Aufgabe
der Erfindung ist die Verminderung der Masse und der Herstellungskosten
von Staustrahltriebwerken sowie die Vereinfachung ihrer Struktur,
insbesondere durch Vermeidung zahlreicher mechanischer Verbindungen,
unter gleichzeitiger Bewahrung einer hohen Steifigkeit.
Die
gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, dem
sich weitere Ansprüche
2 bis 11 anschließen.
Auf
diese Weise wird eine besonders einfache, kostengünstige und
steife Struktur des Staustrahltriebwerks erzielt.
Das
rohrförmige
Element wird vorzugsweise aus einem Verbundmaterial hergestellt,
das aus hochfesten Fasern wie Glas- oder Kohlenstoffasern, eingehüllt in polymerisierbares
synthetisches Harz, z.B. Epoxy-, Phenol-, PSP- oder Polyimid-Harz, besteht. Zur
Verwirklichung eines solchen rohrförmigen Elementes finden Techniken
Anwendung, die aus der Kondensatorherstellung wohlbekannt sind,
indem hochfeste Fasern, die mit aushärtbarem Harz imprägniert sind,
auf einem Kern aufgewickelt werden.
Durch
Anwendung einer solchen Wickeltechnik auf die Herstellung eines
Staustrahltriebwerks werden nicht nur die Vorzüge der Faserverbundstoffe genutzt,
was ihre bemerkenswerten mechanischen Eigenschaften bei günstigerem
spezifischen Gewicht als für
Metalle anbetrifft, sondern es lassen sich auch die durch das erfindungsgemäße Konzept
geschaffenen Möglichkeiten
entfalten, die zu einer vereinfachten Struktur des Staustrahltriebwerks
führen,
zu weniger Gewicht und zu geringeren Kosten. Wie weiter unten ersichtlich
wird, ermöglicht
es beispielsweise die Technik des Aufwickelns von Fasermaterial,
eine große
Anzahl von Elementen zu integrieren, beispielsweise Austrittsrohr,
Wärmeschutz,
zwischengelagerte Trennwand, in einem einzigen Arbeitsgang, so daß die Herstellung
des Staustrahltriebwerks vereinfacht wird. Überdies ermöglicht die Verwirklichung des
Staustrahltriebwerks aus einem Verbundmaterial die leichte Anwendung
von pyrotechnischen Schneidoperationen, um Öffnungen anzubringen, durch
welche hindurch die Luftkanäle
in die Verbrennungskammer eintreten, wie in der französischen
Patentanmeldung 88 07844 vom 13. Juni 1988 beschrieben. Das dort
beschriebene Verfahren ermöglicht
es, wenn das Staustrahltriebwerk in bekannter Weise einen verbrauchbaren
Beschleunigungssatz aufweist, der in der Verbrennungskammer angeordnet
ist und die Aufgabe hat, den Flugkörper anfangs auf Geschwindigkeit
zu bringen, die Öffnungen
erst bei Inbetriebnahme des Flug-Schuberzeugers am Ende der Verbrennung
des Beschleunigungssatzes anzubringen. Es entfallen so Probleme hinsichtlich
der Strukturschwächung,
die mit dem Vorhandensein von Öffnungen
einhergehen und durch den hohen Verbrennungsdruck des Beschleunigungssatzes
noch verstärkt
werden.
Das
rohrförmige
Element ist natürlich
in solcher Weise berechnet, daß es
den Betriebsbeanspruchungen des Staustrahltriebwerks standhält, insbesondere
den Verbrennungsdrücken
des Staustrahltriebwerks und gegebenenfalls des verbrauchbaren Beschleunigungssatzes
sowie den Strukturbeanspruchungen (Festigkeit, Steifigkeit), die
bei einem Flugkörper
auftreten. Überdies
ist – wie
bei herkömmlichen
metallischen Staustrahltriebwerken – ein Wärmeschutzüberzug auf den Innenwandungen
des rohrförmigen
Elementes vorgesehen, da wenigstens ein Raum desselben der Verbrennungskammer
entspricht.
Durch
die Erfindung können
die verschiedenen Elemente wie die zwischengelagerte Querwand, der
Wärmeschutz,
das Aus trittsrohr, gegebenenfalls der verbrauchbare Beschleunigungssatz
und der Flug-Schubantrieb, fest mit dem rohrförmigen Element auf mehrfache
Weise verbunden werden:
- a) sie können durch
Klebung, mechanische Befestigung oder Anformen im Inneren des rohrförmigen Elementes
angesetzt werden;
- b) sie können
auf dem Wickelkern für
das rohrförmige
Element aufgesetzt und so mit diesem während der Herstellung durch
Aufwickeln von Fasermaterial integriert werden;
- c) sie können
in situ gleichzeitig wie das rohrförmige Element hergestellt werden,
so daß eine
monolithische Einheit entsteht (wenn die Werkstoffe, aus denen die
verschiedenen Elemente gebildet werden, Verbundstoffe mit einander ähnlichen
Eigenschaften sind).
