DE1220288B - Ablenkvorrichtung fuer Raketenduesenstrahlen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT ^;?£1_;,. 1220 288 Int. CL:

F07f

Deutsche KL: 72 d-19/01

Nummer: 1 220 288

Aktenzeichen: T24455Ic/72d

Anmeldetag: 8. August 1963

Auslegetag: 30. Juni 1966

i Die Erfindung bezieht sich auf eine Ablenkvorrichtung für die Ablenkung eines aus einem Raketenihotor austretenden Düsenstrahles zur Steuerung der Rakete, die seitlich durch eine Öffnung der Düsen-Yand in den Düsenstrahl ragende Ablenkkörper mit veränderbarer wirksamer Ablenkfläche aufweist. Die Ablenkung des Düsenstrahles erfolgt dabei mittels einer Stoßwelle.

; Ablenkvorrichtungen, bei denen kleine Hinderitisse in den Düsenstrahl eingeführt werden, um eine Stoßwelle zu erzeugen, sind bereits bekannt. Bei diesen Vorrichtungen sammelt sich vor dem Hindernis, das in den Düsenstrahl hineinragt, komprimiertes Gas an und erzeugt eine Stoßwelle, die selbst bei Hochleistungsraketen den Düsenstrahl um einen benächtlichen Winkel abzulenken in der Lage ist. Derartige seitlich in den Düsenstrahl einführbare Ablenkkörper weisen eine veränderbare wirksame Ablenkfläche auf.

Der Nachteil aller dieser bekannten Ablenkvorrichtungen zur Raketensteuerung besteht jedoch -darin, daß nur sehr schwer Materialien für derartige Vorrichtungen zu finden sind, die den erodierenden Bedingungen und sehr hohen Temperaturen des Düsenstrahls von Hochleistungsraketen, insbesondere von Feststoffraketen, widerstehen, und daß diese überhaupt in Betracht kommenden Materialien sehr kostspielig sind. Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Ablenkvorrichtung für die Ablenkung von Raketendüsenstrahlen zu schaffen, die einfach gebaut 'rand von leichtem Gewicht ist und in der relativ billige Materialien zur Ablenkung des Düsenstrahles verwandt werden können, die nicht hochtemperaturbeständig und erosionsfrei sein müssen. Diese Aufgabe wird durch die Verwendung stabförmiger Ablenkkörper aus einem sich unter Einwirkung des Düsenstrahles zersetzenden Material gelöst, deren in den Düsenstrahl ragendes Ende durch den Düsenstrahl aufgebraucht wird, und durch Zuführungseinrichtungen zum Einschieben der stabförmigen Ablenkkörper durch die Öffnung der Düsenwand in den Düsenstrahl. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung können gerade solche Materialien verwandt werden, die in dem Düsenstrahl aufgebraucht werden und dabei gasförmige Stoffe entwickeln, welche an den Düsenstrahl abgegeben werden und den Stoßwelleneffekt zur Steuerung der Rakete verstärken. Dies hat den Vorteil, daß die Rakete leichter und stärker abgelenkt werden kann als mit Hilfe bekannter Ablenkvorrichtungen unter Verwendung von erosionsfesten Materialien. Damit ist es auch gelungen, eine Ablenkvorrichtung zu schaffen, die ohne Veränderung Ablenkvorrichtung für Raketendüsenstrahlen

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:
Verbon H. Bryce Wilhite,
Brigham City, Utah (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 10. August 1962 (216 203)

der Vorrichtung selbst durch einfachen Materialaustausch der Ablenkkörper in Raketen mit unterschiedlichen Leistungen verwendet werden kann.

