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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die beiden genannten Konstruktionen sind auch nicht in einem Mittelrohr
unterzubringen, das den Düsenboden und den Raketenkopf zusammenhält.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Durch die verschiedenen Maßnahmen ist ein Ausgleich geschaffen, aus
dem eine gleichmäßige Anfangsgeschwindigkeit der Rakete beim Start aus unterkühltein
oder überwärmtem Zustand resultiert.
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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.
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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.
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Die Wirkungsweise der Einrichtungen ist wie oben beschrieben.