DE1214052B

DE1214052B - Feststoffrakete

Info

Publication number: DE1214052B
Application number: DEO9556A
Authority: DE
Inventors: Pierre Larue
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1962-07-19
Filing date: 1963-07-17
Publication date: 1966-04-07

Description

Feststoffrakete Die Erfindung betrifft Raketen, bei denen ein fester Treibstoff benutzt wird insbesondere Hochleistungsraketen, die zum Ueiten in sehr großer Höhe bestimmt sind, wie dies insbesondere bei der letzten Stufe einer vielstufigen Rakete der Fall ist.
Die Erfindung betrifft derartige Raketen, bei denen die Treibladung die Form eines Blocks oder einer Masse hat, bei welchen wenigstens ein Ende die Form eines halben Sphäroids mit einer nachstehend »Zündfläche« genannten freien Oberfläche hat, welche mit der umgebenden Atmosphäre über wenigstens eine Düse in Verbindung steht.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Rakete, die besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen angepaßt ist, insbesondere hinsichtlich der Brennweise des Treibstoffs und des Veränderungsgesetzes des von einem derartigen Motor gelieferten Schubes.
Es sind bereits zylindrische Raketen bekannt, bei denen die Treibladung aus mehreren Anteilen aus Treibstoffpulvern mit verschiedenen Verbrennungs-,creschwindi-keiten besteht, nämlich aus einem schnell brennenden und einem langsam brennenden Anteil. Die Trennfläche zwischen den Treibstoffanteilen verläuft in bezug auf die Zündfläche so, daß sie mit der Brennschlußffäche zusammenfällt-Bei dieser bekannten Rakete kann die Pulverladung aus drei verschiedenen Pulvern unterschiedlicher Verbrennungsgeschwindigkeit bestehen, wobei das langsam brennende Pulver in der mittleren Zone in einem gewissen Abstand von der Raketenlängsachse und in den anschließenden entfernteren Zonen die schneller brennenden Pulver in zu den Verbrennungsgeschwindigkeiten proportionalen Kreisen angeordnet sind.
Ferner kann bei dieser bekannten Rakete die Trennfläche zwischen den Treibladungen mit einem die Verbrennung hinderndem überzug versehen sein.
Ferner ist bereits bekannt, Raketen in Form eines Sphäroids, insbesondere in Form einer Kugel oder in einer Form, bei der die äußere Umgrenzungsfläche der Treibstoffladung wenigstens zum Teil halbkugelförmig ist, herzustellen.
Bei Raketentreibladungen ist es außerdem -rundsätzlich bekannt, die Form so zu wählen, daß eine erste Meridiankurve zwei Kreisbögen gleichen Halbmessers aufweist, deren Mittelpunkte auf der Umdrehunasachse liegen und die durch eine die beiden Kreisbogen tangierende Kurve verbunden sind.
Die bekannten Raketen haben jedoch durchwegs den Nachteil, daß ein konstanter Schub nur mit sehr umständlichen Formen der Treibstoffladungen erzielt werden kann und die Treibstoffe meist ungünstig abbrennen.
Diese Nachteile werden bei einer Feststoffrakete, deren Treibstoff in einer Hülle angeordnet ist, wobei wenigstens ein Ende von Hülle und äußerer Treibstoffumgrenzungsfläche die Form eines halben Sphäroids hat und wobei die Treibstoffladung eine ihre Zündfläche bildende freie Oberfläche hat, welche mit einer ins Freie mündenden Düsenanordnung in Verbindung steht, erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß der Teil der Treibstoffladung mit sphäroider Umgrenzung wenigstens zwei verschiedene Anteile aus Treibstoffpulver mit verschiedenen Verbrennungsgeschwindig,keiten aufweist, nämlich einen schnell brennenden Anteil und einen langsam brennenden Anteil, wobei die Zündfläche so verläuft, daß sie sich auf die beiden Anteile erstreckt und wenigstens einen Punkt oder eine Linie gemeinsam mit der Trennfläche zwischen den Anteilen hat, wobei die Trennfläche bezüglich der Zündfläche so verläuft, daß sich die Verbrennungsfronten der beiden Anteile, die gleichzeitig von diesem gemeinsamen Punkt oder der Linie ausgehen, wenigstens am Ende der Verbrennung des Teils der Treibstoffladung mit sphäroider Umgrenzung an der Trennfläche treffen.
Den nachstehenden Ausführungen sei vorausgeschickt, daß der Ausdruck »Sphäroid« sowohl sphärische Flächen als auch angenähert sphärische Flächen bezeichnet, welche jedoch Umdrehungsflächen um wenigstens eine Achse sind und gegebenenfalls in der Vorschubrichtung eine längliche Form haben. Eine solche Fläche kann z. B. dadurch erzeugt werden, daß sich um diese Achse eine gebogene Linie dreht, welche Endabschnitte in Form von Kreisbögen, deren Mittelpunkte auf dieser Achse liegen, und seitliche Abschnitte in der Form von Kurven hat, welche zu jedem dieser Endabschnitte tangential liegen und diese miteinander verbinden (wobei der Ausdruck »Kurve« auch eine gerade Linie einschließt).
