DE1203051B

DE1203051B - Treibsatz fuer Feststoffrakete

Info

Publication number: DE1203051B
Application number: DER33039A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl-Otto Wehlow; Hans-Dieter Harnau
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1962-06-30
Filing date: 1962-06-30
Publication date: 1965-10-14
Also published as: NL294375A; GB1015375A; US3287912A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F02k

Deutsche Kl.: 46 g-1/01

Nummer: 1203 051

Aktenzeichen: R 330391 a/46 g

Anmeldetag: 30. Juni 1962

Auslegetag: 14. Oktober 1965

Bei Anfeuerung eines Feststoffraketentreibsatzes muß je nach Größe der Pulveroberfläche, der Ladedichte und der Pulvereigenschaften eine bestimmte Mindestwärmemenge zur Erreichung der Zündtemperatur zur Verfügung stehen. Diese Wärmemenge wird durch Verbrennen einer Beiladung freigemacht, die ihrerseits den gleichen Bedingungen hinsichtlich Entzündung unterworfen ist.

Durch unterschiedliche Außentemperaturen, die der unverbrannte Treibsatz und die Beiladung annimmt, wird einmal der Wärmebedarf zur Erreichung der gewünschten Zündverzugszeit, während der der Wärmeaustausch zwischen Anfeuerung und Treibsatz stattfindet, verschieden sein, und es wirkt sich zudem noch die unterschiedliche Abbrandgeschwindigkeit des Pulvers, die eine Funktion vom Druck in der Brennkammer und der Treibsatztemperatur ist, ungünstig aus. Durch Überlagerung der beiden letztgenannten Wirkungen stellt sich bei niedrigeren Temperaturen als die Bezugstemperatur eine langsamere Verbrennung des Treibsatzes bei niedrigerem Brennkammerdruck und längerer Brennzeit ein. Hierdurch wird der erzielbare Impuls auch niedriger. Bei höheren Temperaturen als die Bezugstemperatur ergibt sich eine entgegengesetzte Wirkung: schnellere Verbrennung, hoher Brennkammerdruck und kurze Brennzeit.

Diese Auswirkung des Temperaturgradienten ist sehr unerwünscht, da die Brennkammer festigkeitsmäßig für den Druck bei höchster Außentemperatur ausgelegt werden muß und die Rakete damit bei niedrigeren Außentemperaturen ein ungünstigeres Massenverhältnis als erforderlich aufweist und zudem einen kleineren Impuls entwickelt. Bei Kurzbrennraketen kommt oft noch die erschwerende Auslegungsbedingung begrenzter maximaler Brennzeit hinzu.

Bei einer bekannten Feststoffrakete hat man zur Erzielung einer konstanten Brennzeit bei unterschiedlichen Außentemperaturen der Austrittsdüse ein Bimetallelement zugeordnet, durch welches der Düsenquerschnitt selbsttätig, in Abhängigkeit von der Außentemperatur, verändert wird.

Ferner ist es bekannt, dem Haupttreibsatz einer Feststoffrakete eine oder mehrere, unabhängig voneinander oder gleichzeitig zündbare Hilfstreibsätze zuzuordnen, um die Rakete verschiedenen Forderungen anzupassen, beispielsweise um eine Änderung der Reichweite herbeizuführen. Die erforderlichen Einstellungen müssen hierbei jeweils vor dem Abfeuern von Hand oder durch eine Fernsteuerung iorgenommen werden.

Treibsatz für Feststoffrakete

Anmelder:

Rheinmetall G. m. b. H.,
Düsseldorf, Ulmenstr. 125

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Karl-Otto Wehlow,

Ratingen-Tiefenbroich;

Hans-Dieter Harnau, Gevelsberg (Westf.)

