高装料密度和高进展性装料的推进剂的生产方法和装置

摘要

本发明涉及一种带径向孔的圆柱形推进剂管(1，23，31)的生产方法和装置。本发明基于下面的想法，各推进剂管(1，23，31)必须固定，在自身开口端之间对中，通过一个或多个能够在针模(10)中相对推进剂管移动的并至少可通过推进剂管的大部分圆柱形壁的针(13)，进行分步骤的大量连续打孔操作。本发明还包括在各打孔操作之间要求推进剂管和准备进行打孔的针模(10)相对移动，使推进剂管在完成打孔操作后整个被孔(32，33，35，36)覆盖，孔互相之间相距预定的e尺寸距离。

说明书

发明领域

本发明涉及生产带径向孔的推进剂管的方法和装置，可以某种方式互相结合，所述方式在与本发明申请同时提交的题目为“具有高装料密度的进展性推进剂装料”的瑞典专利申请SE 303300-8中给出介绍，使得推进剂装料具有非常高的装料密度和非常高的进展性，适合用于炮筒式武器，具体是直接发射炮筒式武器，如坦克加农炮。

背景技术

当沿发射方向从后端封闭的炮筒点燃推进气体驱动的炮弹时，首先要求在炮弹后面有一定的初始推进气体压力使其沿炮筒开始加速。假定位于炮弹后面的炮筒部分体积在炮弹沿炮筒移动时逐渐增大，那就要求在发射过程中推进气体的数量逐渐增加到相应的程度以持续提高仍然保留在炮筒中炮弹的速度。因此，理想的推进剂装料在其燃烧的各单位时间应当能够渐增地提供大量推进气体，不过在炮筒内产生的推进气体压力在任何时候都不得超过适用于炮筒及其相关部件的炮筒最大允许压力P_max。还有，当炮弹离开炮筒时整个推进剂装料应当完全用尽，否则的话炮弹轨迹会被喷出的推进气体扰乱，同时推进剂装料也不能完全用于预期的目的。

推进剂在恒定压力下燃烧时单位时间放出大量的推进气体，推进气体的数量随燃烧时间逐渐增加，可以称为进展性的。举例来说，推进剂由于其特定的几何形状而要求进展特性，这种特定的几何形状具有逐渐增大的燃烧区，延长燃烧时间，不过其进展特性也可以通过对容纳在易点燃的推进剂中的推进剂颗粒或推进剂块的自由表面的一部分进行化学或物理表面处理来获取。因此具有最低限度进展特性的推进剂装料可以简单地用适当几何形状的粒状推进剂制成，选择的该几何形状适合装料中的推进剂颗粒。

沿推进剂药柱的纵向设有燃烧通道或孔的粒状单孔或多孔推进剂在其相应的孔或燃烧通道中被内部点燃和燃烧，并从推进剂药柱的外面点着和燃烧。意味着通道的内燃烧区将逐渐增大，从而产生的推进气体增多，不过同时推进剂药柱的外燃烧区将减小，因为推进剂还从推进剂药柱外面燃烧，使得从这些表面产生的推进气体减少。为了使这种粒状带孔推进剂是真正几何扩展的，相应要求推进剂通道自身燃烧区的逐渐增加实际超过同时发生的推进剂药柱外燃烧区的逐渐减小。因此，外部形状为圆筒形的外表未处理的单孔推进剂一般以恒定的速率燃烧，而同样未经处理的外部形状为圆棒的19孔推进剂一般将进展性燃烧。

很久以前还公开了通过对推进剂药柱的外表面进行抑制或化学表面处理能够提高粒状多孔推进剂的进展性，而且还能够使单孔推进剂具有进展性。在抑制的情况下，推进剂药柱的外燃烧区以及其端表面涂复有不容易燃烧的物质，可以延迟推进剂沿其表面的点燃传播，而在表面处理的情况下，表面用适当的化学物质，如溶剂或类似物体，进行处理，使得推进剂沿这些表面燃烧以及燃烧到推进剂中某一距离时更加缓慢。按照第三种变型，通过用一层推进剂覆盖其外表面可以使推进剂成为进展性的，在实际推进剂装料的颗粒或块的外表面进行点燃传播之前，所覆盖的推进剂先要烧掉。

多年来，已经进行了很多广泛深入的工作以求提供更加新式的弹药来提高旧火炮的点燃范围。第一个限制因素是规定不得超过炮筒的最大允许压力P_max。先前的第二个限制因素是点燃范围提高往往要求装药空间中的装料重量增加，对于现有的由松散粒状带孔推进剂的现有装料，这已经成为惯例。第三个限制因素是高装料密度要求进展性也同时提高。

