DE1938714A1 - Startverfahren fuer Raketen und aehnliche Flugkoerper und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

• Startverfahren für Raketen und ahnliche Flugkörper und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Startverfahren ftlr Raketen und ähnliche flugkörper. und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Raketen und ähnliche Flugkörper werden üblicherweise durch das Rückstossverfahren gestartet und auch weiterhin angetrieben, wobei der Impuls der entgegengesetzt zur Flugrichtung austretenden Treibgase für die nutzbaren Antriebskräfte maßgeblich ist.
• Um die für die verschiedensten Zwecke angestrebten hohen Fluggeschwindigkeiten zu erreichen, müssen die genannten Flugkörper eine erhebliche Treibstoffmenge mit sich führen, von welcher gerad. wahrend des Startes ein beträchtlicher Anteil benötigt wird. Das Startgewicht eines derartigen Flugkörpers schliesst also das f(lr den Start benötigte Treibstoffgewicht ein; Besonders bei aodernen Hochleistungsraketen erfolgt daher der Start und der weitere Antrieb in mehreren Stufen, wobei am Ende jeder Stufe die Vorstufe abgeworfen wird. Zum Beispiel sind im Startgewicht von etwa 2800 t einer für das Verlassen des Schwerefeldes der Erde vorgesehene Rakete alleine etwa 800 t Treibstoff erforderlich, um während der ersten Minute nach dem Start die Schallgeschwindigkeit von 333 m/s zu erreichen. Auch bei fUr geringere Anforderungen ausgelegten Raketen bzw. Flugkörpern hat die Gewiohtsbelastung durch den eigenen Treibstoff eine für ihre Leistung ausschlaggebende Bedeutung.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Startverfahren der einleitend beschriebenen Art zu schaffen, das es ermöglicht, Raten und ähnliche Flugkörper mit erheblich verringertem Startgewicht zu betreiben. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Flugkerper in einem beim Start einseitig geschlossenen Startrohr geführt wird, das ein dem fflr den Start maßgeblichen Flugkörperquerschnitt angepasstes Querschnittsprofil aufweist, und in dem eine Gasexpansion mit Unterscallgeschwindigkeit durchgeführt wird.
• Die Verwendung der erfindungsgemäss verhältnismässig langsam ablaufenden Gasexpansion ermöglicht eine vielfach bessere Ausnutzung zum Beispiel eines das Fxpansionsgas liefernden Treibstoffes. Geht man davon aus, dass der Wirkungsgrad bei der Gasexpa@ision etwa zehnmal so gross wie beim Rückstossverfahren ist, so würde sich das Startgewicht einer Rakete der erwähnten Art von 2800 t auf etwa 2080 t verringern lassen, womit zugleich eine wesentliche Steigerung ihrer Leistungsfähigkeit verbunden ist. Un den Vorteil der Gasexpansion für den Start auszunutzen, braucht das Querschnittsprofil des Startrohres dem ffir dn Start maßgeblichen Flugkörperquerschnitt lediglich angepasst zu sein, wobei aber eine dichtende Führung nicht erforderlich ist, sondern ein geringer Druckverlust durch Abstände zwischen der Innenwand des Startrohres und dem grössten Flugkörperquerschnftt zugelassen werden kann. Durch die für den Expansionsvorgang vorgeschlagene Unterschallgeschwindigkeit ist es insbesondere möglich, Beschleunigung und Geschwindigkeit des Flugkörpers bzw. der Rakete so zu wählen, dasd die in der Rakete in der Regel enthaltenen hochwertigen Geräte bzw. beim bemannten Raketenflug die Besatzung vor Schäden bewahrt bleibt. Detonationserscheinungen sind nämlich unterhalb der Schallgeschwindigkeit nicht zu befürchten.
• Mit besonderem Vorteil lässt sich das neue Startverfahren anwenden, wenn man zur weiteren Verringerung des Startgewichtes des Flugkörpers die Gasexpansion durch ausserhalb des Flugkörpers befindliche Treibmittel erfolgen lässt. Bei dem mit der Startstelle verbundenen Startrohr bereitet dies keine Schwierigkeiten. Im Anschluss an den Startvorgang, während welchem der Flugkörper eine beträchtliche, zum Bespiel schon im Bereich der Schallgeschwindigkeit liegende Endgeschwindigkeit erlangen kann, lässt sich dieser dann durch eigene Treibmittel in an sich bekannter Weise im Rückstossverfahren weiterhin antreiten.
• Um während des Startvorganges eine weitgehend gleichförmige Beschleunigung zu erhalten, ist es zweckmässig, die Gasexpansion in Abhängigkeit von der Lage des Flugkörpers in Rohrkerper auszulösen. Dabei erzielt man die gewünschten Vorteile im wesentlichen auch schon dann, wenn eine mehrstufige Auslösung der Expansionen erfolgt.
• Das ur Anwendung gelangende Expansionsgas kann durch Deflagration eines Raketentreibstoffes gebildet werden. Dies ist vor allem dann angebracht, wenn der Starttreibsatz einen Bestandteil des Startgewichtes der Rakete bildet. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht jedoch darin, dass man an derartige hochwertige Treibstoffe nicht gebunden ist. So lässt sich als Expansionsgas auch zum Beispiel hochgespannter Wassercampf verwenden.
• Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens besteht vorteilhaft aus einem mit der Startstelle verbindbaren, einseitig geschlossenen Startrohr, wAhrend sich der für das Querschnittsprofil des Startrohres maßgebliche Flugkörperquerschnitt in Nähe des unteren Flugkörperendes befindet. Auf diese Weise wird der Flugkörper nahezu er die gesamte Länge des Startrohres geführt und neigt auch bei dessen Verlassen.
• infolge seiner bereits erreichten hohen Geschwindigkeit nicht mehr zu Verkantungen.
