DE2044748A1 - Aus mehreren Teilen bestehender, rake tenartiger Flugkörper - Google Patents

Description

Aus mehreren Teilen bestehender, raketenartiger Plugkörper.

Die Erfindung betrifft Raketenflugkörper, d.h. Plugkörper, die einen Antriebsmotor enthalten können und eine vollständige Rakete bilden, oder einen Antriebsmotor enthalten und eine Stufe eines mehrstufigen Raketensystems bilden, oder passiv sein können und die Endstufe eines mehrstufigen Raketensystems bilden, wobei die vorhergehenden Stufen Vorschubmotoren enthalten. Die Erfindung ist insbesondere auf die letztere Form eines Flugkörpers anwendbar und insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, auf Systeme, die zur Sondierung von Raumbereichen nahe der Erde benutzt werden, z.B. bis zu einer Höhe von loo oder 2oo Kilometern. Derartige Raketen werden u.a. für metereologische Untersuchungen verwendet.

Bei der Entwicklung von Raketensystemen muss die Sicherheit berücksichtigt werden, da man selten den Raketenflugkörper frei fallen lassen darf, ohne das Risiko für Menschen und Eigentum in der Umgebung zu berücksichtigen. Es wurde vorgeschlagen, einen Raketenflugkörper mit einem Fallschirm zu versehen, aber der Fallschirm verringert die Nutzlast

1098H/1502

_ 2 des Raketenflugkörpers und erhöht die Kosten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Raketenflugkörper mit verbesserten Sicherheitsvorkehrungen zu schaffen.

Ein aus mehreren Teilen bestehender, raketenartiger Plugkörper ist gemäss der Erfindung dadurch.gekennzeichnet, dass die Teile leicht Voneinander trennbar und einzeln aerodynamisch instabil sind, und dass eine Trennvorrichtung zur Trennung der Teile voneinander vorgesehen ist.

So können in einem geeigneten Teil der Plugbahn des Raketenflugkörpers die Trennvorrichtungen für die Trennung betätigt werden, sodass der Plugkörper in seine einzelnen Teile auseinanderbricht, von denen jedes derart ausgelegt ist, dass es bei Rückkehr auf den Erdboden keine unzulässige Gefährdung darstellt. So kann z.B. der Plugkörper eine zylindrische Hülle aufweisen, die an längs verlaufenden Trennstellen in mehrere Teile trennbar ist. Ein sich verjüngendes Nasenteil kann an einem Ende der Hülle befestigt sein sowie ein Schwanzteil an dem anderen Ende der Hülle, wobei das Schwanzteil aerodynamische Leitflächen z.B. Flossen aufweist. Beide Teile sind brennbar mit der Hülle verbunden.

Wenigstens einige der trennbaren Teile des Raketenflugkörpers können durch nicht-positive Verbindungen in ihrer Lage durch zerbrechbare positive Verbindungen gehalten werden. So kann z.B. die Ausbildung derart getroffen werden, dass die zylindrische Hülle mittels eines Kragens zusammengehalten wird, der durch Seherschrauben gesichert ist und axial bewegt werden kann, um die Teile freizugeben, wenn die Scherschrauben durch die Vorrichtung zur Ablösung der Teile des Raketeiiflugkörpers zerbrochen worden sind, z.B. durch einen Explosionsauslöser oder einen Gasgenerator.

Der Plugkörper kann nicht zusammenhängendes Ballastmaterial enthalten, um die notwendigen ballistischen Eigenschaften zu schaffen. Der Ballast kann aus Peststoffteilchen (z.B, aus Schrotkugeln), aus einer Flüssigkeit oder aus Metallplatten bestehen.

