SE544051C2 - Plasmagenerator samt ammunitionsenhet och utskjutningsanordning innehållandes nämnda plasmagenerator - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en plasmagenerator (1) för initiering av drivladdningar i ett vapensystem, 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) anordnade för att antända minst en drivladdning (11) där plasmageneratom (1) innefattar minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103) anordnad inuti det omslutande brännkammarämnet (30) där joniseringselektroden (100, 101, 102, 103) är 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 elektroden (22) via minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103) vidare till den främre elektroden (21) så att het tändgas under högt tryck bildas. Uppfinningen avser även en ammunitionsenhet samt en utskjutningsanordning innefattande nämnda plasmagenerator

Description

Föreliggande uppfinning avser en förbättrad plasmagenerator for repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, exempelvis vid utskjutning av projektiler från ett eldrörsvapen, genom elektrisk urladdning i en brännkammaromslutning innefattande en brännkammarkanal och ett brännkammarämne anordnade i anslutning till en drivladdning. Uppfinningen avser även en ammunitionsenhet innefattande en repeterbar plasmagenerator för initiering av drivladdningar vid utskjutning av projektiler från ett eldrörsvapen samt en utskjutningsanordning innefattande en repeterbar plasmagenerator.

UPPFINNINGENS BAKGRUND, PROBLEMOMRÅDE OCH KÄND TEKNIK Ett konventionellt eldrörsvapen avser här ett vapen av typen artilleripjäs, marinpjäs, eller stridsvagnspjäs eller annan pjäs innefattande ett eldrör i vilken en projektil avfyras och framdrivs genom eldröret av en drivladdning som tänds med hjälp av en pyroteknisk tändare, exempelvis en tändskruv, tändpatron etc. Drivladdningen, även benämnt drivämne, avser här ett krut i fast form, vilket under förbränning avger gaser som under högt tryck inne i eldröret driver projektilen framåt mot eldrörsmynningen. Drivämnet kan även vara av annan typ än fast krut.

Högt gastryck under lång tid medför en hög mynningshastighet för projektilen då projektilen lämnar eldröret. Hög mynningshastighet för projektilen utnyttjas för att exempelvis öka vapnets räckvidd, förbättra projektilens penetrationsförmåga respektive minska en projektilbanas tidsförlopp.

En tryckkurva för ett optimalt förbränningsförlopp, och därmed hög utskjutningshastighet, bör uppvisa en i det närmaste omedelbar tryckhöjning till Pmax, därefter en varaktig platåfas med ett bibehållet konstant eldrörstryck vid Pmax under hela den tid drivladdningen brinner inne i eldröret, för att sedan omedelbart falla till noll då projektilen lämnar eldröret. All drivladdning skall då normalt ha brunnit upp.

Oavsett val av drivladdning är tändförloppet av stor relevans för tryckförloppet och därmed är tändaren och tändsystemet kritiskt för att nå hög utskjutningshastighet.

Samtidigt som så hög utskjutningshastighet som möjligt önskas finns ett behov av att minska känsligheten på drivämnet. Drivämnen av denna typ benämns lågkänsliga, på engelska LOVA (LOw VulnerAbility). Lågkänsliga drivämnen är svåra att antända vilket minskar risken for oavsiktligt initiering av drivämne i risksituationer, exempelvis då ett stridsfordon blir beskjutet med fientlig eld. Den minskade känsligheten medför även ökade krav på tändarna. Tändarna måste då generera en ökad mängd energi och/eller förhöjt tryck for att skapa tändförloppet. Tändarna består normalt av ett lättinitierat tändämne och om mängden tändämne ökas så står det i direkt motsatsförhållande 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, som i sin tur initierar drivämnet. Genom att ersätta den pyrotekniska tändaren eller hela tändkedjan med en plasmatändare så minskas systemets känslighet för oavsiktlig initiering.

Samtidigt möjliggörs en ökad dynamik for att generera de kraftigare tändpulser som krävs for att tända drivämnen med låg känslighet (LOVA).

