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mit flüssigen Betriebsstoffen betriebene Gasrakete Es ist vorgeschlagen
worden, zur Erreichung von Regionen, in denen die Atmosphäre so dünn ist, daß aerostatische
oder aerodynamische Einrichtungen eine ausreichende Tragwirkung nicht mehr auszuüben
vermögen, Raketen zu verwenden, die durch Rückstoßwirkung ausströmender Gase aufwärts
getrieben werden.
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Derartige Raketen haben vorläufig den Zweck, für wissenschaftliche
Forschungen selbsttätige Meßinstrumente verschiedener Art mitzuführen. Für den Niedergang
sind sie mit einer (in den beiliegenden Zeichnungen nicht dargestellten) Fallschirmeinrichtung
versehen.
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Als Betriebsstoffe wurden für solche Raketen verflüssigte Gase vorgeschlagen,
von denen die brennbaren getrennt von den das Brennen unterhaltenden in Behältern
mitgeführt werden und nach Art eines Schweiß- und Schneidgebläses erst beim Austritt
in die Verbrennungskammer gemischt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung für das Einpressen
der Betriebsstoffe aus den Vorratsbehältern in den Verbrennungsraum, in welchem
der den Vortrieb bewirkende hohe Druck erzeugt wird. Gemäß der Erfindung wird der
Austritt der Betriebsstoffe aus den Vorratsbehältern in den Verbrennungsraum durch
Ausgleich des auf den Inhalt der Vorratsbehälter wirkenden Druckes mit dem Druck
des Verbrennungsraumes erleichtert, so daß nur ein verhältnismäßig geringer zusätzlicher
Druck auf den Inhalt der Vorratsbehälter ausgeübt werden muß, um diesen in den Verbrennungsraum
zu fördern.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird dieser 'zusätzliche Druck
vom Trägheitswiderstand, Luftwiderstand und Gewicht eines gegenüber den Vorratsbehältern
beweglichen Teiles (Kopfes) der Rakete abgeleitet, bei anderen Ausführungsformen
wird den Verbrennungsgasen selbst Energie entzogen, um die Betriebsstoffe in die
Verbrennungskammer zu fördern. Dies geschieht beispielsweise mittels Differentialkolben,
auf deren kleinere Fläche der Austrittswiderstand und auf deren größere Fläche die
Antriebskraft wirkt. -Verwendet man als Betriebsstoffe Sauerstoff und Wasserstoff,
so ist das Verbrennungsprodukt Wasserdampf. Man kann an Stelle der besprochenen
Zylinder daher auch Dampfturbinen an den Verbrennungsraum anschließen, welche die
Betriebsstoffe mittels Rotationspumpen in den Verbrennungsraum einpressen.
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In der Zeichnung- -sind die verschiedenen Ausführungsformen der Rakete
dargestellt.
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Abb. r zeigt im Axialschnitt eine Ausführung mit beweglichem Raketenkopf
und einer Ablaßvorrichtung: Abb. 2 bis q. zeigen in größerem Maßstabe Einzelheiten
zuAbb. z, und zwar Abb. 2 in derselben Projektion wie Abb. z; Abb. 3 zeigt einen
Grundrißschnitt nach der Linie III-III der Abb. r;
Abb. 4 stellt
ein Verschlußstück für die hohle Kolbenstange dar; Abb. 5 zeigt eine Ausführungsform
mit Differentialkolben.
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Abb. 6 und 7 zeigen Einzelheiten der Abb. 5 in größerem Maßstab, und
zwar zeigt Abb. 6 einen teilweisen Schnitt parallel zu dem der Abb. 5, jedoch durch
die Raketenachse hindurch, während der Schnitt in Abb. 5 durch die Achse des vorn
liegenden Arbeitszylinders geführt ist.
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Abb. 7 ist ein Grundrißschnitt nach der Linie VII-VII der Abb. 6.
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Abb. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der zur Förderung der
Betriebsstoffe in den Verbrennungsraum Rotationspumpen verwendet werden, die von
Turbinen angetrieben werden, die ihrerseits von einem Teil der Verbrennungsgase
bzw. -dämpfe gespeist werden.
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Mit i ist bei sämtlichen Ausführungsformen der Raketenkörper bezeichnet,
der die vorteilhaft aus mehreren im Kreise angeordneten Zylindern bestehenden Betriebsstoffbehälter
2, 2' und an seinem Hinterende den Verbrennungsraum 3 enthält, der mit einer Auspuffdüse
4 nach hinten mündet. Der die Düse 4 und den Verbrennungsraum 3 umgebende Raketenteil
kann mit einem Kühlmittel gefüllt sein. Die Brennstoffbehälter 2 sind durch Rohrleitungen
5, die Behälter 2' für die das Brennen unterhaltenden Stoffe durch von diesen getrennte
Rohrleitungen 6 mit dem Verbrennungsraum 3 verbunden. Rohrleitungen 7, 7' bewirken
den Druckausgleich zwischen dem Verbrennungsraum und den Betriebsstoffbehältern.
