Электротермально-химическая технология - Electrothermal-chemical technology

Электротермально-химический (ТАК ДАЛЕЕ) технология - это попытка повысить точность и дульную энергию будущего бак, артиллерия, и система оружия ближнего боя[1] оружия за счет повышения предсказуемости и скорости расширения пропелленты внутри ствола.

Электротермино-химическая пушка использует плазменный патрон для воспламенения и контроля метательного заряда боеприпасов, используя электрическую энергию для запуска процесса. ETC увеличивает характеристики обычного твердого топлива, снижает влияние температуры на расширение ракетного топлива и позволяет использовать более совершенные топлива с более высокой плотностью.

Технология разрабатывалась с середины 1980-х годов и в настоящее время активно исследуется в США. Армейская исследовательская лаборатория, Сандийские национальные лаборатории и подрядчиков оборонной промышленности, в том числе FMC Corporation, General Dynamics Land Systems, Олин Артиллерия, и Центр ядерных исследований Сорек.[2] Не исключено, что двигательная установка электротермино-химической пушки станет неотъемлемой частью будущей боевой системы армии США и других стран, таких как Германия и объединенное Королевство. Электротермально-химическая технология является частью обширной программы исследований и разработок, которая охватывает все технологии электрических пистолетов, такие как рельсотрон и ружья.

Фон

XM360.

Постоянная борьба между броня и бронебойный снаряд привел к постоянному развитию конструкции основного боевого танка. Эволюцию американского противотанкового оружия можно проследить до требований к боевым действиям. Советский танки. В конце 1980-х считалось, что уровень защиты Future Soviet Tank (FST) может превышать 700 мм эквивалент катаной гомогенной брони при максимальной толщине, которая была эффективно защищена от современных M829 бронебойный стабилизатор с стабилизированным оперением..[3] В 1980-е годы самым непосредственным методом, доступным НАТО для противодействия советским достижениям в области бронетехники, было использование 140-мм основной пушки, но для этого потребовалась модернизированная башня, которая могла бы включать в себя больший казенник и боеприпасы, а также потребовалось какое-то автоматическое оружие. погрузчик.[4] Хотя 140-мм орудие считалось реальным промежуточным решением, после распада Советского Союза было решено, что увеличение дульной энергии, которое оно обеспечивало, не стоит увеличения веса. Поэтому ресурсы были потрачены на исследования других программ, которые могли бы обеспечить необходимую дульную энергию. Одной из наиболее успешных альтернативных технологий остается электротермино-химическое зажигание.

Большинство предлагаемых достижений в оружейной технологии основаны на предположении, что твердое топливо в качестве автономной двигательной установки больше не способно передавать требуемую дульную энергию. Это требование было подчеркнуто появлением российского Т-90 основной боевой танк. Даже удлинение нынешних пушечных стволов, таких как новый немецкий 120-мм L / 55,[5] которое было предложено Rheinmetall, считается лишь промежуточным решением, поскольку оно не обеспечивает требуемого увеличения начальной скорости пули.[6] Даже продвинутые боеприпасы с кинетической энергией, такие как американские M829A3 считается лишь временным решением против будущих угроз.[7] В этом отношении твердое топливо считается исчерпавшим свою полезность, хотя оно будет оставаться основным методом приведения в движение по крайней мере в течение следующего десятилетия.[требуется разъяснение ] пока не созреют новые технологии.[8] Для улучшения возможностей твердотопливного оружия производство электротермино-химической пушки может начаться уже в 2016 году.[9]

Технология ETC предлагает модернизацию со средним уровнем риска и разработана до такой степени, что дальнейшие улучшения настолько незначительны, что ее можно считать зрелой.[нужна цитата ] Легкий американский 120-мм XM291 был близок к достижению 17 МДж дульной энергии, что является нижним спектром дульной энергии для 140-мм орудия.[10] Однако успех XM291 не означает успеха технологии ETC, поскольку есть ключевые части двигательной установки, которые еще не изучены или полностью не разработаны, например, процесс плазменного зажигания. Тем не менее, существуют существенные доказательства того, что технология ETC жизнеспособна и стоит денег, необходимых для продолжения разработки. Кроме того, его можно интегрировать в существующие системы пистолетов.[11]

Как это устроено

Схема работающей электротермино-химической пушки.

