Elektrotermisk-kjemisk teknologi - Electrothermal-chemical technology

Elektrotermisk-kjemisk ( ETC ) teknologi er et forsøk på å øke nøyaktigheten og snutenergien til fremtidige tank- , artilleri- og våpensystemkanoner ved å forbedre forutsigbarheten og utvidelseshastigheten for drivmidler inne i løpet.

En elektrotermisk-kjemisk pistol bruker en plasmapatron for å antenne og kontrollere ammunisjonens drivmiddel ved å bruke elektrisk energi for å utløse prosessen. ETC øker ytelsen til konvensjonelle faste drivstoffer, reduserer temperaturens innvirkning på drivstoffutvidelsen og tillater bruk av mer avanserte drivstoffer med høyere tetthet.

Teknologien har vært under utvikling siden midten av 1980-tallet og forskes for tiden aktivt i USA av Army Research Laboratory , Sandia National Laboratories og forsvarsindustrientreprenører, inkludert FMC Corporation , General Dynamics Land Systems , Olin Ordnance og Soreq. Senter for kjernefysisk forskning . Det er mulig at fremdrift med elektrotermisk-kjemisk pistol vil være en integrert del av den amerikanske hærens fremtidige kampsystem og de fra andre land som Tyskland og Storbritannia . Electric-kjemisk teknologi er en del av en bred forsknings- og utviklingsprogram som omfatter all elektrisk pistol teknologi, for eksempel railguns og spiral våpen .

Bakgrunn

XM360.

Den konstante kampen mellom rustning og rustningspiercingrunde har ført til kontinuerlig utvikling av hovedkamptanksdesignen. Utviklingen av amerikanske antitankvåpen kan spores tilbake til kravene for å bekjempe sovjetiske stridsvogner. På slutten av 1980-tallet trodde man at beskyttelsesnivået til Future Soviet Tank (FST) kunne overstige 700 mm valset homogen rustningsekvivalens ved sin maksimale tykkelse, noe som effektivt var immun mot den moderne M829- panseret gjennomborende finnestabiliserte kasseringssaboten . På 1980-tallet var den mest umiddelbare metoden som var tilgjengelig for NATO for å motvirke sovjetiske fremskritt innen rustningsteknologi, adopsjonen av en 140 mm hovedpistol, men dette krevde et redesignet tårn som kunne innlemme større sete og ammunisjon, og det krevde også en slags automatisk laster. Selv om 140 mm-pistolen ble ansett som en reell midlertidig løsning, ble det etter Sovjetunionens fall bestemt at økningen i neseenergien den ga, ikke var verdt å øke i vekt. Ressurser ble derfor brukt på forskning på andre programmer som kunne gi den nødvendige snutenergien. En av de mest vellykkede alternative teknologiene er fortsatt elektrotermisk-kjemisk tenning.

De fleste foreslåtte fremskritt innen pistolteknologi er basert på antagelsen om at det faste drivstoffet som et frittstående fremdriftssystem ikke lenger er i stand til å levere den nødvendige snutenergi. Dette kravet har blitt understreket av utseendet til den russiske hovedkamptanken T-90 . Selv forlengelsen av nåværende pistolrør, som den nye tyske 120 mm L / 55, som ble introdusert av Rheinmetall, betraktes bare som en midlertidig løsning, da den ikke gir den nødvendige økningen i snutehastigheten. Selv avansert ammunisjon for kinetisk energi som USAs M829A3 anses bare som en midlertidig løsning mot fremtidige trusler. I den grad anses det faste drivstoff å ha nådd slutten av dets nytte, selv om det vil forbli den viktigste fremdriftsmetoden i det neste tiåret til nyere teknologi modnes. For å forbedre evnene til et solid drivmiddelvåpen kan den elektrotermiske-kjemiske pistolen se produksjon allerede i 2016.

ETC-teknologi tilbyr en middels risikooppgradering og er utviklet til det punktet at ytterligere forbedringer er så små at den kan betraktes som moden. Den lette amerikanske 120 mm XM291 var nær å oppnå 17 MJ neseenergi, som er det nedre enden av neseenergispektret for en 140 mm pistol. Suksessen til XM291 innebærer imidlertid ikke suksessen med ETC-teknologi, da det er viktige deler av fremdriftssystemet som ennå ikke er forstått eller fullt utviklet, for eksempel plasmantenningsprosessen. Likevel er det betydelige eksisterende bevis for at ETC-teknologi er levedyktig og verdt pengene for å fortsette utviklingen. Videre kan den integreres i dagens pistolsystemer.

