DE954021C

DE954021C - Vorrichtung zur selbsttaetigen Regelung eines Rueckstossantriebes, vorzugsweise einer Rakete

Info

Publication number: DE954021C
Application number: DES40519A
Authority: DE
Inventors: Roger Francis Louis Fleury
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1953-08-28
Filing date: 1954-08-21
Publication date: 1956-12-13
Also published as: GB758785A; FR1088638A

Description

Paris

Der von einem Rückstoßantrieb erzeugte Schub ist proportional dem Produkt der aus der Düse austretenden Gasmasse und der Ausstoßgeschwindigkeit. Im Fall eines Antriebes von der Art einer Rakete ist der Schub auch proportional dem Produkt aus dem Druck des Gases, welches aus der der Düse vorangehenden Brennkammer austritt, und dem Querschnitt der Düse an ihrer engsten Stelle.

Während beim Aufstiegsvorgang einer Rakete oder eines durch sie angetriebenen Luftfahrzeuges

bzw. Flugkörpers der maximale Schub wünschenswert ist, ist es im Hinblick auf den Antriebswirkungsgrad und die Erzielung einer möglichst weiten Flugstrecke von Vorteil, den Schub zu vermindern, wenn der Flugkörper bzw. das Luftfahrzeug seine gewünschte Flughöhe erreicht hat.

Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, die Menge des durch die Düse hindurchgehenden Gases,' d. h. die Menge des der Brennkammer zugeführten Brennstoffes, zu vermindern, da die Ausstoß- ao

geschwindigkeit im wesentlichen konstant ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Ausgangsquerschnitt der Düse konstant gehalten und der Druck in der Brennkammer vermindert wird, wodurch jedoch dann auch der thermische und chemische Wirkungsgrad der in der Brennkammer vor sich gehenden exothermischen Reaktion herabgesetzt wird, die im allgemeinen eine oxydierende Reaktion ist (beispielsweise Verbrennung von Benzin in Salpetersäure), wobei sich dieser Wirkungsgrad im allgemeinen in dem gleichen Sinn wie der Druck ändert.

Um einen guten thermischen Wirkungsgrad auch noch bei vermindertem Schub zu erzielen, ist es daher erforderlich, gleichzeitig mit der Herabsetzung der Menge der Zufuhr zur Brennkammer auch den Querschnitt der Düse an ihrer engsten Stelle zu verkleinern, d. h. diesen Querschnitt dem verminderten Schub derart anzupassen, daß der konstante Druck in der Brennkammer aufrechterhalten wird.

Die selbsttätige Regelvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt die Kombination aus einer Einrichtung, die auf den durch das Triebwerk erzeugten Schub anspricht, und einer von dieser Einrichtung gesteuerten Vorrichtung zum Regeln des Querschnitts der Düse.

Die auf den Schub ansprechende Einrichtung kann eine verformbare Vorrichtung umfassen, die zwischen das Triebwerk und das Luftfahrzeug bzw. einen angetriebenen Körper geschaltet ist, wobei die Verformung dieser Vorrichtung .bzw. die entsprechenden Verschiebungen des Triebwerks, die eine Funktion des Schubs sind, dazu benutzt werden, um über irgendeine geeignete Transmission auf die Vorrichtung einzuwirken, welche den Querschnitt der Düse verändert.

Eine besonders -einfache Ausführungsform wird erhalten, wenn als verformbare Vorrichtung eine oder mehrere Federn verwendet werden, die zwischen das Triebwerk und das Luftfahrzeug bzw. den angetriebenen Körper geschaltet sind und dem Schub entgegenwirken, wobei das Triebwerk mit Bezug auf das Luftfahrzeug beweglich sein und die Vorrichtung zum Regeln des Düsenquerschnitts feststehen kann, so daß sich der Querschnitt gemäß der Amplitude der Verschiebung des Triebwerks mit Bezug auf das Luftfahrzeug regelt, wobei diese Verschiebung ihrerseits entgegen der Feder oder den Federn erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. ι und 2 stellen zwei Ausführungsformen mit Federn und Regelung des Düsenquerschnitts unter dem Einfluß der einfachen Verschiebung des Triebwerks mit Bezug auf das Luftfahrzeug bzw. den Flugkörper dar;

Fig. 3 gibt eine Ausführungsform mit elektrischer Übertragung zwischen einer den Schub anzeigenden Vorrichtung und dem Organ zum Regeln des Düsenquerschnitts wieder;

Fig. 4 bis 9 stellen verschiedene Ausführungsformen der elektrischen Übertragung dar.

Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform ist der Rückstoßantrieb, insbesondere ein Raketenantrieb, der eine Brennkammer 1 und eine konvergent-divergente Ausstoßdüse 2 aufweist, derart angeordnet, daß er sich mit Bezug auf das Luftfahrzeug bzw. den angetriebenen Flugkörper parallel zur Achse der Düse 2 verschieben kann. Das Triebwerk ist zu diesem Zweck in einer Führung 3 artgeordnet, die fest mit dem Luftfahrzeug verbunden ist und· deren Achse mit derjenigen der Düse zusammenfällt. Um die Reibung zu vermindern, können zwischen das Triebwerk 1, 2 und die Führung 3 Rollen 4 geschaltet sein. Die der Düse gegenüberliegende Wandung 5 der Führung 3 nimmt den Schub des Triebwerks durch Federn 6 auf, die zwischen diese Wandung 5 und die der Düse gegenüberliegende Wand 7 der Brennkammer geschaltet sind. In der Achse der Düse trägt die feststehende Wandung 5 eine Stange 8, die durch die Brennkammerwand 7 verschiebbar hindurchgeht und die auf der Seite der Düse in einem zugespitzten oder spindelförmigen Körper 9 endet.

