DE2456721A1 - Mehrkammer-raketentriebwerk - Google Patents

Description

DR.-ING. VON KREISLERlVßVmd 5
DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES '^LricHK^
DiPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH DIPL-ING. SEUlSSSG

5KOLNI₁DEICHMANNHAUs

28. Nov. 1974 Sg-Is

Dynamit Nobel Aktiengesellschaft
521 Troisdorf

Mehrkammer-Raketentriebwerk

Die Erfindung betrifft ein Mehrkarnmer-Raketentriebwerk mit einem zylindrischen Gehäuse, in welchem hintereinanderliegend zwei oder mehrere Feststoff-Treibsätze angeordnet sind, die durch Trennmittel voneinander isoliert sind.

Mehrkammertriebwerke haben gegenüber Triebwerken mit jeweils nur einem Treibsatz eine Reihe von Vorteilen. Bei ihnen wird der Gesarntschub in zwei oder mehrere getrennte Schubphasen aufgeteilt, die in der Praxis meist nicht unmittelbar aufeinanderfolgen, sondern durch eine schubfreie Plugphase getrennt sind. Man kann beispielsweise die Triebwerke durch Verwendung unterschiedlicher Treibstoffe und/oder Treibsätze als Startstufe und Marschstufe ausbilden. Aber auch bei Verwendung gleicher Treibsätze für die verschiedenen Triebwerkskammern er-

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hält man wichtige Vorteile. So wird bei Raketen mit mehreren Schubphasen der Einfluß des Luftwiderstandes verringert, so daß bei sonst gleichen Bedingungen die Reichweite gegenüber einer Blinkammer rake te vergrößert wird. Schließlich besteht bei Mehrkammertriebwerken die Möglichkeit einer größeren Variationsbreite der Reichweiten, denn man kann wahlweise einzelne Treibsätze von der Zündung ausnehmen. Es ist daher möglich, sowohl geringe als auch große Reichweiten zu erzielen und dabei den Auftreffwinkel jeweils relativ groß zu halten. Letzteres ist für die Zielgenauigkeit von Bedeutung.

Bei Mehrkammertriebwerken stellt sich allgemein das Problem, daß der Abbrand der ersten Treibladung nicht auf die nächstfolgende kopfseitige Treibladung übergreifen darf. Sämtliche Treibladungen müssen vielmehr sequentiell zündbar sein, ohne daß der Abbrand der ersten Stufe z.B. die zweite Stufe beeinflußt.

Bei einem bekannten Raketentriebwerk vom Innenbrennertyp (US-PS 2 956 401) sind die einzelnen hohlzylindrischen Treibladungen durch Separatoren voneinander getrennt. Die Separatoren besitzen Durchtrittsöffnungen, durch die der Gasdruck im Inneren des Triebwerks ausgeglichen werden kann. Jede der hintereinander angeordneten hohlzylindrischen Treibladungen ist an ihrer Innenwand zu- nächst mit einer Zündmasse und dann noch mit einem Inhibitor beschichtet. Der Inhibitor, der auch einen auf die Zündmasse einwirkenden Zünder mit umschließt, soll das Übergreifen des Abbrandes von dem benachbarten Treibsatz her verhindern. Die Herstellung der mehrschichti-

JO gen Treibsätze ist fertigungstechnisch schwierig. Die

Treibmittelverarbeiturig erfolgt unter außerordentlich aufwendigen SicherheitsVorkehrungen. Die Inhibitorschicht muß sehr sorgfältig mit den anderen Schichten verbunden werden. Die 'kleinste Fehlstelle könnte die Wirkung der gesamten Inhibitorschicht zunichte machen. Problematisch ist auch das unterschiedliche thermische Verhalten der verschiedenen Schichten. Infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten zwischen Inhibitor und Treibladung können Risse auftreten. Die Gefahr von Rißbildung besteht ferner bei der lagerung der Raketen bzw. der Treibsätze. Schließlich wird durch die Inhibitorschicht ein beträchtliches Volumen beansprucht, das für die Treibstoffunterbringung verlorengeht. Inhibitoren sind zumeist Thermoplaste, die ziemlich dick aufgetragen werden müssen, und sich leicht verflüchtigen

Bei einem weiteren bekannten Feststoffraketenmotor (DT-OS 2 214 802) begegnet man den geschilderten Nachteilen durch Anbringung einer starken Trennwand zwischen den Treibsätzen. Die Trennwand bewirkt während des Abbrandes des ersten Treibsatzes eine gasdichte Trennung und verhindert das Übergreifen der Verbrennungsgase auf den zweiten Treibsatz. Die Trennwand weist Löcher auf, die in dieser Phase durch Stopfen gasdicht ausgefüllt sind. In der zweiten Schubphase werden die Stopfen durch die Düse herausgeschleudert, so daß die Verbrennungsgase der zweiten Stufe durch die nun durchlässige Trennwand ausströmen können. Eine derartige Trennwand ist verhältnismäßig schwer und erhöht daher das Gewicht des Triebwerks. Gerade bei Triebwerken mit zwei oder mehreren Schubphasen bringt aber der Leichtbau besondere Vorteile hinsichtlich der Reichweite.

