DE2731060C2

DE2731060C2 - Raketenabschußeinrichtung

Info

Publication number: DE2731060C2
Application number: DE19772731060
Authority: DE
Inventors: Edward T. Pomona Calif. Piesik
Original assignee: General Dynamics Corp St Louis Mo; General Dynamics Corp
Current assignee: Hughes Missile Systems Co (a Delaware Corp) Can
Priority date: 1977-06-14
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1982-04-01
Also published as: NL165286B; FR2396950B1; AU2619777A; BE856528A; DE2731060A1; NL7707074A; NL165286C; AU499677B2; GB1540803A; FR2396950A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Raketenabschußeinrichtung mit mehreren an eine gemeinsame Abgassammelleitung angeschlossenen Abschußkammern, die an der Übergangsstelle zur Abgassammelleitung Verschlußklappen aufweisen, die um quer zur Abgassammelleitung angeordnete Achsen schwenkbar sind.

Bei Raketenabschußeinrichtungen ist es von Wichtigkeit, daß die Abgase der Raketen, die eine Temperatur von etwa 3300⁰C haben können, während beabsichtig-

•to ter oder unabsichtlicher Raketenzündungen sicher ableitbor sind, damit keine Detonationen von in den Abschußkammern befindlichen Raketen und ihrer Geschoßköpfe auftreten und eine Gefährdung von Personen und außerhalb der Abschußkamniern befindlieher Installationen durch aus dem zur Abgassammelleitung entgegengesetzten Ende der Abschußkammern austretende Abgase ausgeschaltet wird.

Bei einer bekannten Raketenabschußeinrichtung der eingangs erwähnten Art (US-PS 24 45 423) sind die Verschlußklappen der Abschußkammern von an der Übergangsstelle zur Abgassammelleitung federbclasteten Rückschlagklappen gebildet, die um eine im Querschnitt der Abgassammelleitung angeordnete Schwenkachse drehbeweglich gelagert sind, sich im Ruhezustand in Schließstellung befinden, bei Zündung der in der zugeordneten Abgaskammer befindlichen Rakete durch den Abgasstrom in Öffnungsstellung gebracht werden und sich danach selbsttätig in die Schließstellung zurückbewegen. Weiterhin wird im Falle einer Raketenzündung durch den Abgasstrom in der Abgassammelleitung eine zusätzliche Schließkraft auf die Verschließklappen der Abgaskammern ausgeübt, in denen die Raketen nicht gezündet worden sind, so daß keine heißen Abgase aus der Abgassammelleitung in diese Abgaskammern eindringen können.

Als nachteilig erweist sich jedoch bei dieser bekannten Raketenabschußeinrichtung. daß die Schwenkachsen sowie die Rückstellfedern der Rück-

schlagklappen unmittelbar im Strömungsweg der heißen Abgase angeordnet und damit einer maximalen Erwärmung und Erosion ausgesetzt r^nd. Es besteht somit die Gefahr, daß die Rückstellfedern der Verschlußklappen, wenn sie nicht gar vollständig bei 5 Zündung der Rakete aus ihrer Lagerung ausgebrannt werden, in ihrer Schließwirkung so stark beeinträchtigt werden, daß sie nicht mehr dichtend gegen heiße Abgase sind, die bei Zündung der Raketen in benachbarten Abschußkammern in die Abgassammeileitung strömen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Raketenabschußeinrichtung gemäß der eingangs erwähnten Art so zu gestalten, daß unter Ausschaltung der beim Stand der Technik gegebenen Verschleißgefahren ι ^r> stets ein sicheres Schließen der Verschlußklappen zwecks Abdichtung gegen in der Abgassammelleitung strömende heiße Abgase unter Ausnutzung der Strömung letzterer gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 2u daß zwischen den Abschußkammern und der Abgassammelleitung Übergangsabschnitte angeordnet sind, die sich — ausgehend vom Querschnitt der Abschußkammer — konisch erweitern und in denen die Verschlußklappen so angeordnet sind, daß sie zur Achse r> der Abschußkammer geringfügig aufeinander zu geneigt frei hängen, ohne dabei in den Querschnitt der Abgassammelleitung hineinzuragen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Raketenabschußeinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Anordnung der Verschlußklappen in den Übergangsabschnitten zwischen Abschußkammern und der Abgassammelleitung ist ein Umströmen der Verschlußklappen derjenigen Abschußkammern, in η denen die Raketen nicht gezündet worden sind möglich, so daß die der Druckwelle jeweils abgewandte Verschlußklappe in Schließstellung bewegbar ist und eine Zirkulation von Abgasen in die genannten Abschußkammern vermieden wird. Die Verschlußklappen bleiben solange geschlossen, wie der Druck in der Abgassammelleitung geringfügig über dem Druck in der den Verschlußklappen zugeordneten Abschußkammer ist. Die Verschiußklappen jeder Abschußkammer sind unabhängig voneinander im oberen Teil des Übergangsabschnitts außerhalb des Strömungsbereiches heißer Abgase gelagert, so daß ein Hitzeverschleiß ihrer Drehlagerung vermieden wird. Letztere ist so ausgelegt, daß die Verschlußklappen allein durch Wirkung der Schwerkraft in der geringfügig aufeinander geneigten 5η Stellung bei Fehlen eines Druckgefälles zwischen Abschußkammern und Abgassammelleitung hängen.

