DE1751889C3 - Innenbrenner Feststoffrakete - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Innenbrenner-Feststoffrakete mit einer Treibstoff ladung aus umeinander angeordneten Treibsätzen in einem kugel- oder ellipso'Jdförmigen Raketenkörper, wobei der innerste Treibsatz innen durch die Zündfläche begrenzt ist, die über die Schubdüse mit der Umgebung verbunden ist, und wobei die Trennfläche zwischen ihm und dem angrenzenden Treibsatz eine Kugel- oder Ellipsoidfläche ist, deren Mittelpunkt auf der Raketenlängsachse liegt, und wobei die Brenngeschwindigkeiten von Treibsatz zu Treibsatz nach außen hin abnehmen.

Eine solche Rakete ist bekannt. Die bekannte Rakete weist zwei umeinander angeordnete Treibsätze auf und stellt eine der Ausführungsarten einer Rakete bestimmter Gnindbauart dar. Diese Grundbauart soll im Vergleich zu noch älteren bekannten Raketenbauarien besser den Erfordernissen hinsichtlich der Brennweise ότβ Treibstoffes und des Veränderungsgesetzes des Schubes angepaßt werden, wobei ein konstanter Schub mit einer nicht so sehr umständlichen Form der Treibstoffladung erzielt werden soll und die Treibstoffe günstiger abbrennen.sollen. Die Grundbauart besteht darin, daß die Rakete eine Treibstoffladung mit wenigstens zwei Treibsätzen verschiedener Brenngeschwindigkeit in einem sphäroidförmigen Raketenkörper aufweist, wobei die Zündfläche so verläuft, daß sie wenigstens einen Punkt oder eine Linie gemeinsam mit der Trennfläche zwischen den beiden Treibsätzen hat, und wobei die Trennfläche bezüglich der Zündfläche so verläuft, daß sich die Verbrennungsfronten der beiden Treibsätze wenigstens am Ende der Verbrennung an der Trennfläche treffen. Bei der genannten Ausführungsart dieser Rakete ist die Zündfläche in der Mitte stark und eckig eingeschnürt. Zur Lösung der obengenannten Aufgabe ist bei anderen Ausführungsarten mit einer aus nur zwei Treibsätzen bestehenden, innen durch die Zündfläche begrenzten Treibstoffladung die Trennfläche keine Kugel- oder Ellipsoidfläche und/

¹S oder der eine Treibsatz nicht um den anderen herum angeordnet. Ähnliches gilt für die aus derselben Quelle für den Stand der Technik hervorgehende einzige Ausführuiigsart mit insgesamt drei Treibsätzen. Bei der eingangs genannten bekannten Rakete wird

die Ausbildung der Treibstoffladung nicht als so einfach angesehen, wenn man sowohl einen möglichst flachen Schubverlauf als auch ein in allen Punkten der äußeren Begrenzungsfläche der Treibstoffladung etwa gleichzeitiges Ankommen der Verbrennungsfronten

²S der Treibsätze erzielen wollte. Denn die Zündfläche und die Trennfläche müssen durch genaue Berechnung aufeinander abgestimmt verlaufen, und es weisen zumindest die Zündfläche und der innerste Treibsatz, zusätzlich oft die Trennfläche, noch relativ komplizierte Formen auf. Solche Formen, z.B. mit spitzen Ecken und/oder Einschnürungen, sind schwer herstellbar und kostspielig und anfällig gegen Erschütterungen und Vibrationen und fördern erosiven Abbrand.

Durch das genannte etwa gleichzeitige Ankommen der Verbrennungsfronten wird schon im bekannten Fall eine einseitige Brenngasbeaufschlagung und somit sich einstellende örtliche Überhitzung von Wandteilen des Raketenkörpers vermieden, wodurch z.B.

eine Anwendung von besonders hitzebeständigen Isolierwe.kstoffen auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann.

