DE4337444A1 - Verbesserungen bei bzw. im Zusammenhang mit Festtreibstoff-Brenneinrichtungen - Google Patents

Abstract

Festtreibstoff-Brenneinrichtung, beispielsweise als Raketenmotor, mit einem Brennschlußventil zur Schaffung zweier Brennphasen aus einem einzigen Treibstoffladungssystem, wobei das Ventil eine Ventilkonstruktion (50), die eine Öffnung (52) im Druckbehälter der Brenneinrichtung umschließt, ein Ventilorgan (60), Haltemittel (65) zum freigebbaren Halten des Ventilorgans in dichtender Anlage mit der Ventilkonstruktion, um das Ventil während einer ersten Brennphase geschlossen zu halten, Ventilöffnungsmittel (68), die auf Befehl zur Freigabe der Haltemittel betätigbar sind, wodurch das Lösen des Ventilorgans (61) von der Ventilkonstruktion und dadurch das Öffnen des Ventils zur Beendigung der ersten Brennphase durch schnelle Druckentlastung der Verbrennungsgase bewirkt wird, und Ventilschließmittel (72) aufweist, die auf Befehl betätigbar sind, um das Ventilorgan (61) in dichtende Anlage mit der Ventilkonstruktion zu bewegen, wodurch das Ventil vor einer Wiederzündung der Treibstoffladung für eine zweite Brennphase wieder geschlossen wird.

