DE3638847C1 - Flugkörperbaugruppe mit strahlungsdurchlässigem Abdeckkörper und Fassungsring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flugkörperbaugruppe bestehend aus einem für infrarote Strahlung durchlässigen Abdeckkörper (Dom oder Fenster) und einem damit verbundenen Fassungsring aus Keramik.

Es sind Flugkörper mit einem auf infrarote Strah­ lung ansprechenden Sucher bekannt. Ein solcher Sucher sitzt in der Nase des Flugkörpers. Er ist durch einen kuppelförmigen, für infrarote Strahlung durchlässigen Abdeckkörper, den "Dom", abgedeckt, der die Nase des Flugkörpers abschließt. Der Dom ist mit einem Fassungsring verbunden. Der Fassungs­ ring ist seinerseits an der übrigen Flugkörper­ struktur befestigt.

Der Dom muß die von einem Ziel emittierte infrarote Strahlung mit möglichst hoher Transmission zu dem Sucher hindurchlassen. Das bedingt bestimmte op­ tische Eigenschaften. Zum anderen muß der Dom den Sucher gegen die auftretenden mechanischen, thermischen und chemischen Belastungen schützen und solche Belastungen selbst aushalten. Das Material des Domes muß dementsprechend gewählt werden. Be­ kannte Materialien für den Dom sind Magnesium­ fluorid, Silizium, Zinksulfid, Zinkselenid, Saphir oder Glas. Der Fassungsring kann bei herkömmlichen Flugkörpern aus Metall, Kunststoff oder Keramik bestehen. Die Verbindung von Dom und Fassungsring erfolgt durch Kleben.

Die bekannten Flugkörperbaugruppen dieser Art mit Fassungsringen aus Keramik und einer Klebverbindung zwischen Fassungsring und Dom reichen nicht aus für Hochgeschwindigkeitsflugkörper, bei denen die aus Dom und Fassungsring bestehende Flugkörperbaugruppe aerokinetisch aufgeheizt wird. Es werden dann hohe Anforderungen an die thermische Stabilität dieser Flugkörperbaugruppe gestellt:

• - Die Flugkörperbaugruppe muß 1000 Aufheizungen von einer Baugruppentemperatur von 100°C auf 200°C widerstehen. Der Temperaturanstieg ist dabei 150 K/min. Die Haltezeit ist fünf Minuten.
• - Die Flugkörperbaugruppe muß einer Temperatur von 400°C über eine Dauer von einer Minute wider­ stehen.
• - Die Flugkörperbaugruppe muß einer Temperatur von 600°C über eine Dauer von fünf Sekunden wider­ stehen. Der Temperaturanstieg ist dabei 200 K/s.

Aus diesen Forderungen ergeben sich folgende Pro­ bleme:
Die zu verbindenden Materialien müssen hinsichtlich ihres Wärmeausdehnungsverhaltens hinreichend anein­ ander angepaßt sein. Das ist bei bekannten Kon­ struktionen nicht in dem für Hochgeschwindigkeits­ flugkörper erforderlichen Maße der Fall. Dadurch treten bei der Erwärmung bzw. Abkühlung der den Dom enthaltenden Flugkörperbaugruppe Spannungen auf, die entweder in der Fügezone abgebaut werden müssen oder in dem Dom verbleiben.

Für den ersten Fall ist kein erprobtes Fügeverfah­ ren bekannt, das einerseits den Abbau der Span­ nungen in der Fügezone gestattet und andererseits die sonstigen an die Verbindung zwischen Dom und Fassungsring gestellten mechanischen Anforderungen erfüllt. Im zweiten Fall kann die Überlagerung dieser Spannungen mit zusätzlichen Beanspruchungen die zulässigen Festigkeitswerte des Dommaterials überschreiten.

Bei Verwendung relativ gut angepaßter Materialien, z. B. eines Fassungsringes aus Keramik mit einem Dom aus Saphir würde der Fassungsring aus Keramik bei den oben angegebenen Temperaturbelastungen durch den Temperaturschock zerstört werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flugkörperbaugruppe mit Dom (oder sonstigem Abdeckkörper) und Fassungsring zu schaffen, welche für Hochgeschwindigkeitsflugkörper geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

• (a) die Keramik des Fassungsringes (14) durch Whisker oder Fasern verstärkt ist, und
• (b) Abdeckkörper durch Löten mit dem Fassungsring verbunden ist.

