DE2919966C2 - Holder of a solid propellant - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Treibsatzhalterung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen ArtThe invention relates to a propellant charge holder as specified in the preamble of claim 1 Art

Die einwandfreie Anordnung und Halterung von Treibsätzen in Feststoffraketentriebwerken kann dann Schwierigkeiten bereiten, wenn diese vor Inbetriebnahme, d. h. vor ihrer Zündung höheren in Längsrichtung wirkenden Massenträgheitskräften ausgesetzt sind. Solche Triebwerke finden z. B. Verwendung als Zusatzoder Marschantrieb von Granaten, Geschossen oder Flugkörpern anderer Art. Bevor ein derartiger Antrieb gezündet wird, wird der Flugkörper in der Regel auf eine vorgegebene Geschwindigkeit beschleunigt Die dabei aufgrund der Massenträgheit auf den Treibsatz einwirkenden Kräfte können infolge hoher Beschleunigung und/oder großer Treibsatzmasse sehr groß sein.The proper arrangement and holding of propellants in solid rocket engines can then Cause difficulties if this is done before commissioning, i. H. before their ignition higher in the longitudinal direction acting inertia forces are exposed. Such engines find z. B. Use as an add-on or Marching drive of grenades, projectiles or missiles of other kinds. Before such a drive is ignited, the missile is usually accelerated to a predetermined speed forces acting on the propellant due to the inertia can result from high acceleration and / or a large propellant mass.

Aber auch bei allen anderen Verwendungsmöglichkeiten von Festtreibstoffkörpern wie beispielsweise bei Gasgeneratortreibsätzen oder in Starttriebwerken können vor Inbetriebnahme höhere Längsträgheitskräfte auftreten. Diese können z. B. in Form von Transportbeanspruchungen durch Stoß oder Fall, durch die Verzögerung beim bestimmungsgemäßen Aufprall eines den Treibsatz enthaltenden Gerätes auf den Boden oder auf eine Wasseroberfläche oder durch die Verzögerung beim Abbremsen eines entsprechenden Gerätes mittels eines Fallschirmes oder Bremstriebwerkes entstehen.But also with all other possible uses of solid propellants such as, for example Gas generator propellants or in take-off engines can generate higher longitudinal inertia forces before commissioning appear. These can e.g. B. in the form of transport stresses due to impact or fall, due to the delay during the intended impact of a device containing the propellant on the ground or on a water surface or by the delay in braking a corresponding device by means of of a parachute or brake engine.

In all diesen Fällen müssen die in Richtung der Treibsatzlängsachse wirkenden Trägheitskräfte vom Treibsatz aufgenommen werden, wobei aus Gründen der begrenzten mechanischen Festigkeit üblicher Festtreibstoffe die Anordnung und Halterung so vorgenommen werden sollte, daß nur Druckkräfte auftreten. Dies setzt voraus, daß sich der Treibsatz an dem einen, meist düsenseitigen Boden des Gehäuses oder der Brennkammer des Triebwerks in Längsrichtung abstützen kann. Insbesondere bei Treibsätzen mit stirnseitigem Abrand ist dies nur beschränkt oder gar nicht möglich, da die Stirnseite zumindest zum überwiegenden Teil die Brennfläche bildet. Diese Treibsätze vom Typ mit stirnseitigem Abbrand müssen daher auf derjenigen Seite im Gehäuse, der Brennkammer od. dgl. aufgehängt bzw. gehalten werden, welche von der brennenden Stirnfläche abgewandt ist, was in der Regel zur Folge hat daß die Trägheitskräfte als Zugkräfte auf den Treibsatz einwirken. Die gleiche nachteilige Wirkung, nämlich eine Zug- anstelle einer Druckbeanspruchung des Treibsatzes, kann in gewissen Fällen auch bei Treibsätzen vom Typ mit radialem Abbrand auftreten, wenn diese aufgrund konstruktiver, funktioneller od. dgl. Gegebenheiten keine hinreichende Abstützung in Längsrichtung amIn all these cases, they must be in the direction of the longitudinal axis of the propellant acting inertial forces are absorbed by the propellant, for reasons of limited mechanical strength of conventional solid propellants made the arrangement and mounting so should be that only compressive forces occur. This assumes that the propellant charge is on one side, usually on the nozzle side Can support the bottom of the housing or the combustion chamber of the engine in the longitudinal direction. This is only possible to a limited extent or not at all, especially in the case of propellants with a front edge, since the Front side at least for the most part forms the focal surface. These propellants of the type with end face Burn-off must therefore be hung or suspended on that side in the housing, the combustion chamber or the like. be held, which is facing away from the burning face, which usually has the consequence that the inertial forces act as tensile forces on the propellant. The same adverse effect, namely one Tensile instead of compressive loading of the propellant charge can in certain cases also be used with propellant charges from Type with radial burn-off occur if this is due to constructive, functional or similar circumstances insufficient support in the longitudinal direction on the

