1 enligt uppfinningen är enligt följande.

Vid avfyming och initiering av plasmageneratom 1 bringas de av högspänningsgeneratom 2 laddade kondensatorema 120, 121 att urladdas genom brytaren 130. Kondensatorerna 120, l2l är anslutna till joniseringselektrodema 100, 101, 102, 103, och laddningsomfördelningen vid urladdning av kondensatorema medför en jonisering av fyllnadsgasen i brännkammarkanalen 3. När joniseringsgraden är sådan att plasmagenerering kan initieras så bringas den andra högspänningsgeneratom 5 att avge en kraftig elenergipuls innefattande en hög strömstyrka och/eller en hög spänning, båda med en viss bestämd arnplitud och pulslängd anpassad efier de för det aktuella vapnet, temperaturen, drivladdningen, projektilens, målet omgivningens etc. gällande egenskaper. Plasmageneratoms 1 impedans är vid aktivt tillstånd, dvs. under plasmagenerering, låg varför företrädesvis en hög ström genereras från den andra högspänningsgeneratom 5, i storleksordning 10 - 100 kA, för att lyckas med övertändning krävs dock en hög spänning, i storleksordning 4 - 10 kV. För att 10 15 20 25 30 35 536 256 12 åstadkomma ett effektivt plasma, för övertändning av drivmedelsbädd, bör varje energipuls överstiga 1 kJ, men kan uppgå till 30 kJ, och tillföras plasmat med en pulslängd på mellan 1 us - 10 ms.

Utförandet med flera efter varandra i brännkammarkanalen 3 följande joniseringselektroder 100, 101 , 102 och 103 får det elektriska överslaget mellan den bakre elektroden 22 och den främre elektroden 24 att stegvis förflytta sig mellan joniseringselektrodema. Vid det första överslaget eller urladdningen från den bakre elektroden 22 till den första joniseringselektroden 100 kommer UV-ljus fiån urladdningen jonisera fyllnadsgasen. Vidare flyttar sig det elektriska fältet från den bakre elektroden 22 till den första joniseringselektroden 100 vilket underlättar nästkommande urladdning från joniseringselektrod 100 till joniseringselektrod 101. Även vid urladdningen mellan joniseringselektrodema 100 till 101 skapas UV-ljus för vidare jonisering samt ytterligare en förflyttning av det elektriska fältet. På samma sätt fortgår det elektriska överslaget fram till den främre elektroden 21. En mycket begränsad ström kommer att gå ijoniseringselektrodema mot jord då resistansen mot jord är hög. Huvuddelen av den elektriska energin i högspänningsgeneratom 5 kommer att laddas ut fi-ån den bakre elektroden 22 till den främre elektroden 21 och till fyllnadsgasen i brärmkammarkanalen 3. Resistorema har i storleksordningen 100 kOhm i resistans för att begränsa den del av strömmen som går från högspänningsgeneratom 5 till jord via joniseringselektrodema 100, 101, 102, 103. När initieringen av plasmageneratom 1 sker genom att brytare 130 sluts kommer en laddad spänning i kondensatorema 120 och 121 att laddas ut dels genom brytaren 130 till jord samtidigt som det sker en laddningsomfórdelning från joniseringselektrodema 100, 101, 102 och 103 och kondensatorema 120 och 121. Laddningsomlördelningen från joniseringselektrod 100 sker genom resistom 1 1 1 och laddningsomfórdelningen från joniseringselektrod 103 sker genom resistom 112.

