DE7805493U1

DE7805493U1 - Raketenduesensatz

Info

Publication number: DE7805493U1
Application number: DE19787805493U
Authority: DE
Original assignee: Minister of National Defence of Canada
Current assignee: Minister of National Defence of Canada
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1978-08-24
Also published as: SE7802260L; NL7802005A; JPS53146021A; NL184802C; US4232843A; SE437285B; IT1103125B; JPS59157558U; DK147559B; FR2392240B1; DK62678A; NO147812B; DK147559C; BE863793A; DE2807807A1; NO147812C; NO780466L; FR2392240A1; DE2807807C2; GB1593015A

Description

Die Erfindung betrifft einen Raxetendüsenaatz, insoesondere eine Raketendüse für eine Rakete geringen Durchmessers mit faitoarer Leitfläche.

Ein Raktendüsensatz muß zanlreiche wicntige Funktionen erfüllen, darunter z.B.

a) als Bauteil für aerodynamische Beansprucnungen, die von den aerodynamischen Stabilisierungsleitfläcnen erzeugt werden, dienen,

d) als Bauteil in dem System dienen, das die Rakete in dem Abschußrohr vor dem Abschuß festhält,

c) der Rakete ein rollendes Drehmoment verleihen,und damit -iie Genauigkeit der Rakete verbessern und

d) die Kontaktgeräte tragen, die das Zandungssystem der Rakete mit dem Zündungssysten des Abschußrohres verbinden.

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Bisher wurden Raketendüsensatze, die die obigen Funktionen erfüllen, als zusammengesetzte Konstruktionen aus maschinen- : uearoeiteten und/odor geschmiedeten Stahl- und Aluminumeinzelteilen hergestellt. Solcne zusammengesetzten Konstruktionen benötigen ausgedehnte Bearbeitung, die entweder mit nohen Kosten für die Einzelteile oder mit hohen Investitionskosten für die Anlage durchgeführt werden und deshalo relativ te'"-3r sind, ferner sind solche bekannten Düsen wegen des verwen aten Materials nicht in der Lage, den hohen Temperaturen der Verbrennungsgase moderner, energiereicher zusammengesetzter Antrieosmittel Rechnung zu tragen, ohne daß man Zuflucnt zu sekundären scruielzuaren oder feuerfesten Ausklei- Sj düngen zu nehmen braucht, Wenigstens eine Seite des Raketen- k zündkreises muß elektriscn gegen den metallischen Raketen-Körper isoliert werden, was den Aufbau der Baugruppe komplizierter macht. Ks ist ferner bekannt, daß ein solcner Düsensatz relativ schwer ist, was zur Verringerung der Leistung der Rakete führt.

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, einen relativ leienten und billigen faserverstärkten Raketendüsensatz aus hitzenärtendem Kunstharz zur Verfügung zu stellen, der alle Funktionen der beKannten Konstruktionen erfüllt und zusätzlich nitzeneständig, scnmelzbar oder abtragbar und elektrisch isolierend ist.

Gegenstand der Erfindung ist dal.er ein Raketendüsensatz, der gekennzeichnet ist durch £

a) einen Düsenkörper aus faserverstärktem hitzehärtendem £ Kunststoff mit einem Hals und einem Auslaß; fe

b) einen Haltering, der den Körper in Nachbarschaft zu dem Hals umgibt,

c) einen Tragring, der den Körper in Nachbarschaft zu dem Auslaß umgibt und

d) einen elektrischen Kontaktring, der den Auslaß umgibt.

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Die Lrfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Figur 1 ist ein Querschnitt durch das hintere Ende eines Ddsenmotors, der den erfindungsgemäßen Raketendüsensatz einschließt;

Figur 2 ist eine Seitenansicht des Düsensatzes gemäß der Erfindung, die die umschlingenden Leitflächen in gescnlossener Stellung zeigt;

Figur 3 ist ein Querschnitt einer Düse, die den erfindungsgemäßen Düsensatz einschließt, in einem Raketenabschußrohr und

Figur 4 ist ein Querschnitt durch eine zusammengesetzte

Form zur Herstellung des erfindungsgemäßen Düsensatzes.

