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Thermische Auslösung von Flugkörperfunktionen Die Erfindung betrifft
die thermische Auslösung von Flugkörperfunktionen, bei deren an einer Wandung des
Flugkörpers mittels eines Klebers oder Lotes gegen die Wirkung einer Kraft in einer
verriegelnden Stellung gehaltenes Sperrglied durch zeitabhängige Erwärmung des Klebers
oder Lotes freigegeben wird.
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Bei Flugkörpern ist es vielfach erforderlich, während des Startens
oder Fliegens zu einem vorgegebenen Zeitpunkt bee stimmte Funktionen auszulösen.
So werden beispielsweise bei Raketen sogenannte Booster, die als Zusatztriebwerke
beim Starten verwendet werden, nach Brennschluß abgeworfen. Dazu werden in bekannter
Weise elektronische Zeitschalter benutzt, die nach Ablauf einer einstellbaren Zeitspanne
in geeigneter Weise angeordnete und ausgebildete Sprengsätze auslösen oder entsprechende
Verriegelungen mechanisch aufheben, so daß die Verbindung zwischen Booster und Haupttriebwerk
gelöst wird.
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Die Funktionsauslösung ist damit zwar hinreichend genau durchführbar,
jedoch ist der dazu erforderliche Aufwand beträchtlich, so daß diese Lösung in der
Praxis nicht voll befriedigt.
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Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, Flugkörperfunktionen auf
thermischem Wege auszulösen, indem die durch die Brennkammer- bzw. Düsenwand eines
Flugkörpertriebwerkes nach außen strömende Wärme nach einer vorgegebenen Zeitspanne
Kleber oder Lote zum Ablösen bzw. Schmelzen bringt, wodurch andere vorher gegen
Bewegung gesperrte Flugkörperteile zur Beeinflussung von Flugkörperfunktionen freigegeben
werden. Diese Lösung zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus, bei der
die Schwierigkeit nur darin besteht, in der Praxis den vorgegebenen Auslösezeitpunkt
hinreichend genau einzuhalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermische Auslösung
von Flugkörperfunktionen, bei der ein an einer Wandung des Flugkörpers mittels eines
Klebers oder Lotes gegen die Wirkung einer Kraft in einer verriegelnden Stellung
gehaltenes Sperrglied durch zeitabhängige Erwärmung des Klebers oder Lotes freigegeben
wird, so durchzufUhren, daß die in der Praxis auftretenden Abweichungen vom vorgegebenen
Auslösezeitpunkt auch bei einer sehr großen Zahl von Flugkörpern, d. h bei einer
Serienfertigung, vernachlässigbar klein sind, um die geforderte Flugbahn bzw. Zielgenauigkeit
zu erreichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Sperrglied
mittels einer im wesentlichen punktförmigen Kleb-oder Lötschicht definierter Größe
gehalten ist. Es ist also sowohl die Menge des Klebers oder Lotes als auch die Größe
der Verbindungsfläche zwischen einer definierten Stelle der Flugkörperwandung und
dem Sperrglied bestimmt. Damit ist aber in vorteilhafter Weise gewährleistet, daß
die zum Abiösen bzw.
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Schmelzen erforderliche Wärmemenge und demzufolge auch die dazu benötigte
Zeit ebenfalls festgelegt sind, so daß reproduzierbare Verhältnisse vorliegen. Um
störende Einflüsse weitgehend auszuschalten, ist die Verbindungsfläche möglichst
klein gehalten, d. h. im wesentlichen punktförmig ausgebildet.
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Sie wird vorzugsweise gerade nur so groß gewählt, Wie es aus Festigkeitsgründen
unbedingt erforderlich ist. Auch die Dicke der Kleb- oder Lötschicht wird zweckmäßigerweise
so gering wie möglich gehalten. Da bei Klebemitteln die Festigkeit zumin -dest im
allgemeinen nur allmählich mit steigender Temperatur abnimmt, während sie bei Loten
nach Erreichen der Schmelztemperatur praktisch sprunghaft auf Null abfällt, werden
vorzugsweise Lote anstelle von Klebemitteln verwendet.