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Festtreibstoff-Brenneinrichtungen und Ventilen hierfür.
• Es ist bekannt, daß die Verbrennung de Treibstoffs in einer Festtreibstoff-Brenneinrichtung, beispielsweise einem Raketenmotor, durch schnelle Druckentlastung des Druckbehälters beendigt werden kann, in dem diese Verbrennung stattfindet. Dies kann wiederum zur wahlweisen Steuerung der Schubdauer des Raketenmotors durch entsprechende Zeitsteuerung der Druckentlastung ausgenützt werden, die typischerweise durch Ausschießen eines eine Wandöffnung des Druckgefäßes verschließenden Stopfens erfolgt.
• Bei gewissen Anwendungsfällen ist es jedoch wünschenswert, eine Rakete mit zwei Schubstufen auszustatten, wozu es bisher erforderlich war, zwei gesonderte Raketenmotoren vorzusehen, die jeweils gesondert gezündet werden können, wenn der entsprechende Schub benötigt wird. Die Dauer und die Größe des Schubs in jeder Schubstufe, d. h. das Schubprofil, wird normalerweise durch Bauart, Größe und Konfiguration der in jeder Schubstufe eingesetzten Festtreibstoffladung bestimmt, wie auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Festtreibstoff-Brenneinrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, zwei Brennphasen aus einem einzigen Treibstoffladungssystem zu ermöglichen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Festtreibstoff- Brenneinrichtung einen Druckbehälter, eine Festtreibstoffladung innerhalb des Druckbehälters zur Erzeugung von Schubgasen während der Verbrennung, und ein Brennschlußventil auf, das in einer Öffnung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Druckbehälters angeordnet ist, wobei das Ventil auf Befehl im Sinne einer Beendigung einer ersten Brennphase der Treibstoffladung durch Bewirken einer schnellen Druckentlastung des Inneren des Druckbehälters durch Ablassen von Verbrennungsgasen durch diese Öffnung betätigbar ist, und auf weiteren Befehl im Sinne eines Wiederverschließens der Öffnung vor dem Wiederzünden der Treibstoffladung zur Durchführung einer zweiten Brennphase betätigbar ist.
• Vorzugsweise ist das Brennschlußventil auch auf Befehl im Sinne einer Bewirkung einer schnellen Druckentlastung des Inneren des Druckbehälters während der zweiten Brennphase betätigbar, um so die Erzeugung einer ersten und einer zweiten Schubphase des Raketenmotors mit jeweils variabler Dauer zu ermöglichen.
• Um eine solche Beendigung der zweiten Brennphase zu bewirken, kann das Brennschlußventil in der Öffnung freigebbar durch Haltemittel gehalten werden, die auf Befehl betätigbar sind, um die Freigabe des Ventils aus der Öffnung und dadurch eine schnelle Druckentlastung des Inneren des Druckbehälters während der zweiten Brennphase zu bewirken.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform weist das Brennschlußventil eine die Öffnung umgebende Ventilkonstruktion und erste und zweite Ventilelemente auf, die auf der Niederdruckseite bzw. der Hochdruckseite der Öffnung angeordnet sind, und das Ventil weist Mittel zum lösbaren Halten des ersten Ventilelements in dichtendem Zusammenwirken mit der Ventilkonstruktion durch welche das Ventil von seiner Niederdruckseite her während der ersten Brennphase geschlossen gehalten wird, auf, Befehl zum Freigeben der Haltemittel betätigbare Ventilöffnungsmittel, durch welche das Trennen des ersten Ventilelements von der Ventilkonstruktion bewirkt wird, um dadurch das Ventil zur Beendigung der ersten Brennphase durch schnelle Druckentlastung der Verbrennungsgase durch diese Öffnung zu öffnen, und Ventilschließmittel auf, die auf Befehl zum Herbeiführen eines dichtenden Zusammenwirkens des zweiten Ventilelements mit der Ventilkonstruktion von der Hochdruckseite her betätigbar sind, um dadurch das Ventil vor der Wiederzündung der Treibstoffladung für die zweite Brennphase zu schließen.
• Die Anordnung des ersten Ventilelements auf der Niederdruckseite der Öffnung hat den Vorteil, daß das Öffnen des Ventils bei Betätigung der Ventilöffnungsmittel von dem Hochdruckgas innerhalb des Druckbehälters unterstützt wird. Des weiteren stellt die Anordnung des zweiten Ventilelements auf der Hochdruckseite der Öffnung, d. h. innerhalb des Druckbehälters, sicher, daß dieses Ventilelement keiner zu Schäden führenden Kondensation ausgesetzt ist, weil es sich innerhalb einer Hochtemperaturumgebung befindet, wo es auch von den korrosiven Wirkungen von bei Beendigung der ersten Brennphase durch die Öffnung austretenden Verbrennungsgasen isoliert werden kann.
• Vorzugsweise arbeiten die Ventilschließmittel so, daß sie gleichzeitig das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement auf beiden Seiten der Ventilkonstruktion mit dieser in Zusammenwirkung bringen, und dies kann durch Anbringen des ersten und zweiten Ventilelements auf einer gemeinsamen Stange erfolgen, so daß sie bei Betätigung der Ventilschließmittel axial mit Bezug auf diese Stange zueinanderhin bewegt werden, wodurch die Ventilkonstruktion fest zwischen den beiden Ventilelementen eingespannt wird. Auf diese Weise kann eine wirksamere Abdichtung erreicht werden.