Den kraftiga elenergipulsen kommer att generera ett elektriskt överslag, nedan även kallat bågurladdning, mellan den bakre elektroden 22, och den främre elektroden 21, via joniseringselektrodema 100, 101, 102, 103 och i den plasmakanal som bågurladdningen skapar blir det en så hög temperatur att det yttersta ytskiktet/lagret av brännkammarämnet 30 smälter, förgasas och slutligen joniseras till ett mycket hett plasma. 1 ett altemativt utförande kan ett tillfört ämne till brännkammarkanalen 3 vara en del av det ämne som bildar plasma i samband med bågurladdningen. Det kan även vara så att enbart fyllnadsgasen joniseras, i detta fall förbrukas inget av brännkammarämnet 30. Genererad plasmaliknande gas bringas, på grund av det höga 10 15 20 25 30 35 536 256 13 tryck som förgasningen genererar i brännkammarkanalen 3, att spruta ut genom gasutloppet 24, vilket gasutlopp 24 är formad som en dysa. Pulslängd, pulsforrn, strömstyrka och spänning kan varieras efter aktuella förhållanden vid avfymingstillfället, såsom omgivningens temperatur, luftfuktighet etc. och för föreliggande vapensystems och ammunitions- respektive projektiltyps speciella egenskaper samt den aktuella måltypen, inklusive avståndet till nämnda mål.

En plasmagenerator med variabel tändenergi möjliggör momentan övertändning av hela drivladdningen och därmed möjliggörs omedelbar tryckhöjning. En plasmagenerator har även fördelen av att tändenergin kan varieras över tid till skillnad från en pyroteknisk tändare. Variabel tändenergi innebär att tändenergin kan anpassas till olika typer och storlekar av drivladdningar, för att variera projekti lens skjutavstånd, och även för att kompensera för drivladdningens temperaturberoende. Den energimängd som högspäiiningsgeneratom 5 laddas med anpassas utifrån plasmageneratoms 1 storlek och prestanda. Då impedansen i det elektriska överslaget mellan den bakre elektroden 22, via joniseringselektrodema 100, 101, 102, 103, till den främre elektroden 21 närmar sig noll så tillförs inte längre någon elektrisk energi till plasmakanalen. Då ingen energi tillförs plasmakanalen så kan pulsen från högspänningsgeneratom 5 brytas, avslutas eller företrädesvis så anpassas energimängden i högspänningsgeneratom 5 så att då impedansen i det elektriska överslaget närmar sig noll så är även högspänningsgeneratom 5 urladdad. På detta sätt energioptimeras plasmageneratom 1.

Vapensystem kan enklare och säkrare tändas med föreslagen repeterbar plasma- generator. Undvikandet av känsliga tändämnen och tändpatroner medför att fullständig användning av drivämnen av låg känslighet kan införas. Problem med känslig mekanik som mekanism för byte av tändpatron eller doseringsutnistning för vätskor kan undvikas. Tekniken medför ökad styming av tändpulsen avseende parametrar som energiinnehåll, pulslängd och upptändningstid. Tändpulsen kan adaptivt anpassas till drivladdningens storlek beroende på mängden drivämne, drivämnets känslighet och omgivande temperatur.

Exempel på en plasmagenerator enligt uppfinningen, avsedd för användning i ett artillerisystem som ersättning för konventionell tändpatron är brännkammarämne 30 dimensionerad till en tjocklek på ca 1-30 mm, varmed skiktvis förgasning av brännkammaräinnet uppnåddes vid en energipuls på ca 1 - 10 kJ med varaktigheten någon millisekund och spänningen i intervallet 5 - 10 kVolt. Strömstyrka i intervallet l - 10 15 20 536 255 l4 50 kA. Avstånd mellan främre elektrod Zl och bakre elektrod 22 var i storleksordningen 20 - l00 mm.

Uppfinningen är inte begränsad till de speciellt visade utföringsforrnerna utan kan varieras på olika sätt inom patentkravens ram.

Det inses exempelvis att antalet, storleken, materialet och formen av de i ammunitionsenheten och plasmageneratom ingående elementen och detaljerna anpassas efler det eller de vapensystem och övriga konstruktionsegenskaper som fór tillfället föreligger.

