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Rakete und Verfahren zu ihrem Zusammenbau Die Erfindung betrifft eine
Rakete, bestehend aus einem Raketengehäuse und einer Anzahl in diesem mit Zwischenlagen
aufeinandergestapelter Matten aus Wabenwerkstoff, wobei die Zellen teils mit Antriebsbrennstoff
und teils mit Oxydationsmittel gefüllt sind. Hierbei ist der Begriff »teils« so
zu verstehen, daß die Zellen in ihrer Gesamtzahl zu einem Teil das Oxydationsmittel
und zum anderen Teil das Treibmittel, d. h. jeweils separat in getrennten
Zellen enthalten können. aber auch so, daß jeweils in einei Zelle Oxydations- und
Treibmittel gemeinsam untergebracht sein können.
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Bekannt ist bereits eine Flüssigkeitsrakete, in deren Gehäuse Wabenmatten
aufeinandergestapelt sind, deren Zellen teils Antriebsbrennnstoff und teils Oxydationsmittel
enthalten. Die Wabenmatten weisen die Gestalt von ringförmig angeordneten perforierten
Wänden auf, die durch radial verlaufende Wände unterteilt sein können. Auch Feststoffraketen
hat man bereits so ausgebildet, daß der Raketenmotor in einer Art Honigwabenstruktur
angeordnet war. Schließlich ist Gegenstand ei-nes eigenen unveröffentlichten Vor-.
schlags ein geformter Raketen-Feststofftreibsatz auf der Basis Oxydationsmittel,
Brennstoff und Bindemittel mit durch Einbettungen fester Substanzen, die selbst
Brennstoffe oder Explosivstoffkomponenten sind, verursachter höherer Festigkeit,
wobei in dem Raketengehäuse eine Anzahl aufeinandergestapelter Wabenmatten mit perforierten
Zwischenlagen vorgesehen sind. Die Perforationen in den Zwischenlagen gestatten
ein gutes Fortschreiten der Verbrennung von den inneren Wabenmatten her nach außen.
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Gegenstand ist demgegenüber eine Rakete der eingangs bezeichneten
Art, bei der das Neue darin besteht, daß die Zwischenlagen der Matten zur Bildung
von Sandwichteilen als die Zellen beiderseits dicht verschließende Abdeckungen ausgestaltet
sind. Auf diese Weise wird es sowohl bei Feststoff- als auch bei Flüssigkeitsraketen
möglich, die Zellen ohne Rücksicht auf den Standort der Rakete mit Treibstoff oder
Oxydationsmittel zu füllen und die Füllungen dabei unabhängig voneinander an verschiedenen
Standorten vorzunehmen. Dies ist aus Sicherheitsgründen meist zu empfehlen. Die
Erfindung schafft weiterhin die Möglichkeit, die Zellen nach dem Einfüllen des Treibsatzes
oder des Oxydationsmittels hermetisch gegen Lecks abzuschließen, so daß auf jeden
Fall eine unerwünschte vorzeitige Vermischung der Verbrennungspartner vermeidbar
ist.
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Ein weiterer Vorzug der Erfindung ist darin zu erblicken, daß die
gefüllten Sandwichteile jeweils getrennt auf Dichtigkeit und andere Eigenschaften
überprüft werden können, bevor man sie in das Raketeng8häuse einsetzt, in dem sie
dann aufeinandergestapelt und miteinander zu einem integrierten Raketenmotor verbunden
werden können.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist in an sich bekannter Weise
ein sich durch die Sandwichteile in axialer Richtung der Rakete erstreckender, mit
dem Mittelteil jedes Sandwichteiles kommunizierender Zündkanal vorgesehen. Aus diesem
den Gegenstand des folgenden Anspruchs 2 bildenden Vorschlag soll ein selbständiger
Schutz nicht hergeleitet werden, d. h., es handelt sich bei dem Anspruch
2 um einen echten Unteranspruch.
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Vorteilhaft erstreckt sich der soeben erwähnte Zündkanal in Achsrichtung
der Wabenöffinungen, wodurch eine gut regelbare Verbrennung möglich wird.
