DE3611599C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragkonstruktion, die sich zur Verwendung in einem Raumfahrzeug eignet, z. B. in einem erdumkreisenden Raumflugkörper.

Das Gestell eines Raumfahrzeugs trägt ein Triebwerk und Rückstoßdüsen, die zum Manövrieren des Raumfahrzeugs in der Umlaufbahn dienen, und außerdem die Nutzlast des Raumfahrzeugs. Die Nutzlast eines erdumkreisenden Raum­ fahrzeugs enthält typischerweise relativ große Antennen­ reflektoren des Typs, wie sie in Nachrichtensatelliten verwendet werden, sowie Erdsensoren, Navigationssensoren und andere Einrichtungen für die genaue Orientierung des Fahrzeugs. Solche Einrichtungen erfordern eine starre Tragkonstruktion mit extrem stabilen Eigenschaften, um einer Reihe von umweltbedingten Belastungen zu wider­ stehen.

Während des Hochschießens beispielsweise muß das Raum­ fahrzeug den relativ hohen Belastungen standhalten, die sich durch die Abschußbeschleunigung ergeben. Diese Be­ lastungen werden hervorgerufen durch die Befestigung des relativ schweren Triebwerkes und der Nutzlast am Trag­ gestell. Später in der Umlaufbahn ist die Konstruktion thermischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt, bei denen die Temperatur gewöhnlich in einem Bereich von mindestens ±100°C schwankt.

In der US-Patentschrift 40 09 851 ist eine Gestellkon­ strktion für ein Raumfahrzeug beschrieben, die ein Blech aus einer Aluminiumlegierung aufweist, das durch Nietung, Schweißung oder auf andere Weise an einem Rand zusammen­ gefügt ist, um einen langgestreckten zylindrischen Körper zu bilden. Der zylindrische Körper ist durch eine Viel­ zahl von Längsrippen versteift, die im Abstand und pa­ rallel zueinander um den Umfang des Zylinderkörpers ver­ teilt angeordnet sind. Der Körper enthält ferner eine Vielzahl ringförmiger Versteifungsrippen.

Am unteren Ende des Zylinderkörpers ist ein kegelstumpf­ förmiger Körper befestigt, der ähnlich aufgebaut ist wie der Zylinder. Wie in der erwähnten Patentschrift beschrie­ ben, hat der kegelstumpfförmige Körper ebenfalls eine Vielzahl längslaufender Rippen, die im Abstand zueinan­ der um seine äußere Oberfläche verteilt angeordnet sind.

Die Rippen werden durch Nieten am zylindrischen und am kegelstumpfförmigen Körper festgehalten. Die Verwendung von Nieten zur Befestigung der Rippen am zylindrischen und am kegelstumpfförmigen Körper erfordert Flanschteile, an denen die Nieten befestigt werden. Solche Flanschteile erhöhen das Gewicht der Konstruktion. Die in der erwähn­ ten Patentschrift beschriebene Tragkonstruktion ist leich­ ter als die bis dahin bekannten Strukturen. Es ist jedoch erwünscht, das Gewicht der Tragkonstruktion noch weiter zu verringern, um dafür mehr Nutzlast befördern zu kön­ nen. Wenn das Gewicht der Tragkonstruktion kleiner wird, dann wird das Nutzlastgewicht für eine gegebene Größe des Raumfahrzeugs größer.

Eine erfindungsgemäße Gestellkonstruktion für ein Raum­ fahrzeug, welche die vorgenannte Aufgabe löst, ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltun­ gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Die erfindungsgemäße Konstruktion ist so ausgebildet, daß sie an einer Trägerrakete befestigt werden kann. Sie be­ steht aus einem rohrförmigen zylindrischen Gebilde und einem rohrförmigen kegelstumpfförmigen Gebilde, das mit dem zylindrischen Gebilde verbunden ist und von diesem wegsteht. Die beiden Gebilde haben miteinander fluch­ tende Längsachsen. Sie sind so angelegt, daß sie die Nutz­ last eines Raumfahrzeuges und ein Triebwerk aufnehmen kön­ nen.