Konventionella tändare innefattar även ett logistiskt och tekniskt problem. För eldrörsvapen som använder drivladdningar separerade från projektilerna som exempelvis artilleri och grövre fartygskanoner används ofta en separat tändpatron for initiering av drivladdningen. För varje avfyrning används en tändpatron. Det krävs således ett mekaniskt system monterat på kanonen for 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 avfyrning av vapensystemet varpå tändpatronen kilar fast i patronläget och eldavbrott inträder. Genom införandet av en plasmatändare undviks eldavbrott och funktionssäkerheten ökar.

Plasmatändare for initiering av drivladdningar finns, exempelvis, beskrivna i patentdokumenten US-5, 231,242 (A) och US-6,703,580 (B2). Plasmatändarna bygger på principen med exploderande trådar, det vill säga en elektriskt ledande tråd som värms upp, förgasas och delvis joniseras av en elektrisk ström. Nackdelen är att tråden förbrukas och måste ersättas med en ny infor varje avfyrning. Plasmatändaren är således av engångstyp.

Repeterbara plasmatändare är kända, exempelvis, genom patentdokumenten DE-103 35 890 (A1) och DE-4028411 (A1). Plasmatändarna 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 plasmagenerering. Användning av vätskor innebär komplicerade anordningar för dosering och tillförsel samt även problem med eventuellt toxiska, energetiska 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.

Den svenska patentansökan SE 1130128-0 visar en plasmatändare där fyllnadsgas i en brännkammare joniseras av högspänningsmatade joniseringselektroder. Joniseringen i brännkammaren medför att ett elektriskt överslag mellan två elektroder möjliggörs. Den föreslagna plasmatändaren påvisar enbart joniseringselektroder anordnade på plasmatändarens yttre omslutning. I en plasmatändare genereras höga tryck varför genomföringar i plasmatändarens ytterhölje medför risk för gasläckage eller att plasmatändaren förstörs.

UPPFINNINGEN OCH DESS SYFTE Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att lösa ovan identifierade problem.

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.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en förbättrad plasmagenerator för repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, där plasmageneratorn saknar genomföringar på plasmatändarens ytterhölje.

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

Ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en utskjutningsanordning 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.

Den neutrala fyllnadsgasen kan utgöras av atmosfärsgas eller residualgas från föregående avfyrning. 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 brännkammarkanalen.

Volymöverslaget i brännkammarkanalen och den därpå följande effektutvecklingen höjer gastrycket i brännkammaren och energi avges via rekombination mellan fria elektroner och joner samt neutraler till fotoner som dissocierar och joniserar fyllnadsgasen samt brännkammarämnets yta. Denna yta avger därmed gas till brännkammarkanalen 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 terminalens genomföring för att nå drivmedlet som skall initieras.

Således har man enligt föreliggande uppfinning åstadkommit en förbättrad plasmagenerator för 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 brännkammarämne innefattad och med fyllnadsgas fylld brännkammarkanal anordnade för att antända minst en drivladdning där plasmageneratorn innefattar minst en joniseringselektrod anordnad inuti det omslutande brännkammarämnet där joniseringselektroden är ansluten till en initieringskrets, innefattande minst en första högspänningsgenerator, för jonisering av fyllnadsgasen i brännkammarkanalen (3), 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.

Att minst en joniseringselektrod är anordnad inuti det omslutande brännkammarämnet innebär att joniseringselektroden ej penetrerar brännkammarämnet.

Joniseringselektroden är helt omsluten av brännkammarämnet. Joniseringselektroden är ej i fysisk kontakt med brännkammarämnet.

