DE10117605A1

DE10117605A1 - Unlocking of air inlet doors in combustion chamber of ramjets takes place through heating up of thermally or pressure sensitive spring components directly produced by combustion of starting propellant or by gas generator

Info

Publication number: DE10117605A1
Application number: DE2001117605
Authority: DE
Inventors: Peter Zahner; Thomas Loeb
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-07
Filing date: 2001-04-07
Publication date: 2002-10-10

Abstract

The unlocking of the air inlet doors (2,2a) in the combustion chamber of ramjets takes place through the heating up of thermally or pressure sensitive spring components (5) directly produced by the combustion of starting propellant or by the gas generator. The spring component is filled with an explosive propellant, which, connected to the combustion chamber of the starting propellant or hot gas of the gas generator, is ignited by the latter.

Description

Kommt im Verbrennungsraum eines Staustrahltriebwerkes für seine Beschleunigung auf Startgeschwindigkeit ein Feststoffstarttreibsatz zum Einsatz, so sind die Lufteinlaßtore in den Verbrennungsraum bis zum Aufbau der Verbrennung des Starttreibsatzes sicher geschlossen zu halten. Hierbei muß die Verriegelung auch den
If a solid-state propellant is used in the combustion chamber of a ramjet engine to accelerate it to start speed, the air inlet gates in the combustion chamber must be kept securely closed until the start-up propellant builds up. Here, the lock must also

- Shrinkage stresses of the starting propellant due to temperature change and storage period
- mechanical loads caused by transport and airplanes until the end of the take-off phase
- incorrect opening commands for the air inlet gates before the transition to steel operation

derart standhalten, daß die Lufteinlaßtore unter allen Bedingungen auch noch während des Abganges der Rakete aus z. B. einem Startbehälter oder von einer sonstigen Abschußeinrichtung, einem Trägerflugzeug, etc. spielfrei geschlossen sind.withstand in such a way that the air inlet gates under all conditions even while the missile is leaving from z. B. a launch container or from another launcher, a carrier aircraft, etc. without play are closed.

Reason

Lufteinlaßtorbewegungen, z. B. möglich durch auch nur ein geringes Spiel, dürfen im Verbrennungsverlauf des Starttreibsatzes, auch zusätzlich bedingt durch den plötzlichen Druckanstieg und Druckwellen im Verbrennungsraum, nicht zu Rissen oder gar Fragmentierung des Starttreibsatzes und damit zu dessen gefährlicher Explosion, anstatt des gewünschten die Rakete beschleunigenden Abbrandes, führen.Air inlet gate movements, e.g. B. possible by even a small game, may in The course of combustion of the starting propellant, also due to the sudden rise in pressure and Pressure waves in the combustion chamber, not causing cracks or even fragmentation of the starting propellant and thus too its dangerous explosion instead of the desired burn accelerating the rocket.

Um dies zu erreichen sind Verriegelungen der Lufteinlaßtore bekannt, deren Freigabe ab dem Zünden des Starttriebwerkes zeitlich verzögert kommandiert werden. Ist vorzeitiges Entriegeln sicherheitskritisch, muß es
To achieve this, interlocks of the air inlet gates are known, the release of which is commanded with a time delay from the ignition of the starting engine. If early unlocking is safety-critical, it must

- until after the safe build-up of pressure in the starting engine (pressure and temperature sensors), better
- until after the safe distance of the rocket from the launcher (e.g. detected with ripcord), better
- Until the end of the start engine burn-off (pressure and acceleration sensors), better
- until after a safe separation maneuver from the launch site (maneuver evaluation of the movement data)

verzögert werden. Diese Kriterien für die Verzögerung und die Verknüpfung mit dem Funktionsablauf des Starttriebwerkes erfordern auch für die Funktionsprüfung und Überwachung einen hohen Aufwand, vergleichbar mit den Aufwendungen bezüglich Sicherheit für den Gefechtskopf einer Rakete, zumal ein im Zündverlauf fragmentierender Feststofftreibsatz eine ebenso hohe Gefährdung von Träger und Mannschaft darstellt wie ein explodierender Gefechtskopf (Start des Starttreibsatzes ist sicherheitskritisch).be delayed. These criteria for the delay and the connection with the functional flow of the Starting engines also require a lot of effort for functional testing and monitoring, comparable with the security expenses for the warhead of a missile, especially in the course of ignition fragmenting solid propellant poses as high a risk to the carrier and the crew as one exploding warhead (start of the propellant is critical to safety).