Eine druckabdichtende Trennwand ist daher wegen ihres relativ hohen Gewichtes ungünstig. Sie erhöht ferner die Startmasse sowie die Fertigungskosten,

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fehrkammer-Raketentriebwerk der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine einfache und problemlose Fertigung und Lagerung bei geringem Triebwerksgewieht und optimaler Funktion möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß an der Übergangsstelle zwischen den Treibsätzen oder in einem Hohlraum des kopfseitigen Treibsatzes separate Kühlmittel vorgesehen sind, die in axialer Richtung gasdurchlässig sind, und die getrennt von den Treibsätzen herstellbar und montierbar sind.

Dadurch vermeidet man die Anbringung einer schweren gasdichten Zwischenwand bzw. -wände zwischen den zwei oder mehreren Treibsätzen und braucht dennoch keine Treibsätze aus mehrschichtigem Verbundmaterial herzustellen. Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen den brennenden düsenseitigen und dem bzw. den noch nicht brennenden kopfseitigen Treibsätzen ein Druckausgleich stattfindet. Im gesamten Triebwerksgehäuse stellt sich nach Zündung eines düsenseitigen Treibsatzes der Brennkammerdruck ein, weil der oder die kopfseitigen Brennkammer- · teile nur zum düsenseitigen Treibsatz hin offen sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß wegen des nur geringen freien Volumens zwischen dem oder den kopfseitigen Treibsätzen nur eine relativ kleine Menge an Verbrennungsgasen in den Bereich des oder der kopfseitigen Treibsätze gelangt, und daß diese kleine Menge auf je-

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den Fall die Übergangsstelle, in der zweckmäßigerweise das Kühlmittel angeordnet ist, passieren muß. Die Bezeichnung "düsenseitig" bzw. "kopfseitig" ist dabei nicht auf die unmittelbar an die Düse bzw. den Kopf des Triebwerks angrenzenden Treibsätze beschränkt, sondern bezieht sich bei einem Triebwerk mit drei, vier oder mehr sequentiell anzuzündenden Treibsätzen auch auf die dazwischen liegenden Treibsätze.

Wie stark die durch das Kühlmittel bewirkte Kühlung sein muß, hangt von den Bedingungen des Einzelfalls ab. Die Anbrenntemperatur von doppelbasigen Festtreibstoffen liegt üblicherweise bei 4^0 - 400 K, bei Koraposit-Treibstoffen bei etwa 570 K. Das Anbrennen eines Treibsatzes wird mit Sicherheit verhindert, wenn an keiner Stelle der Treibstoffoberfläche diese Temperaturen erreicht werden. Die erforderliche Kühlung kann entweder auf chemischem Wege oder durch kapazitive Wärmeableitung oder auch durch eine Kombination beider Maßnahmen erfolgen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in einer öffnung einer die Brennkammern trennenden Zwischenwand ein mindestens an seinen Stirnseiten gasdurchlässiger Behälter befestigt, in welchem einer oder mehrere Kühlkörper untergebracht sind, die aus Kühlstoff bestehen bzw. mit diesem versehen sind und eine gasdurchlässige Struktur bilden.

Die von der düsenseitigen Brennkammer entweichenden Gase können nur durch den Behälter hindurch in die kopfseitige Brennkammer hineingelangen. Dabei werden sie

durch Entlangstreichen an den Kühlkörpern gekühlt. Die Kühlkörper können beispielsweise als Zylinder oder als Kugeln ausgebildet sein. Sie enthalten ein Material, das endothex-m zerfällt, beispielsweise Ammoniumbicarbonat

5- oder Ämmoniumoxalat. Diese Stoffe können z.B. auch in Pulverform direkt zu Kühlkörpern verpreßt werden. Die Festigkeit kann durch einen Anteil von bis zu 5 Gew..-^ an Bindemittel erhöht werden. Geeignete Bindemittel sind thermoplastische Kunstharze oder Reaktionskunstharze. Die Kühlkörper können gegebenenfalls noch durch Ankleben mit einem Adhäsionskleber im Behälter befestigt werden.

Die Kühlkörper können über ihre Länge gleichbleibendes Querschnittsprofil aufweisen. Ihre.Herstellung erfolgt dann zweckmäßigerweise durch Extrudieren oder durch andere Strang-Herstellungsverfahren. Es ist auch möglich, in dem Behälter nur einen einzigen Kühlkörper mit durchgehend gleichbleibendem Querschnittsprufil zu verwenden, beispielsweise eine Honigwabenstruktur.

