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Dual-Treibsatz für Feststoffraketentriebwerke Die Erfindung bezieht
sich auf einen Dual-Treibsatz für Feststoffraketentriebwerke mit stirnseitigem Abbrand,
bestehend aus einem Marschtreibsatz mit verhältnismäßig niedriger Abbrandgeschwindigkeit
und aus einem mit dem Marschtreibsatz festhaftend verbundenen (verklebten), düsenseitig
angeordneten Starttreibsatz mit verhältnismäßig hoher Abbrandgeschwindigkeit sowie
mit einem gegenüber dem Marschtreibsatz unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten,
wobei auf dem Außenumfang des Dual-Treibsatzes eine Isolationsschicht (Hemmschicht)
vorgesehen ist.
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Bei Feststoffraketentriebwerken mit dem vorerwähnten Aufbau weist
der Starttreibsatz den gleichen Durchmesser auf wie der Marschtreibsatz und ist
mit seiner vorderen Stirnseite mit der hinteren Stirnseite des Marschtreibsatzes
festhaftend verbunden.
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Diese Ausführungsform eines Dual-Treibsatzes ist einerseits verbrennungstechnisch
und leistungsmäßig sehr günstig, da der Stirnbrenner die höchste Ladungsdichte ermöglicht;
andererseits sind jedoch mit dieser Bauweise gewisse Schwierigkeiten verbunden,
die ihre theoretischen Qualifikationen in der Praxis nicht zum Tragen kommen lassen,
und zwar spielen hier folgende Momente eine negative Rolle: Der Dual-Treibsatz obiger
Grundkonzeption erfordert für die Startstufe die Verwendung eines Treibpulvers mit
hoher Abbrandgeschwindigkeit und großem Energiegehalt. Diesen Treibpulvern haften
jedoch sm Zusammenhang mit ihrer Verwendung als Starttreibsätze bei Dual-Treibsätzen
der in Rede stehenden Ausführungsform noch nicht bewältigte Nachteile an. Insbesondere
erhalten sie einerseits notwendige innenballistische Zusätze, die aber andererseits
gegenüber der den Treibsatz umgebenden nichtbrennbaren Isolationsschicht in unerwünschter
Weise wie Trennmittel wirken und so die Verklebung mit der vorgenannten Isolationsschicht
erschweren. Außerdem haben Start- und Marschtreibsätze meistens nicht denselben
thermischen Ausdehnungskoeffizienten, so daß bei Wärmeschwankungen Differenzen zwischen
den Außendurchmessern der miteinander und mit der Innenseite der Isolationsschicht
verklebten beiden Treibsatzarten auftreten, was zu Ablösungen und damit verbundenen
gefährlichen Spaltbildungen zwischen der Innenseite der Isolationsschicht und dem
Außenumfang zumindest eines Treibsatzes führen kann. Schließlich bereitet die Wahl
eines für beide Treibsatzarten geeigneten Lösungsmittels (Klebemittel) Schwierigkeiten,
so daß hier meist ein unbefriedigender Kompromiß geschlossen werden muß. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dual-Treibsatz der eingangs genannten Art zu schaffen,
der diese Nachteile vermeidet und im Rahmen der gegebenen Problemstellung die volle
Funktionssicherheit in allen Betriebszuständen (während der Lagerung, des Transportes
und des Abbrandes) gewährleistet.
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Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, im
hinteren (düsenseitigen) Ende des Marschtreibsatzes zur Aufnahme des Starttreibsatzes
eine Ausnehmung mit geschlossenem Boden vorzusehen.
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Es sind zwar schon Flügelbomben mit einem Staustrahltriebwerk bekannt,
das aus einem Lufteinlauf, einem als Innenbrenner ausgebildeten, sauerstoffarmen
oder sauerstofflosen Marschtreibsatz und einem als Sauerstoffträger ausgebildeten
Starttreibsatz besteht, der die Aufgabe hat, das Fluggerät bis auf Staustrahlgeschwindigkeit
zu beschleunigen und bis zu diesem Zeitpunkt bzw. bis zu seinem Abbrand den durch
den Marschtreibsatz verlaufenden zentralen Längskanal abzuschließen sowie den Marschtreibsatz
zu entflammen (USA.-Patentschrift 2 799 987).
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Ferner sind als Innenbrenner ausgeführte Dual-Treibsätze bekannt,
die einen inneren Starttreibsatz mit einem sternförmigen Innenkanal und einen koaxial
zum Starttreibsatz angeordneten, als Ringzylinder ausgebildeten, äußeren Marschtreibsatz
aufweisen (VDI-Z. 100 [1958] Nr. 11/11. April).
