DE1140028B

DE1140028B - Solid rocket propellant

Info

Publication number: DE1140028B
Application number: DER26727A
Authority: DE
Inventors: Hermann Renner; Ernst Genter; Dipl-Ing Karl Otto Wehlow
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1959-11-13
Filing date: 1959-11-13
Publication date: 1962-11-22

Description

Feststoffraketentreibsatz Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoffraketentreibsatz mit zur Brennkammerschubdüse hin abnehmender Oberfläche und mit einem zunehmend freien Strömungsquerschnitt.Solid rocket propellant The invention relates to a solid rocket propellant with decreasing surface towards the combustion chamber thrust nozzle and with one increasing free flow cross-section.

Bei Treibsätzen für Feststoffraketen bestehlt allgemein die Forderung, daß sie eine genügend große Pulverfläche zur Erreichung des gewünschten Betriebsdruckes gemäß der Klemmungsdruckkurve aufweisen. Dieser Forderung nach einer großen Treibladungsdichte steht die andere nach einem möglichst großen freien Brennkammerquerschnitt zum Abströmen der Pulvergase entgegen.In the case of propellants for solid rockets, there is a general requirement that that they have a sufficiently large powder surface to achieve the desired operating pressure have according to the clamping pressure curve. This requirement for a high propellant charge density the other stands for the largest possible free combustion chamber cross-section to flow away against the powder gases.

Bedingt durch eine große Treibladungsdichte ergibt sich ein relativ großes Klemmungsverhältnis von Innenklemmung qi zur Düsenklemmung qD, was. zu ungünstigen Druck- und Schubdiagrammen führt. Die beste Lösung für einen Treibsatzaufbau besteht in einem niedrigen Klemmungsverhältnis trotz großer Treibladungsladedichte.Due to a high propellant charge density, there is a relative large clamping ratio of internal clamping qi to nozzle clamping qD, what. too unfavorable Leads pressure and thrust diagrams. The best solution for a propellant structure is in a low clamping ratio despite a high propellant charge density.

Bei einer bekannten Feststoffrakete ist zu diesem Zweck der Treibsatz zur Brennkammerdüse hin mit einer abnehmenden Oberfläche in gleich langen Brennkammerabschnitten versehen, wodurch ein möglichst großer Strömungsquerschnitt für die abziehenden Pulvergase frei wird. Die einzelnen Brennkammerabschnitte dieses Treibsatzes bestehen aus Röhren gleicher Abmessung, deren Anzahl jedoch abschnittsweise in Richtung der Brennkammerdüse abnimmt.In a known solid rocket, the propellant is used for this purpose towards the combustion chamber nozzle with a decreasing surface in combustion chamber sections of equal length provided, whereby the largest possible flow cross-section for the withdrawing Powder gases is released. The individual combustion chamber sections of this propellant charge exist from tubes of the same dimensions, but the number of them in sections in the direction of the Combustion chamber nozzle decreases.

Es ist leicht einzusehen, daß die von Abschnitt zu Abschnitt sich ändernde Dichte eines Rohrbündels fertigungs- und montagemäßig erhebliche Schwierigkeiten und zusätzliche Unkosten verursacht, die z. B. darin bestehen können, daß die als Träger eines Rohrbündels vorgesehenen Abstandhalter für jeden Abschnitt andere Lochabstände aufweisen müssen.It is easy to see that this varies from section to section changing density of a tube bundle in terms of manufacturing and assembly considerable difficulties and causes additional expenses, e.g. B. can be that the as Support of a tube bundle provided spacers for each section different hole spacings must have.

