DE1278795B - Treibladung, insbesondere fuer Raketen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F02k

Deutsche Kl.: 46 g-1/01

Nummer: 1278 795

Aktenzeichen: P 12 78 795.0-13 (A 48780)

Anmeldetag: 30. März 1965

Auslegetag: 26. September 1968

Die Erfindung betrifft eine Treibladung, insbesondere für Raketen, mit einer Hülle und darin befestigtem festem Treibstoff mit Rippen, die sich von einem Kern radial auswärts erstrecken.

Eine derartige Treibladung ist bekannt. Bei dieser bekannten Treibladung sind die Rippen geradlinig ausgebildet und weisen an ihren gegenüberliegenden Seiten ebene Oberflächen auf, die sich jeweils in einer parallelen Ebene erstrecken. Die Rippen selbst haben, in radialer Richtung gesehen, eine solche Länge, daß sie in Abstand von der Treibladungshülle enden. Dies hat den Nachteil, daß bei der bekannten Treibladung innerhalb der Hülle eine nur verhältnismäßig kleine Treibstoffdichte und Brennfläche erreicht werden kann und daß der Kern mit den geradlinig nach außen verlaufenden Rippen im Inneren der Treibladungshülle an einer zusätzlichen Abstützung befestigt werden muß, um den Treibstoff an der Hülle festzuhalten.

Es sind zwar schon Treibladungen bekannt, bei denen der Treibstoff durch die Hülle der Treibladung selbst gehalten ist, indem der Treibstoff das Hülleninnere vollständig ausfüllt und vorzugsweise mit der Innenwandung der Hülle verklebt ist. Derartige Treibladungen haben jedoch den Nachteil, daß sie nur eine verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit der Treibkraftentwicklung besitzen und damit nur einen kleinen Schub liefern, wobei die Gasentwicklung proportional dem Produkt aus der Abbrandgeschwindigkeit des Treibstoffes und der Brennfläche ist.

Um bei den zuletzt beschriebenen Treibladungen die Geschwindigkeit der Gasentwicklung zu erhöhen, ist es bekanntgeworden, diese Treibladungen zu durchlöchern, um die gewünschte Brennfläche zu erhalten. Derartige Treibladungen haben jedoch den Nachteil, daß die Strukturfestigkeit wesentlich geschwächt ist, so daß Treibstoffe mit hohen Festigkeitseigenschaften erforderlich sind und gegebenenfalls sogar zusätzliche äußere Abstützungen und Halterungen verwendet werden müssen.

Ein anderer Nachteil solcher perforierter bzw. durchlöcherter Treibladungen besteht in der unvollständigen Ausnutzung des Treibstoffes. Bei diesen Treibladungen wird nämlich der Treibstoff nicht vollständig verbrannt, sondern es bleibt ein Teil des Treibstoffes unverbrannt zurück, der etwa 3 bis 5% der gesamten Treibladung beträgt. Durch diesen unverbrannten Anteil wird das je Schubeinheit erforderliche Treibstoffgewicht in unerwünschter Weise erhöht.

Zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Gasent-

Treibladung, insbesondere für Raketen

Anmelder:

Atlantic Research Corporation,

Alexandria, Va. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. V. Vossius, Patentanwalt,

8000 München 23, Siegesstr. 26

Als Erfinder benannt:
Charles Kendal Leeper,
Carmichael, Col. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. April 1964 (356 980)

wicklung sind auch bereits Treibladungen verwendet worden, die sich aus einer Mehrzahl von eng angeordneten, nach innen und außen brennenden zylinderförmigen Treibladungen zusammensetzen. Bei diesen Treibladungen wurde aber festgestellt, daß eine Druckdifferenz quer zu den zylindrischen Treibladungswänden auftritt, die häufig ein Zusammenbrechen des Treibladungsaufbaus zur Folge hat. Um ein solches Zusammenbrechen zu vermeiden, müssen in diesem Falle Treibstoffe mit hoher Festigkeit verwendet werden, die die Anwendungsmöglichkeit dieser Treibladungsart wesentlich beschränken.

