DE2214802A1

DE2214802A1 - Feststoffraketenmotor

Info

Publication number: DE2214802A1
Application number: DE2214802A
Authority: DE
Inventors: Walter Helmut Diesinger
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1972-03-25
Filing date: 1972-03-25
Publication date: 1973-09-27
Also published as: BE797219A; FR2177880A1; FR2177880B1; US3888079A; GB1428412A; GB1428411A; IT979959B

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

■6-TOtM-HKPEWHAt KSCgM-MHASSB-O-

5 Köln 51, Oberländer Ufer . 9o 2214802

Köln, den 15. März 1972 Eg/pz/25o

Dynamit Nobel AG, 521 Troisdorf , Postfach I2o9

Feststoffraketenmotor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Feststoffraketenmotor mit zwei oder mehreren koaxial angeordneten, auf eine gemeinsame Düse arbeitenden und mit je einer im vorgegebenen Zeitabstand auslösbaren Zündeinrichtung ausgestatteten und gegen unbeabsichtigten Abbrand gegeneinander abgesicherten Brennkammern mit Ladungen gleicher oder verschiedener Leistung.

Ein Feststoffraketenmotor vom Innenbrennertyp der genannten Art ist aus der US-PS 2 956 4ol bekannt, wobei die Brennkammern durch Ringe voneinander getrennt sind. Ein solcher Raketenmotor mit Start- und Marschtriebwerk weist u.a. den Vorteil auf, daß die Reichweite erhöht und die Streuung durch Steigerung der mittleren Fluggeschwindigkeit verringert wird. Außerdem besteht auch die Möglichkeit der Reichweitenverminderung, indem beispielsweise nur der düsennächste Treibsatz angezündet wird. Wesentlicher Nachteil ist dabei jedoch der durch die Ringe ermöglichte Druck- und Temperaturaufbau in allen Brennkammern. Bei den heute verwendeten Brennstoffen ist es daher praktisch unvermeidbar, daß die Brennkammern gleichzeitig gezündet werden, da die Isolierungen den hohen

309839/0319

Temperaturen und Drücken nicht standhalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Feststoffraketenmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist und sich insbesondere zur Steigerung der Reichweite einer Rakete unter Beibehaltung der äußeren Abmessungen und ohne wesentliche Änderung der Abschussbedingungen eignet, wobei auch deren Minimalreichweite zugleich verringert werden kann.

Dies wird durch einen Feststoffraketenmotor gelöst, bei dem die Ladungen durch wenigstens teilweise durch von der nachfolgenden Ladung hervorgerufenen Überdruck einen Durchströmungsquerschnitt freigebende Zwischenböden voneinander getrennt sind.

Ein solcher Zwischenboden kann als Lochplatte ausgebildet sein, deren Löcher mit Stopfen verschlossen werden. Da jedoch auch kleinere Stopfen, die beispielsweise aus Stahl bestehen, an der Düsenwandung Beschädigungen hervorrufen können, ist es zweckmäßig, diese Stopfen aus weichem Material herzustellen. Hierzu kommt beispielsweise Gummi in Frage. Je nach der Art des weichen Materials, beispielsweise bei Gummi, ist es jedoch unter Umständen notwendig, daß die Stopfen durch eine strahlungsreflektierende und/oder wärmeabsorbierende Schicht von der Düsenseite her thermisch geschützt sind. Gummistopfen können beispielsweise auf der Düsenseite mit einer Aluminiumfolie belegt sein, es ist aber auch möglich,eine solche Folie zwischen Zwischenboden und düsenseitiger Treibladung über die gesamte Fläche des Zwischenbodens anzubringen. Wenn eine derartige Folie im Abstand vom Zwischenboden angeordnet wird, ist es im Hinblick auf die

3Ü9839/0319

beim Abbrand des düsenseitigen Treibsatzes erfolgende Druckbelastung zweckmäßig, die Folie mit mehreren Druckausgleichsöffnungen zu versehen, um die auf die Folie einwirkende Druckdifferenz möglichst klein zu halten. Die Folie läßt sich aber auch unmittelbar am Zwischenboden anordnen, so daß sie sich an diesem abstützen kann. Auch können die Stopfen zur Düsenseite hin mit Kühlsalzen beschichtet sein, die sie davor schützen, durch die hohe Temperatur, die sich durch den Abbrand der düsenseitigen Treibladung ergibt, zu schmelzen, so daß ein Übergriff des Abbrands auf die nächste Treibladung vermieden wird.