Die Erfindung ist ' nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Fig. 1 ist ein schematischer Axialschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rakete; F i g. 2 bis 10, 12 und 14 bis 16 sind F i g. 1 entsprechende Ansichten von anderen Ausführungsformen der Erlmdung; F i g. 11 zeigt die Erzeugung von Sphäroiden, fürwelche ein Beispiel in F i g. 12 dargestellt ist; F i g. 13 zeigt die Erzeugung von Sphäroiden, für welche ein Beispiel in F i g. 14 und 15 dargestellt ist. Die Treibladung einer erfindungsgemäßen Rakete hat wenigstens an einem Ende die Form eines halben Sphäroids, wobei der Ausdruck »Sphäroid« in dem oben erläuterten Sinn zu verstehen ist. Die Erfindung ist insbesondere auf den Fall eines Blocks ellipsoider oder ovaler Form anwendbar (F i g. 11 bis 16).
Der Treibstoffblock hat eine Zündfläche S, welche mit der umgebenden Atmosphäre -über wenigstens eine Düse 1 in Verbindung steht, durch welche die Verbrennungsprodukte austreten, und diese Düse wird von einer Hülle 2 getragen, welche z. B. aus Metall oder einem geeigneten Kunststoff besteht. Die Zündfläche S, über deren ganze Fläche die Treibstoffladung gezündet werden soll, ist die anfängliche Oberfläche einer Verbrennung, welche senkrecht zu dieser Fläche fortschreitet, bis der Treibstoffblock vollständig verbrannt ist. - Die wesentlichen Kennzeichen der Erfindung, welche allen in F i g. 1 bis 16 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam sind, sind folgende: a) Der Treibstofftank umfaßt wenigstens zwei getrennte Anteile A und B aus einem Pulver mit einer hohen Verbrennungsgeschwindigkeit bzw. einem Pulver mit einer niedrigen Verbrennungsgeschwindigkeit, welche nachstehend »schnell brennendes Pulver« bzw. Aangsam brennendes Pulver« genannt sind. Das schnell brennende Pulver kann z. B. ein zusammengesetztes Pulver (z. B. ein Gemisch aus Perchloratpulver und einem Bindemittel) mit einem Zusatz eines Verbrennungsbeschleunigers sein, während das langsam brennende Pulver ein zusammengesetztes Pulver (z. B. wie das vorhergehende) sein kann, welches jedoch keinen Verbrennungsbeschleuniger und gegebenenfalls einen Verbrennungsverzögerer enthält.
b) Die Anteile A (schnell brennendes Pulver) und B (langsam brennendes Pulver) bilden einen Block, welcher durch aufeinanderfolgendes Gießen dieser Anteile oder durch Zusammenkleben von vorgefertigten Teilen oder auch auf andere Weise hergestellt werden kann.
c) Die Anteile A und B sind hinsichtlich ihrer Form und gegenseitigen Lage so ausgebildet, daß die Zündflä#he S (anfängliche Verbrennungsfläche) sich über beide Anteile A und B erstreckt. Vorzugsweise liegt diese Fläche im wesentlichen auf dem Anteil A und nur zu eine . m genngen Maß, welcher nicht 101/o übersteigt, auf dem Anteil B, wo sie auf eine Linie oder sogar auf einen Punkt beschränkt sein kann. Es ist zu bemerken, daß, wenn ein Durchlaß vorgesehen ist, welcher die Zündfläche S mit der Düse 1 verbindet und einen der Pulveranteile A oder B durchdringt, die Wand dieses Durchlasses eine Verbrennung verhindern muß, d. h., sie muß mit einem die Verbrennung verhindernden überzug versehen sein.
Es ist ferner zu bemerken, daß die Faktoren, welche zur Bestimmung des Aufbaus einer zusammengesetzten Treibladung der obigen Art verfügbar sind ' das Verhältnis k der Verbrennungsgeschwindigkeiten des schnell brennenden Pulvers und des langsam brennenden Pulvers und d.ie geometrischen Ab- messungen der Ladung umfassen, insbesondere die Form ihrer Zündfläche S.
Unter Ausgang von einer vorbestimmten Zündfläche mit einer bestimmten Lage in bezug auf den Treibstoffblock ist es möglich, unter Berücksichtigung der Verbrennungsgeschwindigkeiten der beiden Pulver die entsprechenden Formen zu finden, welche den Anteilen A und B des Blocks gegeben werden müssen, und insbesondere die Form der Trennfläche So zwischen diesen Anteilen zu bestimmen.
Hinsichtlich -der Betriebsbedingungen der Raketen ist zu bemerken, daß es unter Umständen wünschenswert sein kann, eine »Neutralität« des Treibsatzes zu erreichen, d. h. einen konstanten Wert des von ihm entwickelten Schubes.