然而，对于松散粒状材料来说，颗粒之间的总空闲体积是相当大的。因此一种可能性是提高装料密度。在固定体积中的最大推进剂数量，因此也是最大装料密度和最大装料重量，是几何形状完全适合于所具有体积的实体。然而，完全是实体的推进剂并不是提高现有火炮点燃范围的一般性的解决方法。实体推进剂的燃烧时间太长，而且实际产生的推进气体压力太低不能有效地用来发射炮弹。

不过，从理论上，可以设想生产带有非常多孔的块状推进剂，燃烧方式类似大量粒状多孔推进剂，即至少开始时只通过燃烧通道或其中的孔。然而，实际上并不那么简单。理论上设想的多孔的块状推进剂必须相应地整体带有很多平行延伸的燃烧通道，所有这些燃烧通道与相邻的燃烧通道都以两倍间隔布置，这样使得推进剂有时间燃烧直至炮弹就要从发射炮筒中离开。某特定推进剂中两个燃烧通道之间的距离称作是它的e尺寸，某特定装料中的推进剂的e尺寸应当对应于这样的距离，该距离使得推进剂在炮弹发射过程中从引燃开始有时间燃烧至炮弹从炮筒离开，于是在使用这种推进剂的特定火炮的动态压力顺序中能够完全燃烧。因此，为了能够最佳地利用带有多孔的推进剂，在各种情况下，两个相邻孔或燃烧通道相互隔开的距离必须为e尺寸。为了确保可能达到的最好发射效果，炮筒式武器中推进剂的燃烧时间既不能太短，这样发射的炮弹没有足够长的燃烧时间，将产生炮弹初速，从而点燃范围过小；也不能太长，因为未燃烧的推进剂将从炮筒中排出，对炮弹的加速不起作用。

对于进行了充分抑制的粒状带孔推进剂以及带有多孔的块状推进剂，推进剂在其所有燃烧通道中引燃，然后从各相应的燃烧通道放射状地向外朝其它燃烧通道燃烧。因此，如果选择了恰当的e尺寸，那么不同燃烧通道的燃烧面将在炮弹即将通过炮口之前相遇。为了确保从推进剂药柱外部进行的推进剂燃烧不会影响几何进展性，所有推进剂外表面必须被抑制、表面处理或表面涂覆，包括靠近孔两侧的推进剂表面。

在前言中提到的瑞典专利申请SE 0303300-8公开了一种新型的用于炮筒式武器的推进剂装料，包括一个、两个或更多个以选定e尺寸径向开孔的推进剂管，这些推进剂管设置成一个在一个里面和/或一个接一个，这些管的燃烧具有一定重叠，这通过燃烧链中需要稍后燃烧的一个或多个推进剂管的所有外表面进行抑制、表面处理或表面涂复得以实现，以延迟沿这些表面的传播点燃。

因此这种装料的原始材料是带有多孔的推进剂管，其已经根据需要进行了抑制、表面处理或表面涂覆，然后可以同心地一个位于另一个之中，和/或一个接一个布置。

生产这种装料所遇到的困难是如何制造带径向孔的推进剂管。因此，为了能够使用和得到所要求的效果，推进剂管中孔的e尺寸一般须位于0.5毫米和10毫米之间，最好是在1毫米和4毫米之间。为了使所讨论的装料具有所要求的效果，推进剂管还必须径向开孔。此外，还应当十分严格地要求必须以均匀的方式进行打孔。

现有技术

推进剂装料包括多个多孔推进剂管状层的理论原理已不是新的，1901年授予H.Maxim的美国专利677,527涉及这种装料，一方面发明人提出一种滚压的平的多孔推进剂板，另一方面，在专利中发明人未能给出具有这样功能的装料的孔位置的接近程度，通过当时的技术，发明人不可能确定推进剂实际燃烧的速率。

发明内容

本发明涉及一种生产带有多孔的推进剂管的方法和装置，推进剂管具有足够的紧密间隔的径向孔，e尺寸在0.5毫米和10毫米之间，最好在1毫米到4毫米之间，用于本文提出的实际类型的装料。

根据本发明，通过将打孔操作分成非常大量的打孔步骤，各个打孔步骤实现一个孔或少量的孔，解决了得到必要紧密间隔的孔的问题。根据本发明的方法可生产希望类型的带孔推进剂管，因此，不要求花费大量时间，同时本发明提供了用全自动机器实现全部打孔操作的可能性，不要求任何实际操作，除了重新编程和更换推进剂管时，如果需要的话。