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Auf Raketentriebwerke mit als Innenbrenner ausgeführten Treibsätzen
bezieht sich die Erfindung jedoch nicht. In der Gesamtproblemstellung betrachtet
liegen die Vorteile der Erfindung darin, daß die nicht brennbare Isolationsschicht
(Hemmschicht) nur auf den Marschtreibsatz, also nur auf einheitliches Material aufgebracht
zu werden braucht, der sich aus den bereits erwähnten Gründen durch seine Beschaffenheit
besser zur Anbringung der Klebeschicht
eignet als der Starttreibsatz.
Ferner . entfällt gemäß der Erfindung der bei den bekannten Ausführungen in Form
hintereinander angeordneter Treibsätze mit gleichen Außendurchmessern der an der
Brennkammerinnenseite liegende neuralgische Umfangsbereich an der Verbindungsstelle
zwischen den beiden Treibsätzen, wo sich bei Wärmeausdehnungsdifferenzen eine gefährliche
Fuge bzw. Ablösung der Isolationsschicht, insbesondere vom Außenumfang des Marschtreibsatzes
bilden kann. Die Schubcharakteristik des erfindungsgemäßen Dual-Treibsatzes kann
durch geeignete Formgebung des Starttreibsatzes weitgehend beeinflußt werden. Außerdem
läßt sich die festhaftende Verbindung zwischem dem Starttreibsatz und dem Marschtreibsatz
durch kegelstumpfförmige Ausbildung des Starttreibsatzes und entsprechend konische
Gestaltung der Ausnehmung im Marschtreibsatz vergrößern.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, zwischen der radial
nach innen zeigenden Seitenwand der Ausnehmung des Marschtreibsatzes und der Mantelfläche
des Starttreibsatzes einen freien Ringspalt vorzusehen und den Starttreibsatz nur
mit seiner inneren Stirnseite mit dem geschlossenen Boden der Ausnehmung festhaftend
zu verbinden, z. B. zu verkleben. Diese Maßnahme ist besonders geeignet dafür, bei
extremen physikalischen Unterschieden zwischen dem Starttreibsatz und dem Marschtreibsatz
trennend und kompensierend zu wirken. Darüber hinaus schafft diese Maßnahme verbrennungstechnisch
eine Umwandlung des den Starttreibsatz aufnehmenden hinteren Endes des Marschtreibsatzes,
insofern, als numnehr dieses Ende zum Innenbrenner wird, das praktisch gleichzeitig
mit dem Starttreibsatz abbrennt und einen gegenüber einem Stirnabbrand vergleichsweise
erhöhten Schub liefert, so daß der Gesamtschub während der Anfangsphase in vorteilhafter
Weise gesteigert wird und praktisch die Größe erreicht, die ein Starttreibsatz liefern
würde, der in bekannter Weise den vollen Außendurchmesser einnimmt.
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Durch die Erfindung werden also unter Vermeidung der Nachteile der
in Rede stehenden bekannten Dual-Treibsatzkonzeption die Vorteile derselben in bezug
auf Startschublieferung weitestgehend beibehalten.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung im Längsschnitt
dargestellt.
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Die in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Dual-Treibsätze bestehen grundsätzlich
aus einem Starttreibsatz 1 bzw. 11 und aus einem Marschtreibsatz 2 bzw. 12, der
mit einer wärmeisolierenden und nicht brennbaren Hemmschicht 3 umgeben ist. Am hinteren,
düsenseitigen Ende des Marschtreibsatzes 2 bzw. 12 ist eine Ausnehmung 4 mit geschlossenem
Boden 5 vorgesehen, so daß im Bereich dieser Ausnehmung 4 der Marschtreibsatz
2 bzw. 12 einen zylindrisch bzw. kegelig ringförmigen Teil
2 a bzw. 12 a aufweist. Die Ausnehmung 4 dient zur Aufnahme des Starttreibsatzes
1 bzw. 11, der gemäß den F i g. 1 und 3 zylindrisch geformt ist, genau wie hier
die Ausnehmung 4, die einen Hohlzylinder darstellt. Dagegen ist gemäß F i g. 2 der
Starttreibsatz 11 als Kegelstumpf ausgebildet, der sich nach vorn zu verjüngt.
Entsprechend hierzu ist der ringförmige Teil 12 a des Marschtreibsatzes 12
geformt. Nach den F i g. 1 und 2 sind die Starttreibsätze 1 und 11 sowohl mit ihren
Böden 6 als auch mit ihren Mantelflächen 7 in den Ausnehmungen 4 der Marschtreibsätze
1 und 11 eingeklebt oder sonstwie festhaftend befestigt.
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Im Gegensatz dazu verbleibt gemäß F i g. 3 zwischen der Mantelfläche
7 des Starttreibsatzes 1 und der nach innen zeigenden Seitenwand 8 der Ausnehmung
4 ein freier Ringspalt 9.