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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse und ein Verschlussdesign
für einen
Raketenmotor, insbesondere für
eine aus einem Geschütz-
oder Kanonenrohr abgeschossene Rakete. Insbesondere bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein insensitives Munitionssystem,
welches einen oder mehrere Durchgangswege und ein inneres Kompressionskammersystem
aufweist, welches den Gasdruck aufnimmt, welcher einem aus einem
Geschützrohr
verschossenen Raketensystem innewohnend ist, zur Verwendung eines
dünneren
Raketenmotor Zylindergehäuse
und damit den verfügbaren Innenraum
zur Aufnahme von Treibladungen über das
Maß zu
steigern, welches Stand der Technik ist. Diese Systeme können in
Kombination oder einzelnen verwendet werden.
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Hintergrund
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Zum
Geschützabschuss
vorgesehene Projektile oder Raketen weisen ein Frontende auf, einschließlich eines
Leitsystems und der Munition, und ein Heckende mit dem Raketenmotor.
Diese zwei Elemente können
in einem Stück
gefertigt sein, mit einem gemeinsamen äußeren Gehäuse oder sie können getrennt
voneinander gefertigt sein und anschließend miteinander vereinigt
werden. Für
den Fall, dass die beiden Elemente getrennt voneinander aufbewahrt
werden müssen,
ist es möglich
diese erst unmittelbar vor dem Einsatz zusammenzufügen, oder
sie können
auch während
der Lagerung, oder zusammengefügt
werden, um dann unmittelbar einsatzbereit zu sein.
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Wenn
ein Raketenmotor während
der Lagerung oder der Startvorbereitungsphase durch externe Wärmequellen
unbeabsichtigt gezündet
wird, insbesondere durch einen ungeplanten Treibladungsabbrand,
wird der Schub einsetzen, bevor der Zielvorgang hinreichend abgeschlossen
wurde. Wenn eine unbeabsichtigte Zündung durch den Einschlag von Fragmenten
verursacht wird, welche unplanmäßige Düsenaustrittsöffnungen
bilden, wird der Motor wild in unerwünschte Richtungen fortgetrieben.
Wenn zudem durch ein solches Vorkommnis die Abbrandoberfläche der
Treibladung sich unplanmäßig vergrößert, wird
der dadurch entstehende exzessive Druck einen Unfall verursachen,
welcher umstehende Personen und Eigentum beschädigen wird. In Hinblick auf
diese Gefahren müssen
heutige Waffensysteme gewisse Ansprüche im Bezug auf Sicherheitsanforderungen
an insensitive Munition (IM) zur sicheren Lagerung erfüllen.
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Bei
der separaten Lagerung von Raketenmotoren werden die IM Sicherheitsanforderungen
erfüllt,
indem der innere Druck, welcher durch unerwünschte Zündung der Treibladung entsteht,
abgelassen wird, durch Öffnung
sowohl des vorderen als auch das Heckverschlusses des Gehäusezylinders zum
Abbau des Drucks. Dieses erlaubt es, die Treibladung durch die somit
geschaffene Öffnung
ohne wesentlichen Schub in eine bestimmte Richtung abzubrennen,
und ohne dass der Raketenmotor explodiert oder die brennende Treibladung
explodieren könnte,
wodurch metallische Gehäusezylinder Bruchstücke in vielerlei
Richtungen auseinander fliegen.
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Der
Stand der Technik sieht den Einsatz eines Doppelweges zum Lastenausgleich
zwischen den Merkmalen eines der beiden Verschlüsse oder zwischen den Merkmalen
des Verschlusses und des Motorgehäusezylinders vor. Ein solcher
Lastausgleichweg kann zur Aufnahme von relativ kleinen Lasten, welche
während
des Transports und während
der Verladung vor dem Abschuss eintreten werden, ausgelegt sein;
andere können
zur Aufnahme wesentlich größere Lasten
ausgelegt sein, wie sie typischerweise während des Startens oder während des
Raketenmotorbetriebs auftreten können.
Bezugnehmend auf Zylinderkörper
zur Aufnahme von Raketenmotoren, beschreibt Hickey in US-Patent-Nr. 4,557,198
(1985) den Einsatz von Abscherstiften oder von Verschlussringen,
welche so angebracht sind, dass der Lastweg mit hoher Lastkapazität durch die
axiale Beschleunigung während
des normalen Starts scharf geschaltet wird, (wahlweise mit oder ohne
Auftreten eines Dralls) und welches gleichzeitig den Lastweg mit
niedrigerer Kapazität
entschärft. Boissiere
beschreibt im US-Patent-Nr. 5,337,672 (1994) die Scharfschaltung
des Hochkapazitätslastweges
und die Entschärfung
des Niedrigkapazitätslastweges
durch den Gasdruck, welche bei dem Startvorgang selbst generiert
wird, die Offenbarung des Dokuments erfüllt den kennzeichnenden Abschnitt
nach Anspruch 1. Dolan in US-Patent-Nr. 4,597,261, (1986), Pannella
in US-Patent-Nr. 3,887,991 (1975), Tate in US-Patent-Nr. 5,036,658, Koontz
in US-Patent-Nr. 5,155,298 (1992), Ellingsen in US-Patent-Nr. 5,311,820,
und Cherry in der Statutory Invention Registration Nummer H1144
offenbaren eine thermisch aktivierte Vorrichtung mit ähnlicher
Ausrichtung. Ferner offenbart Malamas in US-Patent-Nr. 4,99,513
den Einsatz eines Luftdurchlasssystems, welches durch den Drall
beim Start geschlossen wird.
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Wie
des Weiteren beschrieben wird, wird die sichere Entriegelung der
Verschlüsse
ebenfalls durch den Einsatz von Mitteln gewährleistet, mit niedrigen Abscherwiderstand,
welche zwischen den Verschlusskomponenten oder zwischen dem Verschluss und
dem Raketenmotor Zylindergehäuse
angeordnet sind, um den Hochkapazitätslastweg solange im entschärften Zustand
zu halten, bis dieser durch den Geschützdruck erfüllt wird. Sollte der Treibsatz
unbeabsichtigt entzündet
werden, werden die leicht abscherbaren Rückhaltemittel unter dem relativ
niedrigen inneren Druck abscheren und so eine vollständige Öffnung oder
eine Teilöffnung
ermöglichen,
um den Druck im Gehäusezylinders
abzubauen. Dadurch wird der Innendruck, welcher durch die unbeabsichtigte
Zündung
aufgebaut wird, ohne Gefahr eines unbeabsichtigten vorzeitigen Antriebs
oder einer Explosion abgebaut.
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Wie
ferner dargestellt wird, kann der vorteilhafte Einsatz des Geschützdrucks
zum Entschärfen des
Hochkapazitätslastwegs
mit dem Einsatz zur Verringerung des inerten Gewichts (abzüglich des Gewichts
des Treibsatzes) des verschiessbaren Projektils kombiniert werden.
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Raketenmotoren
werden zum Antrieb einer Nutzlast eingesetzt. Die Größe der Nutzlast,
welche befördert
werden kann, als auch die Geschwindigkeit und die Reichweite hängen im
Wesentlichen von dem Gewicht – beziehungsweise
der Masse – der Raketenmotorkomponente
selbst ab. Bei Einsatz unter Hochkapazitätsanforderungen fokussieren
die Raketenmotorentwickler sich auf die Minimierung des inerten
Gewichts des Motors.