本发明可限定为一种生产带径向孔的圆柱形推进剂管的方法，其根据下面介绍的想法，各个推进剂管应当进行固定，在自身开口端之间对中后，通过可移动的针模，其能够相对推进剂管沿径向移动并至少通过推进剂管壁的主要部分，进行分步骤的大量连续打孔操作。该针模每次打孔后必须返回到打孔前的位置，在所述位置针模和推进剂管沿推进剂管的纵向进行轴向相对移动，或转动推进剂管，或组合这两种方式，到达调节位置，使得所述针模在下一个打孔步骤时在新的未进行打孔的推进剂管材料上打孔。针模和推进剂管的在两个打孔步骤之间的相对位移同时应受到控制，使得完成打孔操作后的全部孔与相邻孔间的距离对应于希望的e尺寸，以适合推进剂管的预计应用。

针模的大量不同变化的步进位移是可能的，部分因为可使用单个针或使用设置成预定图案的多个针。主要原理是一旦打孔完成，所有的孔是径向的，相互间应位于要求的e尺寸。

针模可在打孔步骤之间沿推进剂管全长以线性方式移动，直到整个长度被孔覆盖，其后，推进剂管绕其纵轴线转动，直到转动到对应于希望e尺寸的角度，与此同时，新的未加工过的材料朝向所述针模，然后前面未加工的推进剂管部分通过对应的方式打孔，其后推进剂管进一步转动，直到完成全部打孔，孔之间距离具有希望的e尺寸。对于这部分内容有必要指出，由于等边三角形的几何性质，可确定相邻排孔之间的距离，推进剂管的转动对应于等边三角形的高度，其具有e尺寸，因为边长和各排孔之间的纵向位移对应于e尺寸的一半，这是一排排推进剂管的轴向直线相关孔所要求的(见图5a)。

另一个变化基于这样的事实，推进剂管和针模在打孔步骤之间的内部位移是通过推进剂管转动和针模的纵向进给形成的，因此可选择这些移动使推进剂管的孔将沿围绕管的从一端延伸到另一端的螺旋路径分布，其后，距第一个路径e尺寸距离的新螺旋路径开始形成，直到整个推进剂管被孔覆盖，各孔之间相距e尺寸。

根据第三个变化，所述针模和所述推进剂管的相对进给是通过控制推进剂管的转动来实现的，并结合了各孔之间往复步进进给，直到形成一排孔，其后针模移动e尺寸，这样其中的针可进行下一排打孔。

在设计针模和推进剂管移动的互相作用图案时，不要忘记三个相邻孔总是形成等边三角形的角，其对应边总是等于一个e尺寸。

如已经讨论的，推进剂管打孔还可以使用带有多个打孔针的针模，打孔针沿推进剂管的纵向一个接一个设置成一排，相互间隔e尺寸。在这种情况下，针模在打孔步骤之间的沿推进剂管纵向的纵向进给必须等于e尺寸的数值，其尺寸被针模的针所覆盖(见图5E)。

在针模包括单个针或多个针的情况下，可进行不同类型的往复进给，曲折进给和用于集中基本孔的进给路线图。后一种变化可具有一些优点，因为涉及到如果直接用打孔针打孔，孔的位置又很靠近，就容易使推进剂孔变形。

生产根据本发明的全自动机器的问题在于大部分是精密加工。很难生产含有相互之间具有要求的e尺寸的一定数量的针的针模，其中针之间距离可能小于1毫米。至于后面进行有限进给和转动步骤也必须包括于系统，需要进行微机控制和实现精确对接踵部和固定量块之间的对接。

本发明的特征装置包括：在第一位置，设有固定机构，用于固定和轴向对准推进剂管。例如，装置可包括锥形端引导件，能够相对移动并能够进入推进剂管的开口端，使推进剂管对中并夹紧推进剂管。在第二位置，装置包括至少一个针模，可相对位于夹持位置的推进剂管的外表面移动可通过推进剂管；所述针模包括一个和多个针，沿推进剂管的纵向设置相互间具有e尺寸的距离。

针模和推进剂管应当可移动地连接起来，使得每次针模进行打孔步骤后和针模返回到打孔前位置后，所述针模和推进剂管互相相对移动一定距离，该距离等于成排针之间的e尺寸，使得新推进剂管材料暴露于针模下(见图5e)。

当然还可以制造带有多个针模的装置，针模设置成可从多个相对方向进入推进剂管，因此互相平衡，带有多个针模的这种装置，如具有三个设置成相距120°角的针模，可减少完成打孔所用时间。但这种装置同时又使得结构很复杂。