Zur Bestimmung der Trennfläche können zwei Lösungen gewählt werden.
Gemäß einer ersten Lösung stehen die Flammen- fronten des schnell brennenden Pulvers und des langsam brennenden Pulvers beständig auf der Trennfläche So miteinander in Berührung. Die Bestimmung dieser Fläche erfolgt dann durch den Schnitt von Flächen, welche zu den Anteilen der Zündfläche S parallel sind, welche dem schnell brennenden Pulver bzw. dem langsam brennenden Pulver entsprechen. Die Tangente an jeden Punkt der Erzeugenden der Trennfläche S, kann entsprechend der aus der Optik bekannten Methode von Huygens bestimmt werden, indem die Pulver als ein isotropes Medium mit den Indizes 1 bzw. k angesehen werden.
Gemäß einer anderen Lösung wandern die Flamnienfronten der beiden Pulver längs verschiedener Linien der Trennfläche So, wobei dann diese Fläche im voraus festgelegt werden kann.
In dem letzteren Fall ist es möglich, entweder das schnell brennende Pulver und das langsam brennende Pulver miteinander längs der Trennfläche So in Berührung zu lassen, wobei dann die beiden diesen beiden Pulvern entsprechenden Verbrennungsflächen, durch eineübergangsverbrennungsfläche miteinander verbunden werden, oder die beiden Verbrennungsflächen dadurch zu trennen, daß die Trennfläche So mit einem die Verbrennung verhindernden überzug versehen wird.
Nachstehend sind verschiedene Serien von Beispielen für erfindungsgemäße Raketen beschrieben. Eine erste in F i g. 1 bis 5 und 11 bis 1. 6 dargestellte Serie von Beispielen betrifft den Fall, daß die Zündfläche S durch die Wand einer Ausnehmung 3 gebildet wird, welche in dem schnell brennenden Pulver A vorgesehen ist, welches von dem langsam brennenden Pulver B umgeben wird, so daß dann die Zündfläche S nur eine (entweder lineare oder punktförmige) tangentiale Berührung mit der Trennfläche S, zwischen den Anteilen A und B hat.
Ferner fällt bei den Beispielen der F i g. 1 bis 5 dieser ersten Serie der Mittelpunkt der Ausnehmung 3 mit dem Mittelpunkt 0 der Kugel zusammen, und die Wand dieser Ausnehmung, d. h. die Zündfläche S, ist eine Umdrehungsfläche, welche durch die Drehung einer Kurve mit n Ästen entstanden ist, welche in einer Diametralebene der Kugel liegt und wenigstens zwei Symmetrieachsen hat, welche sich in dem Mittelpunkt 0 der Kugel schneiden, wobei die Drehung um irgendeine der Symmetrieachsen dieser Kurve erfolgt.
Schließlich liegt bei diesen Beispielen der F i g. 1 bis 5 der Durchlaß zwischen der Ausnehmung 3 und der Düse 1 zweckmäßig auf der Achse eines der Äste der Kurve, deren Drehung die Wand dieser Ausnehmung erzeugt. Der Durchlaß liegt dann in dem langsam brennenden Anteil B und kann die gesamte Düse oder einen Abschnitt derselben enthalten. Wenn dieser Durchlaß freie Oberflächen aufweist, d. h. Oberflächen, längs welcher die Düse nicht nicht vorhanden ist, müssen diese Oberflächen natürlich mit einem die Verbrennung verhindernden überzug versehen sein.
F i g. 1 zeigt eine Rakete, bei welcher die Ausnehmung 3 in dem schnell brennenden Pulveranteil A dadurch erzeugt wird, daß sich eine Kurve mit zwei Ästen in Form einer Acht um ihre querliegende Symmetrieachse X-X dreht, während die Längssymmetrieachse Y-Y der Kurve mit der Schubachse der Rakete zusammenfällt, d. h. mit der Achse der Düse 1.
Um die »Neutralität« der Rakete zu erhalten, wird dem schnell brennenden Pulveranteil A angenähert die Form eines Ellipsoids gegeben, dessen große Achse auf der Achse X-X liegt, und welches an den Enden dieser -,roßen Achse die Hülle 2 berührt, wobei der Raum zwischen diesem EIIipsoid und der Hülle 2 mit dem langsam brennenden Pulver B aus-,gefüllt ist.
Als Hinweis sei angegeben, daß bei dem Beispiel der F i g. 1, wenn R die Länge eines jeden Kurvenastes und r der Krümmungshalbmesser des Endes r dieses Astes ist, das Verhältnis Ä- einen Wert von etwa 0,35 haben soll, während das Verhältnis zwischen den Verbrennungsgeschwindigkeiten des schnell brennenden Pulvers und des langsam brennenden Pulvers in der Nähe von 2,85 liegen soll, wenn eine Neutralität der Rakete mit einer Annäherung von ±31/o erhalten werden soll.