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Einige
Raketenantriebe sind entweder in einem "nachhaltigen" Modus optimiert, welcher den Geschwindigkeitsverlust
oder den Verlust an Reichweite aufgrund von Reibung minimiert, oder
in einem "Nachbrenner" Modus, welcher die
Geschwindigkeit weit über
das hinaus steigert, welches durch den Geschützdruck und die Kanonenrohrlänge und
für den Einsatz
in Geschütz
verschiessbaren Projektile optimiert ist. In Anwendung nach dem
Stand der Technik erfordert der auftretende hohe Druck und die hohe Beschleunigung
des Projektils während
des Geschützabschusses,
welcher sich beim Kanonenabschuss des Projektil einstellt, einen
wesentlichen Anstieg des inerten Gewichts des Raketenmotors – weit über das,
was für
den Motorbetrieb alleine – benötigt wird.
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Zusätzlich kann
die Kanonenbeschleunigung die Unversehrtheit des Treibsatzes beschädigen, wenn
nicht große
Vorsicht bei der Ausführung
der Anordnung und der Mittel und der Trägermittel ausgeübt wird.
Die Beschleunigungskräfte,
welche während des
Abschusses in dem Geschützrohr
auf das Geschützgestartete
Projektil wirken sind hundert- bis tausendfach größer als
jener, die bei einem Raketen gestarteten Projektil auftreten.
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Es
gibt zwei Bauarten von Feststofftreibladung für Raketen. Eine Art besteht
aus einem komprimierten Granulat, bei dem prinzipiell die gesamte zusammengefasste
Oberfläche
aller Partikel für
den Abbrand unmittelbar nach der Zündung zur Verfügung steht.
Bei der zweiten Bauart sind Treibstoff- und Oxidanz-Partikel miteinander
in einer Gummimatrix verbunden, welche einen Komposit bildet, welches
einen Feststoff nach einem Verbindungsprozess durch Wärme oder
andere Eigenschaften entstehen lässt.
Bei den Komposittreibladungen ist die Abbrandoberfläche durch
die Anordnung der Oberflächen
des Feststoffmaterials und der vorgesehenen Abbrandrate einstellbar.
Während
des Abbrandes der komprimierten Granulattreibladung werden wesentlich
höhere
Betriebsdrücke
einwirken als beim Abbrand der gleichen Menge an Komposittreibladung.
Daraus folgt, dass die Treibladung aus komprimiertem Granulat im
Allgemeinen dort eingesetzt wird, wo Sprengstoffbehälter verwendet
werden, die entsprechend hohen Betriebsdrücken widerstehen können. Wenn
der Abbrand der Treibladung der Rakete nach dem Verlassen des Geschützrohres
geschehen soll, werden im Allgemeinen Komposittreibladungen eingesetzt.
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Der
thermische Expansionsumfang von Kompositfesttreibladungen ist typischerweise,
um eine Größenordnung
höher als
die Kapazität
der eingeschlossenen oder diesen beinhaltenden Konstruktion. Ein
Betriebstemperaturbereich von 38°C (100°F) führt zu einer
Volumenänderung
von ungefähr
2%. Sofern die Konstruktion und die Trägeranordnungen keine Deformation
zulassen, tritt ein thermischer Druck in der Treibladung auf, welche
zu Brüchen
führt,
somit zur unerwünschten
Zunahme der Abbrandoberfläche
und zu einer katastrophalen Zündung.
Gewöhnliche
Vorkehrungen um der thermischen Expansion zu begegnen, schließen eine
zentrale axiale Perforation des Treibladungsgranulats, welches auf
der äußeren Oberfläche des
zylindrischen Gefäßes angeordnet
sind, ein, und stellen die äußere Oberfläche des
Treibladungsgranulats, welches an dem vorderen und hinteren Ende
der Gefäßverschlussöffnung vorgesehen
sind, bloß.
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Die
Dehn- und Scherkräfte
und die Elastizitätsmoduli
für typische
Treibladungen sind gering im Vergleich zu denen der umgebenden Konstruktion. Aus
diesem Grund geht die Abweichung des hydrostatischen Druckzustands
während
des Geschützabschuss
mit großen
Deformationen einher. Bei einer hohen Vorwärtsbeschleunigung neigt das
Treibladungsgranulat dazu, das gesamte zur Verfügung stehende Volumen an dem
Heckende des beinhaltenden Gefäßes vollständig aufzufüllen. Im
Fall von freiliegendem Granulat, welches an dem Heckende ungebunden
an der Oberfläche
getragen wird, werden bei einer einwirkenden 10.000 g Umgebungsdruck und
einer 43 cm (17 Zoll) Axiallänge
der Treibladung ein hydrostatischer Druck an der Trägeroberfläche von
68.984 MPa (10.000 PSI) einwirken.
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Bei
Geschützabschuss
können
Variationen der heckseitigen Trägeranordnung
zu Belastungen führen,
welche die Unversehrtheit der granularen Treibladung verletzen.
Allerdings sind bei den Beschleunigungen, welche beim Geschützabschuss auftreten, weder
die Umfangsoberflächen
für das
unperforierte Granulat, noch des perforierten Granulats, welches
an dem vorderen Ende befestigt ist, steif genug, um eine Belastung
des heckseitigen Trägers
zu vermeiden, außer
wenn ein genügend
großer
Freiraum innerhalb des Motors vorgesehen ist.
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Daraus
folgt, dass beinahe die gesamte Kraft, welche auf das Treibstoffgranulat
während
des Geschützabschuss
ausgeübt
wird, direkt auf die Dichtung an dem Heckende einwirkt. Daraus folgt, dass
ein 43 cm (17 Zoll) langer Treibstoffgranulatkegel typische Treibladungsdrücke von
bis zu 68.948 MPa (10.000 psi) bei einer Beschleunigung von 10.000
g aufweist. Daraus folgt, dass die umfängliche Oberfläche des
Treibladungsgranulats sich bei der Füllung des Zylinders ausdehnen
wird, welches einen Radialdruck ausübt, welcher einen (hydrostatischen)
Druck von 68.984 MPa (10.000 psi) an dem Heckende entspricht, während an
dem vor dem Ende ein Druck von Null herrscht.
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Dementsprechend
muss der Gehäusezylinder
während
des Geschützstarts
Spannungen in Umfangsrichtung, aufgrund des internen Drucks aufnehmen,
welcher mehrmals größer ist
als der spätere Betriebsdruck
bei Abbrennen des Treibsatzes während
des Fluges. Zudem ist während
des Geschützstarts
einer axiale Kraft nötig,
um die Nutzlast zu beschleunigen, welche vor dem Raketenmotor auftritt, diese
muss um das Treibstoffgranulat herum abgeführt werden, weshalb das Raketenmotorgehäuse so ausgelegt
sein muss, dass es dabei sich nicht verformt.
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Die
Knicklast eines axial zusammengedrückten dünnen Zylinders hängt insbesondere
von seinem Radius, der Dicke und von der Länge und von einzelnen Materialeigenschaften,
insbesondere dem Elastizitätsmodul
bei dem wirksam eingebrachten effektiven Druckpegel, ab. Wenn das
Material „nachgibt", verringert sich
das Modul von einem Anfangswert, Youngsches Modul, bis auf eventuell
Null) (duktiles Material). Der effektive Druck („von Mieses" Verformungskriterium)
kann unter der Kombination von Anfangsdruck und axialem Kompressionsdruck,
welcher während
der Geschützabfeuerung
auftritt, um 37 % unterhalb des Umfangs- oder axialen Drucks liegen,
je nachdem, welcher von beiden größer ist. Das Material verformt
sich wirksam unter dem gemischten Spannungs- und Kompressionsbedingungen
bei einem wesentlich niedrigeren Druckpegel als dieses für eine einzelne
Druckart alleine der Fall wäre und
dadurch wird das Elastizitätsmodul – und damit auch
die Knicklast – deutlich
reduziert. Darum ist die Wanddicke, welche zur Sicherstellung eines
geeigneten Sicherheitsfaktor notwendig ist wesentlich höher, als
dieses für
die Auslegung gegen einen internen Druck oder eine axiale Kraft
alleine der Fall werde.
