DE1140407B - Druckausgleich fuer Raketen - Google Patents

Druckausgleich fuer Raketen

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DE1140407B
DE1140407B DEK40574A DEK0040574A DE1140407B DE 1140407 B DE1140407 B DE 1140407B DE K40574 A DEK40574 A DE K40574A DE K0040574 A DEK0040574 A DE K0040574A DE 1140407 B DE1140407 B DE 1140407B
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DE
Germany
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nozzle
pressure
central tube
combustion chamber
rocket
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Pending
Application number
DEK40574A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Heinrich Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HEINRICH KLEIN DR ING
Original Assignee
HEINRICH KLEIN DR ING
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Publication date
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Publication of DE1140407B publication Critical patent/DE1140407B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/08Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
    • F02K9/32Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/38Safety devices, e.g. to prevent accidental ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/08Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
    • F02K9/30Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants with the propulsion gases exhausting through a plurality of nozzles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)

Description

  • Druckausgleich für Raketen Die Erfindung betrifft einen Druckausgleich für Raketen mit festem Treibstoff, bei denen Brennkammerdeckel und Düsenboden durch ein zentrales Mittelrohr zusammengehalten werden nach dem Patent 1106 120.
  • Es ist bekannt, daß bei Raketen mit festen Treibstoffen, die vorwiegend aus rauchlosem Pulver bestehen, das in Form von Stangen, Platten, Rohren, Scheiben oder Folien in der Brennkammer untergebracht ist, der Abbrand des Treibstoffes von der Temperatur abhängig ist und damit die Drucksteigerung in der Brennkammer bei niedriger Temperatur langsamer, bei höherer Temperatur aber rascher erfolgt. Das hat zur Folge, daß bei Raketen, die bei niedriger Temperatur abgeschossen werden, der zum Start notwendige Druck nur eine geringe Anfangsbeschleunigung erzeugt, die einmal die Anfangsgeschwindigkeit mindert und außerdem die Reichweite verkürzt und die Zielgenauigkeit herabsetzt. Dagegen verursacht der Abbrand der Treibsätze mit höherem Temperaturbeginn einen zu raschen Druckanstieg, der leicht ein Aufreißen des Raketenkörpers bewirken kann oder der Rakete eine größere Anfangsgeschwindigkeit erteilt, die ebenfalls die Zielgenauigkeit herabsetzt, aber die Reichweite vergrößert. Zur Abhilfe dieses Mißstandes sind schon verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden. So sind z. B. schon auswechselbare Düsen mit verschieden großen Durchgangsquerschnitten vorgesehen worden, die je nach der Außentemperatur vor dem Start eingesetzt werden sollen. Diese Notwendigkeit setzt jedoch die Zeit der Feuerbereitschaft herab und trägt außerdem die Gefahr der Verwechslung der Düsen in sich, was die Sicherheit der Zielgenauigkeit vermindert.
  • Auch wurden schon temperaturabhängige, selbststeuernde Düsen gebaut, bei denen der Düsenquerschnitt durch einen in der Düsenachse beweglichen Dorn mit tropfenähnlichem Kopf verändert werden kann. Solche Einrichtungen sind sehr teuer und empfindlich, so daß sie sich nur in geringem Umfang einführten.
  • Außerdem wurden schon durch Verdämmungen verschlossene öffnungen im Düsenboden vorgeschlagen, die bei Druckanstieg geöffnet werden und die einen Teil der Verbrennungsgase neben den Düsen austreten lassen.
  • Weiterhin ist eine Ausführung mit einer zusätzlichen Düse beschrieben worden, die bei Druck-anstieg ihren Halsquerschnitt erweitern soll. Jedoch ist diese Bauart noch sehr problematisch und für kleine Ausführungen noch nicht gelöst.
  • Die beiden genannten Konstruktionen sind auch nicht in einem Mittelrohr unterzubringen, das den Düsenboden und den Raketenkopf zusammenhält.
  • Um einen einfachen und billigen Druckausgleich und Schutz gegen Bersten der Raketen zu finden, wird erfindung sgemäß vorgeschlagen, bei einer Rak-ete, bei der ein zentrales Mittelrohr den Brennkammerdeckel und den Düsenboden verbindet und damit die Rakete zusammenhält, dieses Mittelrohr mit einer an sich bekannten lElfsdüse auszurüsten, vor der eine auf einen bestimmten Druck abgestimmte Dämmplatte eingebaut ist. Damit die Dämmscheibe rasch auf die Drucksteigerung ansprechen kann, sind am Kopfende des zentralen Rohres eine Dämmkammer und vor der Haltescheibe für den Treibsatz in bekannter Weise Bohrungen vorgesehen, durch welche die Verbrennungsgase in das Zentralrohr eintreten können. Bei einer Anordnung des Treibsatzes in Form von mehreren kreisringförmigen Rohren, Stangen usw. kann auch das Zentralrohr perforiert oder mit Schlitzen versehen sein, eine Ausführung, die ebenfalls bekannt ist.
  • Wird z. B. die Rakete bei einer über der normalliegenden Temperatur gezündet, steigert sich der Druck im Zentralrohr rasch, und die Dämmscheibe, die in ihrer Bemessung auf den zulässigen Druck abgestimmt ist, bricht durch, und die Gase treten durch die Hilfsdüse mit aus, die um ihren Querschnitt den Gesamtaustrittsquerschnitt aller Düsen vergrößert. Ist nun eine zentrale Düse vorgesehen, treten die Gase in die Hauptdüse ein und entlasten damit die Brennkammer vor dem zu rasch steigenden Druck. Findet dagegen der Abbrand bei einer unter der normalliegenden Temperatur statt, geht dieser Vorgang langsamer vonstatten. Aber durch den durch die alfsdüse C verengten Querschnitt der Hauptdüse bzw.
