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Treibladung für Pulverraketen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Treibladung für Pulverraketen, insbesondere für kurzbrennende, ballistische Raketengeschosse,
mit mehreren in Längsrichtung hintereinander angeordneten Teilladungen, deren Brennflächen
im Hinblick auf den in der Brennkammer sich entwickelnden Druck verschieden groß
ausgelegt sind.
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Kurzbrennende Raketengeschosse werden mit Hilfe einer Abschußwaffe
abgeschossen und unterliegen nur während ihres Durchganges durch das sie führende
Abschußrohr der Vortriebswirkung der Treibladung. Nach Austritt aus dem Rohr verhalten
sich derartige Geschosse ballistisch wie normale Geschosse. Ihre Treibladung muß
daher so bemessen sein, daß sie beim Austreten des Geschosses aus dem Rohr vollständig
abgebrannt ist. Die hierfür erforderliche hohe Abbrenngeschwindigkeit kann durch
eine große Pulveroberfläche erreicht werden.
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Um ein möglichst großes Schubdiagramm und damit eine hohe Abgangsgeschwindigkeit
des Geschosses zu erzielen, war man bisher auch bestrebt, die Treibladung so auszubilden,
daß die Pulveroberfläche während des Abbrandes der Treibladung konstant bleibt.
Zu diesem Zweck hat man z. B. die Treibladung aus mehreren Pulverrohren zusammengesetzt,
die an ihrer inneren und äußeren Mantelfläche abbrennen. Die Oberflächenverringerung
an der Mantelaußenfläche während des Abbrandes wird hierbei durch die Oberflächenvergrößerung
an der Mantelinnenfläche der Pulverrohre ausgeglichen.
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Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß eine große und
während des Abbrandes gleichbleibende Pulveroberfläche noch keine Gewähr für eine
maximale Vortriebsleistung der Raketentreibladung bietet, da der Abbrennvorgang
noch wesentlich von dem in der Brennkammer herrschenden Druck abhängig ist. Mit
steigendem Brennkammerdruck steigt nämlich auch die Verbrennungsgeschwindigkeit.
Da sich nun in der Brennkammer der Rakete beim Abbrennen der Treibladung an der
der Düsenseite gegenüberliegenden Deckelseite ein erheblich höherer Druck als an
der Düsenseite am Gasaustritt aufbaut, ergibt sich der Nachteil, daß die Treibladung
an der Deckelseite wegen des dort herrschenden höheren Druckes mit viel höherer
Geschwindigkeit abbrennt als an der Düsenseite der Rakete. Dies führt wegen der
sich verkleinernden Pulveroberfläche und dem abfallenden Brennkammerdruck, abgesehen
von dem ungleichmäßigen Brennschluß der Treibladung, zu einem Leistungsabfall und
einer unerwünschten Verlängerung der Brennzeit der Rakete. Außerdem besteht die
Gefahr, daß Treibladungsteile an der Düsenseite nach Abbrand des Treibladungspulvers
an der Deckelseite durch die große, sich aus der Druckdifferenz ergebende mechanische
Beanspruchung in kleine Stücke zerlegt und unverbrannt aus der Brennkammer geschleudert
werden.
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Die der Erfindung zugrunde gelegte Aufgabe besteht nun darin, eine
Treibladung für die eingangs genannten Zwecke und der eingangs genannten Art zu
schaffen, mit der die vorstehend angedeuteten Nachteile weitgehend vermieden werden
und bei der ein gleichmäßiger Brennschluß der gesamten Treibladung und eine hohe
Schubleistung gewährleistet sind.