Vorteilhafterweise sind Teile der Verschlußklappen gegen Hitze durch ein Isoliermaterial geschützt. Im Bereich der scharnierartigen Drehgelenke werden ein wärmeisolierendes Material und entlang der Kanten der Verschlußklappen hochlemperaturfeste Dichtungen vorgesehen, die verhindern, daß Abgas aus der Abgassammelleitung an den Verschlußklappen vorbei in die Abschußkammer zurückströmen. Die Verschluß- bo klappen und der Übergangsabschnitt sind so gestaltet, daß in jeder Gleichgewichtslage der auf die entgegengesetzten Flächen der Verschlußklappen wirkenden Momente die Strömung der Abgase zwischen den Verschlußklappen in Richtung Abgassammelleitung fö sozusagen als Stopfen wirkt, der eine Strömung der Abgase in umgekehrter Richtung verhindert.

Die Verschlußklappen sind vorzugsweise mit Gegengewichten versehen, Lm sie im statischen Zustand, in dem sie vorzugsweise höchstens 30° geneigt zur Vertikalen hängen, vollständig geschlossen zu halten.

Langgestreckte Umlenkelemente sind am Innenmante! der Abgassammelleitung etwa in deren Mittelebene im Mündungsbereich der Übergangsabschnitte in die Abgassammelleitung vorsehbar. Ebenso sind untere, konkav nach oben gekrümmte Umlenkelemente vorsehbar, die in die Abgassammelleiturig vorstehen und vom Boden letzterer aufwärts strömende Abgase in Abströmrichtung der Abgassammelleitung umlenken. Die Enden sowie die Seiten der Übergangsabschnitte sind entlang der Achse der Abgassammelleitung nach außen bzw. entsprechend unten nach innen geneigt.

Die erfindungsgemäße Raketenabschußeinrichtung wird im einzelnen nun anhand der Zeichnungen beschrieben. In letzteren ist

Fig. 1 ein Vertikalschnitt durch die erfindungsgemäße Raketenabschußeinrichtung, wobei eine Abschußkammer und die Verschlußklappen letzterer in vollständigem Schließzustand im Gleichgewicht gezeigt sind;

Fig. 2 eine schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Raketenabschußeinrichtung mit an eine gemeinsame Abgassammelleitung angeschlossenen drei Abschußkammern bei zwei unterschiedlichen Abschußzustände!;;

Fig. 3 ein Vertikalschnitt der erfindungsgemäßen RakelcnabschuQeinrichtung mit geringfügig aufeinander zu geneigt frei hängenden Verschlußklappen ohne Gegengewichte;

Fig. 4 ein Vertikalschnitt der erfindungsgemäßen Raketenabschußeinrichtung gemäß F i g. 1 in gekippter Lage;

Fig. 5 ein Vertikalsthniit gemäß der Linie 5-5 in Fig. 1, der einen oberen Teil einer Verschlußklappe zeigt;

Fig. 6 ein Vertikalschnitt entlang der Linie 6-6 der Fig.l;

F i g. 7 ein Horizontalschnitt entlang der Linie 7-7 der Fig. I mit vollständig geschlossenen Verschlußklappen;

F i g. 8 ein Horizontalschnilt entlang der Linie 8 8 der Fig. 2; und

F i g. 9 ein Horizontalschnitt in der Ebene der F i g. 7 mit geringfügig geöffneten Verschlußklappen.

Fig. I zeigt eine erfindungsgemäße Raketenabschußeinrichtung 10 mit einer dargestellten Abschußkammer 20, die eine Rakete 22 enthält, und mit einem Übergangsabschnitt 26 zwischen der Abschußkammer 20 und einer Abgassammelleitung 28. Bei Zündung der Rakete 22 strömt Abgas unter hohem Druck mit hoher Geschwindigkeit aus der unteren öffnung 30 der Abschußkammer 20 in den Übergangsabschnitt 26 und durch dessen Mündung 34 in die Abgassammelleitung 28.

Die Abschußkammer 20 kann oben und an den Seiten geschlossen oder offen sein. Die Rakete 22 ist auf übliche nicht dargestellte Weise abgestützt und braucht nicht in der Achse der Abschußkaminer 20 und nicht einmal genau parallel zu dieser angeordnet zu sein.