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Ein zweckmäßi-es Verfahren zum Zusammenbau der erfindungsgemäßen Rakete
besteht darin, daß das Raketengehäuse mit einem flüssigen Klebstoff gefüllt wird
und die gefüllten Sandwichteile im Gehäuse unterhalb der Oberfläche des Klebstoffs
aufeinandergesetzt werden, während sich der Klebstoff im plastischen Zustand befindet,
worauf der Klebstoff zum Festwerden gebracht wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen,
die im einzelnen folgendes darstellen:
Fig. 1 ist ein Querschnitt
durch eine Rakete mit erfindungsgemäßern Treibsatzgefüge, in we-hem Wärmeübertragungs-
oder -leitringe verwendet werden, um den Kernabbrand zu regeln; Fig. 2 ist ein vergrößerter
Ausschnitt, von Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch Fig. 2 entlang
der Linie 3.m3; Fig. 4 ist eine stark vergrößerte Ansicht eines Mehrschiät.# oder
Zellengefüges, das sich für den Gebrauch bei einem flüssigen:Treibstoff oder Oxydationsmittel
eignet; Fig. 5 ist eine stark vergrößerte Ansicht eines bei Verwendung-von
festem,Okydationsmittel oder Treibstoff geeigneten Mehrschichtgefüges; Fig.
6 stellt eine Abänderung des Raketentreibsatz-"efüges nach Fig.
1 dar, wobei ein bewegliches Ab
sperrglied zur Regelung des Kernabbrandes
verwendet wird; Fig. 7 ist eine vergrößerte Teilansicht der Ausführungsform
nach Fig. 6;
Fig. 8 ist eine noch mehr vergrößerte Ansicht des bei
den Ausführungsformen nach Fig. 6 und 7 verwendeten Absperrmechanismus;
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung des neuen Verfahrens zur Herstellung
und Füllung des aus mehreren Schichten zusammengebauten Treibsatzgefüges und zur
Zusammensetzung der Gefügeschichten. innerhalb eines Raketengehäuses, durch welche
ein Raketentreibsatz gebildet werden soll; Fig. 10 ist ein Längsschnitt,
der eine weitere Ab-
wandlung, eines Raketentreibsatzgefüges zeigt; Fig.
11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, im wesentlichen längs der Linie
2-2 der Fig. 10;
Fig. 12 ist eine teilweise Seitenansicht einer Aufwindtrommel,
die in einem weiteren Verfahrensschritt erläutert wird.
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in den Zeichnungen und insbesondere in den Fig. 1, 2 und
3 ist eine Rakete A mit einer Hülse oder einem Gehäuse 20 gezeigt,
an dessen Vorderteil ein Kopf oder eine Nutzlastspitze 22 montiert ist, welcher
die Steuereinrichtungen, Sprengstoffe od. dgl. enthalten kann.
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Rückwärtig zur Nutzlastspitze im Inneren dei Hülse befindet sich der
Treibmittelkem 25. Der Hülsenkörper ist an seinem rückwärtigen Ende mit einem
Auspuff oder Düse 28 von kleinerem Durch -messer versehen, durch welche die
Auspuffgase aus dem brennenden Kern 25 entweichen.
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Die Düse 28 ist normalerweise durch eine Zündladung 30 mit
Zünder verdeckt, welche einen Zündsatz trägt, der elektrisch gezündet werden kann,
urn den Brennstoff des Kernes 25 zu entzünden oder zu schmelzen.
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Der Treibkern 25 besteht aus aufeinandergelegten Gefügeschichten.
31, welche das Oxydationsmittel enthalten, und 32 mit dem Brenn- oder
Treibstoff. Ein Zündrohr oder -kanal 35 erstreckt sich axial nach rückwärts
vom Kopf 22 durch die Gefügeschichten 31 und 32 »und öffnet sich gegen
die rückwärts angebrachte Zündladung 30.
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Die Gefügeschichten 31 oder 32 können einen flüssiclen
Treibstoff in einem Gefüge, wie es in Fig. 4 aufgezeigt ist, oder einen festen Treibstoff
gemäß Fig. 5 enthalten. Der Zellenaufbau, welcher das Schichtgefüge bildet,
kann ein Wabenwerkstoff sein, der eine sechseckige Form haben oder anders, z. B.
quadratisch, sein oder beliebig geformte Zellen auf weisen kann. Bei der Ausführungsforin
nach Fig. 5 mit dem festen Treibstoff oder Oxydationsmittel sind die Enden
des Wabenkernes auf der einen Seite mit einer Schicht 40# z. B. aus Metall, und
auf der gegenüberliegenden Seite- mit einer ähnlichen Schicht 41 oder Platte bedeckt.
Die Zellenwände des Wabenwerkstoffes sind bei 44 gezeigt.
