DE1182529B

DE1182529B - Rocket engine

Info

Publication number: DE1182529B
Application number: DET19390A
Authority: DE
Inventors: Harold W Ritchey; Allan Eugene Williams; Charles Spurgeon Roberts Jun
Original assignee: Thiokol Corp
Current assignee: ATK Launch Systems LLC
Priority date: 1960-12-06
Filing date: 1960-12-06
Publication date: 1964-11-26

Description

Raketentriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf Raketentriebwerke mit verschwenkbarer Strahldüse. Die allseitige Schwenkbarkeit der Strahl- oder Auslaßdüse stellt bei Raketentriebwerken eine Möglichkeit von vielen dar, die Schubrichtung der ausgestoßenen Gase zwecks Richtungssteuerung des Raketentriebwerkes zu verändern.Rocket Engine The invention relates to rocket engines with swiveling jet nozzle. The all-round pivotability of the jet or outlet nozzle With rocket engines, one of many possibilities is the direction of thrust of the ejected gases in order to control the direction of the rocket engine.

Bei Raketentriebwerken mit allseitig verschwenkbarer Auslaßdüse liegt das Problem vor, zwischen dem Gehäuse des Raketenmotors und der Auslaßdüse, die gegenüber dem Gehäuse beweglich ist, eine wirksame Abdichtung zu schaffen. Dabei darf die Abdichtung die Verschwenkbarkeit der Auslaßdüse nicht beeinträchtigen. Diese Aufgabe wurde bis heute noch nicht einwandfrei gelöst.In rocket engines with an outlet nozzle that can be pivoted on all sides the problem is between the housing of the rocket motor and the exhaust nozzle that is movable with respect to the housing to create an effective seal. Included the seal must not impair the pivotability of the outlet nozzle. This task has not yet been solved properly to this day.

Es ist bekannt, das Gehäuse eines Raketentriebwerkes innen mit einer Kunststoffauskleidung zu versehen. Weiter ist, wie bereits ausgeführt wurde, bekannt, die Auslaßdüse allseitig schwenkbar am Raketentriebwerk anzuordnen. Unter Anwendung dieser beiden bekannten Maßnahmen wird die genannte Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die. Kunststoffauskleidung sich nach hinten über das hintere Gehäuseende hinaus erstreckt und den vorderen Teil der Auslaßdüse außen umgibt und seinerseits außen von einem biegsamen Rohr umgeben ist, das das Gehäuseende mit der Auslaßdüse verbindet.It is known that the housing of a rocket engine with an inside Plastic lining to be provided. It is also known, as has already been stated, to arrange the outlet nozzle pivotable on all sides on the rocket engine. Under application these two known measures achieve the stated object according to the invention solved in that the. Plastic lining extends backwards over the rear Housing end extends out and surrounds the front part of the outlet nozzle outside and is in turn surrounded on the outside by a flexible tube, which the housing end with the outlet nozzle connects.

Die Verwendung von flexiblen Rohrverbindungen ist an sich bei Düsentriebwerken an Flugzeugen bekannt. Neu ist jedoch die erfindungsgemäße Verwendung eines biegsamen Rohres in Kombination mit einer schwenkbaren Auslaßdüse zur Verbindung dieser Auslaßdüse mit dem Gehäuse des Raketentriebwerkes.The use of flexible pipe connections is inherent in jet engines known on aircraft. What is new, however, is the inventive use of a flexible one Tube in combination with a swiveling outlet nozzle to connect this outlet nozzle with the housing of the rocket engine.

Gemäß der Erfindung besteht dieses biegsame Rohr zweckmäßig aus einem Balg mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt.According to the invention, this flexible tube expediently consists of one Bellows with a preferably circular cross-section.

