DE1217698B - Kernaufbau fuer die Hohlraumbildung in gegossenen Feststoffraketentreibsaetzen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Tnt. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F02k

Deutsche KL: 46 g-1/01

1217698
T 239901 a/46 g
14. Mai 1963
26. Mai 1966

Raketentriebwerke mit festem Treibstoff besitzen gewöhnlich ein dünnwandiges Metallgehäuse, das am einen Ende geschlossen ist und dessen fester Treibstoffkörper an die Innenwand des Gehäuses gebunden ist. Gewöhnlich erstreckt sich eine zentrische Höhlung in der Längsrichtung durch den Treibstoffkörper, damit die Zündung aus dem Inneren des Treibstoffes erfolgen und die Verbrennung radial nach außen zur Wand des Gehäuses fortschreiten kann. Das Triebwerk wird dadurch geladen, daß man in das Gehäuse einen Dorn oder Kern von einer Gestalt entsprechend derjenigen der gewünschten zentrischen Höhlung einsetzt, den Treibstoff in flüssiger Form in den Raum zwischen Dorn und Gehäuse einführt, ihn zur festen Form erstarren läßt und den Dorn herauszieht, so daß die gewünschte zentrische Höhlung im Treibstoffkörper verbleibt. Die Gestalt der zentrischen Höhlung hat einen wichtigen Einfluß auf die Leistungscharakteristik des Triebwerks, und verschiedenerlei Gestaltungen sind angewandt worden, um den Schub des Triebwerks als Zeitfunktion zu variieren. Die Erfindung befaßt sich besonders mit der Aufgabe, eine geeignete Höhlung in dem abgeschlossenen oder Bugende der Rakete auszubilden, das eine halbkugelige oder auch elliptische Gestalt hat. Um eine hohe Raumladungsdichte und sonstige erwünschte Eigenschaften zu erzielen, soll die zentrische Höhlung im Bugteil des Treibstoffkörpers zu einer Kurve ähnlich derjenigen des Bugteiles des Gehäuses zusammenlaufen. Diese Konvergenzbedingung führt zu einem besonderen Problem bei Raketentreibsätzen, in denen Teile der Höhlung im Abstand von der Mittellinie breiter sind als der zentrische Höhlungsteil.

Wenn ein starrer Dorn oder Kern verwendet wird und die gekrümmten Teile des Domes so gefertigt werden, daß sie zum Bugende zusammenlaufen, ist es unmöglich, den Kern herauszuziehen, nachdem der Treibstoff hart geworden ist. Die Erfindung sieht einen Kernaufbau vor, bei dem die Bugteile des Kernes _: biegsam gefertigt sind, so daß nach der Verfestigung des Treibstoffes dieser durch den Durchlaß herausgezogen werden kann, der bei der Herausziehung des starren Abschnittes des Kernes aus dem Treibstoffkörper verbleibt.

Ein übliches Gehäuse einer Rakete mit festem Treibsatz besteht aus einem länglichen zylindrischen Körper, dessen eines Ende offen und dessen anderes Ende elliptisch geschlossen ist. Um hohe Raumladungsdichte und gute Tieftemperaturcharakteristiken zu erreichen, soll der Steg des Kernes der Kontur des elliptisch geschlossenen Endes möglichst gleichförmig folgen. Der Steg des Kernes wird zur Herstel-Kernaufbau für die Hohlraumbildung in
gegossenen Feststoffraketentreibsätzen

Anmelder:

Thiokol Chemical Corporation,

Bristol, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. H. H. Willrath und Dipl.-Ing. H. Roever,

Patentanwälte, Wiesbaden, Hildastr. 18

Als Erfinder benannt:

Forrest Wayne Streeter, Madison, Ala.;

Ralph Wallace Snowden,

Charles Roy Baker, Huntsvffle, Ala. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 15. Mai 1962 (194 947)

lung des zentrischen Hohlraumes in dem Festkraftstoff gebraucht, der sich beim Gießen und Trocknen dem Triebwerkgehäuse anpaßt.

Ein gerade durchgehender Kern ist nicht befriedigend, da er eine zu große Menge vom Festkraftstoff in dem elliptisch geschlossenen Ende des Triebwerkgehäuses verdrängen würde. Es ist ersichtlich, daß es nicht möglich ist, einen Kern aus einem Stück aus dem Festkraftstoff herauszuziehen oder zu entfernen, nachdem er gegossen und erstarrt ist. Der Grund liegt daran, daß die bogenartig gekrümmten Enden des Kerns oder Doms, welche der Krümmung des elliptisch geschlossenen Endes des Triebwerkgehäuses angepaßt sind, größer wären als der durch die geraden Flächen des Kernes im Festtreibstoff ausgebildete Hohlraum.