Gemäß der Erfindung bilden das zylindri­ sche und das kegelstumpfförmige Gebilde einen einheitlichen Körper mit durchgehend stetigem, homogenem Feingefüge, bestehend aus verstärkenden Fasern oder Teilchen in einer Metall-Bettmasse. Der einheitliche Körper hat eine Wandstärke, die ausgehend von einem Minimum im Bereich desjenigen auslaufenden Endes des zylindrischen Gebildes, das dem kegelstumpfförmigen Gebilde abgewandt liegt, immer größer wird bis zu einem Maximum am auslaufenden Rand des kegelstumpfförmigen Gebildes, der dem zylindrischen Ge­ bilde abgewandt liegt. Der Rand am Ende dickster Wand­ stärke des kegelstumpfförmigen Gebildes ist so ausgelegt, daß er an der Trägerrakete befestigt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene isometrische Dar­ stellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht der bei der Ausführungs­ form nach Fig. 1 verwendeten Tragkonstruktion eines Raumfahrzeugs;

Fig. 3 und 4 sind Schnittansichten der Wandungen der Konstruktion nach Fig. 2 und zeigen detaillierter die mit den gestrichelten Linien 2 und 3 in Fig. 2 umrahmten Bereiche;

Fig. 5 ist eine ausführlichere Schnittansicht des mit der gestrichelten Linie 5 in Fig. 2 umrahmten Bereichs, um die Befestigung der in Fig. 2 dar­ gestellten Tragkonstruktion des Raumfahrzeugs an einer Trägerrakete zu veranschaulichen.

In der Fig. 1 ist ein Raumfahrzeug mit einer Tragkonstruk­ tion 10 dargestellt, die einen Teil 12 in Form eines ge­ raden Kreiszylinders aufweist. Zur Tragkonstruktion ge­ hört ferner ein sich nach außen öffnender kegelstumpf­ förmiger Teil 14, der am zylindrischen Teil 12 angefügt ist und einstückig mit diesem ist. Die einstückige Trag­ konstruktion ist ausführlicher in Fig. 2 dargestellt, sie hat ähnlich wie die in der erwähnten Patentschrift gezeig­ te Konstruktion eine Längsachse 50, welche die miteinan­ der fluchtenden Achsen der Teile 12 und 14 darstellt.

Die Fig. 2 offenbart, daß die Tragkonstruktion 10 ähn­ lich wie die in der erwähnten Patentschrift beschriebene Ausführungsform ringförmige innere Rippen oder verstei­ fende flanschähnliche Ringe 16 und 24 enthält. Der Ring 16 hat eine äußere ebene Oberfläche 18, die koplanar mit dem Endrand 20 des zylindrischen Teils 12 ist. Die innere ringförmige Rippe bzw. der flanschähnliche Ring 24 befin­ det sich an einer inneren Oberfläche 22 des Teils 12.

Am Übergang zwischen dem Teil 12 und dem Teil 14 befin­ det sich eine äußere ringförmige Rippe oder flanschähnli­ cher Ring 26. Am unteren Endrand des Teils 14 befindet sich eine ringförmige versteifende Rippe oder flansch­ ähnlicher Ring 30 mit einer äußeren ebenen Oberfläche 28.

Die Teile 12 und 14 sowie die Ringe 16, 24, 26 und 30 bilden eine einstückige Struktur aus einem homogenen Feingefüge, das aus einer verstärkenden Faser in einer Grund- oder Bettmasse aus Metall besteht. Ein solches Metallbett-Verbundmaterial, das im folgenden auch mit der gebräuchlichen Abkürzung MMC (Metal Matrix Composite) bezeichnet wird, bildet eine Struktur, die keine Nieten oder Schweißnähte zwischen irgendwelchen ihrer Elemente hat.

