Elektrotermisk-kemisk teknik
Elektrotermisk-kemisk ( ETC )-teknik är ett försök att öka noggrannheten och mynningsenergin för framtida tank- , artilleri- och närliggande vapensystemvapen genom att förbättra förutsägbarheten och expansionshastigheten för drivmedel inuti pipan.
En elektrotermisk-kemisk pistol använder en plasmapatron för att tända och kontrollera ammunitionens drivmedel, med hjälp av elektrisk energi för att utlösa processen. ETC ökar prestandan hos konventionella fasta drivmedel, minskar effekten av temperaturen på drivmedelsexpansion och möjliggör användning av mer avancerade drivmedel med högre densitet.
Tekniken har varit under utveckling sedan mitten av 1980-talet och forskas för närvarande aktivt i USA av Army Research Laboratory , Sandia National Laboratories och försvarsindustrins entreprenörer, inklusive FMC Corporation , General Dynamics Land Systems , Olin Ordnance och Soreq Kärnforskningscentrum . Det är möjligt att framdrivning av elektrotermisk-kemiska vapen kommer att vara en integrerad del av den amerikanska arméns framtida stridssystem och de i andra länder som Tyskland och Storbritannien . Elektrotermisk-kemisk teknik är en del av ett brett forsknings- och utvecklingsprogram som omfattar all elektrisk pistolteknik, såsom rälsvapen och spolpistoler .
Bakgrund
Den ständiga striden mellan pansar och pansargenomträngande runda har lett till kontinuerlig utveckling av stridsvagnsdesignen. Utvecklingen av amerikanska pansarvärnsvapen kan spåras tillbaka till krav på att bekämpa sovjetiska stridsvagnar. I slutet av 1980-talet trodde man att skyddsnivån för Future Soviet Tank (FST) kunde överstiga 700 mm rullad homogen pansarekvivalens vid dess maximala tjocklek, vilket effektivt var immunt mot den samtida M829 pansargenomborrande fenan stabiliserade kasserande sabot . På 1980-talet var den mest omedelbara metoden som var tillgänglig för Nato för att motverka sovjetiska framsteg inom pansarteknik antagandet av en 140 mm huvudpistol, men detta krävde ett omdesignat torn som kunde inkorporera den större slutstycket och ammunitionen, och det krävde också någon form av automatisk lastare. Även om 140 mm pistolen ansågs vara en riktig interimslösning, bestämdes det efter Sovjetunionens fall att ökningen av munkorgsenergin inte var värd viktökningen. Resurser lades därför på forskning kring andra program som kunde ge den nödvändiga munkorgsenergin. En av de mest framgångsrika alternativa teknikerna är fortfarande elektrotermisk-kemisk antändning.
De flesta föreslagna framstegen inom kanonteknologi är baserade på antagandet att det fasta drivmedlet som ett fristående framdrivningssystem inte längre är kapabelt att leverera den erforderliga mynningsenergin. Detta krav har understrukits av utseendet på den ryska T-90 huvudstridsstridsvagnen. Förlängningen av nuvarande pistolrör, som den nya tyska 120 mm L/55, som introducerades av Rheinmetall anses bara vara en tillfällig lösning eftersom den inte erbjuder den erforderliga ökningen av mynningshastigheten. Även avancerad kinetisk energiammunition som USA:s M829A3 anses bara vara en tillfällig lösning mot framtida hot. I den utsträckningen anses det fasta drivmedlet ha nått slutet på sin användbarhet, även om det kommer att förbli den huvudsakliga framdrivningsmetoden under åtminstone nästa årtionde [ förtydligande behövs ] tills nyare teknologier mognar. För att förbättra kapaciteten hos ett fast drivmedelsvapen kan den elektrotermiska kemiska pistolen komma i produktion redan 2016. [ behöver uppdateras ]
ETC-tekniken erbjuder en uppgradering med medelhög risk och är utvecklad till den grad att ytterligare förbättringar är så små att den kan anses vara mogen. Den . lätta amerikanska 120 mm XM291 kom nära att uppnå 17 MJ munkorgsenergi, vilket är det lägre energispektrumet för munkorg för en 140 mm pistol Framgången för XM291 innebär dock inte framgången med ETC-teknik eftersom det finns nyckeldelar i framdrivningssystemet som ännu inte är förstått eller fullt utvecklat, såsom plasmatändningsprocessen. Ändå finns det betydande bevis på att ETC-teknik är lönsam och värd pengarna för att fortsätta utvecklingen. Dessutom kan den integreras i nuvarande pistolsystem.