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Der in Fig. 4 veranschaulichte Mehrschichtentyp, welcher sich besonders
für flüssigen Treibstoff oder flüssiges Oxydationsmittel eignet, ist auch mit einer
ersten Platte 40 bedeckt, während sich auf der anderen Seite eine Abdeckung 45 mit
kleinen öffnungen 46 befindet, durch welche das flüssige Füllmaterial in die Zellen
geleitet werden kann. Wenigstens eine dieser öffnungen ist zu diesem Zweck mit jedem
Zellengebiet in eine Flucht gebracht. über der Abdeckplatte 45 befindet sich eine
weitere Abdeckung 48, welche die Öffnungen vollständig abdichtet, so daß der flüssige
Füllstoff innerhalb der Zellen des Schichtwerkstoffes eingeschlossen ist. Es ist
wichtig, daß der feste Stoff, z. B. Brennstoff, nach Fig. 5 oder der flüssige
Füllstoff nach Fig. 4 frei von allen Luft- oder Gaseinschlüssen ist, so daß das
gesamte Zellengebiet nicht zusammengedrückt werden kann. Die Art und Weise, wie
die Zellen gefüllt werden, soll später ausführlich beschrieben werden.
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Der das Schichtgefüge bildende Werkstoff soll so beschaffen sein,
daß er im gleichen Zeitraum zerfällt oder verbrennt wie der Treibstoff. Das bedeutet,
daß die Wanddicke des Werkstoffes, wenn es sich um Metall handelt, gering genug
sein muß, damit das Metall gleichzeitig mit dem brennenden Treibstoff seine Verbrennungstemperatur
erreichen kann. Die Kerne der Gefügeschichten 31 und 32 sind zylindrische
Scheiben, wie Fig. 2 zeigt. Jede der Gefügeschichten weist innen ein Loch auf, das
den rohrförmigen Einsatz 50 aufnehmen kann, welcher den Zündkanal
35 bildet. Die Ränder des Kernes werden durch einen inneren Ring
37 und einen äußeren Ring 38 abgedichtet (s. Fig. 2).
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Der Treibsatz oder Treibkern 25 wird dadurch gebildet, daß
man in der Hülse 20 einer Rakete A abwechselnd Oxydationsmittel enthaltende
Gefügeschichten 31 und Treibstoff enthaltende Schichten 32
aufeinanderlegt.
Die aufeinandergelegten Gefügeschichten werden so ausgerichtet, daß die Löcher 49
(Fig. 3) axial fluchten und den Einsatz 50 aufnehmen können. Eine
Dichtung 53 dichtet die äußere Kante jeder Gefügeschicht gegen die Hülse
20 ab.
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Im Betrieb wird das Zündrohr mit pyrotechnischem Werkstoff gefüllt.
so daß sich nach Entzündung des Initialsatzes 30 die Temperatur in dem der
Zündladung anliegenden Treibsatz und in dem Zündrohr 35 genügend erhöht,
um den pyrotechnischen Stoff in Brand zu setzen. Die Wärine im Rohr verursacht einen
Zusammenbruch der physikalischen Struktur des im Rohr anliegenden Gefügeaufbaues,
wodurch Oxydationsmittel und Treibstoff frei werden und in Gasform übergehen, wenn
die Temperatur hoch genug ist, daß der Treibstoff sich entzünden und brennen kann.
Der gelenkte Abbrand des Treibstoffes richtet sich vom Zündrohr nach außen gegen
den Rand des Raketengehäuses.
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Die abwechselnde Schichtung von Oxydationsmittel und Treibstoff hält
die beiden Bestandteile so lange getrennt, bis die Struktur des Mehrschichtenwerktsoffes
durch die erhöhte Temperatur genügend zusammengebrochen ist, um das Freiwerden der
beiden
Substanzen in Gasform und damit in brennbarem Zustand zu
verursachen.
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Es ist äußerst wünschenswert, den Abbrand der Rakete so zu regeln,
daß die Verbrennung von der Mitte nach außen mit gelenkter Schnelligkeit vor sich
geht, in einer ähnlichen Form, wie sie in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt
ist. Fortschreitende Stadien des nach außen radialen Treibsatzabbrandes sind bei
S-1, S-2 und S-3 in gestrichelten Linien angedeutet, Um die
Abbrandregelung zu ermöglichen, sind zwischen den wabenförr.nigen Mehrstoffschichten
koaxiale Wärmeübertragungsringe vorgesehen. Die Ringe sind in den Fig. 2 und
3 mit 57, 58 und 59 bezeichnet. Die drei Ringe 57, 58
und 59 sind zwischen den angrenzenden Seiten nebeneinanderliegender Werkstoffschichten
aufeinandergesetzt und weisen fortlaufende zunehmende Durchmesser auf. Ring
57
ist der kleinste, 58 ist größer und 59 der weiteste. Jeder
Ring besteht aus einem hochwärmeleitfähigen Metall, wie z. B. Kupfer oder Aluminium.
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Das mit 60 bezeichnete Gebiet, welches nicht voil den Ringen
57, 58 und 59 eingenommen ist, wird durch ein wenig wärmeleitfähiges
Material, z. B. Polyurethan, ausgefüllt. Zusätzlich wird der Raum zwischen der äußeren
Kante jeder Schicht-#verkstofflage und der Innenwand der Hülse mit einem wenig wärmeleitfähigen,
festen harzigen Klebstoff, wie Polyurethan, bei 53 ausgefüllt.