MMC ist ein Werkstoff aus irgendeiner Kombination eines Verstärkungsmaterials wie z. B. Fasern, Whiskerfäden oder sonstiger Makroteilchen und eines bindenden Metalls. Wenn in den Patentansprüchen der Ausdruck "Fasern" steht, dann seien damit genausogut auch die erwähnten (Whisker-) Fäden und Makroteilchen umfaßt.

Die Fasern können entweder kontinuierlich oder diskon­ tinuierlich sein. Sogenanntes Stetigfaser-MMC benutzt kontinuierliche Fasern zur Verstärkung des Metalls. Die Eigenschaften von Stetigfaser-MMC sind richtungsabhängig und können nach bekannten Berechnungsregeln für die je­ weilige Mischung (Bettmasse/Verstärkung) relativ gut vor­ hergesagt werden. Sogenanntes Kurzfaser-MMC benutzt ge­ schnittene, kurze Fasern, die durch das Metall aneinan­ der gebunden sind. Die resultierenden Eigenschaften von Kurzfaser-MMC sind relativ isotopisch, jedoch ist bei diesem Material die Verstärkung der Bettmasse geringer als bei Stetigfaser-MMC.

Typische Metalle, die als Bindemittel in MMC verwendet werden, sind Aluminium, Magnesium, Titan, Kupfer, Blei und Stahl. Typische Stetigfaser-Verstärkungen sind Graphit, Siliziumkarbid, Bor, Borkarbid, Aluminiumoxid, Stahl und Wolfram. Typische Kurzfaser-Verstärkungen enthalten die vorstehend genannten Stetigfasern zerschnitten in kurze Stücke, Siliziumkarbid-Fäden, Siliziumkarbid- oder auch Aluminiumoxid- Makroteilchen. Diese Materialien sind ausführlicher z. B. in einer Veröffentlichung der Avco Corporation mit der Nummer 0481-(Seitenzahl)-2M beschrieben.

Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht das MMC- Material aus Siliziumkarbid in einer Aluminium-Bettmasse. Siliziumkarbid-Materialien sind im Avco Catalog 0481-16- 2M und 0481-20-2M beschrieben. Wie dort erwähnt, hat Si­ liziumkarbid die Vorteile geringer Kosten, hoher Festig­ keit, guter Hitzebeständigkeit bis 1200°C, geringer elek­ trischer Leitfähigkeit, Korrosionsfestigkeit und chemi­ scher Stabilität sowie Benetzbarkeit für Metalle.

MMC-Bauteile mit Aluminium-Bettmasse werden durch Gießen und Warmformgebung in Verfahren hergestellt, die als iso­ statisches Heißpressen bekannt sind und weiter unten noch beschrieben werden. Mechanische Eigenschaften eines MMC, das aus Siliziumkarbid-Makroteilchen in Verbindung mit Aluminium besteht und von der DWA Corporation hergestellt wird, sind in der Tabelle 1 eines Artikels aufgeführt, der unter dem Titel "Results of Recent MMC Joining Investi­ gations" in der Veröffentlichung DOD Metal Matrix Compo­ sites Information Analysis Center-Current Highlights, September 1983, Band 3, Nr. 3 erschienen ist, ferner in einem Bericht der Firma Rockwell International vom Novem­ ber 1980 mit dem Titel "Metal-Matrix Composites Appli­ cation/Payoff for High-Performance Aircraft Airframes" (Report Nr. AFWAL-TR-81-3018). Dieser Bereicht, der eine Übersicht über Lieferanten von MMC-Material und über die veröffentlichte Literatur enthält, bringt eine Zusammen­ stellung von physikalischen Eigenschaften, Daten und Kosten, wie sie bei der Entwicklung von Konstruktionen mit MMC-Materialien zu berücksichtigen sind.

Die Konstruktion nach Fig. 2 kann aus Siliziumkarbid- Makroteilchen in AL bestehen (T6061) mit einem Faser- Volumenanteil von etwa 25% und einer Porosität von weni­ ger als 1%. Es stehen mehrere bekannte Verfahren zur Aus­ wahl, um die Konstruktion herzustellen. Die Teile 12 und 14 können gemeinsam als zusammenhängendes Stück geformt werden, sie können aber auch getrennt hergestellt und anschließend miteinander verbunden werden, wie es wei­ ter unten beschrieben wird.