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Die Reproduzierbarkeit des Auslösezeitpunktes hängt u.a. auch davon
ab, in welchem Maße die der Kleb- oder Lötstelle zugefUhrte Wärme von dieser wieder
an die Umgebung, insbesondere an das Sperrglied abgegeben wird. Um auch hier möglichst
eindeutige Verhältnisse zu erreichen, ist in zweckmäßiger Ausge-*)beispielsweise
staltung
der Erfindung vorgesehen, das Sperrglied mittelbar über ein an der Wandung des Flugkörpers
durch Kleben oder L8-ten befestigtes besonderes Halteelement definierter Form und
Abmessungen zu halten, so daß die durch das Sperrglied selbst abgeführte Wärmemenge
vernachlässigbar klein ist.
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Da die Temperaturverteilung in der Wandung des Flugkörpers beispielsweise
aufgrund von Fertigungstoleranzen gewissen Schwankungen unterliegt, ist gemäß einem
anderen Vorschlag der Erfindung zwecks Abschirmung der Kleb- oder Lötstelle von
den umgebenden Wandbereichen des Flugkörpers vorgesehen, die Kleb-oder Lötstelle
durch eine in der Wandung des Flugkörpers ausgebildete Ringnut abzugrenzen. Wird
dann noch in erfindung gemäßer Weise das Halteelement zumindest im wesentlichen
als Kreisscheibe ausgebildet, deren Durchmesser gleich dem inneren Durchmesser der
Ringnut ist, so bilden das Halteelement und der mit diesem verbundene Teil der Flugkörperwandung
praktisch einen Kreiszylinder, von dessen Mantelfläche das beim AndrUkken des Halteelementes
aus dem Ringspalt austretende dberschüssige Klebemittel oder Lot in einfacher Weise
nachträglich vollständig entfernt werden kann.
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Eine besonders vorteilhafte Anwendung der thermischen Auslösung ist
nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung bei verzögert aufspringenden Klappleitwerken
von Raketen gegeben, bei denen das Sperrglied in erfindungsgemäßer Weise direkt
oder auch indirekt zur Fesselung der Leitwerkflügel benutzt wird. Der Zweck dieser
verzögert aufspringenden Klappleitwerke besteht darin, die Seitenwindempfindlichkeit
einer Rakete unmittelbar nach dem Start, d. h. bei geringen Fluggeschwindigkeiten
weitgehendst herabzusetzen, indem die Leitwerkflügel erst dann aufgeklappt werden,
wenn die Fluggeschwindigkeit und damit auch die stabilisierende Wirkung des Leitwerkes
bereits so groß geworden sind, daß die an sich mit dem Aufklappen vergrößerte Windangriffsfläche
zumindest keinen wesentlichen nachteiligen Einfluß hat.
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*) in bekannter Weise
Die Erfindung wird in der Zeichnung
in Ausführungsbeispielen gezeigt und anhand dieser nachstehend noch näher erläutert.
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Es zeigen im Schnitt bzw. in der Ansicht Fig. 1a und b die Kleb- oder
Lötstelle mit Sperrglied, Fig. 2a und b ein Klappleitwerk mit direkter Fesselung
durch das Sperrglied und einfacher thermischer Auslösung, Fig. 3a und b ein Klappleitwerk
mit direkter Fesselung durch das Sperrglied und doppelter thermischer Auslösung,
Fig. 4a bis c ein Klappleitwerk mit indirekter Fesselung durch das Sperrglied und
Fig. 5a und b ebenfalls ein Klappleitwerk mit indirekter Fesselung durch das Sperrglied.