Es ist ferner eine kugelförmige Feststoffrakete bekannt, deren ebenfalls kugelartige Treibstoff ladung nur aus einem einzigen Treibsatz besteht und innen durch eine einfach geformte, nämlich als konzentrische Halbkugel in der vorderen Hälfte der Ladung beginnende und anschließend nach hinten zur Schubdüse hin axial verlaufende, zylindrische Zündfläche be-

grenzt ist. Die Rakete ist insoweit recht einfach ausgebildet, und eine Trennfläche ist hier nicht zu berechnen. Es sollen aber sowohl eine im wesentlichen konstante Brennfläche und ein im wesentlichen konstanter Schub als auch ein plötzlicher Brennschluß erzielt werden. Daher ist eine etwa das stremabwärtige Viertel der Ladung begrenzende, vor der Schubdüse mit der Innenzündfläche in Verbindung stehende Außenzündfläche vorgesehen, wodurch während des Abbrennens der in der vorderen Halbkugel befindli-

^δο ehe Teil der Gesamtbrennfläche größer und der in der hinteren Halbkugel befindliche kleiner wird. Durch die Außenzündfläche ist die Rakete wieder kompliziert, zumal die Innenbewandung des kugelförmigen Raketenkörpers mit besonders hitzebeständigen Isolierwerkstoffen ausgekleidet werden muß, ganz besonders stark in der stromabwältigen Hälfte der Kugel.

Es ist außerdem eine Rückstoßtreibladung für den

Abschuß eines flügelstabilisierten Raketengeschosses aus einem mit Bodenverschluß versehenen Rohr bekannt, wobei der Abbrand der Ladung nicht wesentlich langer dauert als die Laufzeit des Geschosses durch das Rohr. Hierbei ist es bekannt, zwecks noch besseren Freihaltens des Abichußvorgangs vom Auftreten der hohen Druckspitze die Abbrandgeschwindigkeit der Ladung progressiv zu gestalten, und zwar dadurch, daß der Ladungskörper durch drei hohlzylindrische, umeinander angeordnete Treibsätze aus Pulvern verschiedener Explosionswärme gebildet ist. Abgesehen davon, daß es sich hier um einen zweidimensionalen Brennablauf handelt, besteht der mittlere Hohlzylinder aus hochkalorigem Pulver und wird die progressive Verbrennung dadurch erreicht, daß dir äußere Hohlzylinder von außen nach innen und der innere von innen nach außen gleichmäßig und erst zum Schluß der mittlere Hohlzyl^nder abbrennt.

Es ist ferner eine Innenbrenner-Feststoffrakete mit einer Treibstoffladung aus mindestens zwei koaxialen umeinander angeordneten Treibsätzen in einem länglichen Raketenkörper bekannt. Der jeweils äußere Treibsatz hat eine kleinere Brenngeschwindigkeit als der innere. Die den innersten Treibsatz innen begrenzende Zündfläche und die Trennfläche zwischen jedem Treibsatz und dem ihm benachbarten Treibsatz haben im Querschnitt Sechszackstern form, wobei die beiden Sterne in Umfangsrichtung um 30" gedreht angeordnet sind. Eine andere Ausführungsform weist im Querschnitt einen ovalen Zünoraum und keine siernenförmigen Treibstoffkonfigurationen mehr auf. Es sollen jeder gewünschte Verlauf des Druckes über der Zeit, z. B. ein im wesentlichen konstanter Druckverlauf, und ein in allen Punkten der äußeren Begrenzungsfläche der Treibstoffladung etwa gleichzeitiges Ankommen der Brennfront erzielt 'verden. Bei den beiden letztgenannten Raketen brennen zeitweilig Treibsätze mit unterschiedlichen Brenngeschwindigkeiten gleichzeitig ab. Jedoch handelt es sich um keine kugel- bzw. ellipsoidförmigen Raketen, d. h., es handelt sich hier jeweils um einen zweidimensionalen Brennablauf.

12s liegt die Aufgabe vor, bei der eingangs genannten Innenbrenner-Feststoffrakete einen Abbrand der Treibsätze zu erzielen, der so verläuft, daß die Brennfront die äußere Begrenzungsfläche des äußersten Treibsatzes an der Innenwandung des Raketenkörpers in allen Punkten etwa gleichzeitig erreicht, wobei der Schub über der Zeit einen möglichst flachen, geringe Schwankungen nach Anzahl und Amplitude aufweisenden Verlauf haben soll. Hierbei soll Wert gelegt werden auf möglichst einfache Formen der Treibsätze.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß insgesamt mindestens drei Treibsätze vorgesehen sind, die alle al^c Trennfläche zwischen sich entweder Kugel- oder Ellipsoidflächen mit der Raketenlängsachse als Drehsymmetrieachse aufweisen, daß im Falle von Kugelflächen als Trennflächen und kugelförmiger Zündfläche die Trennflächen abwechselnd exzentrisch zur Zündfläche angeordnet sind und daß im Falle von Ellipsoidflächen als Trennflächen und kugel- bzw. ellipsoidförmiger Zündfläche die Trennflächen entweder einen gemeinsamen Mittelpunkt haben, wobei die großen Achsen der Ellipsoide auwechselnd senkrecht aufeinanderstehen, oder die Trennflächen abwechselnd exzentrisch zur Zündfläche angeordnet sind, wobei die großen Achsen der Ellipsoide mit der Raketenlängsachse zusammenfallen.