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In
den vergangenen Jahren wurden Anstrengungen zur Verbesserung des
oben beschriebenen Verhaltens sowohl der Treibladung als auch des
Gehäusezylinders
vorgenommen, und erlaubten es, einen Geschützdruck auf das Innere des
Raketenmotorgehäuses
auszuüben.
Paget offenbarte in dem US-Patent-Nr. 3,349,708 verschiedene Ausführungsformen
eines in einem Geschütz
abgeschossenen Raketenprojektils, welches eine Festtreibstoffladung beinhaltet
und es erlaubt, dass die Geschützgase
an dem Heckende eindringen. Pagets Ziel war es, die Gehäusewand
so dünn
wie möglich
zu halten und schlug vor, dass dieses durch den Einsatz eines Durchgangsweges,
welcher zu Gleichverteilung der Geschützdruckgase auf beiden Seiten,
sowohl Innen- als auch der Außenseite
des Projektils, zu erreichen ist. Die Geschützverbrennungsgase kommen dadurch
ebenso in Kontakt mit der eingesetzten Festtreibstoffladung, und
welches einer Quelle des Treibstoffabbrands sein kann. Stifte oder
Federn halten den Durchgangsweg offen, bis das Geschützabbrandgas
durch den Durchgangsweg eingetreten ist, und werden dann bei Austritt
des Projektils aus dem Geschützrohr
geschlossen.
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Ein
weiterer Ansatz ist das Befüllen
des inneren leeren Volumens mit einer selbst extrudierenden Flüssigkeit,
insbesondere Gummi oder dergleichen. Der Druck drückt die
Flüssigkeit
durch die Düsenöffnung aus
dem Raketenmotor, sobald die Lagertemperatur sich ändert, worin
der Düsenauslasskonus ein
Reservoir für überflüssige Flüssigkeit
wird. Die Flüssigkeit
wird mit Zündung
des Treibmittels ausgestoßen.
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Das
Zulassen von Eindringen von Geschützdruckgas in das Innere des
Raketenmotors, welcher mit einem flüssigen Hohlraumfüllmittel
gefüllt
ist, hat sowohl offensichtliche als auch verdeckte Auswirkungen.
Dabei ist offensichtlich, dass bis auch die Außenoberfläche des Raketemotors von dem
Geschützdruck
erfasst wird, das Innere des Gehäusezylinders
einen Geschützdruck
von mehr als 413,69 MPa (60.000 psi) internen Druck oder anders
ausgedrückt – eine Größenordnung
oberhalb des normalen Bereichs des Raketemotors Betriebsdrucks – aufnehmen
muss. Um dieses fortzuführen,
wird der Verschluss des gleitenden Dichtungsmaterials zwischen dem
Projektil und dem Geschützrohr,
welches es verhindert, dass der Geschützdruck um das Projektil herum
austritt, von dem hinteren Ende zu dem vorderen Ende des Raketemotors
versetzt. Daraus folgt, dass die quasistatische Situation bei maximaler
Beschleunigung, der differentiellen Druck entlang der Gehäusezylinderwand
ein äußerer Druck
mit unterschiedlicher Größenordnung
ist und die Strömung
des Druckgradienten der Feststofftreibladung widerspiegelt. Ferner
geht die axiale Kompression des Gehäusezylinders verloren, weil
die Beschleunigungskraft für
die Nutzlast direkt auf den vorderen Verschluss wirkt.
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Die
verdeckten Auswirkungen betreffen das dynamische Verhalten, wenn
der Geschützdruck nach
der Zündung
sehr schnell ansteigt und bei Austritt aus dem Geschütz der Druck
verschwindet, sobald die Abdichtung das Geschützrohr verlässt. Die Intensität des eingebrachten
Geschützdruckes
an der Außenseite
wirkt aufgrund der geringen Ordnung in dem Raketenmotor auf der
Innenseite geringer, als die Druckintensität, welche auf der Außenseite
auftritt. Dieses führt
zum Knicken des Gehäuses,
wenn die Dauer des Druckunterschieds lange genug Anhält. Auch
wenn der Abdichtung (des Projektils) das Geschützrohr verlässt, verhindert der relativ
kleine Düsenauslass,
den sofortigen Abfall des internen Drucks, nachdem der externe Druck
verschwunden ist. Das kann zu einem Platzen des Gehäuses führen, wenn
dieses nicht dick genug ausgelegt ist, um den Geschützdruckpegel,
welcher wirkt bevor der Abdichtung das Geschützrohr verlässt.
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Von
Geschützen
abgefeuerte Raketenmotoren sind offensichtlich in ihren Außendurchmesser durch
die größere des
Geschützrohres,
aus dem sie abgefeuert werden begrenzt. Deshalb kann unter Einsatz
von üblichen
Treibladungen und Raketenmotordüsen
angenommen werden, dass eine größere Reichweite
oder Geschwindigkeit des Projektils durch Konfigurieren des Raketenmotors
in der Weise erzielt werden, dass eine maximale Menge an Treibmittel
aufgenommen werden kann.
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Die
Menge an Treibmittel, welche in Geschütz abgefeuerte Raketenmotoren
aufgenommen werden kann, wird dadurch maximiert, dass der Innendurchmesser
des Raketenmotors in dem Gehäuse
maximiert wird, indem das Zylindergehäuse so dünn wie möglich hergestellt wird. Jedoch
muss der Gehäusezylinder
stark genug ausgebildet sein, zur Aufnahme der Geschützabfeuerungslasten
und wenn es der Druckunterschied zwischen der inneren der Außenseite
des Gehäusezylinders
erfordert muss dieser nicht nur bei Maximalpegeln ausgehalten werden,
sondern auch wenn der Geschützdruck während des
Abschusses anfangs ansteigt und später abfällt, nachdem der Raketenmotor
das Geschützrohr
verlassen hat. Raketenmotoren, welche nach dem Stand der Technik
hergestellt sind, müssen die
Geschützabschusslasten überstehen,
welche mehrfach höher
sind als die Lasten, welche während des
Raketenmotorabbrands auftreten. Dieses erfordert stärkere Konstruktionen,
was wiederum die verfügbaren
Volumina für
Treibladungen verringert und das Gewicht der trägen Masse des Motors erhöht, wodurch
die zu erwartende Reichweite und Geschwindigkeit des Projektils
verringert wird.
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Darum
wird eine Verbesserung gegenüber den
Stand der Technik dadurch erzielt, durch Einführen einer Raketenmotoranordnung,
welche sich auf die Verringerung der einwirkenden Lasten auf das Raketenmotor
Zylindergehäuse
spezialisiert, während
dieses so gestaltet ist, dass es dem Geschützdruck beim Abschuss standhält, wobei
gleichzeitig das Gewicht der trägen
Masse verringert wird, und der Anteil an verfügbaren Treibladungsvolumen
erhöht
wird, worin gleichzeitig ein insensitives Munitionsgehäuse- und Verschlussdesign
für einen
Geschütz
verschossenen Raketenmotoren vorgesehen wird.