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Gemäß Fig. Ia, welche einen Ausschnitt aus dem Düsenkörper einer Rakete
zeigt, ist die Thermoauslösung 1 an der durch den Durchmesser-d definierten Stelle
der DUsenervdterung angeordnet. Mit der Bezugnahme auf den Durchmesser d wird berücksichtigt,
daß der Temperaturabfall der: durch die Düse strömenden Gase im wesentlichen durch
deren Expansion und damit durch die Querschnittserweiterung der Duse bestimmt wird.
Da diese Querschnittserweiterung gewissen Fertigungstoleranzen unterliegt, können
bei zwei verschiedenen Misenkörpern in gleich weit vom hinteren Ende der DUse entfernten
Querschnitten durchaus unterschiedliche Temperaturen auftreten. Das ist Jedoch nicht
der Fall, wenn Querschnitte gleicher Größe miteinander verglichen werden, so daß
der Durchmesser die geeignete Bezugsgröße ist.
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An der so definierten Stelle der Wandung 2 ist die Kleb- oder Lötstelle
3 mittels der Ringnut 4, welche in der gezeigten Schnittebene parallel zur DUseninnenkontur
5 verläuft,
abgegrenzt. Im Bereich der Kleb- oder Lötstelle 3 hat
die Wandung 2 die Dicke s und eine ebene Außenfläche, mit der das besondere Halteelement
6 verbunden ist. Das Halteelement 6 ist hier als Kreisscheibe ausgebildet und weist
eine Hinterschneidung, 7 auf. Das Sperrglied 8 ist ein Draht aus beispielsweise
Stahl, dessen eines Ende zu einer Öse geformt ist, die um das Haltelement 6 herumgelegt
und durch dessen Hinterschneidung 7 am Abrutschen gehindert ist. Selbstverständlich
kann für das Sperrglied 8 auch ein Faden, Seil, Stift, Bolzen od.
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dgl. verwendet werden, sofern das im Einzelfall zweckmäßig sein sollte.
Das Halteelement 6 wird aus einem solchen Material hergestellt, das sich gut mit
dem Material des DUsenkörpers verkleben oder verlöten läßt. Im letzteren Falle kann
dazu beispielsweise Messing vorgesehen werden, das etwa mit dem Blei-Zinn-Lot LSn
60 nach DIN 1707, dessen Schmelztemperatur 1850 C beträgt, verlötet werden kann.
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In Fig. ib ist die Thermoauslösung 1 in der Ansicht gezeigt.
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Wie deutlich zu erkennen ist, erstreckt sich die Hinterschnei--dung
7 nur über einen Teil des Umfanges des Haltelementes 6.
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Statt dessen kann zur Erzielung eines nicht-orientierten Aufklebens
oder -lötens natürlich auch vorgesehen werden, das Halteelement 6 auf seinem gesamten
Umfang mit einer Hinterschneidung auszubilden. Der Durchmesser des Halteelementes
6 ist gleich dem Innendurchmesser der Ringnut 4, so daß der ttberschuß an Klebmittel
oder Lot in einfacher Weise entfernt werden kann.
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Die thermische Auslösung erfolgt in der Weise, daß nach dem ZUnden
des nichtgezeigten Raketenmotors die Wandung 2 und damit auch die Kleb- oder Lötstelle
3 nach einer bestimmten vom Einzelfall abhängigen Zeitfurktion erwärmt wird. Ist
in der K eb-oder Lötschicht die Ablöse- oder Schmelztemperatur erreicht, so wird
das Halteelement 6 mittels des unter der Wirkung einer Zugkraft stehenden Sperrgliedes
8 von der Kleb- oder Lötstelle 3 abgelöst, und somit das Sperrglied 8 freigegeben.
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Bei exakter Anordnung der Thermoauslösung 1 an der Stelle mit dem
Düseninnendurchmesser d, sowie genauer Einhaltung der Wandungsdicke s, der Menge
und Ablöse- oder Schmelztemperatur des Klebers oder Lotes sowie der Form und Masse
des Halteelementes 6 lassen sich bei gleichen Kenndaten der Raketenmotoren Auslösezeiten
mit sehr guter Reproduzierbarkeit errreichen. Durch Veränderung einer oder auch
mehrerer Einflußgrößen kann die Auslösezeit den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend
in ein--facher Weise variiert werden.
