DE2040134A1

DE2040134A1 - Steuersystem fuer Raketenmotoren

Info

Publication number: DE2040134A1
Application number: DE19702040134
Authority: DE
Inventors: Brian Burgess; Thorp Geoffrey Philip
Original assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Current assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Priority date: 1969-08-12
Filing date: 1970-08-12
Publication date: 1971-02-25
Also published as: SE375954B; DE2040134B2; FR2058223A1; FR2058223B1; DE2040135B2; CH516738A; DE2040135A1; JPS5012839B1; NO130026B; FR2058224B1; FR2058224A1; DE2040134C3; DE2040135C3; CH514781A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Steuersysteme für Raketenmotoren und'insbesondere auf Schubvektor-Bteuerungssysteme, bei denen die Schubdüse des Raketenmotors mit Staublättern zur Änderung des Schub vektors versehen ist, wodurch die Plugrichtung des Motors gesteuert wird.

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Staublätter haben gewöhnlich die Form flacher Platten, die radial zur Längsachse der Schubdüse bewegt werden, so daß ein Teil joies-Blattes,, das eine gerade Schubgas-Eintrittskante besitzt, in den Weg der durch die Düse laufenden Schubgase getaucht wird, um einen-Teil.der DüsenauslaßfLäehe zu sperren. Die Wirkung eines so in den Weg der Schubgase gestellten . Staublattes besteht darin, daß eine schräge

Druckwelle innerhalb des Düsen-Expansionskegels. erzeugt wird. Der sich aus der Druckwelle ergebende Druck ruft ein Drehmoment an der dem Staublatt benachbarten Ui.sgnwand hervor und dirigiert damit die Rakete in einen entsprechenden gekrümmten Weg.

Staublätter sind notwendigerweise hohem Druck und einem verschleißenden Gasstrom hoher Temperatur ausgesetzt, und es ist schwierig, eine Blattkonstruktion vorzusehen, die sowohl dem hohen Druck als auch dem Gasstrom mit hoher Temperatur widersteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Staublattkonstruktion zu schaffen, die den verschleißenden Wirkungen der hohe Temperatur aufweisendenSchubgase widersteht und ebenfalls ausreichend robust ist und entsprechend angeordnet ist, um den Drücken der Schubgase zu widerstehen.

Erfindungsgemäß umfaßt ein Staublatt für ein Schubvektor-Steuersystem für einen Raketenmotor ein Schubgas- Prallelement aus feuerfestem metallischen Material, ein starres metallisches Stützglied und eine Schicht aus wärmeisolierendem Material, die zwischen dem Prallelement und dem Stützglied sitzt.

Das Prallelement kann aus Molybdän, Wolfram oder mit Silber imprägnierten Wolfram bestehen.

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Ein ^eignetes,isolierendes Material ist "Durestos"^ und das Stützglied besteht geeigneterweise aus Stahl.

Das Prallelement, die Isolierschicht und das Stützglied werden vorteilhaft durch Schrauben zusammengehalten, die aus dem gleichen Material wie das für das Prallelement verwendete bestehen.

Vorzugsweise besitzen die Staublätter eine Eintrittskante, die nicht geradlienig ist. Vorteilhafterweise bildet die Eintrittskante einen Kreisbogen, dessen Radius dem Radius der Schub gas-Aus tr ittöffhung einer Schubdüse des Raktenmotors entspricht.

Die Erfindung umfaßt ferner eine Schubdüsenanordnung für einen Raletenmotor, die zumindest ein Staublatt umfaßt, das die vorhergehend beschriebenen Merkmale aufweisen kann, wobei das Staublatt neben seinem einen Ende an dem Endteil einer Spindel befestigt ist, die in einem Gleitlager drehbar gelagert ist und durch eine Betätigungseinrichtung gedreht werden kann. Die Spindel und das Stützglied des Staublattes können als Einzelteile hergestellt werden und dann zusammengesetzt werden;alternativ können die Spindel und das Stützglied vorzugsweise in einer Einheit gebildet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. ·

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Fig. 1 zeigt eine schaubildliche Teilansicht einer Schubdüsenanordnung eines Raketenmotors mit zwei Staublättern in Arbeitsstellung;

Fig. 2 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht

eines Staublattes und seine zugehörige Spinde] ;

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht nach Linie 3-3 in Figur 2;

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht eines Staublattes nach Fig. .2;

Fig. 5 zeigt eine Endansicht der mit vier Staublättern versehenen Schubdüse, wobei ein Staublatt sich in Arbeitsstellung befindet;

Fig. 6 zeigt eine Darstellung der Vorwärtsbewegung der Eintrittskante eines Staublattes über die Schubdüse.

Wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, besitzt eine Schubdüse Io eines Raktenmotors eine Düsenausiritt söffnung 11. Auf 'dem rückwärtigen Ende der Düse Io sind vier Staublätter 12 angeordnet; jedes Blatt weist erfindungsgemäß ein Schubgas-Prallelement 13, ein Süta glied 14 und eine isolierende Zwischenschicht 15 auf.

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Das Prallelement 13 ist aus Molybdän gebildet und umfaßt einen beilförmigen Teil 16, der eine konvexe Schubgas-Eintrittskante 17 und einen Schaft 18 besitzt. Die Schubgaskante bildet einen Kreisbogen, dessen Radius der gleiche wie der der Düsenöffnung 11 ist.Eine ebene Fläche 19 des Prallelements bildet eine S chub gas-Prallf lache*, an dem. Schaft 18 ist eine von der Fläche 19 vorstehende kreisförmige Ausladung gebildet. Die Ausladung und der Schaft sind durchbohrt, um eine öffnung 21 zu bilden.,Die konvexe Kante 17 ist, wie bei 23 abgeschrägt,und unmittelbar hinter der Abschrägung ist der verbleibende Teil des Elements in der Stärke verringert, um eine Stufe 24 zu bilden.

Das Stützglied 14 ist aus einem hochfesten Stahl (95 - Ho Kg/mm entsprechend 6o-7o englische Tonnen/ englische Quadratzoll-Zugfestigkeit) gebildet und entspricht mit Ausnahme des abgeschrägten Teils .23 allgemein der Form des Prallelements 13· Die untere Oberfläche des Stützgl'iedes 14 ist ausgespart, um eine Stufe 25 zu bilden, die sich neben einem

Ende und einer Seite des Stützgliedes, wie in Fig. 4 in gestrichelter Linie dargestellt, erstreckt. Neben einem Ende des Stützgliedes 14 hängt eine Spindel 26 von der unteren Oberfläche des Stützgliedes rechtwinklig herab,

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Die Isolierschicht 15 ist aus "Durestos", einem Phenolasbest, gebildet und besitzt einen Körperteil 27, einen Randteil 28, der sich seitlich an einer Seite und einem Ende des Körperteils 27 erstreckt und eine ringförmige Ausladung 29, die eine derartige Außenabmessung besitzt, daß sie in die Öffnung 21 in dem Prallelement 13 paßt. Die Isolierschicht 15 ist derart geformt, daß sie den gegenüberliegenden abgestuften Oberflächen des Prallelements 13 und des Stützgliedes Ik entspricht, so daß sie zwischen diesen liegt, wie in Fig. 3 und in dem geschnittenen Teil von Fig. dargestellt ist.

Die Isolierschicht 15 ist bei 3o durchbohrt,um die Spindel des Stützgliedes 14 aufzunehmen.

Das Prallelement 13> die Isolierschicht 15 und das Stützglied 1*1 sind mit drei aus Molybdän bestehenden Senkschrauben 31 zusammengefügt und ebenfalls mit Bakelitharz J.III85 zusammengeklebt, das bei I50⁰ C für 1 1/2 Stunden gehärtet wurde,

In einem typischen Anwendungsfall der vorstehend beschriebenen Staublätter sind die vier Staublätter in gleichen Winkelstellungen auf der Schubdüse Io (Fig. 1 und 5) eines Festtreibstoff-Raketenmotors eines Flugkörpers angeordnet, der einen mittleren axialen Schub von 800 Kg. f. (im englischen Maß; I800 Ib.f.) hat. Zur Vereinfachung und Veranschaulichung der Konstruktion der Staublätter sind in Fig. 1 nur zwei

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von vier Staublättern dargestellt.

