DE2637848A1

DE2637848A1 - Zuender fuer einen raketenmotor

Info

Publication number: DE2637848A1
Application number: DE19762637848
Authority: DE
Inventors: Fred A Christie; Elias P Morris
Original assignee: UK Government
Current assignee: UK Government
Priority date: 1975-08-25
Filing date: 1976-08-23
Publication date: 1977-03-17
Also published as: BE845472A; FR2322270B1; FR2322270A1; JPS52118800A; SE428399B; SE7609312L; JPS5924262B2; DE2637848C3; DE2637848B2; CA1036419A; GB1549647A; US4023497A

Description

TlEDTKE " BüHLING " KlNNE - GrUPE

Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne 2637848 Dipl.-lng. Grupe

Bavariaring 4, Postfach 20 24

8000 München 2

Tel.: (0 89)53 96 53-56

Telex: 5 24 845 tipat

cable. Germaniapatent München

23. August 1976

B 7590 case 1284-1

Her Majesty the Queen in Right of Canada as represented by the Minister of National Defence Ottawa, Kanada

Zünder für einen Raketenmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zünder für einen Raketenmotor und insbesondere auf einen Zünder für die Verwendung bei einem Raketenmotor mit einer einkanaligen Düse, bei welchem wegen eines Verkleidungsaufbaus am Kopfende des Motors die Zündung am hinteren Ende des Motors vorgenommen werden muß.

Ein Zünder besteht aus einem pyrotechnischen oder Zündsatz, der zusammen mit einer Zündladung oder einem Zündhütchen in einem Behälter eingeschlossen ist. Die Zündladung wird mit elektrischem Strom gezündet, wodurch die von der Zündladung freigegebene Energie den Zündsatz zündet, welcher

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Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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wiederum die ganze freie Oberfläche eines Festtreibstoffs gleichförmig zünden muß.

Die Erfindung betrifft eine Rakete für militärische Verwendung, bei der es erforderlich ist, daß eine zuverlässige Leistungsfähigkeit auch dann beibehalten ist, wenn der Zünder vielerlei unterschiedlichen extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist» Das am Düsenende angebrachte Zündsystem muß den Raketenmotof ohne Zündungs-Impulsspitzen oder verspätetes Zünden über einem Temperaturbereich von ungefähr -54°C bis +66 C zuverlässig zünden. Der pyrotechnische oder Zündsatz darf nicht zerbröseln oder zerbrechen, wenn er Schwingungen oder plötzlichen Temperaturveränderungen ausgesetzt wird, und der Zünder muß als eingebauter Teil der Rakete angebracht sein, soll aber kleine leichte Ausstoßbruchstücke ergeben.

Die überwiegende Mehrzahl von Raketenmotoren wird mittels Zündern gezündet, die am Kopfende des Raketenmotors befestigt sind. Zünder am vorderen Ende müssen genügend stark gebaut sein, um während der gesamten Brennzeit unversehrt zu bleiben, da der Ausstoß großer Stücke von Material die Rakete oder das nachfolgende Flugzeug beschädigen könnte oder unstabile Verbrennung und folglich erhöhte Betriebsdrücke verursachen könnte.

Bei sehr · wenigen Raketenmotoren wird die Zündung am hinteren Endevorgenommen. Bei großen Raketenmotoren werden verschiedentlich pyrogene bzw. hitzeerzeugende Zünder verwendet, die an einem Außenaufbau angebracht sind, der genau in dem Ausdehnungskegel ihrer Düse angeordnet ist. Ein von der Aerojet Solid Propulsion Company hergestellter 7 cm (6,985 cm; 2,75 Zoll) - Klappflossen - Flugzeugraketen - Motor (Folding Fin Aircraft Rocket) benützt eine Zündung am hinteren Ende, jedoch ist bei der Rakete eine Düsenanordnung mit 4 Kanälen verwendet, die in der Mitte des rückwärtigen

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Abschlusses einen Platz ergibt, an dem der Zünder befestigt ist.

