DE102016121081A1

DE102016121081A1 - Ausstosstriebwerk als Ringbrennkammer mit Vorrichtung zur Stabilisierung einer Treibstoffanordnung unter Formung von Abströmkanälen

Info

Publication number: DE102016121081A1
Application number: DE102016121081.1A
Authority: DE
Inventors: Franz Bartinger; Andreas Hacker; Helmut Niedermaier; Ludwig Stadler; Detfev Friedmann; Uwe Morbach
Original assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Current assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2036-11-05
Also published as: DE102016121081B4

Abstract

Flugkörper (30) umfassend ein Flugtriebwerk (3), mit wenigstes einer Brennkammer (1) des Flugtriebwerks (3) und mit wenigstens einem Ausstosstriebwerk (2) zur Erzeugung eines Startschubs des Flugtriebwerks (3) in einer Startphase, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstosstriebwerk (2) eine Ringbrennkammer (20) enthält, in die wenigstens ein ringförmiger Treibsatz mit wenigstens einer Formstruktur (60), die mit der wenigstens einen Treibstoffanordnung (120, 140) eine Einheit bildet, anordenbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flugkörprt mit einem Flugtriebwerk und mit wenigstens einem Ausstosstriebwerk zur Erzeugung eines Startschubs zum Antrieb des Flugtriebwerks in der Startphase im Zusammenwirken eine Vorrichtung zur Stabilisierung einer Treibstoffanordnung unter Formung von Abströmkanälen für einen Festtreibstoff für einen Raketenmotor.
Sie bezieht sich nicht zuletzt auf eine derartige Vorrichtung für schultergestützte Waffen.
Nachfolgend wird zunächst auf die konstruktiven Aspekte eines derartigen Flugtriebwerks eingegangen.
Ein Flugtriebwerk und ein Ausstosstriebwerk sind Teil eines Flugkörpers. Ein Flugköper, wie er der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt, umfasst im Wesentlichen einen Seeker, d. h. eine optische Sucheinheit, einen Warhead, d. h. einen sogenannten Gefechtskopf, sowie ein Flugtriebwerk und ein Ausstosstriebwerk. Der Flugkörper wird in einer Ausstossvorrichtung beschleunigt.
Ausstossvorrichtungen, nachfolgend auch Startvorrichtungen genannt, für Triebwerke gleich welcher Art, insbesondere in der Ausgestaltung von Abschussvorrichtungen für raketenartige Flugkörper, nehmen häufig ein Ausstosstriebwerk, auch Starttriebwerk genannt, und ein sogenanntes Haupttriebwerk, auch Marschtriebwerk oder – nachfolgend bevorzugt – Flugtriebwerk genannt, als Teil des Flugkörpers auf.
Das Haupttriebwerk wird von dem Ausstosstriebwerk beschleunigt und mittels einer Vorrichtung, z. B. eines Verzögerungszünders, erst dann gezündet, wenn es sich mit dem Gefechtskopf nach dem Ausstossen einer für den Schützen ungefährlichen Entfernung ausserhalb der Ausstossvorrichtung befindet. Das Haupttriebwerk wird dabei je nach Flugkörper gemäß dem Stand der Technik von dem Ausstosstriebwerk getrennt.
Aus der DD 301 649 A7 ist eine Panzerabwehrrakete zur Bekämpfung von gepanzerten Fahrzeugen bekannt.
Die Panzerabwehrrakete umfasst je ein Ausstosstriebwerk und ein Marschtriebwerk auf. Zwischen beiden Triebwerken ist eine Trennwand angeordnet.
Die Trennwand weist mehrere Schubdüsen auf, die gleichzeitig Verzögerungssätze für die Treibladung des Marschtriebwerks aufnehmen.
Bekannte Ausstosstriebwerke erweisen sich als nachteilig, da sie nach erfolgter Zündung und nach erfolgtem Start des Flugtriebwerks aus der Startvorrichtung ausgestoßen werden und im Umfeld vor der Startvorrichtung auf den Boden fallen. Dies hat zur Folge, dass die Startvorrichtung über das ausgestoßene Ausstosstriebwerk z. B. durch Lichtsensoren oder Wärmesensoren geortet werden kann.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass der aus der Startvorrichtung herausgestoßene Treibsatz im großen Umfang Wärmeenergie ausstrahlt, die zu Verletzungen bei umstehenden Personen sowie beim Bediener selbst führen kann. Bewuchsmaterial auf dem Boden kann sich entzünden und zu einem Flächenbrand ausweiten, was ebenfalls zur Entdeckung der Startvorrichtung führen kann.
Des Weiteren kann ein Ausstoss und Aufschlagen des Treibsatzes im Bereich vor dem Bediener zur Freisetzung von Schadstoffen führen, die den Bediener der Startvorrichtung verletzen oder anderweitig beeinträchtigen können.
Deshalb wäre es an sich wünschenswert, wenn das Ausstosstriebwerk ein sogenanntes mitfliegendes Triebwerk, das nach dem Ausstoss mit dem Flugtriebwerk mitfliegt, wäre. Ein solches mitfliegendes Triebwerk ist in der älteren Patentanmeldung DE 10 2014 115 721.4 der Anmelderin beschrieben.
Damit ist jedoch angesichts des bisherigen Standes der Technik derartiger Flugkörper eine Konstruktion dergestalt verbunden, dass in einem solchen Fall der Gasstrahl beim Haupttriebwerk seitlich aus dem Flugkörper geführt werden muss. Dies setzt – meistens vier – schräggestellte Düsen im Inneren des Flugkörpers voraus, die einen zusätzlichen Platzbedarf schaffen, weil sie – in Flugrichtung betrachtet – hinter der Brennkammer des Flugtriebwerks und vor dem Ausstosstriebwerk angeordnet sind.
Vor allem aber geht damit eine ganz erhebliche Leistungsreduzierung einher, was insbesondere Auswirkungen bei schultergestützten Raketen – aber natürlich auch bei Flugkörpern ganz allgemein – nach sich zieht. Durch die schräggestellte Anordnung der Düsen und das Abstrahlen des Gases in dieser Schrägstellung verliert man Wirkungsgrad. Durch das seitliche Abstrahlen erhält man immer eine nach aussen gerichtete Antriebskomponente statt eine auf die Flugrichtung gerichtete Antriebskomponente. Um diesen Nachteil zu kompensieren, muss entweder insbesondere eine Reichweitenreduzierung oder eine Vergrösserung des Gewichts und/oder der Abmessungen des Flugkörpers in Kauf genommen werden.
Dabei darf nicht ausser Betracht gelassen werden, dass die dem Ausstosstriebwerk zugrundeliegende Schubanforderung direkt proportional zur einsetzbaren Brennstoffmasse ist und Flugkörper per se sehr stark volumenlimitiert sind.
Die bisherigen Triebwerkskonstruktionen sind überdies sehr aufwändig in der Konstruktion und umfassen sehr viele Bauteile, was sehr nachteilig ist.
So werden bei den konventionellen Triebwerkskonstruktionen die jeweils verwendeten Brennkammern in ein nicht druckbelastetes Rohr eingeschoben. Ein solcher Einschub findet auch bei demjenigen aus Patentschriften bekannten Stand der Technik statt, bei denen in den reine Prinzipskizzen darstellenden Figuren keine zeichnerisch eindeutige Trennung zwischen der Aussenhülle des Flugkörpers und der Wandung der in den Flugkörper eingeschobenen Brennkammer zu erkennen ist. Dabei wird regelmäßig ein Abstand zwischen der Ummantelung der Brennkammer und dem nicht druckbelasteten Außenrohr des Flugtriebwerks vorgesehen. Dies bedeutet nicht nur eine damit einhergehende Erhöhung des Gesamtgewichts einer derartigen Triebwerkkonstruktion sondern auch eine Reduzierung des Volumens des jeweiligen in der Brennkammer zur Verfügung stehenden Treibstoffes. Diese Reduzierung des Treibstoffvolumens hat eine Reichweitenverkürzung zur Folge. Darüber hinaus ist dieses Design kostenträchtig.
Diese vorstehenden Aspekte der Triebwerkskonstruktion sollten darüber hinaus nicht losgelöst von den treibstoffbezogenen Parametern betrachtet werden. Denn die Vorteile einer zu verbessernden Triebwerkskonstruktion können nur dann vollständig ausgenutzt werden, wenn auch die Treibstoffkonfiguration hierauf abgestimmt ist.
Deshalb werden nunmehr die im Stand der Technik bekannten erfindungsrelevanten Aspekte des Raketentreibstoffes angesprochen.
Ein Raketentreibstoff ist der Antriebsstoff eines Raketenmotors. Durch ihn entsteht bekanntermaßen der Schub einer Rakete. Neben dieser wesentlichen Funktion muss ein Raketentreibstoff auch weitere Eigenschaften in Bezug auf die Lagerfähigkeit, Gefährlichkeit, Aggressivität gegenüber Tank, Leitungen, Pumpen und Turbinen erfüllen.
Die Raketentreibstoffe werden dabei in Festtreibstoffe, Flüssigkeitstreibstoffe oder Hybridtreibstoffe oder nach Anzahl der am Verbrennungsprozess beteiligten Reaktionsstoffe in monergole, diergole oder triergole Treibstoffe eingeordnet.
Festtreibstoffe können ihrerseits homogen oder heterogen aufgebaut sein.
Heterogene Feststoffe, die auch Composites genannt werden, weisen neben dem Brennstoff und dem Oxidator noch weitere Zusätze auf, z. B. Stabilisatoren.
Heterogene Festtreibstoffe (Composites) stellen insbesondere eine Mischung von einem oder mehreren Brennstoffarten und einem oder mehreren Oxidatoren dar.
Homogene Treibstoffe sind häufig homogene Mischungen auf Kolloid-Basis von Cellulosenitrat oder Glycerinnitrat oder anderen Materialien und weisen gegebenenfalls Zusätze von Oxidatoren auf. Wird nur Cellulosenitrat verwendet, wird dies häufig als Einbasis-Treibstoff bezeichnet. Doppelbasis-Treibstoffe sind energiereicher, benötigen jedoch auch Stabilisatoren.
Die Festtreibstoffe sind in ihren Wirkungen, Eigenschaften und Zusammensetzungen an sich bekannt und in zahlreichen Patentschriften beschrieben. Dies gilt gleichermaßen für ihre Vorteile.
Die Festigkeit von Festtreibstoffen nimmt jedoch bei Temperaturerhöhung ständig ab. Moderne Festtreibstoffe für Raketenmotoren sind hochleistungsfähig. Sie werden in kurzbrennenden Motoren eingesetzt. Insbesondere werden derartige Treibsätze zudem mit einer hoch aufgelösten Abbrandoberfläche und geringer Einbrenntiefe eingesetzt.
Bei der Verbrennung des Treibstoffs entstehen extreme Temperaturen und es treten sehr hohe Drücke auf. Durch die Temperaturerhöhung ändern sich die Materialeigenschaften des Festtreibstoffs. Durch die temperaturbedingte Änderung dieser Materialeigenschaften und durch die geometrisch benötigte Form sind die Treibsätze weniger stabil und leicht verformbar.