Dieses erste Beispiel kann so abgewandelt werden, daß sich die beiden Kurvenäste zur Bestimmung der Zündfläche um die Achse Y-Y drehen.
Bei dem Beispiel der F i g. 2 besitzt die Rakete ebenfalls eine einzige Düse 1, und die Kurve zur Erzeugung der Zündfläche S hat drei Äste, wobei die Achse, eines Astes mit der Schubachse Y-Y zusammenfällt. Die Zündfläche wird durch Drehung dieser Kurve um die Symmetrieachse Y-Y erzeugt. Die Trennfläche So zwischen dem schnell brennenden Pulver A und dem langsam brennenden Pulver B wird dann dadurch erzeugt, daß sich um die gleiche Achse Y-Y eine Figur dreht, welche die Form eines Dreiecks mit gebogenen Seiten hat, welche in ihrer Mitte zu den Enden der Äste der Kurve tangential liegen, während die Ecken auf dem Umfang der Kugel liegen. Der Raum zwischen der Zündfläche S und der Trennfläche S, ist mit dem schnell brennenden Pulver A ausgefüllt, während der Raum zwischen der Trennfläche S(, und der Hülle 2 mit dem langsam brennenden Pulver B ausgefüllt ist.
Es ist zu bemerken, daß die das langsam brennende Pulver begrenzende Kugel einen größeren Halbmesser haben kann, wobei dann der Schub der Rakete am Ende seiner Verbrennung zunimmt.
Das Beispiel der F i g. 3 unterscheidet sich von dem der F i g. 3 dadurch, daß die Rakete mehrere Düsen 1 aufweist, z. B. vier, welche mit der Ausnehmung 3 über Durchlässe 4 in Verbindung stehen, deren Wände mit einem die Verbrennuna verhindernden überzug überzogen und in dem langsam brennenden Pulve#ranteil B vorgesehen sind, wie dargestellt. Diese Düsen können gleichzeitig für den Antrieb, zur Steuerung und/oder zur -Stabilisierung benutzt werden.
Fig. 4 betrifft eine Rakete mit einer einzigen Düse 1, wobei die Zündfläche S dadurch erzeugt wird, daß sich eine sternförmige Kurve mit vier Ästen um eine ihrer Symmetrieachsen dreht, wobei zwei dieser Äste eine mit der Schubachse Y-Y zusammenfallende gemeinsame Achse haben. Diese Schubachse kann als Drehachse zur Erzeugung der Zündfläche S benutzt werden. Die Trennfläche So wird dann dadurch erhalten, daß sich um die gleiche Achse Y-Y ein Vierseit mit konkaven Seiten dreht, dessen Ecken auf der Hülle 2 liegen.
Die Rakete der F i g. 5 unterscheidet sich von der vorhergehenden nur dadurch, daß sie außer der Haupttreibdüse 1 noch Stabilisierungs- und/oder Steuerdüsen la aufweist, welche durch Durchlässe 4a, welche mit einer die Verbrennung verhindernden Substanz überzogen und in dem langsam brennenden Anteil B gebildet sind, mit den den querliegenden Ästen der sternförmigen Kurve entsprechenden Ab- schnitten der Ausnehniung 3 verbunden sind.
Es ist zu bemerken, daß die Äste der sternförmir gen Kurve der Ausbildung gemäß F i g. 2 bis 5 auch nicht parallele Seiten haben können, z. B. schräge und/oder gebogene Seiten.
Es ist zu bemerken, daß bei den Ausführungen gemäß F i g. 1 bis 5 der Aufbau durch Meridianebenen (z. B. durch die Zeichenebene) geschnitten werden kann und daß die beiden Hälften voneinander entfernt und miteinander durch eine zylindrische Masse verbunden werden können (einschließlich der beiden Pulver A und B entsprechend -dem Aufbau dieser Hälften). Die Achse dieser zylindrischen Masse ist für diese eine Symmetrieachse aber keine Umdrehungsachse.
Ferner kann bei Ausführungen, bei welchen die sphärische Pulvermasse im Quarschnitt zwei zueinander senkrechte Symmetrieachsen hat und die Ausnehmung so ausgebildet ist, daß sie um den Mittelpunkt 0 herum einen freien Raum läßt, diese sphärische Masse ebenfalls durch eine Äquatorialebene X-X geschnitten werden, und die beiden Abschnitte können miteinander durch eine zylindrische Masse der gleichen Art wie in dem vorhergehenden Fall verbunden werden. Beispiele einer solchen Ausführung sind in F i g. 4 -und 5 dargestellt. Eine andere Serie von in F i g. 6 bis 8 dargestellten Beispielen betrifft den Fall, daß die durch die Zündfläche S begrenzte Ausnehmung 3 exzentrisch in bezug auf die Kugel liegt. Diese Ausnehmung hat vorzugsweise die Form eines Umdrehungskörpers um die Schubachse Y-Y, und der Schnitt dieser Fläche S durch eine durch die Achse Y-Y gehende Ebene ist eine Kurve folgender Art.