Keines der bekannten Zündungssysteme kann den vorstehend genannten Aufbauerfordernissen genügen und als für
den Abschuß von Flugzeugen annehmbar betrachtet werden.

Die Zündung am Kopfende ist für die Verwendung bei Flugzeugen nicht brauchbar, da das Abstoßen von beispielsweise 76 cm langen Zünderzuleitungsdrähten nicht zulässig
ist und sich die Installation der Zuleitungsdrähte unter
der Verkleidung zur Vermeidung ihres Abstoßens als nicht
durchführbar erwiesen hat.

Äußere Zünder am Düsenende sind wegen der Forderung nach einer in sich geschlossenen Raketeneinheit gleichfalls nicht annehmbar. Innen angebrachte Zünder am Düsenende, die während der gesamten Brenndauer an Ort und Stelle verbleiben, erfordern zusätzlichen Raum und kostspielige Aufbauten; diese beiden Erfordernisse können bei. einem billigen Raketenmotor mit kleinem Durchmesser nicht zugelassen werden.

Die erfindungsgemäße Lösung des Problems liegt in
der Verwendung eines zwischen dem Ende des Festtreibstoffes und dem Einlaß der Düse angeordneten leichten zerbrechbaren Kunststoff-Zünders, der den Raketenmotor zündet und dann in verhältnismäßig kleinen Stücken durch die Düse ausgestoßen
wird.

Der Zünder besteht im wesentlichen aus einem Kunststoffrohr, einem Zündsatz, einer Zündladung, einer Zünderdichtung aus Schaum und Zündsatzkissen aus Schaum.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

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Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des Zünders.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Teils des

Raketenmotors, die den Zünder nach Fig. 1 in der Einbaulage zeigt.

Fig. 3 ist eine Stirnansicht des Zünders nach Fig. Fig. 4 ist eine Reihe von Druck-Zeit-Kurven, die

aus Zündungsversuchen an einer Motorattrappe

erhalten wurden.

Fig. 5 ist eine Reihe von Druck-Zeit-Kurven, die

aus Zündversuchen bei einem betriebsfähigen Motor erhalten wurden.

Gemäß der Zeichnung besitzt der Zünder einen Körper, der aus einem Rohr 1 besteht, welches vorzugsweise aus einem Material mit 30 % Glasfasern und 70 % Nylon hergestellt ist. Das Rohr hat ein offenes Ende 3 und ein abgeschlossenes Ende 5 mit verringertem Durchmesser. Eine Anzahl in gleichem Abstand angeordneter blattförmiger Segmente 7 ragen unter einem Winkel zur Mittelachse des Rohrs aus dem geschlossenen Ende des Rohrs an dem größten" Durchmesser heraus. Jedes Segment 7 besitzt einen äußeren Rand 9, der verstärkt ist und nach innen gerichtet ist. Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Segmente 7 den Zünder in der Einbaulage in einem Düsenhals eines Raketenmotors halten und so bemessen sind, daß sie bei Ausstoßen des Zünders durch den Düsenhals während des Brennens nach innen zu gebogen werden und die verstärkten Ränder 9 gegen die Wandung des Rohrs 1 gestoßen werden, um das Zerbrechen des Rohrs herbeizuführen. Der Sitz des Rohrs in dem Düsenhals ist insofern sehr wichtig, als das Rohr bei zu festem Sitz zu lange in dem Düsenhals bleibt und so einen Zündungsüberdruck verursacht, wogegen bei zu losem Sitz des Rohrs ein frühes Ausstoßen des Zünders und eine schlechte

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Flammenverteilung während des Zündens auftritt. Ein vorzugsweise zn wählendes Rohr für eine Rakete mit 7 cm Durchmesser wiegt ungefähr 5,47 g; bei Versuchen wurde festgestellt, daß ein derartiges Rohr in Stücke zerfällt, von denen keines schwerer als 1,3 bis 2,3 g ist.