Dagegen sind bereits Raketentreibsätze bekanntgeworden, die aus zu einem Wickel geformten Pulverfolien bestehen. Diese Fohenwickel weisen eine gleichbleibende Folienbreite und -länge auf und sind so bemessen, daß sie den für einen Treibmittelsatz vorgesehenen Raum in der Rakete ausfüllen. Da die Folienwickel auch mit einem gleichbleibenden Windungsabstand versehen sind, wobei gegebenenfalls die Folie auf eine Trägerschicht kaschiert ist, ergeben sich hierbei fertigungstechnisch zwar erhebliche Vorteile gegenüber einem Rohrbündel, die jedoch die Nachteile nicht aufzuwiegen vermögen, die darin bestehen, daß bei dem aus einem derartigen Wickel hergestellten Treibsatz mit einer großen Treibladungsladedichte sich ein relativ großes Klemmungsverhältnis ergibt, das die Betriebsverhältnisse in der Rakete ungünstig beeinflußt.On the other hand, rocket propellants have already become known, which from to consist of a roll formed powder foils. These Fohenwickel have a constant Foil width and length and are dimensioned so that they are suitable for a propellant set fill in the space provided in the rocket. Since the foil wrap also with a constant Winding spacing are provided, where appropriate the film on a carrier layer is laminated, there are considerable advantages in terms of production technology compared to a tube bundle, which, however, cannot outweigh the disadvantages, which consist in the fact that the propellant charge produced from such a winding with a large propellant charge density, there is a relatively large clamping ratio results, which has an adverse effect on the operating conditions in the rocket.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bekannten Treibsätzen anhaftenden Nachteile durch die Schaffung eines solchen Treibsatzaufbaues zu beseitigen, in dem sich ein niedriges Klemmungsverhältnis mit einer großen Treibladungsladedichte vereinigt. Ferner soll der Treibsatz mit einem möglichst geringen materiellen Aufwand laboriert werden können.The invention is based on the object of the known propellant charges to eliminate inherent disadvantages by creating such a propellant charge structure, in which there is a low clamping ratio with a high propellant charge density united. Furthermore, the propellant should be made with the least possible material expenditure can be labored.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Raketentreibsatz mit zur Brennkammerschubdüse hin abnehmbarer Oberfläche und mit einem zunehmend freien Strömungsquerschnitt gelöst, wobei der Treibsatz in an sich bekannter Weise aus einem oder mehreren Wickeln aus Pulverfolien besteht. Damit wird die kleinstmögliche Innenklemmung über der Brennkammerlänge und das kleinstmögliche Klemmungsverhältnis für sonst hinsichtlich der Oberfläche und des Gewichtes gleiche Treibsätze erreicht.According to the invention, the object is achieved with a rocket propellant to the combustion chamber thrust nozzle detachable surface and with an increasingly free surface Dissolved flow cross-section, the propellant charge in a known manner consists of one or more wraps of powder foils. This is the smallest possible Internal clamping over the length of the combustion chamber and the smallest possible clamping ratio for otherwise identical propellants in terms of surface and weight.

Der Treibsatz soll in der Rakete so angeordnet sein, daß sich in der Brennkammer eine weitgehend umlenkfreie Axialströmung einstellt. Das wird durch in. der Strömungsrichtung angeordnete Pulverfolien erreicht, die als Wickel geformt sind.The propellant should be arranged in the rocket so that in the Combustion chamber sets a largely deflection-free axial flow. That will go through In. Arranged in the flow direction powder films reached, which are shaped as a roll are.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung an Hand der in den Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiele hervor.Further advantages and features of the invention emerge from the description on the basis of the exemplary embodiments explained in the drawings.

In der Zeichnung sind schematisch in den Fig. 1 bis 6 im Längs- und Querschnitt verschiedene Treibsatzaufbauten wiedergegeben, während die Fig. 7 bis 10 die Abwicklung der zur Herstellung der Treibsatzwickel dienenden verschiedenartigen Pulverfolienformen zeigen.In the drawing are schematically shown in FIGS. 1 to 6 in the longitudinal and Cross-section of various propellant structures shown, while FIGS. 7 to 10 the handling of the various types used for the production of the propellant packets Show powder foil shapes.

Gemäß Fig. 1 und 2 besteht die Ladung aus einzelnen Wickeln 1 bis 4, die aus Pulverfolien 5 bis 8 gewickelt sind, deren Form sich aus Fig. 7 ergibt.According to FIGS. 1 and 2, the load consists of individual coils 1 to 4, which are wound from powder foils 5 to 8, the shape of which is shown in FIG.

Die Wickel t bis 4 sind unterschiedlich lose bzw. straff gewickelt derart, daß sich der Querschnitt der Zwischenräume zwischen den einzelnen Windungen nach der Düse 9 der Brennkammer 10 zu vergrößert. Dadurch nimmt der freie Strömungsquerschnitt in der Brennkammer 10 zur Düse 9 hin zu. Die Abstufung der Länge der einzelnen Folien 5 bis 8, aus denen die Wickel 4 bis 1 bestehen, zueinander ist so, daß am Ende jedes Einzelwickels in Strömungsrichtung gesehen die gleiche Innenklemmung vorhanden ist.The laps t to 4 are loosely or tautly wound to different degrees such that the cross section of the spaces between the individual turns after the nozzle 9 of the combustion chamber 10 is enlarged. This increases the free flow cross-section in the combustion chamber 10 towards the nozzle 9. The gradation of the length of the individual slides 5 to 8, from which the winding 4 to 1 consist, to each other is such that at the end of each Single winding, seen in the direction of flow, the same internal clamping is present.

