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Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung für eine Rakete mit einem Behälter und einem Auswurfmechanismus mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Die Rakete wird vor dem Start in dem Behälter angeordnet. Beim Start wird die Rakete mittels des Auswurfmechanismus aus dem Behälter ausgeworfen ohne Zündung des raketeneigenen Antriebs. Der Auswurfmechanismus schiebt dabei die Rakete mit ausreichend hoher Geschwindigkeit aus dem Behälter, so dass sich diese in der Luft ausrichten und ihren eigenen Antrieb erst außerhalb der Startvorrichtung zünden kann. Das Behälterinnere wird weniger von dem Antriebsstrahl des Triebwerks in der Rakete belastet, da der Antrieb nicht innerhalb des Behälters gestartet wird. Eine solche Startvorrichtung kann auch als Startanlage oder Senkrechtstartanlage bezeichnet werden. Der Auswurfmechanismus weist dabei einen Gasantrieb auf, wobei die Rakete mittels Gasdruck aus dem Behälter herausgeschleudert wird.
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Aus der gattungsbildenden
DE 102 12 653 A1 ist eine Flugkörperstartvorrichtung mit einem Behälter in Form eines Abschussrohrs zur Aufnahme des Flugkörpers bekannt. Der Auswurfmechanismus weist einen Kolben auf, wobei ein Schwanzkonus des Flugkörpers in den Kolben eingreift. Der Kolben ist innerhalb des Abschussrohres geführt. Der Flugkörper, nämlich eine Lenkwaffe wird radial und axial durch die Schwanzkonuslagerung innerhalb des Kolbens abgestützt. Ferner weist der Auswurfmechanismus einen Raketenmotor bzw. einen Gasgenerator auf, der in den Kolben eingebettet ist oder an diesem befestigt ist. Wenn das Zünden der Lenkwaffe eingeleitet wird, dann wird der Gasgenerator aktiviert und erzeugt einen Schub, wodurch der Kolben und damit die zu beschleunigende Lenkwaffe im Abschussrohr axial beschleunigt werden. Der Kolben wird durch den Gasgenerator angetrieben, bis der Kolben auf einen Kolbenanschlag auftritt. Am Kolbenanschlag wird der Kolben mechanisch angehalten, wodurch die Treibgase des Gasgenerators innerhalb des Abschussrohrs gehalten werden.
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Aus der
US 9,605,932 B2 ist eine Startvorrichtung mit einem Gasgenerator bekannt. Mittels des Gasgenerators wird entlang einer Längsachse des Behälters ein Kolben beschleunigt, der einen Flugkörper aus dem Behälter auswirft.
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Aus der
US 2008/0148927 A1 ist eine weitere Startvorrichtung mit einem Behälter, einem Gasgenerator und einem Schlitten bekannt. Der Schlitten ist abdichtend an der Innenseite des Behälters geführt. Wenn die Gasladung gezündet wird, treibt das entstehende Gas den Schlitten zusammen mit dem Flugkörper an und wirft den Flugkörper aus dem Behälter aus. Nahe der Austrittsöffnung weist der Behälter Öffnungen auf, aus denen das Gas austreten kann, nachdem der Schlitten die Öffnungen passiert hat. Hierdurch wird verhindert werden, dass der Schlitten ebenfalls aus dem Behälter ausgestoßen wird.
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Der Stand der Technik ist noch nicht optimal ausgebildet. Es besteht die Gefahr, dass ein Träger oder die Rakete im Behälter verkanten kann. Es entsteht eine sehr hohe Beschleunigung durch die Zündung von Gasladungen im Behälter, was die Startvorrichtung belasten kann. Hierbei können hohe Kräfte und hohe Belastungen auf den Behälter und die Rakete wirken. Es wirken hohe Kräfte und hohe Belastungen insbesondere auch auf den Raketenboden, nämlich auf das der Flugrichtung abgewandte Ende der Rakete. Hierdurch ist eine aufwendige sowie kostenintensive Konstruktion des Raketenbodens notwendig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Startvorrichtung derart auszugestalten, dass eine zu hohe maximale Beschleunigung beim Startvorgang vermieden wird.
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Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch eine Startvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Demnach liegt bei einer Startvorrichtung für eine Rakete, mit einem Behälter und einem Auswurfmechanismus, wobei die Rakete vor dem Start in dem Behälter angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei der Auswurfmechanismus einen Gasantrieb aufweist, dann eine Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe vor, wenn der Auswurfmechanismus einen mittels des Gasantriebs teleskopierbaren Träger aufweist, wobei der teleskopierbare Träger mehrere relativ zueinander verschiebbare Teilelemente aufweist.