Ziel der Erfindung ist es, eine Treibladung, insbesondere für Raketen, des eingangs beschriebenen Aufbaus zu schaffen, die eine größere Treibstoffdichte und Brennfläche als die bekannte Treibladung der eingangs beschriebenen Art besitzt und bei der der Treibstoff durch die Treibladungshülle selbst "gehalten wird, ohne daß durch die Wärmebewegungen der Treibladungshülle eine mechanische Beschädigung des Treibstoffes erfolgt.

Dieses Ziel wird bei einer Treibladung mit einer Hülle und darin befestigtem festem Treibstoff mit Rippen, die sich von einem Kern radial auswärts erstrecken, dadurch erreicht, daß die Rippen einen spiralförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Achse der Hülle und ein Paar sich im Abstand gegenüberliegender gekrümmter Oberflächen aufweisen, die sich parallel zur Achse und radial aus-

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wärts vom Kern zur Hülle hin erstrecken, mit der die zahl weiterer äußerer, im Querschnitt spiraliger Rip-

äußeren Enden der Rippen verbunden sind. pen aus festem Treibstoff radial auswärts ausgeht, die

Da sich erfindungsgemäß die Rippen bis zur Treib- längs des Umfangs in Abständen voneinander ange-

ladungshülle hin erstrecken, wird eine hohe Treib- ordnet und deren äußeren Enden mit der umschlie-

stoffdichte sowie eine große Brennfläche erreicht. 5 ßenden Hülle verbunden sind, kann bei gleichbleiben-

Außerdem wird dadurch der Treibstoff von selbst in dem Abstand zwischen dem Treibstoffkern und der

der Treibladungshülle gehalten, ohne daß zusätzliche äußeren Treibladungshülle der Winkel, unter den die

Halterungen für den Treibstoff vorgesehen werden Rippen diese äußere Hülle treffen, durch Wahl der

müssen. Infolge des spiralförmigen Querschnittver- radialen Länge der inneren Rippen in weiten Gren-

laufes der einzelnen Rippen ist dabei gewährleistet, io zen variiert werden.

daß die Expansions- und Kontraktionsbewegungen Die äußere Hülle selbst kann bei der erfindungsder Treibladungshülle ohne schädliche Wirkungen gemäßen Treibladung zylindrisch ausgebildet sein auf den Treibstoff selbst bleiben, da die Rippen ent- oder irgendeine andere Rotationskörperform besprechend den Wärmebewegungen der Treibladungs- sitzen. In jedem Fall ist gewährleistet, daß infolge des hülle nachgeben können. 15 spiralförmigen Querschnitts der einzelnen Rippen

Bei der erfindungsgemäßen Treibladung kann die eine ganz gleichmäßige Aufteilung des Treibstoffes

Anzahl der Rippen und die Stärke jeder Rippe in und des Strömungsraumes, d. h. der nicht von dem

großen Bereichsgrenzen variiert werden. Dadurch ist Treibstoff eingenommenen Querschnittsfläche senk-

es möglich, die verschiedensten Abbrandgeschwindig- recht zur Längsachse der Treibladung, in Längs-

keiten zu erreichen. 20 erstreckungsrichtung der äußeren Hülle erreicht wird.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Treibladung der -i:Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme

Kern gleichfalls aus Treibstoff bestehen soll, stellt auf die Zeichnung noch näher erläutert,

man zweckmäßigerweise die Rippen und diesen Kern F i g. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine

aus einem einzigen Stück her. erste Ausführungsform einer Treibladung gemäß der

Die Querschnittsform der Rippen wird Vorzugs- 25 Erfindung;

weise evolventenförmig gewählt. F i g. 2 zeigt eine der F i g. 1 entsprechende Dar-