Enligt ytterligare aspekter för den förbättrade plasmageneratorn enligt uppfinningen gäller; att initieringskretsen innefattar den första högspänningsgeneratorn och minst en brytare ansluten till den första terminalen på minst en kondensator, varvid joniseringselektroden är ansluten till den andra terminalen på nämnda kondensator. att initieringskretsen innefattar minst en induktor ansluten mellan den andra terminalen på kondensator och joniseringselektroden. att joniseringselektroderna är fast anordnade till en konisk hållare, varvid joniseringselektroderna är i öppen kontakt mot brännkammarkanalen och elektriskt anslutna till initieringskretsen. Med öppen kontakt menas att joniseringselektroderna är blottade mot brännkammarkanalen, det vill säga att joniseringselektroderna inte är övertäckta. att joniseringselektroderna i minst en punkt är anordnad med minst en överslagsledare. att joniseringselektroderna är cirkelsymmetriskt anordnade runt en centrumlinje och att en elektrisk isolator mellan joniseringselektroderna utgörs av en konisk hållare som anordnas i centrum på den bakre elektroden samt där den koniska hållaren och den bakre elektroden är anordnad så att elektrisk kontakt mellan initieringskretsen och joniseringselektroderna möjliggörs. att den på brännkammarkanalens bakre ände anordnade bakre elektroden är elektriskt ansluten till den andra högspänningsgeneratorn och att den på brännkammarkanalens främre ände 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 något av en konvergent dysa eller en divergent dysa eller en konvergent-divergent dysa.

Vidare så har man enligt föreliggande uppfinning åstadkommit en förbättrad ammunitionsenhet innefattande en granathylsa, en projektil, en drivladdning och en tändanordning, vilken tändanordningen utgörs av en plasmagenerator.

Vidare så har men enligt föreliggande uppfinning åstadkommit en förbättrad utskjutningsanordning innefattande eldrör, drivladdning samt en tändanordning vilken tändanordningen utgörs av en plasmagenerator.

FIGURFÖRTECKNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till de bifogade figurerna där: Fig. 1a visar schematiskt ett längdsnitt av en repeterbar plasmagenerator enligt en första utförandeform av uppfinningen.

Fig. 1b visar schematiskt ett längdsnitt av en repeterbar plasmagenerator enligt en andra utförandeform av uppfinningen.

Fig. 2 visar ett kretsschema över inkopplingen av joniseringselektroderna enligt en utförandeform av uppfinningen.

Fig. 3 visar ett alternativt kretsschema över inkopplingen av joniseringselektroderna enligt en utförandeform av uppfinningen.

Fig. 4 visar en detaljförstoring av den koniska hållaren i Fig. 1b enligt en utförandeform av uppfinningen.

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

Fig. 6 visar en joniseringselektrod enligt en utförandeform av uppfinningen.

DETALJERAD UTFÖRANDEBESKRIVNING Plasmageneratorn 1 som visas i Fig. 1a innefattar en främre elektrod 21, ett brännkammarämne 30 innefattande en brännkammarkanal 3 samt en bakre elektrod 22. Vidare innefattar plasmageneratorn 1 ett antal, i figuren och utförandeformen två, joniseringselektroder 101 och 102. Joniseringselektroderna är anslutna till initieringskretsen 99, ej visad i Fig. 1a.

Brännkammarämnet 30, företrädesvis rörformat, är en del av plasmageneratorn 1 och bildar plasmageneratorns brännkammarkanal 3. Brännkammarämnet 30 är utformat för att tåla höga tryck och innefattar inga genomföringar, hål eller annan fysisk utformning som kan försvaga dess hållfasthet. Brännkammarkanalen 3 sträcker sig axiellt genom plasmageneratorn mellan en främre elektrod 21 och en bakre elektrod 22.

Brännkammarkanalens 3 främre del, d.v.s. plasmageneratorns 1 gasutlopp 24 är företrädesvis utformad som en dysa monterad eller direkt bearbetad i den främre elektroden 21. Den främre elektroden 21 är ansluten till elektrisk jord 4. Den bakre elektroden 22 är elektriskt ansluten till en högspänningsgenerator 5, även benämnd den andra högspänningsgeneratorn, och monterad mot brännkammarämnet 30.