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Vorzugsweise umschließt der teleskopierbare Träger dabei ein Volumen, in welchem der Gasantrieb, beispielsweise eine zündbare Gasgeneratorkartusche angeordnet ist. In alternativer Ausgestaltung ist es denkbar, dass das vom Träger umschlossene Volumen mit einem extern angeordneten Gasantrieb, beispielsweise mit einer extern angeordneten Gasgeneratorkartusche in Verbindung steht. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Gasgeneratorkartusche außerhalb des Behälters angeordnet und das bei der Zündung entstehende Gas wird mittels einer Zuführleitung in den Träger eingeleitet. Dementsprechend weist die Startvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform eine außerhalb des Behälters angeordnete Kammer und eine von der Kammer zum Behälter verlaufende Zuführleitung auf, wobei die Zuführleitung mit einem vom Träger umschlossenen Volumen in Verbindung steht.
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Es können auch alternativ mehrere Gasgeneratorkartuschen verwendet werden und gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig gezündet werden, so dass diese zusammenwirken können. Das vom Träger umschlossene Volumen kann durch Teleskopieren des Trägers vergrößert werden. Somit wird der Träger durch den Gasdruck teleskopiert.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine geringere Beschleunigung über einen längeren Weg auftritt. Durch den teleskopierbaren Träger ist der Beschleunigungsweg verlängert. Der teleskopierbare Träger ragt vorteilhafterweise in der vollständig ausgefahrenen Endstellung über das in Flugrichtung gerichtete Ende des Behälters hinaus. Es wirken kleinere Kräfte auf die Rakete und den Behälter. Hierdurch ist eine geringere Belastung der Startvorrichtung und der Rakete gegeben. Die Startvorrichtung ist wiederverwendbar. Es ist eine Kosteneinsparung bei der Raketenherstellung durch eine geringere Stabilitätsanforderung erzielt. Ferner kann eine Kosteneinsparung durch Wiederverwendung der Startvorrichtung erzielt werden.
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Der Träger weist mehrere gegeneinander teleskopierbare Teilelemente auf. Durch Zündung der Gasgeneratorkartusche wird ein Überdruck in dem vom teleskopierbaren Träger umschlossenen Volumen aufgebaut, wodurch die teleskopierbaren Teilelemente des Trägers auseinander geschoben und die Rakete dadurch aus dem Behälter ausgeworfen wird. Hierdurch ist erreicht, dass die auftretenden Kräfte beim Startvorgang geringer sind. Insbesondere ist gewährleistet, dass eine geringere Beschleunigung über eine längere Zeit aufrechterhalten werden kann, so dass trotzdem eine entsprechende Endgeschwindigkeit erreicht wird. Durch den teleskopierbaren Träger kann der Beschleunigungsweg der Rakete verlängert werden, ohne den Platzbedarf des Behälters oder der gesamten Startvorrichtung wesentlich zu vergrößern. Durch die Verlängerung des Startweges kann die maximale Beschleunigung verringert und bei gleicher Beschleunigung die Maximalgeschwindigkeit beim Abschuss vergrößert werden. Dadurch verringern sich die auf die Rakete und auf die Startvorrichtung wirkenden Kräfte.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist der vollständig ausgefahrene, teleskopierbare Träger länger als der Behälter und ragt in der maximal telekopierten Endstellung über das nach oben gerichtete Ende des Behälters hinaus. Der Träger kann ausgefahren insbesondere bis zu 100% der Länge des Behälters über das nach oben gerichtete Ende des Behälters hinausragen und kann dadurch den Beschleunigungsweg verlängern und sogar mehr als verdoppeln. Vorzugsweise ragt der Träger in der ausgefahrenen Endstellung mehr als 20% der Länge des Behälters über das Ende des Behälters hinaus. Insbesondere ragt der Träger in der ausgefahrenen Endstellung zwischen 20% und 50% der Länge des Behälters über das Ende des Behälters hinaus.
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Der Träger kann nun mehrere Teilelemente, insbesondere mehrere gegeneinander teleskopierbare Stufen aufweisen. Bevorzugt weist der teleskopierbare Träger 2, 3, 4 oder 5 Stufen bzw. teleskopierbare Teilelemente auf. Die Teilelemente können durch passend ineinander gesteckte Hülsen gebildet sein. Die Hülsen weisen vorzugsweise einen runden, vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt kann alternativ auch eckig, bspw. rechteckig und insbesondere quadratisch ausgebildet sein. Der Behälter ist bevorzugt nur so lang wie es nötig ist, um den Träger im zusammengeschobenen Zustand und die Rakete vollständig aufzunehmen.
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In einer Ausführungsform sind die Teilelemente des Trägers mittels eines Formschlusses derart miteinander verbunden, so dass beim Start ein inneres Teilelement jeweils das benachbarte umschließende Teilelement über den Formschluss mitzieht. Vorzugsweise zieht das innere Teilelement das benachbarte umschließende Teilelement dann mit, sobald das innere Element relativ zum nächst benachbarten, umschließenden Teilelement vollständig ausgefahren ist. Die Hülsen können beispielsweise Anschläge aufweisen, an die die jeweils zuerst ausgefahrenen inneren Hülsen anschlagen, und so die weiter außen liegenden Hülsen mitziehen.