Die Mündung 34 des Übergangsabschnitts 26 in die Abgassammelleitung 28 ist ausreichend weit unter der öffnung 30 der Abschußkammer 20 angeordnet, so daß Verschlußkappen 40, 42 für die öffnung 30 im oberen Teil des Übergangsabschnitts 26, der sich — ausgehend vom Querschnitt der Abschußkammer 20 — konisch erweitert, vorgesehen sein können, und zwar auch in einem oberen vertikal verlaufenden Teil des Übergangsabschnitts 26. Die Abschußkammer 20 kann

alternativ auch im wesentlichen jedem Winkel von der Vertikalen weg geneigt sein, wobei der Übergangsabschnitt 26 mittels geeigneter Winkelteile an der Abschußkammer befestigt ist.

Die erfindungsgemäße Raketenabschußeinrichtung 10 weist mehrere — im Falle der F i g. 2 drei — entlang der Abgassammelleitung 28 im Abstand zueinander angeordnete Abschußkammern 20 auf, die identisch ausgebildet und — gesehen in Fig. 2 — von links nach rechts mit 1., 2. und 3. Abschußkammer 20 gekennzeichnet sind.

Die Verschlußklappen 40 und 42 sind im wesentlichen identisch ausgebildet. Die Verschlußklappe 40 bzw. 42 ist, wie Fig. 1 zeigt, entlang der oberen Innenkante 44 bzw. 50 eines einwärts verlaufenden Teils 48 bzw. 54 des Übergangsabschnitts 26 mittels eines Scharniers 46 bzw. 52 schwenkbar angeordnet.

Die Verschlußklappen 40, 42 werden bei Auftreten eines Druckgefälles zwischen Abgassammelleitung 28 und Abschußkammer 20 in den Schließzustand geschwenkt und verhindern, daß Abgase aus der Abgassammelleitung 28 aufwärts durch den Übergangsabschnitt 26 in die Abschußkammer 20 strömen, wenn die Rakete 22 in einer der anderen Abschußkammern 20 zündet. Die Verschlußklappen 40, 42 der 2. Abschußkammer 20 in Fig. 2 zeigen diesen Zustand. Bei Zündung der Rakete 22 werden die Verschlußklappen 40, 42 (1. und 3. Abschußkammer 20 in F i g. 2) jeweils entsprechend dem Differenzdruck zwischen dem Druck des von der über den Verschlußklappen 40, 42 gezündeten Rakete 22 abwäits gei i«.iiteteii Abgdsstroms 56 und dem Druck des aus der Abgassammelleitung 28 in den Übergangsabschnitt 26 gerichteten Abgasstroms geöffnet, wobei zwischen den geöffneten Verschlußklappen 40, 42, die dabei nicht in den Querschnitt der Abgassammelleitung 28 hineinragen, ein sog. »Gasstopfen« gebildet ist.

Wie aus den F i g. 1. 2 und 4 und 5 hervorgeht, weisen die Verschlußklappen 40 und 42 vorzugsweise Gegengewichte 58 bzw. 60 auf, die oben außen an den Verschlußklappen 40, 42 befestigt sind. Die Gegengewichte 58, 60 lassen sich außerhalb des Übergangsubschnitts 26 anordnen. In diesem Fall durchdringt das Drehgelenk den Übergangsabschnitt 26 und es sind gleichzeitig geeignete Dichtungen vorgesehen. Die Gegengewichte 58, 60 sind vorzugsweise so ausgestaltet, daß bei vertikaler Ausrichtung von Abschußkammer 20 und Übergangsabschnitt 26 die Verschlußklappen 40, 42 bei nicht gezündeter Rakete 22 aneinanderschließend nach unten hängen, d. h. das gemeinsame Gewicht der Verschlußklappen 40, 42, der Gegengewichte 58, βθ sowie der Drehgelenke 46, 52 bewirkt, aaii die Verschlußklappen 40, 42 gerade so weit schließen, daß ihre unteren Kanten 64, 66 (Fig. 1) unter statischen Bedingungen einander leicht berühren, wenn kein Abgasdruck auf eine der Seiten der Verschlußklappen 40, 42 einwirkt Im geschlossenen Zustand hängen die Verschlußklappen 40, 42 vorzugsweise unter einem Winkel von maximal 30° zur Vertikalen geneigt, obgleich die Verschlußkiappen 40, 42 auch bei Schließwinkeln bis 90^c (d.h. horizontaler Lage im Schließzustand) einwandfrei arbeiten. Eine Ausgleichskraft, die die Verschlußklappen 40, 42 unter statischen Bedingungen fest geschlossen hält, ist nicht erforderlich.

