-
Feststofftreibsätze für Raketenantriebe Die Erfindung betrifft Feststofftreibsätze
für Raketenantriebe vom Innen.. oder Außenbrennertyp.
-
Raketenmotore verlangen häufig große Beschleunigungen, um z. B. die
notwendige Flugstabilität und Trefflgenauigkeit zu er" reichen. Um dies zu erzielen,
ist es erforderlich, daß die Treibt sätze große brennende Oberflächen aufweisen
und so die erfordert liche große Gasmenge erzeugt werden kann. Aus dieser Problemstellung
heraus verwendet man oft als Treibsätze Innenbrenner oder Außen" brenner, z.B. Sterninnenbrenner,
Wagenradbrenner oder ähnliche Konfigurationen. Derartige Treibsätze sind, insbesondere
in der Ausführung als Pol-Pulver, bei der erforderlichen Anwendung heißer, schnellbrennender
Pulver bei tiefen Temperaturen von z.B. - 400 bis 500 C so spröde, daß sie beim
Zündschlag zerbrechen und dann die vorgegebene Abbrandcharakteristik nicht mehr
gewährleistet, ist, d.h. die Funktion des Gerätes in Frage gestellt wird. Zur Beseitigung
dieser
prinzipiellen Mängel sind konstruktiv groBe Anstrengungen gemacht worden, sowohl
im Hinblick auf die Abstützung der Treibt sätze in den Brennkammern wie auch in
Richtung einer möglichst weichen Treibsatzzündung, um das Auftreten eines Zündschlages
weitgehend zu mindern.
-
Alle Maßnahmen und Vorschläge haben keine voll befriedigende Lösung
gebracht. Es wurde nun gefunden, daß man in überraschend einfacher technischer Weise
das Problem des Zerbrechens von Treib sätzen empfindlicher Konfiguration bei tiefen
Temperaturen durch die erfindungsgemäße Ausführung der Treibsätze lösen kanna Gegenstand
der Erfindung sind Feststofftreibsätze für Raketenantriebe vom Innen- oder Außenbrennertyp,
wobei das Neue darin erblickt wird, daß der zur Gasströmung bei derartigen Treibsätzen
notwendige freie Raum unter Bildung von Vollkörpern mindestens teilweise mit schneller
brennenden Massen, insbesondere vom Polpulvertyp, ausgefüllt ist.
-
Die erfindungsgemäße Ausführung sei anhand eines Treibsatzes aus Pol-Pulver
dargelegt,
Grundlegend für die Erfindung ist einerseits die Erkenntnis,
daß Volörper, z.B. in Form eines Stirnbrenners, geometriebedingt gegen Zündschlag
bei tiefen Temperaturen weniger empfindlich sind als z.B. Sterninnenbrenner und
andererseits nach dem Stand der Technik praktisch beliebig schnellbrennende Pulvermassen
im Gießpolverfahren hergestellt werden können. So werden hohe Brenn..
-
geschwindigkeiten z.B. dadurch erzielt, daß man ein Gießpol herstellt,
bei dem das Granulat ganz oder teilweise porös ist. Durch den Anteil des porösen
Granulates am Gesamtgranulat und über den Porösitätsgrad des porösen Granulates
ist die Brenngeschwindigw keit der Gießpolmasse in weitestgehendem Maße einstellbar.
-
Einen aus Pol-Pulver durch z.B. Strangpressen, Extrudieren oder nach
einem Gießverfahren hergestellten Sterninnenbrenner gießt man erfindungsgemäß mit
Gießpol entsprechend eingestellter hoher Brennge s chwindigkeit aus, so daß ein
Vollkörper entsteht.