Es ist deshalb ein Ziel dieser Erfindung, ausgehend von einem Kern, welcher aus einem zentralen steifen Kernteil besteht, dessen Hauptflächen im wesentlichen parallel zu seiner Ausziehachse sind, einen biegsamen Aufbau für das Kernende zu schaffen durch die Anordnung birnen- oder tropfenartig gekrümmter Segmente, welche die bogenförmigen Teile des gewünschten Hohlraumes bestimmen und in das innere Ende des steifen Kernteiles trennbar eingesetzt sind. Bei dieser Konstruktionsart müssen die birnen- oder

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tropfenförmig ausgebildeten Segmente dem Steg des Kernes rings um seine innere Spitze folgen. Diese Spitze liegt in dem elliptisch geformten Kopfende des Triebwerkgehäuses.

Die birnen- oder tropfenartig ausgebildeten Segmente werden aus einem geeigneten Kautschuk- oder anderen elastomeren Material hergestellt, welches man in die gewünschte bogenartig gekrümmte Konfiguration über eine Anzahl von entsprechend geformten Verstärkerelementen durch Gießen formen kann. An diesen Verstärkerelementen sind geeignete Zugseile starr befestigt, damit man die birnen- oder tropfenartig ausgebildeten Segmente aus dem Triebwerkgehäuseher ausziehenkann, ohne dieKontur des im Treibstoffkörper geformten Hohlraumes zu zerstören. Die biegsamen birnen- oder tropfenartig geformten Segmente sind an dem steifen Kernteil dicht angepaßt und werden darauf mittels Eingriffs von Ausrichtungslippen mit Ausrichtungsnuten genau gefluchtet. Die Lippen sind in die birnen- oder tropfenartig ausgebildeten Segmente eingegossen, und die Nuten sind als Verlängerungen an dem steifen Kernteil ausgerichtet. Der steife Kernteil ist mit geeigneten Durchgangslöchern versehen, durch welche die Zugseile mit ihren äußeren Enden nach außen führen.

Im Gebrauch werden die im Eingriff stehenden Enden der bimen- oder tropfenartigen Segmente und die Enden des steifen Kernes, welche diese berühren, mit einem Haftmittel bestrichten, die dann zusammengebunden werden. Jedoch werden sich die birnen- oder tropfenartig ausgebildeten Segmente von dem steifen Kernteil unter einer leichten Spannung abtrennen, die dann angelegt wird, wenn der steife Kernteil aus dem Triebwerkgehäuse entfernt wird.

Nachdem der Treibstoff erstarrt ist und der steife Kernteil entfernt wurde, verbleiben die Segmente an der ursprünglichen Stelle inn Triebwerkgehäuse. Wenn Spannung an. die Zugseile gelegt wird, werden die Segmente, die genügend Biegsamkeit besitzen, um sich in ihrem Querschnitt verringern zu können, so daß sie der Kontur des im Treibsatz geformten Hohlraumes folgen können, aus dem Triebwerkgehäuse mittels der Ausziehimgsseile herausgezogen.

Weitere Vorteile der Erfindung sind schnelle und leichte Entfernung des biegsamen Kernaufbaus, nachdem der Treibstoff erstarrt ist; keine Verunreinigung durch schmelzbare Lggierungsrüekstände von dem Kern oder Dorn; keine Fugen oder Stoßstellen; erneut brauchbare birnen- oder tropfenartig ausgebildete Segmente, die an dem steifen Kernteil leicht wieder angebracht werden, glatte Qberflächea im Hohlraum. Durch Auswahl von geeignetem Gußmaterial für die Segmente werden diese Oberflächen ohne dauernde Verbindung mit dem steifen Kernteil in der Struktur des Treibsatzes geformt, und es besteht die Ausbildungsfähigkeit von mehrfach verbundenen Hohlräumen im Treibstoff mit zahlreichen und mannigfaltig gen Strukturen.

Zur Erreichung der obengenannten und anderer Ziele und Vorteile sieht die Erfindung kleinere Kon*· struktionseinzelheiten und eine Anordnung von Teilen vor, wie sie nachstehend ausführlicher beschrieben und in der Zeichnung erläutert werden.

