Tehnologie electrotermico-chimică - Electrothermal-chemical technology

Tehnologia electrotermico-chimică ( ETC ) este o încercare de creștere a preciziei și a energiei botului viitoarelor tancuri , artilerie și arme de sistem de armare apropiate, îmbunătățind predictibilitatea și rata de expansiune a propulsorilor în interiorul butoiului.

Un pistol electrochimic-chimic folosește un cartuș cu plasmă pentru a aprinde și controla propulsorul muniției, folosind energie electrică pentru a declanșa procesul. ETC mărește performanța propulsorilor solizi convenționali, reduce efectul temperaturii asupra expansiunii propulsorului și permite utilizarea propulsorilor mai avansați, cu densitate mai mare.

Tehnologia a fost în curs de dezvoltare de la mijlocul anilor 1980 și în prezent este cercetată activ în Statele Unite de către Laboratorul de Cercetare a Armatei , Laboratoarele Naționale Sandia și contractorii din industria de apărare, inclusiv FMC Corporation , General Dynamics Land Systems , Olin Ordnance și Soreq Centrul de Cercetări Nucleare . Este posibil ca propulsia electrotermico-chimică să fie o parte integrantă a viitorului sistem de luptă al armatei SUA și a altor țări precum Germania și Regatul Unit . Tehnologia electrotermică-chimică face parte dintr-un program larg de cercetare și dezvoltare care cuprinde toată tehnologia pistolelor electrice, cum ar fi pistolele feroviare și pistolele cu bobină .

fundal

XM360.

Lupta constantă între armură și runda de perforare a armurii a dus la dezvoltarea continuă a designului principal al tancurilor de luptă. Evoluția armelor antitanc americane poate fi urmărită înapoi la cerințele de combatere a tancurilor sovietice . La sfârșitul anilor 1980, s-a crezut că nivelul de protecție al tancului sovietic viitor (FST) ar putea depăși 700 mm echivalență omogenă laminată la grosimea maximă, ceea ce era efectiv imun împotriva înotătoarelor contemporane M829 de perforare a armurii stabilizate, aruncând sabotul . În anii 1980, cea mai imediată metodă disponibilă NATO pentru a contracara progresele sovietice în tehnologia armurilor a fost adoptarea unui pistol principal de 140 mm, dar aceasta a necesitat o turelă reproiectată care să poată încorpora panta și muniția mai mare și a necesitat, de asemenea, un fel de încărcător. Deși arma de 140 mm a fost considerată o adevărată soluție intermediară, s-a decis după căderea Uniunii Sovietice că creșterea energiei de bot pe care a furnizat-o nu merită creșterea în greutate. Resursele au fost deci cheltuite pentru cercetarea altor programe care ar putea furniza energia necesară pentru bot. Una dintre cele mai reușite tehnologii alternative rămâne aprinderea electrotermico-chimică.

Cele mai multe progrese propuse în tehnologia armelor se bazează pe presupunerea că propulsorul solid ca sistem de propulsie autonom nu mai este capabil să furnizeze energia necesară pentru bot. Această cerință a fost subliniată de apariția tancului principal de luptă rusesc T-90 . Chiar și alungirea tuburilor de pistol actuale, cum ar fi noul german 120 mm L / 55, care a fost introdus de Rheinmetall este considerată doar o soluție intermediară, deoarece nu oferă creșterea necesară a vitezei botului. Chiar și muniția avansată cu energie cinetică, cum ar fi M829A3 din Statele Unite, este considerată doar o soluție provizorie împotriva amenințărilor viitoare. În această măsură, se consideră că propulsorul solid a ajuns la sfârșitul utilității sale, deși va rămâne principala metodă de propulsie cel puțin în următorul deceniu până la maturizarea noilor tehnologii. Pentru a îmbunătăți capacitățile unei arme cu combustibil solid, arma electrotermică-chimică ar putea produce deja din 2016.

Tehnologia ETC oferă o actualizare cu risc mediu și este dezvoltată până la punctul în care îmbunătățirile suplimentare sunt atât de minore încât pot fi considerate mature. Americanul ușor de 120 mm XM291 a ajuns aproape de atingerea a 17 MJ de energie a botului, care este spectrul de energie al botului inferior pentru o armă de 140 mm. Cu toate acestea, succesul XM291 nu implică succesul tehnologiei ETC deoarece există părți cheie ale sistemului de propulsie care nu sunt încă înțelese sau pe deplin dezvoltate, cum ar fi procesul de aprindere cu plasmă. Cu toate acestea, există dovezi substanțiale că tehnologia ETC este viabilă și merită banii pentru a continua dezvoltarea. Mai mult, poate fi integrat în sistemele actuale de arme.