Die nachfolgenden Zeichnungen und deren Beschreibung erläutern weiter den ErfindungsgedanEen und bevorzugte Merkmale von Ablenkvorrichtungen nach der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 die perspektivische Darstellung des Hinterendes eines Raketenmotors mit der daran befestigten Ablenkvorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Raketenmotor entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 in schematischer Darstellung, wobei die Wirkung der durch die Ablenkvorrichtung nach der Erfindung erzeugten Stoßwelle gezeigt ist,

Fig. 3 einen Teilschnitt einer mit einem Einbaustück versehenen Düse für einen Raketenmotor mit der Ablenkvorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 4 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer Zuführungseinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung eines abgewandelten Spannfuttermechanismus für die Zuführung der Ablenkkörper,

F i g. 6 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrisch betätigten Zuführungseinrichtung,

F i g. 7 eine perspektivische Darstellung verschiedener nach der Erfindung verwendbarer Ablenkkörper und

F i g. 8 einen Längsschnitt durch einen Ablenkkörper nach der Erfindung, der bei Einwirkung des

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Düsenstrahles einer chemischen Reaktion unterliegt und in Gase umgesetzt wird.

F i g. 1 zeigte die wirtschaftlichste Anordnung der Ablenkvorrichtungen 8, in Umfangsrichtung um 90° gegeneinander versetzt, in der Düsenwand 12 eines Raketenmotors 10. Die Düsenwand 12 hat die Form eines Hohlkegels, der von einer Einschnürung 14 aus divergiert, was am deutlichsten aus Fig. 2 ersichtlich ist. F i g. 2 zeigt aueh, wie ein kleines Hindernis in Form eines aufbrauchbaren Ablenkkörpers 16, das mittels einer Zuführeinrichtung in den Düsenstrahl eingeführt wird, eine durch die Linie 18, die winklig zur Mittellinie der Düse verläuft, angedeutete Stoßwelle erzeugt. Diese Stoßwelle senkt den Düsenstrahl von einer Seite der Düsenwand 12 ab und erzeugt eine Änderung in der Richtung des Schubvektors 20, der seinerseits einen Hebelarm 22 um den Massenmittelpunkt 24 der Rakete zur Ausübung einer Steuerwirkung auf die Rakete erzeugt.

