DE4002529A1 - Beschleunigungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschleunigungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Beschleunigungseinrichtung weist innerhalb eines meist rohrförmigen Beschleunigers eine Beschleunigungsbahn auf, längs de­ ren ein Beschleunigungskörper einer Beschleunigung unterzogen wird.

Dieser Beschleunigungskörper kann unmittelbar einen zu beschleuni­ genden Flugkörper darstellen, bildet aber in der Regel ein Treibge­ häuse, das den Flugkörper während der gemeinsamen Beschleunigung umschließt.

Ein Beschleuniger dieser bekannten Art wird etwa von einer Pulver­ kanone mit glattem Rohr gebildet, die zum Verschießen eines unter­ kalibrigen Treibspiegelgeschoßes eingerichtet ist.

Nach der im Rohr erfolgten Beschleunigung infolge der Druckeinwir­ kung des abbrennenden Pulvers auf den Treibspiegel lösen sich des­ sen Teile nach Verlassen der Rohrmündung vom eigentlichen Flugkör­ per.

Dieser Flugkörper kann seinerseits ein zur Bekämpfung eines Zieles eingerichtetes Projektil bilden, kann aber auch beispielsweise ein Flugmodell bilden, das beschleunigt wird, um mit hoher Geschwindig­ keit durch die Umgebungsluft geschossen zu werden, wobei nach Pas­ sieren der Mündung Beobachtungen über das auftretende Strömungsver­ halten angestellt werden können.

Das Ablösen der Treibspiegel- oder Treibmantelteile erfolgt nun längs einer gewissen Flugstrecke des Flugkörpers in verhältnismäßig irregulärer Weise, wobei die vom Flugkörper abgelösten Teile sich anfangs im wesentlichen längs dessen Flugbahn bewegen.

Dabei kann durch ungleichmäßiges Ablösen der Treibmantelteile die Flugbahn des Flugkörpers beeinträchtigt werden. Ferner sind die Freiheitsgrade bei der Konstruktion des Treibmantels beschränkt, da sich dessen Teile alle gleichzeitig vom Flugkörper lösen müssen.

Hierbei ist die Beeinträchtigung des Flugkörpers durch die parasi­ tären Luftkräfte umso größer, je geringer dessen Dichte ist. Wäh­ rend sich als Wuchtstäbe ausgebildete Flugkörper nach einer Störung in der Regel wieder auspendeln können, ist dies bei aerodynamischen Modellen, Flugkörpern aus Verbundfaserwerkstoff und Flugkörpern mit Hohlräumen unter Umständen nicht der Fall.

Wenn man einen einigermaßen gleichmäßigen Ablösevorgang unter­ stellt, dann ist diese bekannte Anordnung etwa für eine Panzerka­ none völlig ausreichend. Wenn dagegen Messungen an einem als Modell ausgebildeten Flugkörper vorgenommen werden sollen, muß auch be­ rücksichtigt werden, daß Treibmantelteile die zu beobachtende Ober­ fläche des Flugkörpers nicht abdecken, die Messungen störende Luft­ strömungen verursachen oder gegen Meßeinrichtungen prallen. Diese Problematik ist zwar beherrschbar, verursacht aber Schwierigkeiten.

Auch bei einem Einsatz einer solchen Anordnung in einem Luftfahr­ zeug sind Schäden durch die unkontrolliert umherfliegenden Teile des Treibgehäuses zu befürchten.

Bei Einsatz eines sogenannten Ram-Beschleunigers wird ein Flug­ körper in ein mit brennbarem Gas gefülltes Rohr geschossen. Zwi­ schen der Rohrwand und dem Flugkörper wird dieses Gas verdichtet und gezündet, und es brennt dann hinter dem Flugkörper ab, wobei es diesen wie ein Staustrahltriebwerk sanft, aber stetig beschleunigt.

Ein solcher Ram-Beschleuniger ist in der DE-OS 38 08 655 beschrie­ ben.

Die Funktionsweise eines solchen Ram-Beschleunigers schreibt die äußere Form des zu beschleunigenden Projektils in sehr engen Gren­ zen vor; weicht nun ein zu beschleunigender Flugkörper in seiner Formgebung von der für einen Ram-Beschleuniger strömungsmechanisch erforderlichen Form ab, dann muß dieser Flugkörper von einem geeig­ net geformten Treibgehäuse umschlossen werden, das nach erfolgter Beschleunigung möglichst rasch und störungsfrei vom Flugkörper ent­ fernt werden muß.

Ferner war es bisher auch nicht möglich, einen solchen Ram-Be­ schleuniger zum Nachbeschleunigen eines von seinem Treibspiegel be­ freiten Flugkörpers einzusetzen, da die zum zuverlässigen Ablösen der Treibspiegelteile erforderliche Flugstrecke zu lang ist und da gegen den Ram-Beschleuniger prallende Treibspiegelteile die Bedie­ nungsmannschaft gefährden.

Ein Problem bei der Beschleunigung von Modellen und Instrumenten­ trägern liegt außerdem darin, daß zum Erreichen einer erforderli­ chen Endgeschwindigkeit unverhältnismäßig hohe Beschleunigungswerte hingenommen werden müssen, die geeignet sind, den Flugkörper zu beschädigen, zumal bei einer Pulver- oder Leichtgaskanone die Be­ schleunigung ungleichmäßig erfolgt.

Schließlich ist es ein gemeinsames Problem aller Beschleuniger, daß die genaue Drehlage bezüglich der Flugbahnachse nicht genau fest­ gelegt werden kann, so daß nicht ausgeschlossen werden kann, daß ein verschossenes Modell eine für die vorzunehmende Messung unge­ eignete Fluglage einnimmt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile mindestens teil­ weise auszuräumen und insbesondere eine Beschleunigungseinrichtung zur Beschleunigung von Modellen und Instrumententrägern zu schaf­ fen, die für eine sanfte Beschleunigung sorgt und bei der die Mes­ sung am freifliegenden Flugkörper und die Meßeinrichtungen hierfür nicht durch umherfliegende Treibmantelteile gefährdet sind.