Als Kühlkörper kann man auch eine mit einem Kühlstoff beschichtete Trägerstruktur verwenden. Der Träger kann flächig oder gitterförmig oder als beliebig geformter Stützkörper aus beispielsweise gewachster Pappe oder Aluminium ausgebildet sein. Das Auftragen des KuIiI--stoffes kann durch Aufsprühen, Aufschäumen, Aufgießen oder Bestreichen erfolgen.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Kühlmittel, beispielsweise der an den Stirnseiten durchlässige Behälter mit den Kühlkörpern, als separa-

tes Teil ohne besondere Sicherheitsvorkehrungen herstellbar und montierbar ist. Behälter und Kühlkörper lassen sich relativ leichtgewichtig herstellen, und auch die zu ihrer Anbringung erforderlichen Trennwände oder Ab-Stützungen brauchen keine große Festigkeit zu haben, weil sie nur geringen Gasdrücken -standhalten müssen.

Um einen derartigen Behälter in dem Übergangsbereich zwischen zwei Treibsätzen oder überwiegend in einem der Treibsätze unterzubringen, ist zweckmäßigerweise in mindestens einem der Treibsätze eine axiale Ausnehmung vorgesehen/ in die der Behälter hineinragt.

Bei Innenbrennern, insbesondere vom Stern-Typ, kann es zweckmäßig sein, den Treibsatz entsprechend dem Behälterdurchmesser auszufräsen oder aufzubohren. Diese Bearbeitung ist ohne besonderes Sicherheitsrisiko möglich.

Um in dem zur Verfugung stehenden Behälterraum eine möglichst große Kühlstoffoberfläche zu erhalten, sind zweckmäßigerweise nicht nur die Kühlkörper mit Kühlstoff beschichtet, sondern auch die Behälterwände. Die Beschichtung kann durch Aufsprühen, Aufschäumen, Aufgießen erfolgen oder beispielsweise auch durch Anbringen einer Kühlstoffolie an den Behälterwänden.

Der Behälter muß nicht notwendigerweise einen endotherm zerfallenden Kühlstoff enthalten, sondern kann auch metallische Wärmeableitmittel, z.B. Metallnetze aus Kupfer oder Aluminium, enthalten. Die Wärmeableitung kann zum Außenmantel der Rakete hin erfolgen.

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Das Kühlmittel muß keineswegs immer j η Preßkörperform . vorliegen. Man kann auch pulverförmiges oder flüssiges Kühlmittel verwenden, das in einem ringförmigen Behälter zwischen den Treibsätzen angeordnet ist. Die öffnung des ringförmigen Behälters ermöglicht den Druckausgleich zwischen den beiden Triebwerkskammern. In dieser öffnung kann gegebenenfalls auch an der Düsenseite des ringförmigen Behälters eine perforierte Platte oder eine elastische Membran vorgesehen sein, über die der Druckausgleich möglich ist. Beim Zünden des kopfseitigen Treibsatzes werden diese Teile sowie auch der Behälter zerstört.

Der ringförmige Behälter besitzt zweckmäßigerweise eine strahlkontraktierende Durchströmöffnung, in deren Wandung mindestens eine Ausspritzöffnung vorgesehen ist. Wenn die Durchströmöffnung von Gasen durchströmt wird, wird das in dem ringförmigen Behälter befindliche Kühlmittel mitgerissen und verdampft, zersetzt sich oder dgl. Bei der Lagerung des Triebwerkes kann die Ausspritzöffnung durch eine Lasche aus thermoplastischem Kunststoff verschlossen werden. Diese Lasche kann die Form eines Klappenventiles haben. Die Ausspritzöffnung kann als Ringdüse ausgebildet sein; man kann auch mehrere separate Ausspritzöffnungen vorsehen, die unter einem Winkel aufeinandergerichtet sind. Zur Erzeugung eines Dralles können die Ausspritzöffnungen das Kühlmittel unter einem Winkel zur Längsachse des StrÖmungskanales in diesen einblasen.

Auch die Anbringung kühlender Bleche in der Nähe der zu schützenden Treibstoffoberfläche ist im Rahmen der Er-

findung möglich. In diesem Falle Toenötigt man keine Kühleinrichtung im Übergangsbereich der Treibladungen. Außer Blechen können auch Folien aus Metall oder kühlsfoffbeschichtete Kunststoffolien in den Hohlraum der zu schützenden Treibsätze eingebracht werden. Die Kühleinrichtungen dürfen in keinem Falle die Gasausdehnung in Achsrich- tung behindern. Sie sind auch nicht fest mit dem Treibstoffkörper verbunden, sondern liegen allenfalls lose an diesem an.