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Wie in Fig. 1 zu sehen ist, greift nach der Entzündung des
Zürldsatzes 30 die Wärme zuerst auf die unmittelbar neben dem Zündrohr gelegenen
Zellen über und verursacht den Brand des den Wabenwerkstoffkern und die Deckplatte
bildenden Aluminiums, wodurch der Inhalt der Zellen für die Verbrennung frei wird,
Gleichzeitig führen die Leitringe 57, 58 und 59 die durch den brennenden
Treibsatz erzeugte Wärme schnell und wirksam in radialer Richtung nach außen. Die
schnellste Wärmeübertragung erfolgt vom Zündrohr zum Rand des Leitringes
57, bis zu welchem Punkt die Wärme durch alle drei aufeinanderliegenden Metalleiter
57, 58 und 59 getragen wird. Langsamer geht die übertragung bis zum
Rand des Ringes 58 vonstatten, da die Wärme dort nur durch die beiden Ringe
57 und 58 übertragen wird. Noch langsamer erfolgt die übertragung
zwischen dem Rand des Ringes 58 und der Außenkante des Elements
59 durch den einzigen Metalleiter 59. In der verbleibenden Fläche
bei 69 zwischen dem Rand des Ringes 59 und der Gehäusewand der Rakete,
wo keine beschleunigenden Metalleiter mehr vorgesehen sind, ist die übertragung
am schwächsten.
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Durch die Wärmeübertragungsringe wird der Abbrand angeregt, sich vom
Zündrohr progressiv abnehmend nach außen gegen den peripheren Rand oder die äußere
Begrenzung des Gehäuses zu gestalten. Die Dichtung 53 verhindert an der äußeren
Begrenzung des Treibsatzes einen fließenden Gasaustausch und einen Abbrand an dieser.
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Diese Konstruktion schafft so ein Vierstufen-Abbrandschema, wie in
Fig. 1 gezeigt, bei welchem die Wärmeübertragung durch die Ringe eine gleichmäßigere
Verteilung und Regelung der Verbrennung im Raketentreibsatz gestattet.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform
der Erfindung mit einer RaketeB, die ähnlich konstruiert ist wie die Rakete
A, d. h., sie hat ein Gehäuse 20, einen kegelförinigen Bug oder eine Nutzlastspitze
22 und einen Auspuff 28 mit einer darin angeordneten pyrotechnischen Zündladung
30. Der Treibsatz 60 ist zwischen der Auspuffdüse und der Nutzlastspitze
22 gelagert. Er wird dadurch gebildet, daß man abwechselnd Schichten von Wabenwerkstoff
31 und 32 aufeinanderlegt, wie in Fig. 4 und/oder 5
gezeigt,
welche abwechselnd Oxydationsmittel und Treibstoff enthalten.
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Die Verbrennung wird so geregelt, daß durch eine bewegliche Verzögerungseinrichtung
oder einen Ab-
sperrkolben 68 (s. Fig. 7) ' der so angeordnet
ist, daß er durch einen Stoßmechanismus 70 gleitend del Länge nach durch
das Zündrohr69 nach unten gestoßen werden kann, in der Rakete ein im wesentlichen
kegelförmiger Abbrand erfolgt.
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Die Mehrschichtengefügeteile, welche die Schichten 31 und
32 bilden, stoßen mit ihren Deckplatten unmittelbar aneinander und erfordern
keine Verwendung von Wärmeleitringen wie bei der Rakete A.
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Alle Schichten 31 und 32 in der Rakete B können iedoch
auch so aufeinandergelegt werden, daß eine Schicht von niedrig wärmeleitendem Material
67 zwischen den aufeinanderliegenden Platten vorgesehen wird, wie dies z.
B. bei dem Verfahren nach Fig. 9
geschehen kann und dort beschrieben werden
soll, Der Kolben 612 ist so angeordnet, daß er sich im Zündrohr
69 durch einen Mechanismus 70 über ein Kabel 76 nach -unten
bewegt, welches durch eini Regeleinrichtung im 11viechanismus 70 mit gelenkter
Geschwindigkeit gezogen wird. Das Rohr 69 ist mit eitlem flüssigen Treibstoff
75, z. B. Kerosin, gefüllt, um einen Gegendruck zu erzeugen, der den durch
den Treibsatzabbrand in der Rakete B verursachten Stoßdruck ausgleichen soll. Das
Freiwerden der Flüssigkeit vorderhalb des Kolbens 68 wird durch eine kleine
im Kolben längs angebrachte öffnung 82
(s. Fig. 8) bewirkt, um ein
stufenweises Freiwerden der brennbaren Flüssigkeit innerhalb der Säule oder des
Zündrohres 69 zu er-möglichen, wenn der Kolben nach der Raketenspitze gezogen
wird. Versprühen von flüssigem Treibstoff erhöht die Flammenbildung an der Hinterseite
des Kolbens.