Plasmageneratorn 1 som visas i Fig. 1b innefattar en främre elektrod 21, ett brännkammarämne 30 innefattande en brännkammarkanal 3 samt en bakre elektrod 22. Vidare innefattar plasmageneratorn 1 ett antal, i figuren och utförandeformen fyra, joniseringselektroder 100, 101, 102 och 103. Joniseringselektroderna är anslutna till initieringskretsen 99, ej visad i Fig. 1b.

En eller flera joniseringselektroder 100, 101, 102 och 103, är anordnade inuti och utan kontakt till brännkammarämnet 30 inuti brännkammarkanalen 3 och är anslutna till en extern initieringskrets 99 innefattande en extern högspänningsgenerator 2, även benämnd den första högspänningsgeneratorn. Joniseringselektroderna 100, 101, 102 och 103 är företrädesvis anordnade på en koniskt formad hållare 32, där den koniska hållaren 32 är anordnad till den bakre elektroden 22. Den koniska hållaren 32 är företrädesvis cirkelsymmetriskt anordnad inuti brännkammarämnet 30 och utförd i isolerande material och kan bestå av flera delar för att möjliggöra anordning av joniseringselektroderna.

Joniseringselektroderna 100, 101, 102 och 103 är företrädesvis cirkelsymmetriska och anordnade centrerat inuti brännkammarämnet 30 runt centrumlinjen 7, vidare är de delar av den koniska hållaren 32 som är anordnade mellan joniseringselektroderna 100, 101, 102 och 103 företrädesvis cirkelsymmetriska och anordnade runt centrumlinjen 7. Inuti den koniska hållaren 32, i figuren ej visat, är anordning för elektrisk inkoppling av joniseringselektroderna 100, 101, 102 och 103 anordnat exempelvis genom koaxialt anordnade kopplingsbanor. Den koniska hållaren 32 kan innefatta ett offermaterial som vid elektrisk påverkan är en del vid joniseringen och/eller det elektriska överslaget. Förutom en konisk form kan andra former förekomma där radien på de cirkelsymmetriska segmenten minskar från den bakre elektroden 22 och framåt i plasmageneratorns längdsutbredning.

Det elektriska kretsschemat för den externa initieringskretsen 99, i fallet att fyra joniseringselektroder används, är beskriven i Fig. 2. I Fig. 2 visas hur joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103 inkopplas till initieringskretsen 99. Två högspänningskondensatorer, 120 och 121, laddas till en högspänning med en högspänningsgenerator 2. Laddströmmen begränsas med ett laddmotstånd 115.

Laddmotstånd 115 minimerar även urladdningsströmmen till högspänningsgeneratorn 2 från kondensatorerna 120 och 121. Den anslutningspunkt på kondensatorerna 120, 121 som ansluts till högspänningsgeneratorn 2 laddas till en högspänningspotential. Motsatt sida på kondensatorerna 120, 121, den sida som inte är ansluten till högspänningsgeneratorn, ansluts till jord 4 genom strömbegränsande resistorer 114, 116. Resistorema 114, 116 är utförda för att vid laddning av kondensatorerna 120, 121 utgöra en strömbegränsning samt att vid urladdning av kondensatorerna 120, 121 och därmed initiering av plasmageneratorn fungera som strömbegränsning för den strömpuls som passerar joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103. Mellan joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103 finns strömbegränsande elektrodresistorer anslutna 110, 111, 112, 113. 1 fallet att fyra joniseringselektroder 100, 101, 102, 103 används, som visats i bilden, behövs enbart två av elektrodresistorema 111, 112. 1 fallet att två joniseringselektroder används, behövs ingen av elektrodresistorema 110, 111, 112, 113. De i bilden visade elektrodresistorema 110 och 113 är visade för att exemplifiera hur kopplingen kan utökas för vidare inkoppling av ett större antal joniseringselektroder än fyra. Antalet joniseringselektroder kan fritt väljas utifrån plasmageneratorns 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 114 och 116 förhindrar att urladdningsströmmen från den andra högspänningsgeneratorn 5 laddas ur genom joniseringselektroderna. Den elektriska urladdningen drivs att gå från den bakre elektroden 22 till den främre elektroden 21 då resistorema 114 och 116 samt elektrodresistorema 110, 111, 112, 113 motverkar att strömmen går mot jord 4 genom initieringskretsen 99.

