DE2244871A1 - Hochleistungsgasgenerator - Google Patents

Description

UNITED AIRCRAFT CORPORATION

400 Main Street

East Hartford,Connecticut 06I08

HOCHLEISTUNGSGASGENERATOR.

Priorität: USA 130.682
Patentanmeldung vom 15. September 1971

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochleistungsgasgenerator. - '■ ;

Es sind viele gaserzeugende Materialien bekannt, welche durch Selbstverbrennung, ein Gas, wie etwa Sauerstoff oder Stickstoff, freigeben, waTirend sie einen porösen, schlackenartigen Rückstand aus den festen Stoffen der Mischung bilden. Viele solcher Mischungen sind bekannt und z.B. in den US Patenten 2.9Sl.616, 3.293.187 und 3.516.797 beschrieben. Diese gaserzeugenden Ladun- _; gen oder Patronen, wie sie gewöhnlich genannt werden, werden normalerweise auf einer ihrer Oberflächen mit einem Zünder versehen, dessen Zusammensetzung aus der grossen Zahl der bekannten pyrotechnischen Mischungen, welche leichter entzündbar sind als die gaserzeugende Mischung, ausgewählt wird. Diese Zündermischung liefert in Verbindung mit einem geeigneten Zünder oder anderer Zündungsvorrichtung den Zündzug für die Patrone. Einmal gezündet, brennen die Gasgeneratorkörner von einem Ende aus in im wesentlichen linearer Weise. In vielen Anwendungen hei denen das Gas, welches mit den Patronen erzeugt wird, dazu benutzt wird, um eine sehnel- ; Ie Drucksteigerung zu erzeugen, oder in welchem gKosseü Mengen von

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Gas erforderlich sind, wie z.B. bei dem Schneidbrenner, wie er in der US-Patentanmeldung 179.891 vom 13. September 1971 beschrieben ist, ist es schwierig eine geeignete Verbrennungsgeschwindigkcit in einer geeigneten Ausführung zu erzielen. Somit wiire es in oolchen Lagen, in welchen die Gasentwicklungsgeschwindigkeit eher der begrenzende Faktor ist als das gesamte entwickelte Gasvolurnen, notwendig eine Patrone mit extrem grossem Durchmesser zu formen, welche aber in vielen Fällen wegen der begrenzten Raumverha'ltnisse unpraktisch w3re. Dies geht aus der Tatsache hervor, dass die Geschwindigkeit, mit welcher das Gas erzeugt wird, proportional zur Ausdehnung der brennenden Oberfläche ist. Um also die Gaseritwicklungsgeschwindigkeit in einen Einseitbrenner für eine gegebene Mischung zu vergrössern, ist es notwendig die Grosse der brennenden Flä'che zu vergrössern. Diese einseitige Brenneranordnung ist in den obengenannten US Patenten 2.981.616 und 3.293.187 beschrieben. Es ist auch versucht worden höhere Gasentwicklungsgeschwindigkeiten zu erreichen und ein solcher Versuch ist in dem US Patent

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3.516.797 beschrieben, in welchem für eine gegebene Masse einee Materials der Versuch gemacht wird, die brennende Fläche zu vergrössern, indem das Material zu einem Toroid geformt wird, wobei die Zündung an der inneren Oberfläche des Toroids vorgenommen wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Gasgeneratorfüllung mit einer hohen Gaserzeugungsgeschwindigkeit bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Füllungen nicht aufweist.

Dieses ziel wird erreicht mit einer Patrone, welche einen Körper aus einem brennbaren Material, welches beim Verbrennen ein gasförmiges Produkt und eine poröse Schlacke erzeugt und eine Masse eines exothermen Zündermaterials umfasst, welches leichter entzündbar ist, als das brannbare Material, wobei mindestens ein wesentlicher Teil der Masse des exothermen Zündermaterials innerhalb des Körpers des brennbaren Materials angeordnet ist.

Die Erfindung erlaubt es wesentlich höhere Gas en twicklungs ges chwin·· digkeiten gegenüber herkömmlichen Anordnungen zu erzeugen und erlaubt ausserdem einen grösseren Grad an Flexibilität der Gasentwicklungsgeschwindigkeit .

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Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Zeichnung, welche

bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellt, natier beschrieben. Darin sind;

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Au3führungsform der Erfindung; . .

Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführung3-form der Erfindung?

Figur 3 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Figur 4 ein Querschnitt durch eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung.