F i g. 1 ist eine Ansicht des biegsamen Kernaufbaues;

F i g. 2 zeigt perspektivisch die Ednfügungsweise des biegsamen, Keraaufbaues in das Triebwerkgehäuse;

F i g. 3 zeigt eine in teilweise aufgerissener und teilweise geschnittener Ansicht den Zusammenhang zwischen biegsamem Kernaufbau, Treibstoffkörper und Triebwerkgehäuse in größerer Klarheit;

F i g. 4 zeigt teilweise aufgerissen und teilweise im Schnitt die Entfernungsweise des steifen Kernteiles vom biegsamen Kernaufbau aus dem Triebwerkgehäuse;

Fig. 5 zeigt in einer Ansicht ähnlich der Fig. 4 die Entfernungsweise der birnen- oder tropfenartig ausgebildeten Segmente des biegsamen Kernaufbaues aus dem Triebwerkgehäuse;

F i g. 6 ist eine Querschnittsansicht durch den steifen Kernteil und die Segmente des biegsamen Kernaufbaues, und

F i g. 7 ist eine Draufsicht auf die Segmente des biegsamen Kernaufbaues.

Der biegsame Kernaufbau 10 besteht aus einem steifen Kernteil 11, welcher mehrere ein Ganzes bildende, radial angeordnete Stege 12, 13 und 14 umfaßt. Ein bogenartig gekrümmter Flügelteil 15 ist starr mit der äußeren Kante jedes Steges 12, 13 und 14 verbunden, und jeder einzelne Teil 15 liegt in einer Ebene, die sich unter einem im wesentlichen rechten Winkel zwischen den betreffenden Stegen 12, 13 und 14 und die Stelle ihres Zusammenlaufs erstreckt. Jeder Teil 15 ist in seiner Mitte mit einem Paar von parallel angeordneten und sich längs erstreckenden Kanälen 16 und 17 versehen, durch welche die Zugseile 18 und 19 am äußeren Ende davon nach außen hinausgehen. Die Innenkanten der Stege 12, 13 und 14 sind von einer solchen Form, daß sie dem elliptischen Ende 20 des Triebwerkgehäuses 21 entsprechen. Ein Zentrier- oder Führungsstift 22 in der Mittelachse der Stege 12,13 und 14 erstreckt sich von dem inneren Ende des steifen Kernteiles 11 nach außen. Eine verstärkte Öffnung 23 im Zentrum des elliptisch ausgebildeten Endes 20 des Triebwerkgehäuses 21 erlaubt den Austritt des Stiftes 22 nach außen aus dem Triebwerkgehäuse 21, wenn der elastische Kernaufbau 10 in das Triebwerkgehäuse 20 eingeführt wird, wie in der F i g. 2 ersichtlich.

Jeder Steg 12, 13 und 14 ist an seiner inneren Randkante mit einer Ausrichtungsverlängerung 24 versehen, und ein Paar voneinander getrennter Ausrichtnuten 25 und 26 ist an den gegenüberliegenden Flächen der Stege 12,13 und 14 nahe der Randkante jeder Ausrichtverlängerung 24 vorgesehen.

Je ein Segment 27 ist an jede Randkante der Verlängerung 24 gleitbar eingesetzt. Jedes Segment 27 ist aus einem geeigneten, elastischen Material gegossen, so daß es sich .an die Querschnittfläche der Stege 12, 13 und 14 in Querrichtung und an die Form der Verlängerungen 24 in Längsrichtung anschmiegt. Das eine Ende jeden Segments 27 hat eine solche Form, daß es sich dem inneren Ende des Elementes 14 anpaßt, und das andere Ende jeden Segments 27 ist so gestaltet, daß ein Sektor 28 geschaffen wird, welcher ungefähr ein Drittel eines Kreises ausmacht, so daß, wenn die Scheitel 29 aller Sektoren 28 aneinanderliegen, die Segmente 27 eine Fortsetzung der Elemente 15 darstellen und sich an die Krümmung des elliptisch geschlossenen Endes 20 des Triebwerkgehäuses 21 anschmiegen. Jeder Scheitel 29 wird mit einem bogenartig gestalteten Ausschnitt 30 so versehen, daß der Führungsstift 22 durch eine mittige Öffnung geht, welche von den Ausschnitten 30 gebildet wird, wie in F i g. 7 gezeigt wird.

Mehrere Verstärkungselemente 31 sind in das Gießmaterial eingebettet, aus welchem die birnen- oder tropfenartig ausgebildeten Segmente geformt werden. Die Teile 31 sind dm gleichen Abstand angeordnet, passen sich im wesentlichen in ihrer Form den Teilen 15 an und besitzen darin zentrisch gelagerte, längliche Schlitze 32, durch welche die Zugseile

18 und 19 gehen. Verschlußscheiben oder ähnliche Befestigungsmittel 33 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Teile 31 fest an den Zugseilen 18 und 19 so angeordnet, um die Teile 31 in einem festliegenden Abstand voneinander zu halten und zu verhindern, daß die Zugseile 18 und 19 sich von den Teilen 31 trennen können. In den Teilen 31 sind parallele Öffnungen oder Lüftungskanäle 34 vorgesehen, deren Enden einander benachbart sind, ohne daß das Gußmaterial durch diese fließen kann und eine verbesserte Einbindung der Teile 31 erzielt wird.