I Fig. 3 visas ett alternativt kretsschema for extern initieringskrets 99' över en inkoppling av joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103. I alla elektriska kretsar förekommer en viss induktans, även kallade ströinduktanser, där induktanserna i kretsen påverkar hur de elektriska signalerna 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.

Den koniska hållaren 32 enligt Fig. 4 är i en utförandeform utformat för att förbrukas skiktvis genom successiv förbränning av de i Fig. 4 visade två ämnesskikten 33 och 34. Ytterligare ämnesskikt kan naturligtvis förekomma. Vid varje initiering förbrukas ett skikt, varvid varje ny energipuls mot den i brännkammarkanalen 3 exponerade ytan på den koniska hållaren 32 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 33, varvid ämnesskiktet 34 friläggs mot brännkammarkanalen 3. Därefter kommer nästa puls att förgasa nästa skikt 34 osv. Förgasningen kan ske skiktvis i såväl axiell led som radieil led men kan även ske genom en ökad förbrukning av material runt joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103 och avtagande mot den främre elektroden 21 och den bakre elektroden 22. Även andra förbrukningssätt är möjliga. Helt eller delvis förbrukad konisk hållare 32 kan enkelt bytas ut mot ett nytt vid behov.

Den koniska hållaren 32 kan utformas genom t.ex. lamineringsteknik där ett bestämt antal skikt eller lager sammanfogas motsvarande det antal tändpulser som plasmageneratorn 1 är dimensionerad till att generera. Den koniska hållaren 32 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 plasmageneratorn kan även användas för att förgasa ett eller flera lager i en laminerad konisk hållare 32 eller en varierad massa i den koniska hållare 32 som är utförd i ett homogent material.

Fyllnadsgasen i brännkammarkanalen 3 joniseras med joniseringselektroderna 100, 101, 102 och 103, vilket ökar ledningsförmågan och möjliggör den med bestämd tidslängd, amplitud och form mellan främre elektroden 21 och bakre elektroden 22 utlösta, mycket kraftiga, elektriska energipulsen, som far ytskiktet att upphettas, förgasas 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.

Den koniska hållaren 32 innefattar företrädesvis minst ett offermaterial eller ytskikt som åtminstone i det bildade plasmat sönderfaller till molekyler, atomer eller joner. Ett sådant offermaterial eller ytskikt innehåller lämpligen exempelvis väte och kol. För generering av varma partiklar kan även metalliska material i kombination med exempelvis väte och kol vara en del av den koniska hållaren 32. Den koniska hållaren 32 i den beskrivna utförandeformen innefattas av minst ett dielektriskt polymermaterial, företrädesvis en plast med hög smälttemperatur (företrädesvis över 150°C), hög förgasningstemperatur (över 550°C, företrädesvis över 800°C) och låg värmeledningsförmåga (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 33, 34 av den koniska hållaren förgasas för varje energipuls.

Offermaterialet i den koniska hållaren 32 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 en laminerad konisk hållare 32 för åstadkommande av nämnda skiktvisa 33, 34 förgasning av laminatet i den koniska hållaren 32. Eller genom sintring, pressning eller annan sammanfogningsteknik förena metalliska och/eller polymera material till en konisk hållare 32 för åstadkommande av nämnda skiktvisa 33, 34 förgasning av laminatet i den koniska hållaren 32.

Den yttre ytan på den koniska hållaren 32 är så beräknad, dimensionerad och tillverkad att endast det yttersta, dvs. det ut från brännkammarkanalen 3 exponerade ytan av den koniska hållaren 32, mellan den främre elektroden 22 och den bakre elektroden 21 vända fria, ytskiktet eller lagret 33, 34 förgasas vid varje elektrisk puls. Optimalt får den koniska hållaren 32 vara förbrukat vid det sista för plasmageneratorn 1 tänkta plasmagenereringen.