Bei dem obenerwähnten isostatischen Heißpressen werden das pulverisierte Metall und das aus Makroteilchen be­ stehende Verstärkungsmaterial zunächst gründlich mit­ einander vermischt (um die Teilchen gleichmäßig im Me­ tallpulver zu verteilen), und dann werden die gemischten Komponenten bei erhöhten Temperaturen in einer Form un­ ter hohem Druck komprimiert, um einen Rohling mit groben Abmessungen zu erhalten. Die Form kann beispielsweise aus einem inneren Werkzeugteil und einem beweglichen äuße­ ren Werkzeugteil bestehen. Der Hohlraum zwischen den Werk­ zeugteilen definiert die Form des Rohlings. Die Mischung aus Verstärkungsmaterial und Metallpulver wird in den Hohlraum zwischen den Werkzeugteilen gebracht. Die Tem­ peratur wird erhöht, und der äußere Werkzeugteil wird ra­ dial nach innen bewegt, um die Mischung aus Verstärkungs­ material und Metall zu komprimieren. Durch die Wärme und den Druck schmilzt das Metallpulver. Nach dem Abkühlen werden die Werkzeugteile voneinander getrennt, und der MMC-Rohling wird losgelöst. Einzelne Elemente aus MMC können an diesem Rohling in einem bekannten Diffusions­ prozeß befestigt werden oder gemeinsam mit dem Rohling geformt werden.

Das isostatische Heißpressen verdichtet die aus den ver­ stärkenden Fasern und dem Metall bestehende Pulvermischung unter extrem hohen Drücken, bis die Bestandteile die Ge­ stalt und Beschaffenheit des Rohlings bilden. Dies ist z. B. in einer Veröffentlichung der FMI Corporation be­ schrieben, und zwar für Siliziumkarbid-Verbundmaterialien, deren Bettmasse aus Aluminiumpulver gebildet ist.

Bei der Herstellung der Konstruktion nach Fig. 2 können der obere, zylindrische Teil und der untere, kegelstumpf­ förmige Teil getrennt voneinander gebildet werden. Die Teile werden dann anschließend durch sogenannte "Inertia"- Schweißung zusammengefügt. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem das Feingefüge der Verbindung zwischen dem kegelstumpfförmigen Teil und dem kreiszylindrischen Teil gleichförmig mit dem übrigen Material gemacht wird. Die Schweißverbindung läßt sich dann im Feingefüge nicht mehr gesondert identifizieren, das Gefüge ist praktisch homogen. Das genannte Inertia-Schweißverfahren ist Eigen­ tum der DWA Corporation of Chatsworth, California.

Die oben beschriebene MMC-Konstruktion hat Übermaß und wird, einschließlich der Ringe, auf die endgültigen Ab­ messungen des Fertigproduktes abgespant.

Die resultierende MMC-Konstruktion ist wegen der gleich­ mäßigen Verteilung der verstärkenden Makroteilchen oder Fasern in der Metall-Bettmasse quasi-isotropisch. Der Ausdruck "quasi-isotropisch" bezieht sich auf alle Ele­ mente der Struktur, die in einem Bereich enthalten sind. Innerhalb dieses Bereichs sind alle mit Ausnahme eines Elementes radial in Winkelsegmenten um das besagte eine Element angeordnet. Mit "quasi-isotropisch" ist gemeint, daß alle Elemente im Bereich gleichmäßig auf irgendeine einwirkende mechanische oder thermische Belastung an­ sprechen. So sind z. B. die thermischen Ausdehnungen und Kontraktionen, die aufgrund eines gegebenen, am Material einwirkenden Wärmegradienten auftreten, über die Struktur gleichmäßig. Diese quasi-isotropische Eigenschaft hält wärmebedingte Spannungen und resultierende Formänderungen der Struktur beim Vorhandensein großer Temperaturausschlä­ ge minimal.

