ITRM940181A1

ITRM940181A1 - Granata di artiglieria a lunga gittata

Info

Publication number: ITRM940181A1
Application number: IT000181A
Authority: IT
Inventors: Martin James Lewin; John Robert Nixon
Original assignee: Secr Defence Brit
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-01
Also published as: CA2101341A1; GB2319593A; IT1290877B1; FR2767582A1; DE4345153B4; GB2319593B; US5886289A; ITRM940181A3; FR2767582B1; DE4345153A1; GB9314088D0; GB9216295D0; CA2101341C

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione avente per titolo:

"Granata di artiglieria a lunga gittata"

La presente invenzione si riferisce ad una .granata di artiglieria per lunga gittata,

Si riscontra una costante necessità militare di ampliare la gittata delle granate di artiglieria con minimo effetto sul carico pagante e sugli errori di messa a segno.

In pratica, ciò suggerisce di mantenere la forma fisica generale delle.attuaii granate convenzionali. Inoltre, è desiderabile che le dimensioni esterne e la .massa di una granata per lunga gittata si conformino strettamente alle dimensioni .esterne ed alla massa-delle granate esistenti, allo scopo che .esse possano,essere.lanciate dai servizi esistenti di artiglieria senza,superare l a pressione massima accettabi le.sulla culatta. Vi.sono grandi vantaggi per una granata a lunga gittata se questi requisiti potessero essere soddisfatti.

E ' possibile ampliare la gittata delie granate incorporando in esse un motore a razzo per fornire una spinta dopo il lancio. La penalità da affrontare per la incorporazione di. un motore,a razzo è quella della perdita di carico pagante corrispondentemente al volume occupato dal motore a razzao. Come esempio-, la assistenza fornita .da un razzo può estendere la gittata .di una granata di artiglieria da 155 mm approssimativamente nella misura del -23%, mentre si sacrifica approssimativamente il 64% del suo carico pagante.

E' possibile aumentare .la gittata delle granate per mezzo di uno spurgo di base. Lo .spurgo di base aumenta la gittata.per il fatto che riduce la resistenza di avanzamento di base della granata aumentando la sua pressione-dibase .Questo risultato viene ottenuto per-mezzo della combustione di .un propellente che scarica i suoi . gas nella regione di base della granata. Il vantaggio,dello spurgo di base come elemento di-miglioramento della gittata è quello -delle minori esigenze di volume, del motore per un dato incremento di gittata. Come esempio, lo spurgo-di base può ampliare la gittata,di una granata di artiglieria da 155 mm nella misura approssimativamente del 23%, sacrificando approssimativamente il 18% del suo carico pagante.

Nè la assistenza a razzo nè lo spurgo di base s.ono capaci di realizzare le gittate .desiderate con .ragionevole carico pagante. Il problema è quello. di come aumentare la gittata ulteriormente, mantenendo i vincoli dimensionali complessivi delle granate. esistenti e. fornendo un ragionevole carico pagante.

Pertanto, uno scopo della presente invenzione è di fornire una granata di artiglieria avente una migliorata capacità di _ampliamento di gittata.

In conformità con la presente invenzione, viene fornita una granata di artiglieria per lunga gitta.ta avente un motore a razzo che .comprende un materiale propellente per razzi ed un ugello di razzo, in . cui detta granata comprende ulteriormente un materiale propellente di spurgo di .base (base bleed), un mezzo di accensione di.spurgo .di base per accendere il materiale propellente lo spurgo di base quando la granata viene lanciata ed un meccanimo-di ritardo della accensione del razzo per ritardare la accensione del materiale propellente a razzo fino a che il materiale propellente con spurgo di base non abbia sostanzialmente ultimato la combustioLo spurgo di base è particolarmente efficace nella riduzione della resistenza di base quando la granata si muove ad alta velocità attraverso l'aria relativamente densa della troposfera nelle fasi iniziali del volo. La assistenza a razzo, d'altra parte è molto efficace quando la granata entra nello strato di aria meno denso della stratosfera. la bassadensità dell'aria a questa grande altitudine significa che la velocità della granata viene diminuita con minore indice, grazie alla ridotta resistenza di avanzamento, con risultante lunga gittata e tempo di volo relativamente breve. Il motore a razzo è anche più efficace a grande altitudine dato che l'incremento della velocità viene aumentato al .massimo nell'atmosfera di bassa densità.