Det inses att ovan beskrivna arnmunitionsutfórande kan innefatta flera olika dimensioner och projektiltyper beroende på användningsområde och eldrörsvidd. Här ovan avses dock åtminstone de idag vanligaste förekommande projektilema på mellan ca 25 mm - 160 mm.

Vid de ovan beskrivna utföringsformema innefattar plasmageneratom endast ett främre gasutlopp, men det faller inom uppfinningstanken att anordna fler dylika öppningar utmed brännkammarkanalens yta eller flera öppningar i den främre öppningen 24.

Plasmageneratom är repeterbar men kan även användas i engångsutíörande, exempelvis i en ammunitionsapplikation, tändare för en stridsdel eller initiering av raketmotorer.

Claims (19)

l0 15 20 25 30 35 536 256 15' PATENTKRAV

1. Förfarande för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, exempelvis vid utskjutning av projektiler från ett eldrörsvapen, genom elektrisk urladdning mellan en bakre elektrod (22) och en frärnre elektrod (21) i en med fyllnadsgas fylld brännkammarkanal (3) innefattande ett brännkammarämne (30), k ä n n e t e c k n a t a v att fyllnadsgasen i brännkammarkanalen (3) joniseras via en högspänningspotential från minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103), vilken jonisering ökar den elektriska ledningsförmågan i brännkammarkanalen (3) så att ett elektriskt överslag, genom elektrisk urladdning via en högspänningsgenerator (5) mellan den bakre elektroden (22) och den främre elektroden (21), genereras från den bakre elektroden (22) via minst en joniseringselektrod (100, lOl, 102, 103) vidare till den främre elektroden (21) vilket medför att het tändgas med plasmaliknande tillstånd drivs ur brännkammarkanalen (3).

2. Förfarande för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att det elektriska överslaget, genom elektrisk urladdning via högspänningsgeneratorn (5) mellan den bakre elektroden (22) och den främre elektroden (21), genereras från den bakre elektroden (22) via minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103) vidare till den främre elektroden (21) genom att de stegvisa elektriska överslagen, från den bakre elektroden (22) via minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103) till den främre elektroden (21), initierar det nästkommande överslaget genom vidare jonisering av fyllnadsgasen av UV-ljus skapat av nämnda elektriska överslaget tillsammans med förskjutning av det elektriska fältet från den bakre elektroden (22) mot den frärnre elektroden (21) via minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103).

3. Förfarande för repeterbar initierin g av drivladdningar i ett vapensystem enligt något av krav 'l - 2, k ä n n e t e c k n a t a v att den elektriska urladdningen genom brännkammarkanalen (3) fortplantas genom plasmageneratom (l); (a) från den bakre elektroden (22) till en första joniseringselektrod (100), (b) från den första joniseringselektroden (100) till en andra joniseringselektrod (101), (c) från den andra joniseringselektroden (101) till en tredje joniseringselektrod (102), (d) från den tredje joniseringselektroden (102) till en fjärde joniseringselektrod (103), (e) från den fjärde joniseringselektrodeti (103) till den frärnre elektroden (21).

4. Förfarande för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem enligt något av krav l - 3, k ä n n e t e c k n a t a v att den elektriska urladdningen av 10 15 20 25 30 35 535 256 /6 den elektriska energin i högspänningsgeneratorn (5) sker mellan den bakre elektroden (22) och den främre elcktroden (21) och till fyllnadsgasen i brännkammarkanalen (3) genom att fyllnadsgasen joniseras av den elektriska urladdningen.

5. Förfarande för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem enligt något av krav 1 - 4, k ä n n e t e c k n a t a v att den elektriska urladdningen från högspänningsgeneratom (5) sker då ledningsförmågan i brännkammarkanalen (3) är tillräcklig för att generera ett elektriskt överslag.

6. Förfarande för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem enligt något av krav 1 - 5, k ä n n e t e c k n a t a v att joniseringselektroderna (100, 101, 102, 103) är resistivt anslutna mot jord.

