DE1122380B

DE1122380B - Flugkoerper mit Rueckstosstriebwerk

Info

Publication number: DE1122380B
Application number: DEB57516A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Hans-Georg Knoche
Original assignee: Boelkow Entwicklungen KG
Current assignee: Boelkow Entwicklungen KG
Priority date: 1960-04-16
Filing date: 1960-04-16
Publication date: 1962-01-18
Also published as: GB927675A; DE1122380C2

Description

Flugkörper mit Rückstoßtriebwerk Bei schnell fliegenden Flugkörpern, insbesondere Überschallflugkörpern, ist der Widerstand, der durch die Verdünnung der Luft hinter dem Flugkörper entsteht, ein sehr wesentlicher Bestandteil des gesamten Luftwiderstandes, und zwar ist sein Anteil um so größer, je mehr das Flugkörperheck von der für den geringsten Heckwiderstand erforderlichen Form abweicht. Besonders störend sind die hinten offenen Düsen von Start- und Beschleunigungstriebwerken, welche während des Fluges ausbrennen und dann lediglich als Widerstandskörper wirken.
Es ist daher üblich, derartige Triebwerke, die meist als Feststofftriebwerke ausgebildet sind, außerhalb des Flugzeugkörperrumpfes anzubringen und nach Brennschluß abzuwerfen. Eine derartige Befestigung im Luftstrom stellt aber an sich einen so erheblichen Widerstand dar, daß dadurch das Überschreiten der Schallgeschwindigkeit erschwert, häufig sogar unmöglich gemacht wird. Die Unterbringung aller Triebwerke im Rumpf ist daher zum Erreichen hoher Geschwindigkeit zweckmäßig. Die Erfindung hat die Aufgabe, für fest im Rumpf angeordnete Triebwerke den Luftwiderstand zu verringern.
Die Erfindung besteht darin, daß von einem Flugkörper mit Rückstoßtriebwerk der hintere Teil zumindest einer Schubdüse von den übrigen Teilen des zugehörigen Triebwerks ablösbar ist. Die Trennstelle befindet sich im oder kurz vor dem engsten Querschnitt der Düse, so daß der gesamte Effusor abgelöst und der Düsenendquerschnitt auf das Maß des engsten Querschnitts reduziert wird. Auf diese Weise läßt sich eine günstige Heckform, z. B. eine zur Spitze auslaufende Kegelform erreichen.
Die Erfindung ist auf aerodynamische wie auf ballistische Flugkörper anwendbar. Die durch das Abwerfen der Düse bedingte Schwerpunktverschiebung wird bei aerodynamisch gesteuerten Flugkörpern durch die Steuerung ausgeglichen. Bei ballistischen Flugkörpern hat die Schwerpunktverschiebung einen stabilisierenden Einfluß.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Abtrennen des hinteren Düsenteiles automatisch nach dem Brennschluß des zugehörigen Triebwerks. Dies wird auf sehr einfache Weise dadurch erreicht, daß die beiden Düsenhälften , lose ineinandergesteckt sind und lediglich durch den Schub des Triebwerks zusammengehalten werden. Die Trennung geschieht durch die nach Ausbrennen des Triebwerks verstärkt auftretenden Luftkräfte.
Zur besseren Verbindung kann die Trennstelle zu- ; nächst durch Schweißung oder Lötung verbunden sein, wobei diese Verbindung jedoch unter dem Einfluß der heißen ausströmenden Gase schmilzt und nach Ausbrennen des Triebwerks den auftretenden Luftkräften nachgibt, so daß das hintere Düsenteil abgelöst wird. Die gleiche Wirkung kann durch schwache Sperrglieder bzw. Verriegelungsstifte oder Klammern erreicht werden, welche ebenfalls den nach Brennschluß verstärkt auftretenden Luftkräften nachgeben.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, den Düsenkörper aus einem Stück zu fertigen und an der beabsichtigten Trennstelle eine Schwächung, beispielsweise in Form einer ringförmig um die Düse verlaufenden Kerbe anzubringen. Ein Ablösen des Düsenendes ist im kalten Zustand auch bei robuster Behandlung nicht möglich. Nach dem Brennschluß des Triebwerks jedoch ist das Düsenmaterial infolge starker Erhitzung geschwächt worden, so daß durch die plötzlich auftretende Änderung der Kraftverteilung am Düsenende die Trennung der Düsenteile an der vorgesehenen Stelle eintritt. Eine weitere Möglichkeit, den hinteren Düsenteil abzutrennen, ist dadurch gegeben, daß mittels einer ringförmig um die Düse gelegten Sprengladung dieser Teil abgesprengt wird.
