DE2931618C2 - Abschußvorrichtung für mehrere durch Rückstoß angetriebene Flugkörper - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschußvorrichtung für mehrere durch Rückstoß angetriebene Flugkörper gemäß Patentanspruch 1. Speziell befaßt sich die Erfindung mit einer Abdeckung, die normalerweise das rückwärtige Ende eines Abschußrohres für Raketen oder dergleichen gegen einen Abgassammelkanal abschließt, dieses aber unter dem Abgasdruck öffnet.

Raketen, Geschosse oder andere durch Abgasströmungen vorgetriebene Flugkörper werden in miliu ischen Anwendungen oft in dicht nebeneinander liegenden Magazinkammern oder Abschußrohren angeordnet. Dabei sind normalerweise Gaskaiiäle vorgesehen, die die beim Abschuß entstehenden Raketenabgase an einen sicheren Ort ableiten. Wo nur wenig Raum verfügbar ist — beispielsweise auf Schiffen — muß oft eine Anzahl eng beieinander liegender Abschußrohre bzw. -kammern auf einen gemeinsamen Abgassammeikanal gelegt werden.

Es treten Schwierigkeiten auf, wenn die Kanäle, die die Abschußrohre mit dem Sammelkanal verbinden, normalerweise, d. h. vor dem Abschuß der Flugkörper offen sind. Wenn eine oder mehrere Raketen gezündet werden, strömen Teile der erzeugten Abgase, die eine Temperatur von etwa 3300⁰C haben, durch den Sammelkanal und die offenen Verbindungskanäle in die anderen Abschußkammern hinein, wo sie die dort befindlichen Raketen oder Geschoßköpfe zünden bzw. zur Explosion bringen können. Mindestens !können die heißen Abgase die Raketen oder deren Zubehörteile — beispielsweise Halterungen — beschädigen. !Sind außer-

dem die anderen Abschußkammern nach oben offen, was bei einigen Abschußrohren der Fall sein kann, entweichen die in die Kammer einströmenden Abgase nach außen, wobei erheblicher Schaden an angrenzenden Anlagenteilen entstehen kann.

ίο Um dies alles zu verhindern, hat man unterschiedliche Sicherheitstüren oder Gasventile vorgesehen. Diese werden normalerweise an der Austrittsöffnung jeder Abschußkammer oder in der Verbindungsleitung zum Sammelkanal angeordnet Wird eine Rakete gezündet,

ι. öffnet die zugehörige Sicherheitstür (Ventil), und zwar üblicherweise aufgrund des Abgasdruckes; die Abgase können dann in den Sammelkanal abströmen, während die Türen und Ventile der anderen Abschußrohre geschlossen gehalten werden, um ein Einströmen der Abgase durch sie hindurch zu verhindern.

Eine bekannte derartige Anordnung weist für jedes Abschußrohr Türen in der Art eines Eänweg-Rückschlagventils mit zwei Ventilklappen auf, die von Federn geschlossen gehalten werden. Der Abgasstrom einer gezündeten Rakete drückt dann das Rückschlagventil auf.

Weiterhin ist es aus der US-PS 40 44 648 bekannt, jedes Abschußrohr gegenüber dem gemeinsamen Abgaskanal durch zwei über Scharniere angeschlagene und durch Gegengewichte verschlossen gehaltene Türen zu verschließen. Die Türen an den Abschußrohren nicht gezündeter Raketen werden dann bei der Zündung einer Rakete durch den im Abgaskanal ansteigenden Druck noch stärker in die geschlossene

Stellung gepreßt, während der Abgasdruck im Abschußrohr der gezündeten Rakete das durch die Gegengewichte der Türen erzeugte Schließmoment überwiegt und die Türen aufdrückt. Diese Konstruktion ist nicht nur kompliziert und daher teuer, sondern auch störanfällig, weil die Scharniere κλΛ Dichtungsleisten der Türen unter der Wirkung der sehr heißen Abgase schnell korrodieren und nicht mehr betriebssicher arbeiten.