1098U/1502

Ob das Ballastmaterial amorph ist, z.B. Schrotkugeln, oder eine Flüssigkeit ist, oder in bestimmter Form wie Platten vorliegt, so wird der Ballast sich beim Fall zur Erde verteilen und nicht eine derartige Sicherheitsgefährdung darstellen, als wenn er in einer kompakten Masse aufschlagen würde. Vorzugsweise umgibt wenigstens ein gewisser Teil des Ballastmaterials einen Nutzlastraum unter Bildung von Kühlflächen,

Der Raketenflugkörper bildet vorzugsweise die passive dritte Stufe einer dreistufigen Rakete. Bei einem Ausführungsbeispiel bildet die erste Stufe einen Booster und besteht aus einer Aluminiumhülle, die nur eine kurze Entfernung vom Startpunkt zurücklegt, wobei ihr Auftreffpunkt mit einiger Genauigkeit vorausgesagt werden kann. Der Booster kann nicht wieder verwendet werden und ist ein Radialbrenntyp. Die zweite Stufe kann als Träger ausgebildet sein und besteht aus einem Motor in einer Aluminiumhülle mit einem hohen Gewichts/Luftwiderstands-Verhältnis, wodurch der Träger eine niedrige Windabdrifttendenz zeigt, sodass der Auftreff punkt genau vorausgesagt werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Projektilstufe (dart stage) J eines ersten Systems;

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Projektil vom Schwanzende;

Fig. 3 ist ein Axialschnitt in der Ebene A-A der Fig. 1 nach dem Auseinanderbrechen;

Fig. 4 ist ein Schnitt der Ebene B-B der Fig. 1 nach dem Auseinanderbrechen;

Fig. 5 zeigt in auseinandergenommener Ansicht die verschiedenen Teile, in die das Projektil nach dem Auseinanderbrechen zerfällt;

10981 kl 1 502

Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch ein zweites Projektil ähnlich der Pig. I;

Fig. 7 ist eine Draufsicht auf das Schwanzende des Projektils nach Fig. 6;

Fig. 8 ist ein Schnitt der Ebene AA-AA in Fig. 6 vor dem Auseinanderbrechen;

Fig. 9 ist eine Ansicht der Ebene BB-BB in Fig. 6 in einem frühen Stadium des Auseinanderbrechens;

Fig.Io ist eine ähnliche Ansicht in einem späteren Stadium des Auseinanderbrechens; und

Fig.11 ist eine auseinandergezogene, schematische Ansicht entsprechend der Fig. 5i es werden die Teile gezeigt, in welche das Projektil auseinanderbricht.

Im Folgenden wird zunächst auf die Fig. 1 bis 5 Bezug genommen. Das Raketensystem besteht aus drei Stufen, von denen nur eine in den Zeichnungen gezeigt ist. Die erste ist eine Boosterstufe, welche die Rakete von der Startrampe abhebt, worauf sie sich von fe der zweiten Stufe in den ersten paar Sekunden nach dem Start trennt und nahe der Startrampe auf die Erde zurückfällt. Die Rakete wird dann mittels einer zweiten oder Trägerstufe aufwärts getragen, die eine kegelförmige Nase 1 mit einem in Flugrichtung vorspringenden zylindrischen Fortsatz 2 aufweist, der in eine Buchse 3 in dem hinteren Ende einer passiven Nutzlaststufe eingepasst ist, die in den Zeichnungen gezeigt ist. Diese Stufe besteht aus einem Nasenabschnitt 4 mit hohlem Innenraum 5* der mit Schrotkugeln gefüllt ist, einem Schwanzabschnitt 6, in dem die Buchse j5 angeordnet ist und der drei Flossen 7 trägt; zwischen dem Nasenabschnitt und dem Schwanzabschnitt befindet sich ferner ein Mittelabschnitt, Der Mittelabschnitt besteht aus einer äusseren Hülle, die ihrerseits aus zwei Halbzylindern 7 und 8 besteht, die sich über die gesamte Länge zwischen Nase

10 9 8 14/15 Π 2

und Schwanz erstrecken, und die zusammen einen vollständigen Zylinder bilden, wobei die Trennstelle auf einer diametralen Ebene liegt. Das Innere der Hülle teilt sich in einen Ballastabschnitt 9 nahe der Nase, einen Nutzlastabschnitt Io in der Mitte und einen Abschnitt 11 zum Auseinanderbrechen nahe dem S chwanz.