Vorteilhafterweise sind die Abdeckbleche an ihren kopfseitigen Enden derart gestaltet, daß.die heißen Gase eines kopfseitig an dem Triebwerk angebrachten Anzünders vorwiegend zwischen die Abdeckblcche und. die anzuzündende Treibstoffoberfläche strömen. Die Abdeckbleche verhindern einerseits das Anströmen der Treibstoffoberfläche des zu schützenden Treibsatzes mit heißen Gasen des düsenseitigen Treibsatzes _f begünstigen aber andererseits die Zündung durch den gegenüberliegend angeordneten Anzünder.

In den Hohlraum einer Innenbrenner-Treibladung kann Kühlwatte, Kühllametta, Kühlschaum oder dgl. in lockerer Füllung eingebracht sein, u(rn .den erforderlichen Schutz durch Kühlung zu bewirken.

Eine besonders günstige Wirkung beim Abbrennen des zweiten oder weiteren nachfolgenden Treibsatzes erhält man, wenn der Kühlstoff zusätzlich einen Stoff enthält, der beim endothermen Zerfall ein wärmedämmendes Pulver freigibt, das sich an der düsenseitigen Brennkammerwand festsetzt. Das freigesetzte Pulver bildet eine Isolier-

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schicht an der Brernkanimerwand, kühlt diese und ermöglicht damit eine wesentlich, schwächere Dimensionierung der Wand.

Eine andere Möglichkeit der Realisierung der Erfindung besteht darin, daß zwischen den Treibsätzen eine, vorzugsweise federnde, gasdurchlässige Trennschicht aus kapazitivem oder chemischem Kühlmittel angeordnet ist. Die Trennschicht kann beispielsweise auch Metallplatten in Form von Tellerfedern enthalten. Infolge ihrer Federungseigenschaften ermöglicht sie einen thermischen Längenausgleich und verhindert damit das Entstehen unzulässiger Warmespannungen während der Lagerung des Raketentriebwerkes. Zweckmäßigerweise zerfällt sie beim Abbrand des kopfseitigen Treibsatzes in kleine Stücke, Vielehe die Düse verlassen ohne diese zu beschädigen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Zweikammer-Raketentriebwerk im Längsschnitt, und

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil eines Raketentriebwerkes, ähnlich demjenigen der Fig. 1, bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der

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Fig. 3. ■

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit einem ringförmigen Kühlmittelbehälter.

Fig. 6 zeigt eine weitere Alternative unter Verwendung kühlender Abdeckbleche in einem konventionellen Treibsatz vom Sterninnenbrennertyp.

Fig. 7 zeigt die Verwendung eines lockeren Inhibitors aus Watte, Schaumstoff oder dgl. in einem starren Brenner, und

Fig. 8 zeigt im Längsschnitt ein Raketentriebwerk mit einer federnd nachgiebigen Kühlmittelschicht zwischen den beiden Kammern.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Triebwerk ist ein zylindrisches Gehäuse 10 vorgesehen, an dessen einem Ende die Düse 11 angebracht ist, und dessen anderes Ende 12 zur Anbringung eines Raketenkopfes dient. /"

Das zylindrische Gehäuse 10 ist hier in zwei hintereinanderliegende Brennkammern unterteilt, von denen eine den düsenseitigen Treibsatz Γ5 und die andere den kopfseitigen Treibsatz 14 enthält.

Die beiden Treibsätze I3, 14 sind als Sterninnenbrenner ausgebildet, d.h. sie bilden z.B. Strangprofile, die außen zylindrisch sind und innen einen durchgehenden Hohlraum I5 mit sternförmigem Querschnitt haben, wie er

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beispielsweise in Fig. 6 deutlich zu erkennen ist. Derartige Sterninnenbrenner haben den Vorteil, daß ihre Abbrandflache während der gesamten Brenndauer relativ groß ist. Sie können so ausgelegt werden, daß die Abbrandfläche zeitlich annähernd konstant ist. Sie ermöglichen einen günstigen Brennkammerfüllungsgrad der Brennkammern.

Zwischen den Treibsätzen Ij? und 14 und der Außenwand 10 des Gehäuses sind jeweils Isolierschichten 16 aus beispielsweise Ä" thy !cellulose angebracht, die eine zu starke thermische Beanspruchung der Gehäusewand verhindern sollen. Die Isolierschichten 16 enden an den aiißenliegenden Stirnseiten an ringförmigen Treibsatzhalterungen 17, l8,die in die Treibsätze an deren Außenumfang eingelassen sind und die Abstützung gegenüber den Teilen 11 und 12 bewirken. An den inr.enliegenden Stirnseiten der Treibsätze Ij5, 14 sind die Isolierschichten 16 nach innen umgebogen und liegen hier in Form von Stirnflanschen 19 an den Treibsätzen an.