Diese Aufgabe wird allgemein durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst.

Hierzu sind erfindungsgemäß im Beschleuniger geradlinige Längsfüh­ rungen ausgebildet, die in Zwangseingriff mit dem Treibgehäuse oder unmittelbar mit dem Flugkörper stehen; diese Längsführungen sorgen dafür, daß der Beschleunigungskörper sowohl innerhalb des Beschleu­ nigers als auch dann, nachdem er den Beschleuniger passiert hat, eine genau definierte Lage aufweist.

Da die geradlinigen Führungsschienen bezüglich der Seelenachse un­ ter bevorzugt gleichem gegenseitigem Winkelabstand angeordnet sind, führen sie den Beschleunigungskörper in völlig gleichmäßig geradliniger Weise, so daß der Flugkörper sich nach Verlassen des Beschleunigers in genau reproduzierbarer Weise bewegt; unbeabsichtigte Dreh- oder Taumelbewegungen werden auf diese Weise zuverlässig vermieden.

Es kann gegebenenfalls aber auch vorteilhaft sein, die Führungs­ schienen unter ungleichem gegenseitigem Abstand anzuordnen.

Nachdem der Beschleunigungskörper die Beschleunigungsbahn passiert hat, gelangt er in eine Freigabeeinrichtung, die in den Zwangsein­ griff mit dem Beschleunigungskörper herstellende Gleitschuhe ein­ greift und diese mit den abzulösenden Teilen des Treibgehäuses seitlich, d. h. mit einer Bewegungskomponente radial bezüglich der Seelenachse, vom Flugkörper zwangsweise wegbewegt. Hierbei erfolgt die Bewegung der Teile des Treibgehäuses an einer genau definierten Stelle und in genau definierter Richtung am Ende der Bewegungsbahn, so daß der nach Verlassen des Beschleunigers freifliegende Flugkör­ per in seiner Bewegung nicht mehr, wie bisher, mehr oder weniger von dem Teilen des Treibgehäuses beeinträchtigt wird.

Ein wesentlicher Vorteil liegt auch darin, daß die vom Flugkörper gelösten Teile des Treibgehäuses die Gesamtanordnung an den jeweils genau gleichen Stellen, in jeweils weitgehend gleicher Richtung, unter jeweils einem Winkel gegenüber der Seelenachse und unmittel­ bar am Ende der Beschleunigungsbahn verlassen. Die Größe des Win­ kels hängt ab von der Geschwindigkeit und der Festigkeit der Teile des Treibgehäuses und kann, absolut betrachtet, recht klein sein: bei einer Freigabegeschwindigkeit von 5000 m/s benötigt man z. B. eine Flugstrecke von ca. 40 m, um die Teile des Treibgehäuses um 20 cm zur Seite zu bewegen, ohne daß sie durch die erfahrene Querbe­ schleunigung zerreißen. Aber auch in diesem Fall ist die seitliche Ablenkung und damit der Winkel so groß, wie nur möglich.

Es ist möglich, in Flugrichtung vor der Beschleunigungsbahn weitere Einrichtungen zum weiteren Beschleunigen des Flugkörpers oder zum Durchführen von Beobachtungen und Messungen am Flugkörper durchzu­ führen; so ist es etwa möglich, einen in einem Ram-Beschleuniger beschleunigten Flugkörper von seinem Treibgehäuse so zu befreien, daß dieses keine Rückwirkungen auf den Flugkörper selbst ausübt. Es ist auch möglich, ein Treibspiegelgeschoß nach Verlassen der dieses beschleunigenden Pulverkanone und nach Abtrennen der Treibspiegel­ teile in einem Ram-Beschleuniger weiterzubeschleunigen. Es ist fer­ ner auch möglich, durch geeignete Anordnung der Längsführungen im Beschleuniger und durch entsprechende Auslegung der Freigabeein­ richtung die ausgeworfenen Treibgehäuseteile so zu lenken, daß sie keine Meßeinrichtungen, Teile am die Kanone tragenden Luftfahrzeug oder Mannschaften treffen.

Auch Beschleunigungskörper, die nur einen Flugkörper und kein Treibgehäuse aufweisen, können im Beschleuniger durch die Wirkung der in die Längsführungen eingreifenden Gleitschuhe mit größerer Genauigkeit geführt werden, als dies bisher möglich war, und die Freigabe des Flugkörpers in der Freigabeeinrichtung verhindert etwa durch Fehler an der Mündung herbeigeführte Störungen der Fluglage des Flugkörpers.

Unter Gleitschuhen werden Führungselemente verstanden, die ver­ schieblich gegen mindestens jeweils eine Mindestzahl der Führungs­ flächen der Führungsschienen oder -nuten anliegen und mit dem Flug­ körper unmittelbar oder über das Treibgehäuse mittelbar verbunden sind. Im Grenzfall können die Gleitschuhe auch fest mit dem Flug­ körper verbundene Elemente bilden.

Wie erläutert, ist die erfindungsgemäße Beschleunigungseinrichtung für die unterschiedlichsten Verwendungszwecke bestens geeignet; gemäß bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist aber der Flug­ körper als Modell für die Anströmung durch die relativ hierzu sehr schnell strömende Umgebungsluft oder als Instrumententräger ausge­ bildet, der etwa in Form eines zu untersuchenden Projektils ausge­ bildet ist und z. B. die Ermittlung der Temperaturverteilung, der Bewegungen der Längsachse und viele andere Messungen mehr gestat­ tet, denn wegen der hochgenauen und ungestörten Reproduzierbarkeit der Fluglage sind besonders genaue, von störenden Randbedingungen freie Messungen möglich, zumal die Treibgehäuseteile nicht Gefahr laufen, die Meßeinrichtungen zu treffen und zu beschädigen.