Ein Vorsehen von Gegengewichten an den Verschlußklappen 40, 4Z um letztere unter statischen Bedingungen in Schließstellung zu halten, ist jedoch nicht 2:wingend erforderlich. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Verschlußkiappen 40, 42 einwandfrei arbeiten, wenn sie so ausgelegt sind, daß sie im Ruhestand zur Achse der Abschußkammer 20 nur geringfügig aufeinander zu geneigt frei hängen, j Beispielsweise arbeiten die Verschlußkiappen 40, 42 einwandfrei, wenn sie unter statischen Bedingungen fast vertikal hängen, wie in F i g. 3 gezeigt ist. In diesem Fall sind, wenn die Verschlußkiappen 40, 42 exzentrisch angelenkt an den Innenkanten 44 und 50 der einwärts

κι verlaufenden Teile 48 und 54 des Übergangsabschnittes 26 angelenkt herabhängen, keine Gegengewichte 58, 60 notwendig.

Bei vielen Einsatzgebieten der erfindungsgemäßen Raketenabschußeinrichtung erweist sich jedoch das

η Vorsehen von Gegengewichten vorteilhaft; so z. B. auf Schiffen, wenn die Raketenabschußeinrichtung 10 zeitweilig in die aus F i g. 4 ersichtliche Stellung gekippt wird. In einem solchen Fall würde bei Fehlen von Gegengewichten eine der Verschlußkiappen 40,42 beim Kippen aus der in F i g. 3 gezeigten Lage in die in F i g. 4 gezeigte Lage der Raketenabschußeinrichtung 10 schon bei der geringsten Schräglage letzterer von der Achse der Abschußkammer 20 wegkippen. Das hätte zur Folge, daß die Verschlußkiappen von dem in der Abgassammelleitung auftretenden Druck einer in einer anderen Abschußkammer 20 gezündeten Rakete 22 nicht einwandfrei geschlossen werden würden. Weiterhin können bei Zündung der über den Verschlußkiappen 40, 42 befindlichen Rakete 22 nach auswärts gekippte Verschlußkiappen 40 so weit aufschwingen, daß der A'ugasstrvjiii 36 i.iJi; liichr als s&g. Gasstcpfcn wirken kann und Abgas aus der Abgassammelleitung 28 in die Abschußkammer 20 strömt.

Das Vorsehen von in der genannten Weise ausgeiegten Gegengewichten an den Verschlußkiappen 40 und 42 gewährleistet auch, daß bei Kipplage der Raketenabschußeinrichtung 10 beide Verschlußkiappen 40 und 42 — wenn auch nicht symmetrisch — für alle praktisch auftretenden Kippwinkel der Rakeienabschußeinrichtung 10 zur Achse der Abschußkammer 20 hin geneigt bleiben (Fig. 4), so daß sie immer einwandfrei funktionieren. Weiterhin sind in dem Übergangsabschnitt 26 an der Innenseite seiner Wandung 70 Anschläge 68 vorgesehen, die insbesondere bei Kipplage der Raketenabschußeinrichtung 10 ein Schwingen der Verschlußklappe 40 oder 42 über die Schließstellung hinaus verhindern.

Tritt bei den zur Achse der Abschußkammer 20 geringfügig aufeinander zu geneigt frei hängenden Verschlußkiappen 40, 42 ein mechanischer Funktionsfehler auf. so kann Gefahr bestehen, daß sie sich aus dem statischen Zusiauu iiiciii in den Schhcuzustand bewegen können. In einem solchen Fall stellen Gegengewichte weiterhin einen Sicherheitsfaktor dar.

Unter bestimmten Bedingungen der Raketenzündung werden die Verschlußkiappen 40, 42 der entsprechenden Abschußkammer 20 teilweise in eine geöffnete Stellung gedrückt wie die Gleichgewichtslage der Verschlußkiappen 40, 42 der 1. Abschußkammer 20 in Fig.2 zeigt Unter anderen Bedingungen werden die Verschlußkiappen 40, 42 in die vollständig geöffnete Lage gedrückt in der sie, wie die 3. Abschußkammer 20 der Fig.2 zeigt in bezug auf die Achse der Abschußkammer 20 nach außen geneigt sind und mit von der öffnung 30 der Abschußkammer 20 abgewandten Flächen 76 bzw. 78 an den Innenflächen 80 und 82 .schräg nach außen verlaufender, die konische Erweiterung des Obergangsabschnitts 26 bildender Wände 72

bzw. 74 anliegen. Um dies zu ermöglichen, sind, wie F i g. 1 und 2 zeigen, obere Teile 90 und 92 der Wände 72 und 74 nach außen gebogen, damit letztere nicht mit den Gegengewichten 58,60 in Berührung kommen.

