DE102005039742A1 - Schubdüse für Raketen mit ausfahrbarer Düsenverlängerung - Google Patents
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Abstract
Schubdüse für Raketen,
bestehend aus einer Starterglocke (1) und wenigstens einem Düsenring
(6) sowie mechanischen Mitteln zum Ausfahren des bzw. der Düsenringe
(6), gekennzeichnet dadurch, dass am kleinsten Durchmesser des bzw.
der Düsenringe
(6) je ein Führungsbund
(7) und am größten Durchmesser
der Starterglocke (1) bzw. jedes der dem letzten Düsenring
(6) vorhergehenden Düsenringe
(6) je ein Führungszylinder (3)
befestigt ist, Führungsbund(e)
(7) und Führungszylinder (3)
sich nach vorn erstrecken und jeder Führungsbund (7) auf dem ihm
zugehörigen
Führungszylinder
(3) gleitfähig ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Schubdüse für Raketen mit wenigstens einer ausfahrbaren, den Düsenquerschnitt vergrößernden Düsenverlängerung.
- Derartige Schubdüsen sind bereits bekannt. Direkt am Ausgang des Raketenmotors ist eine Starterglocke befestigt. Sie ist während der gesamten Startphase allein wirksam. In größerer Höhe wird ein die Starterglocke umgebender Düsenring von seiner Startposition in der Nähe des Raketenmotors nach hinten ausgefahren und mit seinem Anfangsdurchmesser an den Ausgangsdurchmesser der Starterglocke angehängt.
- Die Begriffe vorn und hinten werden hier auf die Rakete bezogen; die Raketenspitze ist vorn; alles, was zu ihr hin zeigt bzw. liegt, ist vorn.
- Die aus der Starterglocke und dem Düsenring zusammengesetzte Düse ist mit ihrem größeren Querschnitt dem in großer Höhe herrschenden geringeren Umgebungsdruck besser angepasst als die Starterglocke allein. In noch größerer Höhe können weitere Düsenringe angehängt werden.
- Eine solche Lösung ist beispielsweise in
FR 2 622 931 A1 - Um das Entstehen von Luftspalten beim Ausfahren des Düsenringes zu verhindern, arbeiten andere Lösungen mit faltbaren Düsenringen (z. B.
DE 29 03 098 C2 ) bzw. faltenbalgartigen Abdichtungen (DE 103 12 419 A1 ), wodurch sich der Aufwand erhöht und die Gestaltungsmöglichkeiten eingeschränkt werden. - Anstelle des Arbeitszylinder sind weitere Linearantriebe, wie Seilzug oder Spindeltrieb im Einsatz.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine verlängerbare Schubdüse mit Starterglocke und wenigstens einem Düsenring mit minimalen, luftdurchlässigen Ringspalten unterhalb des kleinsten Düsenringdurchmessers während des Ausfahrens der Düsenringe anzugeben.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass am kleinsten Durchmesser des bzw. der Düsenringe je ein Führungsbund und am größten Durchmesser der Starterglocke bzw. jedes der dem letzten Düsenring vorhergehenden Düsenringe je ein Führungszylinder befestigt ist, Führungsbund(e) und Führungszylinder sich nach vorn erstrecken und jeder Führungsbund auf dem ihm zugehörigen Führungszylinder gleitfähig ist.
- Indem die Führungsbunde der Düsenringe beim Ausfahren jeweils auf einem Führungszylinder gleiten, entspricht der verbleibende luftdurchlässige Ringspalt dem notwendigen Gleitspiel zwischen Führungsbund und Führungszylinder, d. h., er ist vernachlässigbar minimal. Pulsationen im hinteren Düsenbereich mit ungewollten, die Flugstabilität der Rakete beeinträchtigenden Querkräften können praktisch kaum entstehen. Die zusätzliche mechanische Belastung der Düse entfällt dementsprechend. In dieser Beziehung können die Führungszylinder sogar zur mechanischen Stabilisierung der Düse beitragen, indem deren vordere Stirnseiten vorzugsweise zusätzlich abgestützt werden.
- Die Düsenringe können mit bekannten mechanischen Mitteln, wie insbesondere Spindeltriebe oder Seilzüge, ausgefahren werden.
- Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
-
1 eine Schubdüse, bestehend aus einer Starterglocke und einem Düsenring, mit einem Seilzug im linken Teil des Blattes und einem Spindeltrieb in der rechten Blatthälfte, -
2 eine vergrößerte Darstellung des Seilzuges aus1 mit einem Düsenring in der Ausgangsposition, -
3 eine vergrößerte Darstellung des Seilzuges aus1 mit einem ausgefahrenen Düsenring, -
4 den Schnitt A-A aus2 . - In
1 ist eine Schubdüse, bestehend aus einer Starterglocke1 und einem Düsenring6 dargestellt. In der linken Blatthälfte wird der Düsenring6 mit einem Seilzug bewegt. Dargestellt ist die linke Hälfte des Düsenrings6 während des Ausfahrens. In der rechten Blatthälfte wird der Düsenring6 mit einem Spindeltrieb bewegt. Gezeigt ist die rechte Hälfte des Düsenrings, einmal in der Ausgangsposition (Volllinien) und zum anderen in der Endposition (gestrichelte Linien). - Die Starterglocke
1 schließt an einen Raketenmotor2 einer nicht dargestellten Rakete an. Der Raketenmotor2 und weitere Teile sind an einer Stütz- und Tragestruktur4 , die mit dem Raketenende verbunden ist, befestigt. - Am vorderen Teil des Düsenrings
6 ist ein Führungsbund7 angesetzt. Am größten Durchmesser der Starterglocke1 ist ein Führungszylinder3 angeschlossen. Beide erstrecken sich nach vorn. Der Führungszylinder3 ist zusätzlich mit seiner vorderen Stirnseite an der Stützstruktur4 befestigt. Er verstärkt dadurch zugleich die Befestigung der Starterglocke an der Rakete. Der Führungsbund7 gleitet auf dem Führungszylinder3 . Während des Ausfahrens des Düsenringes6 ist der bisherige große Ringspalt zwischen Düsenring6 und Starterglocke1 auf das gerade noch notwendige Führungsspiel zwischen Führungsbund7 und Führungszylinder3 reduziert. Der Führungsbund7 kann die verbleibenden, auf den Düsenring6 wirkende Querkräfte auf den Führungszylinder3 übertragen. - Die zum Ausfahren des Düsenringes
6 verwendeten mechanischen Mittel, der Seilzug und der Spindelantrieb, sind jeweils mehrfach, vorzugsweise dreifach, vorhanden und symmetrisch um die Düsenlängsachse angeordnet. - Der Seilzug ist in den
2 bis4 vergrößert dargestellt. An der vorderen Stirnseite des Führungsbundes7 sind die Enden eines Seiles12 befestigt. Das Seil12 läuft zu beiden Längsseiten des Führungszylinders3 , einmal außerhalb und einmal innerhalb, jeweils etwa parallel zur Düsenlängsachse. Es wird über eine vordere und eine hintere Umlenkrolle10 und11 geführt. Die hintere Umlenkrolle11 befindet sich in einem Durchbruch des Führungszylinders3 . Das Seil12 wird dort durch den Führungszylinder3 geführt. Die vordere Umlenkrolle10 ist vor dem Führungszylinder3 an der Stützstruktur4 gelagert. Dem Seilzug ist ein Antrieb5 zugeordnet. Das Seil12 ist z. B. um eine, von einem Motor angetrieben Scheibe geschlungen. Der Düsenring6 kann je nach Drehrichtung des Antriebs5 nach hinten ausgefahren oder in seine Anfangsposition zurückgestellt werden. - Am Führungsbund
7 ist eine Rast vorgesehen. Eine Klinke8 ist mit einer Feder gegen den Führungszylinder3 vorgespannt. Im hinteren Teil des Führungszylinders3 befindet sich eine Öffnung9 , in die die Klinke8 gleitet, sobald der Düsenring6 bis dahin ausgefahren wurde (s.3 ). Die auf den Düsenring6 wirkenden Schubkräfte werden mit den Klinken über die Öffnungen9 , Führungszylinder3 und Starterglocke1 auf die Rakete übertragen. Wenn der Düsenring6 , wie prinzipiell mit dem Seilzug möglich, zurückgefahren werden soll, müsste der Rast ein Mechanismus zum Herausziehen der Klinke8 zugeordnet werden, z. B. ein elektrisch betriebener Magnet. - Das Seil
12 befindet sich unter dem Führungsbund in einer Nut16 . Damit keine Gase durch die Nut16 eindringen können, ist am Ende des Führungszylinders3 in der axialen Verlängerung der Nut16 ein Verschlussteil17 , passend zu Nut16 , vorgesehen. - Prinzipiell ist die Abdichtung auch über die Klinke