Электротермо-химическая пушка использует плазменный патрон для воспламенения и контроля метательного заряда боеприпасов, используя электрическую энергию в качестве катализатора для запуска процесса. Изначально исследованная доктором Джоном Парментолой для армии США, она превратилась в весьма вероятного преемника стандартной твердотопливной танковой пушки. С начала исследований Соединенные Штаты профинансировали проект пистолета XM291 на сумму 4 000 000 долларов США, фундаментальные исследования - на 300 000 долларов США и прикладные исследования - на 600 000 долларов США.[нужна цитата ] С тех пор было доказано, что это работает, хотя эффективность до требуемого уровня еще не достигнута. ETC увеличивает характеристики обычного твердого топлива, снижает влияние температуры на расширение топлива и позволяет использовать более совершенные топлива с более высокой плотностью. Это также снизит давление на ствол по сравнению с альтернативными технологиями, которые предлагают такую ​​же дульную энергию, учитывая тот факт, что это помогает гораздо более плавно распределять пороховой газ во время воспламенения.[12] В настоящее время существует два основных метода инициирования плазмы: импульсный излучатель большой площади (FLARE) и тройной коаксиальный плазменный воспламенитель (TCPI).

Излучатель большой площади Flashboard

Вспышки проходят в несколько параллельных цепочек, чтобы обеспечить большую площадь плазмы или ультрафиолетового излучения, и используют пробой и испарение зазоров алмазов для получения необходимой плазмы. Эти параллельные гирлянды установлены в трубках и ориентированы так, чтобы их зазоры были азимутальны к оси трубки. Он выпускается за счет использования воздуха под высоким давлением для удаления воздуха с пути.[13] Инициаторы ВСПЫШКИ могут воспламенить топливо за счет выброса плазмы или даже за счет использования ультрафиолетового теплового излучения.[14] Длина поглощения твердого топлива достаточна для воспламенения излучением от источника плазмы. Тем не менее, FLARE, скорее всего, не достиг оптимальных требований к конструкции, и дальнейшее понимание FLARE и того, как он работает, полностью необходимо для обеспечения развития технологии. Если FLARE обеспечит проект пушки XM291 достаточным тепловым излучением для воспламенения пороха для достижения дульной энергии 17 МДж, можно только представить себе возможности полностью разработанного плазменного воспламенителя FLARE. Текущие области исследований включают в себя влияние плазмы на топливо через излучение, передачу механической энергии и тепла напрямую и за счет движения потока газа. Несмотря на эти сложные задачи, FLARE считается наиболее подходящим воспламенителем для будущего применения в оружии ETC.[15]

Тройной коаксиальный плазменный поджигатель

Коаксиальный воспламенитель состоит из полностью изолированного проводника, покрытого четырьмя полосами алюминиевой фольги. Все это дополнительно изолируется трубкой диаметром около 1,6 см с небольшими отверстиями. Идея состоит в том, чтобы использовать электрический поток через проводник, затем превратить поток в пар и затем превратить его в плазму. Следовательно, плазма выходит через постоянные отверстия в изолирующей трубке и инициирует окружающий пропеллент. Воспламенитель TCPI устанавливается в индивидуальные гильзы для каждого боеприпаса. Однако TCPI больше не считается жизнеспособным методом воспламенения топлива, потому что он может повредить ребра и не доставляет энергию так эффективно, как воспламенитель FLARE.[16]

Осуществимость

60-мм пушка ETC, разработанная ВМС США в FMC в качестве демонстрационного примера ETC CIWS.

XM291 - лучший из существующих образцов работающей электротермино-химической пушки. Это была технология, альтернативная более крупнокалиберному 140-мм орудию, с использованием двухкалиберного подхода. В нем используется казенная часть, которая достаточно велика, чтобы принимать боеприпасы калибра 140 мм, и может быть установлена ​​как со стволом диаметром 120 мм, так и со стволом 135 или 140 мм. На XM291 также установлена ​​большая ствол пистолета и большая камера зажигания, чем у существующего основного пистолета M256 L / 44.[17] Благодаря применению электротермино-химической технологии, XM291 смог достичь дульной энергии, приравниваемой к низкоуровневой 140-мм пушке, при этом достигая дульной скорости большей, чем у более крупной 140-мм пушки.[18] Хотя XM291 не означает, что технология ETC жизнеспособна, он предлагает пример того, что это возможно.