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Die
vorliegende Erfindung weist ein Raketentriebwerk auf, bestehend
aus dem Folgenden:
einem Treibmittel umgeben durch ein Gehäuse, welches
eine zylinderförmige
Region, ein geschlossenes Frontende und eine Heckanordnung, einschließlich eines Heckschließmittels,
versehen mit einer zentralen Öffnung,
befestigt an dem Gehäuse
innerhalb der zylinderförmigen
Region, aufweist;
eine Düsenanordnung
und
ein in dem Triebwerk angebrachter Treibmittelzünder,
dadurch
gekennzeichnet, dass eine gleitende Kolbenanordnung verschiebbar
innerhalb der Heckanordnung und des Gehäuses vorgesehen ist, um bewegungsfähig zu sein
zwischen einem Ruhezustand angrenzend zur Heckposition, und einer
maximalen Druckposition im Bereich vor der Heckanordnung, in der
das Treibmittel axial zusammengedrückt wird, bei der radialen
Ausdehnung des Treibmittels bezüglich des
Gehäuses;
dadurch
gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung verschiebbar
innerhalb eines zentralen Rohrs der gleitenden Kolbenanordnung angebracht
ist, um zwischen einer Stellung bezüglich des Vorwärtsentlüftungsöffnungswegs
und einer Stellung bezüglich
des Heckentlüftungsöffnungsverschlusswegs
beweglich zu sein; und
dass eine Brandwegkonstruktion in Kombination
mit gleitendem Kolben vorhanden ist und schließt mindestens eine blattförmige Isolierung
ein, positioniert zwischen einem Teil der Heckoberfläche des
Treibmittels und einer Frontoberfläche des gleitenden Kolbens,
damit der anormale Treibmittelabbrand sich entlang einer Heckoberfläche der
blattförmigen
Isolierung fortpflanzen kann und der normale Treibmittelabbrand
sich entlang einer Frontoberfläche
der blattförmigen
Isolierung fortpflanzt.
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Das
Hauptaugenmerk liegt dabei nicht nur auf der Entwicklung zur Konstruktion
eines Raketenmotors, der nicht nur optimale Ergebnisse beim Transportieren
einer Nutzlast an einen ausgewählten Ort
liefert, sondern dieses unter Erhöhung der Reichweite der Rakete
vollbringt und die Möglichkeit
einschließt,
dass der Raketenmotor die Abschusssequenz übersteht, um die Möglichkeit
aufzuweisen, die Größenveränderung
des Festtreibsatzes durch Temperaturschwankungen auszugleichen,
wobei der Raketenmotor gleichzeitig unter Einhaltung der Eigenschaften
einer insensitive Munition mittels eines Verschlusses des Raketenmotors
durch abscherbare Verschlüsse,
transportiert und gelagert werden kann.
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Um
die zuletzt genannte Anforderungen zu erfüllen, weist die vorliegende
Erfindung eine Vielzahl von Kopplungsverfahren auf, welche insbesondere die
Eigenschaften der Abscherbarkeit mit geringem Scherwiderstand aufweisen,
um zu ermöglichen, dass
der Raketenmotor relativ gefahrlos abbrennen kann, falls die Treibladung
bei Lagerung oder Transport ungewollt gezündet wird, worin gleichzeitig
die Munition insensitiv ist, wobei diese Schereigenschaften mit
einem hohen Scherwiderstand aufweist. Sobald diese sich in einer
Geschützdruckumgebung
befindet, welche wesentlich höhere
Drücke
aufweist, als unter Normaldruckbedingungen auftreten. Ferner weist
die vorliegende Erfindung einen umgestalteten Innenraum des Motors
selbst auf, um einen Innenraum aufzuweisen, welcher durch bewegbare
Kolben gesteuert wird. Diese bewegbaren Kolben werden nicht nur
die Anpassung des Volumens aufgrund von Temperaturveränderungen
durchführen,
welche den im Festkörpertreibstoff
betreffen, sondern auch die Konstruktionseigenschaften des Raketenmotors
dahingehend beeinflussen, dass dünnere
und leichtere Materialien eingesetzt werden können.
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Durch
eine derartige Konstruktion des Motors wird nicht nur das für Treibladungen
zu Verfügung
stehende Volumen erhöht,
sondern auch das Gesamtgewicht der trägen Masse reduziert, wodurch sowohl
erreicht wird, dass die Reichweite erhöht wird, als auch die Effektivität des Raketemotors selbst
verbessert wird. Zusätzlich
wird erzielt, dass der umgestaltete Innenraum im Wesentlichen den Geschützdruck,
welcher mit dem Abfeuern des Projektils aus dem Geschütz verbunden
ist, aufgenommen wird, und damit eine Raketenmotorkonstruktion ermöglicht wird,
mit der Fähigkeit,
den dramatischen schnellen Anstieg und den dramatischen plötzlichen Abfall
des Druckes in Verbindung mit Geschütz abgeschossenen Raketen zu
widerstehen.
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Die
vorliegende Erfindung zeigt eine Vielzahl von inneren Kompressionskammern
auf, welche mit dem Geschützrohr
mittels Öffnungen
zum Aufnehmen des Kanonendrucks verbunden sind, wobei jede im Wesentlichen
von gleicher Größe ist.
Ferner sieht der Einsatz eines Dichtungsring im Raketenmotor der
Rakete in Verbindung mit der internen Kompression die Möglichkeit
vor, den Druckunterschied zwischen dem internen und dem externen
Druck, zu minimieren, welcher sich beim Auslauf der Rakete aus dem Geschützrohr rapide ändert. Zudem
wird beinahe der gesamte Geschützdruck
auf die innere Oberfläche
des vorderen Verschlusses ausgeübt,
welcher damit eine Beschleunigungskraft für die der vorliegenden Nutzlast
vorsieht. Die axiale Kraft in dem Zylindergehäuse wird auf niedrige Pegel
reduziert, welche notwendig sind, um das Heckende zu beschleunigen
und weitere heckseitig angeordnete Vorrichtungen auf die ein axialer
Druck ausgeübt
wird. Die vorliegende Erfindung ist so ausgestaltet, dass sie aus
Materialien konstruiert wird, insbesondere 18 Ni 300 martensitaushärtender
Stahl, welche geeignete Fähigkeiten
aufweisen, bei der Dicke der eingesetzten Teile, um alle darauf
einwirkenden Lasten zusätzlich
mit einer erhöhten
Sicherheit zu widerstehen zur Vorsehung einer wirksamen Konstruktion
für den
Raketenmotor.
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Andere
Merkmale, Eigenschaften und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung
werden deutlich aufgrund der folgenden Beschreibung und den dazu
beigefügten
Zeichnungen, welche insgesamt einen Teil der Spezifikation bilden
und worin die Bezugszeichen auf die korrespondierenden Teile in den
bezugnehmenden Abbildungen bezeichnen.
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1 ist
eine teilweise Aufsicht und ein teilweiser Querschnitt einer Rakete,
welche einen Raketenmotor gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist;
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2 ist
ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines verbesserten
Raketenmotors in Ruhelage;
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3 ist
eine weitere Ansicht des Raketenmotors aus 2, worin
ein Gleitkolbens in der Stellung bei der Maximaldruckbedingung bewegt
wird;
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4 ist
ein vergrößerter Teilausschnitt
des Heckendes des Raketenmotors, wie er in 2 dargestellt;
er ist;
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5 ist
eine vergrößerte Teilansicht
des Heckendes des Raketenmotors aus 3; und
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6 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Teils aus 4.
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1 stellt
eine Rakete dar, im Wesentlichen bezeichnet mit dem Bezugszeichen 1,
welche ein vorderes Ende 2, aufweist, welches Nutzlast
aufnehmen kann, insbesondere ein Führungssystem und einer Explosivladung
und einen heckseitigen Raketenmotor, im Allgemeinen mit 3 bezeichnet,
welcher in einer teilweisen Querschnittsansicht gezeigt ist. An
dem hinteren Ende ist eine Düsenanordnung im
Allgemeinen bezeichnet mit dem Bezugszeichen 130 angeordnet
und Heckklappen 4 sind dargestellt, welche drehbar an dem
hintersten Teilstück
des Raketenmotor 2 befestigt sind.
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Diese
Rakete 1 ist zum Abschuss durch ein Geschütz oder
eine ähnliche
Waffe konstruiert. Zusätzlich
bezieht sich die vorliegende Erfindung hiernach im Wesentlichen
auf insensitive Munitionssysteme (IM), welche durch die Einwirkung
des Kanonendrucks entsichert werden und auf einen Ansatz zur Reduktion
des Raketenmotorgesamtgewichts bei gleichzeitiger Bewahrung der
wesentlichen konstruktiven Integrität zielen.