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Bevorzugt ist der Gasantrieb durch mindestens eine Gasgeneratorkartusche gebildet, wobei die Gasgeneratorkartusche eine Pulvermischung enthält, welche mittels einer elektrischen Zündung zündbar ist. Dabei kann die Pulvermischung direkt in einen gasförmigen Zustand sublimiert werden. Dabei entsteht ein großer Überdruck innerhalb des Trägers, so dass die Teilelemente des Trägers gleichzeitig oder nacheinander auseinander gezogen werden.
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Damit der Träger oder die Trägerelemente nicht verkanten können, sind diese in einer bevorzugten Ausgestaltung im Behälter und/oder zueinander mit einer Führung, beispielsweise in Form einer Nut und einem in die Nut eingreifenden Element ausgeführt.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Startvorrichtung weiterzubilden und auszugestalten. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung der der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 in einer schematischen, geschnittenen Seitenansicht eine Startvorrichtung im Grundzustand, wobei ein Gasantrieb innerhalb eines Trägers angeordnet ist,
- 2 in einer schematischen, geschnittenen Seitenansicht eine Startvorrichtung im Grundzustand, wobei ein Gasantrieb außerhalb eines Trägers angeordnet ist, und
- 3 in einer schematischen, geschnittenen Seitenansicht die Startvorrichtung aus 1 im Endzustand, wobei der Träger maximal teleskopiert ist.
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1 zeigt eine Startvorrichtung 1 mit einem Behälter 2 und mit einem Auswurfmechanismus 3. Die Startvorrichtung 1 kann mehrere Behälter 2 aufweisen, die im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Der Behälter 2 ist rohrförmig ausgebildet. Innerhalb des Behälters 2 ist eine Rakete 4 angeordnet. Die Rakete 4 ist insbesondere als Lenkrakete ausgebildet.
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Die Startvorrichtung 1 ist dazu ausgebildet einen Kaltstart der Rakete 4 zu ermöglichen. Der Behälter 2 weist ein in Flugrichtung der Rakete 4 weisendes Ende 5 und einen entgegen der Flugrichtung weisendes Ende 6 auf. Das Ende 6 ist durch einen Boden 7 verschlossen. Das in Flugrichtung der Rakete 4 weisende Ende 5 des Behälters 2 kann in einer alternativen Ausführungsform durch einen Deckel oder dergleichen verschlossen sein, der beim Start der Rakete 4 entweder zurückgeschwenkt wird oder von der Rakete 4 durchbrochen wird.
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Der Auswurfmechanismus 3 ist dem der Flugrichtung abgewandten Ende 6 des Behälters 2 zugeordnet bzw. an diesem Ende 6 innerhalb des Behälters 2 angeordnet. Der Auswurfmechanismus 3 weist eine Standplatte 8 auf, auf der die Rakete 4 steht. Die Standplatte 8 kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass der Boden der Rakete 4 (nicht näher dargestellt) formschlüssig von der Standplatte 8 geführt ist. Die Rakete 4 weist mehrere bewegliche Flügel 9 auf, die den Flug der Rakete 4 stabilisieren und diese hier insbesondere lenkbar machen. Die Rakete 4 weist ferner einen Antrieb (nicht dargestellt) auf, der gestartet wird, nachdem die Rakete 4 den Behälter 2 verlassen hat.
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Im Folgenden darf der Auswurfmechanismus 3 näher anhand der 1 bis 3 erläutert werden.
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Der Auswurfmechanismus 3 weist einen Gasantrieb 10 auf. Der Gasantrieb 10 kann durch eine zündbare Gasgeneratorkartusche gebildet sein. Der Auswurfmechanismus 3 weist ferner einen teleskopierbaren Träger 11 auf, wobei der teleskopierbare Träger 11 zum einen mittelbar oder unmittelbar am Boden 7 und zum anderen mittelbar oder unmittelbar an der Rakete 4 abgestützt ist. In der dargestellten Ausgestaltung ist der teleskopierbare Träger 11 zum einen am Boden 7 und zum anderen an der Standplatte 8 abgestützt.
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Der Gasantrieb 10 ist innerhalb eines von dem Träger 11 umschlossenen Volumens 12 angeordnet.