Die an der Konstruktion 10 befestigten Nutzlasten, Trieb­ werke usw. sind in Fig. 1 dargestellt. Am Teil 12 sind mehrere lamellenähnliche Spanten 42, 44, 46 und 48 be­ festigt, die parallel zur Längsachse 50 ausgerichtet sind. Die Ebene der Spanten 42 und 46 kann rechtwinklig zur Ebene der Spanten 44 und 48 sein. Die Spanten 44 und 48 sind koplanar, und die Spanten 42 und 46 können in beabstandeten Ebenen versetzt gegenüber der Achse 50 lie­ gen. An den Spanten ist eine Verstrebung 52 befestigt, die Treibstofftanks 54 an der Tragkonstruktion 10 fest­ hält.

Gemäß der Fig. 1 ist eine Antenne 38 an einer ebenen Plat­ te 40 befestigt. Diese Platte ist ihrerseits am Ring 16 an der Oberfläche 18 befestigt. Eine zweite ebene Platte 60 wird am Ring 26 parallel zur Platte 40 festgehalten. Weitere Platten 62, 64, 66 und 68 sind in jeweils zuge­ ordneten Exemplaren der Spanten 44, 42, 48 und 46 und an jeweils anstoßenden Rändern der jeweiligen Nachbar­ platten befestigt. So hängt z. B. die Platte 64 an dem der Achse 50 abgewandten Rand des Spants 42, und ihre Ränder hängen an den jeweils parallel dazu laufenden anstoßenden Rändern der Platten 40, 60, 62 und 66. Die Platte 66 ist parallel zur Platte 62 und am Spant 48 sowie an den Platten 40, 60, 64 und 68 befestigt. Die Platte 68 hängt am Spant 46 und an den Platten 40, 60, 62 und 66. Die resultierende Struktur ist ortho-rhom­ bisch. Eine solche Struktur ist ausführlicher in der obenerwähnten US-Patentschrift 40 09 851 beschrieben.

An den verschiedenen Platten sind Nutzlastelemente be­ festigt. So trägt die Platte 62 beispielsweise Elemente, die mit 70 bezeichnet sind. Außerdem sind zusammenge­ faltete und ausstreckbare Solarzellen-Tafeln 72 und 74 über Gestänge an der Tragkonstruktion 10 befestigt, wie es ausführlicher in der erwähnten Patentschrift beschrie­ ben ist. Am inneren Ring 24 der Konstruktion 10 (vgl. Fig. 2) ist ein Rückstoßmotor 76 (Fig. 1) befestigt, der das Apogäumstriebwerk darstellt. Das Apogäumstriebwerk 76 befindet sich vollständig innerhalb der Tragkonstruk­ tion 10.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Tragkonstruktion 10 wäh­ rend der Abschlußphase an einer Trägerrakete 32 (gestri­ chelt angedeutet) befestigt. Es sei angenommen, daß die Trägerrakete 32 in einer Richtung 34 vorwärtsgetrieben wird, die entgegengesetzt zur Richtung 34′ der Schwer­ kraft ist. Die Konstruktion 10 sitzt mit der Oberfläche 36 ihres Teils 14 auf der Trägerrakete. Infolge Beschleu­ nigung werden von der Trägerrakete Kräfte F in der Rich­ tung 34 auf die Konstruktion 10 ausgeübt, die auf den kegelstumpfförmigen Teil 14 einwirken und an dessen Ober­ fläche 36 angreifen. Der Angriff der Kräfte F verteilt sich gleichmäßig um den Teil 14 und wirkt auf den Ring 30. Die Kräfte F verursachen Reaktionskräfte F′, die in der Richtung 34′ entgegengesetzt zur Richtung 34 wir­ ken und proportional zu den Massen der Konstruktion 10 und der daran befestigten Elemente sind, zu denen die Nutzlast, der Rückstoßmotor bzw. das Triebwerk und an­ deres Zubehör zählen.