Ein typischer Raketenmotor 1 ist in Figur 1 dargestellt; er weist eine Raketenmotorkanuner 2 mit einer Düse 3 auf, die »uit irgendeiner üblichen Vorrichtung, wie z.B. einem Sicherungsdraht 4, an dem Hinterende der Rakete befestigt ist. Ein Raketenmotor-zünder 5 ist in der Motorkammer 2
in Wachbarschaft zum Hals 6 der Düse angebracht. Festtreibetoff 7 ist in der Kammer 2 um den Zünder 5 in üblicher
Weise gepackt. Der Zünder 5 weist elektrisch isolierende Drähte 8 und 9 auf, die mit einem leitwerktragenden Ring 1o aus Metall bzw. einem elektrischen Kontaktring 11 aus Metall verbunden sind, um die Verbindung mit dem Abschußronr-Zündkreis zu erleichtern, wie im einzelnen unten beschrieben wird. Die Düse 3 weist einen Düsenkörper 12 aus einem hitzehärtenden, schmelzbaren bzw. abtragbaren (ablative) Kunststoff auf, der integral mit einem Haltering 13 aus Metall, dem leitwerktragenden Ring Io aus Metall und dem elektrischen Kontaktring 11 aus Metall geformt ist.

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Ferner ist ein Halseinsatz 14 aus Graphit vorgesehen. Der üiisenkörper 12 aus Kunststoff dient dazu,

a) den Vorschuß der Rakete durch Beschleunigen der Verbrennungsgase nach hinten zu erzeugen; damit die innere Oberfläche der Düse den starken Wärmestrom von den Verbrennungsgasen aushält, ist diese schmelzbar bzw. abtragbar und läßt einen zähen kohlehaltigen Rückstand zurück;

u) um der Rakete unmittelbar nacn der Zündung ein rollendes Drehmoment zu verleihen und so die Genauigkeit der Rakete zu erhöhen; dieses Drehmoment wird durch spiralige Rippen 15 erzeugt, die integral mit dem hinteren Bereich des DüsenauslaßKegels geformt sind; diese Rippen erzeugen eine Drehbewegung der Abgase, was ein entsprecnendes Drehmoment an der Rakete hervorruft; wenn man die Rippen aus abtragbarem oder schmelzbarem (ablative) Material herstellt, werden sie unter der Wirkung der Abgase zerfressen und erzeugen so am Ende des Abschusses ein relativ geringeres Drehmoment als zum Beginn;

c) um den von dem leitwerktragenden Ring 10 erzeugten Druck nach vorne auf den Haltering 13 und damit auf die Rakete zu übertragen;

d) um den elektrischen Kontaktring gegen den Rest der RaKetenkonstruktion elektrisch zu isolieren;

e) um die Reifenbeanspruchungen, die durch die thermische Ausdehnung des Grapniteinsatzes 14 während des Abschusses hervorgerufen werden, auf den Haltering 13 zu übertragen und

f) um die Metallteile des Düsensatzes von dem extrem heissen Abgas thermisch zu isolieren.

Der Schlüssel für den erfolgreichen Einsatz des Düsenkörpers aus Kunststoff als lastübertragendes Teil liegt im Material

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und den Formtechniken, die zur Erzeugung des Düsenkörpers verwendet werden.

Die folgenden Eigenschaften werden vom geformten Material verlangt:

I) Gute thermisch isolierende Eigenschaften, um die Metallteile zu schützen;

II) geringe Abtragungsrate in dem Abgas hoher Temperatur; III) eine FasermatriXj um die verkohlte Oberflächenschicht zu erhalten und so die Geschwindigkeit der Materialerosion durch das Abgas zu verringern;

IV) ein geringes Schrumpfen nach den Formen unter Alterung, um eine Auftrennung zwischen dem Haltering und dem Kunststof fdüsenkörper zu vermeiden und

2 V) mäßige Zugeigenschaften im Bereich von 352 kp/cm äußerster Zugfestigkeit.

Diese Eigenschaften lassen sich leicht bei einer Anzahl von handelsüblichen hitzehärtenden phenolischen Formmassen erreichen, die mit Glas, Asbest, Siliziumdioxyd oder Graphit in Form von Fasern verstärkt sind, wie z.B. FM 16771 der Fiberite Corporation (eine Phenol-Glas-Masse), Durez ^ 23639 der Hooker Chemical Corporation (eine Phenol-Asbest-Masse), 153-T RPD der Rayoestos Manhattan Corporation (eine Phenol-Asbest-Masse) und MXC 313 P der Fiberite Corporation (eine Phenol-Graphit-Masse).

