DE2045687C2 - Thermische Auslösevorrichtung für Flugkörperfunktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zeitverzögerten thermischen Auslösung von Funktionen bei Flugkörpern, bei der das Sperrglied der Funktionseinrichtung mittels einer Klebe- oder Lötverbindung in gesperrter Stellung gehalten und durch zeitabhängige Erwärmung der Flugkörpertriebwerksdüse beim Triebwerksabbrand zur Entriegelung gebracht wird.

Bei Flugkörpern ist es in bestimmten Fällen erforderlich, auf der Flugbahn zu einem vorgegebenen Zeitpunkt bestimmte Funktionen auszulösen. So werden beispielsweise bei Raketen sogenannte Booster, die als Zusatztriebwerke beim Starten verwendet werden, nach deren Brennschluß abgeworfen. Für einen anderen Anwendungsfall wird gefordert, bei Raketen mit Klappleitwerk dieses beim Start zunächst noch geschlossen zu halten und erst nach einer bestimmten Verzögerungszeit aufspringen zu lassen. Der Zweck dieser verzögert aufspringenden Klappleitwerke besteht darin, bei ballistischen ungelenkten Raketen, die Seitenwindempfindlichkeit unmittelbar nach dem Start herabzusetzen, d. h. die Treffgenauigkeit weitgehend wetterunabhängig zu machen.

Für derartige, noch durch weitere Beispiele ergänzbare Anwendungsfälle, wie z. B. das Auslösen weiterer Triebwerksstufen, das Aufheben von Sicherungseinrichtungen, das Ausstoßen von Nutzlast etc., werden in bekannter Weise mechanische, pyrotechnische oder elektronische Zeitzünder oder Zeitschalter benutzt, die nach Ablauf der eingestellten oder vorgegebenen Zeitspanne in geeigneter Weise angeordnete und ausgebildete Sprengladungen zünden oder entsprechende mechanische Verriegelungen aufheben, so daß die gewünschte Funktion der nachgeschalteten Flugkörpereinrichtung ausgelöst wird.

Die Funktionsauslösung ist hiermit zwar im allgemeinen mit genügender Zeitgenauigkeit durchführbar, jedoch ist in vielen Fällen die erforderliche Sicherheit gegen Funktionsstörungen nicht gegeben. Vor allem aber ist der erforderliche Aufwand, verglichen mit der nachfolgend beschriebenen Erfindung, bei den genannten Lösungen beträchtlich höher, insbesondere wenn für diese eine eigene Energiequelle oder die Zuführung von Fremdenergie über z. B. elektrische Zuleitungen erforderlich ist In der Praxis ist deshalb die Anwendung derartiger Zeitzünder oder Zeitschalter in bestimmten Fäl'en nicht möglich oder nicht befriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zeitverzögerte Auslösung von Flugkörperfunktionen auf thermischem Wege einzuleiten, indem ein an die Wandung der Flugkörper-Triebwerksdüse mittels eines Klebers oder Lotes gehaltenes Sperrglied durch die zeitabhängige Erwärmung der Klebe- oder Lötstelle freigegeben wird, wobei diese Einrichtung so auszubilden i?t, daß die in der Praxis auftretenden Abweichungen vom vorgegebenen Auslösezeitpunkt auch bei einer großen Anzahl von Flugkörpern, d.h. bei einer Serienfertigung, so vernachlässigbar klehi sind, daß die geforderte Zeitgenauigkeit erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst In vorteilhafter Weise wird die Klebe- oder Lötstelle der Auslösevorrichtung so ausgebildet daß thermisch definierte und reproduzierbare Verhältnisse eingehalten werden können. Es sind deshalb sowohl die Massen, die geometrischen Abmessungen und die thermischen Stoffkonstanten des Klebers oder Lotes, als auch die der an der Auslösevorrichtung beteiligten Komponenten definiert. Die Dicke der Klebe- oder Lötschicht wird so gehalten, daß die zum Ablösen bzw. Schmelzen erforderliche Wärmemenge und demzufolge auch die dazu benötigte Zeit so festgelegt sind, daß reproduzierbare Verhältnisse vorliegen. Da bei Klebemitteln die Festigkeit im allgemeinen allmählich mit steigender Temperatur abnimmt, während sie bei Loten erst bei Erreichen der Schmelztemperatur praktisch sprunghaft auf Null abfällt, werden vorzugsweise Lote, und hierbei wieder vornehmlich solche mit eutektisehem Schmelzpunkt verwendet.