Hvordan det fungerer

Et diagram over en fungerende elektrotermisk-kjemisk pistol.

En elektrotermisk-kjemisk pistol bruker en plasmapatron for å antenne og kontrollere ammunisjonens drivmiddel, ved å bruke elektrisk energi som en katalysator for å starte prosessen. Opprinnelig undersøkt av Dr.Jon Parmentola for den amerikanske hæren, har den vokst til å bli en veldig sannsynlig etterfølger til en standard solid drivstofftankpistol. Siden begynnelsen av forskningen har USA finansiert XM291-pistolprosjektet med USD 4 000 000, grunnforskning med USD 300 000 og anvendt forskning med USD 600 000. Siden da har det vist seg å fungere, selv om effektiviteten til det nødvendige nivået ennå ikke er oppnådd. ETC øker ytelsen til konvensjonelle faste drivstoffer, reduserer temperaturens innvirkning på drivstoffutvidelsen og tillater bruk av mer avanserte drivstoffer med høyere tetthet. Det vil også redusere trykket på tønnen sammenlignet med alternative teknologier som gir samme snuteenergi gitt at det hjelper å spre drivstoffets gass mye jevnere under tenning. Foreløpig er det to hovedmetoder for plasmainitiering: flimmerens store areal-emitter (FLARE) og den tredobbelte koaksiale plasma-tenneren (TCPI).

Flashboard emitter med stort område

Flashboards kjøres i flere parallelle strenger for å gi et stort område med plasma eller ultrafiolett stråling og bruker nedbrytning og fordampning av hull i diamanter for å produsere det nødvendige plasmaet. Disse parallelle strengene er montert i rør og orientert slik at hullene deres er azimutale til rørets akse. Den slipper ut ved å bruke høytrykksluft for å flytte luft ut av veien. FLARE-initiatorer kan antenne drivstoffer gjennom frigjøring av plasma, eller til og med ved bruk av ultrafiolett varmestråling. Absorpsjonslengden til et fast drivmiddel er tilstrekkelig til å antennes av stråling fra en plasmakilde. Imidlertid har FLARE sannsynligvis ikke nådd optimale designkrav, og ytterligere forståelse av FLARE og hvordan det fungerer er helt nødvendig for å sikre utviklingen av teknologien. Hvis FLARE forsynte pistolprosjektet XM291 med tilstrekkelig strålingsvarme til å antenne drivstoffet for å oppnå en snuteenergi på 17 MJ, kunne man bare forestille seg mulighetene med en fullt utviklet FLARE-plasmatenner. Nåværende studieområder inkluderer hvordan plasma vil påvirke drivstoffet gjennom stråling, tilførsel av mekanisk energi og varme direkte og ved å drive gassstrøm. Til tross for disse skremmende oppgavene har FLARE blitt sett på som den mest sannsynlige tenningen for fremtidig bruk på ETC-våpen.

Trippel koaksial plasmaintenner

En koaksial tenning består av en fullisolert leder, dekket av fire striper aluminiumsfolie. Alt dette er ytterligere isolert i et rør på ca. 1,6 cm i diameter som er perforert med små hull. Ideen er å bruke en elektrisk strøm gjennom lederen og deretter eksplodere strømmen i damp og deretter bryte den ned i plasma. Følgelig slipper plasmaet gjennom konstante perforeringer gjennom hele isolasjonsrøret og initierer det omkringliggende drivstoffet. En TCPI-tenner er montert i individuelle drivkasser for hvert stykke ammunisjon. Imidlertid er TCPI ikke lenger ansett som en levedyktig metode for drivstoffantennelse fordi det kan skade finnene og ikke leverer energi så effektivt som en FLARE-tenner.

Gjennomførbarhet

Den 60 mm ETC-pistolen utviklet av den amerikanske marinen ved FMC som en ETC CIWS proof of princip demonstrant.