- d) Die genannten Elemente können
in zwei Untereinheiten gruppiert werden, um zu bilden:
– eine Untereinheit "Verbrennungskammer", die aus der zwischengelagerten
Querwand, dem Wärmeschutz
und dem Austrittsrohr des Staustrahltriebwerks besteht;
– andererseits
eine Untereinheit "Flug-Schuberzeuger", die aus den Elementen
gebildet ist, welche dem gewählten
Typ eines Staustrahltriebwerks entsprechen.
Diese
Untereinheiten werden dann im Inneren des rohrförmigen Elementes eingebaut
und befestigt, welches den mechanischen Halt der Gesamtheit gewährleistet.
Dieses letztere Herstellungsverfahren ist insofern besonders empfehlenswert,
als der Flug-Schuberzeuger in eine Unterstruktur integriert werden
kann, die durch Wickeln von Fasern hergestellt wird.
Die
Besonderheit der Konzeption der Untereinheit "Flug-Schuberzeuger", die darin besteht, daß eine "Rapazität" gewickelt wird,
die dann in das rohrförmige
Element eingeschoben und darin befestigt wird, eröffnet die
Möglichkeit,
ein und dieselbe Hauptstruktur für
mehrere Arten von verschiedenen Staustrahltriebwerken zu verwenden,
nämlich:
- – ein
einfaches Staustrahltriebwerk, bei welchem die Untereinheit einen
Semi-Propergol-Flugblock enthält,
der so in dem rohrförmigen
Element geformt und eingeklebt werden kann;
- – ein
Staustrahltriebwerk mit sogenanntem getrennten Gasgenerator, bei
welchem die Untereinheit außer
einem freien Semi-Propergol-Block ein Zündsystem und Schall-Injektoren
enthält;
- – ein
Staustrahltriebwerk für
flüssigen
Brennstoff, bei welchem die Untereinheit einen Treibstoffbehälter, ein
Fördersystem
und ein Einspritzsystem enthält.
Unter
den Besonderheiten der Erfindung, die weiter unten im einzelnen
erläutert
werden, sind hervorzuheben:
- – die zwischengelagerte
Querwand kann direkt fest mit dem starren rohrförmigen Element verbunden werden;
- – umgekehrt
kann die zwischengelagerte Querwand fest mit dem starren rohrförmigen Element über eine
der zwei Einheiten verbunden werden, die durch den Flug-Schuberzeuger
und durch die Verbrennungskammer gebildet sind;
- – von
den zwei Einheiten, die durch den Flug-Schuberzeuger und die Verbrennungskammer
gebildet sind, kann wenigstens eine im Inneren des rohrförmigen Elementes
ausgebildet werden;
- – als
Variante kann wenigstens eine der Einheiten in Form eines Moduls
ausgebildet werden, der in dem rohrförmigen Element in Stellung
gebracht und befestigt wird;
- – gemäß einer
weiteren Variante wird das rohrförmige
Element um wenigstens eine der Einheiten herum gebildet, die aus
dem Flug-Schuberzeuger und der Verbrennungskammer bestehen;
- – das
rohrförmige
Element kann Einsätze
zur Befestigung der Luftkanäle
enthalten;
- – die
Einsätze,
die zur Befestigung der Enden der Luftkanäle an dem rohrförmigen Element
in der Nähe
der Verbrennungskammer bestimmt sind, können fest mit der zwischengelagerten
Querwand verbunden werden;
- – die
Verbrennungskammer kann einen verbrauchbaren Beschleunigungssatz
enthalten;
- – die
Einsätze
zur Befestigung der Enden der Luftkanäle an dem rohrförmigen Element
in der Nähe der
Verbrennungskammer können
ausgestaltet werden, um als Gegenschneide beim Vorgang des Ausschneidens
der Öffnungen
zum Einleiten von Luft in den Wandungen des rohrförmigen Elementes
zu dienen.