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Beim Betrieb der Rakete B wird der unmittelbar dem Zündrohr anliegende
Treibsatz in Brand gesetzt, wenn der Zündsatz 30 entzündet wird.
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Der Kolben 60 verhindert die Ausbreitung der Flamme durch das
Zündrohr, und er kann so dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit, mit der die
Flaranie sich im Treibsatz ausbreitet, zu regeln. Genauer ausgedrückt, wenn einmal
der Treibsatz 32
entzündet ist, eri'olo"t der Abbrand 31 und
32 selbst progressiv von der Brennkammer aus gegen das obere Ende oder die
Nase der Rakete, und zwar in einem gegebenen Verhältnis, ohne Rücksicht darauf,
ob der Kolben 68 durch das Zündrohr zurückgezogen wird oder nicht. Wie oben
angegeben, wird der wabenförmige Schichtwerkstoff, welcher Oxydationsmittel und
Treibstoff einschließt, unter der ii der Brennkammer erzeugten Wärme selbst aufgezehrt;
so würde es auch dem Kolben ergehen, und auch die das Zündrohi auskleidenden Wände
würden in bestimmtem Maße unter dem Einfluß der während des Brennprozesses erzeugten
Wärme verzehrt werden.
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Deshalb kann das zurückziehen des Kolbens durch das Zündrohr in einem
geregelten Tempo, das schneller ist als die geringste Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Flamme im Treibsatz, dazu dienen, daß die Schnelligkeit der Flammenausbreitung
durch den
Treibsatz entlang dem Zündrohr selbst, d. h. in
Achsrichtung der Rakete, erhöht wird, und es kann in diesem Ausmaß ein Mittel für
die Regelung der Abbrandgeschwindigkeit im Treibsatz liefern, wenngleich a die Einfügung
einer wie oben beschriebenen Kolbenanordnung in dem Raketentreibsatz weder dazu
verwendet kann, den Abbrand des Treibsatzes aufzuhalten, wenn er einmal entzündet
ist, noch dazu, die Mindestgeschwindigkeit des Treibsatzabbrandes zu regeln. Es
können aber vom Zündkanal aus weitere Schichten in Brand versetzt werden, wenn der
Kolben schnell genug zurückgezogen wird.
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Der Zusammenbau der Rakete ist in Fig. 9 schematisch dargestellt.
Dabei wird zunächst ein mit 100
bezeichneter Wabenwerkstoffblock zu runden
Scheiben geschnitten und der mittlere Teil jeder Scheibe entfernt, wie bei
101 gezeigt, so daß sich eine Scheibe aus Wabenwerkstoff mit einer freien
Mitte und einem koaxialen äußeren Rand ergibt.
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Ein fester Ring 38 wird um den äußeren Rand des Wabenwerkstoffgefüges
herumgelegt, und ein ähnlicher innerer Ring 37 wird dem inneren Rand angelegt,
der den Mittelausschnitt 101 bildet. Anschließend wird eine erste Platte
40 mit einem geeigneten Harz oder Klebstoff auf den Boden des Kernes geleimt. Der
Kern mit der angeklebten Bodenfläche kann dann mit einem festen Treibstoff oder
einem oxydierenden Füllmittel gefüllt werden, indem man dieses einfach in die Zellen
gießt, während es in flüssigem oder plastischem Zustand ist, und es dann festwerden
läßt.
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Wenn die Füllung in dem Wabenwerkstoffkern fest worden ist, wird z.
B. mittels einer Abdeckmaschine eine obere Platte 41 auf die obere Fläche des Werkstoffes
aufgebracht, wie verallgemeinernd bei 109 gezeigt. Die Decke wird durch einen
geeigneten Klebstoff oder Leim dauerhaft mit dem Kein verbunden. Das sich ergebende
Produkt aus Mehrschichtenwerkstoff wird dann in einem geeigneten Lagerraum gelagert,
wie bei 110 gezeigt, bis die einzelnen Sandwiches zu einem Raketentreibsatz
zusammengesetzt werden sollen.
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Wenn flüssiges Material in das Zellengefüge gefüllt werden soll, wird,
nachdem die untere Platte 40 auf den Kern aufgebracht worden ist, über den leeren
Zellen eine obere Platte 45 auf den Kern gelegt. Diese Platte ist mit einer Anzahl
kleiner öffnungen 46 versehen, wobei jede dieser Öffnungen in eine der Zellen führt.