XM291 er det beste eksemplet på en fungerende elektrotermisk-kjemisk pistol. Det var en alternativ teknologi til den tyngre kaliber 140 mm pistolen ved å bruke dual-kaliber tilnærmingen. Den bruker en sete som er stor nok til å ta imot 140 mm ammunisjon og monteres med både en 120 mm fat og en 135 mm eller 140 mm fat. XM291 monterer også et større pistolrør og et større tenningskammer enn den eksisterende M256 L / 44 hovedpistolen. Gjennom anvendelsen av elektrotermisk-kjemisk teknologi har XM291 vært i stand til å oppnå neseenergiutganger som tilsvarer det til et lavt nivå på 140 mm pistol, samtidig som det oppnår nesehastigheter som er større enn de til den større 140 mm pistolen. Selv om XM291 ikke betyr at ETC-teknologi er levedyktig, gir den et eksempel på at det er mulig.

ETC er også et mer levedyktig alternativ enn andre alternativer per definisjon. ETC krever mye mindre energiinngang fra eksterne kilder, som et batteri, enn en railgun eller en coilgun ville. Tester har vist at drivstoffets energiproduksjon er høyere enn energitilførselen fra eksterne kilder på ETC-våpen. Til sammenligning kan en railgun for øyeblikket ikke oppnå høyere snutehastighet enn mengden energiinngang. Selv ved 50% effektivitet ville en skinnepistol som lanserer et prosjektil med en kinetisk energi på 20 MJ kreve en energiinngang i skinnene på 40 MJ, og 50% effektivitet er ennå ikke oppnådd. For å sette dette i perspektiv, vil en skinnepistol som starter ved 9 MJ energi trenge omtrent 32 MJ energi fra kondensatorer. Nåværende fremskritt innen energilagring tillater energitettheter så høyt som 2,5 MJ / dm³, noe som betyr at et batteri som leverer 32 MJ energi vil kreve et volum på 12,8 dm³ per skudd; dette er ikke et levedyktig volum for bruk i en moderne hovedkamptank, spesielt en designet for å være lettere enn eksisterende modeller. Det har til og med vært diskusjon om å eliminere nødvendigheten av en ekstern elektrisk kilde ved ETC-tenning ved å starte plasmakassetten gjennom en liten eksplosiv kraft.

Videre er ETC-teknologi ikke bare anvendelig for faste drivstoffer. For å øke snutehastigheten kan ytterligere elektrotermisk-kjemisk tenning fungere med flytende drivmidler, selv om dette vil kreve ytterligere forskning på plasmaintenning. ETC-teknologi er også kompatibel med eksisterende prosjekter for å redusere mengden rekyl som leveres til kjøretøyet mens du skyter. Forståelig nok vil rekyl av en pistol som skyter et prosjektil på 17 MJ eller mer øke direkte med økningen i snutenergien i samsvar med Newtons tredje bevegelseslov og vellykket implementering av rekylreduksjonsmekanismer vil være avgjørende for installasjonen av en ETC-drevet pistol i et eksisterende kjøretøydesign. For eksempel har OTO Melaras nye lette 120 mm L / 45-pistol oppnådd en rekylkraft på 25 t ved å bruke en lengre rekylmekanisme (550 mm) og en pepperpot-snutebrems. Reduksjon i rekyl kan også oppnås ved massedemping av den termiske hylsen. Evnen til ETC-teknologi til å brukes på eksisterende pistoldesign betyr at det for fremtidige pistoloppgraderinger ikke lenger er nødvendig å redesigne tårnet slik at det inkluderer et større sete eller kaliber pistolløp.

Flere land har allerede bestemt at ETC-teknologi er levedyktig for fremtiden og har finansiert urfolksprosjekter betraktelig. Disse inkluderer blant annet USA, Tyskland og Storbritannia. USAs XM360, som var planlagt å utstyre Future Combat Systems Mounted Combat System light tank og kan være M1 Abrams 'neste pistoloppgradering, er angivelig basert på XM291 og kan omfatte ETC-teknologi, eller deler av ETC-teknologi. Test av denne pistolen er utført ved hjelp av "precision ignition" -teknologi, som kan referere til ETC-tenning.

Merknader

Bibliografi

Eksterne linker

• Elektromagnetisk lanseringssymposium
• http://www.powerlabs.org/electrothermal.htm