ETC также по определению более жизнеспособный вариант, чем другие альтернативы. ETC требует гораздо меньше энергии от внешних источников, таких как аккумулятор, чем от рельсотрон или койлган бы. Испытания показали, что выходная энергия пороха выше, чем энергия, потребляемая от внешних источников на пушках ETC.[19] Для сравнения, рельсотрон в настоящее время не может достичь более высокой начальной скорости, чем количество вложенной энергии. Даже при 50% -ной эффективности рельсовая пушка, запускающая снаряд с кинетической энергией 20 МДж, потребует подводимой энергии к рельсам 40 МДж, а 50% -ная эффективность еще не достигнута.[20] Чтобы представить это в перспективе, рельсовая пушка, запускающая энергию в 9 МДж, потребует примерно 32 МДж энергии от конденсаторов. Текущие достижения в области накопления энергии позволяют достичь плотности энергии до 2,5 МДж / дм³, что означает, что для батареи, дающей 32 МДж энергии, потребуется объем 12,8 дм³ на выстрел; это не подходящий объем для использования в современном основном боевом танке, особенно в том, что он легче существующих моделей.[21] Была даже дискуссия об устранении необходимости во внешнем источнике электричества при зажигании ETC путем инициирования плазменного картриджа с помощью небольшой взрывной силы.[22]

Кроме того, технология ETC применима не только к твердому топливу. Для увеличения дульной скорости даже дальнейшее электротермально-химическое зажигание может работать с жидким топливом, хотя для этого потребуются дальнейшие исследования плазменного зажигания. Технология ETC также совместима с существующими проектами по уменьшению отдачи, передаваемой машине во время стрельбы. Понятно, что отдача ружья, стреляющего снарядом мощностью 17 МДж или более, будет увеличиваться непосредственно с увеличением дульной энергии в соответствии с Третий закон движения Ньютона и успешное внедрение механизмов уменьшения отдачи будет иметь жизненно важное значение для установки пушки с приводом от ETC в существующую конструкцию автомобиля. Например, OTO Melara Новое легкое 120-мм орудие L / 45 достигло силы отдачи 25 т за счет использования более длинного противооткатного механизма (550 мм) и дульного тормоза в виде перчинки.[23] Уменьшение отдачи также может быть достигнуто за счет уменьшения массы теплового рукава. Возможность применения технологии ETC к существующим конструкциям орудий означает, что для будущих модернизаций орудий больше нет необходимости переделывать башню, чтобы включить в нее казенную часть или ствол орудия большего калибра.

Некоторые страны уже определили, что технология ETC жизнеспособна в будущем, и значительно профинансировали местные проекты. К ним относятся США, Германия[24] и Соединенное Королевство, среди прочих. XM360 США, который планировалось оснастить Боевые системы будущего Навесная боевая система легкий танк и может быть M1 Abrams Следующее обновление пистолета, как сообщается, основано на XM291 и может включать технологию ETC или отдельные части технологии ETC. Испытания этого пистолета проводились с использованием технологии «прецизионного зажигания», которая может относиться к зажиганию ETC.