• Gemäß einer zweiten Ausführungsform weist das Brennschlußventil eine die Öffnung umschließende Ventilkkonstruktion, ein Ventilelement, Haltemittel zum freigebbaren Halten des Ventilelements in dichtendem Zusammenwirken mit der Ventilkonstruktion, um das Ventil während der ersten Brennphase geschlossen zu halten, auf Befehl im Sinne der Freigabe der Haltemittel betätigbare Ventilöffnungsmittel, um das Ventilelement sich von der Ventilkonstruktion lösen zu lassen und so das Ventil für eine schnelle Druckentlastung des Inneren des Druckbehälters durch diese Öffnung zu öffnen, und Ventilschließmittel auf, die auf einen nachfolgenden Befehl zum Bewirken eines dichtenden Zusammenwirkens des Ventilelements mit der Ventilkonstruktion betätigbar sind, um dadurch das Ventil vor der Wiederzündung der Treibstoffladung für die zweite Brennphase zu schließen.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Raketensystems mit einem Festtreibstoff-Raketenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung, der zur Erzeugung seitlicher Schubimpulse variabler Dauer zum Steuern der Rakete im Flug konfiguriert ist,
• Fig. 2 eine teilgeschnittene schematische Seitenansicht eines Raketensystems mit einem Raketenmotor nach der vorliegenden Erfindung, der zur Erzeugung des Hauptschubs für die Rakete in zwei Schubstufen mit jeweils variabler Schubdauer konfiguriert ist,
• Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf ein Brennschlußventil für einen Raketenmotor gemäß der vorliegenden Erfindung, von außerhalb des Raketenmotors gesehen,
• Fig. 4 eine Schnittansicht des Ventils längs der Linie 4-4 in Fig. 3,
• die Fig. 5 bis 8 schematische Seitenansichten des Ventils in verschiedenen Betriebsstellungen, und
• die Fig. 9 bis 11 in geschnittener Darstellung verschiedene Betriebsstellungen einer modifizierten Ausführungsform des Brennschlußventils für einen Raketenmotor nach der vorliegenden Erfindung.
• Um nun auf die Zeichnungen Bezug zu nehmen, die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Anwendungen der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Konfigurationen von Raketensystemen, bei welchen entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 1 weist die Rakete einen Gefechtskopf- und Lenkabschnitt 1, einen ersten Festtreibstoff-Raketenmotor 2 zur Erzeugung des Hauptschubs für das Raketensystems über eine Mehrzahl von abgeschrägten, seitwärts ausmündenden Düsen 3, und einen zweiten kleineren Festtreibstoff-Raketenmotor 4 gemäß der Erfindung auf, der mit seitwärts ausmündenden Düsen 5 versehen ist, um seitlichen Schub zum Ausführen starker Schwenkmanöver zu erzeugen, die nicht ohne weiteres mittels der Flossen 6 bzw. 7 bewerkstelligt werden können. Der Raketenmotor 4 weist einen zylindrischen Druckbehälter 10 auf, der ein Festtreibstoffladungssystem mit einer ersten zylindrischen Ladung 9a und einer zweiten ringförmigen Ladung 9b enthält, deren mittiger Kanal im Betrieb den Austritt unter Druck stehender Verbrennungsgase ermöglicht, wenn ein Brennschlußventil 8 geöffnet wird. Die beiden Ladungen 9a, 9b sind axial voneinander getrennt, um einen Kanal herzustellen, durch welchen Schubgase durch die seitwärts ausmündenden Düsen 5 austreten können, und in dem zwei Zünder 9c und 9d angeordnet sind, jeweils einer zum Zünden jeder der Brennphasen des Raketenmotors. Bei dieser Konfiguration ist das Brennschlußventil 8 in der hinteren Stirnwand 18 des Druckbehälters 10 angeordnet. Die Konstruktion und Wirkungsweise den Ventils 8 wird nachstehend mehr im einzelnen beschrieben.
• In Fig. 2 weist das Raketensystem einen Gefechtskopf- und Lenkabschnitt 1 und einen Festtreibstoff-Hauptschubraketenmotor 11 auf, der Schub durch eine Schubdüse 12 in seiner hinteren Stirnwand erzeugt. Der Raketenmotor 11 weist einen zylindrischen Druckbehälter 15 mit einer hohlzylindrischen Treibstoffladung 14 auf, der einen mittigen Kanal herstellt durch welchen Verbrennungsgase durch die Schubdüse 12 austreten können.
• Der Raketenmotor 11 weist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brennschlußventil 8 auf, um den Raketenmotor 11 mit der Möglichkeit auszustatten, zwei Schubphasen variabler Dauer zu erzeugen, und bei dieser Konfiguration ist das Ventil 8 in der vorderen Stirnwand 18 des Druckbehälters 15 des Raketenmotors angeordnet. Die Richtungsteuerung der Rakete erfolgt über die Flossen 6 bzw. 7 in herkömmlicher Weise. Zwei Zünder 14a, 14b, die auf einem Teil des Brennschlußventils 8 innerhalb des hohlen mittigen Kanals der Treibstoffladung 14 angebracht dargestellt sind, dienen zum Zünden der beiden Brennphasen des Raketenmotors.