Der Treibsatz kann sich dabei insbesondere dergestalt verformen, dass er die Strömung des Verbrennungsgases behindert oder dieser während des Verbrennungsvorgangs selbst geschädigt wird. Insbesondere können sich vom Treibsatz Teile lösen und unverbrannt durch die Düse nach außen gelangen. Die Folgen können eine Abweichung von spezifizierten Schubprofilen und Leistungseinbußen hervorrufen.
In einem anderen Zusammenhang ist es aus der deutschen Patentschrift DE 35 34 972 , die eine hülsenlose Munition betrifft, bekannt, den Treibmittelkörper mit einem Verstärkungsgewebe zu überziehen, wobei der Treibmittelkörper mit dem Geschoss im Allgemeinen fest verbunden ist. Durch den Überzug mit dem Verstärkungsgewebe wird eine lokale Festigkeitserhöhung an der Oberfläche des Treibmittelkörpers erreicht.
In einem ebenfalls anderen Zusammenhang beschreibt die US-amerikanische Patenschrift US 3,107,573 Festtreibstoffe für den Gebrauch in Raketenmotoren oder Gasgeneratoren und weist darauf hin, dass derartiger Treibstoff kontrolliert abbrennen muss. Zu diesem Zweck wird die Verbrennung auf ausgewählte Bereiche der Oberfläche des Festtreibstoffs beschränkt, sodass die Verbrennung „zigarettenähnlich” erfolgt. Dazu wird der Festtreibstoff so behandelt, dass auf ausgewählten Bereichen der Oberfläche ein brennreduzierender Restriktor-Überzug gewählt wird. Dieser Restriktor wird auf der Oberfläche des Festtreibstoffs aufgebracht.
Das US-Patentdokument 3,017,746 befasst sich ebenfalls mit einem Festbrennstoff für einen Raketenmotor. Das Dokument geht dabei von einem Stand der Technik zu Raketenmotoren aus, die mit einem harten Metallgehäuse ummantelt sind, was einen erheblichen Teil der Herstellungskosten und des Gesamtgewichts ausmache. Hier setzt die dort vorgeschlagen Lösung an, wonach jedenfalls ein Teil des Raketenmotorgehäuses mit einem elastischen Material ummantelt werden soll, wobei dieses elastische Material mit dem Festtreibstoff verbunden ist. Durch dieses elastische Material treten bestimmte Eigenschaften in Bezug auf das Ausdehnen und Schrumpfen des Materials während der Abbrennphase ein. Dazu wird das Motorgehäuse, in dem sich der Festtreibstoff befindet, mit einer Vielzahl von Lagen dieses Materials imprägniert, was eine Art Karkasse wie bei einem Autoreifen bildet.
Die US-Patentschrift 4,013,743 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Festtreibstoffs und seiner Ausgestaltung während der Startphase einer Rakete. Der spiralförmig aufrollbare Festtreibstoff soll eine große Brennoberfläche zur Verfügung stellen. Zu diesem Zweck wird der Festtreibstoff, der aus einer gießbaren Zusammensetzung gewonnen wird, mit einem Band versehen, wobei das gegossene Material zunächst ausgehärtet wird und dann anschließend in die Spiralform gewickelt wird. Zu diesem Zweck wird der gießbare, zunächst nicht ausgehärtete Festtreibstoff auf einen teilweise ausgehärtetes, epoxi-imprägniertes Band durch Gießen aufgetragen und dann mit einer Rolle glattgestrichen. Nach einem bestimmten Trocknungszustand wird diese zwei Schichten-Komponente umgedreht und es wird von der Rückseite ebenfalls auf die zunächst freigebliebene Fläche des Bandes wiederum Festtreibstoff gegossen und glattgestrichen. Hierdurch entsteht ein Dreischichten-Festtreibstoff.
Mit diesem Verfahren und dem auf diese Weise hergestellten Festtreibstoff sind jedoch verschiedene Nachteile verbunden. Das als mittlere Schicht eingesetzte, epoxi-imprägnierte Band geht keine Verbindung mit den beiden äußeren Lagen des Festtreibstoffes ein.
Zu diesem Zweck muss es mittels eines Primers mit diesen Lagen verklebt oder sonstwie verbunden werden, was bereits zu einer inhomogenen Konstellation bei derart hochsensiblen und hochgefährlichen Festtreibstoffen führt. Hierdurch entstehen bereits Probleme beim Abbrennen des Festtreibstoffs; der Abbrand erfolgt insbesondere, wie Versuche gezeigt haben, unkontrolliert und nicht beherrschbar. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass sich die beiden Lagen während des Abbrandvorgangs von diesem Band lösen können. Ein epoxi-imprägniertes Glasfaser-Band bleibt während und nach Beendigung des Abbrandvorganges im Wesentlichen in seiner Grundstruktur bestehen und kann sich dann aufgrund des hohen Druckes in Richtung Düsen bewegen und dort den Ausgang der Düse versperren. Hiermit sind günstigstenfalls Abweichungen in dem spezifizierten Schubprofil und Leistungseinbußen verbunden; es können jedoch auch darüber hinausgehende Gefährdungen eintreten.
Das in der Druckschrift 4,013,743 in beiden Lagen des Festtreibstoffs vorgesehene Band wirkt im Ergebnis als Trennschicht. Je nach Trocknungszustand, Lagerzeit, Lagerumständen bilden sich Risse in den Treibstofflagen und es kann eine Rissfortpflanzung in diesen Lagen eintreten, was ebenfalls bestenfalls zu einem inhomogenen Abbrennen führt.
Die Erfindung stellt sich daher mit Blick auf die Triebwerkskonstruktion das technische Problem, eine Startvorrichtung bereitzustellen, die die genannten Nachteile eines vor dem Bedieners auf dem Boden aufschlagenden Triebwerkes vermeidet und somit eine Detektierbarkeit der Startvorrichtung oder eine Verletzung oder Beeinträchtigung des Bedieners oder anderer Personen in seinem Umfeld umgeht.
Gleichzeitig soll ein Flugkörper mit einem mitfliegenden Ausstosstriebwerk geschaffen werden, bei dem die insbesondere aufgrund der schräggestellten Düsen auftretenden Leistungsverluste vermieden werden.
Des Weiteren soll die Masse der beschleunigten Teile reduziert werden.
Gleichzeitig soll die Teileanzahl reduziert werden.
In Abstimmung zu den vorerwähnten konstruktiven Parametern sollen deshalb auch die im Stand der Technik auftretenden treibstoffbezogenen Nachteile vermieden werden.
Ausgehend von diesen Nachteilen des Standes der Technik stellt sich der Erfindung deshalb die Aufgabe, die eingangs genannten Eigenschaften in Bezug auf die Festigkeit und Formbeständigkeit von Festtreibstoffen bei Temperaturerhöhungen, insbesondere bei hochleistungsfähigen, kurzbrennenden Motoren zu verbessern.
Insbesondere sollen die Treibstoffe stabil und weniger leicht verformbar sein.
Ein weiterer Aspekt bezieht sich darauf, dass ein Lösen von unverbrannten Teilen des Treibsatzes während der Abbrandphase vermieden werden muss.
Es soll weiter vermieden werden, dass bei der Herstellung eines derartigen Treibsatzes Aushärt-Phasen eingehalten werden müssen.
Die Herstellung eines solchen Treibsatzes soll schneller und kostengünstiger erfolgen.
Des Weiteren sollen die mechanischen Belastungen, insbesondere die Zugbelastungen, des Treibsatzes vor allem bei höheren Temperaturen erhöht werden.
Es soll weiterhin ein inhomogenes Abbrennen vermieden werden. Eine Rissbildung und Rissfortpflanzung in dem Treibsatz soll ausgeschlossen sein.
Der Treibsatz soll einer Weiterbearbeitung zugänglich sein, z. B. in Form eines Aufwickelns und dabei gleichwohl die homogenen Eigenschaften beibehalten.
Ein Treibstoff der gewünschten Art soll weiterhin auch eine hohe Dichte aufweisen, eine gute Lagerfähigkeit zeigen und gegen Zersetzung geschützt sein. Seine Gefährlichkeit insbesondere in Bezug auf die Selbstentzündung, das Zündverhalten und Umweltverträglichkeit, soll reduziert sein.
Aufgrund der Ausgestaltung des Treibstoffs soll vermieden werden, dass seine Festigkeit bei Temperaturerhöhungen, seine Stabilität und Formstabilität während des Abbrennens ausschließlich durch Zugabe von chemischen Bestandteilen bewirkt werden.
Weiter soll der Treibstoff nicht nur gut lagerbar, insbesondere stapelbar sein. Er soll ferner gut und leicht in die Brennkammer einsetzbar und dort fixierbar sein.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Zusammenfassung der Erfindung:
Zunächst werden die flugtriebwerksbezogenen Merkmale der Erfindung dargestellt. Danach erfolgt eine Erörterung der spezifisch treibstoffbezogenen Aspekte. Hieran anschließend erfolgt zusammenfassend eine Darstellung, wie die treibstoffbezogenen Merkmale in die Konstruktion des Ausstosstriebwerks implementiert werden.
Die Erfindung versteht unter dem Begriff Flugkörper ein technisches Gerät, das geeignet ist, in einem Luftraum zu fliegen.
Flugkörper im Sinne der Erfindung können z. B. Raketen, Drohnen oder ähnliche unbemannte Geräte sein, gleichgültig ob beispielsweise feststoffangetrieben, flüssig- oder gelstoff- oder gasangetrieben.
Flugkörper werden sowohl für zivile als auch für militärische Zwecke eingesetzt. Die zivile Nutzung ist vorzugsweise kommerzieller Natur und dient z. B. der Telekommunikation oder wissenschaftlichen Aufgaben.
Andererseits werden Flugkörper besonders bevorzugt für militärische Zwecke eingesetzt. Hierbei eignen sich insbesondere Raketen z. B. als taktische oder als strategische Waffen.
Der Flugkörper kann z. B. als Lenkflugtriebwerk ausgestaltet sein und als Waffensystem ausgebildet sein. Der Flugkörper kann in gleicher Weise Kommunikations- und/oder Aufklärungszwecken dienen.
Der Flugkörper weist – wie eingangs bereits beschrieben – unter anderem ein Flugtriebwerk wie ein Ausstosstriebwerk auf, die nachfolgend näher erläutert werden.
Das Flugtriebwerk ist als Marschflugtriebwerk ausgebildet, das über eine eigene Steuerungseinheit verfügt. Mit Hilfe der Steuerungseinheit ist das Marschflugtriebwerk während des gesamten Fluges kontrollierbar und lenkbar.
In einer anderen Ausführungsform ist das Flugtriebwerk ein ballistisches Flugtriebwerk, das nach dem Start nicht mehr beeinflussbar ist.
Das wenigstens eine Flugtriebwerk bewirkt den sogenannten Marschflug und stellt den hierfür benötigten Schub zur Verfügung, während das Ausstosstriebwerk für den Initial-Schub des Flugkörpers sorgt.
Der Flugkörper weist neben dem für den eigentlichen Flug erforderlichen Triebwerk ein Ausstosstriebwerk, auch Starttriebwerk genannt, zum Start sowie zur Initial-Beschleunigung des Flugkörpers auf.
