Regenerative Liquid Propellant Gun of Caliber 40 mm

Autor: G. Klingenberg, E. Gütlin, W. Ch. Bertels, G. Zimmermann
Rok vydání: 1998
Předmět:
Zdroj: Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 23:167-171
ISSN: 1521-4087
0721-3115
DOI: 10.1002/(sici)1521-4087(199808)23:4<167::aid-prep167>3.0.co;2-z
Popis: The present paper describes experiments carried out with a 40-mm regenerative liquid-propellant gun at the Ernst-Mach-Institut and lumped parameter representations of the gun performance developed at WDT 91. The test fixture is equipped with a 2.53 m smooth-bore gun tube and fires conventional 40-mm projectiles of 0.936 kg mass. It has an initial gun chamber volume of 219 cm3 and a reservoir of 575 cm3. A two-piston system, an in-line annular injector with a fixed center piston, are used for liquid propellant injection. The differential area ratio is 2 : 1. The pyrotechnic igniter (DM 1101 primer) supported by a priming charge of 6 g black powder combined with 30 cm3 liquid-propellant containing 80 weight% nitromethane and 20 weight% methanol (type NM/M 80/20) starts piston motion and ignites the injected liquid-propellant jet. Experimental analysis of gun performance is based on pressure measurements in the reservoir and combustion chamber as well as at the muzzle, inductive recordings of injection piston travel, microwave interferometer (5 GHz) measurements of in-bore projectile motion, and inductive measurements of projectile launch velocity. When firing the gun with a charge of 550 cm3 of the liquid propellant type NM/M 70/30, which has a relatively low energy content, then maximum pressures are of the order of 480 MPa in the reservoir, 400 MPa in the combustion chamber, and 50 MPa at the muzzle. Pressure oscillations are superimposed to the pressure recordings which, in the combustion chamber, go up to 250 MPa with a leading frequency of 28 kHz. The projectile launch velocity is 950 m/s. The lumped parameter modeling represents quite well the measured gun performance. It supports gun design and can be used for parameter studies, if properly adjusted to droplet burning. For example, effects caused by variations in the vent area have been simulated. Die vorliegende Veroffentlichung beschreibt Experimente des Ernst-Mach-Institutes mit einer regenerativen Flussigtreibstoffwaffe vom Kaliber 40 mm sowie die Ergebnisse von Rechnungen mit einem einfachen Modell (Lumped-Parameter Modell), die bei der WTD 91 durchgefuhrt worden sind. Die Regenerativwaffe enthalt ein Glattrohr von 2,53 m Lange und feuert ein konventionelles 40-mm Projektil von 0,936 kg Gewicht. Der Verbrennungsraum hat ein Anfangsvolumen von 219 cm3und ein Reservoir von 575 cm3. Ein System mit zwei Kolben, ein feststehender Mittelkolben und ein beweglicher Injektionskolben wird fur die Einspritzung des Flussigtreibstoffes verwendet. Das differentielle Flachenverhaltnis betragt 2 : 1. Der pyrotechnische Anzunder DM 1101 mit einer Beiladung von 6 g Schwarzpulver und 30 cm3Flussigtreibstoff bestehend aus 80 Gew.% Nitromethan und 20 Gew.% Methanol (NM/M 80/20) setzt den Kolben in Bewegung und sorgt fur die Anzundung des injizierten Flussigtreibstoffstrahles. Die experimentelle Analyse des Schusverhaltens basiert auf Ergebnissen von Druckmessungen im Reservoir, im Verbrennungsraum und an der Mundung, auf der induktiven Aufzeichnung der Kolbenbewegung, auf der Mikrowelleninterferometrie (5 GHz) der Geschosbewegung im Rohr und aufder induktiven Messung der Abgangsgeschwindigkeit des Projektiles. Wenn man die Waffe mit einer Ladung von 550 cm3der relativ ernergieschwachen Flussigtreibstoffmischung NM/M 70/30 betreibt, so erhalt man Maximaldrucke von 480 MPa im Reservoir, 400 MPa im Verbrennungsraum und 50 MPa an der Rohrmundung. Druckoszillationen mit Amplituden bis zu 250 MPa mit einer Hauptfrequenz von 28 kHz sind den Kurven uberlagert. Die Abgangsgeschwindigkeit betragt 950 m/s. Das Energiemodell reprasentiert recht gut die gemessene Leistung der Waffe. Die Rechnungen lassen bei entsprechender Anpassung an die reale Tropfchenverbrennung Parameterstudien zu. So lassen sich zum Beispiel Effekte studieren, die auf Anderungen der Dusenoffnung zuruckgehen. La presente publication decrit des experiences realisees a l’Institut Ernst-Mach avec une arme regenerative a propergol liquide de calibre 40 mm ainsi que les resultats de calculs avec un modele simple (modele a parametres concentres) effectues au WTD 91. L’arme regenerative comporte un tube lisse long de 2,53 m et tire un projectile conventionnel de 40 mm et 0,936 kg. La chambre de combustion possede un volume initial de 219 cm3 et un reservoir de 575 cm3. Un systeme compose de deux pistons, un piston central fixe et un piston d’injection mobile, est utilise pour l’injection du propergol liquide. Le rapport de surface differentiel est de 2:1. L’allumeur pyrotechnique DM 1101 comportant une charge additionnelle de 6 g de poudre noire et de 30 cm3 de propergol liquide compose de 80% en poids de nitromethane et 20% en poids de methanol (NM/M 80/20) met le piston en mouvement et assure l’allumage du jet de propergol liquide injecte. L’analyse experimentale du comportement lors du tir repose sur les resultats de mesures de pression dans le reservoir, dans la chambre de combustion et a la bouche, sur l’enregistrement inductif du mouvement du piston, sur l’interferometrie hyperfrequence (5 GHz) du mouvement du projectile dans le tube et sur la mesure inductive de la vitesse initiale du projectile. Si l’on fait fonctioner l’arme avec une charge de 550 cm3 de melange de propergol liquide NM/M 70/30d’energie relativement faible, on obtient des pressions maximales de 480 MPa dans le reservoir, de 400 MPa dans la chambre de combustion et de 50 MPa a la bouche du tube. Des oscillations de pression d’amplitudes allant jusqu’a(c) 250 MPa et de frequence principale 28 kHz se superposent aux courbes. La vitesse initiale est de 950 m/s. Le modele energetique represente assez bien la puissance mesuree de l’arme. Les calculs peuvent etre utilises pour les etudes parametriques lorsqu’ils sont correctement adaptes a la combustion de gouttelettes. Ainsi, on peut par exemple etudier des effets dus a des modifications de l’ouverture de tuyere.
Databáze: OpenAIRE
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