Zwischen den Stirnflanschen I.9 befindet sich mit geringem Abstand eine dünne Zwischenwand 20, die an der Wand des Gehäuses 10 befestigt ist und das Gehäuse unterteilt. Die Zwischenwand besitzt eine Mittelöffnung, in die ein rohrförmiger Behälter 21 koaxial zum Gehäuse 10 eingesetzt ist. Die Stirnseiten des Behälters 21 bestehen aus perforierten Blechen 22, 25 oder perforierten Kunststoffscheiben. Auch die zylindrische Behälterwand kann aus Metall, Kunststoff oder anderen Materialien bestehen.

Der Behälter 21 ragt in Achsrichtung in jeden der beiden Treibsätze Γ3, Ik hinein. Diese sind mit zylindrischen Ausnehmungen 24, die durch Fräsen hergestellt sind, versehen .

Der Behälter 21 ist mit Kühlstoffzylindern 25 ausgefüllt, die zweckmäßigerweise-von einer Stirnwand 22 bis zur nächsten Stirnwand 25 reichen. Als Kühlstoff können allgemein solche Stoffe verwendet werden, die bei Erwärmung endotherm zerfallen, z.B. Ammoniumoxalat, Ammoniumbicarbonate Oxamid. Der Kühlstoff kann zusammen mit einem Bindemittel zu den Zylindern 25 verarbeitet sein oder gegebenenfalls von sich aus die benötigte Festigkeit aufweisen. Die Kühlstoffzylinder 25 sollten eine große Oberfläche im Verhältnis zum Volumen haben. Dies bedeutet, daß es sinnvoll ist, dünne Zylinder aufeinanderzuschichten (Kühlstoff na de In) . Alternativ können, die Kühlzylinder auch aus Trägerkörpern bestehen, die außen mit Kühlstoff beschichtet sind. Ferner ist es-möglich, im Inneren des Behälters 21 anstelle der Kühlstoffzylinder 25 eine Gitterstruktur aus Strangmaterial vorzusehen oder in den Behälter Kühlstoffwatte, ein Kühlstoffgranulat oder andere Formen von Kühlstoff so einzusetzen, daß ein Gasdurchgang in axialer Richtung in jedem Falle gewährleistet ist. Zwischen den Kühlstoffteilen müssen also genügend Hohlräume vorhanden sein. Die Wände des Behälters 21, und im Falle der Verwendung eines Stützgerüstes auch dessen Wandteile, können mit einem Kühlstoffschaum beschichtet sein,dessen Schichtdicke beispielsweise 2 mm beträgt.

Weiterhin können die Kühlstoffzylinder durch Kühlstoff-

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kugeln oder ein Granulat ersetzt werden. Schließlich ist es möglich, mit flüssigen Kühlstoffen hoher Wärmekapazität, z.B. Wasser, und/oder mit nohe-m Gasdruck., z.B. mit dem Kältemittel Frigen (R) der Fa. Farbwerke Hoechst AG, zu arbeiten. Vorzugsweise wählt man einen Frigen-Typ,der bei Lagertemperatur des Triebwerkes flüssig ist und einen möglichst niedrigen Sättigungsdruck hat. Die Flüssigkeiten hohen Gasdruckes verflüchtigen sich nach Aufheizung durch die Treibgase des düsenseitigen Treibsatzes IJ sehr schnell und können den Zufluß weiterer heißer Gase in das Volumen des kopfseitigen Treibsatzes 14 durch Erzeugung einer "Druokbarriere" vermindern oder ganz unterbinden. Dadurch kann in manchen Fällen der Kühlmittelaufwand vermindert werden.

Nach der Anzündung des düsenseitigen Treibsatzes 13 durch den zusammen mit einer Verdammung in der Düse 11 untergebrachten Treibsatzanzünder 26 steigt der Druck in der düsenseitigen Brennkammer an. Dadurch strömen heiße Gase durch den Behälter 21 hindurch in die kopfseitige Brennkammer hinein. Die Luft in der kopfseitigen Brennkammer wird verdichtet und mit Treibgasen aus der düsenseitigen Brennkammer vermischt. Diese Treibgase werden beim Durchgang durch den Kühlbehälter 21 so weit abgekühlt, daß ihre Temperatur unterhalb der Anbrenntemperatur des Treibsatzes 14 liegt. Nach Abbrand des Treibsatzes Ij5 fällt der Druck in beiden Brennkammern, und es findet eine Rückströmung durch den Behälter 21 hindurch statt.

Wird danach der Treibsatz 14 mittels des kopfseitigen Anzünders 27 gezündet, so werden die letzten Reste

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des Inhalts des Gehäuses 21 durch die Düse hindurch ausgestoßen. Die perforierten Stirnwände 22 und 2~$ werden zerstört bzw. brennen aus, so daß der Abbrand des kopfseitigen Treibsatzes 14 und die Entspannung der Gase über die Düse 11 gewährleistet sind. Eventuell kann der Behälter 21 mit oder ohne seine Stirnwände 22, 23 während des Abbrandes des Treibsatzes 14 auch stehenbleiben.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. j5 und 4 wird grundsätzlich das gleiche Triebwerksgehäuse 10 verwandt, v;ie bei dem ersten Ausführungsbeispiel und auch die Zwischenwand 20 ist an gleicher Stelle in derselben Form vorgesehen. Der Behälter 21 ist jedoch in der Zwischenwand 20 nicht entlang seiner Mittelebene befestigt, sondern an seinem stirnseitigen Ende, so daß er nahezu mit seiner gesamten Länge in den kopfseitigen Treibsatz 14,. dessen Ausnehmung 24' eine entsprechende Länge hat, hineinragt.