Då förbrukningen av den koniska hållaren 32 kan tänkas vara dynamiskt föränderlig mellan varje användning, beroende på utförandet av exempelvis drivämnet, projektilen, omgivningstemperaturen eller målets beskaffenhet, tillverkas den koniska hållaren med en viss marginal för att kunna fungera inom de av tillämpningen tänkbara utföranden.

Den koniska hållaren 32 kan även vara utförd i exempelvis en keram, halvledande keram, eller annat material så som en plast eller annat ämne som inte förbrukas vid initiering av plasmageneratorn 1. Vid initiering av en plasmagenerator 1 med ett icke förbrukande koniska hållare 32 kommer den i brännkammarkanalen 3 innehållna fyllnadsgasen att joniseras vid den elektriska urladdningen. Efter en elektrisk urladdning kan den koniska hållaren 32 beläggas med ett ytskikt av exempelvis sot som därefter blir en del av förloppet. En helt ny konisk hållare, som ännu inte utsatts för en elektrisk urladdning, kan beläggas med ett ytskikt, exempelvis ett fett, sot eller liknande, som joniseras av joniseringselektroderna för att initiera en första elektrisk urladdning mellan den bakre och främre elektroden. Med en konisk hållare 32 utfört i ett icke förbrukande material behövs ej den koniska hållaren 32 ersättas vid upprepad användning.

Fig. 5 visar en hylsförsedd ammunitionsenhet 13 med integrerad plasmagenerator. Plasmageneratorn 1 är monterad i en patronhylsa 10, tillsammans med en drivladdning 11 och en projektil 12. Drivladdningen 11 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. Alternativa utföringsformer av drivladdningen 11 är naturligtvis möjliga.

Fig. 6 visar en joniseringselektrod 100 utför med en överslagsledare 1000. Överslagsledaren 1000 är anordnad för att styra det elektriska överslaget så att ett elektriskt överslag rör sig mellan överslagsledare anordnade på respektive joniseringselektrod. Överslagsledaren är anordnad som en från joniseringselektroden utskjutande del som företrädesvis sticker ut från den koniska hållaren 32.

FUNKTIONSBESKRVNING Funktionen och användningen av plasmageneratorn 1 enligt uppfinningen är enligt följande i fallet att fyra joniseringselektroder nyttjas.

Vid avfyrning och initiering av plasmageneratorn 1 bringas de av högspänningsgeneratorn 2 laddade kondensatorerna 120, 121 att urladdas genom brytaren 130. Kondensatorema 120, 121 är anslutna till joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103, och laddningsomfördelningen vid urladdning av kondensatorerna medför en jonisering av fyllnadsgasen i brännkammarkanalen 3. När joniseringsgraden är sådan att plasmagenerering kan initieras så bringas den andra högspänningsgeneratorn 5 att avge en kraftig elenergipuls innefattande en hög strömstyrka och/eller en hög spänning, båda med en viss bestämd amplitud och pulslängd anpassad efter de för det aktuella vapnet, temperaturen, drivladdningen, projektilens, målet omgivningens etc. gällande egenskaper. Plasmageneratorns 1 impedans är vid aktivt tillstånd, dvs. under plasmagenerering, låg varför företrädesvis en hög ström genereras från den andra högspänningsgeneratorn 5, i storleksordning 10 - 100 kA, för att lyckas med övertändning krävs dock en hög spänning, i storleksordning 1 - 10 kV. För att 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 μs - 10 ms.