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In Lösung dieser Aufgabe bestehen die Teilladungen gemäß der Erfindung
aus Pulverplatten, =rohren oder -folien, die entsprechend dem bei der Verbrennun
in der Brennkammer zu erwartenden Druckverlauf in ihrer Dicke vielfältig verschieden
gestaltet sind, derart, daß an den Stellen höheren Druckes dickere und an den Stellen
niedrigeren Druckes dünnere Pulverplatten, -rohre oder -folien eingebaut sind, wobei
ihnen Zündeinrichtungen, z. B. sich in an sich bekannter Weise über die ganze Länge
der Treibladungen erstreckende, stabförmige Beiladungen, zugeordnet sind, die geeignet
sind, die einzelnen Teilladungen möglichst gleichzeitig zu zünden. Durch den Aufbau
der Treibladung aus mehreren hintereinanderliegenden Teilladungen unterschiedlicher
Pulverstärke lassen sich an den Stellen höheren Druckes die dickeren und an den
Stellen niedrigeren Druckes und damit niedrigerer Verbrennungsgeschwindigkeit die
entsprechend dünner ausgebildeten gepreßten Pulverplatten, -rohre oder -folien in
die Brennkammer einbauen, so daß die sich aus der Pulverdicke und der Verbrennungsgeschwindigkeit
ergebenden Brennzeiten
der Ladung an jeder Stelle der Brennkammer
gleich sind. Durch den hierbei erzielbaren gleichzeitigen Brennschluß der gesamten
Treibladung läßt sich eine höhere VortriebsIeistung der Raketentreibladung erzielen.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung sei darauf hingewiesen, daß bereits
eine aus einzelnen Pulverplatten bestehende Raketentreibladung bekannt ist, die
an der Deckelseite der Brennkammer einen Pulverplattensatz aufweist, dessen Pulverplatten
eine geringere Dicke besitzen als die restlichen, den Hauptteil der Treibladung
ausmachenden Pulverplatten. Mit dieser Maßnahme soll bezweckt werden, daß die dünneren
Pulverplatten durch schnelles Abbrennen möglichst rasch einen ausreichend hohen
Arbeitsdruck für den Hauptteil der Treibladung in der Brennkammer schaffen. Der
Erfindung liegt demgegenüber ein ganz anderes Ziel zugrunde. Auch die verwendeten
Mittel, um das Erfindungsprinzip - der Pulvertreibladung zur Gewährleistung eines
gleichmäßigen Brennschlusses der gesamten Ladung eine derartige Auslegung zu geben,
daß an jeder Stelle der Brennkammer unter Berücksichtigung der durch die sonstigen
Parameter vorbestimmten Verbrennungsgeschwindigkeit gleiche Brennzeiten erhalten
werden - zu verwirklichen, gehen über den Rahmen der bei dieser bekannten Treibladung
angewandten Mittel hinaus, da es erforderlich ist, die einzelnen Teilladungen in
ihrer Dicke vielfältig verschieden zu gestalten.
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Ferner ist eine Raketentreibladung bekannt, die aus einzelnen hintereinander
angeordneten Teilladungen unterschiedlicher Größe besteht, wobei die Unterschiede
derart sind, daß entweder während der ganzen Flugzeit der Rakete die gleichen Druckverhältnisse
in der Brennkammer herrschen, oder daß anfänglich ein großer, sich langsam verringernder
oder anfäng-Iich kleiner sich ständig steigernder Druck vorhanden ist. Es handelt
sich hierbei also um eine Langbrennrakete, und die einzelnen Teilladungen sind in
ihrer Größe zu Zwecken unterschiedlich gestaltet und ergeben Wirkungen, welche zu
denen der Erfindung vollkommen verschieden sind.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die einzelnen
Teilladungen auch aus Pulverplatten bestehen, die über die Länge der Treibladung
verschiedene Durchmesser besitzen, wobei die Größe der Durchmesser in Abhängigkeit
der Hintereinanderreihung nach einer etwa stetigen Funktion verläuft. Es sei in
diesem Zusammenhang bemerkt, daß bereits eine Raketentreibladung bekannt ist, der
in einer Brennkammer eine noch im Längserstreckungsbereich der Treibladung gelegene
Austrittsöffnung zugeordnet ist. Die bekannte Treibladung besteht dabei aus einzelnen
Platten, die absatzweise zu der Austrittsöffnung hin einen verringerten Durchmesser
besitzen, um für die Treibgase einen zur Austrittsöffnung hin sich vergrößernden
Strömungsweg zu schaffen.