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In Fig. 2a ist der DUsenkörper einer Rakete zum Teil im Längsschnitt
und zum Teil in der Ansicht - wobei ein Teil der Leitwerkflügel herausgebrochen
ist - gezeigt, während Fig. 2b eine Ansicht des hinteren Düsenendes gemäß Pfeil
A in Fig. 2a ist.
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Am Düsenkörper sind die vier Leitwerkflügel 9 angeordnet, die um die
Achsen 10 mittels der Federn 11 aufklappbar sind. Entsprechend DBP 1.159.314 weisen
die Leitwerkflügel 9 einen starren achsnahen Teil 12 und einen elastischen achsfernen
Teil 13 auf, wobei letzterer unter entsprechender elastischer Deformation nur so
lange angelegt ist, wie sich der Flugkörper, hier eine Rakete, in dem als Abschußvorrichtung
dienenden Rohr befindet.
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Etwa im mittleren Bereich der Düsenerweiterung ist die Thermoauslösunglangeordnet,
an der das als Draht, Faden od. dgl. ausgebildete Sperrglied 8 beispielsweise entsprechend
Fig. 1a mittels einer Öse oder Schlaufe gehalten ist. Von der Thermoauslösung 1
ausgehend ist das Sperrglied 8 zum hinteren Düsenende geführt, mittels des dort
auf dem Düsenkörper angeordneten Stiftes 14 umgelenkt, mit einer Windung um das
hintere Ende der Teile 12 entgegen der Aufklapprichtung der Leitwerkflugel 9 herumgeschlungen
und mit seinem anderen Ende mittels einer daran ausgebildeten Öse oder Schlaufe
an dem Haltestift 15 befestigt.
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Der Haltestift 15 ist an der hinteren Stirnfläche des Teiles 12 desJenigen
Leitwerkflügels 9 angeordnet, der - ausgehend von der Thermoauslösung 1 - zuerst
vom Sperrglied 8 umfaßt wird.
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*) dieser
Er ist vorzugsweise so ausgebildet, daß
sich das daran gehaltene Ende des Sperrgliedes 8 während des Aufklappens des zugehörigen
Leitwerkflügels 9 unter der Einwirkung der den DUsenkörper umströmenden Luft löst.
Eine solche Ausbildung hat den Vorteil, daß das Sperrglied 8 nach erfolgter thermischer
Auslösung an beiden Enden freigegeben ist, so daß die vier Leitwerkflügel9vn zwei
Seiten her und damit im wesentlichen gleichzeitig aufklappen können.
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Das Sperrglied 8 steht im verriegelten Zustand unter der Wirkung der
von den Federn 11 auf die Leitwerkflügel 9 ausgeübten Kraft.
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Um den Aufklappvorgang möglichst schnell durchzuführen, ist es zweckmäßig,
die Masse des Sperrgliedes 8 möglichst gering zu halten. Nach erfolgter thermischer
Auslösung fallen das Sperrglied 8 und das ggf. vorgesehene besondere Halteelement
als lose Teile vom DUsenkörper ab.
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Bei dem in Fig. 3a in der Seitenansicht und in Fig. 3b in der Ansicht
gemäß Pfeil A der Fig. 3a gezeigten Dusenkörper ist das Sperrglied 8 an seinen beiden
Enden mittels Je einer Thermoauslösung 1 gehalten, die hier um 900 gegeneinander
versetzt im mittleren Bereich des Düsenkörpers angeordnet sind. Das Sperrglied 8
umschlingt wieder mit einer Windung die starren angelegten Teile 12 der Leitwerkflügel
9. Im Unterschied zur Fig. 2 ist es dazu Jedoch nicht zum hinteren Düsenende geführt,
sondern verläuft annähernd auf der Höhe der Thermoauslösungen 1. Es entfällt also
in vorteilhafter Weise die Umlenkung des Sperrgliedes 8, die unter ungünstigen Umständen
eine gewisse Verzögerung des Aufklappvorgangs zur Folge haben kann. Nach erfolgter
Auslösung wird das Sperrglied 8 zumindest nahezu gleichzeitig an beiden Enden freigegeben.