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Das leere Wabenwerkstoffgefüge wird dann in eine Kammer
117 gebracht. Diese wird hierauf durch Saugrohre 118 luftleer gemacht,
so daß der Druck- in dem Tank 117 und in den Zellengebleten des Sandwiches
wesentlich unterhalb Atmosphärendruck liegt. Gleichzeitig wird flüssiges Oxydationsmittel
oder Treibstoff durch die Leitung 119 aus einem Lagertank 121 zugeführt.
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Der Mehrschichtenwerkstoff wird nach Füllen der Zellen aus dem Behälter
117 herausgenommen und außen getrocknet, etwa mittels eines Ventilators
123
oder durch Trocknen od. dgl. Nachdem er außen getrocknet ist, wird er
durch die Maschine 109 geführt, welche auf die Fläche 45 eine Deckplatte
aufbringt, um alle Öffnungen 46 vollständig abzudichten.
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Die oben beschriebene Methode stellt indessen nur eine Axt der Füllung
eines zellenförmigen Mehrschichtenwerkstoffes mit einer Flüssigkeit dar; man kann
hierfür auch andere Methoden oder Techniken anwenden oder entwickeln,
je nach der besonderen Art des eingesetzten Füllmaterials und anderen örtlichen
Gegebenheiten, ohne das erfindungsgemäße Ziel einzuschränken.
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Es ist vorteilhaft, die Treibstoff enthaltenden Sandwiches in beträchtlicher
Entfernung von den das Oxydationsmittel enthaltenden zu halten. Die beiden Sandwicharten
sind sicherer zu handhaben, wenn sie getrennt sind, weil die für eine rasche chemische
Wirksamkeit notwendigen Elemente dann nicht miteinander in Verbindung treten können.
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Für den Aufbau der Treibsätze wird ein mit 135
bezeichnetes
Raketengehäuse mit einem flüssigen Leim oder einem plastischen Harz, wie Polyurethan,
gefüllt. Die den Treibstoff und das Oxydationsmittel enthaltenden Schichtwerkstoffe
werden durch eine pneumatische Besetzvorrichtung 140 im Gehäuse 135
abwechselnd
aufeinandergesetzt. Diese Vorrichtung 140 besitzt eine Platte 141, welche abwechselnd
senkrecht in die Hülse hinein- und aus ihr herausbewegt werden kann. Der Schichtwerkstoff
wird an der Platte 141 durch ein darin erzeugtes Vakuum festgehalten, das den Schichtwerkstoff
an die Platte ansaugt. Im Gehäuse 135 befindet sich stets genügend flüssiger
Klebstoff, so daß der nächste zugegebene Sandwich vollständig darin eingetaucht
wird. Auf diese Weise ist es sicher, daß alle Zwischenräume zwischen den Sandwiches
mit einem festen, nicht zusammendrückbaren Material ausgefüllt sind. So liefert
das endgültige Treibsatzgefüge, welches die einzelnen Sandwiches umfaßt, von denen
jedes mit einem im wesentlichen nicht zusammendrückbaren Material (flüssig oder
fest) gefüllt ist, zusammen mit dem festen Füll- oder Klebstoff, wie z. B. Polyurethan,
welcher alle Hohlräume zwischen den Sandwiches fest ausfüllt, ein starres und im
wesentlichen nicht zusammendrückbares Treibsatzgefüge, welches hohen Druckkräften
standhalten kann, ohne zusammenzufallen, Risse zu erhalten oder auf andere Weise
seine strukturelle Einheit zu verlieren. Dieser strukturelle Charakter des Treibsatzes
trägt auch zu der Steifheit und Festigkeit der Rakete als einer mechanischen Einheit
während der Bedienung, des Abschusses und des Fluges bei.
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Die Fig. 10 und 11 zeigen eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, die speziell für ein Raketentriebwerk von dem Typ geeignet
ist, für den ein Treibmittel mit sehr hohen inneren Verbrennungstemperaturen in
der Größenordnung von 50001 C
und höher verwendet wird. Die Ausführungsform
nach Fig. 10 ist ähnlich der oben unter Bezugnahme auf die Fig.
