DE19642406A1 - Vorrichtung zur Lageregelung eines Raumfahrzeugs mittels Gasventilbetätigung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lageregelung mittels Gasventilbetätigung, insbesondere eine Vorrichtung zur Lageregelung mit mehreren Düsen, die in unterschiedliche Richtungen zeigen, mehreren Gasgeneratoren und Röhrenleitungen, die die Gasgeneratoren mit den Düsen über Ventile verbinden, mit denen die Düsen ausgestattet sind, um Gasaustritt aus ihnen zuzulassen oder nicht.

Eine solche Vorrichtung zur Lageregelung wird insbesondere für Raumfahrzeuge verwendet, um diese oder die Ladungen, die sie auf vorgegebenen Bahnen transportieren, auszurichten.

Bei einer solchen Anwendung besteht das allgemein bekannte gewöhnliche Verfahren darin, simultan verschiedene Gasgenera­ toren zu zünden, um während einer Zeitdauer t, der Arbeitszeit eines Generators, einen Gesamtdurchsatz Q zu erzeugen. Die von den Generatoren erzeugten Gase werden über Röhrenleitungen verteilt, um sie aus den Düsen austreten zu lassen, die durch Ansteuerung der Ventile ausgewählt wurden, die zu den Düsen gehören, und zwar je nach der gewünschten Orientierung des Raumfahrzeugs.

Um der Vorrichtung zu Lageregelung eine größere Flexibilität zu verleihen, ist es vorteilhaft, die Zündung des Gasgenera­ toren unabhängig und sich im Verlauf der Lageregelung steigernd erfolgen zu lassen. So kann mit zum Beispiel vier Gasgeneratoren ein Durchsatz Q/2 während einer Dauer 2t be­ wirkt werden, indem die Generatoren paarweise nacheinander gezündet werden, oder ein Durchsatz Q/4 während einer Dauer 4t, indem die Generatoren einzeln nacheinander gezündet wer­ den, oder auch eine Kombination eines Durchsatzes Q/2 während einer Dauer t (Zündung zweier Generatoren gleichzeitig) und eines Durchsatzes Q/4 während einer Dauer 2t (Zündung zweier Generatoren nacheinander).

Jedoch ist es nach der Zündung eines oder eines Teils der Ge­ neratoren notwendig, die anderen Generatoren zu isolieren, deren Zündung hinausgezögert werden muß, um ihre Aktivierung zur Unzeit durch heiße Gase von einem arbeitenden Generator, die durch die Rohrleitungen geleitet werden, zu verhindern. Die Isolierung eines Gasgenerators muß derart beschaffen sein, daß sie den hohen Drücken der heißen Gase in den Rohrleitungen widersteht, aber ohne daß die spätere Zündung dieses Genera­ tors und der sofortige Austritt der durch diesen erzeugten Gase durch die Rohrleitungen behindert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu Lageregelung anzugeben, die diese Bedingungen erfüllt. Diese Aufgabe wird erfüllt mit einer Vorrichtung, wie sie am Anfang der Beschreibung definiert ist und bei welcher jeder Gasge­ nerator versehen ist mit einem Verschlußventil in einem Aus­ gangsdurchlaß, der den Generator mit den Rohrleitungen verbin­ det, wobei das Verschlußventil eine geschlossene Position ein­ nehmen kann, in welcher es den Ausgangsdurchlaß verschließt, indem es auf einem Sitz in dem Durchlaß aufliegt und gegen diesen gedrückt wird, wenn der Generator nicht gezündet wird, so daß der Gasgenerator gegenüber den Gasinhalten in den Rohrleitungen von anderen Generatoren dicht abgeschlossen ist, und das Verschlußventil unter dem Einfluß des erzeugten Drucks in dem Generator bei Zündung desselben aus der geschlossenen Position in eine offene Position automatisch von seinem Sitz angehoben wird, so daß die Lageregelung durch unabhängige Zündung der Gasgeneratoren erfolgen kann.

Vorzugsweise wird das Verschlußventil des dazugehörigen Gas­ generators in geschlossener Position verriegelt und ist durch die Zündung des Gasgenerators automatisch entriegelbar.

