DE2224892C2 - Zündeinrichtung für Zweikammer-Raketentriebwerke - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für Zweikammer-Raketentriebwerke, mit koaxial angeordneten rohrförmigen Triebwerkskammern und mit je einem separaten Zünder für jede der beiden Kammern, wobei der eine Zünder in die ihm zugeordnete Triebwerkskammer hineinragt.

Zweikammertriebwerke werden in der Regel mit Festtreibstoff betrieben. Sie bestehen aus zwei konzentrisch ineinandergesetzten Kammern, die durch eine Wand voneinander getrennt sind, und in denen sich der Treibstoff befindet. Jede der beiden Kammern kann unabhängig von der anderen gezündet werden, so daß es möglich ist, die Rakete wahlweise bzw. zeitweilig mit einer oder mit beiden Kammern anzutreiben. Für jede der beiden Kammern des Triebwerkes ist daher eine gesonderte Zündeinrichtung erforderlich. Bei einigen aus der Praxis bekannten Zweikammer-Raketentriebwerke wird die Zündeinrichtung der Querschnittsform der jeweiligen Kammer bzw. des in der Kammer enthaltenen Treibsatzes angepaßt, wobei der Zünder für die äußere Kammer ringförmig und der Zünder für die innere Kammer zylindrisch gestaltet ist. Es werden daher zwei in ihrer Form und ihren Abmessungen unterschiedliche Zündeinrichtungen benötigt. Dies ist für die Herstellung und Lagerhaltung ungünstig. Hinzu kommt noch, daß es notwendig sein kann, in den Zündern unterschiedliche Zündmittelmengen unterzubringen. Dies ist dann der Fall, wenn die äußere und die innere Kammer von unterschiedlicher Größe sind, oder wenn spezielle Treibladungsformen vorliegen.

Es ist bekannt, zum Zünden eines Raketentreibsatzes eine Zündkapsel mit Beiladung zu verwenden, deren Züüdgase einerseits in eine Bohrung des Treibsatzes und andererseits an der Außenseite des Treibsatzes entlanggeleitet werden (DE-AS 17 76 192). Die Zündgase der Beiladung teilen sich also in verschiedene Zweige auf, von denen derjenige, der an der Außenseite des Treibsatzes entlangstreicht, von der Beiladung aus zunächst radial nach außen geführt wird. Ein einziger Zünder wirkt auf die beschriebene Weise sowohl auf die die Bohrung begrenzende Innenwand des Treibsatzes, als auch auf die Außenwand ein. Für Zweikammer-Raketentriebwerke, bei denen zwei in unterschiedlichen Kammern angebrachte Treibsätze getrennt voneinander zündbar sein sollen, ist dieses Prinzip, das einen einzigen Zünder voraussetzt, nicht anzuwenden.

Schließlich ist eine Zündvorrichtung für Raketentriebwerke bekannt (US-PS 33 93 639), die nacheinanderfolgend mehrere Zündungen ermöglicht. Zu diesem Zweck sind an einem Gehäuse, dessen Inneres durch einen Kanal mit der Triebwerkskammer verbunden ist, mehrere Zünder angebracht, die getrennt voneinander gezündet werden können. Die Zündgase eines jeden Zünders werden durch das Gehäuse und den Kanal hindurch in die Triebwerkskammern geleitet. Es handelt sich also um die Zündung eines einzigen Treibsatzes durch mehrere Zünder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündeinrichtung für Zweikammer-Raketentriebwerke mit koaxial angeordneten rohrförmigen Triebwerkskammern zu schaffen, die eine Vereinheitlichung der Konstruktion der Zünder für die beiden Triebwerkskammern ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Zünder die gleiche Form haben und axial hintereinander angeordnet sind, und daß der andere Zünder über Kanäle mit radialer Komponente mit der ihm zugeordneten zweiten Kammer verbunden ist.