Die durch Zusätze (Fasern) verstärkte Keramik kann in ihrem mechanischen und thermischen Verhalten für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden. Außerdem können die bekannten Nachteile der Oxid­ keramik wie z. B. geringe Druckzähigkeit und geringe Temperaturschockbeständigkeit stark vermindert werden. Es werden so die auftretenden temperatur­ bedingten Spannungen reduziert und damit wird die Gefahr einer Überlastung des Dommaterials vermie­ den. Es kann dann eine Verbindung durch Löten hergestellt werden, welche zwar keinen Abbau von Spannungen in der Fügezone gestattet aber dafür den bei Hochgeschwindigkeitsflugkörper auftretenden Belastungen gewachsen ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach­ stehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeich­ nung näher erläutert, die im Längsschnitt eine Flugkörperbaugruppe mit Dom und Fassungsring und deren Befestigung an der Flugkörperstruktur zeigt.

Die Flugkörperbaugruppe 10 besteht aus einem für infrarote Strahlung durchlässigen Abdeckkörper in Form eines Domes 12 und einem damit verbundenen Fassungsring 14. Der Fassungsring 14 ist an der Flugkörperstruktur 16 befestigt.

Der Abdeckkörper oder Dom 12 besteht aus Saphir. Der Fassungsring 14 ist von einer durch Zusätze verstärkten Keramik gebildet. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Keramik eine Oxidkeramik, die faserverstärkt oder whiskerverstärkt ist. Die Verstärkung der Keramik erfolgt vorzugsweise durch Siliziumkarbidfasern oder durch Aluminiumoxidfasern (AlO).

Der Dom 12 ist mit dem Fassungsring 14 durch Löten verbunden. Hierfür gibt es zwei Möglichkeiten.

Bei einer hier anwendbaren Art der Lötverbindung ist auf den Dom 12 und den Fassungsring 14 im Bereich der zu verbindenden Flächen je eine Schicht aus einem metallisierbaren Material aufgesintert. Bei der beschriebenen Ausführung ist die aufge­ sinterte Schicht eine Molybdänschicht. Diese auf­ gesinterten Schichten sind dann metallisiert, beispielsweise vernickelt. Die so erhaltenen Flächen mit metallisierten Schichten sind mitein­ ander verlötet. Mit der Metallisierung können Lötungen bis 1200°C unter Wasserstoffatmosphäre oder im Vakuum durchgeführt werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Dom 12 und der Fassungsring 14 durch ein "Aktivlot" miteinander verlötet werden. Aktivlote sind Lote, die nichtmetallische Stoffe wie Keramik oder Saphir benetzen und somit eine Verbindung zwischen zwei solchen Stoffen oder zwischen einem nichtmetalli­ schen Stoff und einem Metall ermöglichen. Die für die Benetzung notwendige Grenzschichtreaktion wird durch sog. reaktive Legierungselemente wie Ti oder Hf erreicht.

Faserverstärkte Keramik ist an sich bekannt.

Aktivlote sind beschrieben in einem Aufsatz "Fügen von nichtmetallischer Keramik mit Metall durch Ein­ satz duktiler Aktivlote" von Lugscheider, Krappitz und Mizuhara, vorgetragen und veröffentlicht beim 2. Internationalen Kolloquium in Bad Nauheim 27.-29.3.1985.

Statt eines Domes kann als Abdeckkörper bei be­ stimmten Anwendungen auch ein sonstiges Fenster vorgesehen sein.

Claims (7)

1. Flugkörperbaugruppe bestehend aus einem für infrarote Strahlung durchlässigem Abdeckkörper (Dom oder Fenster) und einem damit verbundenen Fassungsring aus Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) die Keramik des Fassungsringes (14) durch Whisker oder Fasern verstärkt ist, und
• (b) der Abdeckkörper (12) durch Löten mit dem Fassungsring (14) verbunden ist.

2. Flugkörperbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Keramik des Fassungsringes mit Zusätzen aus der Gruppe: "Whisker, Siliziumkarbid­ fasern oder Aluminiumoxidfasern" verstärkt ist.

3. Flugkörperbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) auf den Abdeckkörper (12) und den Fassungsring (14) im Bereich der zu verbindenden Flächen je eine Schicht aus einem metallisierbaren Material aufgesintert ist,
• (b) die aufgesinterten Schichten metallisiert sind und
• (c) die Flächen mit den metallisierten Schichten mit­ einander verlötet sind.

4. Flugkörperbaugruppe nach Anspruch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckkörper (12) und der Fassungsring (14) durch ein Aktivlot miteinander verbunden sind.

5. Flugkörperbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckkörper aus Saphir besteht.

6. Flugkörperbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik eine Oxidkeramik ist.

7. Flugkörperbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgesinterte Schicht eine Molybdänschicht ist.