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Während des
Kanonenabschuss werden die Riffelung des Geschützrohres und der Drall, welcher durch
den Dichtring vermittelt wird, dazu führen, dass das Projektil bei
Verlassen des Geschützrohres
sich schnell dreht. Die hohe Kompression an der Schnittstelle zwischen
der inneren Oberfläche
des Gehäusezylinders
und dem Treibladungsgranulatisolator, eingeführt durch den zulässigen Kanonendruck
in der Innenseite des Raketenmotors, ist mehr als hinreichend, um
das nötige
Drallinkrement zu vermitteln, welches über die Reibung auf das Treibmittelgranulat übertragen
wird.
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Nun
bezugnehmend auf die nächste
Ausführungsform
im Einzelnen bezeichnet mit 2 bis 6,
stellt einen verbesserten Raketenmotor 300 dar. 2 und 4 zeigt
den Raketenmotor unter Ruhebedingungen wie er eingangs aufgebaut
ist und im Einzelnen einen vergrößerten Ausschnitt
eines Teils des hinteren Endes, wie er in 4 dargestellt ist. 3 und 5 stellt
die Rakete dar und insbesondere eine vergrößerter Teilansicht des Heckendes
bei höchster
Beschleunigung, bei welcher der Druck innerhalb des Geschützrohres
der verschießenden
Waffe am höchsten
ist.
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Der
Raketenmotor 300 weist ein vorderes Ende auf, welches im
Allgemeinen mit 302 bezeichnet ist, und ein Heckende, welches
im Allgemeinen mit 304 bezeichnet ist, ein äußeres Gehäuse 306, welches
die Treibladung oder das Treibladungsgranulat 308 aufnimmt.
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Eine
Heckverschlussanordnung im Allgemeinen mit 310 bezeichnet,
weist ein Heckverschlussmittel 312 auf, angebracht und
angeschweißt
bei Bezugszeichen 399 mit dem Heckende des Gehäuses 306.
Eine Düsenanordnung
im Allgemeinen bezeichnet mit Bezugszeichen 314, einen
Gleitkolben mit dem allgemeinen Bezugszeichen 316 und eine
Zündvorrichtung
im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 318 bezeichnet. Wie
auch in den vorausgegangenen Ausführungsformen werden geeignete
Flugsteuermittel und drehbar angeordnete Beifügegehäuse dazu (nicht dargestellt
an dem Heckende 304 angebracht, unter Einsatz eines ringförmigen Gewindes 320,
welches in dem Heckverschlussmittels 312 vorgesehen ist,
so dass die Steuermittel an dem Gehäuse zum Ausklappen nach außen vorgesehen
sind und das Gehäuse
sich dreht, wie es notwendig und angebracht ist, wenn die Rakete
das Geschützrohr der
verschießenden
Waffe verlässt.
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Bezugnehmend
auf 2 und 4 und insbesondere 4 wird
das Heckverschlussmittel 312 dargestellt, wie es an einem
inneren Zylinderlauf 322 angeordnet ist.
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Die
Gleitkolben 316 weist einen zylindrischen Hauptkörper 330 auf,
welcher eine äußere oder
externe Oberfläche 452 und
eine innere Kammer 332 aufweist und eine angewinkelte innere
hintere Oberfläche 334 mit
einem Ausgangskonus 336, welcher mittels konventioneller
Verfahren angefügt ist,
insbesondere dem Anschrauben des Ausgangskonus 336 oder
auch ggf. an den Gleitkolben 316 angeklebt wird. Die innere
Kammer 332 wird durch die Heckwand 338 gebildet
und ein zylindrischer Innenraum wird durch eine innere zylindrische
Wand am Heck 340 gebildet, eine vordere zylindrische Wand 342,
welche einen größeren inneren
Durchmesser aufweist als die zylindrische Heckwand 340 und
einer zulaufende Verbindungswand 344, welches sich zwischen
diesen beiden erstreckt. Die vordere zylindrische Wand 342 wird
mit einem klebenden Gummischichtisolator versehen, der sich wie
in 346 angezeigt ist, erstreckt, obwohl dieses nicht unbedingt
notwendig ist.
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Der
Gleitkolben 316 weist eine Flansch 350 auf, welcher
sich radial von dem zylindrischen Körper 330 nach außen erstreckt,
um in die innere Oberfläche
des Gehäuses 306 einzurasten.
Drei Dichtungsbauteile, einschließlich äußerer Aluminiumringe 352 und 356 und
einem zentral positionierten O-förmiger Gummiring 354 sind
derart angebracht, wie es bereits vorher beschrieben wurde. Die
Aluminiumringe 352 und 356 sind zum gewährleisten
der Integrität des
O-förmigen
Rings 354 angebracht und bewahren diesen davor, während der
Bewegung des Gleitkolben 316 herausgedrückt zu werden. Dieser Abdichtkomponenten
sind zudem mit einem äußeren peripheren
Flansch 353 ausgestattet, um einen gleitenden Kontakt zwischen
der äußeren Peripherie
des Flansches 350 und der inneren Oberfläche des
Gehäuses 306 zu
gewährleisten,
wenn der Kolben 316 sich in Sicht und der Heckposition
nach vorne bewegt, so wie es der Fall ist von dem Wechsel der Position
dargestellt 2 zu der Position dargestellt
in 3 der Fall ist, wenn die Rakete einem inneren Druck
während
des Geschützabschusses
ausgesetzt wird und danach die Treibladung oder das Treibstoffgranulat 308 axial
komprimiert wird.
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Der
radial sich ersteckende Flansch 350 weist eine hintere
Oberfläche
oder Heckoberfläche 360 und
einer Frontoberfläche 362 auf.
Ein Hartkunststoffisolator 370 ist auf der vorderen Oberfläche 362 angebracht
und im Gegenzug ist ein sich verjüngender Gummiisolator 372 auf
dem Hartkunststoffisolator 370 befestigt. Der Hartkunststoffisolator 370 hat
einen keilförmigen
Querschnitt, welcher sich von dem inneren zum äußeren Rand hin verdickt, und seine
breiteste Ausdehnung benachbart zu dem Gehäuse 306 aufweist.
Der angespitzte Gummiisolator 372 wird gekennzeichnet durch
eine keilförmiges Profil,
welcher an den Hartkunststoffisolator 370 am Ort von dessen
größter Ausdehnung
angrenzt. Er ist benachbart zu der Düsenanordnung 314 und
verjüngt
sich dann nach außen
hin gerichtet bis zum Ort der geringsten Abmessung, dort wo der
Isolator aus einer dreieckförmigen
Randfläche,
mit Bezugszeichen 374 gekennzeichnet, gebildet ist, welcher
eine innere angewinkelt Oberfläche 378 aufweist.
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Die
Düsenanordnung 314 besteht
aus einem vorderen Düsenisolator 380,
einen hinteren Düsenisolator 382,
welcher klebend mit dem Wolframkegeleinsatz 384 verbunden
ist, worin [der vorderen Düsenisolator 380 und
der hinteren Düsenisolator 382] aber
nicht miteinander verbunden sind, und einer ringförmigen Düsendichtung 386,
welche einer Lippendichtung 388 aufweist, welche sich vorschiebt oder
radial von dem hinteren Ende nach außen vorsteht und mit dem hinteren
Düsenisolator 382 klebend
verbunden ist. Der vordere und hintere Düsenisolator 380, und 382,
weisen jeweils eine ineinander greifende Nut und Federkonstruktion
auf, die mit 390 bezeichnet ist, um die Radialbeschädigungen
des Gummiblattisolators 346 des Gleitkolbens 316 zu verringern.