Utförandet med flera efter varandra i brännkammarkanalen 3 följande joniseringselektroder 100, 101, 102 och 103 far det elektriska överslaget mellan den bakre elektroden 22 och den främre elektroden 24 att stegvis förflytta sig mellan joniseringselektroderna. Vid det första överslaget eller urladdningen från den bakre elektroden 22 till den första joniseringselektroden 100 kommer UV-ljus från urladdningen jonisera fyllnadsgasen. Vidare flyttar sig det elektriska faltet från den bakre elektroden 22 till den första joniseringselektroden 100 vilket underlättar nästkommande urladdning från joniseringselektrod 100 till joniseringselektrod 101. Även vid urladdningen mellan joniseringselektroderna 100 till 101 skapas UV-ljus för vidare jonisering samt ytterligare en förflyttning av det elektriska faltet. På samma sätt fortgår det elektriska överslaget fram till den främre elektroden 21. En mycket begränsad ström kommer att gå i joniseringselektroderna mot jord då resistansen mot jord är hög. Huvuddelen av den elektriska energin i högspänningsgeneratorn 5 kommer att laddas ut från den bakre elektroden 22 till den främre elektroden 21 och till fyllnadsgasen i brännkammarkanalen 3. Resistorerna har i storleksordningen 1 - 100 kOhm i resistans för att begränsa den del av strömmen som går från högspänningsgeneratorn 5 till jord via joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103. När initieringen av plasmageneratorn 1 sker genom att brytare 130 sluts kommer en laddad spänning i kondensatorerna 120 och 121 att laddas ut dels genom brytaren 130 till jord samtidigt som det sker en laddningsomfördelning från joniseringselektroderna 100, 101, 102 och 103 och kondensatorerna 120 och 121. Laddningsomfördelningen från joniseringselektrod 100 sker genom resistom 111 och laddningsomfördelningen 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 joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103 och i den plasmakanal som bågurladdningen skapar blir det en så hög temperatur att det yttersta ytskiktet/lagret av den koniska hållaren 32 smälter, förgasas och slutligen joniseras till ett mycket hett plasma. I ett alternativt 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 den koniska hållaren 32. Vidare kan det vara så att en ytbeläggning på den koniska hållaren 32 joniseras och skapar en plasmakanal så att en bågurladdning mellan den bakre elektroden 22 och den främre elektroden 21 sker, i detta fall förbrukas inget av den koniska hållaren 32.

Genererad plasmaliknande gas bringas, på grund av det höga tryck som förgasningen genererar i brännkammarkanalen 3, att spruta ut genom gasutloppet 24, vilket gasutlopp 24 är formad som en dysa. Pulslängd, pulsform, strömstyrka och spänning kan varieras efter aktuella forhållanden vid avfyrningstillfallet, såsom omgivningens temperatur, luftfuktighet etc. och for 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 fordelen 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, for att variera projektilens skjutavstånd, och även for att kompensera för drivladdningens temperaturberoende. Den energimängd som högspänningsgeneratorn 5 laddas med anpassas utifrån plasmageneratorns 1 storlek och prestanda. Då impedansen i det elektriska överslaget mellan den bakre elektroden 22, via joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103, till den främre elektroden 21 närmar sig noll så tillfors inte längre någon elektrisk energi till plasmakanalen. Då ingen energi tillfors plasmakanalen så kan pulsen från högspänningsgeneratorn 5 brytas eller avslutas. Företrädelsevis så anpassas energimängden i högspänningsgeneratorn 5 så att då impedansen i det elektriska överslaget närmar sig noll så är även högspänningsgeneratorn 5 urladdad. På detta sätt energioptimeras plasmageneratorn 1.

Vapensystem kan enklare och säkrare tändas med föreslagen repeterbar plasmagenerator. 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 doseringsutrustning för vätskor kan undvikas. Tekniken medför ökad styrning 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.

UTFÖRINGSEXEMPEL Exempel på en plasmagenerator enligt uppfinningen, avsedd för användning i ett artillerisystem som ersättning för konventionell tändpatron nyttjades energipulser på ca 1 - 10 kJ med varaktigheten någon millisekund och spänningen i intervallet 5 - 20 kVolt. Strömstyrka i intervallet 1 - 50 kA. Avstånd mellan främre elektrod 21 och bakre elektrod 22 var i storleksordningen 20 - 100 mm.