Bei einer weiteren bekannten Konstruktion handelt es sich bei der rückseitigen Abdeckung für ein Raketenabschußrohr um eine Tür, die in der Offenstellung verriegelt wird und normalerweise offen bleibt, bis die Rakete abgeschossen wird. Ein Schutzverschluß bzw. eine aufbrechbare Abdeckung kann normalerweise das Abschußrohr abschließen, bis das Geschoß abgefeuert wird. Die Tür wird mit Hilfe eines Sensors freigegeben, wenn das Geschoß das Abschußrohr ••erläßt. Die Gase aus der abgeschossenen Rakete drücken die Tür dann zu; dabei wird sie mit einem Riegel festgelegt und schließt damit das Abschußrohr gegen die zugehörige Sammelkammer ab. Auch diese Lösung ist aufwendig, weil hier an beiden Enden eines Abschußrohrs Verschlußvorrichtungen und überdies eine Steuervorrichtung vorhanden sein müssen, um die

so eine Tür zu schließen, wenn die andere öffnet, und umgekehrt, Darüber hinaus bleibt die Störanfälligkeit der den heißen Abgasen ausgesetzten Verschlußvorrichtungbestehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist en daher, eine

den heißen Abgasen am Ende eines Abschußrohrs ausgesetzte Verschlußvorrichtung anzugeben, die sich zwar automatisch unter dem Druck der Abgase öffnet, jedoch keine Scharniere oder ähnliche bewegliche und

damit störanfällige Teile aufweist. Darüber hinaus soll die Verschlußvorrichtung billig sein, und ihre öffnung soll sich wie bei den Türen der US-PS 40 44 648 dem vorhandenen Strömungsquerschnitt der Abgase anpassen. Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.

Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß sich öffnende und wieder schließende Teile der Verschlußvorrichtung vermieden werden müssen und daß es billiger und betriebssicherer ist, eine feste, unbewegliche, einstückige Verschlußplatte vorzusehen, die unter dem Druck der Abgase aufgebrochen, also zerstört wird und die dann nach dem Abschuß durch eine neue Verschlußplatte ersetzt wird. Da sich, bezogen auf den Ort der Verschlußplatte, der Strömungsquerschnitt der Abgase als Funktion der Zeit vom Zünden der Rakete -an vergrößert, geht die Erfindung von der weiteren Erkenntnis aus, daß die Verschlußplatte mindestens ein Mittelteil haben muß, das unter dem Anfangsdruck der Abgasströmung aufbricht, und weitere Teile, die dann aufbrechen, wenn sich der Strömungsquerschnitt der auf die Verschlußplatte auflreffenden Abgassäule vergrößert, d. \ wenn sich der Flugkörper aus dem Abschußrohr entfernt. Damit finden die Abgase eine zunehmend größer werdende Austrittsöffnung vor, durch die sie in den Abgaskanal entweichen können.

Wie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird, wird dies durch das Mittelteil umgebende Nuten in der Verschlußplatte erreicht, deren Tiefe mit wachsender Entfernung vom Mittelteil geringer wird. Diese in sich geschlossenen Nuten stellen Sollbruchstellen dar, so daß bei dem kurz nach dem Zünden des Flugkörpers vorhandenen kleinen Strömungsquerschnitt der Abgassäule zunächst das Mittelteil ausbricht und mit zunehmendem Strömungsquerschnitt weitere Teile der Verschlußplatte herausbrechen. Aus konzentrischen und unterschiedlich tiefen Nuten bestehende Sollbruchstellen sind zwar an sich aus der US-PS 38 97 962 bekannt. Sie dienen dort allerdings nicht wie bei der vorliegenden Erfindung zu einer dem jeweiligen Strömungsquerschnitt einer Abgassäule sich anpassenden öffnung eines zunächst geschlossenen Abschußrohres, sondern zum Druckausgleich eines Gasgenerators, der in einem Vorratsbehälter einen bestimmten Druck trotz unterschiedlichen Temperaturen eben dieses Vorratsbehähers aufrecht erhalten soll.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

F i g. 1 ist ein schematisierter Vertikalschnitt durch eine Anzahl von Abschußrohren mit einer gelagerten Rakete, einer bereits gezündeten, aber noch zurückgehaltenen Rakete sowie zwei bereits gezündeten und abgeschossenen Raketen in unterschiedlichen Phasen;

F i g. 2 ist eine Ansteht von unten von der aufbrechbaren Abdeckung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig.3 ist ein Schnitt längs Linie 3-3 der Fig.2 und zeigt eine Vielzahl von Nuten in der Verschlußplatte des Abschußrohrs, die die verschiedenen Sollbruchteile w ausbilden;

F i g. 4 und 5 entsprechen der F i g. 2 und zeigen die Verschlußplatten mit durch den zunehmenden Druck und Durchmesser des Abgasschweifs der Rakete wegbrechenden, fortschreitend größeren Teilen der Abdeckung.