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsformen
und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung
zeigen:
1 einen
Teil-Längsschnitt
eines Flugkörpers,
der mit einem erfindungsgemäßen Staustrahltriebwerk
ausgestattet ist;
2 einen
vergrößerten Längsschnitt
des in 1 gezeigten Staustrahltriebwerks;
3 einen
Teilschnitt eines Beispiels für
die Anordnung eines Luftkanals in der Nähe des rohrförmigen Elementes;
4 einen
Schnitt entlang Linie IV-IV in 3;
5 und 6 Schnittansichten
zur Veranschaulichung weiterer Ausführungsformen des Staustrahltriebwerks;
7 bis 19 schematische
Darstellungen zur Erläuterung
eines Verfahrens zur Herstellung des Staustrahltriebwerks nach den 1 und 2; und
20 bis 33 ein
Verfahren zur Herstellung einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Staustrahltriebwerks.
Der
erfindungsgemäße Flugkörper 1 enthält nach 1 einen
Rumpf 2, der zur Rückseite
hin starr an ein Staustrahltriebwerk 3 anschließt, das
für den
Vorschub des Flugkörpers
sorgt. Der Rumpf 2 enthält
Geräte
und die gewöhnliche
Nutzlast, die nicht dargestellt sind, da sie von der Erfindung nicht betroffen
sind.
Luftkanäle 4 sind
am Umfang des Flugkörpers 1 angeordnet
und an dem Staustrahltriebwerk befestigt. Jeder Luftkanal weist
auf der Vorderseite einen Lufteintritt 5 und auf der Rückseite
einen Bogen 6 auf, der den Anschluß an die Außenwandung des Staustrahltriebwerks 3 ermöglicht.
Wie
aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, kann das erfindungsgemäße Staustrahltriebwerk 3 in
zahlreichen Ausführungsvarianten
ausgeführt
und auf verschiedene Weise hergestellt werden. Unabhängig von
der Herstellungsweise enthält
jedoch das Staustrahltriebwerk 3 (siehe 2):
- – ein
starres rohrförmiges
Element 2, welches durch Aufwickeln von hochfesten, mit
aushärtbarem
Harz umhüllten
Fasern auf einem Kern hergestellt wird;
- – eine
zwischengelagerte Querwand 8, die das Innenvolumen des
rohrförmigen
Elementes 7 in zwei Räume 9, 10 unterteilt,
von denen der eine, nämlich
der vordere Raum 9, zur Aufnahme eines Flug-Schuberzeugers 11 dient,
während
der andere, nämlich
der hintere Raum 10 dazu bestimmt ist, die Verbrennungskammer
des Staustrahltriebwerks 3 aufzunehmen;
- – Durchgänge 12 in
der Querwand, damit der Treibstoff für den Flug-Schuberzeuger 11 in
flüssiger
Form in die Verbrennungskammer eingeleitet werden kann;
- – ein
Gasaustrittsrohr 13, das am hinteren Ende des Raumes 10 gegenüber der
Querwand 8 vorgesehen ist; und
- – eine
Wärmeschutzbeschichtung 14,
die wenigstens die Innenwandung des Raumes 10 bedeckt.
Die
Verbrennungskammer ist also durch das Austrittsrohr 13 und
die Wärmeschutzbeschichtung 14 gebildet.
Bei
der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform
wird angenommen, daß eine
Wärmeschutzbeschichtung 15 auch
auf der Seite der Querwand 8 gebildet ist, welche dem Raum 9 zugewandt
ist, der den Flug-Schuberzeuger 11 enthält.
Ein
verbrauchbarer Beschleunigungssatz 19 kann im Inneren der
Verbrennungskammer 13, 14 angeordnet sein.
Ferner
können
Einsätze 17, 18 in
das starre rohrförmige
Element 7 einbezogen sein, zur Befestigung der Luftkanäle 4 an
dem Staustrahltriebwerk. Die Einsätze 17 sind am vorderen
Ende des rohrförmigen
Elementes 7 vorgesehen und ermöglichen die Befestigung des
Zwischenteiles (oder vorderen Teiles) der Luftkanäle 4 (siehe 1).
Hingegen sind die Einsätze 18 in
der Nähe
der zwischengelagerten Querwand 8 angeordnet, jedoch unmittelbar
hinter dieser (d.h, gegenüber
dem Raum 10, der die Verbrennungskammer bildet); sie ermöglichen
die feste Verbindung der Seitenwandung des rohrförmigen Elementes 7 mit
den hinteren Enden der Luftkanäle 4 an
den Bögen 6.
In
den 3 und 4 ist in größerem Maßstab die Befestigung der rückseitigen
Enden der Luftkanäle 4 an
den Einsätzen 18 gezeigt.