La combinazione dello spillamento o spurgo di base e della assistenza con motore a razzo ritardato,_secondo l'invenzione, in cui ciascuno di tali accorgimenti viene utilizzato nella sua parte più efficace della traiettoria balistica , ha dimostrato di aumentare la gittata di una classica granata di artiglieria da 155 mm, stabilizzata mediante rotazione, nella misura dall'85% al 150%, sacrificando soltanto dal 15% al 45% del classico carico pagante.

II motore a razzo può essere del tipo a combustione come sigaretta. Questo tipo di motore comprende un singolo grano, solido di propellenten che viene acceso sull'estremità dell’ugello e brucia verso l’indietro in maniera uniforme a velocità costante. .1 vantaggi.di .questo disegno sono la [consistente caratteristica di uscita prodotta e la sua relativa, facilità di fabbricazione. Tuttavia, allo scopo di facilitare una affidabile e sostenuta accensione del motore a razzo, deve essere fornita una camera o cavità a pressione.

Mentre l'impiego di una camera a pressione posteriore non rappresenta un .problema nei sistemi missilistici, poiché le accelerazioni di.lancio sono reiativamente basse, tale accorgimento pone gravi problemi tecnici per le granate lanciate da cannoni che sono soggette ad accelerazioni di lancio più di 200 volte .superiori,a quelle dei sisterni missilistici . L'impiego di un rinforzo nella parte posteriore del propellente del razzo, per impedire il collasso dei propellente come.,risultato delle sollecitazioni indotte durante il lancio con il.cannone, diminuisci la capacità di trasporto del propellente del motore a razzo, mentre nè aumenta.ilcosto di fabbricazione .Una soluzione a questo problema consiste.

nell'alloggiare il materiale propellente dello spurgo di base nella stessa camera di un contenitore di combustibile in cui è alloggiato il materiale .prope.llente del razzo e.disposto verso la sua parte posteriore. Il vantaggio di questa disposizione consiste nel.fatto che il materiale propellente per lo spurgo di base,fornisce un .supporto meccanico al materiale propellente del razzo durante il lancio. La.combustione del materiale propellente di spurgo .di base durante le fasi iniziali del volo fornisce ia necessaria camera a pressione per facilitare la -successiva accensione del materiale propellente .del razzo.

.La accensione del materiale propellente del razzo può essere.effettuata .mediante lo spurgo di base in corso di combustione. Tuttavia, l'esperienza ha dimostrato che il propellente dello spurgo di base.-brucia più .rapidamente nel centro, che non ai suoi bordi. Ciò può comportare. la .accensione del propellente del razzo prima del completamento della fase dello spurgo o spillamento di base .Questa è una causa di inefficienza poiché .un qualsiasi materiale propellente di spurgo.,di base che ancora brucia dopo la .accensione del razzo si dimostra inefficace per aumentare la gittata. La prematura accensione del razzo potrebbe anche verificarsi causa del trasferimento di calore dai gas dell spurgo di base. A parte i l fatto di essere ineffi ciente, una prematura accensione, in qualsiasi mod provocata, è altamente indesiderabile dato che provoca -delle grandi inconsistenze o disarmonie d gittata da salva a salva.