ίο meist düsenseitigen Brennkammerboden erlauben.ίο mostly allow the bottom of the combustion chamber on the nozzle side.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halterung für Feststofftreibsätze der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welche die vorstehenden Nachteile vermeidet und insbesondere auch bei Stirnbrennern bis zu deren Inbetriebnahme eine einwandfreie axiale Abstützung in Längsrichtung gewährleistet derart daß zumindest Längskräfte, welche eine vorgegebene Größe überschreiten, wenigstens keine wesentliche Zug-, sondern eine entsprechende Druckbeanspruchung der Treibsätze zur Folge haben.The invention is based on the object of providing a holder for solid propellants in the preamble of To create claim 1 specified type, which avoids the above disadvantages and in particular Even with front burners, perfect axial support in the longitudinal direction until they are put into operation ensures that at least longitudinal forces which exceed a predetermined size, at least do not result in significant tensile stress, but rather a corresponding compressive stress on the propellant charges.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ausbildung entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Damit ist es in vorteilhafter Weise möglich, die axiale Abstützung bei Stirnbrennern über deren stirnseitige Abbrandfläche vorzunehmen, ohne dadurch den Abbrand nachteilig zu beeinflussen. Analog ist bei Radialbresinem eine stirnseitige Abstützung möglich, auch wenn diese Stirnfläche aus konstruktiven, funktioneilen od. dgl. Gründen an sich frei von Abstützeinrichtungen gehalten sein muß. Die axiale Abstützung erfolgt bevorzugt am Boden der Brennkammer, kann aber auch an einer Zwischenwand oder einer anderen als abstützender Anschlag dienenden Einrichtung erfolgen. Diese ein- oder gegebenenfalls auch mehrteilige Anschlageinrichtung ist wegen der angestrebten zumindest überwiegenden Druckbeanspruchung so ausgebildet, daß sich der Treibsatz an ihr mit einer möglichst großen Querschnittsfläche abstützen kann. Die Richtung, in welcher die axiale Abstützung erfolgt, hängt von der Richtung der hauptsächlich aufzunehmenden axialen Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte ab. Im allgemeinen erfolgt die Abstützung gegenüber dem düsenseitigen Ende der Brennkammer, bei einem Flugkörper also insbesondere nach hinten.This object is achieved according to the invention by a design corresponding to the characteristics of the Claim 1. This makes it possible in an advantageous manner, the axial support in front burners on their Carry out front burn surface without adversely affecting the burn. Analog is at Radialbresinem frontal support possible, even if this end face is inherently free of supporting devices for structural, functional or similar reasons must be kept. The axial support is preferably provided on the floor of the combustion chamber, but it can also be carried out on a partition or other device serving as a supporting stop. These one-part or possibly multi-part anchorage device is at least predominant because of the desired Compressive stress designed so that the propellant charge on her with the largest possible Can support cross-sectional area. The direction in which the axial support takes place depends on the Direction of the main axial acceleration and deceleration forces to be absorbed. In general the support takes place opposite the nozzle-side end of the combustion chamber, in the case of a missile so especially to the rear.