In diesen Figuren wird angenommen, daß jeder Luftkanal 4 im
Inneren seines Bogens 6 ein Hindernis 19 aufweist, welches
den Luftkanal in zwei Leitungen 4a, 4b aufteilt,
von denen jede dazu bestimmt ist, in dem vorderen Teil (unmittelbar
hinter der Trennwand 8) der Verbrennungskammer 13, 14 über eine Öffnung 20a bzw. 20b einzumünden.
Das
hintere Ende der Luftkanäle 4 schließt mit einem
Flansch 21 ab, der an dem rohrförmigen Element 7 durch
Befestigungsmittel (die zur Vereinfachung der Zeichnung nur durch
ihre Achse 22 angedeutet sind) wie Schrauben befestigt
werden können, welche
die Wandung des rohrförmigen
Elementes 7 und die Einsätze 18 durchqueren.
Die Öffnungen 20a, 20b können mechanisch in
der Wandung des rohrförmigen
Elementes 7 ausgebohrt werden, bevor die Luftkanäle 4 daran
befestigt werden. Vorzugsweise werden sie in der Wandung unmittelbar
vor der Inbetriebnahme des Flug-Schuberzeugers 11 erzeugt,
wie in der obengenannten französischen
Patentanmeldung beschrieben. In diesem Falle sind pyrotechnische
Schneidschnüre 23 am
Innenumfang der Leitungen 4a, 4b in Anlage an
der Wandung des rohrförmigen
Elementes 7 angeordnet. Die Einsätze 18 zur Befestigung
der Luftkanäle 4 sind
dann ringförmig
ausgebildet, mit einem Innenumfang 24, der als Gegenschneide
beim Auftrennen der Wandung des rohrförmigen Elementes 7 durch
die pyrotechnischen Schnüre 23 dient.
Es
wird nun die Arbeitsweise des Flugkörpers 1 beschrieben.
Solange
das Staustrahltriebwerk 3 nicht in Betrieb ist, wird der
Flugkörper
durch den verbrauchbaren Beschleunigungssatz 16 angetrieben
(z.B. eine Pulverladung), der im Inneren der Verbrennungskammer 13, 14 angeordnet
ist.
Wenn
der Beschleunigungssatz 16 in Betrieb ist:
- – sind
die Luftkanäle 4 durch
die Wandung des rohrförmigen
Elementes 7 verschlossen, welche die Öffnungen 20a, 20b auf
der Einlaßseite
der Verbrennungskammer 13, 14 verschließt;
- – ist
ein Beschleunigungsrohr von kleinerer Größe als das Austrittsrohr (13)
des Staustrahltriebwerks am Auslaß der Verbrennungskammer 13, 14 in Stellung.
Dieses Rohr 25 kann durch ein einfaches Divergenzstück gebildet
sein, welches in dem Block des Beschleunigungssatzes 16 ausgebildet
ist.
Wenn
die Funktion des Beschleunigungssatzes 16 endet, wird das
Beschleunigungsrohr 25 beseitigt, und die pyrotechnischen
Schnüre 23 werden aktiviert.
Die Öffnungen 20a, 20b werden
dann herausgeschnitten, und die über
die Luftkanäle 4 in
die Öffnungen 5 eindringende
Luft (Pfeil F) gelangt in die Verbrennungskammer 13, 14 durch
die so geschaffenen Öffnungen 20a, 20b hindurch.
Gleichzeitig
wird der Flug-Schuberzeuger 11 in Betrieb gesetzt, um bis
zum Ende des Fluges die Fortdauer des Antriebsschubes für den Flugkörper 1 zu
gewährleisten,
der anfangs durch den verbrauchbaren Beschleunigungssatz 11 auf
Geschwindigkeit gebracht wurde.
Die
zwischengelagerte Querwand 8 kann entweder aus Metall oder
aber vorzugsweise aus einem Faser-Harz-Verbundstoff von gleicher
Art wie das Element 7 hergestellt werden. Im Falle einer
metallischen Querwand kann diese mit den Einsätzen 18 einen einzigen
gewölbten
Block bilden.
Sie
kann:
- – in
das Innere des rohrförmigen,
polymerisierten Elementes 7 eingesetzt und dort verklebt
werden;
- – in
den Wickelkern für
dieses Element eingebracht und mit ihm beim Aufwickeln des Verbundmaterials
integriert werden;
- – aus
harzimprägnierten
Geweben hergestellt werden, die zwischen zwei Teilen des Kernes
angeordnet werden und mit dem Element 7 beim Aufwickeln desselben
integriert werden, wobei die Gesamtheit dann polymerisiert wird,
um eine monolithische Struktur zu gewinnen;
- – oder
sie bildet den vorderen Boden einer sekundären Struktur, welche alle Elemente
des integrierten Beschleunigungssatzes 16 umfaßt.