Die Fig. 1 zeigt schematisiert als Vertikalschnia eine Raketenabschußvorrichtun^. Diese Vorrichtung weist eine Vielzahl von Abschußrohren wie 10,11,12 und 13 auf. Es ist ersichtlich, daß die Anzahl der Abschußrohre willkürlich gewählt ist und daß im Einzelfell mehr oder weniger Abschußrohre vorliegen können.

Die Abschußrohre lassen sich an einen gemeinsamen Sammelkanal 15 anschließen, der die beim AbschuQ der Raketen aus den Rohren 10—13 entstehenden Abgase fortleitet. Es kann sich hierbei anstelle der Raketen auch um Geschosse oder andere durch ihre Abgasströmung angetriebene Flugkörper handeln.

Im Abschußrohr 10 ist eine Rakete 16 enthalten. Diese Rakete kann mit einer geeigneten Verankerungsvorrichtung gehaltert sein, wie sie im Stand der Technik bekannt und daher hier nicht gezeigt ist. Die Rakete 16 weist eine Düse 17 auf, durch die die heißen Abgase ausströmen.

Das Abschußröhr 10 ist unten mit einer aufbrechbaren Verschlußplatte 20 versehen, die die F i g. 2 und 3 ausführlicher zeigen. Die Verschlußplatte 20 ist an den Wänden 21 des Abschußrohres 10 auf zweckmäßige Weise befestigt — beispielsweise angeschweißt oder mit Befestigern festgelegt Wie insbesondere F i g. 2 zeigt, kann die Verschlußplatte 20 aus einem zentralen, im wesentlichen kreisrunden Teil 23 sowie einer Vielzahl diesen umgebender, im wesentlichen ringförmiger Teile 24, 25 ausgebildet sein. Es ist jedoch einzusehen, daß anstelle eines zentralen kreisrunden Teils 23 und der umgebenden Ringe 24,25 auch andere Formen verwendet werden können, beispielsweise ein zentraler quadratischer oder rechteckiger Teil sowie umgebende Teile entsprechender Gestalt. Auch ist es möglich, nur einen einzigen aufbreclibaren zentralen Teil vorzusehen.

Die verschiedenen Teile 23—25 sind auf- bzw. wegbrechbar, d. h. sie sind so angeordnet und ausgestaltet, daß sie unter der Wirkung des Abgasstrahles des' Raketenmotors wegbrechen. Dies kann beispielsweise so erfolgen, wie die F i g. 3 zeigt. Der Mittelteil 23 ist mit einer geeigneten Nut 28 umgeben, die irn Beispiel der Fi g. 2 kreisrund sein kann. Die Ringteile 24,25 weiden ihrerseits mit entsprechenden Nuten 30,31 ausgebildet. Vorzugsweise hat die Nut 28, die den Mittelteil 23 umgibt, die größte Tiefe, so daß die Verschlußplatte dort zuerst aufbricht. Die nächsten beiden Nuten 30, 31 können aufeinanderfolgend flacher sein, so daß die umgebenden Teile 24, 25 bei steigerndem Druck nacheinander wegbrechen. Es ist jedoch einzusehen, daß die Teile — beispielsweise die Teile 23—25 — auch auf andere Weise abbrechbar ausgeführt werden können.

Die Verschlußplatte 20 besteht aus einem Werkstoff, der die Wärme der Abgase und den Druck im Abgaskanal 15 aushä>L Ist die Rakete 35 in der F i g. I (mit der Düse 36) gezündet worden, kann sie zunächst, da sie von einer Verankerungsanordnung festgehalten wird, im Abschußrohr 11 nicht aufsteigen. Dabei wird die Verschlußplatte 20 mindestens im Mittelteil 23 von dem Abgasstrahl weggebrochen. Die Abgase können also in den Sammelkanal 15 eindringen, so daß die Gase in die mit den Pfeilen 37 gezeichneten Richtungen abströmen.

Die Konstruktion einer typischen aufbrechbaren Verschlußplätte 20 erfordert die Berücksichtigung der folgenden Parameter: die ballistischen Werte des Raketenmotors, d. h. der Druck im Abschußrohr 10, die Strömungsgeschwindigkeit, die Verbrennungstemperatur und der Durchme~ser der Einschnürung der Düse; weiterhin die durchströmte Querschnittsfläche im Abschußrohr 10, die maximalen konstruktiven Druck-

20

werte für den normalen Abschuß aus dem Abschußrohr, die Querschnittsfläche des Sammelkanals 15, den Druck im Sammelkanal bei der maximalen Strömungsstärke der Abgase sowie eine theoretische oder experimentell ermittelte Beschreibung des Strömungsfeldes der ^r> Raketenabgasc als Funktion der Zeit sowie der axialen und radialen Ortswertc. In diesem Fall sind die erforderlichen Strömungswerte der Pitotdruck, der statische bzw. örtliche Umgebungsdruck (P.,mb). die statische Temperatur, die Geschwindigkeit, die Machzahl, die Gaskonstante und das spezifische Wärmeverhältnis.