-
Bei den erfindungsgemäßen Tr eib sätzen aus Composite-Massen kann
der schnellerbrennende Treibstoff zum Ausgießen des freien Raumes eines Innen oder
Außenbrenners auf verschiedenen Wegen
erhalten werden, wie z,B.
durch Porösität im Binder und Korngröße des anorganischen Oxydators und Kombination
beider Maßnahmen" Ein solcher Treibsatz ist von seiner Form als Vollkörper gegen
den schlagartigen Druckaufbau bei der Zündung weitaus unempfind licher, zudem bedingt
diese Ausführungsform noch eine beachtliche Leistungssteigerung, wie aus den folgenden
Beispielen zu ersehen ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Treibsätze gemäß der Erfindung
ist vorgesehen, daß die Ausgußmasse in ihrer Brenn geschwindigkeit so eingestellt
ist, daß sich der für die Funktion des Innen.. oder Außenbrenners erforderliche
optimale Gaskanal ausbildet.
-
Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß zur Erreichung eines optimalen
oder wünschenswerten Schubverlaufes eine Au sgußmas s e mit einer über die Treibsatzlänge
unterschiedlichen Brenngeschwinz digkeit verwendet ist"
Schließlich
kennzeichnet sich eine vorteilhafte Ausführungsform der Treibsätze gemäß der Erfindung
durch Verwendung einer Auso gußmasse mint kontinuierlich oder stufenweise über die
Treibsatzlänge veränderlicher Brenngeschwindigkeit.
-
Die folgenden Beispiele zeigen in Verbindung mit den Zeichnungen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Treibsätze anhand eines Sterninnenbrenners aus Pol-Pulver,
bedeuten aber hinsichtlich Ausführungsform und Treibsatzmaterial, wie z. B. stranggepreßten,
extrudierten und gegossenen Pol-Pulvers oder auch Gomposite-Massen, keine Einschränkung.
-
Beispiel 1 In Figur 1 ist ein Sterninnenbrennertreibsatz abgebildet,
der aus dem Treibsatz 1 und einer äußeren Inhibierung 2 besteht, die ein Brennen
an diesen Flächen verhindert. Der sternförmige Gaskanal ist erfindungsgemäß mit
einem schnellerbrennenden Treibstoff 3 geZ füllt, der nach Zündung als Stirnbrenner
abbrennt und den für den weiteren Abbrand des Treibsatzes 1 notwendigen Gaskanal
freigibt.
-
Figur 2 zeigt den Querschnitt eines derartigen Dualtreibsatzes.
-
Figur 3 zeigt einen möglichen Schubverlauf als Funktion der Brennzeit
für ein derartiges Triebwerk. Der durch den schneller brennenden Treibsatz 3 erzielte
Leistungsgewinn liegt bei dieser Ausführungsform bei ca. 8 %.
-
F bedeutet den Schub in kp, tb die Brennzeit in Sekunden, Beispiel
2 In vielen Fällen wird von Raketentriebwerken ein annähernd konstanter Schubverlauf
über die gesamte Brennzeit gefordert. Insbesondere ist zur Erzielung hoher Abschußgeschwindigkeiten
bei Brennbeginn ein hoher Schub erwünscht. Dies läßt sich mit einer erfinderungsgemäßen
Treibsatzanordnung dadurch erreichen, daß der Treibsatz 1 innen in Richtung der
Düse einen konischen Verlauf aufweist (Figur 4) und die Abbrandgeschwindigkeit des
schnellerbrennenden Tr eib satzes 3 bei konstantem Druck eine über die Treibsatzlänge
veränderliche Brenn..
-
schematisch geschwindigkeit besitzt, wie dies in Figur 5/dargestellt
ist, in der r die Brenngeschwindigkeit in cm /s und 1 die Treibsatzlänge bedeuten.
-
Figur 6 zeigt einen möglichen Schubverlauf eines derartigen Trieb
werke. Durch die erfindungsgemäße Anwendung des Treibsatzes 3 und die beschriebene
konische Ausführung ergibt sich für- dieses Beispiel ein Leistungsgewinn von ca.
15 %. Der Gesamtimpuls ergibt
sich aus F dt (Figur 6), wobei der
Teil b dem Impuls für den zylindrischen Sterninnenbrenner ohne Treibstoff 3 entspricht.
-
Der Teil a entspricht dem Impulsgewinn von 15 7o, der sich erfindungsgemäß
durch die Füllung des Innenbrenners mit dem schnellerbrennenden Treibstoff 3 und
die konische Ausführung er gibt.