Das Flugtriebwerk führt für den Marschflug in an sich herkömmlicher Weise den Schub der Düse zu.
Die Startphase bezeichnet die Phase, in der das Flugtriebwerk aus dem Stand beschleunigt und sich vorzugsweise von einer Führungseinrichtung löst.
Das Ausstosstriebwerk und das Flugtriebwerk können in Bezug auf den Flugkörper axial oder radial zueinander angeordnet sein.
Das Ausstosstriebwerk zur Erzeugung des Startschubs ist auch während des Flugs des Flugkörper mit dem Flugtriebwerk verbunden.
Nach der Zündung des Ausstosstriebwerks zur Einleitung der Startphase wird in schneller Abfolge, aber zeitlich verzögert, der Treibstoff für das Flugtriebwerk gezündet, mit dem der Flugkörper seinen Flug im Wege des sogenannten Marschfluges fortsetzt.
Zur Führung des Flugkörpers in der Startphase ist dieser in eine Führungseinrichtung einführbar.
Bei der Führungseinrichtung kann es sich um eine Ausstossvorrichtung, insbesondere um eine Abschussvorrichtung handeln.
Die Führungseinrichtung kann ein rohrförmiger Profilkörper sein.
Alternativ ist es auch denkbar, dass die Führungseinrichtung ein an seiner Seitenwand offenes Rohrprofil ist.
Die Führungseinrichtung der Ausstossvorrichtung ist an ihren beiden Stirnseiten offen, so dass das aus den betreffenden Düsen des Ausstosstriebwerks und gegebenenfalls des Flugtriebwerks austretende Schubgas beim Start des Flugtriebwerks an der rückwärtigen Stirnseite der Ausstossvorrichtung aus dieser entweichen kann.
Die Ausstossvorrichtung kann schultergestützt auf einem Schützen oder auf einem Fahrzeug, Schiff, Flugzeugen oder sonstigen bewegbaren Vorrichtungen oder stationär angeordnet sein.
Die Ausstossvorrichtung ist mithin eine transportable oder fest installierte Vorrichtung, die den Flugkörper bis kurz vor seinem Start aufnimmt.
Die Ausstossvorrichtung umfasst vorzugsweise Versorgungsleitungen und Messkabel, mit denen der Flugkörper verbindbar ist, und die vor dem Start abtrennbar sind.
Die Ausstossvorrichtung dient der möglichst schnellen Beschleunigung des Flugkörpers.
Der Flugkörper entzündet die jeweiligen Brennstoffe, die innerhalb einer Brennkammer für das Flugtriebwerk und innerhalb einer Brennkammer für das Ausstosstriebwerk des Flugkörpers angeordnet sind, um die erforderliche Rückstoßkraft hervorzubringen, mit der sich der Flugkörper fortbewegt.
Zur Gewinnung der Initial-Rückstoßkraft verfügt der Flugkörper über ein Ausstosstriebwerk, das wenigstens einen Treibsatz umfasst.
Im Ausstosstriebwerk des Flugtriebwerks wird zur Einleitung der Startphase des Flugtriebwerks der Treibsatz gezündet.
Das Ausstosstriebwerk ist im Inneren des Flugtriebwerks angeordnet und erzeugt während der Startphase des Flugkörpers das Antriebsgas, das zur Bereitstellung der erforderlichen Rückstosskraft aufgebracht werden muss.
Zu diesem Zweck weist es eine erfindungsgemäß in Ringform ausgetaltete Brennkammer auf.
Die in der Ringbrennkammer infolge des Abbrands des Treibstoffs des Ausstosstriebwerks entstehenden Gase wirken auf wenigstens eine Düse ein, die auf den Flugkörper in der Startphase wirkt und diesen beschleunigt und antreibt.
Die wenigstens eine Ringbrennkammer des Auustosstriebwerks enthält die unten näher beschriebene Treibstoffanordnung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung stellt die Aussenwandung des Flugkörpers im Bereich der Lokalistion der Brennkammer zugleich die Aussenwand der Brennkammer dar, die zu diesem Zweck ein druckbeaufschlagtes Material aufweist.
Mit Zündung des Treibsatzes des Ausstosstriebwerks entsteht in der Brennkammer des Ausstosstriebwerks ein Verbrennungsgas, das durch wenigstens eine mit der Brennkammer verbundene Düse entweicht und auf diese Weise den Flugkörper beschleunigt.
Das Ausstosstriebwerk liefert in kürzester Zeit die meiste Energie, weshalb es Düsen mit einem angepassten Abströmquerschnitt zur Erfüllung dieser Aufgabe bedarf.
Es ist bevorzugt, dass dem wenigstens einen Ausstosstriebwerk und dem wenigstens einen Flugtriebwerk jeweils wenigstens eine separate Düse zum Austrieb des Antriebsgases zugeordnet ist.
Nach Beendigung der Startphase ist das Ausstosstriebwerk abschaltbar oder seine Funktion endet z. B. aufgrund des Aufbrauchens des Treibstoffes, automatisch.
Die Erzeugung des für den Flug des Flugtriebwerks erforderlichen Antriebsgases erfolgt vorzugsweise im Flugtriebwerk selbst.
Selbiges gilt für den Treibsatz des Ausstosstriebwerks.
Ein Treibsatz ist eine Treibladung, die insbesondere einen Satz von chemischen Substanzen in fester, flüssiger, viskoser oder gasförmiger Form umfasst.
Der Treibsatz ist ein Energieträger, der bei der Aktivierung der chemischen Substanzen ein großes Volumen anstrebt, und auf diese Weise in der Lage ist, ein Objekt, insbesondere einen Flugkörper zu bewegen. Der Treibsatz ist der Treibstoff sowohl für das Flugtriebwerk wie für das Ausstosstriebwerk.
Treibsatz und Treibstoff werden also vorliegend als Synonyme verwendet.
Der Treibsatz hat die Aufgabe, ein lenkbares oder nicht lenkbares Flugtriebwerk durch die Erzeugung von Schubgas mittels des Ausstosstriebwerks zu beschleunigen und aus der Startvorrichtung heraus anzutreiben.
Nach der Zündung brennt der Treibsatz ab und erzeugt das Schubgas in Form der entstandenen Verbrennungsgase. Zur Erhöhung des Drucks kann das Schubgas zusätzlich komprimiert werden.
Erfindungsgemäss ist eine Treibstoffanordnung für das Ausstosstriebwerk vorgesehen, die wenigstens eine Formstruktur aufweist, die mit der Treibstoffanordnung eine Einheit bildet.
Die Düse bezeichnet eine vorzugsweise röhrenförmige technische Einrichtung. Der Flächeninhalt der technischen Einrichtung ist auf seiner gesamten Länge gleich, oder zumindest teilweise erweitert oder verjüngt. Darüber hinaus kann er jede denkbare komplexe Form aufweisen.
Die Düse bewirkt eine Umlenkung eines Schubgas- oder Flüssigkeitsstroms. Sie wandelt Druck in Bewegungsenergie um oder verteilt flüssige oder gasförmige Substanzen gleichmäßig im Inneren der Düse.
Im Inneren der Düse kann je nach Bedarf eine Strömung mit Unterschallgeschwindigkeit oder mit Überschallgeschwindigkeit fließen.
Detaillierte Beschreibung:
Ausgestaltung der Brennkammer und Ringbrennkammer:
Erfindungsgemäss wird zur Erfüllung der eingangs erwähnten Aufgabenstellungen ein Ausstosstriebwerk geschaffen, das eine Ringbrennkammer umfasst.
Dadurch erfolgt die Gasausförderung des Gases des Flugtriebwerks über ein Gasleitrohr, das durch das Zentrum der Ringbrennkammer geführt ist.
Das die Ringbrennkammer umfassende Ausstosstriebwerk ist – in Flugrichtung betrachtet – hinter der Brennkammer des Flugtriebwerks angeordnet. Der Abstand zwischen beiden Brennkammern richtet sich nach Flugkörpertyp, Einsatzzweck, nach den im allgemeinen zur Verfügung stehenden Platzverhältnissen etc.
Die Brennkammer des Flugtriebwerks nimmt den Treibsatz für das Flugtriebwerk auf.
An ihrem – in Flugrichtung betrachtet – Ende geht die Brennkammer des Flugtriebwerks in ein Gasleitrohr über, über das die in dieser Brennkammer erzeugten Verbrennungsgase ausgefördert und einer Düse zugeführt werden.
Das Gasleitrohr ist dabei in axialer Richtung vorzugsweise mittig zu dem Flugkörper angeordnet.
Es verläuft dabei entlang dem Ruderstellsystem und danach – wieder in Flugrichtung betrachtet – durch das Zentrum des die Ringbrennkammer umfassenden Ausstosstriebwerks. An seinem Ende des Gasleitrohrs ist die Düse für das Flugtriebwerk angeordnet.
Die Anordnung der Ringbrennkammer um das Gasleitrohr herum ermöglicht es also, dass das Flugtriebwerksgas auf direktem und kurzem Weg durch das Ausstosstriebwerk nach hinten ausströmen und den Flugkörper in der Marschphase antreiben kann.
Dadurch werden Leistungsverluste vermieden und eine extrem kompakte Bauweise ermöglicht, da es der im Stand der Technik eingesetzten schräg gestellten Düsen nicht mehr bedarf.
Die Ringbrennkammer des Ausstosstriebwerks nimmt den Treibsatz für das Ausstosstriebwerk auf.
Die Ringbrennkammer ist vorzugsweise als ein 360° umlaufendes Bauteil ausgestaltet.
Es kann jedoch aus mehreren Segmenten bestehen, die zu einer solchen Ausgestaltung einer Ringbrennkammer zusammengesetzt werden.
An die Ringbrennkammer – in Flugrichtung betrachtet – anschliessend ist eine erforderliche Anzahl von Düsen zur Ausförderung der dort nach Zündung entstehenden Verbrennungsgase vorgesehen. Die Anzahl und Ausgestaltung der Düsen richten sich nach jeweiligem Einsatzzweck der Flugkörper.
Diese Düsen sind entsprechend der ringförmigen Ausgestaltung der Brennkammer vorzugsweise ebenfalls ringförmig angeordnet.
Ob sich diese Düsen baulich unmittelbar an das – in Flugrichtung betrachtet – Ende der Ringbrennkammer anschliessen oder ob zwischen Ringbrennkammer ein räumlicher Abstand liegt oder in einem solchen Fall zwischen Ringbrennkammer und Düsen jeweils ein Gasleitrohr angeordnet ist, richtet sich nach Flugkörpertyp, Einsatzzweck, nach den im allgemeinen zur Verfügung stehenden Platzverhältnissen etc.
Die Anzünder für das Ausstosstriebwerk und das Flugtriebwerk sind vorzugsweise jeweils in räumlicher Nähe zu diesen Triebwerken angeordnet.
Entsprechend ihrer jeweiligen unterschiedlichen Funktion werden beide Anzünder in definierter Weise zu unterschiedlichen Zeitpunkten gezündet. Der Anzünder des ausstosstriebwerks wird zuerst gezündet. Die Zündzeitpunkte können je nach Flügkörpertyp in Bruchteilen einer Sekunde differieren, aber auch länger auseinanderliegen.