6, 7 und 8 beschriebenen, und zwar dadurch, daß der Treibstoffabbrand
durch eine bewegliche Kolbeneinrichtung geregelt wird, welche in einem axial angeordneten
Zündrohr gleitend montiert ist. Jedoch ist - unter Berücksichtigung von Temperaturen
in der Größenordnung von 50001 C -
kein Werkstoff bekannt, aus welchem ein
Kolbenkopf hergestellt werden könnte, der nicht durch die Wärme verzehrt wird. Infolgedessen
hat die Ausführungsform nach Fig. 10 die Verwendung des festen flexiblen
Kabels oder »Kolbens« 101 mit gleichmäßigem Durchmesser oder Querschnitt
über seine ganze Länge zum Gegenstand, welches gleitend in einem sich der Länge
nach durch das in dem wabenförmigen Mehrgchichtenwerkstoff eingeschlossene Treibmittel
32 erstreckenden Zündrohr 102 angeordnet ist. Der kabelartige Kolben
101 besteht aus einem
flexiblen plastischen, hitzeabweisendm
Werkstoff, welcher eine vergleichsweise geringe Wärmeleitfähig keit hat und eine
geringere Verbrennungsgeschwindigkeit als der Raketentreibstoff besitzt. Nitrozellulose
drängt sich von selbst für diesen Verwendungszweck auf. Die Wände des Zündrohres
102 werden gleichfalls mit einem ähnlichen Material ausgekleidet, wobei jedoch der
Kabelkolben 101 sowohl als auch die Wände 102a mit der gleichen Geschwindigkeit
in Richtung der Raketenspitze aufgezehrt oder ver.-brannt werden, wenn keine Bewegung
oder Zurückziehung des Kolbens im Rohr vorgenommen wird.
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Das obere Ende des Kabelkolbens 101 ist an einer schraubenförmig
gerillten Aufwindtrommel 103 befestigt. Wie schematisch dargestellt, kann
die Trommel 103 mit geregelter Geschwindigkeit durch einen Motor 104 in Rotation
versetzt werden, welche selbst nicht drehbar ist, da sie bei 105 längsverschiebbai
mit der als integrierendem Ausläufer der Winde 103
ausgebildeten Antriebsstange
106 verkeilt ist. Das andere Ende der Antriebsstange 106 ist in eine
Halterung 107 eingeschraubt. Infolgedessen bringt die Rotation der Windentrommel
103 in einer Richtung, die veranlaßt, daß der Kabelkolben sich in den schraubenförmigen
Rillen 103 selbst aufseilt, auch (kraft der gewundenen Verbindung zwischen
der Stange 106 und dem Auflager 107) die gesamte Winde dazu, sich
nach rechts zu bewegen, wie Fig. 10 zeigt, wodurch der Windepunkt des Kabels
auf der Trommel in axialer Ausrichtung zu dem Zündrohr 101 gehalten wird.
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Um einen sicheren Eingriff des Kabels 101 in die Windentrommel
1.03 zu gewährleisten, können die schraubenförmigen Rillen der Trommel mit
relativ scharfen Zähnen versehen sein, die sich in den Kabelkörper unter dem Einfluß
einer oder mehrerer durch Stangen 108 a gelagerter Druckwalzen
108 eindrükken, die in der Nähe der Winde montiert sind und einen dem Druck
entgegenwirkenden Kontakt mit dem äußeren Umfang des aufgewickelten Kabels haben.
Der Grund, weshalb man ein mechanisches Eingreifen zwischen der Winde und dem Kabel
aufrechterhält, besteht darin, daß man die Möglichkeit auf ein Minimum herabsetzen
oder ausschließen will, -daß der Kabelkolben unter dem Einfluß des in der Brennkammer
der Rakete erzeugten hohen Drukkes aus dem Zündrohr herausgepreßt oder -gedrückt
wird.
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Um die aus der Brennkammer austretende und zwischen dem Kolbenkabel
101 und der Auskleidung 102 a des Zündrohres hindurchgehende Flamme möglichst
klein zu halten oder ganz auszuschalten, kann man ein viskoses Schmiermittel zwischen
das Kabel und die Wände des Zündrohres packen und dadurch jeden freien Raum oder
Abstand, der irgendwie zwischen Kabel und Rohr existieren und einen Durchgang der
Flamme gestatten könnte, ausfüllen. Um ein Herauspressen des Schmiermittels durch
das obere Ende der Vorrichtung zu verhindern, ist im oberen Teil der Raketenhülse
eine geeignete Dichtungskappe 1L09 schematisch gezeigt.
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Beim Betrieb kann das Kolbenkabel durch einen geeigneten, nicht gezeigten
Geschwindigkeitsregelmechanismus, der das Tempo des Aufrollens der Windentrommel
bestimmt, gleitend durch das Zündrohr zurückgezogen werden. Durch Zurückziehen des
Kolbenkabels mit geregelter Geschwindigkeit (schneller als die geringste Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Flamme durch den eingeschlossenen Treibsatz) kann die Abbrenngeschwindigkeit
des Treibsatzes, die bestimmt wird durch das Tempo, mit welchem sich die Flamme
durch den Treibsatz über das Zündrohr ausbreitet, in geregeltem Maße beschleunigt
werden.