Die erfindungsgemäße Beschleunigungseinrichtung kann zur Vornahme einer Reihe von Messungen wie ein Windkanal benutzt werden, wobei jedoch mit einem insgesamt nur geringen technischen Aufwand eine Anströmung des Modells mit vielfacher Schallgeschwindigkeit möglich ist.

Außerdem ist es bei sehr hohen Geschwindigkeiten (über 2 km/s) und langen Meßzeiten (mehrere Zehntelsekunden) energetisch günstiger, einige Kilogramm Modell zu beschleunigen als, wie im Windkanal, viele Kilogramm Luft.

Die Freigabeeinrichtung kann, wie bereits oben angedeutet, Auswurf­ öffnungen aufweisen, aus denen die vom Flugkörper abgetrennten Tei­ le des Treibgehäuses in vorbestimmter Richtung ausgeworfen werden.

Um die Beeinträchtigung von Personal und Gerät im Bereich der Frei­ gabeeinrichtung noch besser zu vermeiden und um die noch weiterge­ hende, ungestörte Benutzung der Umgebung der Beschleunigungsein­ richtung zu ermöglichen, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Fangeinrichtung für die abgetrennten Teile des Be­ schleunigungskörpers vorgesehen. Die so ausgestaltete Beschleuni­ gungseinrichtung ist auch für den Einsatz in geschlossenen Labors geeignet.

Bei entsprechender Ausgestaltung der Fangeinrichtung ist auch die mehrfache Verwendung der Teile des Treibgehäuses möglich, so daß der Aufwand für längere Versuchsreihen erheblich verringert werden kann.

Bevorzugt weist die Fangeinrichtung einen verhältnismäßig kurzen, an seinem Ende geschlossenen Fangschacht auf, der sich von jeder Auswurfstelle der Freigabeeinrichtung aus in Bewegungsrichtung der ausgeworfenen Treibgehäuseteile erstreckt und aus dem die Treibge­ häuseteile nach jedem Beschleunigungsvorgang oder nach wenigen Beschleunigungsvorgängen entnommen werden können; die Fangeinrich­ tung kann aber auch anstelle eines jeden Fangschachtes einen Aus­ wurfschacht aufweisen, der die Treibgehäuseteile in eine unschädli­ che Richtung umlenkt und auswirft, etwa von der Unterseite eines Luftfahrzeuges aus nach unten.

Die Freigabeeinrichtung kann aus einer mündungsseitigen Erweiterung des Beschleunigers gebildet sein, in deren Wand Kanäle zur Umlen­ kung des zur Beschleunigung verwendeten Treibgases auf eine solche Weise ausgebildet sind, daß dieses Treibgas die Ablösung der Treib­ gehäuseteile einleitet und fördert.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aber ist die Freigabeeinrichtung von einem Endabschnitt der Führungsnu­ ten oder Führungsschienen gebildet, in welchem sich deren Abstand von der Seelenachse in Beschleunigungsrichtung fortlaufend vergrös­ sert. Hierbei sind bevorzugt die Gleitschuhe in Zuordnung zu den Führungsschienen oder Führungsnuten mindestens im Bereich der Frei­ gabeeinrichtung so ausgebildet, daß die Gleitschuhe bei bewegtem Beschleunigungskörper zwangsweise von der Seelenachse weg nach aus­ sen bewegt werden. Die Gleitschuhe aber sind zugfest an den abzulö­ senden Treibgehäuseteilen befestigt, so daß diese bei der Auswärts­ bewegung der Gleitschuhe mit nach außen gezogen werden.

Es wäre jedoch auch möglich und gegebenenfalls von Vorteil, die den Beschleunigungskörper antreibenden Gase, die auf dessen Boden ein­ wirken, zu benutzen, um die Teile des Treibkörpers auswärts zu drücken, so daß in diesem Fall die zur Zugkraftübertragung nach außen erforderliche Ausbildung von Führung und Gleitschuhen entfal­ len könnte.

Grundsätzlich wird man, um den Flugkörper nicht ungleichmäßig zu beeinflussen, die Freigabeeinrichtung und die Gleitschuhe so aus­ bilden und anordnen, daß möglichst gleichartig geformte Treibman­ telteile möglichst gleichzeitig auswärts bewegt werden.

In manchen Fällen aber, besonders etwa dann, wenn der Treibmantel ein kompliziert geformtes Modell umschließt, dessen Querschnitt nicht polsymmetrisch geformt ist, ist es von Vorteil, gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Freigabeein­ richtung so auszubilden, daß die Entfernung der Treibgehäuseteile in einer vorbestimmten Reihenfolge erfolgt. Hierbei können bei ei­ ner Freigabeeinrichtung mit sich vergrößerndem Achsabstand der Füh­ rungen diese zueinander asymmetrisch ausgebildet werden, wobei sich etwa der Abstand einer der Führungen zur Seelenachse bereits an ei­ ner Stelle vor den anderen vergrößert; es ist anstelle einer sol­ chen Ausbildung oder ergänzend zu dieser auch möglich und gegebe­ nenfalls vorteilhaft, die Gleitschuhe unterschiedlicher Treibman­ telteile in Beschleunigungsrichtung gegeneinander zu versetzen. So wäre es etwa möglich, mit derselben symmetrisch aufgebauten Freiga­ beeinrichtung wahlweise die zeitlich gegeneinander versetzte oder gleichzeitige Auswärtsbewegung der Treibmantelteile zu erzielen, je nachdem die Gleitschuhe gegeneinander versetzt sind oder nicht.