In Flugrichtung betrachtet zwischen Brennkammer des Flugtriebwerks und Ringbrennkammer des Ausstosstriebwerks kann das Ruderstellsystem für das Flugtriebwerk mit den ausserhalb der Hülle des Flugkörpers angeordneten Aktuatoren, d. h. den Lenkrudern, vorgesehen sein.
Baustoffmässig können für die Triebwerke gleichartige oder identische Materialien eingesetzt werden, wie sie im Stand der Technik hinlänglich bekannt sind.
Die Aussenhülle eines oder beider Triebwerke kann in einer bevorzugten Ausführungsform konstruktiv identisch mit derjenigen des Flugkörpers, d. h. dem sogenannten Air Frame, sein.
Vorteilhafterweise ist die Aussenhülle des Flugkörpers im räumlichen Bereich der Brennkammer des Flugtriebwerks dasselbe Bauteil wie die Aussenwandung der Brennkammer des Flugtriebwerks.
Alternativ oder zusätzlich ist vorteilhafterweise die Aussenhülle des Flugkörpers im räumlichen Bereich der Brennkammer des Ausstosstriebwerks dasselbe Bauteil wie die Aussenwandung der Brennkammer des Ausstosstriebwerks.
Diese besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht, die Aussenhülle der Brennkammer des einen und/oder des anderen Triebwerks von den Flug- bzw. Ausstosstriebwerken nicht in den Air Frame einschieben zu müssen, sondern die Aussenhülle der Brennkammer des einen und/oder des anderen Triebwerks und des Air Frame als ein einheitliches Bauteil auszugestalten. Hierdurch wird eine kostengünstige, gewichtsparende, raumsparende Ausgestaltung ermöglicht.
Soweit dies nachfolgend näher erläutert wird und allgemein von der Brennkammer gesprochen wird, bezieht sich dies – soweit nicht ausdrücklich etwas anderes erwähnt wird – sowohl auf den Brennkammer-Typus einer Brennkammer des Flugtriebwerks und einer Brennkammer des Ausstosstrriebwerks.
Bei dieser besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Flugkörperstruktur kann auf ein Einschieben einer Brennkammer, häufig in Form eines Brennkammerrohres, in das Innere des Flugkörpers, wie dies beim Stand der Technik gehandhabt wird, verzichtet werden.
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass in manchen Patentdokumenten Figurendarstellungen enthalten sind, die für die Wandung einer Brennkammer und die Wandung des Air Frame eine einzige gezeichnete Strich-Linie verwendet wird. Der Fachmann weiss aber, dass es sich hierbei lediglich um eine zeichnerisch vereinfachende Darstellung handelt und es sich tatsächlich um zwei unterschiedliche Wandungen handelt, nämlich um eine für die Brennkammer und um eine für den Air Frame. Wie dargelegt, gehört es bis heute zur durchgängigen Konstruktion derartiger Flugkörper, Brennkammer und Air Frame als gesonderte Bauteile vorzusehen. Dies gilt umso mehr, als in den zugehörigen Beschreibungen der Patentdokumente eine einteilige Bauweise nicht angesprochen ist.
Nach dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt mithin kein Einschub (jedenfalls) einer Brennkammer mehr in ein nicht druckbelastetes Rohr, insbesondere die Aussenhülle des Flugkörpers. Die Aussenwandung des Flugkörpers wird so ausgestaltet, dass sie zugleich die Brennkammer darstellt. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn das Material der Brennkammer druckbeaufschlagt ist.
Dabei versteht sich von selbst, dass dies vorzugsweise nur in dem Bereich des Flugkörpers erfolgt, in dem sich der Treibstoff für die Brennkammer befindet.
Vorzugsweise wird mithin der Flugkörper in dem Bereich der Brennkammer materialmäßig so stabil ausgeführt, dass man zumindest diesen Bereich des Flugkörpers mit Treibstoff befüllen kann, ohne ein gesondertes Bauteil, z. B. in Form einer zweiten Wandung, vorsehen zu müssen.
Es bedarf aus diesem Grunde nur der Anordnung einer oder zweier Trennwände, also eines Art Deckels und Bodens, an geeigneter Stelle innerhalb des Flugkörpers, um das Volumen des Treibstoffs auf das gewünschte Maß zu reduzieren. Die Brennkammer des Flugriebwerks umfasst also in Längsrichtung des Flugtriebwerks auf beiden Seiten eine Trennwand, vorzugsweise einen Brennkammer-Deckel und einen Brennkammer-Heckboden mit Gasleitrohr, um die Brennkammer gegenüber dem weiteren Innenraum des Flugtriebwerks oder des Flugkörpers abzugrenzen.
Je nach Umfang und Größe des in der Brennkammer angeordneten Flugtreibsatzes kann der Brennkammer-Deckel und/oder der Brennkammer-Heckboden in und/oder entgegen der Flugrichtung des Flugtriebwerks verschoben und an der axialen Seite der Innenwandung der Brennkammer oder ausserhalb der Brennkammer and der Innenwandung des Flugkörpers in einer im Belieben des Fachmanns liegenden Weise befestigt werden.
Vorzugsweise sind der Brennkammer-Deckel und/oder der Brennkammer-Heckboden gegenüber der Innenwand der Flugtriebwerkhülle druckdicht eingepresst oder mit der Hülle des Flugtriebwerks oder des Flugkörpers verschweißt.
Die axial verlaufende Innenwand der Brennkammer, die den Brennkammer-Deckel mit dem Brennkammer-Heckboden verbindet, ist also in der bevorzugten Ausführungsform die Innenwand der Flugkörperhülle.
Es ist zusätzlich möglich, den in der Brennkammer angeordneten Treibsatz durch eine Isolierung gegenüber der Flugkörperhülle oder der Innenwandung der Brennkammer, falls diese nicht identisch sind, abzugrenzen.
Die Isolierung legt sich auf der Innenseite der Aussenwandung des Flugkörpers oder dichtend an die Wandung der Hülle des Flugtriebwerks an.
Vorzugsweise ist zumindest der die Brennkammer umfassende Bereich der Flugkörperstruktur aus einem Stahlwerkstoff, dessen Zusammensetzung nach den gewünschten Einsatzbedingungen des Flugtriebwerks ausgewählt werden kann. Selbstverständlich sind auch andere geeignete Materialien verwendbar.
Die äußere Ummantelung des Flugkörpers um die Brennkammer des Flugtriebwerks und/oder des Ausstosstriebwerks ist deshalb im Bereich der Brennkammer vorzugsweise materialeinheitlich ausgestaltet.
Es ist aber auch möglich, die Aussenummantelung der Hülle des Flugkörpers und die Innenummantelung der Hülle des Flugköpers, die gleichzeitig die Brennkammer des Flugtriebwerks und/oder des Ausstosstriebwerks begrenzt, sandwichartig, insbesondere unter Einsatzes unterschiedlicher Materialien auszugestalten.
Das Vorstehende zur Ausgestaltung der Brennkammer gilt, wie dargelegt, auch für die Ringbrennkammer des Ausstosstriebwerks mit Ausnahme, dass von diesem nicht notwendigerweise ein eigenes Gasleitrohr von einem Brennkammer-Heckboden ausgeht. Vielmehr verläuft das Gasleitrohr des Flugtriebwerks axial vorzugsweise mittig durch die Ringbrennkammer.
Durch diese kombinatorische Ausgestaltung des Flugkörpers werden die genannten Ziele effektiv erreicht.
Durch das Mitführen des Ausstosstriebwerkes auch während des Fluges des Flugtriebwerkes wird insbesondere die thermale Detektierbarkeit insbesondere der Ausstossvorrichtung reduziert. Der damit an sich einhergehende prinzipielle Nachteil, dass die Flugkörperstruktur auch im Fluge die Masse des eigentlichen Flugtriebwerks und die Masse des Ausstosstriebwerks aufnehmen muss, wird mehr als überkompensiert dadurch, dass in der besonders bevorzugten Ausführungsform die Aussenhülle des Flugkörpers zumindest partiell zugleich die – besonders bevorzugt druckbeaufschlagte – Brennkammer darstellt.
Hinzu kommen die vorgeschilderten Effekte aufgrund der besonderen Ausgestaltung einer Ringbrennkammer für das Ausstosstriebwerk mit im Zentrum desselben geführten Gasleitrohr des Flugtriebwerks.
Ausgestaltung der Treibstoffanordnung und Formstruktur:
In die soeben dargestellte konstruktive Ausgestaltung des Ausstosstriebwerks eingebettet ist die nachfolgend erläuterte Treibstoffanordnung samt Vorrichtung zu ihrer Stabilisierung.
Für die erfinderische Gesamtvorrichtung wesentlich ist die nachfolgend erläuterte Treibstoffanordnung samt ihrer Vorrichtung zu ihrer, d. h. der Treibstoffanordnung, Stabilisierung mittels einer Formstruktur.
Ganz besonders bevorzugt erfolgt dies bei der Zur-Verfügung-Stellung einer solchen Anordnung unter gleichzeitiger Formung von Abströmkanälen.
Die Treibstoffanordnung steht funktional im Zusammenwirken mit einer Formstruktur, die den noch im einzelnen beschriebenen Treibstoff und dessen Struktur aufnimmt. Die Aufnahme erfolgt in der Weise, dass die Treibstoffanordnung, die vorteilhafterweise als Treibstoffband oder Treibstoffplatte ausgestaltet ist, was weiter unten dargestellt werden wird, in ihrer Struktur stabilisiert wird.
Als Stabilisierung im Sinne der vorliegenden Offenbarung wird auch eine Versteifung, Verstärkung, Sicherung, Verankerung angesehen.
Ausgestaltung der Treibstoffanordnung:
Nachfolgend soll zunächst zum Zwecke der Darstellung der besten Ausführungsform auf die Ausgestaltung einer bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnung eingegangen werden. Die Treibstoffanordnung liegt vorzugsweise als Festtreibstoff vor.
Die Struktur des Treibstoffs (nachfolgend auch Treibsatz genannt) wird vorzugsweise durch Einsetzen eines Gewebes verstärkt. Zwischen zwei Treibstoffschichten, ausgestaltet als Treibsatzbänder oder Treibsatzplatten, wird ein Gewebe eingesetzt. Dann werden die beiden Treibsatzbänder bzw. Treibsatzplatten mit dem Gewebe dazwischen miteinander verbunden. Die Anordnung wird zusammenfassend nachfolgend auch als bandförmige bzw. plattenförmige Treibstoffanordnung bezeichnet.
Es ist klar, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung von zwei Treibstoffschichten beschränkt ist. Es können gerwünschtenfalls auch mehr als zwei Treibstoffschichten verwendet werden.
Für den hier gewählten Begriff der Schicht kann auch der Begriff Lage, Belag, Decke, Film, Auflage, Unterlage herangezogen werden.