Die unteren Kanten 64 und 66 der Verschlußklappen 40 und 42 weisen eine hochtemperaturfeste Dichtung 94 auf, wie Fig. 1 zeigt. Die die schräg nach außen verlaufenden Wände 72 und 74 verbindenden Wände 70 des Übergangsabschnitts 26 sind, wie Fig.4 und 6 verdeutlicht, nach einwärts geneigt. Da die Verschlußklappen 40, 42 nicht genau rechteckig, flexibel oder gleitend verschiebbar sind, sind an den Seilenkanten 98 der Verschlußklappen 40, 42 hochtemperaturfeste Dichtungen % vorgesehen (Fig.5). Diese Dichtungen % liegen an den Innenflächen 100 der Wände 70 an, biegen sich oder gleiten einwärts entlang der Verschlußklappen 40,42 und sorgen unabhängig von der Lage der Verschlußklappen 40, 42 für eine Abdichtung zwischen den Seitenkanten 98 und den Wänden 70. Mindestens die der öffnung 30 der Abschußkammer 20 zugewandten Flächen 102 und 104 der Verschlußklappen 40 und 42 sind mit einer nicht gezeigten Beschichtung aus isolierendem Material versehen, um die Verschlußklappen 40, 42 gegen hohe Temperaturen zu schützen, die bei der Raketenzündung auftreten. Die Dicke der Isolierschicht hängt bekanntermaßen von der maximalen Abgasmassenströmung und deren Geschwindigkeit ab. Alternativ können mindestens die Flächen 102, 104 der Verschlußklappen 40, 42 mit einem geeigneten Abtragematerial versehen sein.

Die Drehlager 46, 52 sind gegen die Temperatureinwirkung der Abgase durch Anordnung außerhalb der Abgasströmung sowie sich von oberen Teilen 48 und 54 des Übergangsabschnitts 26 abwärts erstreckende Flansche 110 bzw. 112 geschützt. Zusätzlicher Hitzeschutz läßt sich durch Abdecken des Drehlagerbereichs mit herkömmlichen Wärmeisoliermaterial erreichen.

Wenn der Durchmesser des Übergangsabschnitts 26 klein im Vergleich zur Ultraschallänge des Abgasstroms 56 aus der Rakete ist, können Abgase, die abwärts auf den Boden der Abgassammelleitung 28 durch die Mündung 34 des Übergangsabschnitts 26 auftreffen, so hohe Drücke erzeugen, daß die Abgase ihre Richtung umkehren und aufwärts entlang des Innenmantels 114 der Abgassammelleitung 28 und von dort zurück in den Übergangsabschnitt 26 strömen. Aus diesem Grund ist eine sich in Achsrichtung der Abgassammelleitung 28 erstreckende Ablenkeinrichtung 116 dem Innenmantel 114 der Abgassammelleitung 28 gegenüberliegend im Bereich der Mündung 34 des Übergangsabschnitts 26 angeordnet, die eine solche Rückströmung verhindert, deren entgegengesetzten Enden sich über üie Mündung 34 hinaus erstrecken.

Die Ablenkeinrichtung 116 weist langgestreckte, an dem Innenmantel 114 der Abgassammelleitung 28 befestigte, radial in letztere vorstehende Umlenkelemente 118 auf, deren untere gekrümmte Flächen bei nicht gekippter Lage der Raketenabschußeinrichtung (Fig. 1) in einer waagerechten Ebene liegen, die etwa durch den Mittelpunkt der Abgassammelleitung 28 verläuft (Fig.6). Die Flächen sind aufwärts konkav geformt und lenken Abgas, das den Innenmantel 114 entlang aufwärts strömt in Axialrichtung der Abgassammelleitung 28 um, so daß es nicht durch die Mündung 34 strömen kann.

Zündet die Rakete 22 in irgendeiner Abschußkammer, so setzen die in die Abgassammelleitung 28 strömenden Abgase diesen unter Druck. Das resultierende auf die Verschlußklappen 40, 42 an deren Abschußkammern 20 wirkende Schließmoment, das gleich dem Druck in der Abgassammelleitung 28, multipliziert mit der Fläche 76,78 der Verschlußklappen 40, 42 ist, drückt letztere aus ihrer anfänglich offenen Stellung in einen vollständig geschlossenen Zustand und hält sie geschlossen, so lange der Druck in der Abgassammelleitung geringfügig über dem Druck in der zugeordneten Abschußkammer 20 ist.

ίο Bevor die gezündete Rakete 22 aus der Abschußkammer 20 heraushebt und während eines Brennablaufs, bei dem die Rakete festgehalten bleibt (1. Abschußkammer 20 in F i g. 2), werden die Verschlußklappen 40,42 dieser Abschußkammer 20 durch den Druck der aufschlagenden Abgase aufgeschwenkt. Sind die Gegengewichte 58, 60 größer als erforderlich, um die Verschlußklappen 40, 42 gerade geschlossen zu halten, muß sich Druck oberhalb der Verschlußklappen 40, 42 aufbauen, bis diese übermäßige Gewichtsbelastung überwunden ist.