Die erfindungsgemäße axial verschiebliche Halterung des Treibsatzes in der Brennkammer ermöglicht es, daß sich der Treibsatz während der Beschieunigungs- bzw. Verzögerungsphase über seine Stirnfläche an dem Anschlag abstützt und vor Inbetriebnahme von diesem Anschlag weg bewegt wird, so daß die Stirnfläche dann frei ist und insbesondere ihre Funktion als Abbrandfläche erfüllen kann. Der Treibsatz kann grundsätzlich bereits in seiner Ausgangsposition an dem wenigsten seinen Anschlag anliegen und erst vor seiner Inbetriebnahme in die dafür erforderliche Funktionsstellung axial verschoben werden. Diese Verschiebung kann z. B. mittels einer motorisch, insbesondere elektromotorisch angetriebenen Spindel, eines durch Druckgas betätigten Kolbens od. dgl. erfolgen. Diese VerschiebeeinrichtungThe axially displaceable mounting of the propellant charge in the combustion chamber according to the invention makes it possible that the propellant charge during the acceleration or deceleration phase on its face on the stop is supported and is moved away from this stop before commissioning, so that the end face is then free and in particular can fulfill its function as a burn-off surface. The propellant can in principle already in its starting position rest against the least of its stop and only before it is put into operation be moved axially into the required functional position. This shift can, for. B. by means of a motor-driven, in particular an electric-motor driven spindle, a piston actuated by compressed gas or the like. This displacement device

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nerseits mit der Brennkammer und andererseits mit dem Treibsatz fest verbunden ist. Sie kann kurz vor der elektrisch bewirkten Anzündung des Treibsatzes gleichfalls elektrisch betätigt werden. Als druckgasbetätigte KoI-ben-Zylinder-Einheit kann z. B. ein Schaltelement der in der DE-OS 23 28 184 beschriebenen Art verwendet werden.on the one hand with the combustion chamber and on the other hand with the propellant is firmly connected. You can be close to the electric caused ignition of the propellant can also be operated electrically. As a compressed gas operated piston cylinder unit can e.g. B. a switching element of the type described in DE-OS 23 28 184 is used will.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung istIn an expedient embodiment of the invention is

statt dessen jedoch nach Anspruch 2 vorgesehen, daß der Treibsatz sich in seiner Ausgangsposition im axialen Abstand von dem wenigstens einen Anschlag befindet und erst bei Auftreten von Längskräfter, welche den vorgegebenen Schwellwert überschreiten, durch die Längskräfte bis zur Anlage am Ansqhlag verschoben wird, so daß die Längskräfte zumindest im wesentlichen nur als Druckkräfte auf den Treibsatz einwirken können. Wenn die Längskräfte nicht mehr einwirken bzw. hinreichend klein geworden sind, bewegt sich der Treibsatz wieder in seiner Ausgangsposition in der Brennkammer zurück, welche gleichzeitig seine Betriebsposition ist Bei erneutem Auftreten entsprechend großer Längskräfte vor Inbetriebnahme wiederholt sich der Verschiebe- und Abstützvorgang.instead, however, it is provided according to claim 2 that the propellant charge is in its starting position in the axial direction Distance from the at least one stop is located and only when longitudinal forces occur, which the exceed the specified threshold value, shifted by the longitudinal forces up to the plant on the Ansqhlag is, so that the longitudinal forces can act at least essentially only as compressive forces on the propellant. When the longitudinal forces no longer act or have become sufficiently small, the propellant moves back to its starting position in the combustion chamber, which is also its operating position is If correspondingly large longitudinal forces occur again before commissioning, the is repeated Moving and supporting process.