Es werden somit bei der zur Rede stehenden Innenbrenner-Feststoffrakete das zeitweilig gleichzeitige Abbrennen von Treibsätzen mit unterschiedlichen Brenngeschwindigkeiten und der genannte gewünschte Verlauf des Abbrennens mit sehr einfachen Formen der Trennflächen und sehr einfacher Anordnung dieser Flächen zueinander und somit sehr einfaeher Form jedes der Treibsätze der Ladung erzielt. Die Treibsätze sind auf Grund ihrer kugelförmigen oder elliptischen Form einfach herstellbar und gewährleisten eine nur geringe Anfälligkeit gegen Erschütterungen und Vibrationen im Betrieb.

¹S In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung weisen bei exzentrischer Anordnung der Trennflächen diese ungleiche Exzentrizitäten auf.

In der Zeichnung sind in Fig. 1 bis 4 vier Ausführungsbeispiele der Rakete gemäß der Erfindung jeweils in einem die Raketenlängsachse enthaltenden Schnitt dargestellt.

Die Rakete gemäß Fig. 1 weis! eine Treibstoffladung aus drei umeinander angeordneten Treibsätzen 1, 2 und 3 auf. Der innerste Treibsatz 1 ist innen

^a5 durch die Zündfläche Z begrenzt. Die Zündfläche Z, Trennflächen S₁ und S₂ zwischen den Treibsätzen 1, 2 und 3, diese Treibsätze und die äußere Begrenzungsfläche B der Ladung :ind kugelförmig. Der Mittelpunkt M der Zündfläche Z und der äußeren Begrenzungsfläche B, der Mittelpunkt .M₁ der Trennfläche S₁ und der Mittelpunkt M₂ der Trennfläche S₂ liegen auf der Raketenlängsachse 4, wobei der Mittelpunkt Ai₁ mit der Trennfläche S₁ um eine Exzentrizität E₁ nach der einen axialen Seite hin exzentrisch zum Mittelpunkt M liegt, während der Mittelpunkt Λί, mit der Trennfläche S₂ um eine Exzentrizität E₂ nach der anderen axialen Seite hin exzentrisch zum Mittelpunkt M liegt. Die Exzentrizität E₁ ist kleiner als die Exzentrizität E₂. Die Zündfläche Z ist direkt mit der Schubdüse 5 verbunden. Bei der Schubdüse 5 handelt es sich um eine im Anschluß an die Zündfläche Z bis zu einem engsten Querschnitt konvergente und anschließend divergente Schubdüse.

Im folgenden ist der Arbeitsablauf dieser Rakete kurz umrissen. Die Zündfläche Z gewährleistet eine gleichmäßige Zündung an allen Punkten. Die Brennfront breitet sich dann gemäß der Brenngeschwindigkeit des Tfeibsatzes 1 aus, und der Abbrand nimmt mit dem Quadrat des Radius der Brennfront zu, bis

so diese den Punkt 6 erreicht hat, dabei nimmt der Schub zu. Vom Punkt 6 ab beginnt der Treibsatz 2 zu brennen, der eine geringere Brenngeschwindigkeit als der Treibsatz 1 hat. Die Brennfront schreitet weiter fort, wobei gleichzeitig der Anteil des langsamer brennenden Treibsatzes 2 immer größer wird und hierdurch der Schub wieder abnimmt, bis er ein Minimum erreicht, wenn die Brennfront den Punkt 7 erreicht hat. Von da ab ist nur noch der Treibsatz 2 an der Verbrennung beteiligt, so daß der Schub wieder quadratisch zunimmt, bis die Brennfront den Punkt 9 erreicht hat. Von hier ab steigt der Schub wieder an, bis er an der äußeren Begrenzungsfläche B den entsprechend der Auslegung gewählten Wert erreicht. Durch die genannte Anordnung der Mittelpunkte Af₁ und