Durch die zwangsweise erfolgende Ablösung der Treibgehäuseteile in einer festgelegten Reihenfolge ist es möglich, bei zu beschleuni­ genden Modellen oder Instrumententrägern solche Abschnitte, die freitragend der Beschleunigung nicht standhalten würden, in geeigne­ ter Weise abzustützen.

Es kann jedoch möglich sein, daß solche Modelle und Instrumenten­ träger grundsätzlich nicht imstande sind, in ihrer Fluglage, die sie nach Verlassen der Beschleunigungseinrichtung aufweisen müssen, der Beschleunigung standzuhalten, ohne Schaden zu nehmen. Ebenso ist es möglich, daß die Modelle oder Instrumententräger in ihrer gewünschten Fluglage nicht in den Rohrquerschnitt des Beschleuni­ gers paßt.

In diesem Fall liegt eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin, die Lage des Modells oder Instrumententrägers so zu wählen, daß diese besonders günstig ist, etwa damit das Modell oder der Instrumententräger der beim Beschleunigungsvorgang auftretenden Höchstbeschleunigung standhält, und dann vor Ende der Beschleuni­ gungsbahn, nach Verlassen der Freigabeeinrichtung oder bevorzugt in der Freigabeeinrichtung in die Fluglage zu bringen. So ist es auch möglich, Modelle und Instrumententräger zu beschleunigen, deren Ab­ messung quer zur beabsichtigten Flugrichtung den Durchmesser des Beschleunigerrohres übersteigt.

Aus diesem Grund ist gemäß jeweils einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vor oder nach der Freigabeeinrichtung eine Einrich­ tung zum Ausrichten des Flugkörpers vorgesehen, oder die Freigabe­ einrichtung ist selbst so ausgebildet, daß sie diese Funktion wahr­ nehmen kann.

Hierbei ist z. B. beim gestaffelten Abziehen der Treibgehäuseteile das erste abzuziehende Teil mit dem Flugköper so verbunden, daß dieser während des Abziehens mitgenommen und in die Fluglage ge­ schwenkt wird, dann gegen ein weiteres Treibgehäuseteil anschlägt und dort zum Stillstand kommt, so daß der Flugkörper dann, wenn die weiteren Treibgehäuseteile abgezogen werden, sich in seiner stabi­ len Fluglage befindet.

Es ist aber auch möglich, nahe dem Ende der Beschleunigungsbahn ei­ nen in diese hineinragenden, ortsfesten Nocken anzubringen, gegen den eine Ausbildung am Treibgehäuse anschlägt, die ihrerseits den Flugkörper veranlaßt, in seine Fluglage zu gelangen.

Wie bereits oben vermerkt, kann der Beschleuniger als Rohr einer Pulver- oder Leichtgaskanone ausgebildet sein, das mit Ausnahme der Mündung während des Abschusses allseitig geschlossen ist.

Der Beschleuniger kann aber auch als rückstoßfreies Rohr ausgebil­ det sein, dessen von der Mündung abgewandtes Ende während des Ab­ schusses mindestens teilweise offen ist.

Es ist aber auch möglich, den Beschleunigungskörper durch ein Ra­ ketentriebwerk zu beschleunigen; hierbei kann ein besonders gerin­ ger Beschleunigungswert eingestellt werden, wie er für besonders empfindliche Modelle oder Instrumententräger angezeigt erscheint.

Zwar ist dann die Beschleunigungsbahn länger, wenn die gleiche End­ geschwindigkeit wie mit dem Rohr einer Pulverkanone erreicht werden soll, aber es ist nicht erforderlich, den Beschleuniger als druck­ festes Rohr auszubilden, sondern er kann auch die Form eines Rohres mit Gitterwänden aufweisen.

Besonders vorteilhaft ist jedoch gemäß einer weiteren, alternativen Ausgestaltung die Ausbildung des Beschleunigers als Ram-Beschleuni­ ger. Ein solcher Ram-Accelerator ist eingehend in den folgenden Druckschriften beschrieben:

• - A. Herzberg, A.P. Bruckner, D.W. Bogdanoff, "The Ram Accelera­ tor", 37th ARA-Meeting, Quebec, Kanada 1986, und
• - G. Smeets, "Ram-Accelerator und seine Möglichkeiten zur Errei­ chung sehr hoher Geschoßgeschwindigkeiten", ISL N 601/88, 1988.

Dieser ist in bekannter Weise als beidseitig offenes Rohr ausgebil­ det, das mit einem brennbaren Gas oder Gasgemisch gefüllt ist und, um dessen Entweichen zu verhindern, beiseitig durch eine kräftige Membran verschlossen ist.

Zur Steigerung der Beschleunigungsleistung kann das Gas einen Über­ druck aufweisen. Hierbei nimmt die Beschleunigung proportional zum Fülldruck zu, gleichzeitig aber auch der bei der Verbrennung auf­ tretende Spitzendruck. Sinnvolle Überdrücke können etwa zwischen 10 bar und 50 bar liegen. Niedrigere und höhere Überdrücke sind denk­ bar und gegebenenfalls vorteilhaft.

Das Rohr ist mit den obengenannten Führungen versehen.

Der Beschleunigungskörper bildet zur Rohrwand hin in der Regel ei­ nen Umfangsspalt, in welchem das Gas den Beschleunigungskörper um­ strömen kann, wonach das Gas erst hinter dem Beschleunigungskörper voll abbrennt. Der Beschleunigungskörper hat eine allgemein kegeli­ ge Spitze und ein kegeliges, ggf. abgeschittenes Heck. Die Zündung des Gases erfolgt spontan, jedoch frühestenfalls an der dicksten Stelle des Beschleunigungskörpers.