Die Stirnseiten des Behälters 21 sind offen, mit Ausnähme ringförmiger Halterungen 28, die eine in dem Behälter 21 angeordnete Kühlstoffspirale 29 gegen Verschieben sichern. Die Kühlstoffspirale 29 besteht aus einem dünnen Folienmaterial, dessen Breite etwa der Länge des Behälters 21 entspricht und das spiralförmig aufgewickelt ist.

In Abwandlung von den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es möglich, einen Behälter zu verwenden, dessen Querschnitt nicht kreisförmig, sonderndem Innenprofil der Treibsätze angepaßt ist. Der Behälter hat

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in diesem Falle cine große Oberfläche bei vergleichsweise kleinem Strömungsquerschnitt, so daß allein scher durch die Behälterwandung eine verhältnismäßig große kapazitive Kühlung der einströmenden heißen Gase erreicht wird. "5 Diese Lösung hat den zusätzlichen Vorteil geringen Platzbedarfs und ermöglicht weiterhin eine Erhöhung des Treibstoff üllungsgrades der Brennkammer bzw. -kammern.

Wenn die erforderliche Kühlung gering ist, kann der Behälter durch ein rohrförmiges Netz ersetzt werden, das zusätzlich als Stützgerüst für ein aufgesprühtes festes (pulverförmiges) Kühlmittel dienen kann.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel eignet sich für die Verwendung flüssiger oder pulverförmiger Kühlmittel. In dem Zwischenraum 351 zwischen den beiden Treibladungen I3 und 14 befindet sich ein ringförmiger Treibmittelbehälter 30, der koaxial su den Treibsätzen liegt und eine düsenförmige Durchlaßöffnung-32 umschließt, Der Kühlmittelbehälter JO besitzt an seiner dusenseitigen Wand eine perforierte Platte 33 oder eine elastische Membran. Die elastische Membran kann aus Aluminiumfolie, Kunststoff, Papier oder dgl. bestehen. Diese Wand öffnet sich oder gibt nach, sobald im Inneren des Kühlbehälters 30 bzw. am Düsenmund der Düsenöffnung 3² ein Unterdruck entsteht. .

In der Düsenöffnung 32 ist ein zurückspringender Absatz 3^ vorgesehen, der mit einer Kunststofflasche 35 verschlossen ist. Die Kunststofflasche 35 verschließt einen Ringkanal, oder mehrere Kunststofflaschen sind für eine Anzahl ringförmig angeordneter Einspritzdüser, vor-

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gesehen, die zur besseren Zerstäubung des Kühlmittels paarweise unter einem spitzen Winkel aufeinandergerichtet sein können. Auch die Einspritzung des Kühlmittels in tangentialer Richtung zur Erzeugung eines Dralls kann vorteilhaft sein, weil das Kühlmittel dadurch am Ausgang des Kühlmittelbehälters 30 radial gegen die zu kühlende Oberfläche des Treibsatzes 14 geschleudert wird.

Nachdem der düsenseitige Treibsatz Ij5 gezündet ist, strömen die Verbrennungsgase durch die strahlkontraktierende Düsenöffnung 32 hindurch- Infolge des auch an der Abstufung Jk entstehenden Unterdrucks und der Erwärmung werden die Kunststofflaschen 35 geöffnet, so daß das Kühlmittel von dem Gasstrahl mitgerissen wird, Durch den im Inneren des Kühlgehäuses 30 entstehenden Unterdruck wird der Verschluß 33 beispielsweise geöffnet, so daß der Austritt des Kühlmittels an dem Düsenabsatz 34 nicht behindert wird.

Die Anordnung nach Fig. 5 ist besonders wirksam wegen der Möglichkeit, die gesamte Kühlmittelmenge während der Druckaufbauphase des düsenseitigen Treibsatzes mit großer Oberfläche zu zerstäuben. Die Anordnung dürfte deshalb besonders dann angebracht sein, wenn die Anbrenntemperatur des kopfseitigen Treibsatzes verhältnismäßig niedrig liegt bzw. wenn das kopfseitige Luftvolumen vergleichsweise groß ist. Die festen Wände des Kühlmittelbehälters 30 können so gestaltet sein, daß sie bei Anzündung des kopfseitigen Treibsatzes zerstört werden oder verbrennen. Sie können aus PVC oder dünnem Blech bestehen, das gegebenenfalls ober-

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flächenbehandelt ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 j-'agt der Düsenmund in eine kegelstumpfföi"mige Ausnehmung 36 des Treibsatzes 14 hinein.