Verksamhetsprincip
En elektrotermisk-kemisk pistol använder en plasmapatron för att tända och kontrollera ammunitionens drivmedel, med hjälp av elektrisk energi som katalysator för att påbörja processen. Ursprungligen undersökt av Dr. Jon Parmentola för den amerikanska armén, den har vuxit till en mycket rimlig efterföljare till en vanlig stridsvagnspistol med fast drivmedel. Sedan starten av forskningen har USA finansierat vapenprojektet XM291 med 4 000 000 USD, grundforskning med 300 000 USD och tillämpad forskning med 600 000 USD. [ citat behövs ] Sedan dess har det visat sig fungera, även om effektivitet till den nivå som krävs har ännu inte uppnåtts. ETC ökar prestandan hos konventionella fasta drivmedel, minskar effekten av temperaturen på drivmedelsexpansion och möjliggör användning av mer avancerade drivmedel med högre densitet. Det kommer också att minska trycket på pipan jämfört med alternativa tekniker som erbjuder samma mynningsenergi med tanke på att det hjälper till att sprida drivmedlets gas mycket smidigare under antändningen. För närvarande finns det två huvudsakliga metoder för plasmainitiering: flashboard large area emitter (FLARE) och trippel koaxial plasmatändare (TCPI).
Flashboard stort område sändare
Flashboards körs i flera parallella strängar för att ge en stor yta av plasma eller ultraviolett strålning och använder nedbrytning och förångning av mellanrum av diamanter för att producera den plasma som krävs. Dessa parallella strängar är monterade i rör och orienterade för att ha sina gap azimutala i förhållande till rörets axel. Den släpps ut genom att använda högtrycksluft för att flytta luft ur vägen. FLARE-initiatorer kan antända drivmedel genom utsläpp av plasma, eller till och med genom användning av ultraviolett värmestrålning. Absorptionslängden för ett fast drivmedel är tillräcklig för att antändas av strålning från en plasmakälla. FLARE har dock med största sannolikhet inte uppnått optimala designkrav och ytterligare förståelse för FLARE och hur det fungerar är helt nödvändigt för att säkerställa utvecklingen av tekniken. Om FLARE försåg XM291-pistolprojektet med tillräcklig strålningsvärme för att antända drivmedlet för att uppnå en mynningsenergi på 17 MJ kunde man bara föreställa sig möjligheterna med en fullt utvecklad FLARE plasmatändare. Aktuella studieområden inkluderar hur plasma kommer att påverka drivmedlet genom strålning, leverans av mekanisk energi och värme direkt och genom att driva gasflödet. Trots dessa skrämmande uppgifter har FLARE setts som den mest rimliga tändaren för framtida användning på ETC-vapen.
Trippel koaxial plasmatändare
En koaxialtändare består av en helt isolerad ledare, täckt av fyra remsor av aluminiumfolie. Allt detta är ytterligare isolerat i ett rör ca 1,6 cm i diameter som är perforerat med små hål. Tanken är att använda ett elektriskt flöde genom ledaren och sedan explodera flödet till ånga och sedan bryta ner det till plasma. Följaktligen flyr plasmat genom de konstanta perforeringarna genom hela det isolerande röret och initierar det omgivande drivmedlet. En TCPI-tändare är monterad i individuella drivmedelshylsor för varje omgång ammunition. TCPI anses dock inte längre vara en användbar metod för att tända drivmedel eftersom det kan skada fenorna och inte levererar energi lika effektivt som en FLARE-tändare.
Genomförbarhet
XM291 är det bästa existerande exemplet på en fungerande elektrotermisk-kemisk pistol. Det var en alternativ teknik till den tyngre kalibern 140 mm pistol genom att använda dubbelkalibermetoden. Den använder en bakdel som är tillräckligt stor för att ta emot 140 mm ammunition och monteras med både 120 mm pipa och 135 mm eller 140 mm pipa. XM291 monterar också ett större pistolrör och en större tändkammare än den befintliga M256 L/44 huvudpistolen. Genom tillämpningen av elektrotermisk-kemisk teknologi har XM291 kunnat uppnå mynningsenergieffekter som likställer det med en lågnivå 140 mm pistol, samtidigt som den har uppnått mynningshastigheter högre än för den större 140 mm pistolen. Även om XM291 inte betyder att ETC-teknik är lönsam, erbjuder den ett exempel på att det är möjligt.
ETC är också ett mer genomförbart alternativ än andra alternativ per definition. ETC kräver mycket mindre energitillförsel från externa källor, som ett batteri, än en rälsvapen eller en spiralpistol skulle. Tester har visat att energiuttaget från drivmedlet är högre än energitillförseln från externa källor på ETC-pistoler. Som jämförelse kan en järnvägsvapen för närvarande inte uppnå en högre mynningshastighet än mängden energi som tillförs. Även vid 50 % verkningsgrad skulle en rälspistol som skjuter upp en projektil med en kinetisk energi på 20 MJ kräva en energitillförsel till rälsen på 40 MJ, och 50 % verkningsgrad har ännu inte uppnåtts. För att sätta detta i perspektiv skulle en järnvägspistol som sjösätts med 9 MJ energi behöva ungefär 32 MJ energi från kondensatorer. Nuvarande framsteg inom energilagring tillåter energitätheter så höga som 2,5 MJ/dm³, vilket innebär att ett batteri som levererar 32 MJ energi skulle kräva en volym på 12,8 dm³ per skott; detta är inte en gångbar volym för användning i en modern huvudstridsstridsvagn, speciellt en som är designad för att vara lättare än befintliga modeller. Det har till och med diskuterats om att eliminera behovet av en extern elektrisk källa vid ETC-tändning genom att initiera plasmapatronen genom en liten explosiv kraft.