Der Metallring 13 dient zur Übertragung der Nutzlast an der Düse 3 auf das Motorgehäuse 2 und die Raketenstruktur sowie zum Abstützen des Vorderendes der Leitflächen-Drehbolzen 16 (die im folgenden näher beschrieben werden) und nimmt so einen Teil der aerodynamischen Beanspruchung ab; er dient ferner zum Verstärken des Kunststoffdüsenkörpers 3 gegen die Wirkungen der Wärmeausdehnung des Graphiteinsatzes 14 nach dem Zünden.

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Der Halseinsatz 14 aus Graphit ist vorzugsweise aus einem hochreinen Graphit gearbeitet, wie z.B. Speer Graphite 890- oder yRL und dient zum Schutz des Kunststoffdüsenkörpers 3 gegen erudierende Wirkungen der Verbrennungsgase im kritischen Schallbereich des Halses und zur Halterung des Zünders.

Vorzugsweise wird eine elastomere Wetterabdichtung 2 8 vorgesehen, um den Düsenhals abzudecken und den Eintritt von Bruchstücken oder Feuchtigkeit in die Motorkammer zu ver-

hindern und den Zünder in dem Düsenhals zu halten; eine sol- ' ehe Dichtung bzw. ein solcher Verschluß ist jedoch nicht nötig.

Wie man am deutlichsten den Figuren 1 und 2 entnehmen kann, weist der Düsenäatz mehrere herumgewickelte Leitflächen 17 auf, die drehbar an Leitflächen-Drenbolzen 16 angelenkt sind und zwischen einer geschlossenen oder ümwickel-Stellung, wie in Figur 2 gezeigt, und einer offenen oder entfalteten Stellung, wie in Figur 1 gezeigt, mit Hilfe von Torsions-Druck-Federn 18 bewegoar sind. Im allgemeinen sind die Leitflächen aus Spritzgußaluminium nergestellt und es werden drei oder menr Leitflächen verwendet.

Wie vorher erwähnt, wird das Vorderende der Bolzen 16 durch den leitwerktragenden Ring 1o abgestützt. Die Leitwerkfedern 18 entfalten die Leitwerke 17, wenn das riinterende der Rakete aus dem Lancier .- oder Aoschußronr 19 (vgl. Figur 3) freijtommt und stoßen die Leitwerke nach hinten in Schlitze 20 in dem Tragring 1o, wodurch sie sie in der entfalteten Stellung verriegeln.

Wie am deutlicnsten aus aen Figuren 2 und 3 ersichtlich, werden die Leitwerke mittels eines Scherbolzenrings 21 daran gehindert, sicn während der Handnabung, Lagerung oder Beladung zu öffnen. Dies erreicht man dadurch, daß sich die Lappen 22,durch die die Scherbolzen 23 hindurchgesteckt werden, über einen Teil der

Außenfläche dieses geschlossenen Leitwerks erstrecken. Da der Scherbolzenring nach dem Abschuß im Lancierrohr zurückbleibt, können sich die Leitwerke nach dem Austritt aus dem Abschußrohr frei entfalten. Der Scherbolzenring dient ferner zur Verbindung des Raketenzündkre.tses mit der Erdungsseite oder gemeinsamen Seite des Abschußrohrzündkreises.Der Kreis läuft von der Zündleitung durch den Leitflächentragring über den Scherbolzenring zum Abschußrohr (d.h. zur Erdung).