Примечания

  1. ^ Фридман, доктор Норман; Дэвид К. Браун; Эрик Гроув; Стюарт Слейд; Дэвид Стейгман (1993). Военно-морские силы в ядерный век: военные корабли с 1945 года. Издательство Военно-морского института. п. 163. ISBN  1-55750-613-2.
  2. ^ Taulbee, Стив (1993). Баллистические исследования ARL, Исследовательская лаборатория армии США, стр. 5.
  3. ^ Ропелевский, Советские достижения в области бронетехники / противотанковой защиты Генеральный план армии США, стр.69
  4. ^ Шеммер, Армия, Офис Секции обороны в Логгерхедах над Антиброниумом, стр.53
  5. ^ Длину пушки можно узнать, умножив диаметр ствола на длину калибра. Например, M256, который представляет собой 120-миллиметровый L / 44, имеет общую длину 5,28 м, а 120-миллиметровый L / 55 имеет общую длину 6,6 м.
  6. ^ Шарони, Боевая система будущего, п. 29
  7. ^ Пенгелли, Новая эра в основном вооружении танков, стр.1522
  8. ^ Шарони, Боевая система будущего, стр.30
  9. ^ Крузе, Исследования будущего 140-мм танкового орудия Германии, п. 1
  10. ^ Алмаз Исследование технологии электрохимической пушки, стр.5
  11. ^ Зауэрвайн, НПзК Rheinmetall
  12. ^ Хильмес, Аспекты концепции будущего ОБТ
  13. ^ Алмаз Исследование технологии электрохимической пушки, стр.11-12
  14. ^ Алмаз Исследование технологии электрохимической пушки, стр.13-15
  15. ^ Для получения дополнительной технической информации о FLARE видеть: П. Даймонд
  16. ^ TCPI также рассматривается в Исследование технологии электрохимической пушки П. Даймонд
  17. ^ Пенгелли, Новая эра в основном вооружении танков, п. 1522
  18. ^ Шарони, Боевая система будущего, стр.31
  19. ^ П. Даймонд, Исследование технологии электрохимической пушки
  20. ^ Горст, Последние достижения в области противотанковых технологий, стр.6
  21. ^ Зан, Боевая система будущего: минимизация риска при максимальном увеличении возможностей, стр.20
  22. ^ Янмэн, Новая концепция электротермической химической пушки без источника питания, стр.1
  23. ^ Хильмес, Вооружение ОБТ будущего, стр.79
  24. ^ Хильмес, Современная разработка немецких танков, стр.20-21.

Библиография

  • Даймонд, П. (март 1999 г.). «Исследование технологии электрохимических пушек». Корпорация МИТЕР. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  • Хильмес, Рольф (декабрь 2004 г.). «Вооружение ОБТ будущего - некоторые соображения». Военная техника. Moench Verlagsgesellschaft Mbh (12/2004).
  • Хильмес, Рольф (30 июня 1999 г.). «Аспекты концепции будущего ОБТ». Военная техника. Moench Verlagsgesellschaft Mbh. 23 (6).
  • Хильмес, Рольф (1 января 2001 г.). «Боевые танки для Бундесвера: разработка современных немецких танков, 1956–2000». Броня. Форт-Нокс: Центр вооружения армии США (январь – февраль 2001 г.). ISSN  0004-2420.
  • Хорст, Альберт У .; и другие. (1997). «Последние достижения в технологии защиты от брони». Американский институт аэронавтики и астронавтики, Inc. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  • Круз, доктор Йозеф (апрель 1999 г.). «Исследование будущей 140-мм танковой орудийной системы Германии - обычных и внеплановых -». Rheinmetall. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  • Огоркевич, Ричард М. (декабрь 1990 г.). «Танковые пушки будущего. Часть I: твердотопливные и жидкостные орудия». Обзор международной обороны. Джейнс (12/1990).
  • Пенгелли, Руперт (ноябрь 1989 г.). «Новая эра в основном вооружении танков: возможности множатся». Обзор международной обороны. Джейнс (11/1989).
  • Ропелевски, Роберт Р. (февраль 1989 г.). «Советские достижения в области бронетехники / Генеральный план армии США в форме противодействия броне». Международный журнал вооруженных сил. Армия США.
  • Шеммер, Бенджамин Ф. (май 1989 г.). «Армия, офис Секции обороны в Логгерхедах над Антиброниумом». Международный журнал вооруженных сил. Армия США.
  • Sharoni, Asher H .; Лоуренс Д. Бэкон (1 сентября 1997 г.). «Боевая система будущего (FCS): обзор развития технологий и оценка осуществимости» (PDF). Броня. Форт-Нокс: Центр брони армии США. ISSN  0004-2420.[постоянная мертвая ссылка ][мертвая ссылка ]
  • Зауэрвайн, Бриджит (февраль 1990 г.). «NPzK Rheinmetall: традиционная технология для противодействия будущим ОБТ». Обзор международной обороны. Джейнс (2/1990).
  • Янмэн, Тиан; и другие. «Новая концепция электротермической химической пушки без источника питания». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  • Зан, Брайан Р. (май 2000 г.). «Боевая система будущего: минимизация риска при максимальном увеличении возможностей» (Проект исследования стратегии) | формат = требует | url = (помощь). Армия США. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

внешняя ссылка