Zur Verstärkung der einzelnen Treibstoffrippen stellung mit zwei verschieden ausgebildeten Kernen;

können dieselben im Inneren eine Abstützung auf- F i g. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine

weisen. weitere Ausführungsform einer Treibladung gemäß

Um den Kern während des Abbrennens zu schüt- 30 der Erfindung;

zen und eine konstante Abbrandgeschwindigkeit zu F i g. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine

erreichen, wird bei der erfindungsgemäßen Treib- erfindungsgemäße Treibladung, bei der sich die

ladung auf die äußere Oberfläche des Kerns zwi- Stärke der Rippen über ihre Länge ändert;

sehen benachbarten Rippen ein Abbrandinhibitor F i g. 5 zeigt in einem senkrechten Schnitt eine

aufgebracht. 35 noch andere Ausführungsform einer Treibladung

Um einen mechanisch möglichst Widerstands- gemäß der Erfindung, während

fähigen Treibladungsaufbau zu erhalten, beträgt bei F i g. 6 in perspektivischer Ansicht eine erfindungs-

der erfindungsgemäßen Treibladung die Wandstärke gemäße Treibladung mit kegelstumpfförmiger Aus-

des Kerns zweckmäßigerweise mindestens die Hälfte bildung der äußeren Hülle zeigt,

der Stärke der spiralförmigen Rippen. 40 Die in F i g. 1 insgesamt mit 10 bezeichnete feste

Da der Treibladungsabbrand von der Brennfläche Treibladung weist eine zylindrische äußere Hülle 12,

abhängt, kann die Geschwindigkeit der Gasentwick- einen zylindrischen hohlen Kern 14, der konzentrisch

lung bei der erfindungsgemäßen Treibladung dadurch innerhalb der Hülle 12 angeordnet ist, sowie eine

variiert werden, daß die Stärke der Rippen über Mehrzahl von Rippen 16 aus Treibstoff auf, die sich

deren Länge geändert wird. '" 4-5 vom Kern 14 nach außen zur Hülle 12 hin erstrecken

Zwischen der Hülle und den äußeren Enden der und die somit an ihren beiden Enden abgestützt sind, Rippen kann eine die Hülle an der Innenseite aus- so daß sie eine erhöhte Festigkeit besitzen. Die Hülle kleidende und aus festem Treibstoff bestehende ,^ 12,-Stellt die äußere Begrenzung der Treibladung dar weitere Hülle vorgesehen sein, mit der die äußeren und kann z. B. durch die Wand der Brennkammer-Rippenenden verbunden sind. 5° hülle der Rakete gebildet sein. Der Querschnitt der

Um dabei zu verhindern, daß diese auskleidende Rippen 16 ist spiralförmig, wobei der bevorzugte

weitere Hülle vor "den Rippen abbrennt, muß die spiralige Querschnitt eine Evolvente eines Kreises ist,

Wandstärke dieser weiteren Hülle mindestens die welcher die Kurve darstellt, die beim Abziehen eines

Hälfte der Stärke dgr Rippen betragen. um den Umfang eines Kreises gelegten straffen Ban-

Wenn auf die innere Oberfläche dieser weiteren 55 des gebildet wird. Die Gleichungen für die Kurve in

Hülle zwischen benachbarten Rippen ein Abbrand- parametrischer Form lauten:
inhibitor aufgebracht ist, brennt diese weitere Hülle

zuerst an ihrer äußeren Oberfläche ab, was zu einer χ = c (cos u + rad u sin u) ;

kontinuierlichen Verringerung der Brennfläche und y = c (sin u — rad u cos u)

damit zu einer regressiven Abbrandcharakteristik ^6o

führt. Durch eine' geeignete Abstimmung ^zwischen c ist dabei der Radius des Kreises und rad u das

der progressiven "Abbrandcharakteristik des Treib- Bogenmaß des Winkels u, den eine Gerade vom Zen-

stoffkerns und der-regressiven Abbrandcharakteristik trum des Kreises zu einem Punkt der Evolvente mit

der auskleidendeüHülle kann dabei die gesamte Ab- der x-Achse bildet.

brandcharakteristik' entweder progressiv, regressiv ⁶5 Wie aus F i g. 1 hervorgeht, hat jede Treibladungsoder gleichbleibend eingestellt werden, rippe 16 zwei sich im Abstand gegenüberliegende

Wenn bei der erfindungsgemäßen Treibladung Oberflächen 18 und 20, die jeweils eine Evolvente

vom äußeren Umfang der inneren Rippen eine Mehr- des Kerns 14 beschreiben. Die Ansatzpunkte 21 und

22 der Evolventen 18 und 20 sind dabei längs des Umfangs des Kerns 14 verteilt. Durch den Evolventenquerschnitt ergibt sich eine genau konstante Brennfläche, unabhängig davon, ob die Oberfläche 18 oder die Oberfläche 20 einzeln abgebrannt werden oder ob beide Oberflächen 18 und 20 gleichzeitig abgebrannt werden.