Die Reproduzierbarkeit des Auslösezeitpunktes hängt vor allem aber davon ab, in welchem Maße die der Klebe- oder Lötstelle zugeführte Wärmemenge wieder an die Umgebung, insbesondere an das Sperrglied selbst, abgegeben und von diesem weitergeleitet wird. Um auch hier eindeutig reproduzierbare Verhältnisse zu schaffen, ist entsprechend dem Erfindungsgedanken vorgesehen, das Sperrglied mittelbar über ein an die Wandung der Triebwerksdüse durch Kleben oder Löten befestigtes besonderes Halteelement definierter Form, möglichst geringer geometrischer Abmessung und aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitzahl, vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung, zu halten. Hierdurch wird erreicht, daß die Temperaturanstiegskurve der Düsenwandung an der Klebe- oder Lötstelle und die des aufgeklebten oder aufgelöteten Halteelementes möglichst zeitsynchron verläuft.

Da der Temperaturanstieg in der Düsenwandung des Flugkörpertriebwerkes auch durch Fertigungstoleran-

zen der Wandstärke gewissen Schwankungen unterliegt, ist gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung zum Zwecke der thermischen Abschirmung der Klebe- oder Lötstelle von den umgebenden Wandbereichen vorgesehen, diese Stelle durch eine die Düsenwanddicke vermindernde Nut abzugi enzen. Wird dann noch das Halteelement als Kreisscheibe*ausgebildet und die Nut aL Ringnut, deren innerer Durchmesser dem Außendurchmesser des Halteelementes entspricht, dann bildet die Düsenwandung mit dem aufgeklebten oder aufgelöteten Halteelement an dieser Stelle einen Kreiszylinder, von dessen Mantelfläche das beim Aufkleben oder Löten austretende überschüssige Klebemittel oder Lot in einfacher Weise, z. B. spanabhebend, nachträglich vollständig entfernt werden kann.

Das Sperrglied ist die Verbindung zwischen dem Halteelement und der Funktionseinrichtung des Flugkörpers. Um die Wärmeableitung von dem Halteelemtnt auf das Sperrglied selbst zu minimieren, ist entsprechend dem Erfindungsgedanken dit Masse und der wärmeleitende Querschnitt des Sperrgliedes möglichst klein zu halten, d. h. es ist vorzugsweise ein Draht oder Faden zu verwenden, der in geeigneter Weise formschlüssig an dem Halteelement befestigt ist und dessen Stärke so begrenzt ist, wie es zur sicheren Zuhaltung der Funktionseinrichtung in gesperrter Stellung gerade erforderlich ist.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der thermischen Auslösevorrichtung ist bei den eingangs bereits erwähnten Flugkörpern mit verzögert öffnendem Klappleitwerk gegeben. Wie bereits in der DE-PS 19 50 638 beschrieben, ist es möglich, die Stabilisierungsflossen eines derartigen Flugkörpers mittels eines die eingeklappten Flossen umfassenden Drahtes in verriegelter Stellung zu halten und sie durch eine pyrotechnische Auslösevorrichtung zeitverzögert zur Entfaltung zu bringen. Verwendet man anstelle der pyrotechnischen Auslösevorrichtung jedoch eine thermische Auslösevorrichtung in der beschriebenen Ausführung, so ergibt sich eine Lösung, die sich durch besonders einfachen, wirtschaftlichen und sicheren Aufbau auszeichnet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn wie in dem nachfolgend näher beschriebenen Anwendungsfall das Sperrglied der thermischen Auslösevorrichtung und der Fesselungsdraht der Stabilisierungsflossen eine Einheit bilden. Hervorzuheben ist vor allem die absolute Sicherheit der thermischen Auslösevorrichtung gegen Funktionsstörungen, da ein Ausbleiben der Auslösung physikalisch nicht denkbar ist, wenn die Temperatur der Düse bei Triebwerksabbrand die Schmelztemperatur des Klebers oder Lotes erreicht bzw. übersteigt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, im einzelnen zeigt