Während dieses Druckaufbaus können die eingeschlossenen Abgase Schaden an der Rakete 22 selbst oder ihrer Umgebung verursachen. Aus diesem Grund ist eine solche übermäßige Belastung zu vermeiden. Wenn die Verschlußklappen 40, 42 aufschwenken, erreichen sie normalerweise eine Gleichgewichtslage, in der sie nicht vollständig geöffnet sind, wenn das Öffnungsmoment der auf die Flächen 102,104 der Verschlußklappen 40,42 wirkenden Abgase gerade gleich dem Schließmoment ist, das der auf die Flächen 76, 78 der Verschlußklappen 40, 42 wirkende Druck in der Abgassammelleitung 28 ausübt. Wenn die Abgasströmung der Rakete 22 sich zeitlich ändert — beispielsweise im Fall einer abgeschossenen Rakete — sind auch die Auftreffkraft und der Druck in der Abgassammelleitung 28 zeitveränderlich. Die Verschlußklappen 40 und 42 schwenken also fortwährend in neue Gleichgewichtslagen.

Schießt eine gezündete Rakete 22 durch die Öffnung 120 z. B. der 3. Abschußkammer (F i g. 2), so dehnt sich die Abgasströmung 56 aus und füllt den Querschnitt im unteren Bereich der Abschußkammer 20 vollständig aus. Um unter diesen Bedingungen eine Drosselung der Abgasströmung zu verhindern, sollte die Querschnittsfläche der Strömung durch den Übergangsabschnitt 26 und die Abgassammelleitung 28 mindestens so groß wie der Strömungsquerschnitt der Abschußkammer 20 sein. Die Abgassammelleitung 28 kann gewöhnlich bei vorgegebenem Durchmesser der Abschußkammer 20 auf diesen erforderlichen Strömungsquerschnitt ausgelegt werden.

Während die Rakete 22 sich von der Mündung 30 wegbewegt, bewirken die Abgase, die unmittelbar auf einen zunehmend größer werdenden Teil der Flächen 102, 104 der Verschlußklappen 40, 42 auftreffen, ein volles Aufschwenken letzterer. Der Übergangsabschnitt 26 sollte zwischen den Verschlußklappen 40,42 einen im wesentlichen gleichmäßigen Strömungsquerschnitt aufweisen, um eine Drosselung der Strömung zu verhindern.

Während des Abschusses der Rakete 22 werden Luft und Abgase über den Verschlußklappen 40, 42 in der Abschußkammer 20 vom Abgasstrom 56 mitgerissen, reduzieren den Druck in der Abschußkammer 20 und ziehen Außenluft in die öffnung 120 z.B. der

1. Abschußkammer 20 gemäß Fig.2 hinein. Wenn die Öffnung 120 der Abschußkammer 20 geschlossen ist, tritt in letzterer ein Unterdruck auf.
Typische Verschlußklappen 40,42 sowie ein typischer

Übergangsabschnitt 26 erfordern die Berücksichtigung folgender Parameter: die ballistischen Werte des Raketenmotors einschließlich dem Druck der Abschußkammer, der Strömungsgeschwindigkeit, der Brenntemperatur sowie des Halsdurchmessers, Strömungsquerschnitt der Abschußkamnier 20, maximaler Innendruck der Abschußkamnier während eines normalen Abschusses, Strömungsquerschnitt des Abgassammeikanals 28, Druck im Abgassanimelkanal 28 bei der maximalen Abgasströmung, zulässige Höhe des Übergangsabschnitts und eine theoretische oder experimental Beschreibung des Abgasströmungsfeldes als Funktion der Zeit in der Axial- und Radialrichtung, wobei die erforderlichen Strömungswerte der Pitotdruck, der statische oder örtliche Umgebungsdruck (P_un,b), die statische Temperatur, die Gesamttemperatur, die Geschwindigkeit, die Machzahl, die Gaskonstante und das spezifische Wärmeverhältnis sind.