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In weiterer Verbesserung der Erfindung sind bei Teilladungen, welche
aus Pulverfolien bestehen, diese Folien in an sich bekannter Weise als Pulverfolienwickel,
deren zusammengerollte Folien vorzugsweise eingedrückte Noppen zur Bildung eines
Luftspaltes zwischen den Windungen besitzen, ausgebildet. Hierbei wird eine Verbesserung
dadurch erzielt, daß die Pulverfolienwickel in an sich bekannter Weise aus zwei
verschiedenen, ineinandergerollten Pulverfolien bestehen, von denen die eine Folie
eben ausgebildet und die andere Folie mit abwechselnd nach unten und nach oben vorstehenden
Noppen versehen ist. Treibladungen, die gemäß den beiden vorstehenden Arten ausgebildet
sind, sind an sich bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben sich ihre
Anwendungen als besonders zweckmäßig erwiesen. Bei der letztgenannten Art der verwendeten
Pulverfolienwickel sind dabei in weiterer Verbesserung der Erfindung zwischen den
abwechselnd nach unten und nach oben vorstehenden Noppen eben ausgebildete Folienabschnitte
angeordnet. Es ergibt sich hierbei der Vorteil, daß sich eine Tangentialströmung
leichter aufbauen kann, was gerade im Rahmen der vorliegenden Erfindung für einen
Druckausgleich innerhalb der Brennkammer sehr erwünscht ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung sind die als Zündeinrichtung
dienenden Beiladungen außermittig, z. B. am Umfang der Treibladung, in zwei- oder
mehrfacher Anzahl angeordnet. Hierbei sind die Beiladungen vorteilhafterweise in
seitliche, insbesondere halbkreisförmige Ausnehmungen der Treibladungsscheiben eingelegt.
Um die Bedeutung dieser erfindungsgemäßen Weiterbildungen zu erkennen, muß beachtet
werden, daß bei kurzbrennenden Raketen die Brennzeit der Treibladung etwa in der
Größenordnung der Anfeuerungszeit, d. h. der Brennzeit der Beiladung, liegt. Durch
den Einbau von über die ganze Länge der Treibladung sich erstrekkender Beiladungen,
was bei einer bekannten Treibladung bereits durchgeführt ist, kann die Zündung der
einzelnen hintereinander angeordneten Teilladungen zur gleichen Zeit erfolgen, so
daß mit Sicherheit Gewähr dafür gegeben ist, daß der mit den erfindungsgemäßen Mitteln
beabsichtigte Erfolg sich einstellt, d. h. daß die Treibladung an jeder Stelle zur
gleichen Zeit abgebrannt ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorzüge des Erfindungsprinzips und weitere
Verbesserungen der Erfindung, die insbesondere eine zweckmäßige Gestaltung der vorgesehenen
Zündeinrichtungen betreffen, gehen aus der folgenden Beschreibung mehrerer in den
Zeichnungen veranschaulichter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Patentansprüchen
hervor. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine aus vielen Pulverscheiben unterschiedlicher
Stärke hergestellte, in die Rakete eingebaute Treibladung im Längsschnitt, F i g.
2 einen Querschnitt der Treibladung nach Fig.l. F i g. 3 bis 6 verschiedene weitere
Ausführungsmöglichkeiten für den Aufbau der Treibladung, F i g. 7 verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
für die Anordnung der Beiladungen an der Treibladung, F i g. 8 den Aufbau zweier
zusammenwirkender Beiladungen, F i g. 9 eine Rakete im Längsschnitt mit im Inneren
der Treibladung angebrachter Beiladung, F i g. 10 einen Querschnitt der Rakete nach
F i g. 9, F i g. 11 eine Rakete im Längsschnitt mit die Treibladung umhüllender
rohrförmiger Beiladung, F i g. 12 einen Querschnitt der Rakete nach Fig. il, F i
g. 13 eine Rakete im Längsschnitt mit außenliegenden Beiladungen und innenliegendem
Zündrohr, F i g. 14 einen Querschnitt der Rakete nach F i g. 13, F i g. 15 eine
Treibladung im Längsschnitt, bei der die Teilladungen aus zu Zylindern gerollten
Pulverfolien bestehen,
F i g. 16 einen Querschnitt der Treibladung
nach F i g. 1.5 und F i g. 17 einen Ausschnitt der Pulverfolien nach F i g. 16 in
vergrößertem Maßstab.
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Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte kurzbrennende, ballistische
Rakete besteht aus dem Rohrkörper 1, dem Raketendeckel 2 und der auf der anderen
Seite der Rakete befindlichen Düse 3. Zur Steuerung der Flugbahn ist die Rakete
an der Düsenseite mit Leitflächen 4 versehen. Im Inneren der Rakete ist die Treibladung
5 untergebracht. Diese Treibladung besteht aus vielen, in Längsrichtung der Rakete
hintereinander angeordneten Treibladungsscheiben 6, die z. B. aus Folienpulver hergestellt
sind. Zur Halterung der Scheiben 6 ist beispielsweise in der Mitte der Rakete eine
Stange 7 angebracht, die mit dem Gewindeteil 8 in dem Raketendeckel 2 befestigt
ist. Der Zusammenschluß der Treibladung 5 erfolgt an der Düsenseite über Arme 9
und Mutter 10.