In
gleicher Weise kann das Rohr 13 des Staustrahltriebwerks 3:
- – in
das Innere des polymerisierten Elementes 7 eingebracht
und dort verklebt werden;
- – in
den Wickelkern für
das Element eingebracht und mit diesem beim Aufwickeln des Verbundmaterials
integriert werden;
- – direkt
auf dem Kern hergestellt werden, beispielsweise durch Aufwickeln
eines Streifens aus hitzebeständigem
Material, das mit Harz imprägniert
ist (beispielsweise gemäß der FR-PS
84 12782 vom 14. August 1982) oder durch Instellungbringen von orientierten
Geweben, die dann mit dem Element 7 beim Wickeln desselben integriert
werden, wobei die Gesamtheit polymerisiert wird, um eine monolithische
Struktur zu bilden;
- – oder
sie ist Bestandteil einer sekundären
Struktur, welche alle Elemente des Beschleunigungssatzes 16 umfaßt.
Die
Wärmeschutzbeschichtung 14 kann
auf dreierlei Weise aufgebracht werden:
- – in herkömmlicher
Weise durch Aufformen im Inneren des rohrförmigen Elementes 7 nach
Polymerisation desselben;
- – durch
Formung auf einem Kern, Polymerisation und Aufwickeln des rohrförmigen Elementes 7 auf dem
so gebildeten Teil; wenn in diesem Falle der gewünschte Wärmeschutz auf Silikonbasis
beruht, ist es erforderlich, eine Haftschicht dort aufzubringen,
wo sich später
die Oberfläche
der Wärmeschutzbeschichtung
befindet, worauf das Aufwickeln des rohrförmigen Elementes 7 erfolgt;
- – oder
durch Aufbringen einer Schicht von mehreren Millimetern (z.B. 4 bis 12)
aus einem Faser/Harz-Verbundmaterial auf dem Kern, wobei die verwendeten
Fasern aus Siliziumoxid oder Siliziumkarbid sind und das Harz mit
dem des rohrförmigen
Elementes 7 verträglich
ist.
Dieser
Wärmeschutz
kann entweder durch Aufwickeln von Fäden (unter einem möglichst
kleinen Winkel, um Ablösungen
vorzubeugen) oder durch Aufwickeln eines Streifens aufgebracht werden,
wobei weiterhin die Möglichkeit
besteht, den Kern mit einer dreidimensionalen Umhüllung aus
einem Gewebe zu versehen. Es ist auch möglich, das Rohr 13 des Staustrahltriebwerks
gleichzeitig und in einem Vorgang herzustellen.
Das
rohrförmige
Element 7 wird dann auf diesem Wärmeschutz aufgewickelt und
die Gesamtheit polymerisiert.
Schließlich besteht
auch die Möglichkeit,
die Wärmeschutzbeschichtung 14 als
Teil einer sekundären
Struktur auszubilden, die alle Elemente des integrierten Beschleunigungssatzes 16 enthält. Sie wird
dann nach einem der drei zuvor beschriebenen Verfahren in Stellung
gebracht.
Wie
bereits oben erwähnt
wurde, wird als Beschleunigungssatz 16 vorzugsweise ein
Pulversatz ohne angesetztes Rohr verwendet, in Form eines Propergolblocks
mit einem zentralen Kanal 26 und einem Divergenzstück 25 auf
der Rückseite
(zur Bildung des Austrittsrohres), das in die Verbrennungskammer 10 eingeformt
und eingeklebt ist. Die Wahl eines solchen Beschleunigungssatzes
erfolgt im Sinne einer großen
Konzeptionsvereinfachung. Wenn jedoch die Unzulänglichkeiten, die auf der Anwesenheit
eines Rohres beruhen (größere Komplexität und Gefährdung des
Trägers
durch ausgestoßenes
Material), nicht als unzumutbar angesehen werden, so kann der Beschleu nigungssatz 16 auch
mit einem solchen Rohr versehen werden, das (nicht dargestellt)
in das rohrförmige
Element 7 integriert wird und am Ende der Verbrennung des
Beschleunigungssatzes 16 nach beispielsweise pyrotechnischer
Zerlegung ausgestoßen
wird.
Bei
der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform
wird angenommen, daß der Flug-Schuberzeuger 11 aus
einem Semi-Propergol-Block 27 und einem Zündsystem 28 besteht.