Ein bekannter Vorschlag ist, den vom Starttriebwerk erzeugten Druck in einem Druckspeicher aufzufangen und zeitverzögert kommandiert für einen pneumatischen Entriegelungsantrieb freizugeben. Hierbei ist zwar die Signalverarbeitung nicht sicherheitskritisch, jedoch führen fehlerhafte Kommandos zum Ausbleiben oder vorzeitigem Freigeben des Druckspeichers zum Ausbleiben des Entriegelns der Lufteinlaßtore und damit letztlich zum Verlust der Rakete. Außerdem erfordert die für die Entriegelung zu speichernde Energie voluminöse Konstruktionen.A known proposal is to collect the pressure generated by the starting engine in a pressure accumulator and commanded for a pneumatic release drive with a time delay. Here is the Signal processing is not safety-critical, but faulty commands lead to the absence or premature release of the pressure accumulator to prevent unlocking of the air inlet gates and thus ultimately to the loss of the missile. It also requires the energy to be stored for unlocking voluminous constructions.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, jegliche sicherheitskritische Signalverarbeitung bezüglich Entriegelung der Lufteinlaßtore für den Start des Starttriebwerkes und für den Übergang in den Staustahltriebwerksbetrieb und damit auch deren Nachteile bezüglich Verfügbarkeit und Funktionssicherheit zu vermeiden.The invention specified in claim 1 is based on the problem of any safety-critical Signal processing relating to unlocking the air inlet gates for the start of the starting engine and for the Transition to ram steel engine operation and thus also its disadvantages with regard to availability and Avoid functional safety.

Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 1 ausgeführten thermosensitiven, durch den Abbrand des Starttriebwerkes direkt erwärmte bzw direkt gezündete, die Lufteinlaßtore entriegelnde Federkörper gelöst.This problem is caused by the thermosensitive in claim 1, by the erosion of the Starting engine directly heated or directly ignited, unlocking the air inlet gates unlocked spring body.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Staustahltriebwerke mit für die Beschleunigung auf Startgeschwindigkeit im Verbrennungsraum eingesetztem Feststoffstarttreibsatz bezüglich der sicherheitskritischen Entriegelung der Lufteinlaßtore ohne sicherheitskritische Sensorik, Signalverarbeitung und Ablaufsteuerung auskommen. Bei einem gemäß der Erfindung konzipierten Staustahltriebwerk kann der Funktionsablauf für Entriegeln und Öffnen der Lufteinlaßtore unabhängig vom sonstigen elektronisch kontrollierten sicherheitskritischen Funktionsablauf der Rakete realisiert werden.The advantages achieved by the invention are, in particular, that ram steel engines for Acceleration to the starting speed in the combustion chamber of the solid propellant used the safety-critical unlocking of the air inlet gates without safety-critical sensors, signal processing and sequence control. In a ram steel engine designed according to the invention, the Functional sequence for unlocking and opening the air inlet gates independently of the others electronically controlled safety-critical functional sequence of the rocket can be realized.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Bei Starttreibsätzen mit kurzer Brenndauer (ausreichend bei hoher Abwurfgeschwindigkeit der Rakete vom Trägerflugzeug) kann die Erwärmung thermosensitiver Federkörper durch den Feststofftreibsatz zu langsam sein. In diesem Fall ist der Federkörper selbst mit einem explosiven Treibsatz gefüllt, der mit dem abbrennenden Feststofftreibsatz verbunden und durch diesen gezündet wird.An advantageous embodiment of the invention is specified in claim 2. With start propellants with short burning time (sufficient at high launch speed of the rocket from the carrier aircraft) Heating of thermosensitive spring bodies by the solid propellant may be too slow. In this case it is Spring body itself filled with an explosive propellant, the one with the burning solid propellant connected and ignited by it.