Die Verriegelung wird zum Beispiel durch wenigstens einen Stift erfolgen, durch den Druck von den bei der Zündung des Gasgenerators erzeugten Gase brechen kann.

Außerdem ist es von Vorteil, daß jedes Absperrventil mit Vor­ richtungen zur automatischen Verriegelung in der offenen Posi­ tion versehen ist.

Eine erfindungsgemäße, besondere Ausführungsform einer Vor­ richtung zur Lageregelung soll im folgenden beschrieben werden als ein Beispiel, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird, bei denen:

Fig. 1 sehr vereinfacht einen Teil einer Vorrichtung zur Lageregelung eines Raumfahrzeugs mittels Ventils für heiße Gase darstellt,

Fig. 2A und 2B Teilansichten im Schnitt mit Einzelheiten des Absperrventils eines Gasgenerators der Vorrichtung nach Fig. 1, jeweils in geschlossener und offener Position darstellen.

Fig. 1 zeigt den klassischen Aufbau eines Systems zur Lagere­ gelung mit mehreren Gasgeneratoren 10. Diese sind an der Pe­ ripherie eines Raumfahrzeugs angeordnet, wobei sie regelmäßig um dieses herum verteilt sind und im allgemeinen vierfach vor­ liegen (nur drei sind in Fig. 1 gezeigt).

Jeder Gasgenerator 10 umfaßt eine Brennkammer 12, in welcher sich Festtreibstoff 14 befindet. Die Kammer 12 kommuniziert über einen Durchlaß 20 mit den Rohrleitungen 30, die für die Verteilung der Verbrennungsgase vom Generator zu mehreren Düsen 32 sorgen, welche in unterschiedlichen Richtungen aus­ gerichtet sind und individuell mit Ventilen 34 versehen sind. In dem dargestellten Beispiel sind drei Düsen 32₁, 32₂, 32₃ an jedem Gasgenerator angebracht. Zum Beispiel kann eine der Düsen, 32₁, so orientiert sein, daß sie einen axialen Impuls gibt, während die zwei anderen Düsen 32₂, 32₃, so orientiert sein können, daß sie radiale Impulse in den beiden im wesen­ tlichen entgegengesetzten Richtungen abgeben. Man wird be­ merken, daß der Aufbau der Düsen als Dreiergruppe an den Gas­ generatoren lediglich aus Bequemlichkeit erfolgt, um über die Rohrleitungen 30 jeder Düse die erzeugten Gase irgendeines der Gasgeneratoren zuleiten zu können. Bekanntermaßen werden die Ventile 34 individuell und selektiv in Abhängigkeit von der gewünschten Orientierung des Raumfahrzeugs angesteuert.

Erfindungsgemäß ist jeder Gasgenerator 10 mit einem Ab­ sperrventil 40 (Fig. 1, 2A, 2B) in dem Ausgangsdurchlaß 20 versehen, um eine Verbindung zwischen Gasgenerator und Rohrleitungen 30 herzustellen oder zu unterbrechen.

Das Absperrventil 40 ist ein Absperrkörper 42 in Form eines Stopfens. Die radialen Rippen oder Stege 44, 46 an dem Stopfen verlaufen von einer Seite zur anderen desselben, um das Ver­ schlußventil axial in den Durchlaß 20 zu führen.

Der Ausgangsdurchlaß 20 wird durch ein Rohrstück 22 definiert, das an seinem stromaufwärtigen Ende (in Bezug auf den Austritt der vom Generator erzeugten Gase) durch einen Ring 24 und eine Muffe 26 verlängert wird. Die Muffe 26 ist an das Rohrstück 22 geschraubt und hat eine Innenschulter 27, die sich auf den Ring 24 stützt, wodurch dieser zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Rohrstücks 22 und der Muffe 26 blockiert wird. Man wird bemerkt haben, daß die Kontaktflächen des Rings 24 und des Stücks 22 komplementäre Stufen bilden, um ihre gegen­ seitige Zentrierung sicherzustellen.