Zum vollständigen Verschließen der nach Ablösen des hinteren Düsenteiles verbleibenden Düsenöffnungen können schalenförmige Abdeckbleche vorgesehen sein, welche sich nach der Ablösung des Düsenteiles zu einem Kegel zusammenlegen, so daß eine für die Strömung günstige Form erreicht wird. Diese Abdeckbleche sind zweckmäßigerweise unter einer Vorspannung gehalten, so daß das Zusammenlegen zum Kegel durch innere Kräfte in den Blechen automatisch erfolgt. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wie folgt beschrieben. Es zeigen Fig. 1 bis 3 Düsen mit aufgesteckten Diffusoren, Fig. 4 eine Düse mit einer ringförmigen Ladung an der Trennstelle, Fig. 5 eine Düse mit Abdeckblechen, Fig. 6 das Mittelstück eines Flugkörpers mit mehreren lösbaren Düsen.
Die in Fig. 1 gezeigte Schubdüse besteht aus dem sich verengenden Teil 12, der mit der Brennkammer 11 aus einem Stück besteht. Der sich erweiternde Teil 13 der Düse ist mit dem Teil 12 an der Stelle 14 verbunden. Die Passung 15 an der Verbindungsstelle garantiert eine ausreichende Zentrierung. Der Teil 13 der Düse ist an der Stelle 14 nur lose auf den Teil 12 aufgesteckt und wird während des Fluges durch die auf die Innenseite dieses Teiles 13 wirkenden Schubkräfte gegen den Teil 12 gedrückt und damit festgehalten. Bei Brennschluß des Triebwerks 11 verschwinden diese Schubkräfte. Gleichzeitig tritt zu den Druck- und Reibungskräften der vorbeistreichenden Strömung, welche auf den sich erweiternden Düsenteil 13 wirken, der Bodenwiderstand hinzu. Dadurch wird der Düsenteil 13 augenblicklich nach hinten abgezogen, so daß das Heck des Flugkörpers allein durch den sich verjüngenden Teil 12 der Düse gebildet wird. Damit ist die Wirbelbildung sowohl bei Überschall- als auch bei Unterschallgeschwindigkeit wesentlich geringer als mit dem sich erweiternden Düsenteil 13, dessen Endquerschnitt größer als der des übrigen Flugkörpers ist.
Ein bei dieser Ausführung unter Umständen mögliches Verklemmen infolge Wärmedehnungen wird bei der Ausführung nach Fig. 2 vermieden. Die beiden Düsenteile 21 und 22 liegen an der Stelle 25 aneinander an. Die Zentrierung wird durch die hohlzylindrischen Ansätze 23 und 24 an den Düsenteilen 21 und 22 erreicht. Diese Ansätze 23 und 24 sind mit einer engen Gleitpassung ineinandergeschoben. Ihr Durchmesser ist so groß, daß sie der direkten Wärmebeeinflussung durch die Verbrennungsgase in der Düse 21, 22 und Brennkammer 20 entzogen sind.
Bei Fig. 3 ist der sich erweiternde Teil 28 mit dem sich verjüngenden Teil 27 der Schubdüse durch die konische Passung 29 verbunden und durch einzelne punktförmige Schweiß- oder Lötstellen 30 gesichert. Diese Schweißstellen sind so schwach, daß nach dem Ausbrennen des Triebwerks der divergierende Teil 28 der Düse von dem konischen Teil 27 abgezogen wird, wobei an den Schweißstellen 30 das Material zerreißt.
Eine Ausführungsform, bei der das Abtrennen des hinteren Düsenteiles gesteuert durch die Erhitzung der Brennkammer 36 erfolgt, ist in Fig. 4 gezeigt. Die beiden Düsenteile 37 und 38 bestehen aus einem Stück. An der engsten Stelle der Düse ist eine ringförmige Kerbe in der Düsenwand. In dieser liegt eine Sprengladung 39, welche die Düse ringförmig umgibt. Die Zündung der Sprengladung erfolgt durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Zündschnur, welche vom brennenden Triebwerk entzündet wird, so daß die Trennung der Düse genau mit dem Brennschluß des Triebwerks zusammenfällt oder mit einer vorher festgesetzten Verzögerung erfolgt.