β5 Ai₂ und die Durchmesser der Trennflächen S₁ und S₂ sowie durch die genannten Exzentrizitäten E₁ und E₂ und die in genannter Art abnehmenden Brenngeschwindigkeiten der Treibsätze 1, 2 und 3 wird eine

gleichmäßige Steuerung der Brennfront ermöglicht, die nach Abbrand der Treibsätze alle Punkte der äußeren Begrenzungsfläche B etwa gleichzeitig erreicht. Gemäß Fig. 2 sind die Trennflächen S₁₀ und S₂₀ der Treibsätze 10, 20 und 30 EHipsoidflächen, deren große Achsen mit der Raketenlängsachse 4 zusammenfallen. Die Zündfläche Z' sowie die äußere Begrenzungsfläche B' sind kugelförmig und haben einen gemeinsamen Mittelpunkt M auf der Raketenlängsachse 4. Die Trennflächen S₁₀ und S₂₀ haben die Mittelpunkte Ai₁₀ und M₂₀, die ebenfalls auf der Raketenlängsachse 4 liegen. Die Mittelpunkte M₁₀ und M₂₀ sind zum Mitteipunkt M um die Exzentrizitäten E₁₀ und E₂₀ abwechselnd exzentrisch angeordnet. Der Betriebsablauf und die Wirkungsweise des Abbrandes der Zündfläche Z' sowie der Treibsätze 10, 20 und 30 ähneln im wesentlichen denjenigen der Rakete gemäß Fig. 1. Auch hier wird erreicht, daß die Brennfront alle Punkte der äußeren Begrenzungsfläche B etwa gleichzeitig erreicht.

Bei der Rakete gemäß Fig. 3 sind die äußere Begrenzungsfläche B" und die Zündfläche Z" wiederum kugelförmig. Beide haben einen gemeinsamen Mittelpunkt M, der wiederum auf der Raketenlängsachse 4 liegt. Die ellipsoidförmigen Tfennflächen S_n und S₁₂ zwischen den Treibsätzen 11,12 und 13 haben ebenfalls diesen Mittelpunkt M. Die großen Achsen der Ellipsoide stehen abwechselnd senkrecht aufeinander.

Gemäß Fig. 4 sind sowohl die Trennflächen S₁₀₀

und S₂₀₀ zwischen den Treibsätzen 100, 200 und 300 als auch die äußere Begrenzungsfläche B" und die Zündfläche Z'" ellipsoidförmig. Alle diese Flächen

»5 weisen einen gemeinsamen Mittelpunkt M auf, der auf der Raketenlängsachse 4 liegt. Auch hier stehen die großen Achsen der Ellipsoide abwechselnd senkrecht aufeinander.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Innenbrenner-Feststoffrakete mit einer Treibstoffladung aus umeinander angeordneten Treibsätzen in einem kugel- oder ellipsoidförmigen Raketenkörper, wobei der innerste TreibsaCi innen durch die Zündfläche begrenzt ist, die über die Schubdüse mit der Umgebung verbunden ist, und wobei die Trennfläche zwischen ihm und dem angrenzenden Treibsatz eine Kugei- oder Ellipsoidfläche ist, deren Mittelpunkt auf der ■Raketenlängsachse liegt, und wobei die Brenngeschwindigkeiten von Treibsatz zu Treibsatz nach außen hin abnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt mindestens drei Treibsätze vorgesehen sind, die alle als Trennfläche (S₁, S₂; S₁₀, $ιο> -^ioo' S₂₀₀) zwischen sich entweder Kugel- oder Ellipsoidflächen mit der Raketenlängsachse (4) als Drehsymmetrieachse aufweisen, daß im Falle von Kugelflächen als Trennflächen (5,, S₂) und kugelförmiger Zündfläche (Z) die Trennflächen abwechselnd exzentrisch zur Zündfläche (Z) angeordnet sind und daß im Falle von Ellipsoidflächen als Trennflächen (S_luv. S_2U) und kugel- bzw. ellipsoidförmiger Zündfläche (Z', Z", Z'") die Trennflächen (S₁₁, S₁₂; S₁₀₁₁, S_2UO) entweder einen gemeinsamen Mittelpunkt (M) haben, wobei die großen Achsen der Ellipsoide abwechselnd senkrecht aufeinanderstellen, oder die Trennflächen (S₁₀, S₂J abwechselnd exzentrisch zur Zündfläche (Z') angeordnet sind, wobei die großen Achsen der Ellipsoide mit der Raketenlängsachse (4) zusammenfallen.

2. Feststoffrakete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei exzentrischer Anordnung der Trennflächen (S₁, S₂) diese ungleiche Exzentrizitäten (E₁, E₂) aufweisen.