Bei der in F i g. 6 dargestellten Ausführung ist sie eine Kurve, deren Scheitel mit dem Mittelpunkt 0 der Kugel zusaninienfällt.
Bei der in F i g. 8 dargestellten Ausführung ist sie eine Kurve, deren Scheitel in der Schubrichtung jenseits des Mittelpunkts 0 der Kugel liegt.
Bei der in P i g. 7 dargestellten Ausführung wird die Ausnehmung 3 dadurch erzeugt, daß sich um die Achse Y-Y . eine Kurve dreht, welche in der Zone ihres Schnitts mit dieser Achse Y-Y einen abgerundeten Abschnitt aufweist, dessen Konkavität der Düse 1 zugewandt ist, während sein Krümmungsmittelpunkt 01 in der Schubrichtung jenseits des Mittelpunkts 0 der Kugel liegt.
Die Trennfläche So -wird dann dadurch erhalten, daß sich um die Achse Y-Y eine Kurve dreht, für welche drei mögliche Beispiele in F i g. 6, 7 und 8 dargestellt sind.
Eine andere Serie von Beispielen ist in F i g. 9 und 10 dargestellt. Sie betrifft Raketen, bei welchen die Zündfläche S entweder auf der die Außenfläche der Treibladung bildenden Kugel liegt (F i g. 9) oder auf einer zu dieser konzentrischen, in 'geringer Entfernung von ihr liegenden Fläche (F i g. 10). In beiden Fällen wird die Fläche S entweder ganz oder wenigstens hauptsächlich durch eine sphärische Kappe gebildet, deren Achse mit der Achse Y-Y zusammen ällt.
In F i g. 9 besteht der sich auf das langsam brennende Pulver erstreckende Abschnitt der Zündfläche S nur aus dein diese sphärische Kappe begrenzenden Kreis, und die Trennfläche S, zwischen den beiden Pulveranteilen A und B ist beliebig gewählt, wobei der schnell brennende Pulverantei1A und der langsam brennende Pulveranteil B über die ganze Ausdehnung ihrer Trennfläche in inniger Berühung miteinander stehen.
Bei der Ausführung gemäß F i g. 10 ist der sich auf das langsam brennende Pulver erstreckende Ab- schnitt der Zündfläche S eine ringförmige konkave Zone, und die Trennfläche S, ist ebenfalls beliebig gewählt, sie ist jedoch mit einer die Verbrennung verhindernden Substanz überzogen.
Es ist zu bemerken, daß der Durchmesser der Kugel nur dann auf die am stärksten exzentrischen Punkte des schnell brennenden Pulveranteils A beschränkt werden muß, wenn die »Neutralität« des Treibsatzes erhalten werden soll. Wenn diese Neutralitätsbedingung nicht zwingend ist, kann der Durchmesser der Kugel dadurch vergrößert werden, daß an ihrem Umfang eine konzentrische Schicht von langsam brennendem Pulver vorgesehen wird.
Es ist zu bemerken, daß bei der Ausführung der F i g. 10 die beiden Teile des schnell brennenden Pulvers A miteinander über einend an dem Mittelpunkt 0 vorgesehenen schmalen Übergang in Verbindung stehen. F i g. 11 zeigt das Prinzip einer anderen Ausführung der Erfindung.
In diesem Fall ist der Querschnitt der Außenfläche des Pulverblocks in der Längsrichtung eine geschlossene Kurve mit zwei zueinander senkrechten Symmetrieachsen, von welcher ein Viertel a-b in Fig. 11 dargestellt ist. Es besitzt einen Abschnitt a-c in Form eines Kreisbogens mit dem Mittelpunkt 0, und einen Abschnitt c-b in Form eines Kreisbogens mit dem Mittelpunkt 02-Der schnell brennende Anteil des Blocks ist bei A dargestellt, während der langsam brennende Anteil bei B gezeigt ist. Das Verhältnis zwischen den Verbrennungsgeschwindigkeiten des schnell brennenden Pulvers und des langsam brennenden Pulvers ist k. Wenn W die Dicke des langsam brennenden Pulvers in Richtung der Achse X-X ist, ist die Dicke des schnell brennenden Pulvers längs der Achse Y-Y gleich kW.
In der Ansicht der F i 11 bestehen die, Querschnitte der Verbrennungsflächen für das schnell brennende Pulver A zum Teil aus Kreisbögen mit dem Mittelpunkt 01, während sie für den langsam brennenden Anteil B Kreisbögen mit dem Mittelpunkt 02 sind.
Die Zündfläche oder Wand der Ausnehmung 3 hat im Schnitt durch die Meridianebene der F i g. 11 die Formeiner Kurve mit einem Kreisbogen b'-S mit dem Mittelpunkt 0.. welcher nach Belieben auf der der Achse X-X gewählt werden kann, wobei der Halbmesser dieses Kreisbogens 0 3- b* ist, und einem geraden Abschnitt 01-5, welcher einen Winkel von weniger als 90' mit dem Abschnitt 0-0:, der Achse Y-Y bildet, wobei der gerade Abschnitt 01-5 bei 5 eine Tangente an den Kreisbogen b'-5 bildet. Der Meridianschnitt der Ausnehmung 3 weist somit eine Spitze bei 0, auf.