• In vieler Hinsicht sind die Raketenmotoren 4 und 11 von herkömmlicher Konstruktion, indem sie jeweils einen Druckbehälter 10, 15 aufweisen, in welchem die Verbrennung einer Treibstoffladung stattfindet, um die Schubgase zu erzeugen, wobei die Konfiguration und Art der Treibstoffladung in bekannter Weise im Hinblick auf den individuellen Einsatzfall entsprechend angepaßt sind. Raketenmotoren nach der vorliegenden Erfindung sind jedoch mit zwei gesonderten Zündern ausgestattet, die jeweils wiederum von herkömmlicher Bauart sein können, um das Treibstoffladungssystem zweimal zünden zu können, nämlich jeweils einmal in jeder Schubphase.
• Die Konstruktion und Wirkungsweise des Ventils 8 in den Fig. 1 und 2 wird nachstehend mit Bezug auf die Fig. 3 bis 8 mehr im einzelnen beschrieben.
• Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, weist das Ventil eine ringförmige Platte 16 auf, die den Rand einer kreisförmigen Öffnung 17 in der Wand 18 des Druckbehälters des Raketenmotors umschließt und überlappt. Im Falle der Raketenkonfiguration nach Fig. 1 befindet sich diese Wand in der hinteren Stirnwand des Raketenmotordruckbehälters, während sie sich bei der Konfiguration nach Fig. 2 in der vorderen Stirnwand des Raketenmotordruckbehälters befindet.
• Die ringförmige Platte 16 ist lösbar an der Außenseite der Wand 18 des Druckbehälters mittels dreier mit gleichen Abständen angeordneter Sprengbolzen 20 befestigt, die dafür ausgebildet sind, auf Befehl durch einen elektrischen Impuls gleichzeitig detoniert zu werden, um so die Freigabe des Ventils von der Wand 18 des Raketenmotorgehäuses zu ermöglichen.
• Das Ventil weist außerdem eine Primär- und eine Sekundärverschlußplatte 24 bzw. 25 auf, die beide auf einer gemeinsamen Ventilstange 26 montiert sind. Die Sekundärventilplatte 25 ist dauerhaft an einem Ende der Stange 26 im Inneren des Raketenmotorgehäuses, also auf der Hochdruckseite der Wand 18, befestigt. Die Primärventilplatte 24 ist außerhalb des Raketenmotorgehäuses mit entlang der Stange 26 axialem Abstand von der Sekundärventilplatte 25 angeordnet und mittels eines sprengbetätigten Teleskopstößels 30 mit der Stange 26 verbunden.
• Der Teleskopstößel 30 dient zum starren Verbinden der Primärventilplatte 24 mit der Stange 26 in einer ersten Position, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, kann aber durch einen elektrischen Befehlsimpuls betätigt werden, der eine kleine Sprengladung detoniert, um die Primärventilplatte 24 pneumatisch entlang der Stange 26 in Richtung auf die Sekundärventilplatte 25 zu treiben und sie relativ zur Stange in einer zweiten Position zu arretieren, in welcher die beiden Ventilplatten 24, 25 an beiden Seiten des Randes der ringförmigen Platte 16 anliegen und diese zwischen sich aufnehmen, wie unten noch mehr im einzelnen beschrieben wird.
• Der innere Rand der Öffnung 21 in der Ringplatte 16 ist auf seiner dem Raketenmotorgehäuse zugewandten Seite kegelförmig ausgebildet, um einen Ventilsitz 22 zu schaffen, der für das Zusammenwirken mit dem kegeligen äußeren Rand 23 der Sekundärventilplatte 25 gestaltet ist, der im Betrieb daran anliegt.
• Die Primärventilplatte 24 ist an der Außenseite der Ringplatte 16 bajonettartig lösbar mittels vier mit gleichen Abständen angeordneter Laschen 33 verbunden, die an der Außenfläche der Platte 16 abstehen und, wie in Fig. 3 gezeigt ist, hinter die Außenfläche von vier entsprechend beabstandeten Vorsprüngen 34 auf dem Rand der Primärventilplatte 24 greifen.
• Die Primärventilplatte 24 ist in der in Fig. 3 gezeigten Schließposition, in welcher die Laschen 33 hinter die Vorsprünge 34 greifen, mittels eines (nicht dargestellten) Scherstifts lösbar gehalten. Die Freigabe der Primärventilplatte 24 aus dieser Position wird mittels eines Betätigungskolbens 40 bewerkstelligt, dessen Kolbenkörper an der Ringplatte 16 befestigt ist und dessen Kolbenstange 42 tangential mit der Primärventilplatte 24 verbunden ist. Der Betätigungskolben 40 ist durch einen elektrischen Befehlsimpuls betätigbar, der eine kleine Sprengladung detoniert, welche die Kolbenstange 42 nach außen treibt und dadurch die Primärventilplatte 24 in eine Position dreht, in welcher die Vorsprünge 34 aus der Überdeckung mit den Laschen 33 gelöst sind, so daß die Primärventilplatte 24 von der Ringplatte 16 entriegelt ist.
• Die Ringplatte 16 ist außerdem an ihrer Außenseite mit einer Gruppe von drei nach außen vorstehenden Armen 35 versehen, die mit gleichen Abständen um die Öffnung 21 herum angeordnet sind und deren freie Enden mit Bezug auf die Öffnung 21 in Form eines Käfigs radial einwärts vorspringen, um die Bewegung der Primärventilplatte 24 nach ihrer Entriegelung von der Ringplatte 16 zu begrenzen.
• Zweckmäßigerweise kann jede der sprengbetätigten Einrichtungen, d. h. die Sprengbolzen 20, der Teleskopstößel 30 und der Betätigungskolben 40 von einer gemeinsamen elektrischen Energiequelle betätigt werden, die auch die Zündimpulse für die Treibstoffzünder 9c, 9d, 14a, 14b jeweils unter der Steuerung einer im Lenkkopf 1 der Rakete angeordneten Steuerschaltung erzeugen kann.
• Die Arbeitsweise des Ventils bei der Schaffung von zwei Schubphasen mit variabler Dauer aus einer einzigen Treibstoffladung wird nunmehr mit Bezug auf die Fig. 5 bis 8 mehr im einzelnen beschrieben. Die schematischen Zeichnungen dieser Figuren sind stark vereinfacht, indem unnötige Einzelheiten weggelassen sind, um das Arbeitsprinzip deutlicher darzustellen.
• Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist das Ventil geschlossen, wobei die Primärventilplatte 24 in ihrer Position über der Ventilöffnung auf der äußeren Niederdruckseite der Ringplatte 16 mittels des lösbaren Bajonettmechanismus 33, 34 befestigt ist, der oben mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 beschrieben wurde. In dieser Position ist das Ventil gegen den Austritt von Hochdruckschubgasen vom Augenblick der Zündung der Treibstoffladung des Raketenmotors unter Verwendung des Zünders 9c, 14b an und während der nachfolgenden Verbrennung während der ersten Schubphase geschlossen. Diese Schubphase wird auf Befehl durch schnelle Druckentlastung des Raketenmotordruckbehälters beendigt, was durch Auslösen des Sprengbetätigungskolbens 40 erfolgt. Dies bewirkt eine Drehung der Primärventilplatte 24 in ausreichendem Maße, um die Vorsprünge 34 aus dem Eingriff mit den Laschen 33 zu lösen.
• Unter dem Druck der im Druckbehälter befindlichen Schubgase wird die aus den beiden starr mit der Ventilstange 26 verbundenen Ventilplatten 24 und 25 bestehende Anordnung nach auswärts in die in Fig. 6 dargestellte Postion getrieben, in welcher die Ventilplatte 24 durch den Käfig arretiert wird, der von den wegragenden Armen 35 gebildet ist. In dieser Position ist das Ventil geöffnet und ermöglicht eine schnelle Freisetzung und folglich Druckentlastung der Schubgase innerhalb der Brennkammer, was wiederum das Auslöschen der Treibstoffladung verursacht, so daß die erste Schubphase des Raketenmotors beendigt wird.
• Um für ein schnelles Auslöschen der Treibstoffladung wirksam zu sein, muß die von dem Ventil hergestellte Öffnung zum Austritt der Verbrennungsgase mindestens 6 bis 10 mal größer als die Öffnung der Schubdüse(n) 5, 12 sein.
• Das Wiederzünden der Treibstoffladung durch Zünden eines zweiten Zünders 9d, 14b innerhalb des Raketenmotordruckbehälters zum Erzeugen einer zweiten Schubphase kann nur bewirkt werden, wenn das Ventil geschlossen ist. Dies erfolgt durch Betätigung des Teleskopstößels 30 mittels eines elektrischen Befehlsimpulses. Der Stößel 30 treibt die Primärventilplatte 24 entlang der Stange zur Sekundärventilplatte 25 hin und bewirkt, daß die beiden Ventilplatten 24, 25 das Ventil durch Einspannen des Innenrandes der Platte 16 zwischen sich wieder verschließen, wobei der kegelige Rand 23 der Sekundärventilplatte 25 formschlüssig und dichtend in dem Ventilsitz 22 sitzt, der, wie in Fig. 7 gezeigt ist, in der Ringplatte 16 gebildet ist. Die Primärventilplatte 24 wird in dieser Position von dem Teleskopstößel 30 starr mit der Stange 26 verriegelt, worauf die zweite Schubphase durch Wiederzünden der Treibstoffladung unter Verwendung des zweiten Zünders eingeleitet werden kann, wie oben beschrieben ist.
• Wenn anschließend die Beendigung der zweiten Schubphase auf Befehl (in vielen Anwendungsfällen ist dies unnötig) gewünscht wird, wird der Raketenmotordruckbehälter wiederum druckentlastet, um die Treibstoffladung auszulöschen, indem die Sprengbolzen 20 betätigt werden, die das Ventil an der Wand 18 des Raketenmotordruckbehälters befestigen, wodurch das Abwerfen des Ventils von der Öffnung durch die Hochdruckschubgase erfolgt, die dann entweichen.
• Die Fig. 9 bis 11 zeigen verschiedene Betriebszustände einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Brennschlußventil eine etwa ringförmige Ventilhülse 50 aufweist, die an der Wand 51 des Druckbehälters des Raketenmotors um eine darin gebildete kreisrunde Öffnung 52 herum angeschraubt ist. Der vom Druckbehälter entfernte Rand der ringförmigen Ventilhülse 50 ist mit zwei Ventilsitzen 54, 55 versehen. Der erste bzw. Primärventilsitz 54 hat die Form eines Silikongummi-O-Rings, der in einer radial einwärts ausmündenden Ringnut sitzt, und der zweite bzw. Sekundärventilsitz 55 weist einen ringförmigen Silikongummi-U-Ring auf, der tief in einer axial auswärts ausmündenden Nut sitzt, um ihn austretenden Verbrennungsgasen weniger auszusetzen.
• Auf der Ventilhülse 50 ist ein diese im wesentlichen umschließendes becherförmiges Ventilgehäuse 58 starr montiert, in welchem ein Ventilorgan 60 beherbergt ist, das nach Art eines Kolbens axial innerhalb des Gehäuses 58 verschiebbar ist.
• Das Ventilorgan 60 weist einen etwa zylindrischen Ventilkolben 61 auf, der mit einer entsprechenden inneren und äußeren Dichtfläche 62, 63 ausgebildet ist, die für ein dichtende Zusammenwirken mit dem Primärventilsitz bzw. dem Sekundärventilsitz 54, 55 an der Ventilhülse 50 ausgebildet sind, wenn das Ventilorgan sich in der Schließposition befindet, wie in Fig. 9 dargestellt ist. In dieser Position dient der Ventilkolben 61 zum Verschluß der Öffnung 52 und zum Verhindern des Entweichens von Verbrennungsgasen durch seitliche Auslaßöffnungen 64, die in der Wand des Ventilgehäuses 58 gebildet sind.