对于大的装料，要求带孔的推进剂管的长度达到或超过一米，因此应当支承推进剂管于支承滚轮，或内部滚轮支承件或对接件，其不应干涉针进入推进剂管。此外，不总是需要使得打孔针穿过推进剂管壁。在某些情况下，可以留出长度为一个e尺寸或相类似深度的未穿透的推进剂内壁。

附图说明

根据本发明的方法和装置限于所附的权利要求，这里只是结合下面附图对其进行更为详细的介绍，附图中：

图1显示主要用于对具有本发明特征的方法中的推进剂管进行打孔的装置的纵向截面图；

图2显示了图1的装置的横截面图；

图3显示了图2装置的变化；和

图4显示了推进剂管的螺旋打孔的原理；

图5a到5e是步进打孔的原理图；和

图6a到6c是带有孔的推进剂管的部分截面图。

具体实施方式

图1显示了推进剂管1的纵向截面图，推进剂管受到夹持，在两个锥体端部3，4之间对中。这些端部还可进行支承，允许端部绕其轴5，6转动，轴线沿对中的推进剂管1的纵向设置。从图中可看到，端部3，4的轴5，6能够沿箭头8，9所示方向轴向位移。其原因是可夹持推进剂管1。还显示了针模10，其能够沿推进剂管的纵向位移。针模包括针导向件11，针保持件12，能够使针移动到推进剂管和从推进剂管离开；和6个打孔针，都用标记13表示，针容纳于针模并受到针导向件11的引导。针模10的整体能够沿推进剂管1和箭头14的方向移动。同时，针保持件12能够沿箭头15的方向移动到推进剂管1和从推进剂管离开。图中还显示了12个已经完成的孔，都用标记16表示。这些孔是前面进行的打孔操作的结果。因为针模12中的针之间的距离是要求的e尺寸，该装置可在各个打孔操作中打出6个孔。当针13在推进剂管上完成打孔，随同向上运动的针保持件12返回到针模10中的初始位置，其后前进一步，等同于6个e尺寸，进行新的打孔操作。当针模10到达推进剂管1的端部，推进剂管转动一定角度，并使销模纵向移动一定距离，当沿轴向打另外一排孔时，可使得孔之间具有要求的e尺寸。整个操作然后重复进行，直到整个推进剂管完成打孔。

图2所示是适合于长和较薄壁的推进剂管的变化，推进剂管支承于滚轮17，18，推进剂管还设置了内部对接件19。内部对接件19应包括管，其设置成可水平保持推进剂管，具有的优点是针不必穿透推进剂管。

图3所示的是另一种变化，其中通过三个设置成相距120°的针模20，21，22同时进行打孔，使得相互之间平衡，即使是同时工作。

图4最后示意地显示了推进剂管23上的螺旋孔，其通过一个打孔针24和在打孔操作之间进行组合的推进剂管转动和针模的纵向进给实现

图5a到5e显示了推进剂管步进打孔的多个原理。图5总体上显示了想象的一段带孔推进剂的表面，即使其实际上是凸出的，图中用平面绘出。实际的推进剂表面25具有大量的燃烧通道或孔26。

图5a显示了打孔的基本原理，双箭头27和燃烧圆28显示出推进剂如何从燃烧通道向另一个通道燃烧。标记29的作用是引起对等边三角形性质的注意，其确定了各排孔26之间的距离和横向位移。

图5b显示了一个打孔针的直线相关的步进进给，沿着从b1到by的路线，该路线覆盖了整个推进剂管的长度，然后根据一个等边三角形性质确定的孔之间的基本关系，通过箭头30表示的组合的纵向和横向进给，到达bz，开始新的一排打孔。

图5c显示了波折的进给，从C1到C4，然后向上，各进给都涉及到纵向进给和横向进给，都由29表示的等边三角形所确定。

图5d显示了集中孔，备用孔d1到d3聚集到第二排孔dx到dy。

图5e最后显示了带有多个针的针模的线性进给，其从一个接一个成排的打孔位置e1跳到新打孔位置e2。

图6a到6c显示了用于12厘米加农炮的推进剂管31的部分截面上的不同可选择孔。为了简化，只有少量的孔在各种选择中画出。图中显示了带有1毫米e尺寸的孔。可看出推进剂管的壁厚为15毫米，在管的外径和内径上的孔之间距离的变化非常小。图6a的孔32是横贯的，而图6b的孔33终止于距管内侧34距离为e尺寸的位置，而图6c的管是从两个方向打出孔35和36。在这种情况下，孔的内端之间的距离应当是e尺寸。

此外，在本发明的范围内，可以采纳其他许多不同形式的孔。