Durch die Verwendung von zwei Zündern gleicher Konstruktion können sowohl bei der Entwicklung als auch bei der Herstellung der Zündeinrichtung Kosten eingespart werden. Außerdem wird die Anzahl der möglichen Verwendungsarten dadurch erweitert, daß beide Zünder grundsätzlich gegeneinander austauschbar sind. Es ist daher möglich, eine Anzahl von Zündern mit unterschiedlichem Zündverhalten bereitzuhalten und im jeweiligen Anwendungsfall bzw. für ein bestimmtes Raketentriebwerk diejenigen Zünder oder diejenige Zünderkombination einzusetzen, die sich im Spezialfall am besten eignet.

Beide Zünder können ringförmig ausgebildet und in der äußeren der beiden koaxialen Triebwerkskammern untergebracht sein. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Zünder zylindrisch ausgebildet und im Gehäuse der inneren Kammer untergebracht. In jedem Fall haben die Zünder jedoch im wesentlichen gleiche Form und Abmessungen. Die Anordnung ist so getroffen, daß einer der Zünder unmittelbar auf die in der einen Kammer enthaltene Treibladung einwirkt, während der andere Zünder über schräg verlaufende Kanäle den Treibstoff in der anderen Kammer zündet.

In Anpassung an den Treibstoff in der jeweiligen Triebwerkskammer können die Zünder mit unterschiedlichen Zündmitteln versehen werden. Die Wahl des

Zündmittels wird daher in Anpassung an den verwendeten Treibstoff getroffen, so daß sich in beiden Triebwerkskammern die gleichen — oder gewünschtenfalls gestaffelte — Anzündverzögerungen ergeben.

Wird in beiden Zündern das gleiche Zündmittel verwendet, so können bei unterschiedlicher Größe der beiden Triebwerkskammern unterschiedliche Anzündverzögerungen auftreten, die sich auf die Funktion einer mit einem derartigen Zweikammer-Triebwerk ausgerüsteten Rakete nachteilig auswirken können. Zur gegenseitigen Anpassung der Anzündverzögerungen kann daher die Anzündung des einen Motors (Triebwerkskammer) verzögert oder diejenige des anderen Motors beschleunigt werden. Beide Maßnahmen können auch gemeinsam angewandt werden. Die zusätzlichen Einbauten können in einer zwischen Zünder und Treibsatz eingebauten Scheibe, z. B. aus Zelluloid, bestehen, die das Auftreffen der Zündgase bzw. des Zündstrahls auf die Treibladung verzögern. Zur Erzielung einer ähnlichen Wirkung kennen auch Drosselstellen, z. B. in Form einer Blende oder Einbauten, die den Zündstrahl umlenken, eingesetzt werden. Soll der Abbrand in der einen Kammer beschleunigt werden, so kann dies durch den Einsatz von Zündfolien, die am Treibsatz oder am Triebwerksgehäuse angebracht werden, geschehen. Eine weitere Maßnahme zur Beschleunigung des Abbrandes in der einen Triebwerkskammer und zur Verzögerung des Abbrandes in der anderen Triebwerkskammer kann darin bestehen, daß der Düsenverschluß der einen Kammer bei einem höheren Innendruck ausgestoßen wird als der der anderen Kammer.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Zweikammer-Triebwerk im Längsschnitt;

Fig.2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie H-II der Fig. l.und

F i g. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch die Zündeinrichtung.

Das dargestellte Zweikammer-Triebwerk besteht aus der äußeren Triebwerkskammer 1 und der inneren Triebwerkskammer 2. Die beiden Triebwerkskammern sind durch Rohre 3, 4 begrenzt, wobei das Außenrohr 3 koaxial zum Innenrohr 4 verläuft. An ihrem unteren Ende sind beide Rohre mit einer Bodenplatte 5 durch Schweißung fest und abdichtend verbunden. Die Bodenplatte 5 besitzt als Düsen ausgebildete Ausströmöffnungen 6, die durch Verdammungen 7,9 verschlossen sind. Dies sind Kunststoffpfropfen, die nach dem Zünden durch den sich entwickelnden Antriebsdruck aus den Düsenöffnungen herausgedrückt werden. Die äußere Triebwerkskammer 1 ist mit insgesamt vier Ausströmöffnungen 6 versehen, während die innere Triebwerkskammer 2 nur eine Ausströmöffnung 8 besitzt. Die vier Ausströmöffnungen 6 sind jeweils um 90° gegeneinander versetzt — bezogen auf die mittlere Ausströmöffnung 8 — angeordnet.