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Gemäß Fig. 4a bis c, die wieder einen Düsenkörper in der Seitenansicht
mit teilweise herausgebrochenen Leitwerkflächen bzw. im Längsschnitt zeigen, ist
das als Stift, Bolzen od. dgl. ausgebildete Sperrglied 8 as einen Ende mittels der
Thermoauslösung 1
fixiert und mit der vorgespannten Feder 16 verbunden.
Die Teile 12 der Leitwerkflügel 9 sind mittels des um ihre Hinterkanten mit einer
Windung herumgelegten Fesselungselementes 17 im angelegten Zustand gehalten. Entsprechend
Fig. 4a und b können dazu die beiden Enden des Fesselungselementes 17 mit Je einer
ose versehen werden, durch die das anders freie Ende des Sperrglied des 8 hindurchgesteckt
ist. Um ein unbeabsichtigtes Abrutschen dieser Ösen zu verhindern, ist dieses Ende
des Sperrgliedes 8 zwischen zwei im Abstand voneinander am Düsenkörper ausgebildeten
Führungseinrichtungen 18 und 19 längs-verschieblich gehalten. Nachdem die thermische
Auslösung erfolgt ist, wird das Sperrglied 8 unter der Wirkung der Feder 16 aus
den Ösen des Fesselungselementes 17 herausgezogen. Das Fesselungselement 17 wird
dadurch praktisch gleichzeitig an seinen beiden Enden freigegeben, so daß ein nahezu
synchrones Aufklappen der Leitwerkflügel 9 gewährleistet ist.
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In Fig. 4c ist dazu eine Variante gezeigt, bei welcher das Fesselungselement
17 an seinen beiden Enden mit Je einem Haken versehen ist, die in eine am anderen
freien Ende des Sperrgliedes 8 angeordnete Hülse 20 eingeschoben sind und sich nach
hinten gegen den am Düsenkörper angeordneten Anlageblock 21 abstützen. Die Hülse
20 ist in der Führungseinrichtung 18 längs -yerschieblich gehalten.
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Sperrglied 8 und Feder 16 sind dabei in Jedem Falle am DUsenkörper
so gehalten, daß sie nach erfolger thermischer Auslösung entweder von diesem als
lose Teile abfallen oder aber mit diesem verbunden bleiben, ohne daß dadurch die
Flugeigenschaften des Flugkörpers ungünstig beeinflußt werden.
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Um ein absolut synchrones Aufklappen der LeitwerkflUgel«9 zu erreichen,
kann entsprechend Fig. 5a und b, welche einen DU-senkörper im Längsschnitt und im
Querschnitt gemäß der Linie B-B zeigen, vorgesehen werden, am DUsenkörper einen
vorzugsweise zweiteiligen starren Synchronring 22 in bekannter Weise verdrehbar
zu lagern, der mittels Je einer an ihm ausgebildeten
Klaue 23 die
Leitwerkflügel 9 im angelegten Zustand verriegelt hält. In dieser Lage ist der Synchronring
22 gegen die Wirkung der beispielsweise zwei gekrümmten vorgespannten Federn 24
mittels des Sperrgliedes 8 gehalten, das am Düsenkörper mittels der Thermoauslösung
1 und am Synchronring 22 mittels Öse und Stift 25 befestigt ist. Nach erfolger thermischer
Auslösung wird der Synchronring 22 durch die Federn 24 - verdreht, so daß die Klauen
23 die an der Achse 10 der Leitwerkflügel 9 angeordneten Haken 26 freigeben und
die Leitwerkflügel 9 absolut synchron aufklappen können.