Zur Konstruktion wird im allgemeinen folgendermaßen vorgegangen: Die oberen Abmessungen der Verschlußklappen 40, 42 und des Übergangsabschnitts 26 werden von den Endabmessungen der Abschußkammer 20 und/oder dem Querschnitt letzterer festgelegt. Wenn der Querschnitt der Abschußkammer kreisrund ist, erfolgt ein Übergang zu gradlinigen Abmessungen. Die Abmessungen der unteren Kanten 64, 66 der Verschlußklappen 40, 42 bestimmen sich aus der Forderung, daß die öffnung über diesen unteren Kanten von dem Pitotdruck Pr der Abgase, der mindestens so hoch wie der statische Druck in der Abgassammelleitung 28 sein muß, vollständig umschlossen sein muß. Jeder Querschnitt der Abgasströmung, z. B. der Abgasströmung 56. läßt sich im wesentlichen als eine Serie konzentrischer /YRinge beschreiben, wie in F i g. 8 ersichtlich ist, in denen Pr zur Achse der Abgasströmung 56 hin zunimmt. Hierbei ist Pr ι höher als Pr 2. dieser größer als Pr 3, dieser wiederum höher als Pr4, und Fr₄ ist gleich P_amb. Der statische Druck in der Abgassammelleitung 28 wird auf herkömmliche Weise aus dem Massendurchsatz und den statischen Eigenschaften des Abgasstroms und der Querschnittsfläche der Abgassammelleitung bestimmt. Wie aus Fig.9 hervorgeht, muß der Wert von Pr bei einem Durchmesser 122, der sich aus der Offenstellung der Verschlußklappen 40,42 in einem bestimmten Brennzustand bestimmt, mindestens so hoch wie der statische Druck in der Abgassammelleitung 28 sein, damit die in diesem befindlichen Abgase nicht aufwärts in die Abschußkammer 20 zurückströmen können.

Wenn die ballistisch«*· Daten des Raketenmotors zeitveränderlich sind, gilt dies auch für das Abgasdruckfeld und den Druck in der Abgassammelleitung 28 bei konstantem Strömungsquerschnitt in letzterer. Die anfängliche Konstruktion basiert zunächst auf der maximalen zu erwartenden Strömung und Ballistik der Rakete und wird bei geringeren Strömungen geprüft, um zu gewährleisten, daß der Druck in der Abgassammelleitung 28 den Abgaspitotdruck bei der neuen Offenstellung der Verschlußklappen 40, 42 nicht übersteigt Ist dies dennoch der Fall, müssen die Abmessungen der unteren Kanten 64,66 der Verschlußklappen 40, 42 verkleinert werden, so daß sich an der untersten Stelle der Öffnung ein höherer Pitotdruck der Abgase ergibt.

Um eine verhältnismäßig große Anzahl von Abschußkammern 20 entlang der Abgassammelleitung 28 vorsehen zu können, wird die Länge der Mündung 34 des Übergangsabschnitts 26 in die Abgassammelleitung 28 so gering wie möglich gehalten. Da die Strömungsdurchtrittsfläche zur Abgassammelleitung 28 mindestens gleich dem Strömungsquerschnitt der Abschußkammer 20 während eines normalen Abschusses sein muß, wenn die Verschlußklappen 40, 42 vollständig aufschwenken, müssen die Abmessungen der unteren Kanten 64, 66 der Verschlußklappen 40, 42 unter Berücksichtigung dieser Bedingungen so groß wie möglich sein.

Sind die oberen und unteren Abmessungen der Verschlußklappen 40, 42 nach den erläuterten Kriterien ermittelt, wird die Länge bzw. Höhe der Verschlußklappen 40., 42 aufgrund des Gleichgewichts zwischen Flächen 102, 104 bzw. 76, 78 der Verschlußklappen 40, 42 bestimmt. Der Druck in der Abgassammeüeitung 28 wird so vorausgesetzt, als ob er im wesentlichen gleichmäßig auf die Flächen 76, 78 wirkt und ein Schließmoment erzeugt, dem die über die Flächen 102, 104 integrierte Drucklast der Abgase, die nicht gleichmäßig auitreffen, entgegenwirkt. Nachdem die unteren Abmess jngen der Verschlußklappen 40 und 42 und der Druck in der Abgassammelleitung 28 festgelegt sind, wird der Gleichgewichtszustand eine Funktion der Flächen der Verschlußklappen, ihrer Länge, des Abgasauftreffwinkels auf die Flächen 102, 104 und des Auftreffbereichs im Abgasstrom 56, der den wiedergewonnenen Druck bei einer bestimmten Unter- oder Überschall-Machzahl der Abgase bestimmt, wobei die Abgase, die auf die aus der Schließstellung aufschwenkenden Verschlußklappen 40, 42 auftreffen, weniger stark wirken.

Die endgültige Lage, bei der die Momente sich einander aufheben, muß die oben für die Abmessungen der unteren Kanten 64, 66 der Verschlußklappen 40, 42 angewandten Kriterien erfüllen. Ist dies nicht der Fall, muß die Konstruktion iterativ festgelegt werden.

Der Neigungswinkel der Wände 70 und die Höhe des Übergangsabschnitts 26 richten sich nach der endgültigen Geometrie der Verschlußklappen 40,42.