Die Bodenplatte 5 ist in der Mitte mit einem sich nach oben erstreckenden Rohransatz 5' versehen, der als Halterung für das auf ihn aufgesetzte Innenrohr 4 dient. Der Rohransatz 5' verjüngt sich in Strömungsrichtung zunächst, um dann, ebenso wie die Ausströmöffnungen 6, düsenförmig erweitert nach außen zu führen.

Der Treibsatz 13 der äußeren Triebwerkskammer besteht aus einer Treibstoffröhre, die auf einem weiteren Rohransatz 5" der Bodenplatte 5 ruht und das Innenrohr 4 mit Abstand umgibt Auch zwischen dem Außenrohr 3 und der Treibstoffröhre besteht ein Zwischenraum.

Der Treibsatz 14 der inneren Triebwerkskammer ist dagegen als Sterninnenbrenner ausgebildet. Seine Innenkontur ist sternförmig, während die Außenkontur zylindrisch ist. Er ist durch eine Isolierung 25 von dem ihn umgebenden Innenrohr 4 getrennt.

An ihren oberen Enden sind das Außer.rohr 3 und das ίο innenrohr 4 mit einer Schraubkapoe 11 verschlossen. Die Schraubkappe 11 ist an ihrem in die Rohre hineinweisenden Ende durch einen Schraubstutzen 12 verlängert, der in das Innenrohr 4 hineinragt. Das Außenrohr 3 steht nach oben hin ein beträchtliches Stück über das Innenrohr 4 vor, so daß die aus dem Innern der Schraubkappe 11 herausführenden, schräg nach unten weisenden Kanäle 21 oberhalb des Innenrohres 4 in die äußere Triebwerkskammer 1 einmünden.

In der Schraubkappe 11 und dem Schraubstutzen 12 ist jeweils einer von zwei identischen Zündern 18, 19 untergebracht. Die Zünder bestehen in bekannter Weise aus je einer Hülse 32, die von einem Zentralrohr 20 in Längsrichtung durchzogen ist. Im oberen Ende befinden sich zwei Zündpillen 17, zu denen die elektrischen Anschlußleitungen 15 führen. Diese Anschlußleitungen sind durch die Zentralrohre 15 hindurch verlegt. Sie führen durch den Innenkanal der inneren Triebwerkskammer 2 hindurch und sind durch die Verdammung 9 hindurch aus der Düse 8 hinausgeführt.

Nach dem Zünden des oberen, in der Schraubkappe 11 befindlichen Zünders 18 strömen die sich entwickelnden Zündgase durch die Kanäle 21 hindurch in die äußere Triebwerkskammer. Hierdurch wird die Treibladung 13 von ihrem oberen Ende ausgehend gezündet.

Die Zündgase des unteren, in dem Schraubstutzen 12 angeordneten Zünders 19 werden direkt in das Innenrohr 4 geleitet und treffen hier auf die im Abstand von dem Zünder 19 angeordnete Treibladung 14.
Aus der Querschnittsdarstellung der Fig. 2 ersieht man, daß zwischen dem Treibsatz 13 und dem Außenrohr 3 ein Zwischenraum vorhanden ist, und daß sich ein weiterer Zwischenraum zwischen dem Treibsatz 13 und dem Innenrohr 4 befindet. Der Treibsatz 13 brennt daher sowohl an seiner äußeren Fläche 22 als auch an seiner inneren Fläche 23 ab.

Der innerhalb des Innenrohrs 4 angeordnete Treibsatz 14 besteht aus einem Treibstoffrohr mit im Querschnitt sternförmigem Innenprofil 24, das von einer am Innenrohr 4 anliegenden äußeren Isolierung 25 umgeben ist.