Eine weitere ■Ausführungsform der Erfindung ist in "Fig. Im Querschnitt dargestellt. Es handelt sich um einen Schnitt durch den kopfseitigen Treibsatz 14 im Inneren des Triebwerksgehäuses 10. Man erkennt deutlich den sternförmigen Hohlraum 15, der die Innenkontur des Treibsatzes 14 begrenzt. Der düsenseitige Treibsatz und der kopfseitige Treibsatz sind jeweils an ihren Stirnseiten isoliert, jedoch besteht die Möglichkeit des Gasdurchtrittes von einem Hohlraum in den anderen. An der Übergangsstelle zwischen den beiden Treibsätzen beginnen Abdeckbleche 37, die die Oberfläche des kopfceitigen Treibsatzes 14 abdecken, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist. Dadurch dringen bei Anzündung des düsenseitigen Treibsatzes zwar heiße Gase in das kopfseitige Luftvolumen ein, jedoch ist die Oberfläche des kopfseitigen Treibsatzes 14 vor den eindringenden Gasen durch das Abdeckblech 37, das ebenfalls Sternform hat, geschützt. Das Abdeckblech 37 liegt an keiner Stelle direkt an der Treibladung an. An den Fußpunkten der Sternstrahlen befinden sich thermisch isolierende Distanzleisten 39, die eine direkte Berührung zwischen dem Abdeckblech 37 und den nach innen vorspringenden Spitzen der Treibstoffkontur vermeiden.

Der Anzünder des kopfseitigen Treibsatzes 14 ist zweckmäßigerweise so aufgebaut, daß seine Anzündgase zwischen die Oberfläche des Treibsatzes 14 und die Abdeckbleche

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37 geblasen werden. Um die Düse nicht durch die herausfliegenden Teile der Abdeckung 37/ die aus Aluminium. Stahl, Kunststoff oder dgl. bestehen kann, zu gefährden, dürfen die Abdeckbleche 37 nicht sehr dick sein. Dies kann es in manchen Fällen erforderlich machen, daß das Schmelzen der Abdeckbleche durch die eintretenden heißen Gase des düsenseitigen Treibsatzes mit Hilfe von Kühlstoffen unterbunden werden muß. Anstelle der Abdeckbleche 37 können selbstverständlich auch Netze öder dgl. verwendet werden.

Eine sehr einfache Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. Dabei ist der Hohlraum 15 des kopfseitigen Treibsatzes 14- mit einem kühlenden Medium 40 ausgefüllt, das beispielsweise aus Watte und Kühistoff in Verbindung mit einem Bindemittel besteht und gasdurchlässig ist. An der Düsenseite des Treibsatzes 14 befindet sich eine thermische Isolierung, die bei Abbrand des düsenseitigen Treibsatzes 13 eine Aufheizung des kopfseitigen Treibsatzes 14 verhindert. Bei Druckaufbau durch Abbrand des düsenseitigen Treibsatzes I3 dringen geringe Mengen Treibgase zwischen die Isolierschicht 16 des kopfseitigen Treibsatzes 14 und die Brennkammerwand 10. Bis diese Treibgase von der Kopfseite her an die Oberfläche des Treibsatzes 14 gelangen können, sind sie kapazitiv durch die Brennkammerwand 10 und die Isolierung 16 abgekühlt. In manchen Fällen kann diese kapazitive Kühlung ausreichen, um die kühlende Watte oder eine sonstige kühlende Substanz überflüssig zu machen. Anstelle von Watte kann auch ein Schaum in.den Hohlraum eingesetzt bzw. eingespritzt werden.

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Es kann zweckmäßig sein, den kühlenden Schaum bzw. die kühlende Watte mit Kaliumperchlorat (K Cl Oj,) zu versetzen, weil dieser Stoff endotherm zerfHllt und die Zerfallsprodukte Sauerstoff O₂ und Kaliumchlorid KCl ■5 erwünscht sind. Versuche, bei denen Kaliumperchlorat in eine Feststoffraketenbrennkammer eingeblasen wurde, haben gezeigt, daß sich ein Teil des freiwerdenden Kaliumchlorids an den Brennkammerwänden festsetzt und dort eine thermische Isolierschicht bildet. Diese schürst die" Brennkammerwände des bzw. der bereits abgebrannten düsenseitigen Treibsätze, die dementsprechend schwächer und gewichtssparender ausgebildet werden können. Dies ist ein zusätzlicher Effekt, der durch Verwendung des Kalimperchlörates oder eines anderen ähnlich wirkenden Stoffes erreicht werden kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt. Hier· wird eine Halterung für die Kühlvorrichtung nicht benötigt. Beide Treibsätze 13 und l4 sind in einer durchgehenden Brennkammer untergebracht, die keine feste Trennwand enthält. Zwischen ihnen befindet sich eine federnde Trennschicht Kl, die die Aufgabe hat, die durchdringenden Gase abzukühlen sowie bei Lagerung des Räketenmotors den thermischen Längenänderungen der Treibsätze Γ3 und lh elastisch nachzugeben. Die Trennschicht 41. kann beispielsweise aus einer Metalldrahtmatte, z.B. aus Kupfer, einem Metallnetzgewebe oder aus federnden, gasdurchlässigen Distanzplatten bestehen. Auch Tellerfedern eignen sich für diese Anwendung. Die Trennschicht kann zusätzlich mit Kühlstoffen übersogen sein. Sie sollte dann zweckmKßigerweise eine große Oberfläche haben.