Zum Abschuß wird die Rakete über eine Ladeöffnung in das Abschußrohr nach Art einer Artilleriegranate geladen, wobei

die Rakete vorwärts gestoßen wird, bis die Lippe 24 des ■•^:! Scheroolzenrings 21 gegen die Rückfläche des Abschußrohres :; stößt, wie in Figur 3 dargestellt.

Eine Halteplatte 25 wird dann mit Schrauben 26 auf die Rückseite des Abschußroiires geschraubt und klemmt die Lippe 24 des Scherbolzenrings sicher zwischen die Platte und die Rückseite des Abschußrohres. Gleichzeitig wird ein Federkontakt \ 27, der auf der Halteplatte gegen diese isoliert angebracht ist und mit dem Abschußrohr-Zündkreis verbunden ist, gegen den Kontaktring 11 an der Rückseite der Düse gepreßt. Wenn der Zundkreislauf des Abschußrohres angeschaltet wird und damit der Zünder 5 und die Haupttreibstoffladung gezündet werden, scheren die Scherstifte 23 in der Ebene zwischen dem Leitflächentragring und dem Scherbolzenring ab, wenn sich der Raketenschub auf eine gewisse Stärke entwickelt.und setzt so die Rakete und die Düse vom Scherbolzenring zum Abschuß frei.

Um die oenötigten Eigenschaften unter niedrigen Produktionskosten zu erreichen, sollte die Düse nach dem Preßspritzver-ί fahren (Figur 4) hergestellt werden, d.h. die Formmasse oder

der Kunststoff 40 werden unter Druck aus einer Außenkammer ; oder einem Spritztopf 41 durch einen Eingußtrichter in einen ) Hohlraum 42 einer vorerhitzten mehrteiligen Form eingepreßt.

Die Anwendung des Preßspritzverfahrens gegenüber üblicnem Formpressen (d.h. wobei die Formmasse direkt in den rionlraum der offenen Form gebracht und die Form dann geschlossen wird) ist notwendig, um die Zeit und damit die Kosten für das Formen so gering wie möglich zu halten.

Die Richtung des Materialflusses während des Einbringens der Formmasse aus dem Füllraum oder Spritztopf in den Formhohlraum soll in paralleler Richtung zur Längsachse; der Düse erfolgen. Wenn dij Richtung des Materialflusses senkrecht zur Längsachse (d.h. durch die Seite der Düse) verwurde
laufen würde,/der Strom um die Formvorsprünge bzw. mittels Zapfen 43, 44 herum geteilt werden. Wenn die beiden Ströme der Formmasse sich an der entfernten Seite des Formvorsprungs bzw. Mittelzapfens(d.h. der Seite der Düse gegenüber dem Eingußtrichter) treffen würden, wurden sich die Fasern nicht vermischen und so eine schwache Längenlinie in Reifenrichtung erzeugen, die unter den Wirkungen des AbgasdrucJts reißen würde.

Der Eingußtrichter, durch den das Material aus dem Spritztopf in die Form gespritzt wird, sollte ein vollständiger, ungebrochener Ring sein. Jede Diskontinuität in dem Ring, wie z.B. radiale Träger für den ooeren Formmittelzapfen 44 neigt dazu, eine Trennung der Fasern in der Formmasse unterhalb der Diskontinuität mit einer entsprechenden Schwäcnungslinie zu erzeugen.

Die geringste Abmessung(Breite) des Rings in der Ebene normal zur Ricutung des Materialstroms währen! des Spritzens sollte nicht kleiner sein als ein spezifischer Bruchteil der Faserlänge. Dies ist erwünscht, um das Falten der Faser mit der einhergehenden Schwächung des fertigen Teils zu verhindern.

-Tl-

Uie Ausnehmungen 45, die in den unteren Formmittelzapfen 43 geschnitten sind, um die drehmomenterzeugenden Rippen im Düsenauslaßtrichter zu bilden, müssen eine spiralige Form umrdie Längsachse der Spritzform besitzen. Hierdurch kann der untere Formmittelzapfen 43 aus dem Düsenkörper mit einer einfachen Drehbewegung herausgezogen werden.