Es ist gegebenenfalls aber auch vorteihaft, den Beschleunigungskör­ per gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kalibergroß auszubilden und im Rohr eine Anzahl von Nuten auszubilden, die nach Zahl und Querschnittsgröße geeignet sind, die Umströmung des Be­ schleunigungskörpers durch anbrennendes Treibgas sicherzustellen.

Mit einem solchen Ram-Beschleuniger ist zumindest theoretisch eine Geschwindigkeit von bis zu 10 km/s zu erreichen, wobei jedoch die Maximalbeschleunigung stets verhältnismäßig gering ist. Außerdem liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, daß die erreich­ bare Beschleunigung in weiten Grenzen frei wählbar ist.

Ein solcher Ram-Beschleuniger eignet sich daher ganz besonders für die Beschleunigung eines Versuchsobjektes, wie eines Modelles oder eines Instrumententrägers.

Hierbei kann die erreichbare Höchstbeschleunigung und Austrittsge­ schwindigkeit durch Art und Anfangsdruck des Gases oder Gasgemi­ sches im Rohr eingestellt werden.

Da bei der im Ram-Beschleuniger erreichbaren, sehr hohen Geschwin­ digkeit sich seitlich zur Beschleunigungsrichtung Luftwelleneffekte fortpflanzen können, die von den Treibgehäuseteilen ausgehen und den Flugkörper stören können, besteht die Gefahr einer aerodynami­ schen Störung des freigesetzten Flugkörpers durch die Treibgehäuse­ teile.

Um diese Gefahr auszuräumen, ist gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vor der Mündung des Beschleunigers eine Vakuumkammer angeordnet, die einen sich in Beschleunigungsrichtung erstreckenden, beidseitig durch eine Membran verschlossenen Kanal aufweist, in den der Beschleunigungskörper eintritt und den der Flugkörper verläßt.

In der Vakuumkammer ist die Freigabeeinrichtung und bevorzugt auch die Fangeinrichtung angeordnet. Soweit diese Auswurfschächte auf­ weist, ist deren jeweilige Auswurföffnung durch eine Membran ver­ schlossen; bevorzugt sind jedoch geschlossene Fangschächte vorgese­ hen, deren Volumen jenes der Vakuumkammer vergrößert und somit de­ ren Wirksamkeit erhöht.

Die Vakuumkammer verhindert auch, daß dem freigesetzten Flugkörper nach deren Verlassen Abschußgase nachströmen, dessen Fluglage be­ einträchtigen und Meßeinrichtungen stören.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Ende der Beschleunigungsbahn und der Freigabeeinrichtung ein Treib­ gasauslaß ausgebildet, der etwa durch einen Ringspalt gebildet sein kann.

Durch diesen Treibgasauslaß kann sich, nachdem ihn der Beschleuni­ gungskörper passiert hat, das nachströmende Treibgas entspannen, so daß es nur in stark verringerter Menge in die Freigabeeinrichtung gelangt und dort eine allenfalls nur noch geringe Störung des Frei­ gabevorganges und der Fluglage des Flugkörpers herbeiführt.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung ist bei einem Ram- Beschleuniger mit vorzugsweise nachgeordneter Vakuumkammer zwischen diesen Elementen ein sich in Beschleunigungsrichtung erstreckender Rohrstutzen ausgebildet, der mit seinen beiden Enden an je eine der Verschlußmembranen des Ram-Beschleunigers und der Vakuumkammer anschließt.

Dieser Rohrstutzen weist wie der Beschleuniger selbst Führungs­ schienen oder Führungsnuten auf, die einerseits an jene des Be­ schleunigers und andererseits an jene der Freigabeeinrichtung bün­ dig angrenzen, so daß die Führung des Beschleunigungskörpers auch im Rohrstutzen ununterbrochen weiterbesteht.

Die Wand dieses Rohrstutzens ist gelocht oder geschlitzt, wobei sich mehrere Lochungen bzw. die Schlitze bevorzugt in Längsrichtung erstrecken, so daß in Abhängigkeit von der Länge des Rohrstutzens ein Treibgasauslaß mit einer Querschnittsfläche von beträchtlicher Größe geschaffen wird, so daß eine sehr merkliche Gasentlastung am Heck des Beschleunigungskörpers eingetreten ist, wenn dieser die Membran am Einlaß der Vakuumkammer durchdringt. Der Restdruck des Treibgases am Boden des Beschleunigungskörpers wird durch den Un­ terdruck in der Vakuumkammer vollends kompensiert, so daß der Be­ schleunigungskörper in der Freigabeeinrichtung praktisch ohne Stö­ rung durch Umgebungsgase vom Treibgehäuse befreit werden kann, so daß die für Präzisionsmessungen erforderliche hohe Genauigkeit in der Fluglage und die erforderliche Ungestörtheit einer Meßstrecke bereits unmittelbar vor der Beschleunigungseinrichtung sicherge­ stellt sind.

Unter "Gleitschuhen" sind vorangehend alle solchen Elemente be­ zeichnet, die mit Längsführungen im Beschleuniger in führenden Ein­ griff bringbar sind und die das Ablösen der Treibgehäuseteile in der Freigabeeinrichtung fördern.

Die Freigabeeinrichtung befindet sich, wie voranstehend ausgeführt, am vorderen Ende des Beschleunigers, es kann aber gegebenenfalls nach der Freigabe noch eine Nachbeschleunigung des Flugkörpers er­ folgen, so daß es gegebenenfalls sogar vorteilhaft sein kann, die Freigabeeinrichtung baulich noch vor dem Ende des Beschleunigers anzuordnen und in diesen einzubeziehen.