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Claims (14)

1. Ansprüche

   ί1.JMehrkammer-Raketentriebwerk mit einem zylindrischen Gehäuse, in welchem hintereinanderliegend zwei oder mehrere Feststoff-Treibsätze angeordnet sind, die durch Trennmittel voneinander isoliert sind, d a durch gekennzeichnet, daß an der Übergangsstelle zwischen den Treibsätzen oder in einem Hohlraum (15) des kopfseitigen Treibsatzes (14) separate Kühlmittel (25, 29, 30, 37, 4o, kl) vorgesehen sind, die in axialer Richtung gasdurchlässig sind, und die getrennt von den Treibsätzen (13, 14) herstellbar und montierbar sind.
2. 2. -Mehrkammer-Raketentriebwerk nach Anspruch 1, d a durch gekennzeichnet, daß in einer öffnung einer die Brennkammern trennenden Zwischenwand (20) ein mindestens an seinen Stirnseiten gasdurchlässiger Behälter (21) befestigt ist, in welchem einer oder mehrere Kühlkörper (25, 29) untergebracht sind, die aus Kühlstoff bestehen bzw. mit diesem versehen sind und eine gasdurchlässige Struktur bilden.
3. 3· Mehrkammer-Raketentriebwerk nach Anspruch 2, d a -durch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (21) ein Kühlkörper (29) mit über seine Länge gleichbleibendem Querschnittsprofil angeordnet ist.
4. 4. Mehrkammer-Raketentriebwerk nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß

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   die Kühlkörper (25, 29) aus einer mit einem Kühlstoff beschichteten Trägerstruktur bestehen.
5. 5« Mehrkammer-Raketentriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis K, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Treibsätze (I3, lh) eine axiale Ausnehmung (2h_f 24') vorgesehen ist, in die der Behälter (21) hineinragt.
6. 6. Mehrkammer-Raketentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet; daß bei einem Treibsatz (Γ5.ι 1*0 vom Innenbrennertyp die Kühlmittel (37, 4o) der Form des Hohlraumes (15) des Treibsatzes (14) im wesentlichen angepaßt und in diesen eingesetzt sind.
7. 7· Mehrkammer-Raketentriebwerk nach einem der Ansprüche Ibis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Treibsätzen (13, 14) ein ringförmiger Behälter (30) angeordnet ist, der ein flüssiges oder pulverförmiges Kühlmittel enthält.
8. 8. Mehrkammer-Raketentriebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Behälter eine strahlkoritraktierende Durchtrittsöffnung (32) aufweist, in deren Wandung mindestens eine Ausspritzöffnung vorgesehen ist.
9. 9. Mehrkammer-Raketentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel aus kapazitiven Wärmespeiehern oder Wärmeableitmitteln bestehen.

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10. 10. "Mehrkammer-Raketentriebwerk nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeicher oder Wärmeableitmjttel zusätzlich mit einem chemischen Kühlmittel beschichtet sind.
11. 11. Mehrkammer-Raketentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (15) des vor der Anzündung zu schützenden Treibsatzes (14) mit Kühlwatte (40), Kühllametta oder Kühlstaub gefüllt ist.
12. 12. Mehrkamraer-Raketentriebwerk nach· einem der vorher·-· gehenden Ansprüche, dadurch- gekennzeichnet, daß der Kühl,stoff zusätzlich einen Stoff enthält, der beim endothermen Zerfall ein vj arme dämmend es Pulver freigibt, das sich an der düsenseitigen Brennkammerwand festsetzt.
13. lj5V Mehrkammer-Raketentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Treibsätzen (IJ, 14) eine, vorzugsweise federnde, gasdurchlässige Trennschicht (41) aus kapazitivem und/oder chemischem Kühlmittel ange-' ordnet ist.
14. 14. Mehrkammer-Raketentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet-, daß zwischen den Treibsätzen (I3, 14) gasdurchlässige Metallplatten, z.B. Tellerfedern, angeordnet sind.