In F i g. 3 ist die Schraubkappe 11 zusammen mit dem Schraubstutzen 12 vergrößert im Schnittbild dargestellt. Die Zünder 18, 19, deren innerer Aufbau anhand von F i g. 1 erläutert wurde, sind nicht im Schnitt gezeichnet. Der Zünder 18 ist in eine Bohrung der Schraubkappe 11 eingesetzt und von unten durch einen Sprengring 26 gegen Herausgleiten gesichert. Die sich entwickelnden Zündgase entweichen nach unten aus dem Zünder 18 heraus und gelangen in die Kanäle 21, durch die sie sternförmig nach allen Seiten abgelenkt werden. Im Anschluß an den die Kanäle 21 enthaltenden Bereich ist mittels entsprechender Gewindeteile der Schraubstutzen 12 an der Schraubkappe 11 befestigt. Der Schraubstutzen 12 ist ein im wesentlichen zylindrisches Teil, an dessen Außenseite sich Ringnuten 31 zum Einsetzen von O-Ringen befinden, die den Schraubstutzen gegen das Innenrohr 4 abdichten und so verhindern.

daß eine Durchtrittsmöglichkeit für die Gase von der inneren Triebwerkskammer 2 in die äußere Triebwerkskammer 1 besteht und umgekehrt. Die Drähte 15, die durch das Zentralrohr des Zünders 19 hindurchgeführt sind, sind in der oberen Anschlußwand des Schraubbolzens 12 in einem Pfropfen 29 aus Kunstharz vergossen, so daß die beiden Zünder 18, 19 vollständig gegeneinander abgedichtet sind und sich gegenseitig nicht beeinflussen können. Der Zünder 19 ist durch einen im unteren Ende des Schraubstutzens 12 vorgesehenen Sprengring 30 gegen Lageverschiebungen gesichert.

Die Zünder 18, 19 in der Schraubkappe 11 und dem Schraubstutzen 12 können leicht ausgewechselt werden.

In ihrer Form und ihren Abmessungen sind sie einander gleich. Wie bereits erwähnt, können zur Erzielung unterschiedlicher Abbrennverhalten zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, indem gemäß Fig. 1 das Abströmen der Zündgase mittels der Scheibe 10 aus beispielsweise Celluloid verzögert oder das Übergreifen der Zündung auf die Treibladung 13 durch Zündfolien 33 od. dgl. aus beispielsweise Nitrocellulose beschleunigt wird.

Im Hinblick auf eine erleichterte Montage und die gegebenenfalls beabsichtigte Auswechselbarkeit der Zünder 18 und 19 sind die Drähte 15 mit Steckern, Quetschverbindungen od. dgl. 34 versehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Zündeinrichtung für Zweikammer-Raketentriebwerke, mit koaxial angeordneten rohrförmigen Triebwerkskammern, mit je einem separaten Zünder für jede der beiden Kammern, wobei der eine Zünder in die ihm zugeordnete Triebwerkskammer hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünder (18,19) die gleiche Form haben und axial hintereinander angeordnet sind, und daß der andere Zünder über Kanäle (21) mit radialer Komponente mit der ihm zugeordneten zweiten Kammer verbunden ist

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zünder ringförmig ausgebildet und in der äußeren der beiden koaxialen Triebwerkskammern (1,2) untergebracht sind.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zünder (18,19) zylinderförmig ausgebildet und im Gehäuse der inneren der beiden koaxialen Triebwerkskammern (1, 2) untergebracht sind.

4. Zündeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zünder (18, 19) unterschiedliche Zündmittelarten enthalten.

5. Zündeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zünder (18, 19) gleiche Zündmittelarten enthalten, und daß hinter einem der Zünder ein das Übergreifen der Zündung auf die Treibladung der zugehörigen Triebwerkskammer verzögerndes oder beschleunigendes Material angeordnet ist.

6. Zündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündleitungen (15) in einem Zentralrohr (20) durch jeden der Zünder (18,19) hindurchgeführt sind.