Dabei geht man allgemein auf folgende Weise vor: Man legt den Ort der Verschlußplatte 20 und die Abmessungen der aufbrechbaren Teile 2.3, 24 und 25 aus ι > den Endabmessungen des Abschußrohrs IO und/oder dem Strömungsquerschnitt des Abschußrohrs fest. Ist das Abschußrohr im Querschnitt nicht kreisförmig, geht man zu gradlinigen Abmessungen über. Die Abmessungen der Abschnitte 23 — 25 bestimmen sich aus der Forderung, daß die Öffnung in der Verschlußplatte 20 vom Abgas-Pitotdruck vollständig umfaßt sein muß, d. h. dieser muß mindestens so groß wie der statische Druck im Sammelkanal 15 sein, leder Querschnitt des Abgasströmungsfcldes — beispielsweise bei 38,42 oder 44 — läßt sich im wesentlichen als eine Folge von Ringen mit jeweils konstantem Druck beschreiben. Der Druck steig! zui Achse der Abgasströmung 38, 42 oder 44 hin an, wobei der innerste zentrale Druck höher als der des angrenzenden Rings ist, dessen Druck seinerseits höher als der des nächstäußeren Druckrings ist; der äußerste Druckring hat dann den Druck P_jml·- Der statische Druck im Sammelkanal 15 läßt sich auf herkömmliche Weise aus der Massenströmungsgeschwindigkeit. den statischen Eigenschaften der Abgase und aus dem Kanalquerschnitt ermitteln. Der Druck in einer jeweiligen öffnung der Verschlußplatte 20, wie in den Fig. 4 und 5 für bestimmte Abschußzustände gezeigt, muß mindestens so hoch sein wie der statische Druck im Sammelkanal, damit die Gase im Sammelkanal nicht in das Abschußrohr — beispielsweise 10 — zurückschlagen können.

Sind die ballistischen Parameter des Raketenmotors zeitvariabel, ist es auch das Abgasdruckfeld und der Druck im Sammelkanal 15 für einen festen Kanalquerschnitt. Die anfänglichen Konstruktionswerte basieren auf der maximalen erwarteten Strömungsstärke und der Ballistik. Man überprüft sie bei geringeren Strömungswerten, um zu gewährleisten, daß der Druck im Sammelkanal den Abgas-Pitotdruck bei der neuen Gleichgewichtsöffnung in der Verschlußplatte 20 nicht übersteigt. Ist dies dennoch der Fall, müssen die Abmessungen der öffnungen, um eine Rückströmung zu verhindern, kleiner gemacht werden, so daß sich an der unteren öffnung der Verschlußplatte 20 ein höherer Abgas-Pitotdruck ergibt.

Abhängig von der Größe des Abgasstrahles 38, d. h. abhängig von seinem Durchmesser, brechen mehr oder weniger der ausbrechbaren Teile 23, 24 und 25 weg. Beispielsweise zeigt die Fig.4 den Mittelpunkt 23 ausgebrochen, so daß die Teile 24 und 25 zurückbleiben.

Die Verschlußplatte 20 eines Abschußrohres sollte also fest genug sein, um der Wärme und dem Druck in der Abgasleitung 15 zu widerstehen, wenn eine der Raketen in einem anderen Abschußrohr versehentlich &

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⁶⁰ oder absichtlich gezündet wird.