7. Plasmagenerator (1) för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapen- system, exempelvis vid utskjutning av projektiler från ett eldrörsvapen, genom elektrisk urladdning mellan en bakre elektrod (22) och en främre elektrod (21) i en i ett brännkammarämne (30) innefattad och med fyllnadsgas fylld brännkammarkanal (3) anordnadei anslutning till en drivladdning (11) k ä n n e t e c k n a d a v att plasmageneratom (1) innefattar minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103) ansluten till en initieringskrets (99) för jonisering av fyllnadsgasen i brännkammarkanalen (3), samt en andra högspänningsgenerator (5) anordnad för elektrisk urladdning i den elektriskt ledande gasen från den bakre elcktroden (22) via minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103) vidare till den främre elektroden (21) så att het tändgas under högt tryck bildas.

8. Plasmagenerator (1) enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att initieringskretsen (99) innefattar minst en första högspänningsgenerator (2) och minst en brytare (130) ansluten till den första terminalen på minst en kondensator (120, 121), varvid joniseringselektroden (100, 101, 102, 103) är ansluten till den andra terminalen på nämnda kondensator (120, 121) genom en i en elektrisk krets innefattande minst en resistor(1l0,1l1, 112, 113).

9. Plasmagenerator (1) enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v att initieringskretsen (99) förutom den till den andra terminalen på kondensator (120, 121) anslutna resistorn (110, 1 ll, 112, 113) innefattar minst en induktor (140) ansluten mellanjoniseringselektroden (100, 101, 102, 103) och resistorn (110, lll, 112, 113). 10 15 20 25 30 35 536 256 17-

10. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven 7 - 9, k ä n n e te c k n a d a v att joniseringselektroderna (100, 101, 102, 103) är fast anordnade till brännkammarärnnet (30), varvid joniseringselektrodema (100, 101, 102, 103) är i öppen kontakt mot brännkammarkanalen (3) och elektriskt anslutna till initieringskretsen (99).

11. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven 7 - 10, k ä n n e t e c k n a d a v att joniseringselektroderna (100, 101, 102, 103) är fördelade med inbördes lika avstånd i brännkammarkanalens (3) axiella led.

12. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven 7 - ll, k ä n n e t e e k n a d a v att joniseringselektroderna (100, 101, 102, 103) är fördelade med lika avstånd runt brännkammarkanalens (3) centrumaxel (7).

13. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven 7 - 12, k ä n n e t e c k n a d a v att joniseringselektrodema ( 100, 101, 102, 103) är fyra stycken.

14. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven 7 - 13, k ä n n e t e c k n a d a v att den på brännkammarkanalens (3) bakre ände anordnade bakre elektroden (22) är elektriskt ansluten till den andra högspänningsgeneratorn (5) och att den på brännkarnmarkanalens (3) främre ände är anordnade främre elektroden (21) är ansluten till jord (4), vilken bakre och främre elektroden är utförda i ett elektriskt ledande material, och att det i den främre elektroden (21) är anordnat ett gasutlopp (24) som mynnar ut mot drivladdningen (11).

15. Plasmagenerator (1) enligt krav 14, k ä n n e te c k n a d a v att gasutloppet (24) är en konvergent dysa.

16. Plasmagenerator (1) enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d a v att gasutloppet (24) är en divergent dysa.

17. Plasmagenerator (1) enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d a v att gasutloppet (24) är en konvergent-divergent dysa.

18. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven 7 - 17, k ii n n e t e c k n a d a v att brännkammarämnet (30) är utfört i ett rnaterial som inte förbrukas vid initiering av plasmageneratorn ( 1). 536 256 I?

19. Ammunitionsenhet (13) innefattande en granathylsa (10), en projektil (12), en drivladdning (11) och en tändanordning (1), k ä n n e t e c k n a d a v att tändanordningen (1) utgörs av en plasmagenerator (1) enligt något av kraven 7-18.