Propulsor químico ultrapotente para armas

Crear - tal vez. Uso - no

Veamos el cartucho de rifle SS109 de 5,56 mm x 45 mm . Una ronda completa de munición (proyectil, vaina, cebador y propulsor) tiene una masa de aproximadamente 12 gramos. La masa propulsora es inferior a 2 gramos y no llena completamente la vaina del cartucho. Sería trivial duplicar la carga propulsora en un cartucho SS109 (lo que tendría el mismo efecto que usar un propulsor más potente) para un aumento de solo el 10 % en el peso de la munición, pero esto requeriría un cartucho, recámara, cañón, sistema de retroceso, etc. Las limitaciones reales están en los materiales de los que está hecho el arma de fuego, no en el propulsor.

La pólvora técnicamente no detona, se deflagra , lo que resulta en un efecto de "empuje" en lugar de "destrozo". En propelentes de alta calidad, cada grano individualde pólvora tiene una forma cuidadosa para optimizar la velocidad de combustión para el tipo de arma de fuego en la que se va a utilizar, razón por la cual hay diferentes pólvoras para municiones de escopeta, pistola y rifle. La pólvora, por ejemplo, está diseñada para que cada grano complete su combustión en gas (para impulsar la bala) antes de que la bala haya terminado de atravesar el cañón relativamente corto de una pistola. La pólvora, por el contrario, está diseñada para continuar ardiendo hasta que la bala esté cerca de alcanzar el final del cañón del rifle (mucho más largo). El tipo y la cantidad de propulsor están diseñados para impartir la máxima velocidad posible al proyectil sin exceder las presiones de trabajo seguras de la caja del cartucho, la recámara y el cañón.

Usar un propulsor de mayor energía o reemplazar el propulsor con un explosivo con una alta velocidad de detonación (por ejemplo, C4) no hará que la bala viaje más rápido, sino que hará que los fragmentos del arma de fuego viajen rápidamente en una amplia variedad de direcciones impredecibles que causarán angustia. , herir y/o matar al tirador y a quienes se encuentren cerca de él.

Examinar armas mucho más grandes: ejemplos como el Rheinmetall Rh-120 con una velocidad inicial de 1800 metros por segundo se acercan a la velocidad inicial máxima factible que se puede lograr con propulsores químicos prácticos. Ah-ha, dices, una aplicación para un súper propulsor. Desafortunadamente, existe un límite teórico para la velocidad inicial de cualquier arma de proyectil de propulsor químico convencional. Como se discutió en la respuesta del usuario 6511 a esta pregunta relacionada, la velocidad de salida máxima posible de un arma de propulsor químico convencional está limitada por la velocidad del sonido del fluido de trabajo.. Si bien se pueden lograr mejoras incrementales, en general se reconoce que los propulsores químicos se están acercando a sus límites absolutos, de ahí la investigación actual sobre cañones de riel y tecnologías similares.

Si desea la velocidad inicial más alta, debe usar pistolas de gas ligero. Sin embargo, tienen inconvenientes: son más voluminosos, más complejos y, por lo tanto, más caros y potencialmente más frágiles.

El principio básico para la máxima velocidad de salida es similar a la velocidad de escape de un cohete: la limitación fundamental es la velocidad del sonido en el material en expansión. Los materiales más calientes tienen límites más altos, al igual que las masas molares más ligeras (moléculas más ligeras). Agregar suficiente calor para marcar la diferencia no sería práctico, al menos para la mayoría de las armas convencionales tipo pistola , por lo que debe buscar productos de combustión más ligeros. Y los más ligeros son de reactivos gaseosos (a temperatura ambiente), de ahí el nombre.

En este punto, puede considerar los combustibles químicos para cohetes ya que las restricciones son las mismas y por las mismas razones. El hidrógeno/oxígeno es lo mejor, pero el hidrógeno es atrozmente voluminoso, estúpidamente frío, tiende a escaparse de cualquier recipiente, debilita los metales y generalmente no vale la pena. Si está de acuerdo con los combustibles almacenados criogénicamente, el metano-oxígeno o el etileno -oxígeno son un buen compromiso. En general, observe los combustibles químicos para cohetes, busque un impulso específico (Isp) que sea proporcional a la velocidad de escape y busque el compromiso que desea entre practicidad y eficiencia.

Ahora, si quiere velocidades mucho más altas que eso, puede usar una pistola de pistón de gas ligero . Todo el aparato de armas es esencialmente de un solo uso y disparan pequeños proyectiles, por lo que no podrás llevar muchos, pero puedes alcanzar más de 10 km/s. Pueden tener sus usos.