Von der Schulter 27 ausgehend und in stromaufwärtiger Richtung hat die Innenwand der Muffe 26 einen zylindrischen Teil 26a, der mit einem zylindrischen Teil 26b mit kleinerem Durchmesser über einen konischen Teil 28, dessen Durchmesser stromaufwärts abnimmt, zusammenhängt. Die Fläche 28 bildet einen Sitz für den Stopfen mit dem Verschlußventilkörper 42 auf dessen stro­ maufwärts gerichteter Seite 42a. Ein Dichtring 43 befindet sich in einer Nut, die in der Seite 42a des Verschlußven­ tilkörpers gebildet ist. Man wird bemerkt haben, daß die ra­ dialen Stege 44 auf der Seite 42a des Verschlußventilkörpers sich über ein Gebiet erstrecken, das im wesentlichen gleich oder ein bißchen kleiner als das der zylindrischen Wand 26b ist, so daß das Verschlußventil bei seiner axialen Bewegung geführt wird.

Ausgehend von seiner Fläche am stromaufwärtigen Ende in Kon­ takt mit der Muffe 26 in stromabwärtiger Richtung hat der Ring 24 eine Innenwand, die einen zylindrischen Teil 24a darstellt, der sich über einen konischen Teil 25, dessen Durchmesser stromabwärts abnimmt, an einen zylindrischen Teil 24b mit kleinerem Durchmesser anschließt. Die konische Oberfläche 25 bildet einen Anschlag, der mit den stromabwärtigen Enden der Stege 46 auf der stromabwärts gerichteten Seite 42b des Ver­ schlußventilkörpers zusammenwirkt. Die stromabwärtigen Enden der Stege 46 sind abgeschrägt, um eine Form zu bekommen, die der des konischen Anschlags 25 entspricht. Man wird bemerkt haben, daß die radialen Stege 46 sich über ein Gebiet er­ strecken, das im wesentlichen gleich oder etwas kleiner als das der Zylinderflächen 26a und 24a ist, die ebenfalls dazu dienen, das Verschlußventil bei seiner axialen Bewegung zu führen.

In geschlossener Position (Fig. 2A) wird das Verschlußventil 42 gegen den Sitz 28 gedrückt, und insbesondere dank des Dichtungsrings 43 isoliert es den Gasgenerator von dem Durch­ laß 20 und den mit diesem verbundenen Rohrleitungen. Das Ver­ schlußventil 42 wird in der geschlossenen Position mittels verschiebbaren Stiften 45 verriegelt, die in radialen Bohrun­ gen in dem Teil am stromaufwärtigen Ende der Muffe 26 einge­ setzt sind. Die Stifte 45 dringen in die radialen Öffnungen ein, die in die Rippen 44n oder wenigstens ein Teil zwischen ihnen von ihren Außenflächen ausgehend gearbeitet sind.

Wenn das Verschlußventil sich in der geschlossenen Position befindet, erzeugen die heißen Gas in den mit dem Durchlaß 20 verbundenen Rohrleitungen aufgrund der Zündung eines oder mehrerer anderer Verschlußventile einen Überdruck auf Seiten stromabwärts vom Verschlußventil 42. Dieses wird so mit auf seinen Sitz 28 gedrückt, wodurch der Zugang zu dem dazugehöri­ gen Gasgenerator verschlossen wird und eine ungeeignete Zündung dieses durch die heißen Gase verhindert wird. Die Stifte 43 werden also praktisch nicht auf Bruch beansprucht.