Die für diese Halterung vorgesehene Halte- und Verschiebeeinrichtung bedarf keiner besonderen Betätigungskomponente, sondern wird durch die Längskräfte selbst betätigt Sie kann beispielsweise au allseits geschlossener Faltenbalg aus Metall, Kunststoff od. dgl. ausgebildet sein, dessen vom Treibsatz abgewandter Boden über äußere klammerartige Zugelemente mit dem Treibsatz bzw. dessen abbrandhemmender Isolierung verbunden ist, während sein anderer Boden über korrespondierende Zugelemente mit der Brennkammer verbunden ist. Bei einer Axialverschiebung des Treibsatzes wird dann der Faltenbalg zusammengedrückt, der Druck des fest in ihm eingeschlossenen Gases erhöht und dadurch der Treibsatz wieder in seine Ausgangsposition zurückgezogen, wenn die Längskräfte nicht mehr einwirken. Vorzugsweise ist die Halterung jedoch nach Anspruch 3 ausgebildet. Das Federelement ist bevorzugt als Druckfeder, insbesondere als Schraubenfeder ausgeführt, könnte aber z. B. auch eine Zugfeder sein. Die Federkraft des in der Ausgangsposition des Treibsatzes unter Vorspannung stehenden Federelementes ist unter Berücksichtigung des Verschiebeweges so festgelegt, daß der Treibsatz bei Längskräften, weiche gleich oder größer als der im Einzelfall vorgegebene Schwellwert sind, am Anschlag anliegt Diese Halterung ist im Hinblick auf Einfachheit und Zuverlässigkeit besonders vorteilhaft.The holding and displacement device provided for this holder does not require any special actuation component, but is due to the longitudinal forces self-operated You can, for example, be closed on all sides Bellows made of metal, plastic or the like. Be formed, the one facing away from the propellant Floor via external clamp-like tension elements with the propellant or its burn-resistant insulation is connected, while its other bottom via corresponding tension elements with the combustion chamber connected is. When the propellant is axially displaced, the bellows is then compressed, the pressure of the gas firmly enclosed in it increases and the propellant thereby returns to its starting position withdrawn when the longitudinal forces no longer act. Preferably the bracket however designed according to claim 3. The spring element is preferably a compression spring, in particular a helical spring executed, but could e.g. B. also be a tension spring. The spring force of the in the starting position of the The spring element under preload is taking into account the displacement path determined so that the propellant charge in the case of longitudinal forces, soft equal to or greater than that specified in the individual case Threshold, abuts the stop This bracket is special in terms of simplicity and reliability advantageous.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel gezeigt und wird anhand dieses nachstehend noch näher erläutert.The invention is shown in the drawing using an exemplary embodiment and will be described below on the basis of this explained in more detail.

Die Figur zeigt im Längsschnitt ein in bekannter Weise ausgebildetes Raketentriebwerk mit einer Brennkammer 1 und einem darin eingeschraubten Boden 2, dessen Ausströmöffnung 3 als Düse ausgebildet ist. Im Bereich des engsten Querschnittes 4 ist als Wärmeschutz ein Graphitkörper 5 vorgesehen. Die Düse ist durch eine Berstmembran 6 verschlossen, die durch einen Gewindering 7 gehalten wird. Im engsten Querschnitt 4 ist ein Kunststoffgehäuse 8 eingesetzt, das eine in der Ansicht gezeigte Anzündladung 9 enthält, deren elektrische Zündleitungen 10 durch die Berstmembran 6 nach außen geführt werden.The figure shows in longitudinal section a rocket engine designed in a known manner with a combustion chamber 1 and a base 2 screwed into it, the outflow opening 3 of which is designed as a nozzle. in the In the area of the narrowest cross section 4, a graphite body 5 is provided as thermal protection. The nozzle is closed by a bursting membrane 6 which is held by a threaded ring 7. In the narrowest cross-section 4, a plastic housing 8 is inserted, which contains an ignition charge 9 shown in the view, whose electrical ignition cables 10 are passed through the bursting membrane 6 to the outside.

Der Treibsatz 11 ist bis auf seine — in Flugrichtung betrachtet — hintere Stirnfläche 12, welche die Abbrandfläche darstellt, allseitig mit einer abbrandhemmenden Isolierung 13 auf z. B. Polyurethanbasis versehen. An seinem anderen vorderen Ende 14 besitzt der Treibsatz 11 eine Ausnehmung 15, in welche eine Gewindebuchse oder ein anderes Befestigungselement 16 für die Halte- und Verschiebeeinrichtung 17 mittels der Isolierung 13 eingegossen ist. Die Halte- und Verschiebeeinrichtung 17 weist in ihrem Gehäuse 18 einen Tellerbolzen 19 und ein auf diesen aufgeschobenes und sich an dessen flanschartigem Teller 19' nach vorn abstützendes als zylindrische Druckfeder ausgebildetes Federelement 20 auf. In der gezeigten Ausgangsposition des Treibsatzes 11, in welcher dieser mit seinem vorderen Ende 14 am vorderen Boden der Brennkammer 1 anliegt, ist die Schraubenfeder 20 im Gehäuse 18 unter Vorspannung mittels des in dieses eingesetzten Sprengringes 21 gehalten, an welchem sich die Druckfeder nach hinten abstützt Die Halte- und Verschiebeeinrichtung 17 ist einerseits mittels des Endes 19" des Tellerbolzens 19 mit der Gewindebuchse 16 und andererseits mittels des Gewindebolzens 22 mit Mutter 23 mit der Brennkammer 1 fest verbunden.The propellant charge 11 is up to its - in the direction of flight considered - rear face 12, which is the burn surface represents, on all sides with a burn-resistant insulation 13 on z. B. provided polyurethane base. At its other front end 14, the propellant charge 11 has a recess 15 into which a threaded bushing or another fastening element 16 for the holding and displacement device 17 by means of Insulation 13 is cast. The holding and displacement device 17 has a plate pin in its housing 18 19 and one pushed onto this and supported on its flange-like plate 19 'towards the front designed as a cylindrical compression spring spring element 20. In the shown starting position of the Propellant charge 11, in which this rests with its front end 14 on the front bottom of the combustion chamber 1, the coil spring 20 in the housing 18 is pretensioned by means of the snap ring inserted into it 21 held, on which the compression spring is supported to the rear The holding and displacement device 17 is on the one hand by means of the end 19 ″ of the plate bolt 19 with the threaded bushing 16 and on the other hand firmly connected to the combustion chamber 1 by means of the threaded bolt 22 with nut 23.