Der Ballastabschnitt 9, wie die äussere Hülle, besteht aus zwei Halbzylindern 12, 13, wobei die Trennungslinien um 90° gegenüber den Trennungslinien der äusseren Hülle verschoben sind, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Λ

Der Nutzlastabschnitt Io trägt die Nutzlast, die in diesem besonderen Falle aus hochfrequente Wellen reflektierenden Schnitzeln bestehen, die in einem Behälter sich befinden, der entsprechend dem Behälter 12 ausgebildet ist, in dem die Schrotkugeln sich befinden. Der Schnitzelbehälter besteht aus zwei Halbzylindern 14, 15, weist jedoch einen kleineren Aussendurchmesser auf, wodurch eine ringförmige Kammer 16 zwischen dem Schnitzelbehälter und der Aussenhülle verbleibt. Diese enthält eine Anzahl von Blechen 17 aus dünnem Stahl, die in ihrem in die ringförmige Kammer eingelegtem Zustand die Form von Halbzylindern aufweisen, und die sowohl als Ballast wie auch als Kühlflächen dienen, um die Nutzlast vor Überhitzung durch aero- " dynamische Aufheizung von der Aussenhülle zu schützen.

Der Bruchabschnitt 11 enthält einen Explosionsauslöser 18, eine Batterie 19, eine Zeituhr 2o, einen Sicherheitsschalter 21 und einen Bruchschalter 22.

Die zwei Hälften 7, 8 der Aussenhülle werden an verschiedenen Punkten entlang ihrer Länge zusammengehalten. Nahe dem vorderen Ende trägt Jede der beiden Hälften die Hälfte eines Ringes 31, der einen vorwärts gerichteten zylindrischen Plansch 32 trägt. Die Nase 4 trägt einen inneren zylindrischen Plansch 33, der in den Ring 31 passt, und einen äusseren zylindrischen Plansch 34, der den Plansch 32 am Ring 31 umgibt. Die Nase ist an den

1098U/1502

beiden Hälften der äusseren Hülle auch durch Scherschrauben 33 gesichert.

Arn hinteren Ende der Ballastkammer 9 tragen die beiden Hälften und 8 der Aussenhülle zwei Hälften eines Halteringes 36 entsprechend dem Ring 31 und diese stehen mit einem Preigabering 37 in Verbindung, .dessen zylindrischer Plansch 38 den zylindrischen Plansch 39 des Freigaberinges 36 umfasst. Hinter dem Schnitzelbehälter werden die beiden Hälften 7 und 8 der Aussenhülle durch eine Scheibe 4l zusammengehalten, die durch 3herschrauben 42 an den beiden Hälften befestigt ist. Ein weiterer Preigabering 44 und Haltering 43 befinden sich hinter der Batterie; diese sind identisch mit den Ringen 36 und 37. Schliesslich wird der Schwanzabschnitt in entsprechender Weise wie der Nasenabschnitt mittels Seherschrauben 45 zusammengehalten, sowie zwei Hälften eines Halteringes 46, der in einem vorwärts gerichteten, umlaufenden Plansch 47 auf dem vorwärts weisenden Ende des Schwanzes passt.