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Der
hintere Düsenisolator
weist eine angewinkelte hintere Oberfläche 392 auf und hat
eine zylindrische äußere Oberfläche, dargestellt
durch die gestrichelte Linie 394 und eine Reihe von vorzugsweise
drei nach außen
vorstehenden Rippen 396, welche in die hintere zylindrische
Wand 340 des Gleitkolben 316 einrasten. Wenn drei
derartige Rippen eingesetzt werden, können sie zu jeweils 120° voneinander
beabstandet sein. Daraus folgend befindet sich zwischen der hinteren
zylindrischen Wand 340 und der äußeren Oberfläche 394 eine
Lücke. Ähnlich existiert
eine Lücke 398 zwischen
der vorderen zylindrischen Wand 142 und der äußeren Zylinderoberfläche 381 bis
zum vorderen Düsenisolator 380.
Es sei angemerkt, dass der innere der beiden sich verjüngenden
Gummiisolatoren 372 und der Hartkunststoffisolator 370 an
dieser Lücke 398 enden und
damit das vordere Endteilstück
der Lücke 398 bilden.
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Wie
in 6 dargestellt ist, dient das Gehäuse 306 als äußerer Behälter für die Rakete.
In dem Innenteil des Gehäuses 306 vor
dem Hartkunststoffisolator 370 existiert ein Freiraum 400,
und eine Extension 402 auf dem angewinkelten Gummiisolator 372. Eine
Schulter 404 wird auf der Innenseite der Extension 402 gebildet
und innerhalb der Extension 402 sind sequentiell Auflageschichten 406 aufgelegt,
welche sich entlang eines Teilstück
der Extension 402 erstrecken, wobei die Auflageschichten
an den zylindrischen Inhibitor 408, welcher aus einer Teflonschicht 410 besteht,
enden, und welche sowohl die inneren auch die äußeren Oberflächen bedecken. Auf
der Innenseite der Schichtauflage 406 ist ein zylindrischer
gummiartiger Isolator 412 angebracht mit einer aus einem
Polymer oder einem ähnlichen
Einsatz 414, verbunden mit der Treibladung 308 durch Klebstoff,
welcher die gesamte Oberfläche
der Treibladung 308 bedeckt, und worin diese sich vor der
angewinkelten Oberfläche 378 erstreckt.
Aus 2 ist erkennbar, dass der Einsatz 414 sich
um das Treibladungsgranulat 308 erstreckt und dass die
Extension 402 sich um das Gehäuse 306 erstreckt
bis zu einer Stelle benachbart zu dem vorderen Ende 302.
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Es
sei angemerkt, dass die exakte Auswahl von Materialien, welche zum
Umgeben und zum Isolieren des Treibladungsgranulats 308 eingesetzt
werden, als auch ihre Anordnung und Abmessungen sich abhängig von
der eingesetzten Treibladung unterscheiden können, wobei diese angesprochenen Komponenten
dem Fachmann bekannt sind.
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Der
Gummiblattdüsenisolator 420,
wie er in 9 dargestellt ist, erstreckt
sich um das Heckende des Treibsatzes 308 und entlang der
Frontoberfläche 376 des
sich verjüngenden
Gummiisolators 372, entlang der Frontoberfläche 422 des
vorderen Düsenisolators
als auch der angewinkelt inneren Oberfläche 424. Der Gummiblattdüsenisolator 420 bedeckt
die angewinkelte vordere innere Oberfläche 426 des Wolframkegeleinsatzes
und endet an einer Stelle benachbart zu dem kleinsten Teilstück des Düseneinsatzes 385,
an der der Gummiblattdüsenisolator 42CI,
welcher durch einen Inhibitor 428 abgedichtet wird. Dieser
wird aus flüssigem
Gummi gebildet, welches eingeführt
wurde und bei Raumtemperatur abhärtet.
Zwischen dem Gummiblattdüsenisolator 420 und
dem sich verjüngenden
Gummiisolator 370, befindet sich eine zusätzliche
Auflageschlicht 432, welche als sich erstreckendes Teilstück in dem
Gebiet zwischen der angewinkelten und geneigten Oberfläche 378 und
den ringförmigen
Spalt 398 dargestellt ist. Die Auflageschicht 432 kann
eine ringförmige Form
aufweisen oder einen Streifen bilden. Das Gebiet entlang der hinteren
Seite des Gummiblattdüsenisolators 420,
an dem die Auflageschicht 432 positioniert ist, ist mit
den Buchstaben "A" in 8 bezeichnet.
Der hintere Oberfläche
des Gummiblattdüsenisolators 420 ist
geeignet mit einem Teil der Oberfläche 476 verbunden
und ebenso mit der Oberfläche 422, 424 und 426;
die Vorderseite des Gummiblattisolators 420 ist an der
hinteren Oberfläche
der Treibladung 308 befestigt. Gase, welche von dem normalen
Abbrand resultieren, welcher durch Wärmeinwirkung von außen auf
das Gehäuse 306 verursacht wird,
werden sich in Heckrichtung ausbreiten und als Gase heckseitig durch
die Auflageschicht 406 und entlang des Einsatzes 414 sich
ausbreiten und über die
unverbundene Treibladungs-/Isolator-Oberfläche 378 am Heck ausgestoßen werden
oder, wie in den Abbildungen dargestellt ist, sich auf der rechten.
Seite des Gummiblattdüsenisolator 420 und
durch den ringförmigen
Spalt 398 entweichen ohne zwischen dem Gummiblattdüsenisolator 420 und
dem vorderen Düsenisolator 380 zu
entweichen. Während
des normalen Abbrandes, welcher an dem hinteren Ende der Treibladung 308 beginnt,
breitet sich der Abbrand entlang der vorderen Seite des Gummiblattisolators 420 aus.
Beide dieser weiteren Abbrandsequenzen sind im Folgenden näher beschrieben.
Verfahren für die
Herstellung von Klebeverbundoberflächen und die Auswahl von Kleberzusammenstellungen,
welche mit dem Treibladungsmaterial und den Isolatormaterialien
kompatibel sind, sichern die Funktionsweise des Abbrandweges, gemäß der vorliegenden Beschreibung,
ab. Diese sind dem Fachmann bekannt.
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Wie
in den Abbildungen dargestellt ist, verbleibt demzufolge die Treibladung 308 angrenzend an
der oben erwähnten
Oberfläche
und ein kegelförmiges
Teilstück
erstreckt sich in Richtung des Düsenmundstücks.
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Der
Gummiblattdüsenisolator 420 erstreckt sich
entlang des Spalts 398 und blockiert dessen Eingang. Bezugnehmend
auf 6 ist dargestellt, wie der Gummiblattdüsenisolator 420 angeordnet
ist. Dieser erstreckt sich zwischen der Ecke der Oberfläche 378,
welche zu der Treibladung 308 benachbarten und nicht mit
dieser verklebt ist, und der mit der Treibladung verklebten Oberfläche 346.
Eine Inhibitorfläche 430,
welche als ein Teilstück
des äußeren, peripheren
Teils des Gummiblattdüsenisolators 24 angeordnet
ist, erstreckt sich radial in einem abgegrenzten Abstand nach innen.
Auf der heckseitig ausgerichteten Seite. An dieser Fläche befindet
sich eine Auflageschicht 432, welche sich ebenfalls radial
nach innen auf eine zweite Distanz begrenzt, wie sie mit dem Bezugszeichen
A in 4 bezeichnet ist. Diese Auflagefläche 432 ist
vorzugsweise aus einem gewebten, synthetischen Textil hergestellt,
insbesondere Polypropylen, Nylon oder einem anderen Stoff mit niedrigem
Schmelzpunkt. An der Stelle, an der die Auflagefläche 432 endet,
ist der Gummiblattdüsenisolator 420 an
denen überbleibenden
Teilstück
und den vorwärts
gerichteten Oberflächen 376, 422, 424 und 426 angelegt,
derart, das ein normaler Abbrand sich auf deren heckseitigen Seite
und ein normaler Abbrand auf der vorwärts gerichteten Seite auswirken
wird.