Mit einer solchen Zündfläche haben die Flammenfronten die durch gestrichelte Linien in Fig. 11 angedeuteten Formen. Wenn eine Spitze 0, vermieden werden soll, kann die Zündfläche als eine dieser Flammenfronten gewählt werden, z. B. 0, 52-51-b2#-bi .
Die von b' bis c reichende Trennfläche S, zwischen dem langsam brennenden Pulver B und dem schnell brennenden Pulver A ist in F ig. 11 durch die Linie b'-c gemäß der ersten der beiden oben angegebenen Lösungen angedeutet, bei welcher die Flammenfronten des schnell brennenden Pulvers und des langsam brennenden Pulvers sich ständig auf der Trennfläche S, berühren. Anders ausgedrückt, zu einem gegebenen Zeitpunkt schneiden die Flammenfronten de ' r beiden Pulver die Trennfläche längs einer einem Punkt von b'-c entsprechenden Linie.
Fig. 12 ist ein Längsschnitt einer entsprechend einer Ausführung des in Fig. 11 dargestellten Prinzips hergestellten Rakete. Die Düse 1 liegt auf der Achse Y-Y, welche die Umdrehungsachse ist. In diesem Fall fällt die Schubachse mit der Umdrehungsachse zusammen.
Es ist jedoch zu bemerken, daß die Schubachse auch die zu der Umdrehungsachse Y-Y senkrecht liegende Achse X-X sein kann, wobei dann die Düs-enachse auf der Achse X-X liegt.
Ferner ist zu bemerken, daß bei einem Aufbau gemäß dem in F i g. 11 dargestellten Prinzip, wobei die Umdrehuntsachse Y-Y ist, die, beiden über und unter X-X liegenden Abschnitte in einiger Entfernung voneinander angeordnet und miteinander durch einen zylindrischen ringförmigen Abschnitt verbunden werden können, dessen Erzeugende parallel zu Y-Y liegen, und welcher aus langsam brennendem Pulver besteht, wobei die Schubachse Y-Y ist.
Bei einer anderen dem in Fig. 11 dargestellten Prinzip entsprechenden Ausführung können die beiden Abschnitte auf jeder Seite von Y-Y in einiger Entfernung voneinander angeordnet und miteinander durch einen zylindrischen ringförmigen Abschnitt verbunden werden, dessen Erzeugende parallel zu X-X sind, wobei dieser zylindrische Abschnitt einen länglichen Querschnitt hat, welcher identisch mit dem Schnitt des oben-erwähnten Abschnitts durch die zu X-X senkrechte Ebene Y-Y ist und aus schnell brennendem Pulver besteht.
Wenn die beiden Achsen Y-Y und X-X miteinander vertauscht werden, d. h. wenn X-X die Umdrehungsachse ist, entstehen offenbar vier weitere Anordnungen, welche den vorhergehenden entsprechen, bei welchen die Umdrehungsachse Y-Y ist.
Fig. 13. ist eine Fig. 11 entsprechende Ansicht, welche einem Aufbau entspricht, welcher die Vergrößerung des Verhältnisses zwischen dem Flächeninhalt der Zündfläche und dem Volumen der Ausnehmung 3 und die Vergrößerung der Zahl der verfügbaren Parameter ermöglicht.
Der Raketenmotor entsteht durch Drehung einer Anordnung, von welcher ein Viertel in F i g. 13 dargestellt ist, entweder um die Achse Y.1-Y, oder um die Achse Y2-Y2.
In diesem Fall enthält der Axialschnitt der Zündfläche der Ausnehmung 3, wie in F i g. 13 dargestellt, einen Kreisbogen b'-5 und eine gebrochene Linie 5-6-0.. wobei der Abschnitt 5-6 bei 5 eine Tangente an den Kreisbogen b-5 bildet. Die Trennfläche So weist eine Spitze auf.
Wie in dem vorhergehenden Fall können entsprechend dem Prinzip der F i g. 11 vier Anordnungen durch Drehung um die Achse Y,-YI und vier weitere Anordnungen durch Drehung um die Achse Y,-Y, erhalten werden.
Ehie dieser durch Drehung um die Achse YI-yl erhaltenen Anordnungen ist in F i g. 14 dargestellt. In diesem Fall sind die beiden Endabschnitte voneinander entfernt und miteinander durch einen zylindrischen ringförmigen Abschnitt miteinander verbunden worden ' dessen Erzeugende parallel zu Y1-yl sind, und welcher aus schnell brennendem Pulver besteht.
Eine andere dieser Anordnungen, welche durch Drehung um die Achse Y.-Y# erhalten wird, -ist in F i g. 15 dargestellt.