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In Abb. i sind in diesen Behältern selbst Kolben 8 angeordnet, die
durch Kolbenstangen 9 mit dem beweglichen Kopf io der Rakete verbunden sind. Diese
Kolbenstangen 9 sind hohl und dienen auch zur Füllung der Betriebsstoffbehälter
2 in der unten angegebenen Weise. Die Kolbenstangen 9 sind mittels Verschraubungen
26 verschließbar, die als Stangen oder unten verschlossene Rohre 25 in die hohlen
Kolbenstangen hineinragen. Eine weitere in den Abb. 1, 2 und 3 dargestellte Verbindung
der Kolbenstangen 9 mit dem Raketenkopf io erfolgt lösbar mittels der oberhalb der
Kopfplatte 38 angeordneten federnden Klemmverbindung 39, 40, 43, dererr--13au und
Wirkungsweise im besonderen aus Abb#-3-(#rsichtlich ist. Zum Feststellen des Raketenkopfes
iogegenüber dem Raketenkörper i beim Füllen der Betriebsstoffbehälter z, 2' und
vor dem Ablassender__Rakete dienen die in die Bohrungen 41 des Raketenkopfes io
unmittelbar oberhalb der oberen Deckel d-er. j3etriebsstoffbehälter 2, 2' einschiebbaren
Sperr= bolzen 42. Der Kopf io enthält oberhalb der Kopfplatte 38 die nicht dargestellten
selbsttätigen Meßinstrumente.
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Durch das Gewicht des Kopfes io und der mit ihm verbundenen Teile,
ferner durch den Trägheitswiderstand ihrer Massen bei der ungefähr konstant beschleunigten
Bewegung der Rakete und durch den auf den Kopf lastenden Luftwiderstand werden die
Kolben 8 in die Betriebsstoffzylinder 2, z' hineingepreßt und drücken die Betriebsstoffe
aus ihnen durch die Leitungen 5, 6 in den Verbrennungsraum 3, während durch die
oberhalb der Kolben 8 in die Betriebsstoffzylinder 2, 2' mündenden Leitungen 7,
7' ein Druckausgleich zwischen dem Verbrennungsraum 3 und den Betriebsstoffzylindern
bewirkt wird. Um im Augenblick des Anlassens, wo Luft- und Trägheitswiderstand noch
nicht zur Wirkung kommen, einen genügenden Druck auf die Betriebsstoffe ausüben
zu können, sind Federn ii vorgesehen, deren Druck vor dem Ablassen der Rakete von
den Sperrbolzen 42 aufgenommen wird, wodurch verhindert wird, daß die Betriebsstoffe
in den Zylindern 2 vbrzeitig unter Druck gesetzt werden.
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Innerhalb der Steuerflossen am Hinterende der Rakete ist die beim
Abschuß zurückbleibende Startverrichtung angeordnet. Diese besteht aus einem beispielsweise
aus Blechen und Winkeleisen zusammengenieteten Gestell 33, das einen Elektromagneten
29 in seiner Mitte trägt, dessen isolierter Kern 3o durch eine Feder 31 aufwärts
gegen die Mündungen der Betriebsstoffleitungen 5, 6 gepreßt wird und diese verschließt.
In der Nähe des Endes des Kerns 30 sind die geerdeten Elektroden 32 angebracht.
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Abb. 2 zeigt die Betriebsstoffbehälter 2 und 2' während des Einfüllens
der Betriebsstoffe, und zwar die rechte Hälfte in bereits gefülltem Zustande, während
die linke Hälfte eben gefüllt wird. Beim Füllen wird der Betriebsstoff bei der Öffnung
24 (Abb. i) der rechten hohlen Kolbenstange 9 (Abb. 2) eingefüllt und tritt bei
den Öffnungen 35 unterhalb des oberen Kolbens 8 bzw. am Ende der hohlen Kolbenstange
unterhalb des unteren Kolbens in die Betriebsstoffbehälter ein. Die Leitungen 5,
6 werden beim Füllen der Betriebsstoffbehälter durch das Ende des Magnetkerns 3o
(Abb. i) verschlossen. Die Luft kann aus den rechten Behältern 2' (Abb. 2) durch
die Kanäle 2,7 in die linken Behälter 2 überströmen und tritt durch die hohle
Kolbenstange 9 der linken Zylinder 2 und die ebenfalls freigegebene Öffnung 24 (Abb.
i) dieser Stange ins Freie aus. Sind, wie in Abb. 2 dargestellt, die rechten Zylinder
2 bereits mit Betriebsstoff gefüllt, so tritt dieser durch die Kanäle 27 in die
linken Zylinder 2 über und füllt auch diese, wobei die Luft in der angegebenen Weise
durch die hohle Kolbenstange entweicht. Nach dem Füllen werden beide Kolbenstangen
9 mittels Schrauben 26 (@'bb;,4) verschlossen, deren stangen- oder rohrförmige-Fortsätze
25 in die hohlen Kolbenstangen hinabreiech,die Verbindung zwischen den oberen und
untererr-Zylindern durch die Kolbenstangen
und Löcher 35 hindurch
absperren und gleichzeitig den in den hohlen Stangen 9 enthaltenen Betriebsstoff
in die Behälter 2 und 2' schieben. Ein im Innern der Betriebsstoffbehälter 2 vor
dem Ablassen der Rakete allenfalls entstehender Überdruck kann die Kolben 8 gegen
den Druck der Federn il so weit anheben, bis sie die Öffnungen 34 freigeben (Abb.