Die Stopfen können zwar in die Löcher eingeklebt werden, jedoch erhält man damit schlecht reproduzierbare Ergebnisse, weil sich die Stopfen zu früh oder überhaupt.nicht lösen. Dies wirkt sich aber nachteilig auf den Abbrand der nächsten Treibladung aus. Deshalb ist es zweckmäßig, die Stopfen mittels Biegefedern an ihrem kopfseitigem Ende zu befestigen. Die Biegefeder verhindert, daß der Stopfen z.B. während des Transports aus seinem Loch fällt, während sie nach dem Anzünden des kopfseitigen Treibsatzes den Stopfen aufgrund des Überdrucks in Richtung Düsenseite nicht mehr halten kann, wodurch das Loch freigegeben wird.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, an der kopfseitigen Seite der Lochplatte eine Folie z.B. durch Kleben anzubringen, an der die Stopfen beispielsweise durch Verschrauben, d.h. durch Verspannen der elastischen Folie gegen die Stopfen mit Hilfe von Befestigungsschrauben, befestigt werden. Die Folie darf mit oder nach dem

309839/0319

22H802

Lösen der Stopfen verbrennen. Sie muß eine solche mechanische Festigkeit aufweisen, daß sie die an ihr angeschraubten Stopfen bei den üblichen mechanischen Beanspruchungen z.B. beim Rütteltest oder beim Transport der Raketen sicher in der Lochplatte hält.

Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen den Brennkammern kann weiterhin vorgesehen werden ,die Stopfen konisch auszubilden und/oder mit einem Dichtungsring zu versehen.

Die Lochplatte wird zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß die Summe der Querschnittsfläche aller Löcher größer ist als die engste Querschnittsfläche der Düse.

Trotzdem kann beim Abbrand der zweiten oder weiteren Treibladung die Lochplatte, durch welche die erzeugten Gase ausgestossen werden, selbst wenigstens teilweise zerstört werden, so daß es vorteilhaft ist, wenn die Löcher in der Lochplatte sternförmig so angeordnet werden, daß der Abstand der äußeren Löcher zum mittleren Loch kleiner ist als der Abstand zwischen den äußeren Löchern. Dadurch wird erreicht, daß keine größeren Stücke aus der Lochplatte herausgerissen und gegen die Düsenwandung geschleudert werden. Dies kann zusätzlich dadurch unterstützt werden, daß man die Lochplatte in der Mitte dünner als am Rand macht, indem man ihr beispielsweise die Form einer Zerstreuungslinse gibt.

Anstatt durch Stopfen kann man aber auch die Lochplatte durch eine dünne Platte oder Membran abdichten, die auf der Düsenseite der Lochplatte angebracht wird. Gegenüber dem Druck in der düsenseitigen Brennkammer wird diese

309839/0319

Platte oder Membran dann durch die Lochplatte abgestützt, wohingegen sie nach Anzünden des Treibsatzes der zweiten oder weiteren Brennkammer durch den in dieser Kammer aufgebauten Druck zerstört wird und damit den Weg für die in dieser Kammer erzeugten Gase freigibt.

Ferner ist es möglich, den Zwischenboden in Form einer Schale auszubilden, die gegen die Düsenseite gewölbt ist, so daß sie dem Druck in der düsenseitigen Brennkammer standhalten kann. Sie kann ebenfalls durch eine strahlungsreflektierende und/oder wärmeabsorbierende Schicht auf der Düsenseite geschützt sein und ferner Sollbruchstellen aufweisen, die ihre Zerstörung beim Anzünden in der nachfolgenden Kammer erleichtert. Eine derartige als Zwischenboden dienende Schale kann durch nicht mit ihr verbundene Auflager abgestützt werden.

Ferner ist es möglich, einen oder mehrere der kopfseitigen Treibsätze so auszurüsten, daß sie ausstoßbare, praktisch nicht denrAntrieb dienende Substan-zen enthalten. Hierzu kommen beispielsweise Materialien zur Radartäuschung und zur Nebelerzeugung in Frage. Eine solche Rakete kann auch als Leucht- oder Markierungsrakete benutzt werden.

Zudem besteht die Möglichkeit, daß durch einen oder mehrere kopfseitige Treibsätze eine Bremsvorrichtung betätigt wird, die beispielsweise dazu dient, daß ein Ziel unter einem großen Einfallswinkel oder ein Ziel erreicht wird, das hinter einem Hindernis liegt. Eine derartige Bremsvorrichtung ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung P 21 22 796.3 beschrieben.

309839/0319

22H802

Der erfindungsgemäße Raketenmotor ist nicht auf einen Brennertyp des Treibsatzes beschränkt und eignet sich z.B. für Stirn- als auch für Innenbrennertypen des Treibsatzes für kleinere in größerer Stückzahl zu fertigende Raketen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Doppelimpulsraketenmotor vom Innenbrennertyp im Schnitt.

Fig. 2 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen für den Zwischenboden.

Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung einer den Zwischenboden thermisch schützenden Folie.

Fig. 6 zeigt die Halterung eines Stopfens mittels Biegefeder im als Lochplatte ausgebildeten Zwischenboden.

Fig. 7 zeigt die Halterung eines Stopfens mittels einer Folie im als Lochplatte ausgebildeten Zwischenboden.

Der in Fig. 1 dargestellte Raketenmotor besitzt zwei Brennkammern 1, 2, in denen mehr oder weniger identische Treibladungen 6, 7 untergebracht sind, die durch einen Zwischenboden 5 voneinander getrennt sind. In der Düse 3 befindet sich eine Verdammung mit Anzünder 4, durch die beim Start des Flugkörpers der düsenseitige Treibsatz 6 angezündet wird. Der Zwischenboden 5 ist in

309839/0319

7214802

Form einer Lochplatte ausgebildet, die durch Stopfen 35 verschlossen ist. Die Stopfen 15 dichten beide Brennkammern gegeneinander ab, so daß beim Abbrennen des düsenseitigen Treibsatzes 6 der Treibsatz 7 nicht angezündet wird.

Zu einem beliebigen Zeitpunkt nach Brennschluss der düsenseitigen Treibladung 6 kann die kopfseitige Treibladung 7 über den zweiten Anzünder 9 angezündet werden. Die Stopfen 15 im Zwischenboden 5 dienen dabei als Verdammungen. Die Gase der zweiten Treibladung strömen durch die leere Brennkammer 2 und die Düse 3 nach außen und erzeugen damit einen zweiten Schubimpuls.

Der Füllungsgrad, der vom Verhältnis der Abbrandflache zur Fläche des engsten Düsenquerschnitts abhängt, kann vergrößert werden, da die Treibladungen nicht gleichzeitig abbrennen können und keine Gefahr besteht, daß die nachfolgende Treibladung durch eine bereits abbrennende Treibladung gezündet wird. Dadurch erreicht man auch insofern eine größere Maximalreichweite der Rakete, das mehr Treibstoff mitgeführt werden kann.

Da es außerdem möglich ist, nur den düsenseitigen Treibsatz abzubrennen, der kleiner ist, als wenn nur ein einziger durchgehender Treibsatz benutzt wird, wird auch die Minimalreichweite der Rakete verkleinert.

Art und Größe der beiden Treibsätze muß nicht gleich sein, sie müssen nur die Verwendung der gleichen Düse erlauben. Dieser Raketenmotor zeichnet sich durch geringe Entwicklungs- und Fertigungskosten aus, da mehr oder weniger gleiche Treibsätze verwendet werden, wodurch zudem eine hohe Zuverlässigkeit erreicht wird. Auch ist die tliermi-

309839/0319

7214802

sehe Belastung des Raketenmotors gering, da zwei oder mehr vergleichsweise kurze Schubphasen auftreten.

Infolge der Erhöhung der mittleren Fluggeschwindigkeit wird außerdem die Streuung verringert.

Dadurch, daß bei vorgegebener Brennkammerlänge der Treibsatzfüllungsgrad erhöht werden kann, weil die Treibsatzlänge nur etwa die Hälfte einer herkömmlichen Ladung beträgt , erhält man auch dann einen Vorteil, wenn die zeitliche Trennung der beiden Schubphasen nicht erwünscht ist und die Anzündung der zweiten Ladung unmittelbar nach Brennschluss der ersten erfolgt. In diesem Fall erreicht man eine effektive Verdoppelung der Brehnzeit gegenüber einer herkömmlichen Ladung.

Ferner ist durch die effektive Verdoppelung der Gesamtbrennzeit bei gleichem Gesamtimpuls eine kleine Düse (Widerstandsverminderung) bzw. ein hohes Expansionsverhältnis (Steigerung des spezifischen Impulses) möglich.

In Fig. 2 ist eine Lochplatte 2o dargestellt, deren Löcher 21 durch eine dünne Platte oder Membran 22 abgedichtet werden. Fig. 3 zeigt einen Zwischenboden in Form einer Schale 31, die Sollbruchstellen 32 aufweist und mittels Abstützungen 33 abgestützt ist. Diese Abstützungen 33 sind, um die bestimmungsgemäße Zerlegung der Schale 31 nicht nachteilig zu beeinflussen, nur mit ihrem einen Ende, hier 34, mit der Schale 31 verbunden, während ihr anderes Ende, hier 35, die Schale 31 lose berührt.

309839/0319

ORIGINAL iNSTECTBD

Fig. 4 zeigt einen Zwischenboden in Form exnerLochplatte 2o, bei der die Löcher 21 sternförmig so angeordnet sind, daß der Abstand 41 zwischen dem mittleren Loch und den darum angeordneten Löchern kleiner ist als der Abstand 42 zwischen den um das mittlere Loch herum angeordneten Löchern.