Die Ausbildung gemäß F i g. 16 entspricht der der F i g. 12, jedoch mit dem Unterschied, daß der Endabschnitt unter der Achse X-X einen größeren Durchmesser als der Endabschnitt über derselben hat.
In diesem Fall müssen drei verschiedene Pulver mit verschiedenen Verbrennungsgeschwindigkeiten benutzt werden. Das langsam brennende Pulver B ist in gleicher Weise wie der Anteil B der F i g. 12 angeordnet. Die Anteile Al und A2 entsprechen den beiden bei A in F i g. 12 dargestellten Anteilen des schnell brennenden Pulvers, sie liegen jedoch über bzw. unter der Achse X-X. Wenn r die Verbr--nnung eschwindigkeiten des Pulveranteils B und r, -" s9 g und r, die der Anteile A, und A2 sind, ist r kleiner als ri und r, und da der Halbmesser des oberen Anteils A, kleiner als der des unteren Anteils A, ist, ist ri auch kleiner als r..

Claims

Patentansprüche: 1. Feststoffrakete, deren Treibstoff in einer Hülle angeordnet ist, wobei wenigstens ein Ende (von Hülle und äußerer Treibstoffumgrenzungsfläche) die Form eines halben Sphäroids hat und wobei die Treibstoffladung eine ihre Zündfläche bildende freie Oberfläche -hat, welche mit einer ins Freie mündenden Düsenanordnung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Treibstoffladung mit sphäroider Umgrenzung wenigstens zwef verschiedene Anteile (A, B) aus Treibstoffpulver mit verschiedenen Verbrennungsgeschwindigkeiten aufweist, nämlich einen schnell brennenden Anteil (A) und einen langsam brennenden Anteil (B), wobei die Zündfläche (S) so verläuft, daß sie sich auf die beiden Anteile (A, B) erstreckt und wenigstens einen Punkt oder eine Linie gemeinsam mit der Trennfläche (SO) zwischen den Anteilen (A und B) hat, wobei die Trennfläche (S.) bezüglich der Zündfläche so verläuft, daß sich die Verbrennungsfronten der beiden Anteile (A und B), die gleichzeitig von diesem gemeinsamen Punkt oder der Linie ausaehen wenigstens am Ende der Verbrennung des Teils der Treibstoffladung mit sphäroider Umgrenzung an der Trennfläche (So) treffen.
2. Rakete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß höchstens 10 % der Zündfläche (S) auf dem langsam brennenden Anteil (B) liegen. 3. Rakete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem langsam brennenden Anteil (B) liegende Teil der Zündfläche (S) nur eine Linie oder sogar nur ein Punkt ist. 4. Rakete nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfläche (S.) zwischen den Pulveranteilen (A, B) so ausgebildet ist, daß die Flarnnienfronten dieser Anteile sich ständic, auf der Trennfläche berühren. 5. Rakete nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündfläche (S) durch die innere Oberfläche einer in der Ladung vorgesehenen Ausnehmung (3) gebildet wird. 6. Rakete nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet ' daß die Düse (1) mit der Ausnehmung (3) über einen Durchlaß in Verbindung steht, welcher einen der Treibstoffanteile (A, B) durchdringt und mit einem die Verbrennung verhindernden überzuc, versehen ist. 7. Rakete nach Anspruch 5, dadurch gekenn# zeichnet, daß die Ausnehmung (3) sich in dem schnell brennenden Anteil (A) befindet, welcher von dem langsam brennenden Anteil (B) umgeben wird. 8. Rakete nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmung (3) in dem schnell brennenden Anteil (A) befindet, welcher in dem langsam brennenden Anteil eingeschloss#en ist. 9. Rakete nach Anspruch 5, bei dem das ganze Sphäroid, von dem die äußere Umgrenzungsfläche der Treibstoffladung die Hälfte einnimmt, durch die Drehung einer wenigstens einen Kreisbogen aufweisenden geschlossenen ersten Meridiankurve um eine Achse, und die Ausnehmung durch die Drehung einer zweiten Meridiankurve um dieselbe Achse entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meridiankurve wenigstens zwei Symmetrieachsen hat, von denen eine die Urndrehungsachse ist und wobei die Trennfläche (SO) zwischen dem schnell brennenden Pulver (A) und dem langsam brennenden Pulver (B) durch die Drehung einer dritten Meridiankurve um dieselbe Umdrehungsachse erzeugt wird. 10. Rakete nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sphäroid in an sich bekannter Weise eine Kugel ist. 11. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meridiankurve zwei Kreisbögen mit gleichem Halbmesser aufweist, deren Mittelpunkte auf der Umdrehungsachse liegen, und welche durch eine die beiden Kreisbögen tangierende Kurve verbunden sind, wobei die Treibstoffladung nur zwei Pulver mit verschiedenen Verbrennungsgeschwindigkeiten umfaßt. 12. Rakete nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Pulvern mit verschiedenen Verbrennungsgeschwindigkeiten das schnell brennende Pulver in einer unmittelbar die Umdrehungsachse umgebenden vorderen Zone und das langsam brennende Pulver in der diese Umdrehungsachse in einem gewissen Ab- stand umgebenden Umfangszone sind. 13. Rakete nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden verschiedenen Pulvern das langsam brennende Pulver in der die Umdrehungsachse unmittelbar umgebenden vorderen Zone und das schnell brennende Pulver in der die Ausnehmung (3) in einem gewissen Ab- stand von der Umdrehungsachse umgebenden Zone sind. 14. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meridiankurve zwei Kreisbögen mit verschiedenen Halbmessern aufweist, deren Mittelpunkte auf der Umdrehungsachse liegen, und welche durch einen die beiden Kreisbögen tangierenden Kreisbogen verbünden sind, wobei die Treibladung drei verschiedene Pulver aufweist, nämlich ein langsam brennendes Pulver in der mittleren Zone in einem gewissen Abstand von der Umdrehungsachse und in den die Umdrehungsachse unmittelbar umgebenden Endzonen zwei verhältnismäßig schnell brennende Pulver, deren Verbrennungsgeschwindigkeiten zu den Halbmessern ihrer Kreisbögen proportional sind. 15. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meridiankurve zwei Ab- schnitte aufweist und die Form einer Acht hat (F i g- 1). 16. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meridiankurve drei Ab- schnitte hat und sternförmig ist (F i g. 2 und 3). 17. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meridiankurve vier Ab- schnitte hat (F i g. 4 und 5). 18. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meridiankurve eine Spitze auf der Umdrehungsachse oder einen Kreisbogän aufweist, dessen Mittelpunkt auf dieser Spitze liegt. 19. Rakete nach Ansprach 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meridiankurve zwei in bezug auf die Umdrehungsachse symmetrisch zueinander liegende Spitzen aufweist. 20. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meridiankurve drei Spitzen aufweist, von denen die eine auf der Umdrehungsachse liegt, während die beiden anderen in bezug auf die Umdrehungsachse symmetrisch zueinander liegen. 21. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachsen senkrecht aufeinanderstehen und daß das halbe Sphäroid dadurch erhalten wird, daß das Sphäroid durch eine zu der Umdrehungsachse senkrechte Ebene geschnitten wird. 22. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das halbe Sphäroid dadurch erhalten wird, daß das Späroid durch eine durch die Umdrehungsachse gehende Ebene geschnitten wird. 23. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei einander entgegengesetzte halbe Sphäroide aufweist, welche unmittelbar so miteinander vereinigt sind, daß sie ein vollständiges Sphäroid bilden. 24. Rakete nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei einander entgegengesetzte halbe Sphäroide, welche in einen gewissen Abstand voneinander angeordnet und miteinander durch einen Zylinderabschnitt verbunden sind. 25. Rakete nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Zylinders höchstens gleich der größten Querabmessung desselben ist. 26. Rakete. nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß die Düse axialsymmetrisch zur Umdrehungsachse ist. 27. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse mit der Umdrehungsachse einen Winkel bildet. 28. Rakete nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit der Ausnehmung (3) in Verbindung stehende Düsen vorgesehen sind. 29. Rakete nach Ansprach 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündfläche exzentrisch in bezug auf den Mittelpunkt der sphäroiden Hülle liegt und eine Umdrehungsfläche um die Schubachse der Rakete ist. 30. Rakete nach Anspruch 29, dadurch ge, kennzeichnet, daß die, Ausnehmung (3) eine Kuppe aufweist, deren Scheitel entweder mit dem Mittelpunkt der sphäroiden Hülle zusammenfällt oder in der Schubrichtung jenseits dieses Mittelpunktes liegt. 31. Rakete nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungsfläche einen abgerundeten Scheitel hat, dessen Konkavität der Düsenanordnung zugewandt ist, und daß sein Krümmungsmittelpunkt in der Schubrichtung jenseits des Symmetriemittelpunktes der sphäroiden Hülle liegt. 32. Rakete nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse axial auf der Umdrehungsachse angeordnet ist. 33. Rakete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündiläche (S) im wesentlichen aus einem Teil der Außenfläche des Anteils der Treibstoffladung mit sphäroider Umgrenzung besteht. 34. Rakete nach Anspruch 33, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Trennfläche in an sich bekannter Weise mit einem die Verbrennung verhindernden überzug versehen ist. 35. Rakete nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündfläche (S) im wesentlichen parallel und konzentrisch zur Begrenzungsfläche des Anteils der Treibstoffladung mit sphäroider Umgrenzung ist, dabei aber einen geringen Abstand von dieser Grenzfläche hat (F i g. 10). 36. Rakete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung nach innen in das Ende der Hülle halbsphäroider Form vorspringt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1003 516; USA.-Patentschriften Nr. 3 032 970, 3 008 417, 3 002 459, 3 001363; »Raketentechnik u. Raumfahrtforschung«, 5. Bd., Nr. 1 (Januar/März 1961), S. 10.