Die Treibstoffladungsdichte kann bei der gezeigten Treibladung erhöht werden, indem man entweder die Stärke der einzelnen Rippen oder die Anzahl dieser Rippen vergrößert. Um die Struktur des gleichfalls aus Treibstoff bestehenden Kerns 14 während des Abbrennens unversehrt zu halten und eine konstante Abbrandgeschwindigkeit zu gewährleisten, wird ein Inhibitor 23 auf die äußere Oberfläche des Kerns zwischen benachbarten Rippen 16 aufgeklebt. Dabei muß die Wandstärke des Kerns 14 mindestens die Hälfte der Stärke der Rippen 16 betragen, um sicherzustellen, daß der Kern nicht vor den Rippen abgebrannt ist.

Eine mechanische Versteifung von einzelnen Treibladungsrippen 16 kann gemäß F i g. 1 durch Anordnung einer Abstützung oder Halterung 26 im Inneren der betreffenden Rippen 16 erreicht werden. Die Abstützung 26 hat dabei die gleiche Evolventenform wie die Rippe 16. Der Hauptvorteil einer solchen Abstützung 26 kommt insbesondere dann zur Geltung, wenn die Treibladung sich dem Brennschluß nähert.

Zur Herstellung der gezeigten Treibladung kann jeder Treibstoff verwendet werden, der formbar, gießbar oder strangpreßbar ist, z. B. doppelbasige Treibstoffe, wie Nitrocellulose, die mit Nitroglycerin oder anderen nitrierten flüssigen Weichmachern weichgestellt ist, Composite-Treibstoffe, die aus einem meist anorganischen Oxydationsmittel, z. B. Ammonium- oder Alkalinitrat oder -perchlorat, Metallperoxyd, und einem als Brennstoff fungierenden Kunststoffbinder aufgebaut sind, der z. B. durch Polyvinylchlorid, ein Polyurethan, ein Polyäther, durch Polysulfide (Thiokole) oder ein Polybutadien-Acrylsäure-Mischpolymerisat gebildet sein kann.

Die Eigenschaften der Treibladung und der Abbrandgeschwindigkeit können durch Änderung des Durchmessers des Kerns 14 relativ zur Hülle 12 variiert werden. In F i g. 2 sind dabei zwei Kerne gezeigt, von denen der eine Kern 28 einen kleineren Durchmesser als der erzeugende Kreis 30 und der andere Kern 32 einen größeren Durchmesser als der erzeugende Kreis 30 besitzt. Wie ersichtlich, wird dabei durch eine Änderung des Verhältnisses von Kerndurchmesser zu Hüllendurchmesser der Winkel, mit welchem die Rippen 16 den Kern treffen, beeinflußt.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform ist die äußere Hülle 12 innen mit einer Treibstoffhülle 34 ausgekleidet, die mit den Rippen 16 und dem Kern 14 aus einem Stück bestehen kann. Der Kern 14, die Rippen 16 und die innere Hülle 34 können jedoch auch getrennt voneinander hergestellt und dann miteinander verklebt werden. Da die innere Hülle 34 an ihrer äußeren Oberfläche abbrennt und ein Abbrandinhibitor 35 an die innere Oberfläche zwischen benachbarten Rippen 16 angeklebt ist, wird die Brennfläche kontinuierlich verringert, was zu einer regressiven Abbrandcharakteristik führt, da sich die Brennfläche allmählich verkleinert.