Während des Abbrandes ist das Gewebe durch die wenigstens beiden dünner werdenden Treibsatzbänder/Treibsatzplatten bis zum Brennschluss geschützt und kann zur Festigkeit der Treibsatzstruktur beitragen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann gerade infolge des eingesetzten Gewebes auf einen Kleber zwischen den wenigstens beiden Treibstoffschichten verzichtet werden.
Unter Gewebe im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere eine textile Fläche verstanden, die beim Webvorgang entsteht, indem zwei Fadensysteme im rechten Winkel zueinander und über- und untereinander verkreuzt werden. Diese Fadensysteme, allgemein als Kette und Schuss bezeichnet, können wiederum jeweils aus mehreren Kett- bzw. Schusssystemen bestehen.
Unter Gewebe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind gleichermaßen Gewirke, Fadengelege, Grids oder andere Flächengebilde definierter Garnlage zu verstehen.
Unter einem Gewebe im Sinne der vorliegenden Erfindung kann aber auch ein Vlies verstanden sein, das etwa durch Schusslegerascheltechnik hergestellt ist.
Ein Gewebe kann auch ein Kette und Schuss aufweisendes Fadensystem sein, ein Gewirk, Fadengelege, Grid oder anderes Flächengebilde definierter Garnlage, bei dem eine nach der chemischen Zusammensetzung des Festtreibstoffs vorbestimmte Maschenweite vorhanden ist. Ein hierdurch entstehendes gitterförmiges Gebilde kann durch ein dünnes Vlies ausgefüllt sein.
Ohne dass damit eine Einschränkung auf eine solche Konstellation verbunden sein soll, wird zu reinen Erläuterungszwecken nachfolgend der Begriff Gewebe auch zusammen mit dem Begriff Gitter verbunden sein.
Das Gewebe bzw. Gitter kann auch aus Metall oder Kunststoff bestehen.
Vorteilhafterweise ist das Gewebe so ausgebildet, dass es auf einem Planum nicht verrutscht. Unter Planum wird insbesondere ein planes Treibsatzband oder eine plane Treibsatzplatte verstanden.
Ein Gitter des Gewebes kann durch Beschichtung mit einem Haftmittel eine halbsteife Konsistenz aufweisen, was sehr lange Gitterstrukturen ermöglicht, die von einer Rolle gleichmäßig abgezogen werden können.
Es können aber auch unbehandelte Gitterstrukturen auf einer Rolle vorhanden sein und auf eine mit einem Haftmittel gleichmäßig angesprühte Fläche abgerollt werden.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Gewebe, das insbesondere eine Gitterstruktur aufweisen kann, soll eine Armierungsfunktion übernehmen.
Vorteilhafterweise soll es plan und faltenfrei aufliegen und auf die Festtreibstoffkomponente aufgebracht werden.
Vorteilhafterweise soll das Gewebe bzw. Gitter so ausgestaltet sein, dass es verrutschfrei ist.
Sind die Maschen des Gewebes bzw. des Gitters durch ein dünnes Vlies ausgefüllt, wird eine erheblich stärkere Haftung des verlegten Gewebes bzw. Gitters auf dem Planum erreicht. Andererseits ist das Vlies vorzugsweise so dünn und deshalb auch so nachgiebig, dass es nicht als Trennschicht zwischen der unter dem Gewebe bzw. Gitter liegenden Schicht des Festtreibstoffs und der oberhalb des Gewebes bzw. Gitters befindlichen Schicht des Festtreibstoffs wirkt. Trotz des Vlieses wird hierdurch eine gute Verzahnung beider Schichten des Festtreibstoffs erreicht.
Die Ausgestaltung des Gewebes bzw. eines Gitters des Gewebes ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung so, dass es als Armierungsgewebe bzw. Armierungsgitter wirkt und eine gute Verzahnung bzw. Verbindung der unten und oben liegenden Schichten des Festtreibstoffs mit dem Gewebe bzw. Gitter und vorteilhafterweise sogar der Schichten mit sich selbst bewirkt.
Die Maschenweite des Gewebes bzw. Gitters ist so ausgestaltet, dass sie die vorbeschriebene Verzahnung bzw. Verbindung der Schichten des Festtreibstoffs mit dem Gewebe bzw. Gitter und vorteilhafterweise mit sich selbst ermöglicht.
Die beiden Schichten des Treibsatzes werden zunächst dünn gewalkt oder gewalzt. Der Festtreibstoff kann ein solcher sein, wie er einleitend beschrieben und im Stand der Technik bekannt ist.
Das hieraus entstehende Treibsatzband bzw. die Treibsatzplatte weisen einen Dicke von 0,5 mm bis 1 cm, vorzugsweise 1 bis 5 mm auf.
Die Konsistenz des Treibstoffes ist vorzugsweise so weich, dass die Armierungsfunktion des Gewebes bzw. Gitters zwischen den beiden Treibstoffschichten ermöglicht wird.
Zu diesem Zweck kann entweder zunächst eine Treibstoffschicht etwa in Form einer Lage oder Bahn in eine entsprechend konfigurierte Aufnahmeform eingebracht werden. Das Material des Festtreibstoffs ist dabei vorteilhafterweise so, dass es nicht gießbar ist, also eine hinreichend feste Konsistenz aufweist.
Diese Schicht des Festtreibstoffes kann vor Einbringen in die Aufnahmeform gewalkt bzw. gewalzt werden; dies kann aber auch in dieser Aufnahmeform geschehen.
Auf diese erste Schicht des gewalkten oder gewalzten Festtreibstoffes wird dann das Gewebe bzw. Gitter aufgelegt.
Die flächenmäßige Ausdehnung des Gewebes bzw. Gitters ist vorteilhafterweise so, dass sie mit der flächenhaften Ausdehnung der ersten Schicht des gewalkten bzw. gewalzten Festtreibstoffes übereinstimmt.
Abweichungen von dieser Übereinstimmung sind jedoch in dem Umfang möglich, indem das mit der Erfindung angestrebte Ziel erreicht wird.
Das Gewebe kann imprägniert sein. Es kann aus Kunstfasern bestehen. Darüber hinaus sind alle geeigneten Materialien möglich. Es kann grob oder engmaschig ausgestaltet sein. Das Gewebe kann auch aus Metall, Aluminium oder Kunststoff bestehen.
Hat das Gewebe oder Gitter durch die Beschichtung oder Imprägnierung etwa mit einem Haftmittel eine halbsteife Konsistenz, so lässt sich dieses besonders leicht auf die Schicht des Festtreibstoffes aufbringen.
Nach dem Aufbringen des Gewebes oder Gitters auf die Festtreibstoffschicht kann gewünschtenfalls ein weiterer Walkvorgang bzw. Walzvorgang stattfinden, dergestalt, dass das Gewebe schon zu diesem Zeitpunkt in die hinreichend weiche Konsistenz des Festreibstoffes jedenfalls teilweise eingedrückt oder eingeprägt wird. Notwendig ist dies aber nicht, da, wie nachfolgend darzustellen sein wird, der Walk- bzw. Walzvorgang stattfinden kann, nachdem die zweite Festtreibstoffschicht auf das bereits verlegte Gewebe bzw. Gitter aufgetragen wird.
Hieraus folgt also, dass die zweite Festtreibstoffschicht ebenfalls in hinreichend weicher Konsistenz und vorzugsweise bereits vorgewalkt und vorgewalzt auf das Gewebe bzw. Gitter verlegt wird.
Anschließend erfolgt dann ein Walkvorgang bzw. Walzvorgang auf der Oberseite der zweiten Festtreibstoffschicht. Hierdurch tritt eine vorzugsweise innige Verbindung der Zwischenlage des Gewebes bzw. Gitters mit der unteren Schicht des Festtreibstoffs und der oberen Schicht des Festtreibstoffs ein.
Ganz besonders bevorzugt ist der Verbund so ausgestaltet, dass die untere und obere Festtreibstoffschicht nicht nur jeweils mit dem Gewebe bzw. Gitter verbunden sind, sondern eine materialmäßige Verbindung zwischen ihnen selbst bewerkstelligt wird. Das Gewebe bzw. Gitter wirkt als Armierungsgewebe bzw. Armierungsgitter.
Ist zwischen den Maschen des Gewebes bzw. Gitters ein Vlies aufgebracht, so können vorzugsweise in regelmäßiger Verteilung Löcher in dieses eingestanzt sein, durch die dann insbesondere die Verbindung der beiden Treibstoffschichten erfolgen kann.
Das Gewebe kann noppenartige Einbuchtungen oder Ausbuchtungen aufweisen, aufgrund derer eine intensive Verbindung der jeweiligen Treibstoffschicht mit dem Gewebe einhergeht, weil hierdurch auch eine Vergrößerung der Kontaktfläche eintritt.
Das Gewebe bzw. Gitter ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass es bei und nach der Weiterbearbeitung, nämlich der Verbindung mit den beiden Treibstoffschichten und/oder etwa einer nachfolgenden Aufwicklung des fertiggestellten Festtreibstoffbandes oder der Festtreibstoffplatte in ausreichendem Maße dehnbar ist. Aufgrund der Dehnbarkeit werden mechanische oder räumliche Belastungen, z. B. Dehnung infolge des Aufwickelns ausgeglichen. Die Dehnbarkeit des Gewebes bzw. Gitters kann beispielsweise dergestalt sein, dass bei einem zunächst rechteckig verlaufenden Fadensystem aus Kette und Schuss dieses nach Aufnahme etwa von Dehnkräften eine Rautenform annimmt.
Durch den Walk- bzw. Walzvorgang erfolgt eine Verbindung der Treibstoffschichten und des Gewebes bzw. Gitters mit Kraft, anders als dies etwa bei einem Vergießen der Fall ist. Hierdurch wird eine schnellere Herstellung ermöglicht. Es ist kein Aushärten notwendig. Die Herstellungskosten sind deutlich geringer.
Durch die Armierung des Gewebes bzw. Gitters werden die mechanischen Belastungen, insbesondere die Zugbelastungen des Treibsatzes vor allem bei höheren Temperaturen während des Abbrands verbessert. Während des Abbrandes ist das Gewebe durch die beiden dünner werdenden Treibsatzbänder bzw. Treibsatzplatten bis zu Brennschluss geschützt. Es trägt zur Festigkeit der Treibsatzstruktur, insbesondere zur Stabilität und Formfestigkeit bei.
Es treten keine Probleme beim Abbrennen auf, da keine Komponenten wie etwa Epoxi-Glasfasermatten verwendet werden müssen.
Durch die Integrierung des Gewebes bzw. Gitters in die beiden Treibstoffschichten entsteht im Ergebnis eine einzige Lage des Festtreibstoffes. Eine Ablösung von zwei Lagen eines Festtreibstoffes, wie dies nach dem Stand der Technik möglich war, ist ausgeschlossen.
Die Formgestaltung des Festtreibstoffs kann so gewählt werden, dass sie bei seiner Weiterbearbeitung, etwa bei einer Aufwicklung auf einen Dorn, nicht verzieht. Die Ausgestaltung kann den Notwendigkeiten der Geometrie der Brennkammer der Rakete angepasst sein. Der Treibsatz ist mithin ebenfalls ringförmig.