- Per ·mitigare il -problema della prematur accensione del -razzo una -barriera -di -accensione termica -può essere collocata -fra i due diversi materiali propellenti, per cui il propellente del razzo risulta termicamente isolato dal propellente deilo spurgo di base in corso di combustione, durante la fase di -spurgo di base. Questa barriera può assumere la forma di un inserto termicamente isolante, -per esempio -un disco di gomma o di materiale composito oppure uno strato inibitore chimico di accensione.-Sebbene la -barriera di accensione debba fornire -la richiesta barriera termica, essa non deve istruire l'ugello -a seguito della accensione del razzo, vale a dire che deve disintegrarsi o bruciare L'-accensione del razzo può essere effettuata in un tempo predeterminato-dopo il -lancio per mezzo di un-dispositivo elettronico di ritardo. -Iltempo è prefer ibilmente determinato -da una modellazione della traiettoria di.calcolo allo scopo di aumentare al massimo la gittata. Ciò fornisce un elevato grado di precisione di accensione .attraverso -un ampio .intervallo di temperature. In questo caso, la barriera di accensione preferibilmente si estende attraversso l'intera interfaccia fra ilmateriale propellente di -spurgo, di base ed il materiale .propellente del razzo, -però essa deve essere tale.da.non agire nel senso -di. isolare il propellente del razzo dalla sua essenziale camera a pressione

Alternativamente, la barriera di accensione .termica può non estendersi attraverso l'intera interfaccia fra il materiale propellente di spurgo di base ed il materiale propellente del.razzo, allo scopo che il materiale, propellente dello spurgo di base si trovi in contatto con il materiale propellente del razzo sulle sue regioni periferiche. Ciò consente di iniziare la accensione del.razzo per mezzo dello stesso materiale dello spurgo di base in corso .di combustione,quando il materiale propellente del lo spurgo . di base ha sostanzialmente terminato la combustione .

In una seconda forma di realizzazione, il motor e a razzo può essere del-tipo con combustione a condotto, -in cui- la camera a pressione viene fornita da una cavità centrale che si estende per "tutta la; lunghezza del materiale propellente del razzo. In una tale disposizione, il propellente brucia a partire dalla cavità verso l'esterno con la conduzione di una piccola quantità di calore verso le pareti del razzo. Il vantaggio di ciò consiste nel fatto che vi è un minimo rischio di prematura accensione del propellente non bruciato. Il rischio di collasso meccanico del propellente per causa delle forze di lancio del cannone può richiedere la incorporazione di diaframmi di supporto.

Si preferisce, in questo caso, alloggiare il materiale propellente dello spurgo di base in una unità anulare separata disposta coassialmente all'ugello del razzo , facendo così uso dello spazio "sprecato" intorno all'ugello. Il vantaggio dell'alloggiamento dello spurgo di base in una unità separata consiste nel fatto che esso consente l'impiego di una ottimale configurazione del propellente per lo spurgo di base, aumentando così al massimo l'efficienza dello spurgo di base.

In questo caso, la accensione del motore a razzo può essere effettuata per mezzo d i un ritardo pirotecnico attraverso l'otturatore dell'ugello del; motore a razzo. Il ritardo pirotecnico viene avviato dai gas di propulsione caldi prodotti al momento del lancio dal cannone ed è concepito in modo da fornire il richiesto ritardo prima della combustione fino al di spositivo d i accensione del motore a razzo e prima di provocare la accensione del razzo.

Alternativamente, la accensione del razz!o può essere effettuata con un ritardo elettronico;, come precedentemente descritto.

La accensione dello spurgo di base può essere ottenuta con un qual sias i proced imento conveniente, per esempio la incorporazione di una massa idi materiale pirotecnico nell'otturatore dell'ugello del motore a razzo, in maniera tale che esso venga [acceso dai gas caldi di propulsione durante il lancio, e successivamente provoca una affidabile accensione del lo spurgo di base .

L’invenzione verrà ora descritta soltanto a titolo di esempio con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 rappresenta una vista in sezione retta di una granata di artigl ieri a a lunga gittatia in conformità con una prima forma di realizzazione dell'invenzione , per mostrare l ' otturatore o tappo dell'ugello del motore a razzo rimosso dall'ugello del motore a razzo;

la figura 2 rappresenta una vista in sezione retta della parte posteriore di una granata di artiglieria per lunga gittata in conformità con una seconda forma di realizzazione dell'invenzione, chè mostra il tappo dell'ugello del motore a razzo rimosso dall'ugello del motore a razzo;

la figura 3 rappresenta una vista in sezione retta del tappo dell'ugello del motore a razzo della sigura 2; e

la figura 4 rappresenta una vista posteriore della granata della figura 2 con la piastra di base asportata per mostrare il tappo o otturatore della figura 3 al suo posto nell'ugello del motore a razzo.