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Durch
Einbringen dieser konstruktiven Merkmale in dieses Raketenmotordesign,
werden die Erfordernisse für
insensitive Munition (IM) umgesetzt, was dazu führt, dass die Anforderungen
an eine sichere Lagerung durch Einsatz der aufeinander abgestimmten
Eigenschaften der folgenden Einzelteile erzielt wird: dem Isolators 370 und 372 positioniert
an der Vorderseite des Gleitkolbens 316, dem Gleitkolben 316 selbst
und der Düsenanordnung 314 und dem
Zusammenspiel mit dem Gleitkolben 316, dem Gummiblattdüsenisolator 420,
und der begrenzten Fläche
der Auflageschicht 432, welche miteinander verklebt sind,
so dass folgende eine Sequenz von Vorgängen dazu beiträgt, dass
die IM Vorschriften zuverlässig
eingehalten werden, bei gleichzeitiger Gewährleistung einer fehlerfreien
Treibladungszündung.
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Zur
Erläuterung
der Umsetzung der IM-Anforderungen wird nun die Funktionsweise des
Systems beschrieben. Wie bereits erläutert wurde, überdeckt
der Gummiblattdüsenisolator 420 ein
Teilstück der
Auflageschicht 432, welche in einer begrenzten Region der
vorderen Oberfläche 376 des
sich verjüngenden
Gummiisolator 372 benachbart zu dem äußeren Teilstück dieser
Fläche 376 angebracht
ist. Bei einem normalen Abbrand oder einer Zündung, welche aufgrund der äußeren Erwärmung des
Gehäuses
auftreten kann, kann der Abbrandweg sich längs der Heckseite des Gummiblattdüsenisolators 420 befinden.
Bei einem solchen abnormalen Abbrand, welcher an der äußeren Seite
des Treibsatzes beginnt, pflanzt sich der Abbrandweg entlang der
inneren Oberfläche
der Extension 402 fort und folgt dann der angewinkelten
oder geneigten Oberfläche 378. Wenn
der Abbrand das äußere periphere
Ende des Gummiblattdüsenisolator 420 erreicht,
wird der Abbrand eine ausreichende Wärmeentwicklung aufweisen, um
die Auflageschicht 430 zu schmelzen; Aufgrund der erzeugten
Gase wird bei der die Abbrandtemperatur mehr als 1000°C oberhalb
der Dekompositionstemperatur der Auflageschicht 432 liegen. Wenn
die Auflageschicht 432 schmilzt oder sich zersetzt, wird
ein Raum und eine Aushöhlung
an der hinteren Seite des Gummiblattdüsenisolators 24 gebildet.
Durch diese Aushöhlung
wird der Abbrandweg sich radial nach innen fortsetzen und dabei
den Gummiblattdüsenisolator 420 von
der vorderen Oberfläche 346 des
keilförmigen
Gummiisolators 372 fortbewegen, bis der Abscheidungsprozess
den zylindrischen Spalt 398 erreicht. Bei Erreichen dieser
Stelle des zylindrischen Spalts 398 wird der Belüftungsweg geöffnet. Das
angesammelte Gas wird heckseitig durch den Spalt 398 austreten,
und sich dann beide Düsendichtung 386 in
den Innenraum eintreten und dann den zylindrischen Raum zwischen
der äußeren Oberfläche 394 und
der hinteren zylindrische Wand 340 einnehmen. Durch den
Belüftungsweg über den Spalt 398 wird
der Abbrand von der Düsenanordnung 314/der
Treibladung 308 und den angrenzenden Flächen fern gehalten. Wünschenswerter
Weise wird sich der Belüftungsweg
daraufhin zu Atmosphäre
hin öffnen,
jedoch wird der Pfad durch die Zündungsanordnung 318 blockiert.
Die Verbindung zwischen der Zündungsanordnung 318 und
der inneren kegelförmigen
Oberfläche
des Auslasskegels 336 wird durch konventionelle weiche
und zerbrechliche Klebstoffe gebildet, wodurch diese eine Bindung
herstellen, welche aufgebrochen und abgetrennt werden kann. Bei Ausbildung
eines genügend
hohen Drucks in der gesamten Zündungsanordnung 318,
wird dieser den aufgestauten Druck durch den nun gänzlich geöffneten
Belüftungsweg
in die Atmosphäre
auslassen. Demzufolge werden von dem ab normalen Abbrand gebildete
Gase, entlang des gesamten Belüftungsweges
ausgestoßen.
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Der
ringförmige
Raum gebildet durch den zylindrischen Spalt 398 und der
Raum, welcher sich entlang der äußeren Oberfläche 394 erstreckt,
sind ungefähr
zehnmal größer als
die Düsenmündung der Antriebsdüse. Durch
die Anpassung der Parameter können
kann der resultierende Schub verursacht durch den abnormalen Abbrand
variiert werden, um das gewünschte
Sicherheitsniveau der Schutzparameter einzustellen.
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Weil
der dünnen
Gummiblattdüsenisolator 346,
welcher an der vorderen Zylinderwand 342 angebracht ist
eine schwache Schutzeinrichtung für die Wand gegenüber Raketenmotortreibmittelgasen
ist, welche mit hoher Geschwindigkeit auftreten wird, das Gas die
dünne Wand 342 sehr
schnell zerstören durch
Verbrennen von mindestens einem Teilstück der dünnen Wand 142 und
durch den Ausstoß des Gleitkolbens 316 an
dem hinteren Ende zusammen mit der Düsenanordnung 314,
dem Auslasskegel 336 und der gesamten Zündungsanordnung 318,
welche als Einheit herausgebrochen wird. Danach ist eine sehr große Fläche zum
Ausstoß von
Gasen verfügbar
ist, so dass der Schub entsprechend klein ist.
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Durch
die Lenkung des Abbrandes und der Belüftungsweges auf der Rückseite
des Gummiblattdüsenisolators 320 sind
die IM-Anforderungen in dem Raketenmotor implementiert. Der Rückseite
des Belüftungsweges
sichert zudem ab, dass die Gase, welche bei einem abnormalen Treibmittelabbrand entstehen
nicht durch den Düsenkegel
sondern peripher um die Düsenanordnung 314 geleitet
werden.
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Die
Zündungsanordnung 318 wird
wie bereits beschrieben wurde durch einen brüchigen Klebstoff in Position
gehalten. Die Zündungsanordnung 318 weist
eine vorderen Düse 480 und
ein Hauptkörper 442,
welche an einem konventionellen zeitverzögerten Zündungzug 444 an dem
hinteren Ende der Düse 448 positioniert
auf.
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Mit
Bezug auf 4, sei angemerkt das ein weiterer
ringförmigen
Spalt 450 zwischen der äußeren Oberfläche 452 des
Gleitkolbens 316 und der inneren Bohrung 322 des
heckseitigen Verschlussmittels 312 angeordnet ist. Während des
normalen Betriebes wird der Raketenmotor 300, wie vorher
bereits beschrieben wurde, durch eine Abschusswaffe, insbesondere
einer 5 Zoll Schiffslafette gestartet. Als Ergebnis eines solchen
Geschützabfeuerung
und bei Generierung von Kanonengasen innerhalb des Geschützrohres
durch das Kanonentriebmittel (nicht dargestellt) an dem hinteren
Ende des Raketenmotors 300, werden solche Gase auch durch
den ringförmigen
Spalt 450 eintreten und gegen die hintere Oberfläche 360 des
Flansches 350 schlagen und ihn unter Druck zu stellen.