Die bevorzugte Ausführungsform der Ablenkvorrichtung 8, wie sie in F i g. 4 gezeigt ist, besteht im wesentlichen aus einem federbelasteten Magazin 26 für Ablenkkörper 16, einem druckmittelbetätigten Motorzylinder 28, und einem Spannfutter 30. Das Magazin 26 ist eine rechteckige Hülse zur Aufnahme mehrerer aufbrauchbarer Ablenkkörper 16, die Seite an Seite liegen. Das Ende des Magazins 26, das der Seite des druckmittelbetätigten Motorzylinders 28 benachbart ist, ist offen, so daß die Ablenkkörper von dem Spannfutter 30 ergriffen werden können, wenn sie durch die Wirkung eines federbelasteten Stößels 32 vorgeschoben werden. Die beiden vertikalen Seiten des Magazins 26 sind bei 34 ausgebaucht, um eine Führung für den federbelasteten Stößel 32 zu bilden. Das Magazin 26 ist mit einer Grundplatte 25 durch Schrauben 27 lösbar verbunden. Der druckmittelbetätigte Motorzylinder 28 ist von üblicher Art und arbeitet vorzugsweise hydraulisch; er Bat einen doppeltwirkenden Kolben 26 und eine Betätigungsstange 38, die rechtwinklig zur Kolbenfläche mit der Mitte des Kolbens 36 verbunden ist. Das Spannfutter 30 ist mittels geeigneter Elemente mit der Betätigungsstange 38 verbunden, die in vorteilhaftester Weise das Spannfutter 30 in eine Stellung bringt, in der es den Endteil eines Ablenkkörpers erfassen kann. Bei dem dargestellten Äusführungsbeispiel besteht diese Verbindung zwischen dem Spannfutter 30 und der Betätigungsstange 38 aus einem U-förmigen druckmittelbetätigten Joch 40, das an seinem einen Ende 42 über eine Gewindeverbindung mit der Betätigungsstange 38 verbunden ist. Das Spannfutter, das im einzelnen in Fig. 5 gezeigt ist, besitzt einen Längsschlitz 44 im gegenüberliegenden Ende des Jochs 40, in dem eine bewegliche Backe 46 auf einem Stift 48, der .quer durch den Schütz hindurch verläuft, schwenkbar gelagert ist Da$ Ende des Joches 40 besteht aus einer feststehenden Backe 50. Eine Feder 52, welche auf einem Stift 54 gelagert ist, der in dem Joch 40 auf einer Seite des Schlitzes 44 in Nähe des unteren Endes desselben befestigt ist, ist bestrebt, die bewegliche Backe 46 gegenüber der feststehenden Backe 50 nach außen zu bewegen. Diese Auswärtsbewegung ward durch einen Ring 56 feegrenzt, der auf dem herabhängenden Ende des Joches 40 zwischen einem kleinen Vorsprung 58 an dem Joch und 6s Schultern 60 und 63 an der beweglichen und an der feststehenden Backe 46 bzw. 50 frei verschiebbar ist. Eine kleine Aussparung 64 an der Innenseite der feststehenden Backe 50 bildet eine zusätzliche Führung für die bewegliche Backe 46, indem diese Aussparung den unteren Teil des Schafts 68 der beweglichen Backe aufnimmt. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß die Hülse 56 durch Anschläge 70 und 72 betätigt wird, die in den Seitenflächen eines Schutzgehäuses 74 befestigt sind, das den empfindlicheren Abschnitt der Ablenkvorrichtung 8 abdeckt. Der Abstand zwischen den Anschlägen 70 und 72 ist der Abstand der Bewegung des Spannfutters 30, damit das Spannfutter den oberen Endteil eines Ablenkkörpers 16 festklemmt und einen größeren Teil der Länge des Segments durch eine kleine Öffnung 76 in der Düsenwand 12 in den Düsenstrahl des Raketenmotors 10 hineinschiebt. Am oberen Ende des Hubs des Kolbens 36 befinden sich die Spannfutterbacken 46 und 50 in geöffneter Stellung, so daß sie das obere Ende eines Ablenkkörpers 16 ergreifen können, das durch den federbelasteten Stößel 32 nach vorn geschoben wird. Bei weiterer Aufwartsbewegung des Kolbens 36 wird der Ring 56 nach unten über eine Nockenfläche 78 am Schaft 68 der beweglichen Backe 46 geschoben, wobei die Backen den Ablenkkörper fest erfassen. Wenn nun der Kolben 36 seine Bewegungsrichtung umkehrt und den Ablenkkörper 16 durch die Öffnung 76 absenkt, so wird die Unterseite des Ringes 56 durch den Anschlag 1% erfaßt, der den Ring 56 nach oben schiebt, so daß die Feder 52 die bewegliche Backe 46 gegenüber der feststehenden Backe 50 nach außen bewegen kann, wobei der Endteil des aufgebrauchten Äblenkkörpers in den Düsenstrahl der Rakete hinein freigegeben wird. Hierdurch werden auch die Backen freigegeben und befinden sich in der Ausgangsstellung, in der sie den oberen Endabschnitt des nächsten Ablenkkörpers 16 erfassen können, F ig, 4 läßt erkennen, daß der Anschlag 72 auch die Vorwärtsbewegung der Äblenkkörperlö durch die druckfederbelasteten Stößel 32 in der Weise begrenzt, daß der jeweils vorderste Ablenkkörper gegenüber der Öffnung 76 ausgerichtet wird.