Nach der Erfindung wird die Gasentwicklungsgeschwindigkeit der gaserzeugenden Patrone dadurch erhöht, dass eine innere Verbrennung des gaserzeugenden Materials bereitgestellt wird. Dies wird erreicht, indem in dem Körper des gaserzeugenden Materials eine Zündermischung angeordnet wird, welche die innere Verbrennung der Patrone bewirken kann. Die tatsächliche Zusammensetzung der gaserzeugenden Materialien und der Zündermaterialien ist nicht kri-

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tisch für die Erfindung und sie mag/einer grossen Anzahl von gaserzeugenden Mischungen benutzt werden, welche durch Selbstverbrennung ein Gas und eine poröse Schlacke oder klinkerShnlichen Rest erzeugen. Viele dieser Mischungen werden aus einer Paste relativ grober Bestandteile gepresst und in ihrer Endform sind sie ausreichend porös, um das freie Entweichen der im Innern erzeugten Gase zu erlauben. Mit feineren Materialien kann eine poröse Struktur mit einem niedrigeren Formdruck, durch die Einbeziehung von grösseren oder porösen inerten Teilchen oder die Bildung von Gasdurchlässen im Körper der Patrone selbst erhalten werden.

In den Figuren 1 bis 4 sind die Gasgeneratorkerne 1 nach der Erfindung in verschiedenen Anordnungen gezeigt, wobei gleiche Bezugszeichen in jeder Figur die gleichen Elemente bezeichnen. So umfassen die Patronen der Erfindung Massen aus gaserzeugendem Material 2, welche mittels eines Zü'ndermaterials 3 zusammengehalten werden, das mit einer Zündvorrichtung 5 versehen ist,velche in den Figuren 1, 2 und 3 als einfache Zündschnüre und in der Figur 4 als

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elektrischer Widerstandszünder dargestellt sind. In der Figur 1 ist eine Anordnung dargestellt, welche in dem tragbaren Schneidbrenner der oben genannten US Patentanmeldung angewandt wird. In dieser AusfCfhrungsform wa*re das Material 2 eine sauerstofferzeugende Mischung und würde ausbogenförmigen 12Q°-Segementen eines Hohlzylinders gebildet. Diese Segmente werden durch Pressen in herkömmlicher Weise geformt und dann werden die aneinanderstossenden Oberflächen mit einer feuchten Zündermischung überzogen, in welche die Zündschnüre 4 eingebettet werden. Die behandelten Segmente werden dann fest zusammengepresst und getrocknet um eine Einheitsstruktur zu bilden. Diese Patronen verbrennen mit einer relativ konstanten Geschwindigkeit, welche im wesentlichen höher ist, wie die, welche erhalten würde, wenn nur die Endfläche der Mischung entzündet würde. Obschon drei getrennte Zündschnüre 4 in der Figur 1 dargestellt sind, ist es selbstverständlich eine einzige Zündschnur zu benutzen und das zünden aller Brennflächen mittels einer kurzschliessenden Zündschnur zu erreichen, welche die verschiedenen Teile des Zündermaterials miteinander verbinden würde.

In der Figur 2 ist eine gaserzeugende Patrone dargestellt, welche mitveränderlicher Geschwindigkeit verbrennt. Diese Ausführungsform könnte z.B. dazu benutzt werden, die flüssige Komponente eines Raketenmotors>welcher bei hohen und niedrigen Schubwerten arbeitet, unter Druck zu setzen. Solche Raketen werden indan verschiedenen Waffensystemen eingesetzt, in denen die Rakete zuerst durch Verbrennen dee Treibstoffes mit hoher Geschwindigkeit auf eine gegebene hohe Anfangsgeschwindigkeit beschleunigt wird, und dann diese Geschwindigkeit durch Verbrennen des Treibstoffes bei niedriger Verbrennungsgeschwindigkeit beibehalten wird. In der Ausführungsform der Figur 2 wird der obere Teil der Patrone 1 an vielen inneren Flächen mittels der Zündschnur 4 gezündet. Der Zünderzug bewirkt, dass jedes der senkrecht angeordneten Segmente des gaserzeugenden Materials von den gezündeten Flächen aus verbrennt. So werden die inneren senkrechten Schichten des gaserzeugenden Materials 2 an zwei Oberflächen brennen und der horizontale untere Teil des gaserzeugenden Materials wird nur an einer Endfläche brennen. So wird nach dem der gesamte obere Teil des Treibstoffes ver-

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brannt worden ist, der untere Teil noch als Einseitenbrenner -weiter brennen und so eine relativ niedrige GaSerzeugungsgeschwindigkeit bewirken. Falls es erwünscht ist, können die Eigenschaften der körnigen Mischung auch abgestimmt werden, indem man leicht verschiedene Mischungen für das untere Teil und die senkrecht angeordneten Teile des gaserzeugenden Materials 2 benutzt, um so inst jede Kombination von Verbrennungsgeschwindigkeiten und Gaserzeugungsgeschwindigkeiten zu erreichen.