So wird der Dorn vernünftigerweise einen Durchmessser aufweisen, der etwa dem Durchmesser des Gasleitrohr entspricht, das durch die Ringbrennkammer des Ausstosstriebwerks verläuft und auf das dann die Treibstoffanordnung samt ihrer Vorichtung zur Stabilisierung geschoben wird.
Formstruktur und Treibstoffanordnung:
Wie bereits erwähnt steht die Treibstoffanordnung funktional im Zusammenwirken mit einer Formstruktur, die den soeben im einzelnen beschriebenen Treibstoff und dessen Struktur aufnimmt.
Bei der Treibstoffanordnung handelt es sich also um eine solche, wie sie zuvor beschrieben wurde.
Als Formstruktur wird eine Matrix verstanden, mit Hilfe derer zum einen eine stabile und sichere Positionierung der Treibstoffanordnung in der Ringbrennkammer und darüberhinaus eine Optimierung der Verbrennung gewährleistet wird.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung können für den Begriff der Formstruktur auch Synonyme wie etwa Formstück, Trägerstruktur verwendet werden.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Treibstoffanordnung samt der Vorrichtung zu ihrer Stabilisierung wird die nach obigen Ausführungen hergestellte Treibstoffanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform, die nachfolgend erläutert wird, auf die Formstruktur aufgelegt oder aufgetragen.
Die Treibstoffanordnung ist auf der Oberseite und/oder Unterseite der Formstruktur angeordnet.
Die Anordnung kann auf beliebige Weise erfolgen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Formstruktur in die noch nicht vollständig ausgehärtete Treibstoffanordnung gedrückt wird. Dies bietet sich insbesondere an, wenn die Formstruktur wellenförmig, wie nachfolgend beschrieben, ausgebildet ist, so dass das Profil der Formstruktur in einen ausreichenden Kontakt mit der Treibstoffanordnung kommt. Es kann auch vorgesehen sein, die Formstruktur in Eckverbindungen, die früheren Fotoecken in Fotoalben in der Form nicht unähnlich sind, und die sich an den Ecken der Treibstoffanordnung befinden, einzuschieben.
Zusammen mit der bandförmigen oder plattenförmigen Treibstoffanordnung wird die Formstruktur vorzugsweise aufgewickelt oder aufgerollt, so dass eine etwa spiral- bzw. schneckenförmige Ausgestaltung entsteht.
Die Treibstoffanordnung kann dabei in dieser Ausführungsform in eine zylinderartige Grundform überführt werden, indem sie beispielsweise, wie dargelegt, auf einen Dorn aufgewickelt wird, der nach dem Aufwickelvorgang wieder entfernt wird. Diese Grundform umfasst dabei auch die Formstruktur.
Die mit der Treibstoffanordnung in Verbindung stehende Formstruktur kann dabei aus einem hinreichend flexiblen Blech bestehen, das in ausreichender Weise flexibel, materialelastisch ist, um eine solche Formumwandlung von einem bandförmigen Material zu einer insbesondere spiral- bzw. schneckenförmigen Ausgestaltung annehmen zu können.
Das Material kann aus Metall, Aluminium oder einem sonstigen geeigneten Werkstoff bestehen.
Die Formstruktur kann insbesondere ein Profil aufweisen.
Das Profil der Formstruktur kann als gewelltes Bauteil, z. B. Blech, ausgestaltet sein. Es kann hierbei bevorzugt als Lochblech ausgebildet sein. Es kann stattdessen oder zusätzlich Noppen, Haken oder sonstige reiberhöhende bzw. rutschhemmende Ausgestaltungen, z. B. durch Aufrankung, Rillen, aufweisen.
Die etwa zylinderartige Grundform entsteht mithin daraus, dass die Formstruktur und die Treibstoffanordnung selbst zylinderartig geformt werden und damit auch die eigenständige Kontur der Treibstoffanordnung samt Vorrichtung zu ihrer Stabilisierung begründen.
Nach der Aufwicklung ist die in ihrer Herstellung geschilderte Treibstoffanordnung im Ergebnis auf der Oberseite und/oder Unterseite der spiral- bzw. schneckenförmig gewickelteten Formstruktur angeordnet. Hierdurch nimmt auch die Treibstoffanordnung eine spiral- bzw. schneckenförmige Grundform an.
Die bandförmige bzw. plattenförmige Treibstoffanordnung und die Formstruktur bilden vorzugsweise eine feste Einheit, die über die gewünschte mechanische Festigkeit verfügt.
Die Anzahl der spiral- bzw. schneckenförmigen Innenwindungen ist dabei in das Belieben des Fachmanns stellbar, an die konkreten Einsatzzwecke und räumlichen Verhältnisse anpassbar.
Zwischen den einzelnen aufgewickelten Windungen bzw. Wicklungen dieser Formstruktur wird abhängig von der Materialbeschaffenheit oder den Einsatzbedingungen oder den räumlichen Verhältnissen ein Zwischenraum gelassen, so dass zwischen den einzelnen Windungen bzw. Wicklungen ein Spalt besteht. Dieser Spalt ist vorzugsweise in seinem Abstand zu den einzelnen Wicklungen bzw. Windungen und über die gesamte Höhe der Formstruktur konstant. Dieser konstante Spalt zwischen den Windungen bzw. Wicklungen der Formstruktur und der bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnung bewirkt entsprechende Abströmkanäle, mithin eine gleichmäßige Gasströmung die für das vorteilhafterweise gleichförmige Abbrandverhalten des Treibstoffs entscheidende Vorteile mit sich bringt.
Eine spiralförmige Grundform kann dabei auch konisch zulaufen.
Wird eine gewellte oder mit Rillen versehene Ausgestaltung der Treibstoffanordnung und des Fomstücks gewählt, so werden hierdurch strukturiere Abströmkanäle geschaffen, die für die effiziente Ableitung der infolge des Abbrands des Treibstoffes in der Ringbrennkammer des Ausstosstriebwerks entstehenden Gase sorgen.
Für diese Formstruktur sind statt oder zusätzlich etwa zu einer gewellten Ausgestaltung auch andere gasdurchlässige oder gasundurchlässige Abstandshalter möglich.
Dies alles kann auch mit einer Außenummantelung versehen sein.
Eine solche Treibstoffanordnung und Formstruktur in spiral- bzw. schneckenförmiger Ausgestaltung bringt eine grosse Anzündfläche bei kompakter Form. Dies wird schon durch eine einzige Windung bzw. Wicklung erreicht; je grösser die Anzahl hiervon ist, um so stärker tritt der Effekt ein. Die Anzahl der Windungen und gegebenenfalls die Materialstärke ermöglichen die Einstellung der Intensität und der Brenndauer.
Die erfindungsgemäße Formstruktur unterstützt gleichzeitig bei höheren Einsatztemperaturen die Formstabilität der aufgewickelten, bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnung.
Dadurch dass die Formstruktur und die bandförmige bzw. plattenförmige Treibstoffanordnung zu einer vorzugsweise festen Einheit verbunden sind, bietet die Gesamtanordnung gute Lagereigenschaften, z. B. die Möglichkeit des Stapelns. Auch das Beladen in die Brennkammer einer Rakete wird vereinfacht. Die Gesamtanordnung braucht zu diesem Zweck nur in die Brennkammer des Triebwerkes eingesetzt, vorzugsweise geschoben zu werden.
Die Formstruktur stellt damit ein Element zur Stabilisierung, insbesondere Formversteifung von Treibstoffanordnungen dar und bewirkt gleichzeitig die Formung von Abströmkanälen.
Der Fachmann erkennt ohne weiteres, dass statt einer Aufwicklung eines solchen vor seiner Umformung bandförmigen Materials auch andere geeignete Formgestaltungen möglich sind.
Möglich ist es insbesondere, eine etwa zylinderförmige Ausgestaltung einer solchen Treibstoffanordnung samt Formstruktur vorzusehen, wobei die Außenwand einen geschlossenen Zylinder bilden kann. In diesen Außenzylinder können dann eine oder mehrere Innenzylinder bestehend aus Formstruktur und Treibstoffanordnung eingesetzt werden, so dass eine mehrteilige Bauweise entsteht, ohne dass diese etwa durch Aufwicklung einer einheitlichen Grundform entstanden ist.
Diese mehrteilige Bauweise kann ebenfalls so ausgestaltet sein, dass die etwa zylinderförmigen Wandungen ihrerseits gewellt sind, lochförmige Ausnehmungen, Noppen, Haken, Abstandshalter und/oder sonstige reiberhöhende oder rutschhemmende Ausgestaltungen, wie dargestellt, aufweisen. Durch die Beabstandung der Bauteile zueinander entstehen ebenfalls Abströmkanäle.
In einer wiederum anderen Ausgestaltung können sie aber auch sternförmig vertikal um einen etwa kreisrunden Innenraum angeordnet sein und dadurch eine zylinderartige Grundform aufweisen.
Statt einer zylinderförmigen Ausgestaltung kann auch eine kegelförmige oder pyramidenförmige Ausgestaltung vorgesehen werden, wobei die kegelförmige Ausgestaltung für eine gleichmäßigere Anzündung besonders geeignet ist.
Statt einer spiral- bzw. schneckenförmigen oder zylinderförmigen, einen oder mehrere Innenzylinder aufweisenden Ausgestaltung kann auch eine andere Formgebung gewählt sein.
Möglich ist, die Formstruktur lediglich als eine Platte vorzusehen, die als Zwischenlage für die bandförmige bzw. plattenförmige Treibstoffanordnung dient. Die Platte der Formstrukturs kann dabei ebenso wellenförmig ausgestaltet sein und/oder lochförmige Ausnehmungen, Noppen, Haken oder sonstige reiberhöhende oder rutschhemmende Ausgestaltungen aufweisen.
Statt einer einzigen derartigen Platte einer derartigen Formstruktur kommen auch mehrere übereinander oder nebeneinander angeordnete Platten in Betracht, die jeweils als Zwischenlage zwischen den bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnungen dienen und dabei vorzugsweise voneinander beabstandet sind. Durch diese Beabstandung entsteht ein bevorzugt konstanter Spalt zwischen den einzelnen bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnungen und den Formstrukturen, wodurch eine gleichmäßige Gasströmung entsteht durch entsprechende Abströmkanäle.
Auch bei dieser plattenförmigen Ausgestaltung der Formstruktur können Abstandshalter zwischen den einzelnen Platten angeordnet sein. Diese Formstrukture können ihrerseits etwa in einem offenen, etwa quaderförmigen oder kubusförmigen offenen Gestell befestigt sein.
Auch andere geometrische Ausgestaltungen sind möglich. Insbesondere kommen polyeder-förmige Konfigurationen für die Formstruktur in Betracht, etwa vorzugsweise in Form von stumpfen Prismen, Pyramiden.
Anordnung der Treibstoffanordnung und Formstruktur in Ringbrennkammer:
Diese Treibstoffanordnung samt ihrer Vorrichtung zur Stabilisierung einer Treibstoffanordnung, insbesondere unter gleichzeitiger Formung von Abströmkanälen, wird innerhalb der Ringbrennkammer angeordnet.
Vorzugsweise ist dabei die Aussenhülle des Ausstosstriebwerks zugleich die äussere Wandung für die Ringbrennkammer.