Schließlich ist eine Feststoffrakete bekannt, bei der zwecks Regelung der Brenngeschwindigkeit oder des Druckes außer einem in einer Hauptbrennkammer angeordneten Haupttreibsatz eine in einer Zusatzbrennkammer angeordnete, aus einem »kalten Pulver« bestehende, d. h. eine bei niedrigerer Temperatur als der Haupttreibsatz abbrennende Zusatzladung vorgesehen ist. Beide Ladungen brennen stets gleichzeitig ab, wobei der Einfluß der abbrennenden Zusatzladung auf die Vorgänge in der Hauptbrennkammer in Abhängigkeit des in dieser vorhandenen Druckes über einen Gasdruckschalter gesteuert wird. Diese Rakete ist jedoch baulich sehr aufwendig, so daß sich ein ungünstiges Massenverhältnis und damit hohes spezifisches Baugewicht ergibt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Auswirkung des Temperaturgradienten eines Pulvers durch innerballistische Maßnahmen auf elektrischem Wege auszugleichen.

Bei einer mit einem Haupttreibsatz und einem oder mehreren unabhängig voneinander oder gleichzeitig zündbaren Hilfstreibsätzen versehenen Feststoffrakete wird dieser Ausgleich gemäß der Erfindung dadurch herbeigeführt, daß den Hilfstreibsätzen (Ausgleichsladungen) an sich bekannte, in den Zündstromkreis eingeschaltete und in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße der Brennkammer oder des Haupttreibsatzes gesteuerte Schaltmittel zugeordnet sind. Der Treibsatz und die jeweils in Abhängigkeit von der Außentemperatur gezündeten Ausgleichsladungen sind hierbei so bemessen, daß der entstehende Gesamtimpuls aus der Verbrennung des Treibsatzes der Hauptladung und der Ausgleichsladungen für jeden Temperaturbereich stets gleich ist.

Die Zündung der Ausgleichsladungen erfolgt durch einen elektrischen Schalter, der in Abhängigkeit von verschiedenen Größen steuerbar ist. Dies

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kann bei von der Außentemperatur abhängiger Steuerung durch einen Bimetallschalter erfolgen, bei Steuerung in Abhängigkeit vom Brennkammerdruck durch einen Gasdruckschalter oder bei Steuerung in Abhängigkeit vom Druckanstieg in der Brennkammer durch einen Beschleunigungsschalter.

Damit steht je nach Außentemperatur, Brennkammerdruck oder Druckanstieg eine angepaßte Wärmemenge zum Ausgleich zur Verfügung, und es wird durch die entweder über einen Teil der Brennzeit der Hauptladung oder über die gesamte Brennzeit der Hauptladung brennende Ausgleichsladung die Pulveroberfläche und damit der Brennkammerdruck im Minustemperaturgebiet erhöht bzw. im Plustemperaturgebiet erniedrigt.

Es kann hiermit einmal der Einfluß der Pulvertemperatur auf Druck und Abbrandgeschwindigkeit kompensiert und ferner durch Oberflächenabstufungen der Ausgleichsladungen bei konstantem Gesamtgewicht des verbrennenden Pulvers der Impuls und damit die Brennschlußgeschwindigkeit der Rakete konstant gehalten werden.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und zwar zeigt

F i g. 1 eine Kurzbrennrakete mit zwei Ausgleichsladungen,

F i g. 2 eine Langbrennrakete mit drei Ausgleichsladungen,

Fig. 3 das elektrische Schaltbild mit einem von der Außentemperatur gesteuerten Bimetallschalter,

F i g. 4 ein elektrisches Schaltbild für einen vom Gasdruckanstieg betätigten Beschleunigungsschalter und

F i g. 5 den Spannungsverlauf gemäß dem Schaltbild nach Fig. 4.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Kurzbrennrakete. Die Rakete T enthält außer dem Haupttreibsatz 1 die Anfeuerungsbeiladung 2 sowie die gegen den Verbrennungsraum abgedeckten Ausgleichsladungen 3 und 4. Die Rakete ist für eine bestimmte Temperatur, die Normaltemperatur N, ausgelegt. Wird die Rakete in diesem Temperaturbereich abgefeuert, dann werden die Beiladung 2, die Ausgleichsladung 3 sowie der Haupttreibsatz 1 gezündet. Bei Abfeuerung der Rakete bei höherer Temperatur (P) wird der Haupttreibsatz lediglich durch die Beiladung 2 gezündet. Wird die Rakete dagegen bei niedrigerer Temperatur (M) als der Normaltemperatur N abgeschossen, dann zünden die Beiladung 2, die Ausgleichsladungen 3 und 4 sowie der Haupttreibsatz 1. Die Ausgleichsladungen sind gegeneinander so abgedeckt, daß eine Anfeuerung der nicht gezündeten Stufen durch die Pulvergase verhindert wird. Die nicht gezündeten Ausgleichsladungen verbleiben unverbrannt in der Rakete. Zu diesem Zweck und um die auftretenden Druck- und Beschleunigungskräfte aufzunehmen, ist die Ausgleichsladung mit einer geeigneten Abdeckmasse versehen bzw. bei pulverförmiger Ausführung sind die Ausgleichsladungsbehälter zweckmäßig aus abgedecktem, elastischem Material (z. B. Abdeckmasse in Verbindung mit Seidengaze, Kunststoff, Glasfaser oder Gummi) hergestellt, die durch eine Halterung am Brennkammerboden befestigt werden. Die Beiladung sowie die Ausgleichsladungen besitzen jeweils ein eigenes Zündmittel 6 (Zündpille, Zündschraube od. dgl.).