Cum functioneaza

O diagramă a unui pistol electrotermico-chimic funcțional.

Un pistol electrotermic-chimic folosește un cartuș cu plasmă pentru a aprinde și controla propulsorul muniției, folosind energia electrică ca catalizator pentru a începe procesul. Cercetată inițial de dr. Jon Parmentola pentru armata SUA, a devenit un succesor foarte plauzibil al unui pistol standard cu tanc de combustibil solid. De la începutul cercetării, Statele Unite au finanțat proiectul de arme XM291 cu 4.000.000 USD, cercetarea de bază cu 300.000 USD și cercetarea aplicată cu 600.000 USD. De atunci s-a dovedit că funcționează, deși eficiența la nivelul cerut nu a fost încă realizată. ETC mărește performanța propulsorilor solizi convenționali, reduce efectul temperaturii asupra expansiunii propulsorului și permite utilizarea propulsorilor mai avansați, cu densitate mai mare. De asemenea, va reduce presiunea pe butoi în comparație cu tehnologiile alternative care oferă aceeași energie a botului, dat fiind faptul că ajută la răspândirea gazului propulsorului mult mai ușor în timpul aprinderii. În prezent, există două metode principale de inițiere a plasmei: emițătorul cu suprafață mare (FLARE) și aprindătorul triplu coaxial de plasmă (TCPI).

Emitator cu suprafață mare pentru tablă

Flashboard-urile rulează în mai multe șiruri paralele pentru a oferi o zonă mare de plasmă sau radiații ultraviolete și utilizează defalcarea și vaporizarea golurilor de diamante pentru a produce plasma necesară. Aceste șiruri paralele sunt montate în tuburi și orientate pentru a avea golurile lor azimutale față de axa tubului. Se descarcă folosind aer de înaltă presiune pentru a scoate aerul din cale. Inițiatorii FLARE pot aprinde combustibilii prin eliberarea de plasmă sau chiar prin utilizarea radiației de căldură ultravioletă. Lungimea de absorbție a propulsorului solid este suficientă pentru a fi aprinsă de radiația de la o sursă de plasmă. Cu toate acestea, FLARE nu a atins cel mai probabil cerințele optime de proiectare și o înțelegere suplimentară a FLARE și modul în care funcționează este complet necesară pentru a asigura evoluția tehnologiei. Dacă FLARE ar furniza proiectului pistolului XM291 suficientă căldură radiativă pentru a aprinde combustibilul pentru a obține o energie a botului de 17 MJ, nu s-ar putea imagina posibilitățile decât cu un aprindător cu plasă FLARE complet dezvoltat. Domeniile actuale de studiu includ modul în care plasma va afecta propulsorul prin radiații, furnizarea de energie mecanică și căldură direct și prin antrenarea fluxului de gaz. În ciuda acestor sarcini descurajante, FLARE a fost văzut ca cel mai plauzibil dispozitiv de aprindere pentru aplicarea viitoare pe tunurile ETC.

Aprindere cu plasmă triplă coaxială

Un aprindător coaxial este format dintr-un conductor complet izolat, acoperit de patru benzi de folie de aluminiu. Toate acestea sunt izolate în continuare într-un tub de aproximativ 1,6 cm în diametru, care este perforat cu găuri mici. Ideea este de a utiliza un flux electric prin conductor și apoi explodarea fluxului în vapori și apoi descompunerea acestuia în plasmă. În consecință, plasma scapă prin perforațiile constante în tot tubul izolator și inițiază propulsorul din jur. Un aprindător TCPI este montat în cutii individuale de combustibil pentru fiecare bucată de muniție. Cu toate acestea, TCPI nu mai este considerat o metodă viabilă de aprindere a combustibilului, deoarece poate deteriora aripioarele și nu furnizează energie la fel de eficient ca un aprindător FLARE.

Fezabilitate

Pistolul ETC de 60 mm dezvoltat de US Navy la FMC ca demonstrator ETC CIWS pentru principiul demonstrației.