Vorzugsweise sollte der Winkel zwischen der Mittellinie des Abgasstroms 56 und den Verschlußklappen 40,42 und den Wänden 70 des Übergangsabschnitts 26 für jede Gleichgewichtslage der Verschlußklappen 40, 42 kleiner als etwa 30° sein, so daß Druckstöße im rechten Winkel sowie dadurch bedingte sehr schnelle große Erwärmung der Verschlußklappen 40, 42 oder der Wände 70 kaum auftreten können- Wenn weiterhin dieser Winkel groß isl, nimmt die Wahrscheinlichkeit zu, daß ein Teil der Abgase aus dem oberen Teil des Übergangsabschnitts 26 in die Abschußkammer 20 zurückströmen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Raketenabschußeinrichtung mit mehreren an eine gemeinsame Abgassammelleitung angeschlossenen Abschußkammern, die an der Obergangsstelle zur Abgassammelleitung Verschlußklappen aufweisen, die um quer zur Abgassammelleitung angeordnete Achsen schwenkbar sind und mit Anschlägen im Schließzustand zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Abschußkammern (20) und der Abgassammelleitung (28) Übergangsabschnitte (26) angeordnet sind, die sich — ausgehend vom Querschnitt der Abschußkammer (20) — konisch erweitern und in denen die Verschlußklappen (40, 42) so angeordnet sind, daß sie zur Achse der Abschußkammer (20) geringfügig aufeinander zu geneigt frei hängen, ohne dabei in den Querschnitt der Abgassammelleitung (28) hineinzuragen.

2. Raketenabschußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußklappen (40, 42) an scharnierartigen Drehlagern (46, 52) befestigt sind, die außerhalb der direkten Strömung der heißen Abgase durch die Übergangsabschnitte (26) angeordnet sind.

3. Raketenabschußeinrichtung nach Anspruch 2. gekennzeichnet durch am oberen Teil des Übergangsabschnittes (26) vorgesehene, sich abwärts erstreckende und die Drehlager (46, 52) vor heißer Abgasströmung schützende Flansche (110,112).

4. Raketenabschußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf Teile der Verschlußklappen (40, 42) ein Isolier- und Abtragsmaterial aufgebracht ist.

5. Raketenabschußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsabschnitte (26) einwärts zueinander geneigte Wände (70) aufweisen, die schräg nach außen verlaufende, die — ausgehend vom Querschnitt der Abschußkammern (28)>— konische Erweiterung des Übergangsabschnitts (26) bildenden Wände (72, 74) verbinden, wobei bei vollständiger Öffnung der Verschlußklappen (40, 42) derart, daß sie mit ihren von der Abschußkammer (20) entfernten Flächen (74, 76) größtenteils an den Innenflächen (80,82) der Wände (72, 74) anliegen, der Querschnitt mindestens quer der Abgasströmung, die von den vollständig geöffneten Verschlußklappen (40, 42) und den einwärts zueinander geneigten Wänden (70) des Übergangsabschnitts (26) begrenzt wird, in allen Höhenlagen entlang der Verschlußklappen (40, 42) gleich ist (F ig. 6).

6. Raketenabschußeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten (98) der Verschlußklappen (40, 42) eine Dichtung (96) aufweisen, die unabhängig vom Öffnungswinkel der Verschlußklappen (40,42) dichtend an den Innenflächen (100) der Wände (70) des Übergangsabschnitts (26) anliegt (F ig. 6).

7. Raketenabschußeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch an den Verschlußklappen (40, 42) vorgesehene, letztere bei Fehlen eines Druckgefälles zwischen Abschußkammer (20) und Abgassammelleitung (28) in Schließstellung haltende Gegengewichte (58, 60).

8. Raketenabschußeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußklappen (40, 42) unter einem Winkel von weniger als 30° zur

durch das Drehlager (46, 52) verlaufenden Vertikalen in ihrer Schließstellung geneigt sind.

9. Raketenabschußeinricntung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ablenkeinrichtung (116), die sich in Achsrichtung der Abgassamrnelleitung (28) dem Innpnmantel (114) letzterer gegenüberliegend im Bereich der Mündung (34) des Übergangsabschnitts (26) in die Abgassammelleitung (28) erstreckt zwecks Lenkung von mit hoher Geschwindigkeit strömender Abgase in Axialrichtung entlang der Abgassammelleitung (28).

10. Raketenabschußeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (116) langgestreckte, an dem Innenmantel (114) der Abgassammelleitung (28) befestigte, radial in letztere vorstehende Umlenkelemente (118) aufweist, deren Querschnittsfläche in Richtung der Mündung (34) des Übergangsabschnitts (26) in die Abgassammelleitung konkav verläuft (F i g. 6).

11. Raketenabschußeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsabschnitt (26) Anschläge (68) für jede Verschlußklappe (40, 42) vorgesehen sind, die ein Schwingen der Verschlußklappen (40, 42) über ihre Schließstellung hinaus begrenzen (F i g. 1).