Con riferimento alla figura 1, una granata di artiglieria 1 da 155 mm comprende una spoletta 2, un volume 6 per il carico pagante rappresentato icome occupato da piccole bombe, un sistema 4 di espulsione delle piccole o secondarie bombe, un nastro di trascimento 8 ed un mezzo di ampliamento della gittata. Il mezzo di ampliamento della gittata comprende un motore a razzo che presenta il materiale 10 operante come propèllente del razzo ed un ugello di motore a razzo 14, in combinazione con il materia:-le propellente 12 dello spurgo di base alloggiato nella stessa camera ed al didietro de1 materiale propellente 10 del razzo. In questa configurazione, l'ugello 14 del motore a .razzo funziona anche come ugel lo per lo spurgo di base . Un tappo o otturatore 16 dell'ugello del motore a razzo, rappresentato rimosso dall'ugello 14 del motore a razzo per motivi di chiarezza, è fornito per chiudere ermeticamente il motore a razzo allo scopo di consentire una manipolazione sicura ed una possibilità di immagazzilamento a lungo termine. In questa configurazione, 'esso anche fornisce il mezzo di accensione dello spurgo di base nella forma di una massa di composizione pirotecnica 22, tipicamente un miscuglio di magnesio, PTFE ed un copolimero di esafluoropropilene e di viniliden fluoruro, passante attraverso il centro del tappo 16. Uno strato inibitore chimico 18 è formato nell'interfaccia fra i due materiali propellenti 10 e 12, lasciando una superficie anulare di contatto che non viene inibita in alcun modo fra i due materiali propellenti 10 e 12 intorno alla periferia del contenitore del combustibile per il azzo/spurgo di base.

I requisiti critici per il materiale propel-'lente del razzo sono che esso sia idoneo al trattamento ed abbia un elevato impulso specifico ed affidabili proprietà meccaniche attraverso un ampio intervallo di temperature. Per queste ragioni, si può scegliere il poiibutadiene con terminazione ossidrilica composito gommoso alluminizzato (HTPB) Lo strato inibitore chimico 18 è convenientemente uno strato di legante gommoso inerte.

Durante l'uso, la granata viene lanciata da un cannone. I gas di propulsione caldi prodotti ne lla camera della culatta provocano l'accensione deila composizione di accensione 22 dello spurgo d base, che successivamente provoca la accensione deilo spurgo di base. Il materiale propellente 12 deilo spurgo o spillamento di base brucerà a velocità superiore nel centro, ma la accensione del razzo non si verificherà se non quando l'anello esterno del materiale propellente dello spurgo di base è bruciato completamente, a causa della presenza dello strato inibitore 18 collocato centralmente. Con riferimento alle figure, da 2 a 4, che illustrano una seconda forma di realizzazione dell'invenzione, il materiale propellente 10 per razzo è formato in un condotto avente una cavità centrale 23 estendentesi per tutta Ia lunghezza del materiale propellente 10 del razzo.

Il materiale propellente 12 per lo spilla mento dì base è alloggiato separatamente in una unità anulare, avente una piastra dibase anulare 19 ed un ugello 20 per lo spurgo di base.

Per i migliori risultati, il propellente per lo spurgo di base è fornito nella forma di tre: grani 30, 32, 34 aventi un interspazio radiale parallelo 28 fra ciascun grano e quello successivo.

In questa forma di realizzazione, il tappo 1 6 dell'ugello del motore a .razzo fornisce sia il ìmezzo di accensione dello spurgo di base e.sia i ìl meccanismo di ritardo della accensione del razzo. Una massa di composizioni 22 per la accensione dello jspurgo di base presenta diversi fori radiali 24 che si estendono verso l'esterno. In aggiunta, un elemenito di ritardo pirotecnico 26 si estende dalla superr fiele posteriore del tappo 16 verso il motore à razzo. Nella figura 4, la piastra di base 18 è stata asportata per evidenziare la configurazione preferita del propellente dello spurgo di base.