XM291 este cel mai bun exemplu existent de pistol electrotermal-chimic funcțional. A fost o tehnologie alternativă la pistolul cu calibru mai greu de 140 mm, utilizând abordarea cu dublu calibru. Acesta folosește un pantalon suficient de mare pentru a accepta muniție de 140 mm și pentru a fi montat atât cu un butoi de 120 mm, cât și cu un butoi de 135 mm sau 140 mm. XM291 montează, de asemenea, un tub de pistol mai mare și o cameră de aprindere mai mare decât pistolul principal existent M256 L / 44. Prin aplicarea tehnologiei electrotermico-chimice, XM291 a reușit să obțină ieșiri de energie ale botului care echivalează cu un pistol de 140 mm de nivel scăzut, obținând în același timp viteze ale botului mai mari decât cele ale pistolului mai mare de 140 mm. Deși XM291 nu înseamnă că tehnologia ETC este viabilă, oferă un exemplu că este posibil.

ETC este, de asemenea, o opțiune mai viabilă decât alte alternative prin definiție. ETC necesită mult mai puțină intrare de energie din surse externe, cum ar fi o baterie, decât ar fi nevoie de o armă feroviară sau de o armă spirală . Testele au arătat că puterea de energie a propulsorului este mai mare decât energia de intrare din surse externe pe tunurile ETC. În comparație, o armă de cale ferată nu poate atinge în prezent o viteză mai mare a botului decât cantitatea de energie introdusă. Chiar și cu o eficiență de 50%, un pistol feroviar care să lanseze un proiectil cu o energie cinetică de 20 MJ ar necesita o intrare de energie în șinele de 40 MJ, iar eficiența de 50% nu a fost încă atinsă. Pentru a pune acest lucru în perspectivă, un pistol feroviar care să lanseze la 9 MJ de energie ar avea nevoie de aproximativ 32 MJ de energie din condensatori. Progresele actuale în stocarea energiei permit densități de energie de până la 2,5 MJ / dm³, ceea ce înseamnă că o baterie care furnizează 32 MJ de energie ar necesita un volum de 12,8 dm³ per lovitură; acesta nu este un volum viabil pentru utilizare într-un tanc de luptă principal modern, în special unul conceput pentru a fi mai ușor decât modelele existente. S-a discutat chiar despre eliminarea necesității unei surse electrice exterioare în aprinderea ETC prin inițierea cartușului de plasmă printr-o mică forță explozivă.

Mai mult, tehnologia ETC nu se aplică numai propulsorilor solizi. Pentru a crește viteza botului, chiar și aprinderea electrotermico-chimică poate funcționa cu propulsori lichizi, deși acest lucru ar necesita cercetări suplimentare în ceea ce privește aprinderea cu plasmă. Tehnologia ETC este, de asemenea, compatibilă cu proiectele existente de reducere a reculului livrat vehiculului în timpul tragerii. Este de înțeles, reculul unei arme care trage un proiectil la 17 MJ sau mai mult va crește direct odată cu creșterea energiei botului în conformitate cu a treia lege a mișcării Newton și implementarea cu succes a mecanismelor de reducere a reculului va fi vitală pentru instalarea unui pistol alimentat cu ETC în un design existent al vehiculului. De exemplu, noul pistol ușor de 120 mm L / 45 al OTO Melara a obținut o forță de retragere de 25 t prin utilizarea unui mecanism de retragere mai lung (550 mm) și a unei frâne cu bot de piper. Reducerea reculului poate fi realizată și prin atenuarea în masă a manșonului termic. Abilitatea tehnologiei ETC de a fi aplicată proiectelor de arme existente înseamnă că pentru viitoarele actualizări de arme nu mai este necesară reproiectarea turelei pentru a include un butuc de armă mai mare sau calibru.

Mai multe țări au stabilit deja că tehnologia ETC este viabilă pentru viitor și au finanțat considerabil proiectele indigene. Acestea includ Statele Unite, Germania și Regatul Unit, printre altele. XM360 din Statele Unite, care a fost planificat să echipeze rezervorul ușor al sistemului de luptă montat pe viitorul sistem de luptă și care ar putea fi următorul upgrade al pistolului M1 Abrams , se bazează pe XM291 și poate include tehnologia ETC sau porțiuni din tehnologia ETC. Testele acestei arme au fost efectuate folosind tehnologia „aprindere de precizie”, care se poate referi la aprinderea ETC.

Note

Bibliografie

linkuri externe

• Simpozion de lansare electromagnetică
• http://www.powerlabs.org/electrothermal.htm