Fig. la den hinteren Teil einer Triebwerksdüse im Schnitt mit der thermischen Auslösevorrichtung,

Fig. Ib den gleichen Teilausschnitt in der Ansicht,

Fig.2a das Heck eines Flugkörpertriebwerkes mit eingeklappten Leitwerksflossen, teils im Schnitt und teils in Ansicht mit der — durch eine Leitwerksflosse verdeckt — unsichtbar gezeichneten thermischen Auslösevorrichtung für das verzögert öffnende Klappleitwerk,

F i g. 2b die Ansicht von hinten auf dieses Heck.

Gemäß Fig. la ist die Auslösevorrichtung an der durch den Durchmesser d definierten Stelle an der Außenkontur der Düse (2) angeordnet. Mit der Bezugnahme auf den Expansionsdurchmesser wird berücksichtigt, daß die Temperatur der durch die Düse strömenden Gase im wesentlichen durch deren Expansion infolge der Querschnittserweiterung der Düse bestimmt wird. Fertigungstoleranzen dieser Querschnittserweiterung verschiedener Düsen wirken sich auf die Temperatur des Gases am Ort der Auslösevorrichtung nicht aus, wenn nur Düsenquer-

ίο schnitte gleicher Größe miteinander verglichen werden, so daß der Expansionsdurchmesser d die geeignete Bezugsgröße ist

An der so definierten Stelle der Düse (2) ist die Düsenwandung durch eine Ringnut (4), welche in der gezeigten Schnittebene parallel zur Düseninnenkontur verläuft, gegenüber der übrigen Düsenwandung abgegrenzt. Innerhalb dieser Abgrenzung hat die Düsenwandung die definierte Wanddicke s und eine ebene Oberfläche, auf der das Halteelement (3) mittels eines Klebers oder Lotes (5) aufgeklebt oder aufgelötet ist. Das Halteeiement (3) ist hier als kreisförmiges Plättchen ausgebildet ur;d weist eine Bohrung (3a) auf. Für das Sperrglied (6) findet im vorliegenden Fall ein Stahldraht Verwendung, der mittels einer angeformten öse formschlüssig mit dem Halteelement (3) verbunden ist Das andere Ende des Sperrgliedes (6) führt zu der Funktionseinrichtung des Flugkörpers, ist in der Skizze jedoch nicht gezeigt. Selbstverständlich kann als Sperrglied auch ein Seil, Stift, Bolzen oder dgl.

verwendet werden, sofern das im Einzelfall zweckmäßig sein sollte.

In Fig. Ib ist die Auslösevorrichtung in der Ansicht gezeigt. Es ist zu erkennen, daß das Halteelement (3) mit dem durch die Ringnut (4) abgegrenzten Teil der Düsenwandung (2) einen Kreiszylinder gleichen Durchmessers bildet, dadurch ist es auf einfache Weise möglich, nach dem Aufbringen des Halteelementes (3) durch Kleber, oder Löten — vor der Befestigung des Sperrgliedes (6) — überschüssiges, aus dem Fügespalt ausgetretenes Klebemittel oder Lot nachträglich vollständig zu entfernen.

Die Auslösung der Flugkörperfunktion erfolgt dadurch, daß nach dem Zünden des nicht gezeigten Flugkörpertriebwerks die Temperatur der Düsenwandung (2) nach einer bestimmten vom Einzelfall abhängigen Zeitfunktion rasch ansteigt. Wird hierbei die Schmelztemperatur des Klebers oder des Lotes durchlaufen, dann löst sich das Halteelement von der Düsenwandung ab und gibt damit das Sperrglied (6) zur Auslösung der Flugkörperfunktion frei.