Im Folgenden wird der Betrieb der Rakete beschrieben. Die drei Stufen werden eine auf die andere zusammengebaut und in eine rohrförmige Startvorrichtung.eingebracht. Der Sicherheitsschalter in dem Projektil wird geschlossen. Darauf wird die Rakete gestartet, und zuerst trennt sich die Boosterstufe und danach die Trägerstufe ab, worauf das Projektil allein seine ballistische Flugbahn fortsetzt. Die Trennung der Trägerstufe von dem Projektil betätigt den Bruchschalter 22 und setzt die Zeituhr 2o in Gang. Am Ende der durch die Zeituhr eingestellten Periode lässt die Zeituhr den Explosionsauslöser l6 detonieren. Dadurch wird die Scheibe 4l vorwärtsbewegt, wobei die Seherschrauben 42 brechen. Die Bewegung der Scheibe 41 bewegt den Schnitzelbehälter 13 vorwärts und stösst den Plansch 38 des Preigaberings 37 vom Plansch 39 am Haltering 36 fort. Der Schrotkugelbehälter 12 wird ebenfalls vorwärts bewegt, wodurch die Nase vorwärts bewegt wird,· dadurch brechen-die S eher schrauben 35 und bewegen den' Plansch 34 von dem Plansch 33 fort.

Durch, den Explosionsauslöser wird auch ein.Ring 48 rückwärts be-

1D98¹i^/1502

wegt und drückt die Batterie 17 gegen den Freigabering 44, der sich von dem Haltering 4 3 löst. Der Explosionsausloser lässt ebenfalls den Druck im Projektil ansteigen, wodurch der Schwanz 6 nach hinten gedrückt wird, die Seherschrauben 45 brechen und der Schwanz freigegeben wird. Der Flansch 47 am Schwanz löst sich somit vom Flansch des Halterings 46.

Alle die zwei Hälften ¹J und 8 der Aussenhülle zusammenhaltenden Glieder werden somit gelöst, und die Hülle fällt auseinander. Die Trennung wird durch Druckringe 49 und 5o gefördert. Nach der Trennung der Aussenhülle fällt das ganze Projektil auseinander, _Λ wie in den Figuren J>, 4 und 5 gezeigt ist, und die Schnitzel ™ werden verstreut. Die verschiedenen Teile sind derart ausgebildet, dass sie einzeln aerodynamisch instabil sind, sodass ihre Fallgeschwindigkeit niedrig ist. Infolgedessen ist die Energie jedes Teiles beim Auftreffen auf die Erde so gering, dass nur ausserst geringer Schaden verursacht werden kann.

Das in den Figuren 6 bis 11 gezeigte Projektil entspricht demjenigen der vorhergehenden Figuren und wird nicht im Einzelnen beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die zwei Halbzylinder der Aussenhülle durch ein Metallgehäuse lol aus biegsamem Blech ersetzt, das mehrere Male um die inneren Teile herumgewickelt ist, d.h. wenigstens dreimal, vorzugsweise sechsmal. d Das Blech trägt entlang eines Längsrandes einen Streifen Io2, an dem eine Zunge Ioj5 ausgebildet ist, während im Abstand eines Umfanges von diesem Streifen ein sich längs erstreckender Streifen Io4 vorgesehen ist, der mit einem Blech lol eine Kerbe Io5 bildet, die zur Aufnahme der Zunge Io4 entsprechend geformt ist. Wenn das Blech lol um die übrigen Teile herumgewickelt ist, wie Fig. 8 zeigt, wirkt die Verklemmung zwischen der Zunge lo^ und der Kerbe Io5 der Trennung entgegen. Ein Ausgleichstreifen Io6 liegt den Streifen Io2 und Io4 diametral gegenüber.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, werden Nase und Schwanz durch Scherschrauben Io7 und Io8 gehalten, die durch mehrere Lagen des gewickelten Gehäuses lol hindurchreichen. Der Schwanz hat keine

1098U/1502

- 8 Flossen und ist konisch geformt.

Wenn das Projektil auseinanderbrechen soll, wird ein Gasgenerator Io9 durch eine Schaltuhr in Tätigkeit gesetzt, worauf der Druck im Projektil steigt. Dadurch werden Nase und Schwanz abgesprengt, wenn die Scherschrauben Io7 und I08 brechen. Die Zunge loj kommt dann aus der Kerbe I05 frei und das Gehäuse wickelt sich auf. Die übrigen Teile des Projektils brechen dann auseinander wie bei dem in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Projektil. Dieses Auseinanderbrechen zeigt Fig. 11.