Die Spindel 26 jedes Staublattes ist in einem geeigneten Lager 34 (Fig. 2) neben der Austrittsöffnung der Schubdüse angeordnet und erstreckt sich durch dieses. Der von dem Staublatt abgewandte Endteil jeder Spindel, der durch deren Lager hindurchragt, ist mit einer Betätigungseinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, die der Spindel und damit dem zugehörigen Staublatt eine gewünschte Drehbewegung erteilt. Die vier Staublätter sind serienmäßig um die Düse Io herum angeordnet, so daß die konvexe Kante jedes Staublattes radial zur Düse bewegbar ist. Wie in Fig. 5 dargestellt, ragt das mit 12 a bezeichnete Staublatt teilweise in die Düsenaue^i "^öffnung 11 hinein, während sich die drei anderen Staublätter in ihrer zurückgezogenen Stellung befinden, in der ihre Eintrittskanten radial außerhalb der öffnung 11 liegen. Wenn der Raketenmotor gezündet wird, können ein oder mehrere Staublätter bewegt werden, um einen größeren oder kleineren Eintauchgrad des Staublattes in den Strom der Schubgase herbeizuführen. Dadurch kann der sich aus der Dru ckwelle ergebende Druck auf die Wand der Düse derart geändert werden, daß das. sich ergebende Drehmoment die Ratete längs eines vorbestimmten gekrümmten Weges dirigiert.

Untersuchungen mit einem Staublatt in dem vorstehend beschriebenen zusammengesetzten Aufbau haben ergeben, daß das Molybdenelement Io eine nicht verschleißende Pralloberfläche . für das Schubgas liefert und einer Temperatur in. der Größen- ' Ordnung von 2000° K für jijLixe^ grpnixz^^t von 6 Sek. ausreichend widersteht.

Weiterhin isoliert die"Durestos" - Isolierschicht 15 das Belastung aufnehmende Stützglied 11 in solch einem Maß, daß das Stützglied ausreichend kühl gehalten wird, um die Starrheit des Staublattes aufrecht zu erhalten. Es wurde festgestellt, daß das Staublatt tatsächlich ausreichend starr ist, um überschüssige 'Gasabströmung" zu verhindern, d.h. Abströmen von Schubgas zwischen dem Staublatt und der Düse, v/enn die

Motorkammer bei o,5 Kg/mm (700 engl.Pfund/Quadratzoll) arbeitet.

Weiterhin können die Staublätter mittels der nicht geradlienigen Art der Eingangskante 17 jedes Staublattes derart gestaltet -werden, daß sie einen weiteren Vorteil dadurch ergeben, daß der Teil jedes Staublattes, der in die öffnung 11 vorragt und in den Schubgasstrom eingetaucht ist, im wesentlichen symmetrisch zu einer entsprechenden radialen Ebene der Düse ist, die durch das Druckzentrum des eingetauchten Teils geht. Fig. veranschaulicht die Vorwärtsbewegung der gekrümmten Kante 17 eines Staublattes über die Düsenöffnung 11 in Abhängigkeit von der Winkelbewegung 0 des Staublattes über 36°. Es ist zu erkennen, daß der eingetauchte Teil des Staublattes im wesentlichen symmetrisch zu einer entsprechenden Radialebene 35 der öffnung ist, die durch das Druckzentrum des eingetauchten Teils hindurchgeht.

1 Ü 9 8 U 9 / ü 2 7 3

Claims

Patentansprüche

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I)) Staublatt für ein Schubvektor-Steuersystem für einen Raketenmotor, gekennzeichnet durch ein Schubgas-Prallelement (13) aus feuerfestem metallischen Material, ein starres metallisches Stützglied (14) und eine Schicht (15) aus wärmeisolierendem Material, die' zwischen dem Prallelement und dem Stützglied sitzt.
2) Staublatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallelement (13) aus Molybden, Wolfram oder mit Silber imprägniertem Wolfram gebildet ist.
3) Staublatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallelement (13). die Isolierschicht (15) und das Stützglied (14) mittels Schrauben (31) zusammengebaut sind, die aus dem gleichen Material wie das für das Prallelement verwendete feestehen.
4) Staublatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Prallelement (13) eine nicht gerad-

linige.Schubgas^Eintrittskante (17) besitzt.
5) Staublatt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskarte (17) konvex ist.

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6) Staublatt nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritt ε kante (17) einen Kreisbogen bildet, dessen Radius dem Radius der .Schubgas-Austrittsöffhung(ll) einer Schubdüse (lo) des Raketenmotors entspricht.
7) Schubdüsenanordnung für einen Raketenmotor mit zumindest einem Staublatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Staublatt neben seinem einen Ende an dem Endteil einer Spindel (26) befestigt ist, die neben der Austritteöffnung (11) der Schubdüse (lo) drehbar gelagert ist und durch eine Betätigungseinrichtung gedreht werden kann.
8) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spindel (26) und das Stützglied (1*0 des Staublattes (12) in einer Einheit gebildet sind.

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