Alle Elemente, die vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden sind und an der Tragkonstruktion 10 befestigt sind, üben eine Anzahl verschiedener Reaktions­ kräfte auf die Konstruktion 10 aus, wenn die Trägerrake­ te in der Richtung 34 beschleunigt wird. Die Reaktions­ kräfte F′ mi dem höchsten Wert beispielsweise werden am Ring 30 auf die Konstruktion 10 ausgeübt und auf die Trägerrakete 32 übertragen. An verschiedenen Orten längs der Länge der Konstruktion werden unterschiedliche Reak­ tionskräfte ausgeübt, die zwangsläufig umso stärker sind, je kleiner der Abstand des betreffenden Ortes an der Kon­ struktion 10 von der Trägerrakete 32 ist. Das heißt, der Ring 30 und der diesem Ring benachbarte Abschnitt des Teils 14 absorbiert und überträgt die Gesamtheit der Be­ lastung, die von den durch die Abschußbeschleunigung er­ zeugten Kräfte F′ aller an der Konstruktion befestigten Elemente 10 verursacht wird. Im Vergleich dazu sind die auf den Ring 16 wirkenden Reaktionskräfte F′′ minimal. Dies ist deswegen so, weil am Ring 16 im Vergleich zum übrigen Teil der Konstruktion 10 die Reaktionskräfte der geringsten Anzahl an Anhängseln angreifen. Die sich durch die Abschußbeschleunigung ergebenden Belastungen der Kon­ struktion 10 wachsen also in der Richtung 34′ auf ein Maximum am Ring 30.

Ein einzigartiges Merkmal der hier beschriebenen Konstruk­ tion besteht darin, daß sie keine vertikalen Versteifungs­ rippen aufweist, wie sie in der Konstruktion nach der oben erwähnten US-Patentschrift 40 09 851 enthalten sind. Um der Konstruktion 10 nach Fig. 2 zusätzliche Steifigkeit zu verleihen und einen Ausgleich dafür zu schaffen, daß die infolge der Abschußkräfte F auf die Konstruktion 10 wirkenden Belastungskräfte am Ring 16 minimale Stärke und am Ring 30 maximale Stärke haben, sind die Wände der Tei­ le 12 und 14 von einer sich graduell ändernden Wandstärke. Die Wände sind am dünnsten am Teil 12 nahe dem Ring 16 und am dicksten am Teil 14 nahe dem Ring 30. Die graduell bemessene Wandstärke gibt der Konstruktion 10 genügen­ de Steifigkeit und trägt dem Umstand Rechnung, daß sich die Belastung in der Richtung 34′ entlang der Länge der Konstruktion 10 erhöht. Das heißt, so wie die Belastung der Konstruktion 10 mit zunehmender Nähe zur Trägerra­ kete, an der die Konstruktion 10 befestigt ist, immer stärker wird, erhöht sich auch die Wandstärke der Kon­ struktion, um der stärker werdenden Belastung Rechnung zu tragen.

Wie z. B. in der Fig. 3 gezeigt, ist die Wandstärke t ₁ des Teils 12 an einem Ort nahe dem Ring 16 am kleinsten und kann dort irgendeinen Wert haben, der in Übereinstimmung mit den gegebenen Belastungs- und Baumerkmalen einer ge­ gebenen Raumfahrzeugkonstruktion gewählt ist und natür­ lich von der Anzahl der Elemente abhängt, die nahe dem Ring 16 an der Konstruktion 10 befestigt sind. Die Wand­ stärke des zylindrischen Teils 12 nimmt allmählich zu, bis sie nahe am Ring 26 einen Wert t ₂ erreicht, der größer ist als der Wert t ₁. Im sich anschließenden Teil 14 er­ höht sich, wie in Fig. 4 zu erkennen, die Wandstärke wei­ ter bis auf eine Dicke t ₃ nahe dem Ring 30, wo die Wand­ stärke ein Maximum ist. Die tatsächlichen Werte aller Wandstärekn t ₁-t ₃ hängt von der jeweils gegebenen Ausfüh­ rungsform ab.