• In Längsrichtung des Startrohres können vorteilhaft noch Detektoren fEr die sich während der Startphase des Flugkörpers ändernde Lage des flugkörpers im Startrohr vorgesehen sein, die den Expansionsvortang in an sich bekannter Weise steuern.
• Mit besonderem Vorteil lassen sich in Längserstreckung des Startrohres verschliessbare und durch die vorgeschlagene Steuerung öffenbare Einlassöffnungen für das Expansionsgas vorsehen, aus denen das Expansionsgas in den jeweils zwischen dem unteren Flugkörperende und dcm Boden des Startrohres befindlichen Raum eintritt.
• Um eihe möglichst gleichmässige Beaufschlagung der Bodenfläche des Flugkörpers zu gewährleisten, sind zweckmässig am Boden des Startrohres zentrale oder konzentrische Vorrichtungen für die Erzeugung bzw. das Einbringen des Expansionspases vorgesehen.
• Zum Beispiel kann man eine zentrale Vorrichtung für den Startbeginn verwenden, wohingegen eine dazu konzentrische Vorrichtung beim weiteren Startverlauf Anwendung findet.
• Weiterhin sind auch die sich in Längserstreckung des Startrohres vorgesehenen Einlassöffnungen zweckmässig radial symmetrisch angeordnet.
• Da ein gewisser Abstand zwischen dem maximalen Flugkörperquerschnit und der Innenwandung des Startrohres unkritisch ist, lässt sich zweckmässig auch zur Verbesserung der Führung das Inners des Startrohres mit Führungsschienen ausführen.
• Das nachstehende Rechenbeispiel, das fEr Zwecke des herannten Raketenfluges durchgeführt wurde, möge der Veranschaulichung der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Maßnahmen dienen.
• Die bereits erwähnte Pakete mit einem Startgewicht von etwa 2800 t besitzt eine Länge von 110 m bei einem Durchmesser von 10 m und braucht in der herkcmmlichen Ausführung eine Minute, um die Schallgeschwindigkeit zu erreichen. Dabei beträgt die mittlere Beschleunigung lediglich 5,35 m/s2. Die Besatzung ist also nur etwa der 1,5fachen Erdbeschleunigung ausgesetzt, Es ist jedoch bekannt, dass die vom Menschen ertragene Beschleunigung durchaus den fünfzigfachen Wert der Erdbeschleunigung betragen kann, ohne dass es zu Schädigungen koflt. Auch lassen sich Steuergeräte oder dergl. fEr Raketen so ausbilden, dass diese Beschleunigungen hiervon beschädigungslos aufgenommen werden können. Die bekannte Rakete verbraucht zudem in der Startphase pro Sekunde 13,4 t Treibstoff, mithin in der ersten Minute insgesamt 800 t.
• Da erfindungsgemäss das Startgewicht der Rakete um die ganze oder nahezu die ganze Treibstoffmenge verringert werden soll, die bis zun Erreichen der Schallgeschwindigkeit benötigt wird, wird der weiteren Berechnung lediglich ein Startgewicht von 2000 t zugrunde gelegt. Bei einer Beaufschlagung mit der fünfzigfachen Erdbeschleunigung ergibt sich für die Startphase eine erforderliche Kraft von 105 t oder, bezogen auf den maximalen Raketenquerschnitt von 10 m Durchmesser ein erforderlicher Druck im Startrohr von 125 Kp/cm2. Dieser Druck beträgt, dem Charakter der Erfindung entsprechend, nur einen sehr geringen Bruchteil des bei üblichen Explosionen auftretetenden Druckes. Man kann ihn ohne Schwierigkeiten durch hochgespannten Wasserdampf erreichen.
• Verwendet man für das Startrohr einen Stahl mit einer Festigkeit von 100 Kp/mm2, so ist für das Startohr eine Wandstärke von 7 cm ausreichend.
• Die Länge das Startrohres wird so gewählt, dass die Rakete bei A@stritt hieraus die Schallgeschwindigkeit gerade erreicht hat.
• In diesem Falle stimmt die Länge des Startrohres mit etwa 110 m prakti@ch mit der Raketenlänge überein. Die vorgesehene Schallge@chwindigkeit bein Verlassen des Rohres wird in etwa 2/3 1 erreicht, womit ein weiterer, wesentlicher Vorteil gegenüber den l@ng@@@ startenden, herkömmlichen Raketen erzielt wird, die bie @@@ gleichen Geschwindigkeit etwa 1 Minute benötigen.
• Weiterhin sei die Erfindung anhand der schematischen, sich auf ein Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnung veranschaulicht.
• Darin erkennt man den mit 1 bezeichneten Raketenkerper, dessen unteres Ende 2 zu dem für den Start maßgeblichen Querschnitt verbreitert ist. Dieser untere Raketenabschnitt kann zum Beispiel eine nach dem Startvorgang zu zündende und ester abzuwerfende Antriebsstufe sein. Mit dem unteren Abschnitt 2 ist die Rakete im Startrohr 3 geführt, wobei sie mit Hilfe der im Startrohr befindlichen Schienen 4 zentriert ist. Das Startrohr 3 ist durch geeignete Mittel 5 fest wit der Startstplle 5 verbunden. Im Boden des Startrohres 3 erkennt man eine zentrale Vorrichtung 7 und eine dazu konzentrische Vorrichtung 8 für die Einbringung des beim Startbeginn benötigten Expansionsgases.
• Weiterhin ist die Startrohrwandung mit den schematisch angedeuteten Detektoren 9 versehen, die zur Ermittlung der jeweiligen Lage der Rakete im Startrohr dienen. Von letzteren kEnnen die Expansionsvorgänge schrittweise gesteuert werden, so dass man den Beschleunigungswert sehr genau einstellen kann. Am Umfang des Startrohres 4 sind noch Ringleitungen 10 vorgesehen, von denen Einzelabzweigungen 11 ausgehen, die in der schon beschriebenen Weise radial symmetrisch angeordnet sind und der zusAtzlichen Einbringung von Expansionsgasen während des Abhebens der Rakete in den Raum zwischen ihrem unteren Ende und dem Start rohrboden dienen.