Die beschriebenen AUsführungsformen lassen sich in verschiedener Weise abwandeln. So können z.B. in der Konstruktion nach Fig. 1 die die Schnitzel umgebenden dünnen Stahlbleche 15 durch weitere Mengen von Schrotkugeln ersetzt werden. Die Schnitzel können durch andere Nutzlast ersetzt werden, z.B. durch Messinstrumente, die gegebenenfalls mit einem im Nutzlastbehälter mitgeführten Fallschirm verbunden sind. Der Sicherheitsschalter, die Batterie und die Schaltuhr können mit einem Fallschirm versehen sein. Das Schwanzteil kann in Längsrichtung zweigeteilt sein.

Patentansprüche :

1098U/1502

Claims (16)

1. Patentansprüche:

   /l.) Aus mehreren Teilen bestehender, raketenartiger Plugkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile leicht voneinander trennbar und einzeln aerodynamisch instabil sind, und dass eine Trennvorrichtung (l8, I09) zur Trennung der Teile voneinander vorgesehen ist.
2. 2. Flugkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zylindrische Hülle, die an längsverlaufenden Trennstellen in mehrere Teile (7, 8) trennbar ist.
3. 3. Plugkörper nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein sich verjüngendes Nasenteil (4), das trennbar mit einem Ende der Hülle verbunden ist, " " -
4. 4. Plugkörper nach Anspruch 2 oder J5, gekennzeichnet durch ein Schwanzteil (6), das mit einem Ende der Hülle verbunden ist und aerodynamische Leitflächen (7) aufweist.
5. 5. Plugkörper nach Anspruch 2, j5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der zylindrischen Hülle durch mindestens einen axial verschiebbaren Ring (j4, 58, 44, 47) zusammengehalten werden.
6. 6. Plugkörper nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung als Explosionsauslöser (l8) oder Gasgenerator (lo9) ausgebildet ist.
7. 7. Plugkörper nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Nutzlastbehälfeer (14, 15), der die Nutzlast bei Trennung der Teile voneinander freigibt*
8. 8. Plugkörper nach Anspruch 1 bis 7» gekennzeichnet durch bei

   109814/1502

   - Io -

   Trennung der Teile freisetzbares, nicht zusammenhängendes Ballastmaterial.
9. 9. Plugkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht zusammenhängende Ballastmaterial aus Peststoffteilchen besteht.
10. Flugkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht zusammenhängende DBallastmaterial eine Flüssigkeit ist_e
11. H₀ Flugkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht zusammenhängende Ballastmaterial aus Metall« blech besteht.
12. 12„ Flugkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech aus einer Anzahl von Blechen (17) besteht, wobei jedes sich um weniger als einen gesamten Umkreis des Plugkörpers erstreckte
13. 15» Flugkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech aus wenigstens einem Blech (lol) besteht, das den Flugkörper um mehr als 3βΟ° seines Umkreises um=» gibt,
14. l4_o Flugkörper nach Anspruch 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Ballastmaterials (17* lol) den Nutzlastraum (Io) in wärmeleitender Verbindung umgibt«
15. ο Flugkörper nach Anspruch 1 bis l4_a dadurch gekennzeichnet* dass wenigstens einige der abtrennbaren Teil© diaroh" nicht=* positive Verbindungen zusammengehalten werden*- die durch zerbreehte-e positive Verbindungen (35* 42, 45; lo?* Io8) . in ihrer Lage gehalten
16. 16. Flugkörper nach Änspruoti 1 bis 15* dadurch goteeimseiohnet dass dieses¹ keinen Antriebsmotor aufweist und in Kombin©,«

    103814/1502"

    tion mit zwei Antriebsstufen eine dreistufige Rakete bildet.

    109814/1502

    Leerseite