• Das Ventilorgan 60 wird in dieser geschlossenen Position durch eine hutförmige Deckelplatte 65 gehalten, die über einer Öffnung in der Stirnwand des Ventilgehäuses 58 angeschraubt ist, durch welche ein Ende einer Stange 67 verläuft und an der Deckelplatte 65 anstößt. Die Deckelplatte 56 ist mit einer linienförmigen Schersprengladung 68 versehen (wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung "Blade" verkauft wird, wobei es sich um ein eingetragenes Warenzeichen von Royal Ordnance plc handelt), die bei Detonation das Abtrennen des Oberteils der Deckelplatte 65 bewirkt, um dadurch die Stange 67 freizugeben und zu ermöglichen, daß der Kammerdruck innerhalb des Druckbehälters das Ventilorgan 60 in die in Fig. 10 dargestellte geöffnete Position treibt.
• Das andere Ende der Stange 67 ist mit einem becherförmigen Kolben 69 versehen, der innerhalb einer zylindrischen Aussparung 70 im Ventilkolben 61 verschiebbar ist, wobei der becherförmige Kolben 69 und die Aussparung 70 zwischen sich eine Expansionskammer 71 bilden, die eine kleine pyrotechnische Ladung 72 enthält.
• Der innere Rand des offenen Endes der Aussparung 70 ist mit einem federbelasteten Arretierungsring 74 versehen. Dieser ist so ausgelegt, daß er, nachdem die pyrotechnische Ladung 72 zur Druckbeaufschlagung der Expansionskammer 71 betätigt worden ist, wodurch der Kolben 69 und der Ventilkolben 61 sich auseinander in die Fig. 11 dargestellte Position bewegen, in eine entsprechende, in der Außenfläche des freien Endes des becherförmigen Kolbens 69 gebidlete Nut 75 eingreift. In diesem Zusammenhang ist die Außenfläche des becherförmigen Zylinders 69 konisch ausgebildet, um diese Funktion zu erleichtern.
• Nunmehr wird die Wirkungsweise des oben mit Bezug auf die Fig. 9 bis 11 beschriebenen Brennschlußventils bei der Schaffung zweier Schubphasen aus einer einzigen Treibstoffladung beschrieben. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, ist das Ventil ursprünglich geschlossen, wobei die inneren und äußeren Dichtflächen 62, 63 des Ventilkolbens 61 durch die Wirkung der Deckelplatte 56 auf die Stange 67 und den Kolben 69 in dichtender Anlage mit der Primärventildichtung 54 und der Sekundärventildichtung 55 gehalten werden. In diesem Zustand dient das Ventil zum Verschließen der Öffnung 52 in der Wand 51 des Raketenmotordruckbehälters, so daß die erste Schubphase nach dem Zünden der Treibstoffladung stattfinden kann.
• Während dieser Phase dient die Primär- bzw. innere Dichtung 54, 62 zum Schutz der Sekundär- bzw. äußeren Dichtung 55, 63 vor einer Berührung mit heißen Verbrennungsgasen innerhalb des Druckbehälters des Raketenmotors.
• Diese erste Schubphase kann dann auf Befehl durch Detonation der linearen Scherladung 68 auf der hutförmigen Deckelplatte 65 beendigt werden. Dies dient zum Abtrennen des oberen Teils der Platte 65, wodurch die Stange 67 freigegeben wird. Infolgedessen wird das gesamte Ventilorgan 60 mit dem Ventilkolben 61, der Stange 67 und dem becherförmigen Kolben 69 unter dem Druck der Verbrennungsgase innerhalb des Raketenmotordurckbehälters 51 aus der geschlossenen Position in Fig. 9 in die offene Position nach Fig. 10 gedrängt. Die Verschiebung des Ventilorgans 60 in diese Position wird durch ein Druckentlastungsnadelventil 80 in der Wand des Ventilgehäuses 59 gedämpft.
• In dieser Position liegt der Ventilkolben 61 an der Stirnwand des Gehäuses 58 an und öffnet dadurch die seitlichen Entlüfteöffnungen 64 für den Austritt der Verbrennungsgase innerhalb des Raketenmotordruckbehälters, wodurch eine schnelle Druckentladung derselben stattfindet. Dies beendigt dadurch die erste Brennphase. Um die zweite Brennphase einzuleiten, ist es notwendig, die Öffnung 52 vor der Wiederzündung der Treibstoffladung wieder zu verschließen. Dies erfolgt durch Zünden der pyrotechnischen Ladung 72, die eine schnelle Druckbeaufschlagung der Expansionskammer 71 bewirkt, wodurch der Ventilkolben 61 teleskopartig von dem becherförmigen Kolben 69 weg bewegt wird, bis der Arretierungsring 74 im Rand der Aussparung 70 in die Nut 75 im freien Ende des Kolbens 69 eingreift. Dadurch werden die beiden Teile fest in der in Fig. 11 dargestellten Position miteinander verriegelt.
• In dieser Position ist das Ventil wieder durch Anlage der Primär- und Sekundärdichtflächen 62, 63 des Ventilkolbens 61 mit dem entsprechenden inneren und äußeren Ventilsitz 54, 55 der Ventilhülse 50 geschlossen. Die Sekundärdichtung stellt eine vollständige Abdichtung in dem Fall sicher, daß Elemente der Primär- bzw. inneren Dichtung 54, 62 durch Austritt heißer Verbrennungsgase während oder bei Beendigung der ersten Schubphase zerstört worden sind.
• Wenn es danach gewünscht wird, die zweite Brennphase zu beendigen, bevor die Treibstoffladung ausgebrannt ist, kann das gesamte Ventil wie im zuvor mit Bezug auf die Fig. 3 bis 8 beschriebenen Ausführungsbeispiel durch Verwendung von Sprengbolzen abgeworfen werden, welche die Ventilhülse 50 an der Druckbehälterwand befestigen.