8 möglich. Sie müsste hierzu durch die Nut16 geführt werden und einen Schlitz zur Aufnahme des Seils aufweisen. - In
4 ist die erste Variante mit Verschlussteil17 dargestellt. Gemäß dieser Figur ist die Rast am Umfang des Führungsbundes7 im Winkel gegenüber der Nut16 versetzt. In den2 und3 wäre sie danach nicht zu sehen. Zur einfacheren Darstellung wurde die Klinke8 aber in diesen Figuren in die Ebene mit der Nut16 gedreht. - Der in der rechten Blatthälfte von
1 dargestellte Spindelantrieb, besteht aus einem Antrieb13 , einer Spindel14 und Mutter15 . Der Antrieb13 ist am Stützgerüst4 und die Mutter15 ist an dem Düsenring6 jeweils in einer Ebene mit der Düsenlängsachse schwenkbar gelagert. Der Antrieb13 dreht die Spindel14 . Die Spindeldrehung wird mit der Mutter15 in eine Linearbewegung des Düsenrings6 gewandelt. -
- 1
- Starterglocke
- 2
- Raketenmotor
- 3
- Führungszylinder
- 4
- Stützstruktur
- 5
- Seilzugantrieb
- 6
- Düsenring
- 7
- Führungsbund
- 8
- Klinke
- 9
- Öffnung
- 10
- vordere Umlenkrolle
- 11
- hintere Umlenkrolle
- 12
- Seil
- 13
- Spindelantrieb
- 14
- Spindel
- 15
- Mutter
- 16
- Nut
- 17
- Verschlussteil
Claims (7)
- Schubdüse für Raketen, bestehend aus einer Starterglocke (
1 ) und wenigstens einem Düsenring (6 ) sowie mechanischen Mitteln zum Ausfahren des bzw. der Düsenringe (6 ), gekennzeichnet dadurch, dass am kleinsten Durchmesser des bzw. der Düsenringe (6 ) je ein Führungsbund (7 ) und am größten Durchmesser der Starterglocke (1 ) bzw. jedes der dem letzten Düsenring (6 ) vorhergehenden Düsenringe (6 ) je ein Führungszylinder (3 ) befestigt ist, Führungsbund(e) (7 ) und Führungszylinder (3 ) sich nach vorn erstrecken und jeder Führungsbund (7 ) auf dem ihm zugehörigen Führungszylinder (3 ) gleitfähig ist. - Schubdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die vordere Stirnseite der Führungszylinders (
3 ) abgestützt ist. - Schubdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zum Ausfahren eines Düsenringes (
6 ) ein Spindeltrieb mit einem Antrieb (13 ) in der Nähe des Raketenmotors und einer von diesem gedrehten Spindel (14 ) sowie einer Mutter (15 ) am Düsenring (6 ) vorgesehen ist, wobei der Antrieb (13 ) und die Mutter (15 ) in einer Ebene mit der Düsenlängsachse schwenkbar gelagert sind. - Schubdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zum Ausfahren eines Düsenrings (
6 ) ein motorgetriebener Seilzug vorgesehen ist, dessen Seil (12 ) außerhalb des Führungszylinders (3 ) zu beiden Seiten der vorderen Stirnseite des Führungsbundes (7 ) befestigt und über eine vordere und eine hintere Umlenkrolle (10 und11 ) in den Führungszylinder (3 ) umgelenkt ist, wobei das Seil (12 ) außerhalb und innerhalb des Führungszylinders (3 ) etwa jeweils parallel zur Düsenlängsachse geführt ist, die vordere Umlenkrolle (10 ) vor dem Führungszylinder (3 ) und die hintere Umlenkrolle (11 ) im hinteren Teil des Mantels des Führungszylinders (3 ) gelagert sind und das Seil hinter der hinteren Umlenkrolle (11 ) durch den Mantel des Führungszylinders (3 ) läuft - Schubdüse nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass das Zugseil unter dem Führungsbund (
7 ) in einer parallel zur Düsenlängsachse verlaufenden und in den Führungsbund (7 ) eingearbeiteten Nut (16 ) liegt. - Schubdüse nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass im Führungsbund (
7 ) eine mit einer Feder gegen den Führungszylinder (3 ) vorgespannte Klinke (8 ), die in eine Öffnung (9 ) im Führungszylinder (3 ) einrasten kann, vorgesehen ist. - Schubdüse nach den Ansprüchen 4 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass am Ende des Führungszylinders (
3 ) in der Verlängerung der Nut (16 ) ein Verschlussteil (17 ), passend zu Nut (16 ), vorgesehen ist.
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