Die Erfindung betrifft ausdrücklich nicht nur eine Einrichtung zur besonders strörungsfreien und präzisen Beschleunigung eines Be­ schleunigungskörpers insbesondere für Messungen an einem schnellen Flugkörper, sondern auch ausdrücklich ein Verfahren zur Vornahme einer solchen Beschleunigung und zur Einleitung solcher Messungen.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der beigefügten, schemati­ schen Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Abschnitt eines Ram-Beschleu­ nigers und den in diesem befindlichen Beschleunigungskör­ per,

Fig. 2 den Querschnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Beschleuniger längs Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 den Längsschnitt durch den Mündungsbereich des Ram-Be­ schleunigers der Fig. 1 und 2, mit einer vorgeordneten Va­ kuumkammer, die eine Freigabeeinrichtung aufnimmt, wobei die in der Fig. gezeigten Längsabmessungen nicht maßstäb­ lich sind, und

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich jener der Fig. 3, wobei der Längs­ schnitt durch eine modifizierte Vakuumkammer gezeigt ist, ebenfalls mit nicht maßstäblichen Längenabmessungen.

In Fig. 1 und 2 ist der Abschnitt einer Beschleunigungsbahn eines Ram-Beschleunigers im Längsschnitt gezeigt, der aus einem mit einem brennbaren Gas 8 gefüllten Rohr 7 gebildet ist, in dessen Wand zwei einander gegenüberliegende Längsnuten 6 eingebracht sind, die je­ weils beidseitig hinterschnitten sind.

Im Rohr 7 ist ein Beschleunigungskörper 1 geführt, der aus zwei Treibgehäuseteilen 3 und 4 gebildet ist, die einen Flugkörper 2 einschließen und stützen.

Die beiden Treibgehäuseteile 3, 4 sind so ausgebildet, daß sie ein Treibgehäuse bilden, das insgesamt eine kegelige Spitze, einen zy­ lindrischen Mittelabschnitt und ein sich kegelstupfförmig verjün­ gendes Heck aufweist. Der zylindrische Mittelabschnitt bestimmt das Kaliber des Beschleunigungskörpers 1 und weist zur Innenwand des Rohres 7 einen Abstand auf, der durch die Erfordernisse der Kom­ pression bestimmt ist.

Die beiden Treibgehäuseteile 3, 4 grenzen in der gezeigten Dar­ stellung im wesentlichen längs einer Teilungsebene aneinander, die die Seelenachse des Rohres 7 aufnimmt, die Seelenachse kann aber auch außerhalb der Teilungsebene liegen.

Beide Treibgehäuseteile 3, 4 sind in der Teilungsebene flanschartig verbreitert und bilden aneinander anliegende, schmale Stützstege, die gegen die Innenwand des Rohres 7 anliegen und einerseits der Abstützung dienen.

Mittig zwischen den Stützstegen und senkrecht zu diesen erstrecken sich Zugstege, die ebenfalls der Abstützung des Beschleunigungskör­ pers 1 dienen, an ihren Enden aber jeweils einen Gleitschuh 5 auf­ weisen, der im hinterschnittenen Hohlraum der zugehörigen Nut 6 gleitet.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, beträgt die axiale Länge der Zug- und Stützstege etwa die Hälfte der Gesamtlänge des Beschleunigungskör­ pers 1, der seinerseits knapp vier Kaliber lang ist.

In Fig. 3 ist der Mündungsbereich des in Fig. 1 und 2 gezeigten Be­ schleunigers dargestellt.

Die Mündung des Rohres 7 ist durch eine kräftige Membran 9 ver­ schlossen, die der Bewegung des Beschleunigungskörpers keinen nen­ nenswerten Widerstand entgegensetzt, aber dem Innendruck des brenn­ baren Gases 8 im Rohr 7 standhält.

In der Darstellung der Fig. 3 ist gezeigt, wie die Spitze des Be­ schleunigungskörpers 1 gerade die Membran 9 durchdringt.

An die Mündung des Rohres 7 ist ein zu diesem koaxialer Rohrstutzen 10 angeflanscht, dessen Wandung über praktisch seine gesamte Län­ generstreckung von Bohrungen 13 durchsetzt ist.

In die Wandung des Rohrstutzens 10 sind zwei einander gegenüberlie­ gende Längsnuten eingebracht, die eine bündige Fortsetzung der Längsnuten 6 im Rohr 7 bilden und den gleichen Querschnitt wie die­ se aufweisen.

Der Rohrstutzen 10 ist stark verkürzt dargestellt; er hat den Zweck, die dem Beschleunigungskörper 1 folgenden Verbrennungsgase 11 durch die jeweils hinter dem Beschleunigungskörper befindlichen Bohrungen 13 nach außen zu lenken. Die jeweils vor dem Beschleuni­ gungskörper befindlichen Bohrungen 13 bilden den Auslaß für die von diesem verdrängte Luft, soweit diese nicht diesen umströmt, so daß Strömungsverluste auf ein Mindestmaß reduziert sind.

Der Rohrstutzen 10 ist an eine zu diesem koaxiale Vakuumkammer 12 angeflanscht; die Verbindungsstelle ist durch eine Membran 9 ver­ schlossen, die ähnlich wie die Membran 9 an der Mündung des Rohres 7 ausgebildet ist und verhindern soll, daß Außenluft durch die Boh­ rungen 13 und den Rohrstutzen 10 in die Vakuumkammer eindringt.

Das Auslaßende 14 der Vakuumkammer ist durch eine ebensolche Mem­ bran verschlossen.

Innerhalb der Vakuumkammer 12 sind die beiden Längsnuten 6 des Roh­ res 7 und des Rohrstutzens 10 an deren Einlaß bündig und geradlinig fortgesetzt, divergieren dann aber stetig und enden im Mündungsbe­ reich der Vakuumkammer mit Abstand zur Seelenachse, spitzwinklig zu dieser geneigt und jeweils am Einlaß eines Auffangschachtes 16.