Eine weitere besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Hier ist das Lufeinlaßtor selbst aus thermosensitivem Material, z. B. Bimetall, gefertigt und wurde zunächst heiß in die Lufteinlaßöffnung eingesetzt. Nach dem Erkalten verspreizt sich das Tor als Federkörper in der Öffnung. Durch Abstimmung der inneren und äußeren Isolierung des Tores kann festgelegt werden, wann im Verlauf des Abbrandes des Starttreibsatzes sich das Tor soweit verformt, daß es durch eine nicht weiter dargestellte Mechanik geöffnet werden kann. Another particularly simple embodiment of the invention is specified in claim 3. Here it is Air inlet gate itself made of thermosensitive material, e.g. B. bimetal, and was initially hot in the Air inlet opening inserted. After cooling, the gate spreads as a spring body in the opening. By Matching the inner and outer insulation of the gate can be determined when in the course of the If the start propellant burns, the gate deforms to such an extent that it is not shown by a gate Mechanics can be opened.

embodiments

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Wandung (1) mit dem längs schwenkbare Lufteinlaßtor (2, 2a) des hier zylindrischen Verbrennungsraumes eines Staustrahltriebwerkes. Im geschlossenen Zustand ist das Tor mittels der im Tor eingesetzten Stifte (3) ausgefahren durch die Blattfeder (4) sicher verriegelt. Die beiden thermosensitiven Federkörper, hier z. B. mit Ausdehnungsflüssigkeit gefüllte Faltenbälge (5), haben Kontakt mit dem in den Verbrennungsraum eingegossenen Starttreibsatz. Gegen Ende des Abbrandes des Starttreibsatzes überdrücken die sich durch Erwärmung ausdehnenden Federkörper (5) die Blattfeder (4) und ziehen den Verriegelungsstift (3) zurück und das Lufteinlaßtor kann nach innen in den Verbrennungsraum geöffnet werden. Fig. 1 shows a cross section through the wall ( 1 ) with the longitudinally pivotable air inlet gate ( 2 , 2 a) of the cylindrical combustion chamber here of a ramjet engine. In the closed state, the door is securely locked by means of the pins ( 3 ) inserted in the door by the leaf spring ( 4 ). The two thermosensitive spring bodies, here z. B. filled with expansion fluid bellows ( 5 ) have contact with the starting propellant poured into the combustion chamber. Towards the end of the combustion of the starting propellant, the spring bodies ( 5 ), which expand due to heating, overpress the leaf spring ( 4 ) and pull back the locking pin ( 3 ) and the air inlet gate can be opened inwards into the combustion chamber.

Durch Wärmeisolierung und Wahl der Ausdehnungsflüssigkeit kann die Entriegelung gezielt soweit verzögert werden, daß sie einerseits erst nach weitgehenden Abbrand des Starttriebwerkes, andererseits noch vor Übernahme des Antriebes durch das Staustrahltriebwerk erfolgt. Wie auch bei allen anderen Beispielen sind keine Sensorsignale für die Verzögerung zu verarbeiten und treten, wie häufig gefordert, während Startphase und Übergang in den Staustrahlantrieb keine mechanischen Teile aus dem Verbrennungsraum aus.Through thermal insulation and choice of the expansion fluid, the unlocking can be deliberately delayed be that on the one hand only after the start engine has largely burned down, on the other hand before The drive is taken over by the ramjet. As with all other examples No sensor signals to process for the delay and occur as often requested during start-up and Transition to the ramjet drive no mechanical parts from the combustion chamber.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung ähnlich Fig. 1, bei der aber in die Wandung (1) ein Lufteinlaßtor (2) eingesetzt ist, das selbst aus thermosensitiven Werkstoffen gefertigt ist. Durch Spannungsentlastungsschlitze (2a) wird erreicht, daß sich das Tor bei Erwärmung nur quer stärker krümmt und in diesem Zustand eingesetzt und geöffnet werden kann. Bei Erkalten auf Normaltemperatur verspreizt sich das Tor sicher in der Öffnung. Durch Erwärmung während des Abbrandes des Starttreibsatzes krümmt sich das Tur wieder und kann, wie in Fig. 1 dargestellt, nach innen aufgeschwenkt werden. Fig. 2 shows an embodiment similar to Fig. 1, but in which an air inlet gate ( 2 ) is used in the wall ( 1 ), which is itself made of thermosensitive materials. Through voltage relief slots ( 2 a) it is achieved that the door only bends more strongly when heated and can be used and opened in this state. When it cools down to normal temperature, the door spreads safely in the opening. The door bends again due to heating during the combustion of the starting propellant and, as shown in FIG. 1, can be swung open inwards.