Ein wichtiger Gesichtspunkt ist, daß das Feingefüge (Mi­ krostruktur) in allen Wänden und Ringen gleichmäßig und homogen ist und an den Verbindungen oder Übergängen zwi­ schen den genannten Teilen keine Unstetigkeiten hat. Es werden weder Nieten noch andere fremde Befestigungs­ elemente verwendet, um die Ringe 16, 24, 26 und 30 am rohrförmigen Teil der Konstruktion 10 zu befestigen. Die graduell unterschiedliche Wandstärke gestattet es, mit einem Minimum an Material in der Konstruktion 10 auszu­ kommen, wodurch das Gewicht der Konstruktion minimiert wird und gleichzeitig ihre Festigkeit maximiert werden kann. Zum Vergleich sei erwähnt, daß eine Konstruktion, wie sie in der obenerwähnten US-Patentschrift beschrie­ ben ist und die aus Aluminimmaterial besteht, ein Ge­ wicht von 38 kg haben kann, während eine gemäß der Erfin­ dung aufgebaute Konstruktion mit einem Kern aus Silizium­ karbid in Aluminium-Bettmasse und ähnlichen Abmessungen ein Gesamtgewicht von etwa 28 kg hat, wenn man Aluminium T6061 benutzt, oder ein Gesamtgewicht von 26 kg, wenn man Aluminium T2024 benutzt. Die speziellen Orte und die Anzahl der Ringe in der hier beschriebenen Konstruktion gel­ ten für den Fall, daß diese Konstruktion in einem Raum­ fahrzeug verwendet wird, wie es als Beispiel in Fig. 1 dargestellt ist. Die erwähnten Ringe dienen sowohl als Versteifungsrippen wie auch als Mittel zur Befestigung der Platten 40 und 60 und des Apogäumstriebwerkes 76. Die graduelle Wandstärke berücksichtigt die unterschied­ liche Verteilung der Abschußkräfte in der Konstruktion 10 und gewährleistet gleichzeitig, daß die Steifigkeit der sich aus Zylinder und Kegelstumpf zusammensetzenden Ge­ samtkonstruktion die an ein Raumfahrzeug gestellten An­ forderungen erfüllt. Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, hat der Ring 30 am unteren Ende des Teils 12 eine Ring­ nut 82. Die Trägerrakete 32 hat ebenfalls eine Ringnut 84, die der Ringnut 82 zugewandt ist. In dem durch die Nuten gebildeten Raum befindet sich ein Abstoßmechanis­ mus 86, wie schematisch in der Fig. 5 gezeigt. Die Einzel­ heiten des Abstoßmechanismus sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht beschrieben zu werden. Der Mechanis­ mus kann beispielsweise aus federbelasteten Stäben oder ähnlichen kraftausübenden Elementen bestehen, um zum passenden Zeitpunkt während der Abschußphase die Raum­ fahrzeugkonstruktion und die daran befestigten Elemente in der Richtung 90 von der Trägerrakete 32 wegzustoßen.

Eine Umklammerung 92, die ebenfalls schematisch darge­ stellt ist, kann durch eine pyrotechnische Einrichtung (nicht gezeigt) oder andere Entriegelungsmechanismen ge­ löst werden. Die Konstruktion 10 wird dann infolge der vom Abstoßmechanismus 86 ausgeübten Kräfte in der Rich­ tung 90 von der Trägerrakete 32 abgetrennt. Der Ring 30 hat somit die zusätzliche Funktion, den Basisabschnitt des kegelstumpfförmigen Teils 12 für die Aufnahme der Ab­ stoßkräfte zu verstärken.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist der zylindri­ sche Teil 12 ein gerader Kreiszylinder. Er kann jedoch auch eine leicht konische Form haben, bei welcher der Innen­ durchmesser, z. B. der Durchmesser nahe dem Ring 16, kleiner ist als der Innendurchmesser am Ring 26, so daß der Teil 12 eine leicht kegelstumpfförmige Gestalt hat. Auch eine solche Form sei durch den in den Patentansprüchen verwen­ deten Ausdruck "rohrförmiges zylindrisches Gebilde" mit umfaßt. Ob der zylindrische Teil 12 einen geraden Kreis­ zylnder oder ein leicht kegelstumpfförmiges Gebilde darstellt ist nicht so wichtig wie die sich gleichförmig verdickende Struktur der kombinierten Wände der Teile 12 und 14, deren Wandstärke mit zunehmender Nähe zur Berüh­ rungsfläche der Konstruktion 10 mit der Trägerrakete 32 zunimmt.