Dessutom är ETC-tekniken inte bara tillämpbar på fasta drivmedel. För att öka mynningshastigheten kan ytterligare elektrotermisk-kemisk antändning fungera med flytande drivmedel, även om detta skulle kräva ytterligare forskning om plasmaantändning. ETC-tekniken är också kompatibel med befintliga projekt för att minska mängden rekyl som levereras till fordonet under skjutning. Förståeligt nog kommer rekylen från en pistol som avfyrar en projektil vid 17 MJ eller mer att öka direkt med ökningen av mynningsenergin i enlighet med Newtons tredje rörelselag och framgångsrik implementering av rekylreducerande mekanismer kommer att vara avgörande för installationen av en ETC-driven pistol i en befintlig fordonsdesign. Till exempel OTO Melaras nya lättviktspistol på 120 mm L/45 uppnått en rekylkraft på 25 ton genom att använda en längre rekylmekanism (550 mm) och en pepparpottmynningsbroms. Reduktion av rekyl kan också uppnås genom massdämpning av den termiska hylsan. Möjligheten hos ETC-teknik att tillämpas på befintliga vapenkonstruktioner innebär att det för framtida vapenuppgraderingar inte längre är nödvändigt att designa om tornet för att inkludera en större slutstycke eller kaliberpipa.
Flera länder har redan bestämt att ETC-teknik är lönsam för framtiden och har finansierat inhemska projekt avsevärt. Dessa inkluderar bland annat USA, Tyskland och Storbritannien. USA:s XM360, som var planerad att utrusta Future Combat Systems Mounted Combat System lätta tank och kan bli M1 Abrams nästa vapenuppgradering, är enligt uppgift baserad på XM291 och kan inkludera ETC-teknik, eller delar av ETC-teknik. Tester av denna pistol har utförts med "precision ignition"-teknik, vilket kan hänvisa till ETC-tändning.
Anteckningar
Bibliografi
- Diamond, P. (mars 1999). Electro Thermal Chemical Gun Technology Study (Rapport). MITER Corporation. CiteSeerX 10.1.1.834.5851 .
- Hilmes, Rolf (december 2004). "Beväpna framtida MBTs - några överväganden". Militär teknik . Moench Verlagsgesellschaft Mbh (12/2004).
- Hilmes, Rolf (30 juni 1999). "Aspekter av framtida MBT-uppfattning". Militär teknik . Moench Verlagsgesellschaft Mbh. 23 (6).
- Hilmes, Rolf (1 januari 2001). "Battle Tanks for the Bundeswehr: Modern German Tank Development, 1956-2000". Pansar . Fort Knox: US Army Armor Center (januari–februari 2001). ISSN 0004-2420 .
- Horst, Albert W.; et al. (1997). "Senaste framstegen inom anti-pansarteknik". 35:e mötet och utställningen för flygvetenskap . American Institute of Aeronautics and Astronautics. doi : 10.2514/6.1997-484 .
- Kruse, Josef; et al. (april 1999). "Studier om Tysklands framtida 140 mm tankpistolsystem - konventionella och ETC -" ( PDF) . 34TH Gun & Ammunition Symposium & Exhibition . Rheinmetall – via The Armor Site.
- Ogorkiewicz, Richard M. (december 1990). "Framtida tankvapen del I: kanoner för fasta och flytande drivmedel". Internationell försvarsöversikt . Janes (12/1990).
- Pengelley, Rupert (november 1989). "En ny era inom tankens huvudbeväpning: Alternativen förökar sig". Internationell försvarsöversikt . Janes (11/1989).
- Ropelewski, Robert R. (februari 1989). "Sovjetiska vinster i rustning/antipansar formar US Army Master Plan". Armed Forces Journal International . Amerikanska armén.
- Schemmer, Benjamin F. (maj 1989). "Armé, SecDefs kontor vid Loggerheads over Antiarmor". Armed Forces Journal International . Amerikanska armén.
- Sharoni, Asher H.; Lawrence D. Bacon (1 september 1997). "The Future Combat System (FCS): Technology Evolution Review and Feasibility Assessment" (PDF) . Pansar . Fort Knox: US Army Armor Center. ISSN 0004-2420 . [ permanent död länk ]
- Sauerwein, Brigitte (februari 1990). "Rheinmetalls NPzK: Konventionell teknik för att motverka framtida MBT". Internationell försvarsöversikt . Janes (2/1990).
-
Yangmeng, Tian; et al. "Ett nytt koncept av elektrotermisk kemisk pistol utan strömförsörjning".
{{ citera journal }}: Citera journal kräver|journal=( hjälp ) - Zahn, Brian R. (maj 2000). Det framtida stridssystemet: Minimera risker och maximera förmågan . Försvarets tekniska informationscentral (Rapport).