Die Langbrennrakete gemäß Fig. 2 ist entsprechend ausgebildet. Sie weist ebenfalls einen Haupttreibsatz 1 auf, dem eine abgestufte Beiladung 2 sowie die Ausgleichsladungen 3, 4 und 5 zugeordnet sind. Die Dimensionierung der Ausgleichsladungen erfolgt jeweils nach der gestellten Forderung, beispielsweise nach konstanter Brennzeit oder konstantem Impuls bzw. Brennschlußgeschwindigkeit od. dgl. Ausgleichsladungsmenge, Pulverart, Pulverform bzw.

ίο Größe und Form der Pulverelemente der einzelnen Stufen können je nach Verwendungszweck, gewünschter Diagrammcharakteristik und Temperaturbereich unterschiedlich ausgeführt werden.
Fig. 3 zeigt eine elektrische Zündschaltung, die in Abhängigkeit von der Außentemperatur gesteuert wird. Die Schaltung erfolgt über einen Bimetallschalter 7. Wie F i g. 3 erkennen läßt, befindet sich der Schalter in der Plustemperatur-Schaltstellung α, in der durch den Zündschalter Z nur der Stromkreis I geschlossen wird. Sinkt die Außentemperatur ab, so streckt sich der Bimetallstreifen 7' und schließt über den Federkontakt b den Stromkreis II parallel zu Stromkreis I. Diese Stellung entspricht der Normalbzw. Bezugstemperatur N. Beim Absinken auf Minustemperatur krümmt sich der Bimetallstreifen nach der anderen Seite und schließt über den Federkontakt c auch noch den Stromkreis III parallel zu I und II. Im Stromkreis I liegt beispielsweise die Zündpille 6 der Beiladung, so daß im Plustemperaturgebiet nur die Beiladung 2 und der Haupttreibsatz 1 (Fig. 1 und 2) gezündet werden. In den Stromkreisen II und III liegt jeweils die Zündpille einer Ausgleichsladung, die entweder mit der Beiladung gleichzeitig oder über eine Verzögerungseinrichtung nacheinander gezündet werden.

Die Kontakte b und c sind einstellbar, so daß in gewissen Grenzen Abstufungen der Temperaturgebiete möglich sind. Grundsätzlich ist die Schaltung so aufgebaut, daß Stromkreis I über den Zündschalter auch bei Versagen irgendeines Bauteils in Stromkreis II oder III sicher geschlossen wird. Als Energiequelle ist ein Stoßgenerator 8 vorgesehen.

F i g. 4 zeigt das Schaltbild für eine in Abhängigkeit vom Gasdruckanstieg in der Brennkammer gesteuerte Zündschaltung durch einen Beschleunigungswertgeber 9. Zum besseren Verständnis des Schaltbildes sind in F i g. 5 in den Kurven α bis e die Spannungsverhältnisse an den wichtigen Punkten der Schaltung dargestellt.