  • durch den um der verschlossenen Düse verminderten Austrittsgeschwindigkeit der anderen Düsen steigt der Druck in der Brennkammer rasch an. Damit wird eine schnellere Durchwärmung der Treibsätze bzw. des Treibsatzes erreicht, so daß die Brenngeschwindigkeit beschleunigt wird. Ist der gewünschte Druck erreicht, bricht die Dämmscheibe durch, und die Hilfsdüse tritt in Tätigkeit, so daß die normalen Austrittsgeschwindigkeiten und damit, wie oben beschrieben, eine einwandfreie Startgeschwindigkeit in jedem Fall erreicht werden kann.
  • Das gleiche Prinzip des Druckausgleichs kann auch für raketenartig angetriebene Geschosse angewendet werden, die in einer rückstoßfreien Waffe, welche mit einer oder mehreren Düsen ausgestattet ist, Verwendung finden. Hierbei ist die Treibscheibe mit Scherstiften am Mittelrohr befestigt.
  • In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung schematisch und im Prinzip dargestellt und in der Beschreibung eingehend erläuterit. Es zeigt Fig. 1 die Einrichtung zum Druckausgleich bei einer Rakete, bei der das Mittelrohr die Verbindungseinrichtung bildet, Fig. 2 die Unteraufsicht von dem Düsenboden, Fig. 3 die Einrichtung zum Druckausgleich in einer rückstoßfreien Waffe mit Raketenantrieb.
  • In Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch eine Rakete dargestellt, bei der das Mittelrohr 5 den vorderen Brennkammerboden 18, den Düsenboden 19 und das Mantelrohr 1 zusammenhält. In ihr sind als Beispiel die festen Treibstoffsätze in Form von ineinandergesteckten Hohlzylindern 2 und 4 untergebracht, die in bekannter Weise einmal vom Mantelrohr 1., zum anderen vom Mittelrohr 5 gehalten werden und den hohlzylindrischen Brennraum 3 einschließen. Der Düsenboden 19 trägt die Düsen 8, die kreisringförmig um die zentrale Hilfsdüse 9 angeordnet sind. Die Hilfsdüse 9 ist mit einer Dämmscheibe oder Stopfen 10 verschlossen, deren Haftfestigkeit bzw. Stärke auf den maximal zulässigen Druck abgestimmt ist. Durch diese Maßnahme wird der gesamte Austrittsquerschnitt um den der Düse 9 verringert.
  • Durch ein zu rasches Abbrennen der Treibladungen 2 und 4 wegen übernormaler Anfangstemperatur, die durch ein Lagern der Rakete in der Sonne oder durch zu hohe Außentemperatur hervorgerufen wird, kann eine zu rasche Drucksteigerung der Gase in der Rakete hervorgerufen werden, In diesem Fall treten die Gase durch die Dämmkammer 6 und die im zentralen Mittelrohr vorgesehenen Bohrungen oder Schlitze 7 in das Rohrinnere ein und brechen bei Erreichen des vorgesehenen Höchstdruckes, der auf die Bauart der Rakete abgestimmt ist, die Dämmscheibe oder Stopfen durch. Dadurch wird der gesamte Austrittsquerschnitt um den der Hilfsdüse vergrößert und das Innere der Rakete entsprechend vom Druck entlastet und eine zu hohe Steigerung der Anfangsgeschwindigkeit sowie ein Aufreißen der Rakete verhindert.
  • Wird der Druckaufbau durch einen zu langsamen Abbrand verzögert, wie dies durch niedrige Außentemperatur bei unterkühlten Raketen der Fall ist, findet wegen des verminderten g#Samten Austrittsquerschnittes durch die verschlossene Düse eine Stauung der Gase statt, die eine rasche Durchwärmung der Treibstoffsätze verursacht und dadurch eine schnelle Drucksteigerung bewirkt. Ist der gewünschte Druck erreicht, tritt durch Bruch der Dämmscheibe, wie vorbeschrieben, die Hilfsdüse in Tätigkeit.
  • Durch die verschiedenen Maßnahmen ist ein Ausgleich geschaffen, aus dem eine gleichmäßige Anfangsgeschwindigkeit der Rakete beim Start aus unterkühltein oder überwärmtem Zustand resultiert.
  • Bei einer Ausführung der Rakete mit mehreren nicht gezeichneten kreisringförmigen, um das zentrale Mittelrohr eingelagerten Stangenrohren usw. mit irgendwelchen Profilen aus Treibstoff, ist der gleiche Effekt zu erreichen; nur ist bei dieser Anordnung der Brennraum 3 nicht mehr in Form eines Hohlzylinders vorhanden.
  • Fig. -i zeigt einen Teilschnitt einer rückstoßfreien Waffe, bei der im Mantelrohr l' das Geschoß 15 mit dem Leitwerk 14 am Brennkammerdeckel 13 gelagert ist, der gleichzeitig als Treibscheibe für das Geschoß 15 dient. Das zentrale Mittelrohr 5' trägt den Brennkammerdeckel 13 mittels Scherstiften 21, die bei Erreichen des Startdruckes brechen, so daß die Treibscheibe 13 das Geschoß 15 zum Abschuß bringt. Der Brennkammerboden bzw. die Treibscheibe 15 hat einen ringförmigen U-Querschnitt, so daß der Hohlraum die Dämmkammer 6' bildet, die mittels Bohrungen oder Schlitzen 7' mit dem Innern des Rohres 5' in Verbindung steht. Auf dem hinteren Ende des Rohres 5' ist die Hilfsdüse 9' aufgebracht, welche wieder durch eine Dämmscheibe oder Stopfen 10' verschlossen ist. Der Körper der HiIfsdüse 9' ragt so weit in die zentrale Düse 16, daß der Querschnitt der letzteren mindestens um den der Hilfsdüse 9' verringert wird. Die gelochten Scheiben 12 dienen in bekannter Weise der Abstützung für die Treibladungen 2' und 4' und der Abdeckung 20 der Treibladungen. Am hinteren Ende ist die zentrale Düse 16 am Brennkammermantel befestigt und mit dem Deckel 17 abgeschlossen.
  • Die Wirkungsweise der Einrichtungen ist wie oben beschrieben.