Claims (13)

1. Festtreibstoff-Brenneinrichtung mit einem Druckbehälter, einer Festtreibstoffladung innerhalb des Druckbehälters zur Erzeugung von Verbrennungsgasen, und einem Brennschlußventil, das in einer Öffnung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Druckbehälters angeordnet ist, wobei das Ventil auf Befehl zur Beendigung einer ersten Brennphase der Treibstoffladung durch Bewirken einer schnellen Druckentlastung des Inneren des Druckbehälters durch Ablassen von Verbrennungsgasen durch diese Öffnung betätigbar ist, und auf weiteren Befehl zum Wiederverschließen der Öffnung vor einer Wiederzündung der Treibstoffladung zum Erzeugen einer zweiten Brennphase betätigbar ist.

2. Festtreibstoff-Brenneinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Brennschlußventil außerdem auf Befehl zum Bewirken einer schnellen Druckentlastung des Inneren des Druckbehälters während der zweiten Brennphase betätigbar ist.

3. Festtreibstoff-Brenneinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Brennschlußventil in der Öffnung durch Freigabemittel lösbar gehalten wird, die auf Befehl im Sinne der Freigabe des Ventils von der Öffnung betätigbar sind, um dadurch eine schnelle Druckentlastung des Inneren des Druckbehälters zur Beendigung der zweiten Brennphase zu bewirken.