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

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

Det inses att ovan beskrivna ammunitionsutförande kan innefatta flera olika dimensioner och projektiltyper beroende på användningsområde och eldrörsvidd. Här ovan avses dock åtminstone de idag vanligaste förekommande projektilerna på mellan ca 20 mm - 160 mm.

Vid de ovan beskrivna utföringsformerna innefattar plasmageneratorn 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.

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

Claims (10)

1. 1. Plasmagenerator (1) för initiering av drivladdningar i ett vapensystem,exempelvis vid utskjutning av projektiler från ett eldrörsvapen, genom elektriskurladdning mellan en bakre elektrod (22) och en främre elektrod (21) i en i ettbrännkammarämne (30) innefattad och med fyllnadsgas fylld brännkammarkanal (3)anordnade för att antända minst en drivladdning (11) k ä n n e t e c k n a d a v attplasmageneratorn (1) innefattar minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103)anordnad inuti det omslutande brännkammarämnet (30) där joniseringselektroden (100,101 , 102, 103) är ansluten till en initieringskrets (99), innefattande minst en forstahögspänningsgenerator (2), förjonisering av fyllnadsgasen i brännkammarkanalen (3),samt en andra högspänningsgenerator (5) anordnad för elektrisk urladdning i denelektriskt ledande gasen från den bakre elektroden (22) via minst en joniseringselektrod(100, 101, 102, 103) vidare till den främre elektroden (21) så att het tändgas under högttryck bildas.

2. Plasmagenerator (1) enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v attinitieringskretsen (99) innefattar den första högspänningsgeneratom (2) och minst enbrytare (130) ansluten till den första terminalen på minst en kondensator (120, 121),varvid joniseringselektroden (100, 101, 102, 103) är ansluten till den andra terminalenpå nämnda kondensator (120, 121).

3. Plasmagenerator (1) enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v attinitieringskretsen (99) innefattar minst en induktor (140) ansluten mellan den andraterminalen på kondensator (120, 121) och joniseringselektroden (100, 101, 102, 103).

4. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d a v att joniseringselektroderna (100, 101, 102, 103) är fast anordnade till en koniskhållare (32), varvid joniseringselektroderna (100, 101, 102, 103) är i öppen kontakt motbrännkammarkanalen (3) och elektriskt anslutna till initieringskretsen (99).

5. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a da v att joniseringselektroderna ( 100, 101, 102, 103) i minst en punkt är anordnad medminst en överslagsledare (1000).

6. Plasmagenerator (1) enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v attjoniseringselektroderna (100, 101, 102, 103) är cirkelsymmetriskt anordnade runt en centrumlinje (7) och att en elektrisk isolator mellan joniseringselektroderna utgörs avden koniska hållaren (32) som anordnas i centrum på den bakre elektroden (22) samt därden koniska hållaren (32) och den bakre elektroden (22) är anordnad så att elektriskkontakt mellan initieringskretsen (99) och joniseringselektrodema (100, 101, 102, 103)möjliggörs.

7. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven l - 6, 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) ärelektriskt ansluten till den andra högspänningsgeneratorn (5) och att den påbrännkammarkanalens (3) främre ände anordnade främre elektroden (21) är ansluten tilljord (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 utmot drivladdningen (1 1).

8. Plasmagenerator (l) enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v attgasutloppet (24) är något av en konvergent dysa eller en divergent dysa eller enkonvergent-divergent dysa.

9. Ammunitionsenhet (13) innefattande en granathylsa (1 O), en projektil (12),en drivladdning (1 l) 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 (l) enligt något av kraven 1-8.

10. Utskjutningsanordning innefattande ett eldrör, drivladdning samt entändanordning (1), k ä n n e t e c k n a d a v att tändanordningen (1) utgörs av enplasmagenerator (1) enligt något av kraven 1-9.