Claims (2)

  1. PATE N TANS PRO CI-1 E: 1. Einrichtune, für den Druckausgleich bei Raketen mit festem Treibstoff, der ganz oder zum Teil auf einem zentralen Rohr gehaltert ist, das nach Patent 1106 120 als Verbindungselement zwischen dem Brennkammerkopf und dem Düsenboden dient und die Raketenteile zusammenhält, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zentrale Rohr (5, 5') mit einer an sich bekannten Hilfsdüse (9, 9') versehen ist, die in bekannter Weise mit einer Verdämmung (10, lO') verschlossen wird.
  2. 2. Einrichtung für den Druckausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am vorderen Ende des zentralen Rohres (5, 5') eine Dämmkammer (6, 6') angebracht ist, die mit dem Brennraum (3) in Verbindung steht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1056 429, 1003 516; französische Patentschrift Nr. 1020 238; USA.-Patentschrift Nr. 2 870 599; Zeitschrift des VDI, 95. Band, Nr. 1 (l. Januar 1953), S. 15, 16; SAE-Joumal, 67. Band, Heft 7 (Juli 1959), S. 66 bis 69.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1751268B1 (de) * 1968-04-30 1971-08-12 Messerschmitt Boelkow Blohm Einrichtung zum gleichmaessigen zuenden des innen und aussenmantels eines als roehrenbrenner ausgebildeten raketen feststofftreibsatzes
DE1751016C (de) 1971-09-30 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Einrichtung zum gleichmäßigen Zünden des Innen- und Außenmantels eines als Röhrenbrenner ausgebildeten Raketenfeststofftreibsatzes
RU2455516C2 (ru) * 2010-05-24 2012-07-10 Федеральное Казенное предприятие "Казанский государственный казенный пороховой завод" (ФКП "КГКПЗ") Заряд стартового ракетного двигателя

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1020238A (fr) * 1950-06-15 1953-02-03 Soc Tech De Rech Ind Perfectionnements aux réacteurs à poudre
DE1003516B (de) * 1954-05-14 1957-02-28 Soc Tech De Rech Ind Antrieb fuer pulvergetriebene Raketen oder Geschosse mit Eigenantrieb
US2870599A (en) * 1952-12-06 1959-01-27 Theodore M Long Temperature responsive rocket nozzle
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