Fig. 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus Fig. 1, wobei zwischen der düsenseitigen Treibladung 6 in der Brennkammer 2 und der als Lochplatte ausgebildeten, mit Stopfen 15 verschlossenen Zwischenwand 2o eine die Zwischenwand 2o abschirmende Folie 4o angeordnet ist. Wie bereits ausgeführt, ist es zweckmäßig, die-Folie 4o mit (licht gezeigten) Öffnungen zum Druckausgleich zu versehen.

Gemäß Fig. 6 können die Stopfen 15 in der Lochplatte 5 mittels Biegefedern 41 gehalten werden, wobei die Biegefedern 41 mit Schrauben 42 an den Stopfen 15 befestigt werden. Diese Biegefedern sollen üblichen mechanischen Beanspruchungen, dagegen nicht dem durch Anzünden der kopfseitigen Treibladung in Düsenrichtung erzeugten überdruck standhalten. Durch diesen Oberdruck lösen sich Stopfen 15, Feder 41 und Schraube 42 von der Lochplatte 2o.

Gemäß Fig. 7 werden die Stopfen 15 mittels einer Folie 43, die auf der Kopfseite der Lochplatte 2o aufgeklebt ist, gehalten, in dem Folie 43 und Stopfen 15 mittels Befestigungsschrauben 44 gegeneinander verspannt sind.

Da der Zwischenboden nach dem Anzünden des düsenseitigen Treibsatzes dem Brennkammerdruck widerstehen muß, wird er

309839/0319

22U802

- Io -

zweckmäßigerweise aus dem gleichen Material wie die Brennkammern oder die Düse gefertigt. Mögliche Materialien sind Stahl, Aluminium, GfK oder andere Verbundwerkstoffe.

309839/0319

Claims

Patentanspruch e

( 1.)Feststoffraketenmotor, vorzugsweise vom Innenbrenner- ^-^ typ, mit zwei oder mehreren koaxial angeordneten, auf eine gemeinsame Düse arbeitenden und mit je einer im vorgegebenen Zeitabstand auslösbaren Zündeinrichtung ausgestatteten und gegen unbeabsichtigten Abbrand gegeneinander abgesicherten Brennkammern mit Ladungen gleicher oder verschiedener Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungen (6, 7) durch wenigstens teilweise durch von der nachfolgenden Ladung hervorgerufenen überdruck einen Durchströmungsquerschnitt freigebenden Zwischenboden (5) voneinander getrennt sind.

2. Feststoffraketenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenboden (5) als Lochplatte (2o) ausgebildet ist, deren Löcher (21) mit Stopfen (15) verschlossen sind.

3. Feststoffraketenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnittsfläche aller Löcher (21) in der Lochplatte (2o) größer ist als die engste Querschnittsfläche der Düse (3).

4. Feststoffraketenmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (15) aus weichem Material bestehen.

309839/0319

5. Feststoffraketenmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (15) und/oder die gesamte Zwischenwand durch eine Strahlungsreflektierende und/oder wärmeabsorbierende Schicht auf der Düsenseite geschützt sind.

6. Feststoffraketenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (15) mittels Biegefedern (41) befestigt sind.

7. Feststoffraketenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (15) an einer an der kopfseitigen Seite der Lochplatte (2o) befindlichen Folie (43) befestigt sind.

8. Feststoffraketenmotor nach ein-em der Ansprüche 2 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (15) konisch ausgebildet sind.

9. Feststoffraketenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (21) in der Lochplatte (2o) sternförmig so angeordnet skid, daß der Abstand (41) zum mittleren Loch kleiner ist als der Abstand (42) zu den anderen benachbarten Löchern.

Io.Feststoffraketenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte in der Mitte dünner ist als am Rand.

309839/0319

11. Feststoffraketenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenboden (5) aus einer Lochplatte (2o) besteht, die düsenseitig mit einer dünnen Platte oder Membran (22) abgedichtet ist.

12. Feststoffraketenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenboden (5) in Form einer Schale (31) ausgebildet ist.

13. Feststoffraketenmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (31) Sollbruchstellen (32) aufweist.

14. Feststoffraketenmotor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (31) an einem Ende nicht mit ihr verbundene Abstützungen (33) besitzt.

15. Feststoffraketenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere kopfseitige Treibsätze ausstoßbare, praktisch nicht dem Antrieb dienende Substanzen enthalten.

16. Feststoffraketenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen oder mehrere kopfseitige Treibsätze eine Bremsvorrichtung betätigbar ist.

309839/0319

Leerseite