Die Erfindung sieht weiterhin Mittel vor, um die Brenngase an einem unmittelbaren Auftreffen auf die Innenfläche des biegsamen Rohres zu hindern. Hierdurch wird sichergestellt, daß das zur konstruktiven Festigkeit erforderliche biegsame Rohr nicht durch die heißen und unter Umständen korrodierenden Brenngase beschädigt wird. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung als zweckmäßige Lösung vor, daß das hintere Ende der Kunststoffauskleidung mit einer am Außenumfang der Auslaßdüse befestigten, ringförmigen Prallplatte zusammenarbeitet. Damit werden die Brenngase durch die Kunststoffauskleidung und in deren Verlängerung durch die Prallplatte von dem biegsamen Rohr abgehalten. Die Erfindung wird nun am Beispiel des in der Zeichnung gezeigten Raketentriebwerkes weiter erläutert. Dabei ist F i g. 1 ein Schnitt durch' den hinteren Teil einer Feststoff-Rakete mit der Darstellung der allseits verschwenkbareri Auslaßdüse und der erfindungsgemäß vorgesehenen Mittel, F i g. 2 ein Schnitt entlang, derr Linie II-II in F i g. 1, F i g. 3 eine Aufsicht auf den hinteren Teil des Triebwerkes mit einer schematischen Darstellung des hydraulischen Betätigungskreises.The invention also provides means to the fuel gases at a to prevent direct impact on the inner surface of the flexible tube. Through this it is ensured that the flexible material required for structural strength is ensured Tube not damaged by the hot and possibly corrosive combustion gases will. For this purpose, the invention proposes as an expedient solution that the rear end of the plastic liner with one attached to the outer circumference of the outlet nozzle, annular baffle cooperates. So that the fuel gases are through the Plastic lining and in its extension by the baffle from the flexible Pipe held off. The invention will now be carried out using the example of that shown in the drawing Rocket engine further explained. Where F i g. 1 a section through 'the rear Part of a solid rocket with the depiction of the outlet nozzle, which can be swiveled in all directions and the means provided according to the invention, FIG. 2 is a section along derr Line II-II in FIG. 1, Fig. 3 a plan view of the rear part of the engine with a schematic representation of the hydraulic actuation circuit.

Der Raketenmotor enthält das Metallgehäuse 10 mit der Kunststoffauskleidung 12, mit der der Fest-Treibstoffkörper 14 in dem Gehäuse 10 gehalten wird. In dem Treibstoffkörper 14 ist ein Kanal 16 eingeformt, durch den-die-Brenngase abströmen. Das Metallgehäuse 10 ist über Schrauben 20 mit einem ringförmigen Zwischenstück 18 verbunden. Zwischen dem Gehäuse 10 und dem Zwischenstück 18 liegt ein Dichtring 22. Das Zwischenstück 18 trägt die Kugelpfanne 24 eines Kugelgelenks 25, mit dem der Zylinderarm 26 eines hydraulischen Zylinders 28 mit dem Zwischenstück 18 verbunden ist. Die Kolbenstange 30 des hydraulischen Zylinders 28 ist über ein weiteres Kugelgelenk 31 mit einem Flansch 34 verbunden, der von der schwenkbaren Auslaßdüse 36 ausgeht. Zum Verschwenken der Auslaßdüse 36 sind insgesamt vier Zylinder 28 vorgesehen. Die Auslaßdüse 36 ist durch das biegsame Rohr 38 mit dem Zwischenstück 18 verbunden. Das Zwischenstück 18 umgibt teilweise eine Verlängerung 40 der Kunststoffauskleidung 12, die nach hinten bis zu einer ringförmigen Kunststoffprallplatte 42 verläuft, die innen am Flansch 34 befestigt ist. Die Verlängerung 40 arbeitet mit der Prallplatte 42 zusammen und verhindert eine unmittelbare Einwirkung der heißen Brenngase auf das Rohr 38. Die Auslaßdüse 36 hat die Form eines konisch auseinanderlaufenden Zylinders und enthält einen Graphiteinsatz 44, der die Einschnürstelle der Düse bildet. The rocket motor includes the metal housing 10 with the plastic liner 12 with which the solid propellant body 14 is held in the housing 10. A channel 16 is formed in the fuel body 14, through which the fuel gases flow off. The metal housing 10 is connected to an annular intermediate piece 18 via screws 20. A sealing ring 22 lies between the housing 10 and the intermediate piece 18. The intermediate piece 18 carries the ball socket 24 of a ball joint 25 with which the cylinder arm 26 of a hydraulic cylinder 28 is connected to the intermediate piece 18. The piston rod 30 of the hydraulic cylinder 28 is connected via a further ball joint 31 to a flange 34 which extends from the pivotable outlet nozzle 36. A total of four cylinders 28 are provided for pivoting the outlet nozzle 36. The outlet nozzle 36 is connected to the intermediate piece 18 by the flexible tube 38. The intermediate piece 18 partially surrounds an extension 40 of the plastic lining 12, which extends backwards as far as an annular plastic baffle plate 42 which is fastened on the inside of the flange 34. The extension 40 cooperates with the baffle plate 42 and prevents the direct action of the hot combustion gases on the tube 38. The outlet nozzle 36 is in the form of a conically diverging cylinder and contains a graphite insert 44 which forms the constriction of the nozzle.