In
diesem Falle werden die reduzierenden, in der Kammer 9 des
Staustrahltriebwerks verbrannten Gase durch Pyrolyse des Semi-Propergol-Blocks 27 erzeugt,
der in der Kammer geformt und eingeklebt ist, und werden in die
Verbrennungskammer 10 über die
weiten Durchgänge 12 eingeleitet,
die sich in der zwischengelagerten Querwand 8 befinden.
Der
Block 27 kann in jeglicher geeigneten Weise in der Kammer 9 angeordnet
werden. Vorzugsweise wird er jedoch in eine sekundäre Struktur 29 eingeformt
und eingeklebt, die beispielsweise durch Aufwickeln von Fäden hergestellt
wird, und anschließend
wird diese sekundäre
Struktur 29 in die Kammer 9 des rohrförmigen Elementes 7 eingeschoben
und eingeklebt.
Es
ist ersichtlich, daß die
sekundäre
Struktur 29 keinen rückseitigen
Boden aufweist (damit der Block 27 geformt werden kann)
und seine Seitenwandung nicht ausgebildet sein muß, um dem
Druck im Betrieb des Schuberzeugers 11 zu widerstehen.
Die entsprechenden Beanspruchungen werden nämlich von der Seitenwandung
des rohrförmigen
Elementes 9 aufgenommen, gegen welches sich die sekundäre Struktur
abstützt.
Hingegen muß der
vordere Boden der sekundären
Struktur 20 dem Betriebsdruck des Schuberzeugers 11 standhalten.
In 5 ist
eine Ausführungsvarinate
des Staustrahltriebwerks 3 gezeigt, bei welcher der Flug-Schuberzeuger 11 mit
Festtreibstoff ausgestattet ist und ein getrennter Gasgene rator
vorhanden ist. Ein Semi-Propergol-Block (der mit Bor dotiert sein kann)
erzeugt die reduzierenden Gase, die als Treibstoff für das Staustrahltriebwerk
dienen, und kann als freier Block ausgebildet sein. Er kann daher
leicht in die Kammer 9 eingebracht werden.
Es
wird ein Zündsystem 31 vorgesehen,
und die Durchgänge 12 in
der Querwand 8 dienen dann als im Schallbereich arbeitende
Injektoren 32. Es kann auch hier eine sekundäre Struktur 29 vorgesehen
werden, die den Block 30 einhüllt.
Bei
der in 6 gezeigten Ausführungsvariante umfaßt der Flug-Schuberzeuger 11 einen
Behälter 33 für flüssigen Brennstoff,
ein System 34 zum Einspeisen des Brennstoffs in die Kammer 10 und
ein System 35, um den Brennstoff aus dem Behälter 33 zu
dem Einspeisesystem 34 zu befördern. Auch hier kann der Schuberzeuger 11 auf
verschiedene Weise in Stellung gebracht werden, insbesondere mittels
einer sekundären
Struktur 29.
Es
ist ferner ersichtlich, daß die
Ausführung des
Schuberzeugers 11 – unabhängig von
seiner Art – in
Form einer einsteckbaren Kartusche 29 günstig ist, denn sie ermöglicht es,
eine sekundäre
Standardstruktur (die das rohrförmige
Element 7, die Querwand 8, das Rohr 13 und
den Beschleunigungssatz 16 umfaßt) mit einem Schubantrieb
auszustatten, der für
den jeweiligen Zweck am besten geeignet ist.
Anhand
der 7 bis 19 wird nun ein Verfahren zur
Herstellung des Staustrahltriebwerks 3 nach 1 und 2 beschrieben.
Man
beginnt mit der Zubereitung von zwei zylindrischen Kernen 40, 41 gleichen
Durchmessers, die koaxial Ende an Ende miteinander fest verbunden sind
durch ein System von Steckstiften 42 und Steckbuchsen 43,
die im rückseitigen
Boden 44 des Kerns 41 bzw. vorderen Boden 45 des
Kernes 40 vorgesehen sind.
Wie
aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, entsprechen die Kerne 40, 41 den
Kammern 10 bzw. 9. Der Kern 40 umfaßt auf seiner
Oberfläche
in der Nähe
des vorderen Bodens 45 Ausnehmungen, in welchen die Einsätze 18 in
Stellung gebracht werden (7). Ferner
sind Hülsen
aus Keramik, welche bestimmt sind, um die Durchgänge 12 zu bilden,
auf den Steckstiften 42 aufgesetzt (8).
Anschließend werden
auf dem hinteren Boden 44 des Kernes 41 Schichten 46 aus
einem Gewebe von widerstandsfähigen
Fasern aufgebracht, die mit polymerisierbarem Harz imprägniert sind
und durch welche hindurch die Hülsen 12 herausstehen (9).