Es sei nun der Fall betrachtet, daß eine Rakete absichtlich gezündet wird — beispielsweise die Rakete 40 mit der Düse 41 im AbschulJrohr hehl, weitet ihr Abgasstrahl 42 sich auf. nachdem sein Durchmesser 42 im AbschuHrnhr 12 verhältnismäßig klein war. Hat die Rakete 40 sich aus dem Abschlißrohr 13 in eine erhebliche Höhe hinausgehoben, hat der Abgasschweif 44 einen weit größeren Durchmesser, wie klar zu erkennen ist. Die nebeneinanderliegenden Teile der Verschlußplatte 20 brechen daher nacheinander aus — beispielsweise die Teile 2.1, 24 und 25. Die Teile brechen weg. da der Durchmesser des Abgasstrahles zunimmt, so daß der Druck auf einem zunehmenden Teil der Abschußnlatte 20 zunimmt. Auf diese Weise vergrößert sich die Öffnung /wischen dem jeweiligen AbschuUrohr 12 b/w. 13 und dem Abgaskanal 15. Int Ergebnis steigt der Druck im Abschußrohr im wesentlichen nicht an. Wie die Pfeile 47 in den Abschußrohren 12, 13 /eigen, wird UmIuIt in die Abgasslromiing in den aoscmuüumiren eingerissen und vermischt sich mit dieser. Ein weiteres Ergebnis der zunehmend größeren öffnungen in der Verschlußplatte 20 ist, daß die Abgase vollständig nur in einer Richtung strömen, d.h. abwärts, wie mit dem Pfeil 37 gezeigt, und dann in den Abgassammelkanal 15. Man erhält also eine Strömlingskontrolle über den v/irksamen Strömungsquerschnitt.

Die ausbrechbare untere Vcrschlußplatie für ein Abschulirohr hat bestimmte Vorteile. Zunächst ist sie weit einfacher aufgebaut und daher weniger teuer als einige der Konstruktionen nach dem Stand der Technik mit Türvorrichtungen. Die Scharniermechanik der Türen kann von den korrodierenden Raketenabgasen bzw. unter deren hohen Temperaturen angegriffen werden. Die Erfindung geht einen anderen Weg und erzielt damit die gleichen Ergebnisse.

Die vorliegende Anmeldung gibt also eine Vorrichtung zum Verschließen eines Endes eines Abschußrohrs für Raketen und dergleichen im Normalzustand und /um Öffnen des rückwärtigen Endes eines Abschußrohrs aufgrund des Abgasstrahles des Flugkörpers an.

Bei dieser Vorrichtung handelt es sich wie dargestellt um eine aufbrechbare Verschlußplatte am rückseitigen bzw. unteren Ende des Abschußrohrs. Die Verschlußplatte weist aufbrechbare Teile auf. die unter den· Druck des Abgasstrahies wegbrechen. Wahrend der Durchmesser des Abgasstrahles zunimmt, brechen weitere Teile der Verschlußplatte unter dem auf sie wirkenden zunehmenden Druck nacheinander aus. Die aufbrechbare Verschlußplatte nach der vorliegenden Erfindung zum Abschließen des hinteren Endes des Abschi'ßrohrs ist einfach aufgebaut und arbeitet zuverlässig. Sie stellt eine Verbindung zwischen dem Abschußrohr und dem Abgas-Sammelkana! her, wobei die öffnung mit dem Durchmesser des Abgasstrahles zunimmt. Auf diese Weise wird ein wesentlicher Anstieg des Drucks im Abschußrohr verhindert.

Obgleich hier eine bestimmte Anordnung einer rückseitigen Verschlußplatte für Abschußrohre nach der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist um die Art und Weise zu zeigen, auf die die Erfindung sich mit Vorteil einsetzen läßt, ist einzusehen, daß die Erfindung nicht auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Abschußvorrichtung für mehrere durch Rückstoß angetriebene Flugkörper, mit jeweils einem Abschußrohr für jeden Flugkörper, mit einem an die Abschußrohre angrenzenden gemeinsamen Abgaskanal für die Abgase der Flugkörper, und mit jeweils einer zwischen dem Ende des Abschußrohres und dem Abgaskanal angeordneten, offenbaren Abdekkung, die unter dem Druck des Abgasstrahles des Flugkörpers öffnet, um eine Verbindung zwischen dem Abschußrohr und dem Abgaskanal herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdekkung eine aus einem einzigen Stück bestehende Verschlußplatte (20) ist mit einem Mittelabschnitt (23) und einer Vielzahl von diesen umgebenden Abschnitten (24, 25), die durch den im Durchmesser zunehmenden Abgasstrahl nacheinander ausbrechbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, u?.S die Verschlußplatte (20) aus wärmebeständigem Material besteht und mit Nuten {a>, 30, 31) versehen ist, die tief genug sind, daß die Abschnitte unter dem zunehmenden Durchmesser des Abgasstrahles nacheinander ausbrechen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Mittelatschnitt der Verschlußplatte umgebende Nut (28) tiefer ist als die Nuten zwischen den ihn umgebenden Abschnitten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (28,30,31) von innen nach außen zunehmend flacher werden.

5. Vorrichtung nach eine™, der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt (23) im wesentlichen ' reisrund und die ihn umgebenden Abschnitte (24, JS) irr. wesentlichen ringförmig und zum Mittelteil konzentrisch sind.