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Beim Abbrennen der Treibladung 5 baut sich infolge des Ausströmwiderstandes
für die Gase an der Deckelseite 2 der Rakete ein höherer Druk auf als an der Düsenseite,
so daß die Verbrennungsgeschwindigkeit an der Deckelseite größer ist als an der
Düsenseite. Zur Erzielung gleicher Brennzeiten für die Treibladungsscheiben 6 sowohl
an der Deckel- als auch an der Düsenseite sind die Treibladungsscheiben zur Deckelseite
hin dicker ausgebildet. Hierbei wird die höhere Abbrenngeschwindigkeit durch die
größere Dicke der betreffenden Pulverscheibe ausgeglichen.
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Zur gleichmäßigen Zündung aller Treibladungsscheiben 6 sind zwei sich
über die ganze Länge der Treibladung erstreckende Beiladungen 11 und 12 vorgesehen.
Diese Beiladungen 11 und 12 sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Treibladung
5 angeordnet und als Stangen ausgebildet. Durch die gegenüberliegende Anordnung
der Beiladungen wird die Treibladung 5 von beiden Seiten her angefeuert. Die stabförmigen
Beiladungen 11,12 sind in seitliche, insbesondere halbkreisförmige Ausnehmungen
13 der Treibladungsscheiben eingelegt, wodurch sich die Beiladungen leicht in dem
kreisförmig ausgebildeten Raketenkörper 1 unterbringen lassen und außerdem eine
großflächige Zündung der Treibladung ermöglicht wird. Die Zündung beider Beiladungsstäbe
11, 12 geschieht gleichzeitig, wobei zur Vermeidung unterschiedlicher Zündungsverhältnisse
an der Deckel-und Düsenseite der Treibladung die Zündung des Beiladungsstabes 11
von der Düsenseite 3 her und die Zündung des Beiladungsstabes 12 von der Deckelseite
2 her erfolgt. Die Zündungsvorgänge laufen dabei einander entgegen. Die vorgeschlagene
Anordnung und Zündung der Beiladungen 11, 12 führt zu einer schnellen Erzeugung
des zur Zündung der Treibladung erforderlichen Mindestdruckes in der Brennkammer.
Die Ausnehmungen 13 in den Treibladungsscheiben 6 zum Einlegen der Beiladungsstäbe
11, 12 sind etwas größer ausgebildet als der Beiladungsquerschnitt. Über den verbleibenden
freien Raum kann sich unmittelbar nach dem Zünden eine Strömung zur Düse hin aufbauen.
Hierdurch wird auch eine übermäßige mechanische Beanspruchung der Treibladung durch
eine zu hohe Druckdifferenz zwischen Deckel- und Düsenseite vermieden.
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Um beim Zünden der Beiladung 12 an der Deckelseite einen zu hohen
Druck in der Brennkammer und damit eine zu starke mechanische Belastung der Treibladung
zu vermeiden, ist an der Deckelseite der Rakete ein von Treibladungsscheiben 6 freier
Pufferraum 14 vorgesehen, in den ein Teil der Beiladungsgase expandieren kann.
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Zur Erzielung eines gleichzeitigen Brennanschlusses der Treibladung
kann auch der Druckabfall in der Brennkammer beeinflußt werden. Dies läßt sich dadurch
erreichen, daß man die Durchmesser der Treibladungsscheiben 6 und damit den zwischen
Brennkammer und Ladung verbleibenden Abströmquerschnitt verändert. Verschiedene
Variationsmöglichkeiten der Durchmesseränderung bei gleichzeitiger entsprechender
dickerer oder dünnerer Ausbildung der Treibladungsscheiben 6 lassen die F i g. 3
bis 6 erkennen. In F i g. 3 ist die Treibladung als zur Düsenseite hin sich verjüngender
Kegelstumpf und in F i g. 4 als sich zur Deckelseite hin verjüngender Kegelstumpf
ausgebildet. Die F i g. 5 zeigt eine in der Mitte aufgeweitete Treibladung, und
bei der F i g. 6 ist die Treibladung in der Mitte eingeengt.