Im Beispiel haben die Wickel l bis 4 den gleichen Außendurchmesser, und es vergrößert sich demzufolge ihr Windungsabstand nach der Düse 9 zu, d. h., daß der Wickel 4, der aus der Folie 5 besteht, einen geringeren Windungsabstand hat als der Wickel 3, der aus der Folie 6 gewickelt ist und dieser wiederum einen kleineren Windungsabstand aufweist als der aus der Folie 7 gewickelte Wickel 2, dessen Windungsabstand wiederum kleiner ist als derjenige des aus der Folie 8 gebildeten Wickels 1.In the example, the coils 1 to 4 have the same outside diameter, and it consequently increases their winding distance towards the nozzle 9, i. H., that the winding 4, which consists of the film 5, has a smaller winding spacing has than the winding 3, which is wound from the film 6 and this in turn one has a smaller winding spacing than the winding 2 wound from the film 7, the winding spacing of which is in turn smaller than that formed from the film 8 Wraps 1.

Abweichend hiervon kann auch die Verringerung des Strömungswiderstandes durch Veränderung des Außen- oder Innendurchmessers der Wickel geschehen, wenn der Windungsabstand konstant gehalten werden soll.The reduction in flow resistance can also deviate from this done by changing the outside or inside diameter of the winding when the Winding distance should be kept constant.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4 findet ein sogenannter Schrägwickel Verwendung, der aus einer Pulverfolie gewickelt ist, deren Form aus Fig. 8 ersichtlich ist. Dieser Zuschnitt ist so gehalten, daß sich der freie Strömungsquerschnitt in der Brennkammer 10 zur Düse 9 hin vergrößert, so daß qi =konstant bleibt.In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, there is a so-called diagonal winding Use which is wound from a powder film, the shape of which can be seen in FIG is. This blank is held so that the free flow cross-section in the combustion chamber 10 is enlarged towards the nozzle 9, so that qi = remains constant.

Um zwischen den einzelnen Windungen eine gleichbleibende Innenklemmung zu erhalten, kann die Schrägkante 11 des Wickels mit einigen vorzugsweise keilförmigen Einschnitten 11' versehen werden, die in Fig. 8 gestrichelt angedeutet sind. Dadurch wird erreicht, daß sich bei genügend elastischem Pulver die Lagen gemäß der Druckverteilung in den Spaltquerschnitten einstellen können.To ensure constant internal clamping between the individual turns To obtain, the sloping edge 11 of the roll with some, preferably wedge-shaped Incisions 11 'are provided, which are indicated by dashed lines in FIG. Through this it is achieved that if the powder is sufficiently elastic, the layers move according to the pressure distribution can adjust in the gap cross-sections.

In den Fig. 5 und 6 ist eine Ausführung wiedergegeben, die aus mehreren Schrägwickeln besteht. Die grundsätzliche Folienform dieser Ausführung ist die gleiche wie in Fig. B. Es werden nur zwei oder mehr Schrägfolien entsprechender Abmessungen mit Abstand ineinandergerollt, wobei sich jeweils eine kurze und eine lange Kante gegenüberliegen. In Fig. 9 ist die gegenseitige Lage zweier abgewickelter Folien dargestellt.In FIGS. 5 and 6, an embodiment is shown which consists of several There is diagonal winding. The basic film shape of this design is the same as in Fig. B. There are only two or more inclined foils of corresponding dimensions rolled into one another at a distance, with one short and one long edge opposite. In Fig. 9 is the mutual position of two unwound foils shown.

Zur Herstellung der Wickel kann auch eine Folienform gemäß Fig. 10 Verwendung finden. Diese Folie hat eine rechteckige Grundform, die mit einer Anzahl von Ausschnitten 12 versehen ist, welche kurvenförmige Kanten haben. Die Breite der Ausschnitte 12 wird so gewählt, daß die Innenklemmung des Ladungsaufbaues über die Ausschnittiefe konstant bleibt.A film form according to FIG. 10 can also be used to produce the winding Find use. This film has a rectangular basic shape with a number is provided by cutouts 12 which have curved edges. The width the cutouts 12 is chosen so that the internal clamping of the charge structure over the depth of the cutout remains constant.

Bei allen Ausführungen kann erfindungsgemäß der Druckabfall infolge von Wirbel-, Reibungs- und Wärmeverlusten durch stufenweise oder bei entsprechender Fertigung durch kontinuierliche Änderung der Pulverfolienstärke berücksichtigt bzw. durch Vergrößerung des Strömungsquerschnittes (qt Düsenseite < q1 Deckelseite) ausgeglichen werden.In all versions, according to the invention, the pressure drop due to vortex, friction and heat losses can be taken into account or compensated for by increasing the flow cross-section (qt nozzle side < q1 cover side) through gradual or with appropriate production through continuous change in the powder film thickness.