In symmetrischer Weise werden auf dem vorderen Boden 45 des
Kernes 40 Schichten 47 aus widerstandsfähigen Fasergeweben
aufgebracht, die mit polymerisierbarem Harz imprägniert sind, wobei diese Schichten 47 mit
Löchern 48 gegenüber den Steckbuchsen 43 versehen
sind (10).
Die
zwei Kerne 40, 41 werden Ende an Ende aneinandergefügt, so daß die Schichten 46 und 47 gegeneinandergepreßt werden
und zwischen der Rückseite 44 und
der Vorderseite 45 gefangen sind, um anschließend die
zwischengelagerte Querwand 8 zu bilden. In dieser Stellung
durchquert der aus den Schichten 46 herausstehende Teil
der Hülsen 12 die Löcher 48 und
dringt in die Steckbuchsen 43 ein (11).
Die
so gebildete Einheit wird in eine Wickelmaschine eingebracht, die
auf den zusammengefügten
Kernen 40, 41 Fadenwicklungen aufbringt, beispielsweise
abwechselnd in Polrichtung und in Umfangsrichtung. Man erhält so eine
Verbundwand 50 aus mehreren Schichten (die zur Bildung
des rohrförmigen
Elementes 7 bestimmt ist), worin im Verlaufe der Wicklung
metallische Einlagen integriert werden können, wie die Einsätze 17 zur
Befestigung der Luftkanäle 4 (12).
Die
gesamte so gewonnene Struktur wird polymerisiert, entweder in einem
Heizschrank oder in einem Druckkessel, je nach Art des verwendeten Harzes.
Die
gewickelten Böden 51, 52 werden
an den zwei Enden abgetrennt, und die Wicklungskerne 40, 41' werden herausgezogen.
Man gelangt so zu der Struktur aus den Bestandteilen 7, 8, 9, 10, 12, 17, 18, die
in 13 gezeigt ist.
Es
wird dann die Austrittsdüse 13 an
der Rückseite
der Kammer 10 der Struktur (14) angeklebt;
die Wärmeschutzschichten 14 und 15 werden
im Inneren der Struktur eingeformt (15). Der Beschleunigungsblock 16 aus
Propergol wird gleichfalls geformt (16).
Ferner
wird, wie in 17 gezeigt, eine sekundäre Verbundstruktur 53,
die mit einem Fußstück 54 im
Polbereich der vorderen Wand 55 versehen ist, auf einem
Kern 56 aufgewickelt. Sie besteht beispielsweise aus einer
einfachen Schicht einer Wicklung mit kleinem Steigungswinkel. Diese
sekundäre Struktur 53 kann
anschließend
polymerisiert werden; anschließend
wird sie, nachdem der rückseitige
Boden 57 abgetrennt wurde, ausgeformt, um die sekundäre Struktur 29 zu
bilden (18).
Der
Semi-Propergol-Block wird in die sekundäre Struktur 29 eingeformt
(19). Anschließend wird
diese senkundäre
Struktur in Stellung gebracht und in der Kammer 9 der in 16 gezeigten
Struktur eingeklebt, um das in den 1 und 2 gezeigte
Staustrahltriebwerk zu bilden.
Anhand
der 20 bis 33 wird
nun eine Ausführungsvariante
einer anderen Ausführungsform
des Staustrahltriebwerks beschrieben, welches einen Behälter für flüssigen Treibstoff
aufweist, der dem Behälter 33 nach 6 gleicht
(jedoch nicht völlig
gleicht).
Es
wird ein Kern 60 hergestellt, der eine herausstehende Achse 61 aufweist,
die zur Herstellung des Treibstoffbehälters für das Staustrahltriebwerk bestimmt
ist. Dieser Kern 60 kann entweder ein auflösbarer Kern
oder eine zylindrische Kapazität
aus einer Aluminiumlegierung von sehr geringer Dicke sein; diese
Kapazität,
die ein integrierter Bestandteil des fertigen Behälters bleibt,
ermöglicht
es, eine ausgezeichnete Dichtigkeit zu erzielen, wenn zu befürchten ist,
daß der
gewickelte Verbundstoff diese Funktion nicht erfüllen kann (20).
Die
widerstandsfähige
Struktur 62 des Treibstoffbehälters wird durch Aufwickeln
von widerstandsfähigen
Faserfäden
hergestellt, die mit demselben Harz imprägniert sind wie dasjenige Harz, welches
für die
Herstellung des rohrförmigen
Elementes 7 verwendet wird (21).