In Fig. 5 ist eine trennbare zentrale Schubdüse gezeigt, welche aus dem vorderen Teil 41 und dem hinteren Teil 42 besteht. Zur Erzeugung einer günstigen Stromform nach Abtrennen des hinteren Teiles 42 sind um den Düsenteil 41 herum elastische Bleche 44 angeordnet, welche sich in der entspannten Stellung zu einem Kegelmantel zusammenlegen. Diese elastischen Bleche 44 sind jedoch zunächst so auseinandergebogen, daß der Effusortei142 der Düse zwischen ihren Spitzen Platz hat. Nach dem Abwerfen der Düse, was nach einer der vorher beschriebenen Methoden erfolgen kann, springen die elastischen Bleche 44 in die alte Lage zurück und bilden miteinander ein kegelförmiges Flugkörperheck. Durch Wahl der Länge dieser Bleche läßt sich die für geringsten Luftwiderstand erforderliche Heckform erreichen.
Fig. 6 zeigt einen Flugkörper, bei dem ein Triebwerk oder mehrere Triebwerke 51 mit daran befestigten Düsen 52 vorgesehen sind. Diese sind so angeordnet, daß ihre Wirkungslinien zumindest nahezu durch den Schwerpunkt des Flugkörpers laufen. Die in Kerben um die Düsen 52 liegenden ringförmigen Trennladungen 53 haben die gleiche Wirkung wie die in Fig. 4 dargestellte Sprengladung 39. Die Zündschnüre 54 sind zu ihrer Entzündung an einer gemeinsamen Stelle eines Triebwerks angeschlossen, von wo alle Trennladungen 53 zur gleichen Zeit zur Entzündung gebracht werden. Auf diese Weise wird eine gleichzeitige Abtrennung aller Düsenteile 52 erreicht und damit bahnabweichende Momente auf den Flugkörper vermieden. Nach Abtrennung der äußeren Düsenteile 52 ist an der Stelle der Düsen kein aus der Flugkörperhülle vorstehendes Teil mehr vorhanden und damit eine wesentliche Widerstandsverringerung erreicht.
Die für die Düsen 52 vorgesehenen Löcher 55 in der Flugkörperhülle 56 werden durch entsprechend vorgespannte elastische Bleche 57, die genau in die Löcher 55 hineinpassen, abgedeckt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Flugkörper mit Rückstoßtriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Düsenteil (13, 22, 28, 38, 42, 52) zumindest einer Schubdüse von den übrigen Teilen des zugehörigen Triebwerks während des Fluges lösbar ist.
2. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstelle am engsten Querschnitt oder kurz davor liegt.
3. Flugkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablösung des hinteren Düsenteiles nach Ausbrennen des Triebwerks automatisch erfolgt.
4. Flugkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der abwerfbare Düsenteil (13, 22) lose mit dem festen Düsenteil (12, 37) zusammengesteckt ist und durch die Schubkraft der ausströmenden Gase angedrückt wird.
5. Flugkörper nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mechanische Sperrglieder, welche den lösbaren Düsenteil zunächst festhalten, nach Ausbrennen des Triebwerks aber den verstärkt angreifenden Luftkräften nachgeben.
6. Flugkörper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lose zusammengesteckten Düsenteile (27, 28) durch einzelne schwache Schweiß- oder Lötstellen (30) zusammengehalten werden. 7.
Flugkörper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Düsenteil (38) mittels Sprengladung abgetrennt wird. B.
Flugkörper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (37, 38) einteilig ist und an der Trennstelle (39) eine ringförmige Schwächung, z. B. eine Kerbe, besitzt.
9. Flugkörper nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch Klappen (44, 57), die nach Abwerfen des hinteren Düsenteiles (42, 52) die verbleibende Öffnung verschließen.
10. Flugkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckklappen vorgespannte dreieckige Blechstreifen (44) sind, welche sich infolge Eigenspannung zu einem spitzen Kegel zusammenlegen.
11. Flugkörper mit mindestens einem seitlich ausblasenden Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenteil (52), der aus der Außenwand herausragt, ablösbar ist.
12. Flugkörper nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel, die eine gleichzeitige Abtrennung symmetrisch zueinander angeordneter Düseneffusoren bewirken.
13. Flugkörper nach Anspruch 7 und 12, gekennzeichnet durch Trennladungen (53) an den einzelnen Düsen (52), welche gemeinsam gezündet werden.