Nach F i g. 2 bildet ein Ringraum 45 einen Spalt zwischen der Auslaßdüse 36 und der Verlängerung 40 der Kunststoffauskleidung 12. Die Verlängerung 40 muß nicht einteilig mit der Auskleidung 12 verbunden sein, sondern kann auch ein besonderes Bauteil sein, das mit dem Zwischenring 18 am Gehäuse 10 befestigt ist. Das biegsame Rohr 38 wird von der Außenfläche der Verlängerung 40 durch den Ringspalt 47 getrennt. Die Darstellung der Kolbenstangen 30 in F i g. 2 zeigt, daß die zugehörigen Zylinder 28 in Umfangsrichtung unter gleichen gegenseitigen Abständen liegen, so daß die Auslaßdüse 36 in geeigneter Weise verschwenkt werden kann, um den gewünschten Schubvektor einzustellen.According to FIG. 2, an annular space 45 forms a gap between the outlet nozzle 36 and the extension 40 of the plastic lining 12. The extension 40 does not have to be connected in one piece to the lining 12 , but can also be a special component that is attached to the housing 10 with the intermediate ring 18 . The flexible tube 38 is separated from the outer surface of the extension 40 by the annular gap 47. The illustration of the piston rods 30 in FIG. 2 shows that the associated cylinders 28 are circumferentially equidistant from one another, so that the outlet nozzle 36 can be pivoted in a suitable manner in order to set the desired thrust vector.

F i g. 3 zeigt ein durch Hydraulik betätigtes System zum Verschwenden der Auslaßdüse 36 gegenüber der Längsachse des Gehäuses 10. Ein Vorratsbehälter 46 für die Hydraulikflüssigkeit ist über eine Leitung 48 mit einer Pumpe 50 verbunden, die die Flüssigkeit durch die Leitung 52 in einen Sammler 54 fördert. Von hier strömt die Flüssigkeit durch eine der Leitungen 56 und 58 in eine Schieberventilkammer 50, die zwei Kolben 60 a und 60 b enthält, die auf einer gemeinsamen Kolbenstange 60 c befestigt sind. Von der Ventilkammer 60 fließt die Flüssigkeit durch eine der beiden Leitungen 62 und 64, je nach der Stellung der zugehörigen Kolben, in den Hydraulikzylinder 28, der mit dem Kugelgelenk 25 allseitig schwenkbar mit dem Zwischenstück 18 verbunden ist, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. In dem Zylinder 28 ist ein Kolben 66 verschiebbar, der über die Kolbenstange 30 und das Kugelgelenk 33 mit dem Flansch 34 verbunden ist. Die Mitte der Ventilkammer 60 ist über eine Rückflußleitung 68 mit dem Vorratsbehälter 46 verbunden.F i g. 3 shows a hydraulically operated system for wasting the outlet nozzle 36 with respect to the longitudinal axis of the housing 10. A reservoir 46 for the hydraulic fluid is connected via a line 48 to a pump 50 which conveys the fluid through the line 52 into a collector 54. From here the liquid flows through one of the lines 56 and 58 into a slide valve chamber 50, which contains two pistons 60 a and 60 b , which are attached to a common piston rod 60 c. From the valve chamber 60 , the liquid flows through one of the two lines 62 and 64, depending on the position of the associated pistons, into the hydraulic cylinder 28, which is connected to the intermediate piece 18 by the ball joint 25 so as to be pivotable on all sides, as shown in FIG. 3 is shown. A piston 66 can be displaced in the cylinder 28 and is connected to the flange 34 via the piston rod 30 and the ball joint 33. The center of the valve chamber 60 is connected to the storage container 46 via a return flow line 68.