Die Figur 3 zeigt eine andere Anordnung einer gaserzeugenden Mischung, welche dazu benutzt werden könnte, eine wesentlich höhere Gaserzeugungsgeschwindigkeit zu erzeugen, wie sie z.B. mit der Anordnung der Figur 1 erreicht wird. In dieser Ausführungsform ist die gaserzeugende Mischung aus Segmenten eines Hohlzylinders gebildet, welcher um eine Zentrale, zylindrische Stange eines gaserzeugenden Materials angeordnet ist, welche mittels eines Klebstoffes aus Zündermaterial 3, das mit einer geeigneten Zündvorrichtung 4 versehen ist, festgehalten wird. Nach dem Zünden der Zündvorrichtung 4, würde das Zündermaterial gezündet und bewirken, dass die hohlen, zylindris-chen Segmente von der Zündfläche aus nach aussen hin berbrennen, während die innere Stange von der zündfläche aus nach innen verbrennen würde. Durch eine geeignete Auswahl des Anfangshalbmessers des Zündermaterials kann eine Gaserzeugung mit konstanter oder veränderlicher Geschwindigkeit erreicht werden.

In der Figur 4 ist ein Querschnitt durch eine andere Ausführungsform einer Gasgeneratormischung dargestellt. In dieser Ausführungsform hat die gaserzeugende Mischung die Form einer Kugel in deren Zentrum ein Zündermaterial 3 angeordnet ist. Ein elektrischer Zunder 4 ist darin eingeschlossen. Nach dem Zünden des Zünders wird die Anfangabrennfläche eine Kugelfläche sein, deren Durchmesa«r mit der Verbrennung vom Zentrum nach aussen hin zunimmt. So wird in dieser Ausführungsform die Gaserzeugungsgeschwindigkeit kontinuierlich mit der Brennzeit der Patrone zunehmen.

Al« Beispiel einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung sei eine sauerstofferzeugende Patrone nach der. Figur 1, welche in einem Schneidbrenner benutzt werden kann, näher beschrieben. Die

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Mischung selbst hat ungefaTir folgende Zusammensetzung: 86,5 % (Gewichstsprozente) NaClO_, 12,5 % Eisenpulver und 1 % geschnittenes Fiberglas, und das Zündermaterial war aus einer Mischung hergestellt, die im wesentlichen 30 % Eisen, 32 % NaClO.,, 26 % Al-O , 1 % Asbest, 1 % ZnO, 5 % Borax und 5 % Dextrin enthielt. Die Patrone hatte die Form eines Hohlzylinders mit einem inneren Durchmesser von 1,27 cm, einem a'usseren Durchmesser von 5,6 cm und einer La'nge von 22,86 cm; die Brenndauer betrug ungefaTir 3 Minuten und es wurde eine Gasmenge von ungefä*hr 3,6 g/sec. erzeugt.

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Claims (6)

PATENTAHS PRÜCHE

1. Eine Hochleistungsgaserzeugungspatrone, gekennzeichnet, durch ein Volumen eines brennbaren Materials/ welches beim Verbrennen ein gasförmiges Produkt und eine poröse Schlacke erzeugt, und eine Masse eines exothermen Zündermaterials, welches leichter entzündbar ist,, als das brennbare Material, wobei wenigstens ein wesentlicher Teil der Masse des exothermen Zündermaterials im Kö'x-per des brennbaren Materials angeordnet ist.

2. Patrone nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zündmittel, welche sich von ausserhalb der Patrone zum exothermen Zündermaterial erstrecken.

3. Patrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des exothermen Zündermaterials sich zu einer freien Oberfläche des Körpers erstreckt.

4. Patrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das exotherme Zündermaterial im brennbaren Material in Form mehrerer Schichten angeordnet ist.

5. Patrone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten des exothermen Zündermaterials in einer die Verbrennung weiterleitenden Weise untereinander verbunden sind.

6. Patrone nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere, untereinander verbundene Massen exothermen Zündermaterials, welche in dem brennbaren Material angeordnet sind.

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