Fig,6 zeigt eine andere Ausführungsform der Ablenkvorrichtung «8, bei der die gleiche Sorte eines federbelasteten Magazins für die aufbrauchbaren Ablenkkörper verwendet wird, wie sie in F i g, 4 bereits gezeigt ist Bei diesem Ausführungsbeispiel der Ablenkvorrichtung werden jedoch die Ablenkkörper 16 durch ein Zahnrad 80, das in Zahnstangenzähne an einer Seitenfläche eines Ablenkkörpers 16 eingreift, durch die Öffnung 76 in den Düsenstrahl der Rakete hineingeschoben. Das Zahnrad 80 wird von einem Elektromotor 82 aus über ein Zahnrad 84 angetrieben. An Stelle des Zahnrades 80 kann auch ein gerändeltes Rad verwendet werden und mit einer entsprechenden Rändelung an der Seitenfläche eines Ablenkkörperg zusammenwirken, oder es kann auch ein Reibrad benutzt werden.

Wie Jf ig, 7 zeigt, köoaea die Ablenkkörper 16 untersehiedUehen Querschnitt habe». Beispielsweise können, sie mit z&hßstaogenartigen Zähnen oder mit einer Rändekmg versehen sein, und es kann zweckmäßig sein, Abienkkörper 16, die kreisförmigen Querschnitt aufweisen, mit ringförmigen Zahastangenzähnen zu versehen. In F i g. 8 ist ein Ablenkkörper dargesteEt, bei dem ein inertes Material 86 mit einem Material 88, wie %, B. Ammoniumoxalat, gefüllt ist, das bei Einwirkung durch den Abgasstrahl eines Raketenmotors ,einer Reaktion unterliegt, so

daß es große Gasmengen zu erzeugen in der Lage ist, die den Stoßwelleneffekt und damit die Möglichkeiten der Steuerung der Rakete verstärken.

Der Bereich der verschiedenen Materialien, die für die aufbrauchbaren Ablenkstangensegmente verwendet werden können, ist sehr groß, da nahezu alle bekannten festen, inerten Materialien im Abgasstrahl einer Hochleistungsrakete erodieren oder schmelzen und als einzig wichtige Betrachtung die Geschwindigkeit betrachtet werden muß, mit der dieser Vorgang bei einem ganz bestimmten Material stattfindet. Die Verwendung von in hohem Maße brennbaren oder explosiven Materialien erfordert jedoch besondere Vorkehrungen zur Erzielung einer genauen Steuerung, z. B. eine Vermischung mit inerten Verdünnungs- oder Streckungsmitteln. Die Zusammensetzung von Ablenkkörpern bevorzugten Aufbaues sind in den folgenden Beispielen enthalten, jedoch soll wiederholt werden, daß auch Stangen aus jeglichem anderen geeigneten Material verwendet werden können.

Beispielsweise werden Ammoniumoxalat-TeilcEen mit Glasfaserteilchen, die mit Kunstharz oder einem Polyesterharz (ungefähr 50 Gewichtsprozent Harz) verstärkt sind, gemischt, sodann unter Druck in Stangen geformt und ausgehärtet; oder es werden Stücke aus Silicon-Dioxyd-Stoff oder Graphit-Gewebe, die mit einem Phenolkunstharz imprägniert sind, unter Druck in die Form von Stangen gebracht. Bei einem anderen Beispiel werden Metallstangen, die den gewünschten Durchmesser haben, in entsprechende Länge in Stücke zerschnitten und mit einem wärmeisolierenden Material überzogen, oder Graphit mit hoher Dichte wird unter Druck in die Form von Stangen gepreßt.

In der Praxis erfolgt die Betätigung der Ablenkvorrichtung 8 durch Fernsteuerung durch Impulse vom Leitmechanismus der Rakete oder von einer Erd-Steuerstation, wobei ein Hineinschieben eines Ablenkkörpers in den Düsenstrahl der Rakete bewirkt wird, wenn die Flugbahn der Rakete verändert werden soll; wenn diese Veränderung der Flugbahn beendet ist, wird der Ablenkkörper wieder zurückgezogen.