2) und der Überschuß durch die Ausgleichsleitung 7 in die Verbrennungskammer 3 entweichen
kann. Diese Einrichtung dient also als Sicherheitsventil.
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Zum Ablassen der Rakete werden zunächst die Sperrbolzen 42 aus den
Löchern 41 entfernt, wodurch der bisher von den Bolzen 42 aufgenommene Druck der
Federn il nunmehr auf die Kolben 8 zu wirken kommt. Nun wird der Stromkreis des
Elektromagneten 29 geschlossen, wodurch der Kern 30 gegen die Wirkung der
Feder 31 abwärts gezogen wird und die Öffnungen der Rohre 5, 6 freigibt. Gleichzeitig
wird auch der Stromkreis über die Elektroden 32 geschlossen, wodurch zwischen den
Elektroden Funken überspringen, die die aus den Leitungen 5, 6 unter dem Druck der
federbelasteten Kolben il austretenden Betriebsstoffe entzünden, wodurch die Rakete
in Gang gesetzt wird und die auf der Erde zurückbleibende Startvorrichtung verläßt.
Die gleiche Startvorrichtung kann auch für die weiter unten angegebenen Ausführungsformen
in Verwendung kommen.
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Das Ablösen des die mitgeführten Meßinstrumente enthaltenden Kopfes
io von der Rakete erfolgt durch Ausschaltung der Haltewirkung der Federn 39, die
in Ausnehmungen der Kolbenstangen 9 eingreifen (Abb. 3, 4). Durch Eindrücken der
Auslösestifte 4o (Abb, i und 3) entgegen der Wirkung der Federn 43 werden die Federn
39 aus den Einkerbungen der Kolbenstangen 9 ausgehoben und hierdurch die Verbindung
zwischen diesen und dem Kopf io gelöst; dies geschieht von Hand aus, um die Abnahme
des Kopfes zwecks Reinigung, Füllung usw. zu ermöglichen. Ein Ablösen des Kopfes
beim Aufstieg soll nicht eintreten.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 5 bis 7 sind die Betriebsstoffbehälter
z, 2' von den Pumpenzylindern 12, 13 getrennt. In diesen sind Differentialkolben
angeordnet, die entweder aus zwei unmittelbar aneinanderschließenden Teilen oder,
wie dargestellt, aus Kolben 18, 28 bestehen, die durch Stangen g' miteinander -verbunden
sind. Die kleineren Kolben 18 arbeiten in den Zylindern 12, die mit den Betriebsstoffbehältern
2, 2' durch Leitungen 17 (Abb. 6) und Rückschlagventile i9 verbunden sind; in den
von den Zylindern 12 zum Verbrennungsraum führenden Leitungen 5, 6 sind ebenfalls
Rückschlagventile 2o eingebaut. Die größeren Kolben 28 arbeiten in Zylindern 13,
die mit dem Verbrennungsraum 3 verbunden sind. Das Auslassen der in diese Zylinder
aus dem Verbrennungsraum übergeleiteten und ausgenutzten Verbrennungsgase erfolgt
durch nach hinten mündende Auspuffleitungen 14, um die ihnen noch innewohnende Energie
ebenfalls für den Vortrieb auszunutzen. Die in den Zylindern 12 bzw. 13 arbeitenden
Kolben können doppelt wirkend oder, wie in Abb. 5 und 6 dargestellt, einfach wirkend
sein. Die verschiedenen Kolben können mechanisch miteinander gekuppelt werden, etwa
durch Kurbelwellen 15, von denen auch die- Steuerung 21, 21', 22 und 22' der Kanäle
7, 14 abgeleitet wird. Die Kurbelwellen sind im Raketenkörper i gelagert und an
jedem Ende mit einem Zahnrad 16 versehen, welche Zahnräder miteinander kämmen (Abb.
7). Die Kolben können aber auch ohne jede mechanische Verbindung sein und einander
nach Art der bekannten Duplexpumpen steuern, wobei die Ventile in die Betriebsstoffleitungen
5, 6 als auch in die Abgasleitungen 7,14 angeordnet werden können.
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An Stelle der Kolbenmaschinenaggregate gemäß Abb. 5 bis 7 können auch
Turboaggregate treten. Diese Ausführungsform ist beispielsweise in Abb. 8 dargestellt.
Die Vorratsbehälter 2,2' sind durch die Leitungen 17, 17' mit den Rotationspumpen
37, 37' verbunden, von denen die DruckleZtungen 5' in die Verbrennungskammer 3 führen.
Aus dieser bringt die Leitung 7 gespannte Verbrennungsgase in die Turbinen 36, 36',
aus denen sie nach Abgabe ihrer Energie durch die Rohre 14 ins Freie entweichen.
Die Turbinen 36, 36' können mit den Pumpen 37, 37' direkt oder durch ein Getriebe
44, 44' gekuppelt sein.