Der bei dem Zünder vorzugsweise gewählte Zündsatz 13 besteht aus Borkaliumnitrat-Pillen, die nachstehend als BPN-Billen bezeichnet werden. Für eine Rakete mit 7 cm Durchmesser beträgt die verwendete Menge von BPN-Pillen ungefähr 8 g, wobei die Pillen vorzugsweise Zylinder mit 3,175 mm Durchmesser und 4,775 mm Länge sind. BPN wird vielfach als pyrotechnisches oder Zündmaterial verwendet und ist im Preis annehmbar, besitzt eine hohe Reaktionswärme und ist für eine Langzeitlagerung unter minimaler Verwitterung geeignet. Die Auswahl des Zündsatzgewichts und der Pillengröße wurde nach Vorversuchen getroff en / die gezeigt haben, daß mit dieser Pillengröße eine gute Zündung erreicht werden kann. Ein Zündsatz aus gleichförmig großen Pillen ergibt eine Vereinfachung der Herstellung, wobei diese vorstehend genannte Pillengröße eine gute Bestreichweite , entlang der gesamten Länge der Festtreibstoffbohrung ergibt, die für eine gleichmäßige schnelle Zündung und eine wirksame Nutzung des Zündsatzes erforderlich ist. Daher erfolgt nur ein geringer Ausstoß von teilweise verbrannten Pillen.

Zum Zünden des Zündsatzes wird eine Zündladung 15 verwendet, die in dem Rohr an einem verengten Abschnitt 14 des geschlossenen Endes 5 mit Hilfe eines Klebstoffes wie beispielsweise dem von der Armstrong Company of the United States unter der Artikel-Nr. A 34 erhältlichen befestigt ist. Elektrische Zuleitungen 17 für die Zündladung sind durch eine kleine öffnung in dem geschlossenen Ende geführt.

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Die elektrischen Kennwerte einer geeigneten Zündladung sind: maximaler nichtzündender Strom = 0,25 A für 2 min, minimaler sicherzündender Strom = 0,50 A für 5 min, und Widerstand = 1,50 + und 0,40 Ohm,

Um die Zündladung 15 herum ist ein Polyurethan-Schaumkissen 19 angebracht,das sowohl den Raum um die Zündladung herum abdichtet und auf diese Weise eine Bewegung des Zündsatzes verhindert, welche ein Zerpulvem und Zerbrechen des Zündsatzes bei Schwingungen verursachen würde, als auch einen Alternativweg für die Zündladungsflamme bei den seltenen Fällen bildet, bei denen auf das Zünden hin ein Bruch des Gehäuses der Zündladung anstelle eines Bruchs der Stirnseite der Zündladung auftritt. In das Ende des Rohrs ist zum Pesthalten der Pillen in dem Rohr während des Hantierens mit dem Zünder und dem zusammengebauten Raketenmotor ein Stopfen 21 aus Polyurethanschaum eingeleimt. Der Stopfen 21 dient auch als federndes Kissen für die pyrotechnischen oder Zündpillen, so daß er damit eine übermäßige Bewegung und folglich das Zerpulvern oder Zerbrechen der Pillen während Zeiträumen starker Schwingungen verhindert. Dies ist eine sehr bedeutende Funktion, da Zündimpulsspitzen während des Brennens entstehen, wenn hohe Konzentrationen kleiner Teilchen in einem Zündsatz vorliegen. Ein für die Verwendung als Kissen 19 und Stöpsel 21 verwendbarer Polyurethanschaum ist von der Monsanto Company, U.S.A., unter der Bezeichnungsnummer 3865F erhältlich, während ein geeignetes Klebemittel zum Festlegen des Stopfens 21 das von der Armstrong Company of the United States unter der Artikel-Nr. A-34 erhältliche Klebemittel ist.