Die Treibstoffanordnung ist in diesem Ausführungsbeispiel in einer Ausführungsform spiralförmig innerhalb der Ringbrennkammer angeordnet, wobei dort wenigstens zwei Lagen dieser Wicklung mit einer äusseren und mit einer inneren Lage vorhanden sind.
Die innere Lage ist um das axial im Ausstosstriebwerk verlaufende Gasleitrohr angeordnet.
Das Gasleitrohr übernimmt gleichzeitig die Ausgestaltung des inneren Rings der Ringbrennkammer.
Zwischen der Aussenwandung der Ringbrennkammer und der äussersten Lage der Wicklung der Treibstoffanordnung ist ein Luftkanal, der zum gleichmäßigeren Abbrand des Treibstoffes führt.
Zwischen den Lagen der spiralförmigen Anordnung verläuft eine entsprechende Anzahl von Abströmkanälen. Die innenliegende Lage ist benachbart zur Innenwandung der Ringbrennkammer und verläuft parallel zu dieser.
Weiter ist ein Anzünder für die Zündung des Ausstosstriebwerks vorgesehen, der funktional und räumlich dem Treibstoff des Ausstosstriebwerks zugeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel ragt der Anzünder in eine Schürze der Ringbrennkammer, die Stellruder für das Ausstosstriebwerk aufnimmt. Die Schürze ist an einer Stirnseite der Ringbrennkammer angeordnet. Sie kann als besonderes Bauteil an der Ringkammer in geeigneter Weise befestigt sein, z. B. mittels Schweissens. Sie kann aber auch eine Verlängerung der Ringbrennkammer sein.
Stirnseitig der im Beispielsfall spiralförmigen Treibstoffanordnung sind Treibstoffhalter angebracht, die die Treibstoffanordnung in der vorgesehenen Position innerhalb der Ringbrennkammer halten.
Der im Inneren der Ringbrennkammer verlaufende Teil des Gasleitrohrs für das Flugtriebwerk ist in axialer Längsrichtung zur Ringbrennkammer und ist gleichzeitig Bestandteil ihrer Innenwandung.
An die Ringbrenkammer schliesst sich eine nach den jeweiligen Ausgestaltungen des Flugkörpers richtende Anzahl von Düsen an, die die von der Verbrennung des Treibstoffs in der Ringbrennkammer ausgehende Energie in einen Ausstossschub in an sich bekannter Weise umsetzen. Eine Anzahl von sieben Düsen, die analog zur Form der Ringbrennkammer kreisförmig angeordnet sein können, ist für viele Einsatzbereiche gut geeignet.
In der folgenden Beschreibung wird ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
1 den Ausschnitt eines Flugtriebwerks mit Start-Ausstosstriebwerk und zugehörigen Antriebsdüsen.
2 denselben Ausschnitt eines Flugtriebwerks mit Start-Ausstosstriebwerk und zugehörigen Antriebsdüsen mit materialeinheitlicher Ausgestaltung des Air Frame und der Aussenhülle des Flugtriebwerks sowie des Ausstosstriebwerks.
3 eine Draufsicht auf einen derartigen Treibstoff vor seiner Zusammenfügung.
4 eine schaubildliche Ansicht der vor ihrer Schlussbearbeitung aufeinandergelegten Treibstoffschichten und Gewebe bzw. Gitterschicht.
5 eine schneckenförmige bzw. spiralförmige Ausgestaltung der Formstruktur mit innenliegender Ausrichtung im Vergleich der bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnung.
6 eine schneckenförmige bzw. spiralförmige Ausgestaltung der Vorrichtung mit einer Formstruktur, das außenliegend an der bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnung angebracht ist.
7 eine Schnittdarstellung der Stirnseite einer Zylinderform mit darin wechselnd, vertikal angeordneten Formstrukturen und bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnungen in vertikaler Ausrichtung.
8 eine scheiben- und ringförmige, mehrlagige Anordnung von mehreren Formstrukturen, zwischen denen scheiben- und ringförmige Treibstoffanordnungen liegen.
9 eine Anordnung von parallel zueinander laufenden Formstrukturen und bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnungen.
10 die Treibstoffanordnung und samt ihrer Vorrichtung zur Stabilisierung einer Treibstoffanordnung unter gleichzeitiger Formung von Abströmkanälen.
1 zeigt ein Flugtriebwerk 3 eines Flugkörpers 30 mit einer Hülle 11 sowie ein Ausstosstriebwerk 2.
Das Ausstosstriebwerk 2 umfasst eine 360° umlaufende Ringbrennkammer 20.
Weiter sind stirnseitig angeordneten Düsen 7 und 14 dargestellt.
Die Düsen 7 sind dem eine Ringbrennkammer 20 umfassenden Ausstosstriebwerk 2 zugeordnet und werden deshalb auch als Startdüsen bezeichnet.
Die Düse 14 ist dem Gasleitrohr 13 des Flugtriebwerks 3 zugeordnet.
Das Gasleitrohr 13 wird achsial im Wesentlichen mittig zu dem Flugtreibwerk 3 geführt und durchläuft das in dieser Ausführungsform offene Zentrum 26 der Ringbrennkammer 20. Es endet in der Düse 14.
An der von den Düsen 7 abgewandten Stirnseite des Ausschnitts des Flugtriebwerks 3 ist eine Brennkammer 1 dargestellt, in der Treibsatz 10 angeordnet ist. Der Treibsatz 10 enthält einen Brennstoff 12, der nach der Zündung zu einem Antriebsgas 5 verbrennt.
Das Antriebsgas 5 wird einem Gasleitrohr 13 zugeführt, das das Antriebsgas 5 einer Düse 14 zuführt.
Die Brennkammer 1 weist an ihrer von der Düse 14 abgewandten Stirnseite einen Brennkammerboden 15 auf.
An der Stirnseite der Brennkammer 1, die der Düse 14 zugeordnet ist, ist ein Heckboden 16 angeordnet, der trichterförmig in die Hauptleitung 13 übergeht, die als Gasleitrohr ausgebildet ist. Vorzugsweise bildet der Heckboden 16 einen Abschnitt der Hauptleitung 13 aus.
Gegenüber der Hülle 11 des Flugtriebwerks 3 ist der Treibsatz 10 in der Brennkammer 1 durch eine Isolierung 17 von der Hülle 11 des Flugtriebwerks 3 abgegrenzt.
In 1 ist ein Anzünder 18 im Heckboden 16 vorgesehen, über den der Treibsatz 10 in der Brennkammer 1 gezündet wird.
Zwischen dem Heckboden 16 und der Hauptdüse 14 ist ein Verbindungsring 19 angeordnet.
Dem Verbindungsring 19 kommt die Funktion eines Ruder-Stell-Systems zu. Er ist dessen Träger. Der Innenraum 22 bietet dem Ruder-Stell-System Platz.
Zwischen dem Verbindungsring 19 und der Düse 14 ist im Inneren des Flugkörpers 30 ein eine Ringbrennkammer 20 umfassendes Ausstosstriebwerk 2 dargestellt.
Das eine Ringbrennkammer 20 umfassende Ausstosstriebwerk 2 enthält einen Start-Treibsatz 21, der den für die Startphase des Flugtriebwerks 3 erforderlichen Startschub erzeugt. Der Treibsatz 21 enthält einen Brennstoff, der nach der Zündung zu einem Antriebsgas 4 (nicht gezeigt) verbrennt, das der mindestens einen Düse 7 zugeführt wird.
Brennkammerseitig ist der Start-/Treibsatz 21 gegenüber dem Innenraum 22 des Flugtriebwerks 3 durch einen Verschluss 23 abgegrenzt.
Im Verschluss 23 ist der Anzünder 180 zur Zündung des Start-Treibsatzes 21 vorgesehen.
An der von der Brennkammer 1 abgewandten Stirnseite 24 des Start-Treibsatzes 21 ist in 1 eine Filterscheibe 25 vorgesehen.
Die Filterscheibe 25 filtert insbesondere Partikel und Schadstoffe aus dem Verbrennungsgas des Start-Treibsatzes 21 heraus und führt das Antriebsgas 4 für das Ausstosstriebwerk aus dem Start-Treibsatz 21 Start-Düsen 7 zu.
In der Darstellung 1 erstrecken sich die Düse 14 und die Startdüsen 7 innerhalb des Flugtriebwerks 3 achsparallel zueinander.
Der Start-Treibsatz 21 steht mit den Düsen 7 in Verbindung.
In 2 ist die dieselbe Ausgestaltung des Flugkörpers 30 wie in 1 gezeigt, mit dem Unterschied dass die Hülle 11 des Air Frame im Bereich der Hülle der Brennkammer 1 sowie der Rinbrennkammer 20 materialeinheitlich als Hülle 110 ausgestaltet ist, also die Hülle der Brennkammer und die Hülle des Air Frame dasselbe Bauteil bilden.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Hülle 110 im Bereich der Ringbrennkammer nur auf einer Seite des Objekts gezeigt. Die Hülle 11, 110 stellt dabei in ihrer Längsausrichtung zumindest teilweise die druckbeaufschlagte Brennkammer 1 und/oder 20 dar.
Der aus 3 ersichtliche Festtreibstoff weist eine Treibstoffplatte 120 auf. Auf diese Treibstoffplatte 120 wird ein Gewebe bzw. Gitter 130 mit einer vorbestimmten Maschenweite aufgelegt. Hierauf wird dann wiederum eine Treibstoffplatte 140 eines Festtreibstoffes herkömmlicher Konsistenz aufgebracht.
Auf die bereits zu einem Planum verarbeitete Treibstoffplatte 120 wird ein Gewebe bzw. Gitter 130 aufgetragen. Auf dieses wiederum wird anschließend eine ebenfalls zu einem Planum verarbeitete Treibstoffplatte 140 aufgebracht.
Das Gewebe bzw. Gitter 130 weist im Wesentlichen zwei Sätze paralleler Fäden 131 und 132 auf. Die Fäden 131 des Gewebes 130 verlaufen in Kettrichtung bzw. in Längsrichtung des Gitters, während die Fäden 132 quer dazu verlaufen. Die Fäden können lastaufnehmend sein.
Anschließend werden diese Schichten bzw. Lagen mittels Kraft, durch Walken oder Walzen miteinander verbunden.
Die Fäden bestehen etwa aus hochmodulen Polymerisatfasern oder Polykondensatfasern, z. B. Fasern aus Aramid oder Polyvinylalkohol insbesondere in Form von Endlos-Filamenten. Die Fäden können aus zwei oder mehr Faserbündeln zusammengesetzt sein und von Raschelbindefäden (nicht gezeigt) umgeben sein, welche die längs verlaufenden Fäden 1 und auch die quer verlaufenden Fäden 2 mit einem dünnen Vlies (nicht gezeigt) verbinden.
Um einen guten Verbund der vor ihrer Zusammenfügung vorhandenen Treibsatzbänder bzw. Treibsatzplatten zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Fäden 131 und 132 nicht flach sondern rund sind und einen Durchmesser von 0,3 bis 0,8 mm haben.