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In der in 2 dargestellten Ausgestaltung ist der Gasantrieb 10 über eine seitliche Abzweigung der Zuführleitung 13 in einer Kammer 14 außerhalb des Trägers 11 angeordnet. Hierbei steht das Volumen 12 der Kammer 14 über die Zuführleitung 13 mit dem vom Träger 11 umschlossenen Volumen 12 in Verbindung. Wenn nun bei der Ausgestaltung gemäß 1 oder 2 der Gasantrieb 10 gezündet wird, führt dies dazu, dass der Träger 11 in Längsrichtung des Behälters 2 teleskopiert wird und so die Rakete 4 aus dem Behälter ausgeschoben bzw. ausgeworfen wird.
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Der teleskopierbare Träger 11 weist mehrere Teilelemente 15, 16, 17, 18 auf. Die Teilelemente 15, 16, 17, 18 bilden entsprechende Stufen des teleskopierbaren Trägers 11 und können durch relativ zueinander verschiebbare Hülsen gebildet sein. Durch Zündung der Gasgeneratorkartusche wird ein Überdruck in dem teleskopierbaren Träger 11 aufgebaut, wobei die teleskopierbaren Teilelemente 15, 16, 17, 18 auseinander geschoben werden und die Rakete 4 aus dem Behälter 2 ausgeworfen wird.
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In der in 3 dargestellten vollständig ausgefahrenen Stellung des Trägers 11 ragt dieser aus der Öffnung 5 des Behälters 2 heraus. D.h. in der ausgefahrenen Stellung des Trägers 11 ist der Träger 11 länger als die Länge des Behälters 2. Der Träger 11 kann in alternativen Ausführungsformen ausgefahren insbesondere bis zu 100 % der Länge des Behälters 2 über das nach oben gerichtete Ende des Behälters 2 hinausragen. Dies hat den Vorteil, dass der Beschleunigungsweg länger ist und bis zu mehr als verdoppelt werden kann und hierdurch geringere Beschleunigungskräfte zur Erzielung der Endgeschwindigkeit auftreten können. Bevorzugt ragt der Träger 11 ausgefahren um 20 % bis 50 % der Länge des Behälters 2 über das nach oben gerichtete Ende des Behälters 2 hinaus. Bevorzugt weist der Träger 2, 3, 4 oder 5 Stufen, d.h. 2, 3, 4 oder 5 gegeneinander verschiebbare Teilelemente 15, 16, 17, 18 auf. Das innerste Teilelement 18 ist dabei durch die Standplatte 8 verschlossen. Der Behälter 2 ist bevorzugt nur so lang wie es nötig ist, um den Träger 11 und die Rakete 4 vollständig im Inneren aufzunehmen.
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In einer Ausführungsform sind die Teilelemente 15, 16, 17, 18 des Trägers 11 mittels eines Formschlusses miteinander verbunden, so dass beim Start ein inneres Element 18 jeweils das umschließende Teilelement 17 und das Teilelement 17 wiederum das umschließende Teilelement 16 und das Teilelement 16 wiederum das umschließende Teilelement 15 mitzieht, soweit das jeweils innere Element 18, 17, 16 vollständig relativ zum nächst benachbarten Teilelement 17, 16, 15 ausgefahren ist.
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Der Gasantrieb 10 kann eine Pulvermischung enthalten, welche mittels einer elektrischen Zündung direkt in einen gasförmigen Zustand sublimiert werden kann. Hierdurch entsteht ein großer Überdruck innerhalb des Trägers 11, so dass die Teilelemente 15, 16, 17, 18 nacheinander oder teilweise gleichzeitig auseinander gezogen werden. Damit der Träger 11 und die Teilelemente 15, 16, 17, 18 nicht verkanten, sind diese in einer bevorzugten Ausführungsform im Behälter 2 und/oder zueinander mit einer Führung, beispielsweise in Form einer Nut geführt, in die jeweils ein Führungselement eingreift (nicht dargestellt).
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Die Startvorrichtung 1 hat den Vorteil, dass nun geringere Beschleunigungen auftreten und hierdurch die Belastungen der Startvorrichtung 1 und der Rakete 4 geringer sind. Die Startvorrichtung 1 ist wiederverwendbar. Es ergibt sich eine Kosteneinsparung durch die Wiederverwendbarkeit der Startvorrichtung 1. Es ist eine Kosteneinsparung bei der Raketenherstellung durch geringere Stabilitätsanforderungen erzielt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Startvorrichtung
- 2
- Behälter
- 3
- Auswurfmechanismus
- 4
- Rakete
- 5
- Ende
- 6
- Ende
- 7
- Boden
- 8
- Standplatte
- 9
- Flügel
- 10
- Gasantrieb
- 11
- Träger
- 12
- von Träger umschlossenes Volumen
- 13
- Zuführleitung
- 14
- Kammer
- 15
- teleskopierbares Teilelement
- 16
- teleskopierbares Teilelement
- 17
- teleskopierbares Teilelement
- 18
- teleskopierbares Teilelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10212653 A1 [0003]
- US 9605932 B2 [0004]
- US 2008/0148927 A1 [0005]