4. Festtreibstoff-Brenneinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Brennschlußventil eine die Öffnung umschließende Ventilkonstruktion und ein erstes und ein zweites Ventilelement aufweist, die auf der Niederdruckseite bzw. der Hochdruckseite der Öffnung angeordnet sind, und wobei das Ventil Mittel zum lösbaren Halten des ersten Ventilelements in dichtender Anlage an der Ventilkonstruktion, um das Ventil von dessen Niederdruckseite während der ersten Brennphase geschlossen zu halten, Ventilöffnungsmittel, die auf Befehl zur Freigabe der Haltemittel betätigbar sind, um das Lösen des ersten Ventilelements von der Ventilkonstruktion zu bewirken und dadurch das Ventil zur Beendigung der ersten Brennphase durch schnelle Druckentlastung der Verbrennungsgase durch die Öffnung zu öffnen, und Ventilschließmittel aufweist, die auf einen nachfolgenden Befehl zum Herbeiführen einer dichtenden Anlage des zweiten Ventilelements an der Ventilkonstruktion von der Hochdruckseite her betätigbar sind, um das Ventil vor einer Wiederzündung der Treibstoffladung für die zweite Brennphase wieder zu schließen.

5. Festtreibstoff-Brenneinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ventilschließmittel das gleichzeitige Anlegen des ersten und des zweiten Ventilelements an die Ventilkonstruktion auf entgegengesetzten Seiten derselben bewirken.

6. Festtreibstoff-Brenneinrichtung nach Anspruch 5, wobei das erste und das zweite Ventilelement auf einer gemeinsamen Stange montiert sind und bei Betätigung der Ventilschließmittel axial auf der Stange zueinander hin bewegt werden, um die Ventilkonstruktion zwischen den beiden Ventilelementen einzuspannen.

7. Festtreibstoff-Brenneinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Brennschlußventil eine die Öffnung umschließende Ventilkonstruktion, ein Ventilelement, Haltemittel zum lösbaren Halten des Ventilelements in dichtender Anlage mit der Ventilkonstruktion, um so das Ventil während der ersten Brennphase geschlossen zu halten, und Ventilöffnungsmittel aufweist, die auf Befehl im Sinne der Freigabe der Haltemittel betätigbar sind, um das Ventilelement sich von der Ventilkonstruktion lösen zu lassen und dadurch das Ventil zur schnellen Druckentlastung des Inneren des Druckbehälters durch die Öffnung zu öffnen, und Ventilschließmittel aufweist, die auf einen nachfolgenden Befehl betätigbar sind, um das Ventilelement in dichtende Anlage an die Ventilkonstruktion zu bringen, um das Ventil vor der Wiederzündung der Treibstoffladung für die zweite Brennphase wieder zu schließen.

8. Festtreibstoff-Brenneinrichtung nach Anspruch 7, die Verriegelungsmittel zum Verriegeln des Ventilelements in der Schließstellung während der zweiten Brennphase aufweist.

9. Festtreibstoff-Brenneinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Ventil Primär- und Sekundärdichtmittel aufweist, welche die Abdichtung zwischen der Ventilkonstruktion und dem Ventilelement herstellen, wobei die Primärdichtmittel zum Trennen und Schützen der Sekundärdichtmittel vor Beschädigung durch während der ersten Brennphase erzeugte Verbrennungsgase dienen.

10. Festtreibstoff-Brenneinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Ventilschließmittel eine Kolben/Zylinderanordnung aufweisen, die betätigbar ist, um das Ventilelement in die Schließposition zu drängen.

11. Festtreibstoff-Brenneinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, mit Mitteln zum Dämpfen der Bewegung des Ventilelements in seine Offenstellung bei Freigabe der Haltemittel.

12. Brennschlußventil zum Einsatz in einer Festtreibstoff- Brenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

13. Raketensystem mit einem Festtreibstoffraketenmotor in Form einer Brenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.