Die Vakuumkammer ist sehr viel länger ausgedehnt, als dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Nahe dem Einlaß in die Vakuumkammer 12 sind radial außerhalb der Längsnuten 6 liegende Hohlräume gezeigt, die dazu dienen, den In­ nenraum der Vakuumkammern zu vergrößern und hinter dem Beschleuni­ gungskörper nachströmendes Luft-Brenngasgemisch abzusaugen, damit dieses nicht den Vorgang der Ablösung der Treibgehäuseteile 3 und 4 vom Modell 2 beeinträchtigt. Solche Hohlräume sind jedoch nur dann erforderlich, wenn die Geschwindigkeit des Beschleunigungskörpers 1 nicht größer ist als die Geschwindigkeit von Luft beim Einströmen ins Vakuum, welche ihrerseits bei etwa 770 m/s liegt.

Wegen der einfacheren Bauausführung ist es jedoch auch bei einem schnelleren Beschleunigungskörper vorteilhaft, die Vakuumkammer 12, wie gezeigt, als zylindrischen Kessel auszubilden.

Wie ersichtlich, bewegen sich die Gleitschuhe 5 eines Beschleuni­ gungskörpers 1, der in die Vakuumkammer hineingeschossen wird, sich längs der Nuten 6 allmählich auswärts und ziehen über die Zugstege den jeweiligen Treibgehäuseteil 3 bzw. 4 nach außen und vom Modell 2 weg, so daß sich dieses von da an, wie etwas links von der Mitte in Fig. 3 dargestellt, losgelöst und im Freiflug zum Auslaß 14 be­ wegt. Bei dieser Bewegung ist der Flugkörper bzw. das Modell 2 durch keinerlei Anströmung beeinflußt, da er bzw. es sich im Vakuum bewegt.

Die lösgelösten Treibgehäuseteile 3 und 4 bewegen sich, durch ihre Gleitschuhe 5 geführt, weiter längs der mehr und mehr divergieren­ den Führungsnuten 6, bis sie an deren Ende freikommen und mit wink­ lig zur Seelenachse geneigter Bewegungsrichtung in Auffangschächte 16 eintreten und gegen deren Boden prallen.

Diese Auffangschächte bilden winklig zu der Seelenachse geneigte, längliche Kästen mit splitterfesten Wänden, die Fortsetzungen der Enden der Längsnuten 6 bilden und deren Innenraum mit der Vakuum­ kammer 12 in Verbindung steht.

Der jeweilige Boden der Auffangschächte 16 ist so stabil ausgebil­ det, daß er dem unmittelbaren Aufprall der Treibgehäuseteile 3 oder 4 standhält und liegt hierbei noch vor der den Auslaß 14 ver­ schließenden Membran; somit ist sichergestellt, daß nicht etwa zu­ rückprallende Splitter der Treibgehäuseteile 3 bzw. 4 den Flug des Modelles 2 beeinträchtigen oder an diesem vorgenommene Messungen stören können, da sie, wenn überhaupt, dem Modell 2 nur mit deutli­ chem Abstand folgen können.

Der Auslaß 14 selbst ist als düsenartig geformter Rohrabschnitt ausgebildet, der die Frontwand der Vakuumkammer 12 durchsetzt; durch diese Anbringung ist der Austritt von Splittern aus der Va­ kuumkammer 12 erschwert.

Vor jedem Schuß sind die Membranen 9 am Ein- und Auslaß von Vakuum­ kammer 12 und Rohr 7 zu erneuern, die Vakuumkammer 12 und das Rohr 7 sind zu evakuieren und das Rohr 7 ist mit dem jeweils ausgewähl­ ten brennbaren Gas bis zu einem jeweils ausgewählten Druck zu füllen.

Der Beschleunigungskörper 1 wird dann längs der Seelenachse etwa mittels eines elektromagnetischen Vorbeschleunigers oder einer Druckgaskanone in die entgegen der Beschleunigungsrichtung gewandte Membran des Rohres 7 in dieses eingeschossen und verdichtet mit seinem kegeligen vorderen Abschnitt das brennbare Gas 8, das den Beschleunigungskörper 1, von den Führungs- und Zugstegen gelenkt, umströmt und das an seiner Seite und seinem Heck verbrennt, wobei sich ein den Beschleunigungskörper 1 sanft schiebendes, mit diesem mitbeschleunigtes Druckpolster aus Verbrennungsgasen 11 bildet.

Vor dem Auslaß 14 der Vakuumkammer ist eine in der freien Atmosphä­ re oder einem Meßtunnel angeordnete Meßstrecke ausgebildet.

In Fig. 4 ist eine Vakuumkammer gezeigt, die weitgehend mit jener der Fig. 3 übereinstimmt. Die Beschreibung der Fig. 3 ist mithin auch für die Fig. 4 voll zutreffend; auf die im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Merkmale wird deshalb hier nicht mehr einge­ gangen.

Im Gegensatz zu der in Fig. 3 gezeigten Vakuumkammer 12 weist die Vakuumkammer 12 der Fig. 4 eine Freigabeeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, den Flugkörper 2 beim Ablösen der Treibgehäuse­ teile 3, 4 in eine gewünschte Fluglage zu verbringen.

Unmittelbar vor dem Punkt, an welchem die beiden Nuten 6 divergie­ ren, entfernt sich die in der Zeichnung obenliegende Nut an der Stelle 18 bereits von der Seelenachse; die in der Zeichnung unten­ liegende Nut nähert sich an der Stelle 17 jedoch der Seelenachse, so daß der gegenseitige Abstand der Nuten 6 gleichbleibt. Die Nut 18 entfernt sich weiter von der Seelenachse, wobei sie eine steti­ ge, flach gekrümmte Kurve beschreibt. Die Nut 17 dagegen legt eine flach gekrümmte Strecke mit einem Wendepunkt zurück und divergiert dann von der anderen Nut.