Die Stirn- und Randseite sowie die Einschnitte der Treibsätze können in der üblichen Weise abgedeckt werden. Die Halterung der Ladung kann durch einen Zentralstab, durch verzahnte Kreuze aus Metall, Kunststoff oder Pulver hoher Festigkeit oder durch Kombination dieser Mittel erfolgen. Zur Abstandshaltung der Ladungseinzelteile können beispielsweise schmale Stege aus Pulver, Kunststoff, Celluloid u. dgl. an der Stirnseite der Ladungen befestigt, z. B. angeklebt sein. Die Abstandshaltung in der Querrichtung kann ebenfalls durch entsprechende Stäbchen erfolgen. Ebenso können genoppte Pulver mit unterschiedlichen Noppenhöhen verwendet werden.The front and edge side as well as the incisions of the propellant charges can covered in the usual way. The load can be held by a Central rod, through toothed crosses made of metal, plastic or powder of high strength or by combining these means. To keep the individual cargo parts apart For example, narrow webs made of powder, plastic, celluloid and the like can be used attached to the front of the cargo, e.g. B. be glued. The keeping of distance in the transverse direction can also be done using appropriate sticks. as well knobbed powders with different knob heights can be used.

Die Erfindung ist sowohl bei Kurzbrennraketen mit dünnen Pulverfolienstärken als auch bei Langbrennraketen mit Pulverkörpern großer Wandstärken verwendbar.The invention applies to both short-range missiles with thin powder film thicknesses as well as for long-fire rockets with powder bodies of large wall thicknesses.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Solid rocket propellant with the combustion chamber nozzle decreasing surface and with an increasingly free flow cross-section, characterized in that the propellant charge in a known manner from one or consists of several wraps of powder foils.

2. Solid rocket propellant according to claim 1, characterized in that the propellant charge consists of several, in the direction of the combustion chamber nozzle consecutive wraps (1 to 4) made of powder foils (5 to 8) of different types Foil length.

3. Solid rocket propellant according to claim 1, characterized in that that the propellant from a roll of powder foil with several layers of different Foil length and / or foil width exists.

4. Solid rocket propellant according to claim 1, characterized in that the propellant consists of a powder film roll, which is designed so that it is continuous in the direction of the combustion chamber nozzle has decreasing surface.

5. solid rocket propellant according to claim 1 and 4, characterized characterized in that the propellant charge consists of a powder foil winding from an oblique or Curved cut film is made.

6. Solid rocket propellant according to claim 1 and 4, characterized in that the propellant charge consists of a powder film roll consists of several diagonally or curvilinear cut foils.

7. solid rocket propellant according to claim 1 to 6, characterized in that the powder film has a plurality of wedge-shaped incisions or cutouts (11 ', 12). B. solid rocket propellant according to claim 1 to 7, characterized in that the thickness of the foils is different according to the burn rate in the combustion chamber (10). 9. Solid rocket propellant charge according to claim 1, characterized in that the propellant charge consists of concentrically arranged, self-contained foils of different lengths and / or widths. 10. solid rocket propellant according to claim 1 and 9, characterized in that the propellant consists of concentrically arranged, self-contained films of different thicknesses. 11. Solid rocket propellant according to claim 1 to 10, characterized in that the propellant is secured by toothed crosses made of metal, plastic or powder of high strength and fastened in a manner known per se to a central rod. 12. Solid rocket propellant according to claim 1 to 11, in which spacer elements are provided on the end face of the charges to maintain spacing in the axial direction, characterized in that the spacer elements are made of powder, plastic, celluloid as narrow webs made of powder, plastic, celluloid in sections of the film roll or glued to the film roll or the like. Are formed. 13. Solid rocket propellant according to claim 1 to 12, characterized in that rods made of powder, metal, plastic, celluloid od. 14. Solid rocket propellant according to claim 13, characterized in that the spacer rods are used in a manner known per se for fastening the powder at the same time. 15. Solid rocket propellant according to claim 1 to 12, characterized in that knobbed powder films with different knob heights are used to maintain spacing. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 596 300, 167 625; German Auslegeschrift No. 1056 429; French Patent Nos. 1040 316, 1015 763; U.S. Patent Nos. 2,743,580, 2,628,561, 2,549,811, 2,488,154, 2,406,560, 2,405,415; Zeitschrift der VDI, Volume 95, No. 17/18 (11/6/1953), pp. 519, 520. Older patents considered: German Patent No. 1090144.