Gemäß der Erfindung kann ein Feststoff-Raketentriebwerk während seines Fluges bequem geführt werden. Der Treibstoff erzeugt bei der Verbrennung Gase, die unter Erzeugung des Schubs durch die Auslaßdüse 36 nach außen gedrückt werden. Eine unmittelbare Einwirkung der Brenngase auf das biegsame Rohr 38 wird durch die Verlängerung 40 und die Praliplatte 42 verhindert. Während des Fluges wird die Richtungssteuerung durch Verschwenden der Ausiaßdüse 36 bewirkt.According to the invention, a solid rocket engine can be comfortably guided during its flight. During combustion, the fuel generates gases which are forced out through the outlet nozzle 36 while generating the thrust. A direct effect of the combustion gases on the flexible tube 38 is prevented by the extension 40 and the praline plate 42. During flight, directional control is effected by wasting the outlet nozzle 36.

Das zum Verschwenden dienende hydraulische System arbeitet wie folgt: Bei Bewegung des Doppelkofbenschiebers 60a, 60 b und 60 c nach links werden die Leitungen 56 und 62 einerseits und die Leitungen 68 und 64 andererseits miteinander verbunden. Die Leitung 58 ist jedoch durch den Kolben 60a verschlossen. Die von 'dem Sammler 54 kommende' Hydraulikflüssigkeit fließt infolge der miteinander in Verbindung stehenden Leitungen 56 und 62 auf der kolbenstangenseitigen Seite des Kolbens 66 in den Zylinder 28. Hierdurch wird der Kolben 66 nach links bewegt und drückt Flüssigkeit auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 66 über die Leitung 64, das Ventil 60 und die Rückflußleitung 68 aus dem Zylinder 28 in den Vorratsbehälter 46 zurück. Durch Zwischenstellungen des Doppelkolbenschiebers 60a, 60b und 60 c wird sowohl die Strömungsmenge der Hydraulikflüssigkeit zwecks langsamer oder schneller Bewegung des Kolbens 66 als auch die Stellung des Kolbens 66 im Hydraulikzylinder 28 geregelt. Durch eine Bewegung des Kolbens 66 und der daran befestigten Kolbenstange 30 wird die Auslaßdüse 36 gegenüber der Längsachse des Triebwerkes in der vertikalen Ebene um einen beträchtlichen Winkel verschwenkt.The serving for waste hydraulic system operates as follows: Upon movement of the Doppelkofbenschiebers 60a, 60 b and 60 c, the lines 56 and 62 on the one hand and the lines 68 and 64 on the other hand connected with each other to the left. The line 58 is, however, closed by the piston 60a. The hydraulic fluid coming from 'the collector 54' flows into the cylinder 28 on the side of the piston 66 on the piston rod side as a result of the mutually connected lines 56 and 62. This moves the piston 66 to the left and presses fluid on the opposite side of the piston 66 Via the line 64, the valve 60 and the return line 68 from the cylinder 28 back into the storage container 46 . By intermediate positions of the double piston slide 60 a, 60 b and 60 c, both the flow rate of the hydraulic fluid for the purpose of slower or faster movement of the piston 66 and the position of the piston 66 in the hydraulic cylinder 28 are regulated. By moving the piston 66 and the piston rod 30 attached to it, the outlet nozzle 36 is pivoted through a considerable angle with respect to the longitudinal axis of the engine in the vertical plane.