Die Mitte jedes Elements 31 ist mit einer Nut 35 versehen, um die Außenkante der Verlängerung 24 aufzunehmen, an der sie angebracht ist, und jedes Segment 27 besitzt diametral entgegengesetzte, längsverlaufende, parallele Richtungslippen 36 und 37, welche mit den gegenüberliegenden Seiten der Verlängerungen 24 in Eingriff treten. An jeder Lippe 36 und 37 wird während des Gusses eines Segments 27 eine Warze erzeugt. Diese Warze tritt in die Nuten 25 und 26 ein, damit die Segmente 27 in derselben Lage bleiben, bis der steife Kernteil 11 von ihnen zwangweise abgetrennt wird.

Der biegsame Kernaufbau 10 dient zum Herausziehen des Kernteiles 11 aus dem Triebwerkgehäuse 21, ohne die Struktur des in das Triebwerkgehäuse 21 eingegossenen, erstarrten Treibstoffes 38 zu deformieren oder zu beschädigen.

Damit die Grundgedanken der Erfindung verwirklicht werden, wird der montierte biegsame Kernaufbau 10 in das Triebwerkgehäuse 21 eingefügt, wie in F i g. 2 gezeigt ist. Nach F i g. 3 wird der Treibstoff 38 in das Triebwerkgehäuse 21 eingegossen und füllt dieses aus, außer dem Teil, der durch den Kernaufbau 10 eingenommen ist.

Nachdem der Treibstoff 38 erstarrt ist, wird der steife Kernteil 11 entfernt, wie in F i g. 4 gezeigt ist, wobei die biegsamen Segmente am selben Platz im Triebwerkgehäuse 21 verbleiben. Die Zugseile 18 und

19 werden dann unter Spannung gesetzt und die Segmente 27 aus dem Triebwerkgehäuse 21 herausgezogen, wie in F i g. 5 gezeigt ist.

Die Flexibilität der Segmente 27 erlaubt ihre Entfernung aus dem Triebwerkgehäuse 21, wobei eine glatte Oberfläche im Treibstoff 38 hinterlassen wird. Diese Oberfläche bestimmt den durch den biegsamen Kernaufbau 10 geformten Hohlraum, und die Entfernung des steifen Kernteiles 11 sowie die Segmente hinterlassen einen gut definierten Hohlraum im Treibstoff, welcher eine höchstwirksame Arbeitsweise des Feststoffraketentriebwerks bewirkt.

Ein Hauptziel der Erfindung ist die Vermeidung einer möglichen Zündung des Treibstoffes durch die bei der Entfernung der Segmente 27 etwa entstehende Reibung.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kernaufbau für die Bildung eines Hohlraumes vorbestimmter Gestalt im gegossenen Treibstoffeinsatz von Feststoffraketentriebwerken mit einem starren Abschnitt, der beim Herausziehen aus dem erstarrten Treibstoffeinsatz Kanäle zurückläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Abschnitt am vorderen Ende mit biegsamen Segmenten verbunden ist, die sich unter Verformung durch die von dem starren Abschnitt gebildeten Kanäle herausziehen lassen.

2. Kernaufbau nach Anspruch 1 mit mehreren länglichen, radial angeordneten Rippen mit bogenförmigen Flügeln, die sich längs ihrer Außenkante in Umfangsrichtung zu beiden Seiten der Rippen von ihrer Ansatzstelle an den Rippen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß am einen Ende des starren Abschnittes biegsame Segmente von ähnlicher Querschnittsgestalt wie die Flügelteile vorgesehen sind, die vom starren Abschnitt längs konvergierenden Kurven, ähnlich denen des Bugteiles des Raketentreibsatzes, verlaufen.

3. Kernaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelteile längsgerichtete Durchlässe besitzen und Kabel oder Seile an die biegsamen Segmente in solcher Lage angeschlossen sind, daß sie ein Mittel zum Herausziehen der Segmente aus dem Treibstoffkörper durch die in diesem durch den starren Abschnitt gebildete Höhlung darstellen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 3 001 363;
»Aviation Week«, 74, Bd. Nr. 9 (27. 2. 1961), S. 58, 59.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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