4 zeigt die Konfiguration des Festtreibstoffes vor ihrem Zusammenfügen aus einer Seitenansicht. Es ist die Treibstoffplatte 11300 erkennbar, auf die das Gewebe bzw. Gitter 130 mit den Fäden 131 und 132 aufgetragen wird. Auf dieses Konstrukt kommt dann die Treibstoffplatte 140.
Die 5 bis 9 zeigen die in den 1 bis 2 erläuterte Ausgestaltung der bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnung 120, 140 im Zusammenhang mit wenigstens einer Formstruktur 60.
5 offenbart dabei eine schneckenförmige bzw. spiralförmige Ausgestaltung der Formstruktur 60, das wellenförmig verläuft und innenliegend zu der inneren Mantelfläche der bandförmig bzw. plattenförmig verlaufenden Treibstoffanordnung 120, 140 verläuft, die ihrerseits schneckenförmig bzw. spiralförmig angeordnet ist.
6 zeigt eine solche schneckenförmige bzw. spiralförmige Ausgestaltung einer Formstruktur 60 mit einer ebenso verlaufenden bandförmigen bzw. plattenförmigen Treibstoffanordnung 120, 140 wie in 3, mit dem Unterschied, dass die Formstruktur 60 an der Außenseite der Mantelumfangsfläche der Treibstoffanordnung 120, 140 verläuft.
7 zeigt mehrere Formstrukturen 60 und mehrere Treibstoffanordnungen 120, 140, die zylinderförmig um einen zentralen Innenraum 70 angeordnet sind und jeweils sternförmig vertikal verlaufen. An die jeweilige Formstruktur 60 schließt sich also eine Treibstoffanordnung 120, 140 an und an diese wiederum dann eine Formstruktur 60 usw.
8 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung dergestalt, dass mehrere Formstrukturen 60 und mehrere Treibstoffanordnungen 120, 140 als aufeinanderliegende Lagen ausgestaltet sind. Die Formstruktur 60 sowie die Treibstoffanordnungen 120, 140 sind dabei scheiben- und ringförmig um einen Innenraum 70 angeordnet. Die Formstrukturringe sowie die Treibstoffringe wechseln einander lagenmäßig ab.
9 zeigt die erfindungsgemäße Ausgestaltung dahingehend, dass alternierend zueinander zwei Formstruktur 60 eine zwischen ihnen liegende innere Treibstoffanordnung 120, 140 begrenzen. An der Außenseite der beiden Formstruktur 60 sind wiederum Treibstoffanordnungen 120, 140 angeordnet. 7 zeigt dieses Ausgestaltung in einer vertikalen Anordnung bzw. in einer Schnittdarstellung von der Stirnseite einer solchen Anordnung aus betrachtet.
Die 5 bis 9 zeigen dabei jeweils die durch die wellenförmige Ausgestaltung der Formstruktur 60 entstehenden Abströmkanäle 80 für das Brenngas.
Die 5 bis 9 zeigen ebenfalls, dass die Formstruktur 60 ein Profil aufweist. In diesen Beispielsfällen ist das Profil 90 wellenförmig.
10 zeigt die Treibstoffanordnung und samt ihrer Vorrichtung zur Stabilisierung einer Treibstoffanordnung unter gleichzeitiger Formung von Abströmkanälen innerhalb der Ringbrennkammer 20. Zu erkennen ist, dass die Aussenhülle 110 des Ausstosstriebwerks zugleich die äussere Wandung 201 für die Ringbrennkammer 20 ist. Die Treibstoffanordnung ist in diesem Ausführungsbeispiel spiralförmig, wobei die Lagen dieser Wicklung mit den Bezugsziffer 150, 151, 152 versehen sind. Diese Bezugsziffern stellen keine ziffernmäßige Begrenzung dar. Zwischen der Aussenwandung der Ringbrennkammer 20 und der äussersten Lage 150 der Wicklung der Treibstoffanordnung ist ein Luftkanal 83 zu erkennen, der zum gleichmäßigeren Abbrand des Treibstoffes führt. Zwischen den Lagen der spiralförmigen Anordnung verläuft eine entsprechende Anzahl von Abströmkanälen 80, 81, 82. Die innenliegende Lage 82 ist benachbart zur Innenwandung 202 der Ringbrennkammer 20 und verläuft parallel zu dieser.
Weiter zeigt 10 den Anzünder 180, der funktional und räumlich dem Treibstoff des Ausstosstriebwerks zugeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ragt der Anzünder 180 in eine Schürze 203 der Ringbrennkammer 20, die die (nicht gezeigten) Stellruder für das Ausstosstriebwerk aufnimmt. Stirnseitig der spiralförmigen Treibstoffanordnung sind Treibstoffhalter angebracht, die die Treibstoffanordnung in der vorgesehenen Position innerhalb der Ringbrennkammer halten.
Das im Inneren der Ringbrennkammer angeordnete Gasleitrohr für das Ausstosstriebwerk hat in 10 die Ziffer 230; es verläuft in axialer Längsrichtung zur Ringbrennkammer und ist gleichzeitig Bestandteil der der Innenwandung 202.
Bezugszeichenliste

1: Brennkammer
2: Ausstosstriebwerk
3: Flugtriebwerk
4: Antriebsgas für Ausstosstriebwerk
5: Antriebsgas für Flugtriebwerk
6: freibleibend
7: Düse der Ringbrennkammer
8: Führungseinrichtung
9: Rohrprofil
10: Treibsatz
11: Hülle
12: Brennstoff
13: Gasleitrohr des Flugtriebwerks
14: Düse der Brennkammer 1 zugeordnet
15: Brennkammerboden
16: Heckboden
17: Isolierung
18: Anzünder
19: Verbindungsring
20: Ringbrennkammer
21: Starttreibsatz
22: Innenraum
23: Verschluss
24: Stirnseite
25: Filterscheibe
26: Zentrum der Ringbrennkammer
30: Flugkörper
60: Formstruktur
70: Innenraum
80: Abströmkanal
81: Abströmkanal
82: Abströmkanal
83: Luftkanal
90: Profil der Formstruktur
110: Hülle
120: Treibstoffplatte, Treibstoffanordnung
130: Gewebe bzw. Gitter
131: Fäden
132: Fäden
140: Treibstoffplatte,
150: Lage der Wicklung der Treibstoffanordnung
151: Lage der Wicklung der Treibstoffanordnung
152: Lage der Wicklung der Treibstoffanordnung
201: äussere Wandung für die Ringbrennkammer 20
202: innere Wandung für die Ringbrennkammer 20

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DD 301649 A7 [0007]
DE 102014115721 [0013]
DE 3534972 [0031]
US 3107573 [0032]
US 3017746 [0033]
US 4013743 [0034, 0037]

Claims

Flugkörper (30) umfassend ein Flugtriebwerk (3), mit wenigstes einer Brennkammer (1) des Flugtriebwerks (3) und mit wenigstens einem Ausstosstriebwerk (2) zur Erzeugung eines Startschubs des Flugtriebwerks (3) in einer Startphase, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstosstriebwerk (2) eine Ringbrennkammer (20) enthält, in die wenigstens ein ringförmiger Treibsatz mit wenigstens einer Formstruktur (60), die mit der wenigstens einen Treibstoffanordnung (120, 140) eine Einheit bildet, anordenbar ist.
Flugkörper (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Treibsatz wenigstens einen Abströmkanal (80, 81, 82) aufweist.
Flugkörper (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Formstruktur (60) und die wenigstens eine Treibstoffanordnung (120, 140) spiralförmig oder schneckenförmig ausgestaltet sind.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Formstruktur (60) ein Profil (90) aufweist.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (90) wellenförmig ist.
Flugkörper (30) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass in der Ringbrennkammer (20) ein Treibsatz, aufweisend eine Mehrzahl von Formstrukturen (60) und eine Mehrzahl von Treibstoffanordnungen (120, 140), sternförmig um einen Innenraum (70) anordenbar ist.
Flugkörper (30) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Ringbrennkammer (20) eine Mehrzahl von Formstrukturen (60) und eine Mehrzahl von Treibstoffanordnungen (120, 140) enthält, die ringförmig als Lagen ausgestaltet sind.
Flugkörper (30) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Ringbrennkammer (20) eine Mehrzahl von Formstrukturen (60) und eine Mehrzahl von Treibstoffanordnungen (120, 140) enthält, die als Lagen zueinander angeordnet sind.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Treibstoffanordnung (120, 140) durch ein Gewebe (130) verstärkt ist.
Flugkörper (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe (130) die Form eines Gitters aufweist.
Flugkörper (30) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter im Wesentlichen aus zwei Sätzen paralleler Fäden (131, 132) besteht, wobei sich ein Satz Fäden (131) in Längsrichtung des Gitters und der andere Satz Fäden (132) quer zur Längsrichtung des Gitters erstreckt und die Fäden aus Chemiefasern, wie Polymerisatfasern oder Polykondensatfasern, bestehen.
Flugkörper (30) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fäden des Gitters ein dünnes Vlies angeordnet ist, wobei das Vlies zur Erzielung einer Verbindung der unter ihm und über ihm liegenden Festtreibstoff (120, 140) Öffnungen aufweist und so dünn ist, dass es nicht als Trennschicht zu der unter ihm und über ihm liegenden Treibstoffschicht wirkt.
Flugkörper (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe (130) mit dem unter ihm angeordneten Festtreibstoff (120, 140) und dem über ihm angeordneten Festtreibstoff (140, 120) eine Verbindung bewirkt.
Flugkörper (30) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Festtreibstoff so ausgestaltet ist, dass nach seinem Walken oder Walzen der Festtreibstoff (120, 140) das Gewebe (130) sowie der Festtreibstoff (140, 120) miteinander verbunden sind.
Flugkörper (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass die Ringbrennkammer (20) 360° umlaufend ist.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstosstriebwerk (2) während des Fluges mit dem Flugtriebwerk (3) verbunden ist.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch das Zentrum (26) der Ringbrennkammer (20) das Gasleitrohr (13) der Brennkammer (1) läuft.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Gasleitrohr (13) im Wesentlichen mittig im Inneren und parallel zur Längsachse des Flugkörpers (30) angeordnet ist.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstosstriebwerk (2) wenigstens einen Treibsatz (21) aufweist.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Flugtriebwerk (3) wenigstens einen Treibsatz (10, 12) aufweist.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das im Ausstosstriebwerk (2) erzeugte Antriebsgas (4) wenigstens einer Düse (7) zuführbar ist.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (11, 110) des Flugtriebwerks (3) Teil der Brennkammer (1) ist.
Flugkörper (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (11, 110) des Ausstosstriebwerks (2) Teil der Ringbrennkammer (20) ist.
Verfahren zur Herstellung eines Treibsatzes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Formstruktur (60) zusammen mit der wenigstens einen Treibstoffanordnung (120, 140) spiralförmig aufgewickelt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Treibsatzes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Festtreibstoffplatten oder Festtreibstoffbänder (120, 140) ein Gewebe (130) eingesetzt wird.
Verwendung eines Treibsatzes nach einer oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass er als Antrieb in einer Ringbrennkammer eines Ausstosstriebwerks eines Raketenmotors eingesetzt wird.