Bei Einwirken einer nach hinten gerichteten Axialbeschleunigung hinreichender Größe verschiebt sich der Treibsatz 11 infolge der Massenträgheit in Richtung auf den Boden 2 zu und kommt schließlich an dessen als Anschlag 2' wirkender Stirnfläche zur Anlage, wobei die axiale Verschiebebewegung des Treibsatzes 11 mittels des Dämpfungsringes 24 aus elastischem Material abgebremst wird. Während dieser Längsverschiebung wird die Druckfeder 20 durch den Tellerbolzen 19, der sich mit dem Treibsatz 11 bewegt, zusammengedrückt Bei Abklingen der Längsträgheitskräfte drückt das Federelement 20 den Treibsatz 11 in die gezeigte Ausgangsposition zurück und hält ihn dort während seiner Betriebsdauer, d. h. während seines Abbrandes. Als Schutz vor unzulässig hoher Erwärmung der Brennkammer 1 in dieser Zeit ist eine Auskleidung 25 auf z. B. Phenolharz-Asbest-Basis vorgesehen.When a rearward axial acceleration of sufficient magnitude acts, the shifts Propellant charge 11 due to the inertia in the direction of the bottom 2 and finally comes to its as Stop 2 'acting end face to the plant, the axial displacement movement of the propellant charge 11 by means of of the damping ring 24 made of elastic material is braked. During this longitudinal shift the compression spring 20 by the plate pin 19, which moves with the propellant 11, compressed in When the longitudinal inertia forces subside, the spring element 20 pushes the propellant charge 11 into the starting position shown back and holds it there during its operating life, d. H. during its burnout. For protection before inadmissibly high heating of the combustion chamber 1 during this time, a lining 25 on z. B. Phenolic resin-asbestos-based intended.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Halterung eines Feststofftreibsatzes, insbesondere vom Typ mit stirnseitigem Abbrand, in einer Brennkammer, der vor Inbetriebnahme höheren in Längsrichtung wirkenden Kräften ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz (11) in der Brennkammer (1) in Längsrichtung verschiebbar gehalten ist, sich gegenüber Längskräften an wenigstens einem Anschlag (2') abstützend auf Druck beanspruchbar und vor Inbetriebnahme von diesem Anschlag (2') weg verschiebbar ist1. Holder of a solid propellant, in particular of the front burn-off type, in a combustion chamber, the higher in Is exposed to forces acting in the longitudinal direction, characterized in that the propellant charge (11) is held in the combustion chamber (1) so as to be displaceable in the longitudinal direction, against longitudinal forces at least one stop (2 ') can be subjected to pressure in a supporting manner and before being put into operation is displaceable away from this stop (2 ') 2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Auftreten von Längskräften ein Verschieben des Treibsatzes (11) in Kraftrichtung bis gegen den Anschlag (2') ermöglicht und ihn nach Abklingen der Längskräfte wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt2. Holder according to claim 1, characterized in that that when longitudinal forces occur, they move the propellant charge (11) in the direction of force until it hits the stop (2 ') and returns it to its starting position after the longitudinal forces have subsided moved back 3. Halterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß sie ein die Längsverschiebung ermöglichendes Federelement (20) aufweist3. Holder according to claim 2, characterized in that it enables a longitudinal displacement Has spring element (20)