Durch die Einwirkung einer solchen axialen Kraft auf dem Gleitkolben 316 bewegt
sich der Gleitkolben 316 von einer Ruheposition, dargestellt
in 2 und 4 schließlich zu einer maximalen Druckposition,
dargestellt in 10 und 12 wenn
sich das Treibmittel 308 radial deformiert und den kompletten
Freiraum 400 ausfüllt,
wie in 4 und 6 dargestellt ist.
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Wie
bei der anfänglichen
Konstruktion, wird die hintere Oberfläche 360 des Flanschs 350 sich
exakt in die vordere Oberfläche 454 des
hinteren Verschlussmittels 312 einpassen. Die axiale Kraft,
welche mit den Kanonentreibmittelgasen in den ringförmigen Spalt 450 einwirkt
und gegen die hintere Oberfläche 360 des
Flansches 350 schlagen wird, werden den Gleitkolben 316 nach
vorne schieben, wodurch eine vergrößerte hintere Aussparung 456 geschaffen wird.
Wenn der Gleitkolben sich nach vorne gegen den äußeren Rand des Flansches 350 entlang
der inneren Oberfläche 458 des
Gehäuses 316 gleitend vorschiebt,
geführt
durch die Verschlusskomponenten 352 bis 356. Die
axiale Kraft auf den Gleitkolben 316 wird über einen
Hartkunststoffisolator 370 geführt und auch über den
sich verjüngenden
Gummiisolator 372, welcher das Treibmittel 308 kompressiv vorlädt. Der
sich verjüngende
Gummiisolator 342 deformiert sich, wie es in 2 dargestellt
ist, worin ein Teil des inneren Aufbaus nach und in den Spalt 398 und
ebenfalls entlang der vorderen Oberfläche 424 des vorderen
Düsenisolators 380 gedrückt wird.
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Die
sich verschiebende Form des sich verjüngenden Gummiisolators 372 wird
auf die zuvor planare hintere Oberfläche der Treibladung wirken, wobei
diese zusammengedrückt
wird, um eine wannenförmige
oder leicht konvexe Form zu erhalten, wie es in 5 dargestellt
wird, wodurch eine Kraft auf den vorderen Düsenisolator 380 einwirkt.
Diese Kraft verursacht eine Relativbewegung zwischen der inneren
Kammer 332 des Gleitkolbens 316 und der Düsenanordnung 314 aufgrund
der Kombination eines hohen inerten Ladedruck in Verbindung mit
dem Start und eines Gegendrucks, welche auf die Düsenanordnung 314 aufgrund
des Treibmittels 308 wirkt. Diese Relativbewegung wird
die Düsenanordnung 314 in
eine innere Kammer 332 nach hinten verschieben, welche
ebenso in 5 dargestellt ist.
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Wenn
die Düsenanordnung 314 sich
vollständig
auf die Kammer 332 der Oberfläche 392 der hinteren
Düsenisolatoranordnung 382 setzt
(4), wird diese in Kontakt mit der Oberfläche 338 des Gleitkolben 316 treten.
Wenn diese Relativbewegung stattfindet, wird die Lippendichtung 388 mit
einem vorderen Teils der zylindrischen Wand 340 in Kontakt treten
und eingreifen, wodurch die Haltekraft auch unter Bewegung der Düsenanordnung 314 innerhalb der
internen Kammer 232 gewahrt wird.
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Der
kombinierte Effekt einer solchen Bewegung der Düsenanordnung 340,
der Kompression und der Fluss des Materials, welches den verjüngenden
Gummidüsenisolator 332 bildet,
blockiert den IM Belüftungsweg,
welcher bereits vorher beschrieben wurde.
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Wenn
die Geschützabfeuerung
stattfindet, werden Geschützgase,
welche in dem Motor 300 und durch den ringförmigen Spalt 450 eintreten,
durch den gleichen ringförmigen
Spalt 450 und durch die Kraft, welche auf die hintere Oberfläche 360 des Flansches 350 durch
den Gleitkolben 316 ausgeübt wird, ausgestoßen, worin
der ausgesparte Raum 456 sich progressiv verkleinert. Komprimierende
Kräfte, welche
vorher auf den Treibsatz 308 gewirkt haben, werden sich
entsprechend progressiv abbauen und dadurch die Spannungen verkleinern,
Kräfte
innerhalb und außerhalb
des Gehäuses 306 werden
sich ebenso progressiv abbauen. Konsequenterweise wird das Gehäuse 306 den
Anstieg und Abfall des inneren äußeren Drucks
tolerieren, welcher mit der Geschützabfeuerung der Rakete verbunden
ist.
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Wenn
sich die Kraft abbaut, wird die axiale Kraft, welche wirkt um den
verjüngenden
Gummiisolator 372 zu komprimieren, sich verringern, wodurch ermöglicht wird,
dass dieser sich in die unkomprimierte Ruheposition zurückzieht.
Wenn der sich verjüngende
Gummiisolator 372 seine ursprüngliche Dicke wiedererlangt,
welche der sich verjüngenden Form
entspricht, wird eine solche Bewegung eine Rückwärtsbewegung des Gleitkolbens 316 in
Richtung der Heckverschlussmittel 312 bedingen, die Bindung
zwischen der Treibladung 308 der vorderen Oberfläche der
Gummiblattdüsenisolatoranordnung 420 trennen,
um so einen Pfad für
die Abbrandausbreitung während
der normalen anschließenden
Zündung
zu schaffen, wodurch die hintere Oberfläche des letzteren zum größten Teil
der vorderen Oberfläche 424 des
vorderen Düsenisolators 381 und
der Oberfläche 426 des
Wolframkegeleinsatzes 364 anhaftend sein wird. An diesem
Punkt ist der Treibsatz 308 in der Lage für einen
normalen Abbrand gezündet
zu werden.
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Die
Geschützgase
initiieren den Abbrand des zeitverzögerten Zündzuges 444 innerhalb
der Zündungsanordnung 318,
so dass nach Ablauf eines gewünschten
Zeitintervalls nachdem das Projektil das Geschützrohr der Abschusswaffe verlassen
hat, einer Zündflamme
durch den Inhibitor 428 tritt und in Kontakt mit den Treibsatz 308 kommt.
Wenn dieses geschieht, wird der Gummiblattdüsenisolator 420 an die
vorderen Oberfläche 424 des
vorderen Düsenisolators 380 und
die angewinkelten vorderen Oberfläche des Wolframkegeleinsatzes 384 gebunden. Wenn
diese Verbindungen zustande gekommen sind, wird der normale Abbrand
des Treibsatzes 308 auf der vorderen Seite des Gummiblattdüsenisolators 420 fortschreiten.
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Wenn
die Treibladung 308 zündet,
wird der Gleitkolben 316 zusammen mit der nun beigefügten Düsenanordnung 314 nach
hinten gleiten bis der Flansch 350 in Kontakt tritt mit
der heckseitigen Düsenverschlussanordnung 312.
Wenn sich die Treibkraft erhöht,
wird die Wärme
ansteigen und der Druck sich in der Düsenanordnung 314 erhöhen. Aufgrund der
brüchigen
Natur der Bindung, welche die Zünderanordnung 318 in
Position hält,
wird dieser Druck diese Bindung aufbrechen und die gesamte Zündungsanordnung 318 herausdrücken, wodurch
sich ein Ausgangskonus öffnet,
so dass der normaler Abbrand vonstatten gehen kann.
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Es
sei angemerkt, dass verschiedene Bauformen der Bindung eingesetzt
werden können,
um die Gummiblattdüsenisolatoranordnung 420 in
der gewünschten
Position zu halten, und das normaler und abnormaler Treibmittelabbrand
möglich
sind, und der daraus folgende Gasdurchfluss entlang der vorderen
und hinteren Oberfläche
oder Zwischenfläche
des Gummiblattdüsenisolators 420 geführt wird, um
den Abbrand und die Belüftung
zu ermöglichen, wie
es weiter oben beschrieben wurde.