Ein ähnliches hydraulisches System beaufschlagt den hydraulischen Zylinder 28a zwecks Verschwendung der Düse 36 in gleicher Weise, jedoch in einer Ebene, die mit der dem Zylinder 28 und seinen zugehörigen Teilen zugeordneten Bewegungsebene einen Winkel von genau 90° einschließt. Die Kolbenstange 30a ist über ein Kugelgelenk 33a mit dem Flansch 34 verbunden. Das Kugelgelenk 33 a liegt in Umfangsrichtung des Flansches 34 gegenüber dem Kugelgelenk 33 um 90° versetzt. Mit dem Zylinder 28a ist eine Ventilkammer nach Art der dargestellten Ventilkammer 60 verbunden, die zur unabhängigen Betätigung der Zylinder 28 und 28 a dient. Ein ähnliches Betätigungssystern betätigt die beiden anderen Hydraulikzylinder, von denen einer in F i g. 3 nicht dargestellt ist. Der nicht dargestellte Zylinder liegt dem Zylinder 28a gegenüber. Dusch entsprechende Betätigung der einzelnen hydraulischen Systeme kann die Auslaßdüse 36 innerhalb eines kegeligen Bereichs, der durch die Abstände und Abmessungen der Düse 36 und der Verlängerung.40 begrenzt ist, in jede beliebige Stellung verschwenkt werden.A similar hydraulic system acts on the hydraulic cylinder 28a for the purpose of wasting the nozzle 36 in the same way, but in a plane which forms an angle of exactly 90 ° with the plane of movement associated with the cylinder 28 and its associated parts. The piston rod 30a is connected to the flange 34 via a ball joint 33a. The ball joint 33 a is offset in the circumferential direction of the flange 34 with respect to the ball joint 33 by 90 °. With the cylinder 28 a valve chamber in the manner of the valve chamber 60 shown is connected, which serves for independent operation of the cylinders 28 and 28 a. A similar actuation system actuates the other two hydraulic cylinders, one of which is shown in FIG. 3 is not shown. The cylinder, not shown, is opposite the cylinder 28a. With the corresponding actuation of the individual hydraulic systems, the outlet nozzle 36 can be pivoted into any desired position within a conical area which is limited by the distances and dimensions of the nozzle 36 and the extension 40.

Die Kunststoffauskleidung 12 und die Kunststoffprallpiatte 42 sind aus einem Kunststoff hergestellt, der den sehr hohen Temperaturen der Brenngase widersteht, z. B. aus Polysulfidgummi, das mit Ruß und Magnesiumoxyd als Füllstoff gefüllt ist.The plastic liner 12 and the plastic baffle plate 42 are made of a plastic that can withstand the very high temperatures of the fuel gases, e.g. B. made of polysulfide rubber, which is filled with carbon black and magnesium oxide as a filler.

Claims

Claims: 1. Rocket engine, the housing of which is provided with a plastic lining on the inside and the outlet nozzle of which is pivotable in all directions, characterized in that the plastic lining (12) extends backwards beyond the rear end of the housing and the front part of the outlet nozzle (36) on the outside and is in turn surrounded on the outside by a flexible tube (38) which connects the end of the housing to the outlet nozzle (36).

2. Rocket engine according to claim 1, characterized in that the flexible tube (38) consists of a bellows with a preferably circular cross-section.

3. Rocket engine according to claim 1 and 2, characterized in that the rear end (40) of the plastic lining (12) cooperates with an annular baffle plate (42) attached to the outer circumference of the outlet nozzle (36) so that the fuel gases do not hit the inner surface directly of the flexible tube (38) meet. Documents considered: French Patent No. 1197 035; British Patent No. 780,234; U.S. Patent Nos. 2183,311, 2,537,487; Journal of the Royal Aeronautical Society, April 1959, p. 224, Fig. 6 (b).