Der Beschleunigungskörper weicht somit kurzzeitig ein wenig von seiner Flugbahn seitlich ab, wonach die Treibgehäuseteile 3, 4 vom Flugkörper abgezogen werden. Dieser wird durch die kurzzeitige seitliche Abweichung in seine Fluglage geschwenkt, in welcher er dann nach Verlassen der Vakuumkammer 12 durch aerodynamische Kräfte stabil gehalten wird.

Bevorzugt sind die folgenden Angaben:

Länge des Rohres 7:
10 bis 200 m
Kaliber des Rohres 7:	30 bis 500 mm = D
Gasfüllung des Rohres 7:	H₂, N₂, O₂, He, CH₄
Länge des Beschleunigungskörpers 1:	3 D bis 6 D
Kaliber des Beschleunigungskörpers 1:	0,7 D bis 0,85 D
Abmessungen des Flugkörpers 2:	Die Spannweite ist kleiner als D (beim Passieren des Rohres); die Länge ist kleiner als 3 D
Gewicht des Flugkörpers 2:	0,5 bis 5 kg
Länge des Rohrstutzens 10:	3 bis 20 m
Länge der Vakuumkammer 12:	20 bis 50 m
Volumen der Vakuumkammer 12:	weniger als 0,2 bis 50 m³
Länge der Divergierungsstrecke der Nuten 6:	20 bis 50 m
Winkel zwischen den Enden der Divergierungsstrecke der Nuten 6 und der Seelenachse:	1° bis 5°
Abstand zwischen den Enden der Divergierungsstrecke der Nuten 6 und der Seelenachse:	größer als D
Länge der Auffangschächte 16:	2 bis 20 m

Claims (16)

1. Beschleunigungseinrichtung mit einem eine Beschleunigungsbahn mit Ausnahme mindestens ihres mündungsseitigen Endes umschließenden Beschleuniger und einem Beschleunigungskörper, der zur geführten und beschleunigten Bewegung längs der Beschleunigungsbahn einge­ richtet ist und von einem Flugkörper sowie bevorzugt einem diesen mindestens teilweise umschließenden und mit diesem in Eingriff stehenden Treibgehäuse gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Beschleuniger (7) mindestens zwei geradlinige Führungschienen oder Führungsnuten (6) ausgebildet sind, die bevorzugt einen gleichen gegenseitigen Win­ kelabstand bezüglich der Seelenachse aufweisen und die unmittelbar und/oder mittelbar über mindestens jeweils einen Gleitschuh (5) am Beschleunigungskörper (1) mit diesem in Zwangseingriff bringbar sind, und daß im Bereich des mündungsseitigen Endes eine Freigabe­ einrichtung angeordnet ist, die zum erzwungenen Lösen und Freiset­ zen des Flugkörpers (2) von allen übrigen Teilen (3, 4) des Be­ schleunigungskörpers durch deren Bewegung quer zur Beschleunigungs­ richtung eingerichtet ist.

2. Beschleunigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Flugkörper als Modell (2) für Messungen außerhalb des Beschleunigers (7) eingerichtet ist.

3. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugkörper (2) als Instrumententrä­ ger ausgebildet ist.

4. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Mündungsseite seitlich und vor der Freigabeeinrichtung eine Fangeinrichtung (16) zum Auffangen der vom Flugkörper (2) abgetrennten Teile (3, 4) des Beschleunigungs­ körpers (1) angeordnet ist.

5. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabeeinrichtung von einem End­ abschnitt der Führungsschienen oder Führungsnuten (6) gebildet ist, in welchem deren Abstand zu der Seelenachse vergrößert ist.

6. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Freigabeeinrichtung zum Lösen der das Treibgehäuse bildenden Teile (3, 4) vom Flugkörper (2) in einer vorbestimmten Reihenfolge eingerichtet ist.

7. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabeeinrichtung (17, 18) zum Bewegen des Flugkörpers (2) in eine vorbestimmte Fluglage einge­ richtet ist.

8. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach der Freigabeeinrichtung eine zusätzliche Einrichtung zum Bewegen des Flugkörpers (2) in ei­ ne vorbestimmte Fluglage vorgesehen ist.

9. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Beschleuniger als Rohr (7) einer be­ vorzugt rückstoßfreien Pulver- oder Leichtgaskanone ausgebildet ist.

10. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Beschleunigungskörper (1) zu dessen Beschleunigung ein Raketentriebwerk zugeordnet ist.

11. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleuniger als mit brennbarem Gas gefülltes Rohr (7) eines Ram-Beschleunigers ausgebildet ist.

12. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungskörper (1), bevor­ zugt der Flugkörper (2) selbst, bei einem mit Führungsnuten ausge­ statteten Beschleunigerrohr (7) vollkalibrig ausgebildet ist.

13. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabeeinrichtung in einer Vakuumkammer (12) angeordnet ist.

14. Beschleunigungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fangeinrichtung Fangschächte (16) aufweist, die jeweils zum Auffangen der Treibgehäuseteile (3, 4) eingerichtet sind und mit der Vakuumkammer (12) in Verbindung stehen.

15. Beschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Beschleunigungsbahn und der Freigabeeinrichtung ein seitlicher Treibgasauslaß (13) angeord­ net ist.

16. Beschleunigungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Mündung des Ram-Beschleunigers (7) und der Vakuumkammer (12) ein Rohrstutzen (10) angeordnet ist, in des­ sen Wand von Öffnungen (13) durchsetzt ist, die den Treibgasauslaß bilden.