Gemäß F i g. 4 kann die Geschwindigkeit der Gasentwicklung dadurch variiert werden, daß man einer der brennenden Oberflächen 36 einer Rippe 38 α gegenüber der anderen brennenden Oberfläche 37 eine etwas unterschiedliche Krümmung gibt, so daß sich wie in Fig. 4 gezeigt, eine Treibladung mit unterschiedlich geformten Rippen 38 a, 38 b, 38 c, 38 d, 38 e und 38/ ergibt. Durch die beschriebene Ausbildung der Rippe 38 α und auch der Rippe 38/ kann man während des Starts einen erhöhten Schub erzeugen, da während des anfänglichen Brennens die größte Brennfläche zur Verfugung steht, während sich mit fortschreitendem Abbrand die zur Verfügung stehende Brennfläche verringert, so daß die Treibladung einen abfallenden Schubverlauf besitzt. Weiterhin kann durch eine derartige Veränderung der Stärke der Rippen bzw. der Krümmung der Rippenoberflächen der Strömungsraum 40 für die Verbrennungsprodukte für bestimmte Anwendungszwecke variiert wferden. Die in F i g. 5 gezeigte Ausführungsform, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet ist, umfaßt wie die vorab beschriebenen Treibladungen einen zentralen Kern 14 und eine äußere Hülle 12, die den zentralen Kern 14 konzentrisch umschließt. Ferner erstreckt sich von Kern 14 eine Mehrzahl von spiraligen Treibladungsrippen 16 radial nach außen, von deren äußerem Umfang eine Mehrzahl weiterer äußerer, im Querschnitt spiraliger Treibladungsrippen 52 radial auswärts ausgeht, die längs des Umfanges in Abständen voneinander verteilt sind und deren äußere Enden mit der umschließenden Hülle 12 verbunden sind.

F i g. 6 zeigt eine Treibladungshülle in Form eines Kegelstumpfes 54, die gleichfalls Treibladungsrippen 56 mit evolventenförmigem Querschnitt enthält, welche genau in die kegelstumpfförmige Treibladungshülle hineinpassen. Alternativ dazu können auch andere rotationssymmetrische, nicht zylindrische Hüllen Verwendung finden, die den Treibstoff mit den spiraligen Treibladungsrippen in sich aufnehmen, wobei sich diese Rippen radial von einem Kern nach außen erstrecken und mit ihren äußeren Enden mit der Hülle verbunden sind.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Treibladung, insbesondere für Raketen, mit einer Hülle und darin befestigtem festem Treibstoff mit Rippen, die sich von einem Kern radial auswärts erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (16) einen spiralförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Achse der Hülle (12) und ein Paar sich im Abstand gegenüberliegender gekrümmter Oberflächen (18, 20) aufweisen, die sich parallel zur Achse und radial auswärts vom Kern (14) zur Hülle (12) hin erstrecken, mit der die äußeren Enden der Rippen (16) verbunden sind.

2. Treibladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform der Rippen (16) evolventenförmig ist.

3. Treibladung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Rippen (16) im Inneren eine Abstützung (26) aufweist.

4. Treibladung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußere Oberfläche des Kerns (14) zwischen benachbarten Rippen (16) ein Abbrandinhibitor (23) aufgebracht ist.

5. Treibladung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Kerns (14) mindestens die Hälfte der Stärke der Rippen (16) beträgt.

6. Treibladung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Rippen über ihre Länge konstant ist.

7. Treibladung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Rippen (16) sich über ihre Länge ändert.

8. Treibladung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hülle (12) und den äußeren Enden der Rippen (16) eine die Hülle (12) an der Innenseite auskleidende und aus festem Treibstoff bestehende weitere Hülle (34) vorgesehen ist, mit der die äußeren Rippenenden verbunden sind (Fig. 3).

9. Treibladung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der weiteren Hülle (34) mindestens die Hälfte der Stärke der Rippen (16) beträgt.

10. Treibladung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf die innere Oberfläche der weiteren Hülle (34) zwischen benachbarten Rippen (16) ein Abbrandinhibitor (35) aufgebracht ist.

11. Treibladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom äußeren Umfang der inneren Rippen (16) eine Mehrzahl weiterer äußerer im Querschnitt spiraliger Rippen (52) aus festem Treibstoff radial auswärts ausgeht, die längs des Umfanges in Abständen voneinander angeordnet und deren äußere Enden mit der umschließenden Hülle (12) verbunden sind (F i g. 5).

12. Treibladung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (12) eine zylindrische oder andere Rotationskörperform hat.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Zusatzpatentschrift Nr. 69 519 zur Patentschrift Nr. 1012 567;

USA.-Patentschrift Nr. 2 043 268.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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