Durante l'uso, i gas caldi di propulsione

!prodotti a seguito del lancio accendono sia la composizione 22 di accensione dello spurgo di base e Sia il complesso di ritardo pirotecnico 26. Là accensione dello spurgo di base viene sostenuta dal dispositivo di accensione per mezzo del trasferimento rapido attraverso i fori 24 nel tappo o otturatore 16. Il complesso di ritardo pirotecnico 26, d'altra parte, è concepito in modo da bruciare per un tempo predeterminato più lungo, per cui la accensione del razzo si verifica quando lo spurgo di base ha sostanzialmente completato la combustione.

Una tipica granata di artiglieria da 150 mm secondo l ' invenz ione , con una massa di - 43 , 5 kg ed una velocità alla volata approssimativamente di 950 metri al secondo potrebbe raggiungere gittate super riori a 55 km con un volume pagante approssimativamente corrispondente al 503⁄4 di quello di una granata convenzionale.

Un tale grande incremento di gittata non avrebbe potuto essere realizzato con la assistenza Soltanto dello spurgo di base o del razzo. L'incremento di gittata è dovuto alla combinazione ed alla ottimizzazione dell'assistenza dello spurgo di base e del razzo ritardato, ciascuno utilizzato nella sua parte più efficace della traiettoria balistica.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Granata di artiglieria per lunga gittata comprendente un motore a razzo che contiene un materi ale propel lente per razzo ed un ugello di razzo , in cui detta granata comprende ulteriormente un materiale propellente per spurgo o spillamento di base, un mezzo di accensione dello spurgo di base per accendere il materiale propellente dello spurgo di base quando la granata, viene lanciata ed un meccani smo di ritardo del l a accensione del razzo per ritardare la accensione del materiale propellente dei razzo fino a che il materiale propellente dello spurgo di base non abbia sostanzialmente completato ia combustione.
2. Granata di artiglieria a lunga gittata secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale propellente per razzo comprende un singolo grano solido di propellente.
3. Granata di artiglieria per lunga gittata secondo la rivendicazione 1 , in cui i l materiale propellente per razzo definisce una cavità centrale che si estende per tutta la sua lunghezza.
4. Granata di artiglieria per lunga gittata secondo la rivendicazione 3, in cui diaframmi di supporto sono forniti nella cavità.
5. Granata di artiglieria per lunga gittata secondo una qualsiasi precedente rivendicazione, in cui un contenitore di combustibile definisce una singola camera in cui il materiale propellente dello spurgo o spillamento di base è alloggiato al didietro dei materiale propellente del razzo.
6. Granata di artiglieria per lunga gittata secondo la rivendicazione 5, in cui una barriera per la accensione termica è fornita nel contenitore del combustibile fra il materiale propellente dello spurgo di base ed il materiale propellente del razzo.
7. Granata di artiglieria a lunga gittata secondo la rivendicazione 6, in cui la barriera di accensione termica comprende un inserto di materiale termicamente isolante.
8. Granata di artiglieria per lunga gittata secondo la rivendicazione 6, in cui la barriera di accensione termica comprende uno strato di materiale inibitore chimico.
9. Granata di artiglieria per lunga gittata secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, in cui il materiale propellente dello spurgo di base si trova in contatto con il materiale propellente del razzo nelle sue regioni periferiche.
10. Granata di artiglieria per lunga gittata secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il materiale propellente per lo spurgo di base è alloggiato in una unità anulare, disposta coassialmente all'ugello del.razzo.
11..Granata di artiglieria per lunga gitta ta secondo una qualsiasi,precedente rivendicazione, in cui il meccanismo di ritardo della accensione,del razzo comprende un ritardo .elettronico.
12.Granata di artiglieria per lunga gittar ta secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui il meccanismo di ritardo della accensione del razzo comprende un ritardo pirotecnico.
13. Granata di artiglieria per lunga gittata secondo una qualsiasi precedente rivendicazione, in cui il mezzo di accensione dello spurgo di base comprende una massa di materiale pi rotecnico.