Teóricamente, podría usar un arma de detonación basada en los principios del motor de detonación por pulsos : al igual que con el motor, la detonación le permite alcanzar una velocidad de escape/boca más rápida que con la deflagración. Sin embargo, no tengo conocimiento de ningún arma de fuego que use este principio, y puede haber problemas significativos con el concepto.

Una forma de extender el alcance y posiblemente tener un proyectil supersónico (o incluso hipersónico) sin un cañón gigante y complejo es colocar un estatorreactor o (seamos locos) scramjet en su proyectil , suponiendo que las técnicas avanzadas de producción en masa le permitan hacerlo en precios razonables. El cañón acelera el proyectil lo suficiente como para que el sc/ramjet comience a ser efectivo, y el proyectil mismo acelera aún más y continúa haciéndolo durante parte de la duración del vuelo. Use combustible sólido encendido al encender para tener un motor totalmente pasivo, sin partes móviles.

(Una alternativa a la combustión química es calentar eléctricamente el propulsor, de manera similar a un chorro de arco. Actualmente se estudia para cañones de tanques, aunque no pude encontrar la fuente en este momento)

(Además, teóricamente, el explosivo/propulsor químico más poderoso sería el hidrógeno metálico , pero esto sigue siendo muy hipotético).

Quiere usar una pistola electrotérmica-química . La idea básica detrás de esto es mejorar el rendimiento de los propulsores químicos mediante el control de la quemadura con una carga de plasma.

Un arma ETC puede lograr velocidades de salida más altas que los propulsores solo químicos, utilizando menos entrada de energía eléctrica como cañones de bobina y cañones de riel. Esta propiedad hace que la pistola ETC sea la mejor opción para vehículos móviles.

Si no me equivoco, no tenemos un límite teórico de cuánta energía puede liberar una reacción química, por lo que no podemos descartar la posibilidad de explosivos decenas o centésimas de veces más potentes que los que tenemos. Pero hay muchas otras preocupaciones que tendría que abordar:

• Estabilidad : por lo general, cuanto más energético es un compuesto químico, menos estable. Ya conocemos explosivos diez veces más potentes que los que usamos actualmente, pero solo como química experimental: son tan inestables que pueden activarse con solo mirarlos . Normalmente, comienza con un compuesto prometedor , luego intenta hacerlo útil, como "sobrevivir a su uso" .
• Eficiencia : nuestros explosivos más potentes actuales no se utilizan como propulsores de balas. Hay varias razones para eso: precio, estabilidad (vea el punto anterior: algunos productos químicos son "seguros" para almacenarse cuidadosamente, pero pueden funcionar mal si se agitan, golpean, mojan o se someten a cambios de temperatura), pero la mayoría, porque necesita una deflagración para impulsar una bala, no una detonación. En una detonación, la fuerza del explosivo se transmitirá a todas las superficies adyacentes al explosivo, destruyendo efectivamente el arma en lugar de impulsar la bala. Necesita una reacción más lenta para empujar la bala, pero las reacciones más lentas producen velocidades más lentas. La única forma de lograr una reacción lenta y una gran velocidad inicial es un arma de fuego larga, al igual que los cohetes de combustible líquido logran una mayor eficiencia que los cohetes sólidos: logran empujar durante más tiempo.
• Usabilidad : una bala disparada al doble de la velocidad, todos los demás parámetros iguales, ejercerá cuatro veces más retroceso para el tirador. Si planea usar su explosivo de unobtanium para potenciar pistolas y rifles, tenga cuidado, ya que el retroceso lo volvería inutilizable para los humanos.

Hay muchas buenas respuestas aquí, pero los avances que deben ocurrir no son solo en el propulsor sino también en el cañón de la pistola. Todavía usamos pólvora en gran parte porque explota lentamente y con la suficiente frialdad para llenar el área detrás de la bala con gas sin destruir la recámara o el cañón.

Para abrir el piso a propulsores más fuertes, probablemente necesites grafeno . Distribuye la fuerza de un impacto mejor que cualquier otro material conocido, es diez veces más difícil de fracturar que el acero por su peso y tiene un punto de fusión de ~4125K. La única limitación actual es que nadie ha descubierto cómo hacerlo a escala industrial todavía, pero no es descabellado pensar que podría convertirse en una tecnología madura en un futuro cercano con tantas empresas como las que lo están investigando en este momento.

Haga que el cañón sea varias veces más fuerte y podrá reemplazar la pólvora con un explosivo de mayor rendimiento (de los cuales hay muchos para elegir).