An
jedem Ende des so gewickelten Behälters 62 (der noch
nicht polymerisiert ist) werden zwei komplementäre Kerne 63, 64 hinzugefügt, die
auf der Achse 61 und auf dem so gewonnenen Kern 60, 63, 64 angebracht
werden (22), woraufhin eine Hauptstruktur 65 (analog
der Sturktur 50 in 12) durch
Fadenwicklung hergestellt wird (23). Alle metallischen
Einsätze
(z.B. 17), die zur Befestigung der verschiedenen Einheiten
erforderlich sind (Lufteintritte, Leitwerke), werden bei dieser
Wicklung einbezogen.
Die
aus der Hauptstruktur 65 und dem Treibstoffbehälter 62 bestehende
Einheit wird dann polymerisiert.
Nach
dem Abtrennen der durch die Wicklung der Hauptstruktur 65 erzeugten
Böden werden
die beiden komplementären
Kerne 63 und 64 ausgeformt. Man gelangt dann zu
der in 24 gezeigten Einheit aus den
Elementen 7, 17, 62.
Ein
Kern 66, der entweder auflösbar oder aber mittels Schlüsseln demontierbar
ist, wird in der genauen Form dessen hergestellt, was später die Verbrennungskammer
des Staustrahltriebwerks ist. Auf diesem Kern wird die Verbrennungskammer
hergestellt, die ferner den integrierten Beschleunigungssatz enthält. Auf
dem vorderen Boden des Kerns werden Achsen 67 in Stellung
gebracht, die dann die für den
Durchgang der Einspritzdüsen
erforderlichen Öffnungen
bilden.
An
den vorderen Teil des Kernes 66 wird eine gewölbte Schale 68 aus
harzimprägnierten
Siliziumoxidfasern in Stellung gebracht, worin Öffnungen 69 gebildet
sind, die den Lufteintrittsöffnungen 20a, 20b entsprechen
(25). Dann wird auf der Schale 68 eine
Haube 70 aufgesetzt, um die zwischengelagerte Querwand 8 zu
bilden. Diese Haube 70 ist mit Öffnungen 71 versehen,
welche den Lufteintrittsöffnungen 20a, 20b entsprechen
(26). Sie kann entweder vollständig aus Metall bestehen oder
durch Druckformen eines Hochleistungsharzes hergestellt werden,
das mit geeignet plazierten Kohlenstoffasern befrachtet ist, woraufhin
die verschiedenen Elemente eingesetzt werden, z.B. diejenigen, die
für die
Befestigung der Einspritzdüsen
und des Zünders
benötigt werden
(nicht dargestellt).
Auf
dem verbleibenden zylindrischen Teil des Kerns 66 werden
Siliziumoxidfasern aufgewickelt, die mit Harz imprägniert sind,
um eine Beschichtung 72 zu bilden (27). Der
Wärmeschutz 14 wird
also durch die Schale 68 und die Beschichtung 72 gebildet.
In
die Lufteintrittsöffnungen
werden polymerisierte Wärmeschutzscheiben 73 eingebracht (27).
Auf
der Gesamtheit dieser Elemente wird eine dünne Hülle 74 gebildet, durch
Fadenwicklung aus Kohlenstoffasern, mit einem kleinen Wicklungswinkel.
Diese Hülle 74 hat
die Aufgabe, alle einen Modul 75 bildenden Elemente fest
miteinander zu verbinden, wobei dieser Modul dazu bestimmt ist,
in die Verbrennungskammer eingebracht zu werden (28).
Die
gesamte beschriebene Einheit wird polymerisiert, und dann wird der
rückseitige
Boden der gewickelten Hülle
abgetrennt. Der Kern wird aufgelöst
oder demontiert und aus dem Modul 75 der so geformten Verbrennungskammer
herausgezogen (29).
Ein
Beschleunigungs-Propergolblock 26 wird dann in den Modul 75 der
Verbrennungskammer eingefomt (30), woraufhin
die Haube 70 mit einem Einspeisesystem 76 versehen
wird (31).
Der
mit dem integrierten Beschleunigungssatz 16 und mit dem
Einspeisesystem 76 versehene Modul 75 wird in
die in 24 gezeigte Struktur eingeschoben,
wobei darauf geachtet wird, daß die
Lufteintrittsöffnungen
korrekt in Stellung gebracht sind, woraufhin die Gesamtheit miteinander
verklebt wird (32).
Man
beendet dann die Herstellung des Flug-Schubantriebes 11 durch
die vordere Öffnung 62a hindurch,
die durch die Achse 61 in dem Behälter 62 ausgebildet
ist (33).