Die spezielle Bemessung der Dicke der Wände oder die spe­ ziellen Materialien in einer Metallbett-Verbundstruktur sind nicht so wichtig wie die Verwendung eines Verbund­ materials mit Metallbett. Dieses Material wird so gestal­ tet, daß es ein gleichmäßiges homogenes Feingefüge ein­ schließlich der ringförmigen Rippen bildet. Diese homo­ gene Struktur vermeidet die Verwendung zusätzlicher Nie­ ten, Flansche oder anderer Elemente, um die verschiede­ nen Bauteile zusammenzuhalten. Das Verbundmaterial mit Metallbett führt zu einer Raumfahrzeugkonstruktion, die minimales Gewicht und maximale Festigkeit hat, sich bei thermischer Wechselbeanspruchung nur minimal verformt und auch aufgrund einwirkender Kräfte während des Ab­ schusses und im Umlauf geringstmögliche Formänderungen erfährt. Das MMC-Material gibt der Konstruktion auch die Fähigkeit, höheren Temperaturen zu widerstehen, als es mit herkömmlichen Metallen möglich wäre. Solche hohen Temperaturen können unter gewissen Bedingungen durch Wär­ meaufnahme vom Apogäumstriebwerk her entstehen (Wärme­ rücksaugung) und durch Raumstrahlung.

Claims (4)

1. Tragkonstruktion für ein Raumfahrzeug, das zur Befestigung an einem Trägerfahrzeug ausgebildet ist, bestehend aus einem rohrförmigen zylindrischen Gebilde und einem rohr­ förmigen kegelstumpfförmigen Gebilde, das sich von einem Ende des zylindrischen Gebildes aus erstreckt und dessen Längsachse mit der Längsachse des zylindrischen Gebildes fluchtet, wobei die beiden Gebilde zur Aufnahme der Nutz­ last und des Triebwerks des Raumfahrzeuges ausgelegt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Gebilde (12 und 14) einen einheitlichen Körper mit durchgehend stetigem homogenem Feingefüge dar­ stellen, besehend aus verstärkenden Fasern oder Teilchen in einer Metall-Bettmasse;
daß die Wandstärke des einheitlichen Körpers von einem dem kegelstumpfförmigen Gebilde (14) abgewandten Ende des zylindrischen Gebildes (12) zu einem dem zylindrischen Ge­ bilde abgewandten auslaufenden Rand des kegelstumpfförmigen Gebildes hin zunimmt, wobei der Rand, an dem die Wandstärke am größten ist, zur Befestigung am Trägerfahrzeug (32) aus­ gelegt ist.

2. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere Ringglieder (16, 24, 26, 30) enthält, die von der Oberfläche mindestens eines der Gebilde abstehen, und daß jedes dieser Ringglieder Teil des homogenen Feingefüges ist.

3. Konstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie an dem Trägerfahrzeug (32) über eines der Ringglieder (30) befestigbar ist, das an dem erwähnten geöffneten Ende des kegelstumpfförmigen Gebildes (14) geformt ist, so daß es von der äußeren Oberfläche des kegelstumpfförmigen Gebildes absteht und eine Oberflä­ che (28) für die Anlage am Trägerfahrzeug bildet.

4. Konstruktion nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das homogene Feingefüge aus einem verstärkenden Material aus SiC-Makroteilchen in einer Bettmasse aus Aluminium besteht.