Im einzelnen zeigen die Kurven:

a) den Spannungsverlauf an dem Zündmittel 6 des Stromkreises I, das bei der Zeit t zündet;

b) den Spannungsverlauf an dem Kondensator Cl. Die Spannung t/10 entspricht der Zündspannung der Glimmröhre 10;

c) den Spannungsverlauf am Kondensator C 2. Die Spannung t/11 entspricht der Zündspannung der Glimmröhre 11;

d) den Spannungsverlauf am Kondensator C 3. Die Spannung t/10 entspricht der Zündspannung der Glimmröhre 10 (wie Kurve b);

e) den Spannungsverlauf am Kondensator C 4. Die Spannung t/12 entspricht der Zündspannung der Glimmröhre 12.

Die dargestellten Kurven beziehen sich auf die in Fig. 4 gezeichnete Schalterstellung. Zur Vereinfachung ist nur jeweils die Zündspannung der Glimmröhren 10, 11 und 12 dargestellt worden, es sind

aber die Zündkreise zündfähig bis zum Erreichen der Löschspannung, die um einen bestimmten Wert unter der Zündspannung liegt.

Aus den Kurven ist ersichtlich, daß die Zündmittel 6' und 6" der Stromkreise II und III nur über den Schalter gezündet werden können, wenn die Zündspannung der zugehörigen Glimmröhre 11 bzw. 12 überschritten wird. (Zeitabschnitte il bis ti' und ti bis ti'.)

Je nach Größe der Beschleunigung werden die entsprechenden Ausgleichsladungen wie folgt gezündet: Wird der als Energiequelle beispielsweise verwendete Stoßgenerator 8 betätigt, so lädt er die Kondensatoren Cl und C 3 bis auf die Zündspannung t/10 der Röhre 10 auf (Fig. 5, Kurven b und d). Der Zündkreis I ist dabei so ausgelegt, daß die Beiladung erst dann über die Glimmröhre 10 zündet (Kurve α), wenn die Speicherkondensatoren Cl und C 3 für die Kreiseil und III aufgeladen sind. Von diesen Speicherkondensatoren werden über Widerstände die Zündkondensatoren Cl und C 4 derart verzögert aufgeladen, daß im Stromkreis II nur in der Zeit ti bis ti' (Kurve c) gezündet werden kann, und im Stromkreis III nur in der Zeit ti bis ti' (Kurve e) eine Zündung möglich ist. Dabei ist

Nach dem Zünden des Zündmittels 6 kann der Druck (die Beschleunigung) unterschiedlich schnell ansteigen. Nimmt die Beschleunigung so stark zu, daß der Schalter 9 aus der Grundstellung x-x in der Zeit il bis tV (Kurve e) die Stellung ζ erreicht, dann wird die schwache Ausgleichsladung gezündet. Nach Abklingen des Druckes (der Beschleunigung) geht der Schalter über Stellung y in die Ausgangslage zurück, wobei der Zündkreis II nicht anspricht, da der Zeitbereich ti bis ti' längst überschritten ist. Ist dagegen der Druckanstieg (die Beschleunigung) so gering, daß der Schalter die Stellung y erst nach einer Zeit ti bis ti' erreicht, dann zündet die starke Ausgleichsladung. Ein anschließendes Ansprechen des Zündkreises III ist nicht möglich, da il bis ti' bereits überschritten ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Feststoffrakete mit einem Haupttreibsatz und einem oder mehreren unabhängig voneinander oder gleichzeitig zündbaren Hilfstreibsätzen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der Auswirkungen des Temperaturgradienten bei von der Bezugstemperatur unterschiedlichen Temperaturen den Hilfstreibsätzen (Ausgleichsladungen) (3, 4, 5) an sich bekannte, in den Zündstromkreis eingeschaltete und in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße der Brennkammer oder des Haupttreibsatzes gesteuerte Schaltmittel zugeordnet sind.

2. Feststoffrakete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel ein von der Außentemperatur gesteuerter Bimetallschalter (6) ist.

3. Feststoffrakete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel ein in Abhängigkeit vom Brennkammerdruck gesteuerter Gasdruckschalter ist.

4. Feststoffrakete nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel durch einen vom Gasdruckanstieg in der Brennkammer gesteuerten Beschleunigungswertgeber (9) betätigbar ist.

5. Feststoffrakete nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgleichsladungen eigene, unabhängige Beiladungen (Zündladungen) zugeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1077 744;
USA.-Patentschriften Nr. 3 031842, 2956401,
032.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 717/106 10.65 ® Bundesdruckerei Berlin