Der Formmittelzapfen könnte aus einer Düse mit nicht spiraligen Rippen nicht herausgezogen werden, wenn er nicht aus menreran Teilen zusammengesetzt wäre, die zu seiner Entfernung aus dem Düsenkörper auseinandergenommen oder zusammengelegt werden könnten. Ein solcher Formmittelzapfen wäre teurer herzustellen und zu handhaben als der einteilig^· Formzapfen für spiralige Rippen.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen leichten, relativ billigen Ra-vfetendasensatz, der hitzebeständig.!! abtragbar und elektrisch isolierend ist. Der Düsenkörper wird aus faserverstärktem nitzehartendem Harz einteilig miv. einem vorderen Haltering aus Metall, einem ninteren Leitflächentragring aus Metall und einem elektriscnen Kontaktring geformt. Ferner ist ein rialseinsatz aus Graphit vorgesehen und spiralige Rippen werden einstückig in den hinteren Bereicn der Düse eingeformt, um eine Drehbewegung der Abgase zu bewirken. Umwickel-Leitfläcnen sind außerhalb der Düse befestigt und mit einem Satz aus Scherbclzen und Scheroolzenring versehen, um sie für den Transport in geschlossener Stellung zu halten, und Federn, um die Le- .fläcnan nach dem Abschuß und Abscheren der Scherbolzen zu entfalten.

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Claims

DIPL.ING. HEINZ BARDEHLE . : :,.:.·'. ' Münrtuyr. 23.Februar 1978 jjf PATENTANWALT Aktenzeichen: ·'-->.. -......,VALi Mein Eichen: G 2654 AJisprüche

1. Raketendüsensatz, gekennzeichnet durch

a) einen Düsenkörper (12) aus faserverstärktem hitzehärtendem Kunststoff mit einem Hals (6) und einem Auslaß,

b) einen Haltering (13), der den Körper benachbart zum Hals umgibt,

c) einen Tragring (1O), aer den Körper benachbart zum Auslaß umgibt und

d) einen elektrischen Kontaktring (11), der den Auslaß umgibt.

2. Raketendüsensatz nach Ansprucn 1, gekennzeichnet durch einen Graphiteinsatz (14) in dem Hals.

3. Raketendüsensatz nach Ansprucn 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch mehrere Leitflächen (17), die um den Düsenkörper (12) herum im Abstand angeuracnt sind und zwischen dem Haltering (13) und dem Tragring (10) schwenkbar gelagert sind.

4. RaKetendüsensatz nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Federn (18), die die Leitflächen aus einer geschlossenen Stellung im wesentlicnen um den üüsenkörper herum in eine entfaltete Stellung senkrecht dazu beaufscnlagen.

5. Raketendüsensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Ring (21), der die Leitflächen in der geschlossenen Stellung hält.

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6. Raketendüsensatz nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Scherbolzen (23) in dem die Leitflächen zurückhaltenden Ring (21), um den Düsensatz an dem Haltering (21) zu befestigen.

7. Raketendüsensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6. gekennzeichnet durch spiralige Rippen (15), die integral in den Düsenkörper (12) benachbart zum Auslaß eingeformt sind.

8. Raketendüsensatz nacn einem der Ansprdcne 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (13), der Tragring (10) und der Kontaktring (11) integral in den üdsenkörper eingeformt sind.

9. Raketendüsensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeicnnet, daß der wärmehärtende Kunststoff mit einem faserigen Material aus Glas, Asbest, Siliciumdioxyd und/oder Graphit verstärkt ist.

10. Raicetendüsensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (4) zur Befestigung des Halteringes (13) an der Raketenaußennaut»

11. Raketendüsensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (13), der Tragring (10) und der Kontaktring (11) aus Metall sind.

12. Verfahren zur Herstellung eines Raketendüsenkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß man eine faserhaltige hitzehärtende Kunststoffmasse in eine Preßspritzform parallel zur Längsachse des üüsenkörpers einspritzt und so einen Raketendüsenkörper aus faserverstärktem hitzehärtendem Kunststoff herstellt, oei dem die Fasern im wesentlichen gleichförmig durchgehend verteilt sind.

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