Ein bewährtes Verfahren zum Prüfen und Messen von Zündern besteht darin, sie in einer Motorattrappe mit der gleichen Treibstoffbohrunggeometrie und der gleichen Düsenausführung wie der tatsächliche Motor zu zünden. Auf diese Weise wurden Zünder mit dem beschriebenen Aufbau bei -54°C,

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21 C und 66 C gezündet. Bei diesen Temperaturen erhaltene Oszillographenbilder der Druck-Zeit-Kurven sind in Fig. 4 gezeigt, bei der der Maßstab der horizontalen Zeitachse 20m see je Skaleneinheit und der Maßstab der vertikalen Druckachse 21,1 kg/cm je Skaleneinheit ist. Abweichend von der herkömmlichen Zündung am Kopfende ist die Fläche unter den Kurven mit abnehmender Temperatur vergrößert, was anzeigt, daß größere Energiemengen bei den Bedingungen erzielbar sind, bei denen es am schwierigsten ist, zusammengesetzte Festtreibstoffe zu zünden. Daher erleichtert dieses Hecksystem die Zündung zusammengesetzter Treibstoffe bei niedrigen Temperaturen. Die Fig. 5 zeigt die Druck-Zeit-Aufzeichnung der Zündphase bei drei scharf geladenen Motoren, die bei den selben Temperaturen gezündet wurden, wie sie bei der Motorattrappe angewandt waren. In Fig. 5 ist dabei der Maßstab der horizontalen Zeitachse 20 m see je Skaleneinheit und der Maßstab

2 der vertikalen Druckachse 37,5 kg/cm je Skaleneinheit. Für die Zündungen bei 21⁰C und -54°C sind die Druckaufbaugeschwindigkeiten sehr ähnlich, wobei die Zündverzögerungen jeweils 0,016 see und 0,020 see sind. Die Zünderrohre wurden in Übereinstimmung mit den Zündungsspitzendrücken von 112,5

0 2

kg/cm bzw. 98.4 kg/cm ausgestoßen.

Das Druckanstiegsausmaß bei dem bei 66 C gezündeten Motor kehrt kurzzeitig bei 59,8 kg/cm um, wenn (in normalem Verhalten) das Zünderrohr ausgestoßen wird, und

2 steigt dann weiter auf einen Zündungsspitzendruck von 100 kg/cm an. Die Zündverzögerung von 0,022 see ist kennzeichnend. Ausführliche Versuche haben erwiesen, daß die in Fig. 5 gezeigten Ergebnisse kennzeichnend sind. Der Zünder wurde auch bei verschiedenen Fällen einem Schwingversuch ausgesetzt und hat anschließend zufriedenstellend gearbeitet, ohne daß verspätete Zündungen oder Uberdruckspitzen aufgetreten sind.

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Mit der Erfindung ist ein Raketenmotor-Zünder geschaffen, der ein zylindrisches Rohr mit einem offenen Ende und einem abgeschlossenen Ende, einen verengten Abschnitt an dem abgeschlossenen Ende, eine Mehrzahl nahe dem abgeschlossenen Ende, nach außen zu herausragender Segmente, eine, in dem verengten Abschnitt befestigte Zündladung, einen Zündsatz in dem Rohr und einen Polyurethansehaumstopfen in dem offenen Ende des Rohrs aufweist.

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Claims

- 9 Patentansprüche

1. Zünder für einen Raketenmotor, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Rohr (1) mit einem offenen Ende (3) und einem abgeschlossenen Ende (5), einen verengten Abschnitt (14) an dem geschlossenen Ende, eine Mehrzahl nahe dem geschlossenen Ende nach außen zu herausragender Segmente (7), eine in dem verengten Abschnitt befestigte Zündladung (15), einen Zündsatz (13) in dem Rohr und einen Polyurethanschaum-Stopfen (21) in dem offenen Ende des Rohrs.

2. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um die Zündladung (15) herum ein Polyurethanschaum-Kissen (19) angebracht ist und der Zündsatz (13) unbewegbar zwischen dem Stopfen (21) und dem Kissen (19) gehalten ist.

3. Zünder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus einem Material aus 30 % Glasfasern und 70 % Nylon hergestellt ist.

4. Zünder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündsatz (13) aus Borkaliumnitrat-Pillen mit jeweils 3,175 mm Durchmesser und 4,775 mm Länge besteht.

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