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In der F i g. 7 sind mehrere Anordnungsmöglichkeiten für die Beiladungsstangen
11, 12 bei verschiedenen Treibladungsquerschnitten dargestellt. Bei der unteren
Ausführung sind außer den beiden Beiladungen 11,12 noch weitere Beiladungen
15, 16, also insgesamt vier gleichmäßig über den Umfang der Treibladung verteilt
angeordnete Beiladungen, vorgesehen. Hierdurch wird ein besonders schnelles Zünden
der Treibladung erreicht.
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Die F i g. 8 läßt den Aufbau der von der Düsen-bzw. der Deckelseite
gezündeten Beiladungen 11, 12 erkennen. Die Zündung jeder Beilage erfolgt durch
eine gesonderte Zündpille 17, die z. B. eine Schwarzpulverladung 18 anfeuert und
dadurch schließlich eine Spezialzündladung 19 entzündet.
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In den F i g. 9 und 10 ist eine andere Beiladungsausbildung dargestellt.
Die Anfeuerung der Treibladung erfolgt hier über ein in der Mitte der Treibladung
angeordnetes Pulverrohr 20. Das Rohr 20 ist mit einer Auskleidung
von sehr feinkörnigem Schwarzpulver oder einem anderen geeigneten Zündpulver versehen.
Gezündet wird von der Deckelseite her durch eine Zündpille 21. Beim Zünden schlägt
die Flamme in der Mitte des Rohres 20 nach oben und zündet die Auskleidung des Pulverrohres.
Das abbrennende Pulverrohr zündet anschließend die Oberflächen der einzelnen Treibladungsscheiben.
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Bei den F i g. 11 und 12 ist das Pulverzündrohr 22 so groß ausgebildet,
daß es die Treibladung 5 umhüllt. Die Zündung erfolgt hierbei über eine kleine Übertragungsladung
23 von der Zündpille 21 her.
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Bei der Ausführung nach den F i g. 13 und 14 sind zwei stabförmige
Beiladungen 24 und 25 an zwei gegenüberliegenden Seiten der Treibladung vorgesehen,
welche über ein gemeinsames Zündrohr 26 und Übertragungsladungen 27, 28 von einer
einzigen Zündpille 29 aus praktisch gleichzeitig und gegenläufig gezündet werden.
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In den F i g. 15 bis 17 ist eine Treibladung dargestellt, bei der
die einzelnen Teilladungen 30 aus Pulverfolien unterschiedlicher Stärke bestehen,
die zu einem Zylinder zusammengerollt und in den Rohrkörper 31 der Rakete eingebaut
sind. Entsprechend dem an der Deckelseite 32 der Rakete herrschenden höheren Druck
sind die Teilladungen 30 an der Deckelseite aus dickeren Pulverfolien hergestellt,
während die Pulverfolien zur Düsenseite 33 hin schwächer werden. Durch eine Stange
34 werden die
Teilladungen 30 in dem Rohrkörper der Rakete gehalten.
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Damit die Pulverfolien auf ihrer ganzen Oberfläche gleichzeitig gezündet
werden und außerdem für die Pulvergase ein ausreichender Abströmquerschnitt vorhanden
ist, sind zwischen den einzelnen Windungen Luftspalte 35 vorgesehen. Zur Bildung
der Luftspalte weisen die Folien eingedrückte Noppen 36 auf. Die Breite der Luftspalte
35 wird durch die Höhe dieser Noppen bestimmt. Zur Erzielung eines gleichzeitigen
Brennschlusses besitzen die Folien auch an der Noppenstelle 36 gleiche Pulverstärke.
Infolge des sich beim Wickeln der Teilladungen ständig ändernden Außendurchmessers
läßt es sich bei der genoppten Folie nicht vermeiden, daß die Noppen an einigen
Stellen ineinanderliegen, so daß hier kein Luftspalt vorhanden ist. Zur Vermeidung
dieses Nachteiles wird weiterhin vorgeschlagen, die einzelnen Teilladungen 30 aus
zwei verschiedenen ineinandergerollten Pulverfolien 37 und 38 herzustellen. Die
eine Folie 37 ist hierbei vollkommen eben ausgebildet, während die Folie 38 mit
abwechselnd nach unten und oben vorstehenden, gleichmäßig über die Länge der Folie
verteilten Noppen 36 versehen ist. Durch eine solche Ausbildung der Teilladungen
ergibt sich an allen Stellen des Pulverwickels ein gleichmäßiger Luftspalt, so daß
ein gleichzeitiges Zünden der gesamten Treibladung und ein einwandfreies Abströmen
der Gase gewährleistet ist.