Fig. 3 zeigt einen bekannten Verriegelungsmechanismus der längs des Lufteinlaßtores an der Wandung (1) in das Lufteinlaßtor (2) mehrfach mit einzeln gefederten Keilkörpern (3a, 3b) verriegelt. Die Keilkörper werden hier mit einer gemeinsamen Zugstange (4) aus der Verriegelung gezogen und geben so das Einlaßtor zum Schwenken in den Verbrennungsraum frei. Fig. 3 shows a known locking mechanism which locks several times along the air inlet gate on the wall ( 1 ) in the air inlet gate ( 2 ) with individually sprung wedge bodies ( 3 a, 3 b). The wedge bodies are pulled out of the lock with a common pull rod ( 4 ) and thus release the inlet gate for pivoting into the combustion chamber.

Fig. 3a zeigt als thermosensitives Federelement ein Tellerfederpaket (5a), das in den Gasraum zwischen Gasgenerator und Verbrennungsraum angeordnet ist. Bei Erwärmung wird über Rolle und Rampe (7a) die Zugstange (4) zurückgezogen. Fig. 3a shows as a thermosensitive spring element, a plate spring assembly ( 5 a), which is arranged in the gas space between the gas generator and the combustion chamber. When heated, the pull rod ( 4 ) is withdrawn via the roller and ramp ( 7 a).

Fig. 3b zeigt als thermosensitives Federkörper ein mit einem Treibsatz gefüllten Faltenbalg (5b), der über eine Verbindung (6) in den Gasgeneratorraum gezündet wird. Die Zugstange (4) wird hier bei Ausdehnung des Federkörpers über einen Kipphebel gezogen. FIG. 3b shows a thermo-sensitive spring body is a bellows filled with a propellant charge (5 b) which is ignited by a connection (6) in the gas generator chamber. The pull rod ( 4 ) is pulled over a rocker arm when the spring body is expanded.

Die Federelemente bzw Federkörper können als weitere Variante auch im Gasgeneratorraum angeordnet sein.As a further variant, the spring elements or spring bodies can also be arranged in the gas generator space.

Claims

1. unlocking for air inlet gates in the combustion chamber of ramjet engines, characterized in that the unlocking is carried out by heating thermo-sensitive or pressure-sensitive spring bodies, obtained directly or ignited by the starting propellant or gas generator that is burning.

2. unlocking according to claim 1, characterized, that the spring body is filled with an explosive propellant, which, with the combustion chamber of the Start propellant or the hot gas of the gas generator connected, is ignited from this.

3. unlocking according to claim 1, characterized, that as a spring body, the air inlet gate itself is designed so that it is in the cold state in the closing opening spreads or locked and during the burn-up of the starting propellant deformed and unlocked so that it can be opened.

4. unlocking according to claim 1, characterized, that the spring body z. B. made of bimetal, from bike plastic, from alloys with memory effect and / or are filled with expansion fluid or with explosive propellants and in the initial state from The starting propellant is completely or partially encapsulated or with this over selectively heat-conducting contact surfaces or gas channels are connected.

5. unlocking according to claim 1, characterized, that the spring body in the propellant gas space between the gas generator and the combustion chamber of the Ram jet engine are arranged with starting propellant.

6. unlocking according to claim 1, characterized, that the spring bodies are arranged in the gas generator of the ramjet engine.