Bei axakter Einhaltung der beeinflussenden Parameter wie Expansionsdurchmesser d, Wanddicke s, Schmelztemperatur des Klebers oder Lotes sowie Form und Masse des Halteelementes lassen sich bei gleichen Kenndaten des Triebwerks Auslösezeiten mit guter Reproduzierbarkeit erreichen. Je schneller der Temperaturanstieg der Düsenwandung, desto geringer wirken sich Toleranzen der Einflußgrößen auf die Streuung der Auslösezeit aus. Durch Veränderung der Einflußgrößen kann die Auslösezeit den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden.
In Fig.2a ist das Heck eines Flugkörpertriebwerks

(1) mit Klappleiiwerk, hier beispielhaft schematisch dargestellt ein solches gemäß DE-PS 11 59 314, zum Teil im Längsschnitt und zum Teil in der Ansicht, gezeigt, während Fig.2b eine Ansicht des Hecks von hinten gem. Pfeil A in Fig.2a darstellt. Um den Düsenkörper

(2) sind vier Leitwerksflossen (7) angeordnet, die um die

Achsen (8) mittels der Federn (9) aufklappbar sind. Entsprechend der o.g. Patentschrift weisen die Leitwerksflossen (7) einen starren achsnahen Teil (7 a) und einen elastischen achsfernen Teil (7 b) auf.

Im Bereich der Düsenerweiterung ist die Auslösevorrichtung mit dem Halteelement (3) entsprechend Fig. la und Ib angeordnet. Von dem Halteelement (3) ausgehend ist ein Fesselungsdraht (10) zum hinteren Düsenende geführt, der mittels eines dort auf dem Düsenkörper angeordneten Nockens (11) in tangentialer Richtung zur Düse umgelenkt wird. Der Fesselungsdraht (10) ist beidseitig mit ösen (10a, 106,1 ausgerüstet und übernimmt einerseits die Aufgabe des Sperrgliedes, indem er mit einer öse (1Oa^ am Halteelement (3) befestigt ist, andererseits die Aufgabe der Funktionseinrichtung, indem er die vier Leitwerksflossen an ihrem starren Teil (7a) mit einer Windung umschlingt und damit in eingeklappter Stellung hält, wobei die andere öse (iOb) in einem Haltestift (12) eingehängt ist. Der Haltestift (12) ist an der Hinterkante einer der Leitwerksflossen in Flugrichtung angeordnet. Er ist so ausgebildet, daß sich die öse (106J nach erfolgter Auslösung unter Einwirkung des den Flugkörper umgebenden Luftstromes lösen kann.

Durch diese Ausbildung wird der Fesselungsdraht (10) zum Auslösezeitpunkt einerseits durch Lösung des Halteelementes (3) von der Düse, andererseits durch anschließendes Abfallen von dem Haltestift (12) freigegeben. Die vier Leitwerksflossen können sich unter der Wirkung der Federn (9) entfalten. Der Fesselungsdraht (10) fällt zusammen mit dem Halteelement (3) als loses Teil vom Flugkörper ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur zeitverzögerten thermischen Auslösung von Funktionen bei Flugkörpern, bei der das Sperrglied der Funktionseinrichtung mittels einer Klebe- oder Lötverbindung in gesperrter Stellung gehalten und durch zeitabhängige Erwärmung der Flugkörpertriebwerksdüse beim Triebwerksabbrand zur Entriegelung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Halteelement (3) umfaßt, welches als dünnwandiges Plättchen ausgebildet und an einer definierten Stelle der Triebwerksdüse (2) mittels eines Klebers oder Lötmittels befestigt ist und die Düsenwandung an dieser Stelle durch eine die Wanddicke vermindernde Nut (4), deren innere Abmessung der des Halteelementes (3) entspricht, gegenüber der umgehenden Düsenwandurg abgeg-enzt ist, wobei das Halteelement (3) durch ein Sperrglied (6) formschlüssig mit der zeitverzögert zu entriegelnden Funktionseinrichtung des Flugkörpers verbunden ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 für einen Flugkörper mit verzögert aufspringende, Klappleitwerk an sich bekannter Art, dessen Leitwerksflossen (7) durch einen sie umschlingenden Fesselungsdraht (10) in eingeklappter Stellung gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Fesselungsdraht (tO) an. beiden Enden mit ösen (10a, tob) versehen ist, mit einer davon (lOa^direkt an dem Hakeelement (3) der thermischen Auslösevorrichtung befestigt ist, mit einer Umwindung um die eingeklappten Flossen (7) geführt wird und mit der anderen öse (iOb) von einem an der Hinterkante einer Leitwerksflosse befestigten Haltestift (12) gehalten wird.

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