Die Anzahl und Anordnung der Ablenkvorrichtungen an jedem divergierenden Konus einer Raketendüse wird in weitem Maße durch die Anzahl der Düsen an dem bestimmten Raketenmotor bestimmt; durch entsprechend gewählte Anordnung der Ablenkvorrichtung 8 und der zugehörigen Öffnungen 76 können die Steigerung, das Gieren oder die Seitenbewegung und der axiale Drall einer Rakete gesteuert werden. Es ist auch zu sagen, daß die Ablenkvorrichtung 8 von der Raketendüse und das federbelastete Magazin 26 vom Rest der Ablenkvorrichtung lösbar und abnehmbar sein können.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Ablenkvorrichtung für die Ablenkung eines aus einem Raketenmotor austretenden Düsen-Strahles zur Steuerung der Rakete, die seitlich durch eine Öffnung der Düsenwand in den Düsenstrahl ragende Ablenkkörper mit veränderbarer wirksamer Ablenkfläche aufweist, gekennzeichnet durch stabförmige Ablenkkörper (16) aus einem sich unter Einwirkung des Düsenstrahles zersetzenden Material, deren in den Düsenstrahl ragendes Ende durch den Düsenstrahl aufgebraucht wird, und durch Zuführungseinrichtungen (30, 80) zum Einschieben der stabförmigen Ablenkkörper durch die Öffnung (76) der Düsenwand in den Düsenstrahl.

2. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite jeder Öffnung (76) der Düsenwand (12) ein Magazin (8) zur Aufnahme einer Anzahl nebeneinanderliegender aufbrauchbarer Ablenkkörper (16) und als Zuführungseinrichtung (30, 80) eine die Ablenkkörper nacheinander durch die Öffnung der Düsenwand in den Düsenstrahl schiebende Vorrichtung vorgesehen ist

3. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Magazin (8) neben der Öffnung der Düsenwand ein offenes Ende besitzt, gegen das ein federbelasteter" Stößel (32) die Ablenkkörper (16) vorschiebt, wobei ein druckmittelbetätigtes Joch (40) ein an diesem Joch befestigtes Spannfutter (30) mit Backen (46, 50) zum aufeinanderfolgenden Erfassen der Ablenkkörper aufweist.

4. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannfutter (30) einen Ring (56) zur Betätigung der Backen (46, 50) aufweist, der an den Enden der Bewegungsbahn des Spannfutters gegen feststehende Anschläge (70, 72) zwecks Schließens der Backen (46, 50) am einen Ende der Bewegungsbahn und Öffnens der Backen am anderen Ende der Bewegungsbahn anläuft, wobei diese Backen jeweils einen Ablenkkörper (16) am einen Ende der Bewegungsbahn erfassen und am anderen Ende der Bewegungsbahn freigeben und Führungseinrichtungen zum Ausrichten eines jeden der Ablenkkörper (16) zu einer mit der Öffnung (76) der Düsenwand (12) fluchtenden Lage gegenüber dem erfassenden Spannfutter (30) vorgesehen sind.

5. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuführungseinrichtung ein Reibrad zur Erfassung einer Seite eines jeden Ablenkkörpers (16), eine Führungseinrichtung zur Führung der aufeinanderfolgenden Ablenkkörper zur mit der Öffnung der Düsenwand fluchtenden Anlage derselben an dem Reibrad und Einrichtungen zur Verdrehung des Reibrades zwecks Bewegung des jeweiligen Ablenkkörpers in den Düsenstrahl vorgesehen sind.

6. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Ablenkkörper (16) an einer Seitenfläche Zahnstangenzähne aufweisen und die Zuführungseinrichtung an Stelle eines Reibrades ein Zahnrad (80) enthält, das in die Zahnstangenzähne der Ablenkkörper eingreift.

7. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkkörper (16) so ausgebildet sind, daß ein inertes Material (86) mit einem Material wie z. B. Ammoniumoxalat gefüllt ist, das unter Einwirkung des Düsenstrahles in große Gasmengen umgewandelt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 316 187.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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