Wenn die Zündung des Gasgenerators erfolgt, steigt der Druck auf der Seite stromaufwärts von dem Verschlußventil 42 stark an und bringt die Stifte 45 zum Brechen. Das Verschlußventil wird in seine offene Position (Fig. 2B) verschoben, in welcher die Stege 46 sich auf die Anschlagoberfläche 25 stützen. Bei seinem Verschieben wird das Verschlußventil durch die Stege 44, 46 entlang der Wände 26b, 26a und 24a geführt. Man wird bemerkt haben, daß die Stege 46 über die seitliche Oberfläche und die Oberfläche stromabwärts (Seite 42b) vom Verschlußven­ til hinausragen, so daß ein Durchlaß (Pfeile 21) für die Gase um das Verschlußventil herum freigelassen wird, wodurch eine Verbindung zwischen Gasgenerator und Rohrleitungen hergestellt wird. Wenn es dann in die offene Position gelangt, wird das Verschlußventil 42 in dieser Position mittels eines Federrings 49 verriegelt, der sich in einer Nut 23 am stromaufwärtigen Ende des Rings 24 befindet und mit Vorsprüngen 47 an den Enden der Stege 46 zusammenwirkt. Wenn das Verschlußventil sich in geschlossener Position befindet, wird der Ring durch die Rip­ pen 46 in der Nut 23 gehalten (Fig. 2A). Wenn das Ver­ schlußventil die offene Position erreicht, wird der Ring durch die Bewegung der Vorsprünge 47 in Bezug auf die Nut 23 teil­ weise freigesetzt.

Ein Schalltrichter ist in dem Durchlaß 20 unterhalb des Ver­ schlußventils vorgesehen, damit die Kalibrierung des Durchsatzes des Gasgenerators nicht gestört wird. Der Schall­ trichter kann einteilig 29 geformt sein und mit dem stromauf­ wärtigen Ende des Rohrstücks 22 zusammenhängen.

Aufgrund der hohen Temperaturen, die das Gas am Ausgang des Generators hat, bestehen die Teile, die in Kontakt mit diesen Gasen kommen, also wenigstens das Verschlußventil 42, die Muffe 26, der Ring 24 und der Trichter 29, aus feuerfestem Ma­ terial, zum Beispiel Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmateria­ lien, während der Ring 49 aus feuerfestem Metall ist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Lageregelung mittels Gasventilbetätigung, die mehrere Düsen (32) in unterschiedlichen Richtungen orien­ tiert, mehrere Gasgeneratoren (10) und Rohrleitungen (30) um­ faßt, die die Gasgeneratoren mit den Düsen über Ventile (34) verbinden, mit denen die Düsen ausgestattet sind, um die Emis­ sion von Gas durch diese zu ermöglichen oder zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gasgenerator (10) versehen ist mit einem Verschlußventil (42) in einem Ausgangsdurchlaß (20), der den Generator mit den Rohrleitungen (30) verbindet, wobei das Verschlußventil eine geschlossen Position einnehmen kann, in welcher es den Ausgangsdurchlaß verschließt, indem es auf einem Sitz (28) in dem Durchlaß aufliegt und gegen diesen gedrückt wird, wenn der Generator nicht gezündet wird, so daß der Gasgenerator gegenüber den Gasinhalten in den Rohrleitun­ gen (30) von anderen Generatoren dicht abgeschlossen ist, und das Verschlußventil unter dem Einfluß des erzeugten Drucks in dem Generator bei Zündung desselben aus der geschlossenen Po­ sition in eine offene Position automatisch von seinem Sitz angehoben wird, so daß die Lageregelung durch unabhängige Zündung von Gasgeneratoren erfolgen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußventil (42) des dazugehörigen Gasgenerators (10) in geschlossener Position verriegelt wird und durch die Zündung des Gasgenerators automatisch entriegelbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung des Verschlußventils (42) durch wenigstens einen Stift (45) erfolgt, der durch den Druck von den bei der Zündung des Gasgenerators (10) erzeugten Gase brechen kann.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Vorrichtungen (49, 23) zur automa­ tischen Verriegelung jedes Verschlußventils (42) in der offenen Position umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Position eines Verschlußventils (42) definiert wird durch das Inkontaktkommen von Teilen des Verschlußventils mit einer Anschlagoberfläche (25) in dem Durchlaß (20).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußventil (42) mit Stegen (46) versehen ist, die zwischen sich Durchlässe für die durch den dazugehörigen Gas­ generator (10) erzeugten Gase definieren und mit der Anschlag­ soberfläche (25) zusammenwirken, wenn das Verschlußventil in offener Position ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsdurchlaß (20) eines Gasgenera­ tors (10), in welchem sich das Verschlußventil befindet, mit den Rohrleitungen (30) über einen Schalltrichter (29) kommu­ niziert.