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Es ist beschrieben worden, daß Oxydationsmittel und Brennstoff in
abwechselnden Schichten liegen. Dies ist jedoch so zu verstehen, daß es bei diesem
erfindungsgemäßen System auch vorteilhaft sein kann, mehrere Oxydationsmittelschichten
auf jede Brennstoffschicht oder mehrere Brennstoffschichten auf jede Oxydationsmittelschicht
zu verwenden. Es ist auch ersichtlich, daß verschiedene Brennstoffarten in mechanisch
voneinander getrennter Form gleichfalls kombiniert werden können. Weiter ist es
klar, daß - wenngleich die hauptsächlichen Ausführungsformen im wesentlichen
mit rundem Querschnitt gezeigt wurden - auch andere Querschnitte, z. B. hexagonal-quadratisch
u. dgl., verwendet werden können, ohne das Ziel der Erfindung außer acht zu lassen.
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Um nach der vorliegenden Erfindung die wirksamste Ausführungsform
einer Rakete zu gestalten, ist es selbstverständlich, daß man den Wabenwerkstoff
und die übrigen Blechteile, aus welchen die Sandwicheinheiten gefertigt werden,
und das Füllmaterial aus Stoffen auswählt, welche mit dem Oxydationsmittel verbrennen
und dadurch der Rakete den Impuls geben und das Vorhandsein jeder toten Last im
Treibsatz, d. h. solcher Stoffe, die nicht zum Impuls beitragen, ausschließt.
Im allgemeinen eignen sich Aluminium, Magnesium und andere metallische, leicht brennbare
Werkstoffe oder Legierungen in geringer Dicke für diesen Zweck.
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Schließlich ist in vielen Fällen eine besser geregelte Kontrolle des
Abbrandes erzielbar, wenn man Oxydations- und Brennstoffsubstanzen verwendet, die
entweder eine hohe Viskosität aufweisen oder in festem Zustand vorliegen, wobei
der Inhalt der unter der Wärmeeinwirkung zusammenbrechenden Wabenwerkstoffzellen
nicht sofort herausspritzt und die nächste Zelle unter dem Wärmeeinfluß
zusammen-
brechen läßt. Es kann angenommen werden, daß bei Verwendung von
kömigen Substanzen oder Flüssigkeiten von geringer Viskosität beim Zusammenbruch
der einzelnen Zelle deren Inhalt gelegentlich herausspritzt und die dahinterliegende
Zelle ebenfalls dazu bringt, unter der Wärmeeinwirkung zusammenzubrechen, ehe der
Inhalt der ersten Zelle aufgezehrt ist. Solche Bedingungen können zu übermäßig schneller
und ungeregelter Abbrandgeschwindigkeit führen. Deshalb wird bei Verwendung von
flüssigem oder körnigem Brennstoff oder Oxydationsmittel, bei welcher Gelegenheit
man dem obengenannten Problem begegnen kann, vorgeschlagen, geeignete gelbildende
oder dispergierende Mittel oder Bindemassen zuzugeben, um die Substanz halbfest
oder hochviskos zu machen, wobei der Brennstoff und das Oxydationsmittel am Ort
verbrennen und nicht sofort herausspritzen, wenn die Zelle zusammenbricht. Beispielsweise
kann man einen Brennstoff, wie Polyurethan, als Bindemasse für ein körniges Oxydationsmittet,
wie z. B. Lithiumperchlorat, verwenden, welch letzteres in der genannten Bindemasse
dispergiert und in fester Suspension gehalten wird. Flüssige Treibstoffe, wie Hydrazin,
Äthylendiamin, und/oder eine Treibstoffmischung aus Diäthylentriamin (8011/o) und
Methylamin (20%) können zu Gelatine oder zu halbfestem Zustand durch Zugabe geeigneter
Mengen
eines Karboxylvinylpolymers geliert werden. Flüssige Oxydationsmittel,
wie Brompentafluorid, können durch Zugabe eines Fluorkohlenstoffpolymers geliert
werden, wogegen ein Oxydationsmittel, wie Wasserstoffsuperoxyd, mit einem Karboxylvinylpolymer
geliert werden kann.
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Vorteilhaft wird das Kolbenelement 101 aus einem ganzen Stück
eines Werkstoffes von vergleichsweise niedriger Wärineleitfähigkeit und wärmeabweisenden
Eigenschaften erstellt. Hierbei kann man so vorgehen, daß Kolberieleinent
und Zündrohrwände aus gleichem Material bestehen, vorzugsweise Nitrozellulose. Man
kann somit das Kolbenelement aus relativ flexiblem Material herstellen und die Vorrichtung
zum Zurückziehen dieses kabelartigen Kolbens durch das Zündrohr als Windenmechanismus
gestalten, um welchen sich das kabelartige Kolbenelement wickeln kann.