Claims (12)

Patentansprüche

1. Startverfahren für Raketen und ähnliche Flugkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (1) in einem beim Start einseitig geschlossenen Startrohr (3) geführt wird, der ein dem für den Start maßgeblichen Flugkörperquerschnitt angepasstes Querschnittsprofil aufweist und in dem eine Gasexpansion mit Unter-schallgeschwindiokeit durchgeführt wird.

2. Startverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasexpansion durch ausserhalb des Flugkörpers befindliche Treibmittel erfolgt.

3. Startverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper durch eigene Treibmittel im Anschluss an den Startvorgang in an sich hekannter Weise im Rückstossverfahren angetrieben wird.

4. Startverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasexpansionen in Abhangigkeit von der Lage des Flugkörpers im Startrohr mindestens mehrstufig ausgelöst wird.

5. Startverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsgas durch Deflagration eines Raketentreibstoffes gebildet wird.

6. Startverfahren nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekenn-Seiahfletj dass das Expansionsgas hochgespannter Wasserdampf ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Startverfahrens nach den Ansprüchen l bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem mit der Startstelle (6) verbindbaren, einseitig geschlossenen Startrohr (3) besteht, und dass sich der für das Querschnittsprofil des Startrohres (3) maßgebliche Flugkorperquerschnitt in Nähe des unteren Flugkörperendes (2) befindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennseichnet, dass das Startrohr (3) in Längserstreckung mit Detektoren fUr die sich während der Startphase des Flugk8rpers ändernde Lage des Flukörpers im Startrohr versehen ist, die den Expansionsvorgang steuern.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennsciohneta dass sich in Längsrichtung des Startrohres verschliessbare und steuerbare Einlassöffnungen für das Expansionsgas-befinden, aus denen das Expansionsgas in den jeweils zwischen dem unteren Flugkörperende (2) und dem Boden des Startrohres (3) befindlichen Raum eintritt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch geRennzeichnet, dass am Boden des Startohres (3) zentrale (7) oder konzentrische (8) Vorrichtungen für die Erzeugung bzw. das Einbringen des Expansionsgases vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Startrohr in seiner Längserstreckung radial symmetrisch angeordnete Einlassöffnungen fUr das Expansionsgas aufweist;

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Startrohr (3) Führungsschienen (4) für den Flugkörper (1,2) vorgesehen sind.