Es ist einleuchtend, daß die Federn 6 je nach der Größe des Schubs mehr oder weniger zusammengedrückt werden, so daß der -Querschnitt der Düse 2 an ihrer engsten Stelle durch die Verschiebung der Düse mit Bezug auf den feststehenden Körper 9 verändert wird.

Wenn beispielsweise der Schub durch Herabsetzen der Menge der der Brennkammer 1 zugeführten Reaktionsstoffe vermindert wird, wobei diese Verminderung entweder durch den Piloten des Luftfahrzeuges oder im Fall eines funkgesteuerten Flugkörpers aus der Ferne bewirkt werden kann, dann drücken die Federn 6 das Triebwerk in bezug auf die gegenüber dem Flugkörper feste Führung 3 nach rechts (Fig. 1), so daß, wenn sich die engste Stelle der Düse 2 dem Körper 9 nähert, der Ausgangsquerschnitt der Düse verkleinert wird. Durch eine zweckentsprechende Ausbildung der Düse 2 und des Körpers 9 läßt sich erreichen, daß der Druck in der Brennkammer 1 für jeden Wert des Schubs konstant gehalten wird.

Eine Vorrichtung, wie z. B. eine Labyrinthdichtung, kann an der Durchgangsstelle der Stange 8 durch die Brennkammerwand 7 vorgesehen sein, um das Hindurchsickern von Gas zu verhindern. Die Stange 8 kann auch zur Zuführung der Reaktionsstoffe in die Brennkammer 1 herangezogen werden und zu diesem Zweck mit geeigneten Kanälen versehen sein, die an der Außenseite der Wandung 5 mit Leitungen 10 in Verbindung stehen, welche die Reaktionsstoffe zuführen und mit Organen zum Regeln der Abgabemenge versehen sind. Bei der in Fig. 2 dargestellten abgeänderten Ausführungsform ist der Körper 9 mittels profilierter Arme 11 an der Wandung der Führung 3 befestigt womit ein abzudichtender Durchgang in der Wand der Brennkammer vermieden wird. Die Leitungen 10, welche die Reaktionsstoffe der Brennkammer 1 zuführen, können in der Bodenwand 7 der Brennkammer befestigt sein und durch die Wandung 5 der Führung 3 verschiebbar hindurchgehen.

Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsform wirkt die Veränderung einer Schubanzeigevorrichtung 12, die zwischen die Brennkammer 1 und die feste Wandung 5 geschaltet ist, auf eine Vorrichtung 13 ein, die eine elektrische Spannung (HJ₁ erzeugt, die eine Funktion der Verformung der Anzeigevorrichtung 12 ist. In einer Vorrichtung 14 wird diese Spannung dU_t mit einer Spannung dU₂ teilweise kompensiert, die von einer elek-

irischen Stromquelle 15 und einem Rheostaten 16 erzeugt wird, dessen beweglicher Teil mit dem Körper 9 verbunden ist, der dazu dient, den Ausgangsquerschnitt der Düse 2 zu regeln. Die an den Ausgangsklemmen 17 der Vorrichtung 14 etwa noch vorhandene resultierende Spannung wirkt auf ein Relais 18 ein, welches die Drehung eines Elektromotors 19 in der einen eder anderen Richtung je nach dem Vorzeichen dieser resultierenden Spannung steuert, aber diesen Motor stillstehen läßt, wenn die resultierende Spannung den Wert Null hat. Dieser Motor 19 verschiebt seinerseits den. Körper 9 über eine beliebige Einrichtung, wie z. B. ein Ritzel 20 und eine Zahnstange 21, in der einen oder anderen Richtung.

Auf diese Weise wird eine Servoeinrichtung erhalten, die den Querschnitt der Düse durch Vergleich der Größe des Schubs, die durch die Anzeigevorrichtung 12 gemessen wird, und der jeweiligen durch den Rheostaten 16 bestimmten Stellung des Körpers 9 auf die passende Größe einstellt.

In der Praxis kann eine solche Vorrichtung auf sehr verschiedene Weise verwirklicht werden.

Die Vorrichtung 14 kann eine die aus den entgegengesetzten Spannungen (HJ₁ und d U₂ resultierende Spannung erhöhende Einrichtung an den Klemmen 17 umfassen, und das Relais 18 kann ein polarisiertes Relais sein, welches einen Stromwender betätigt, der in der Speiseleitung des Feldes oder des Ankers des Motors 19 angeordnet ist.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Fall wird die Schubanzeigevorrichtung von einer Feder 12' gebildet, und die Spannung dU_x wird an einem Potentiometer oder Rheostaten i3_a erzeugt, dessen beweglicher Teil in Abhängigkeit- von der Zusammendrückung der Feder 12' verstellt wird und zu diesem Zweck mit dem Triebwerk 1, 2 verbunden ist.

Bei der in Fig. 5 dargestellten abgeänderten Ausführungsform weist die Schubanzeigevorrichtung einen an dem Luftfahrzeug bzw. Flugkörper befestigten hydraulischen Zylinder 12" auf, in welchem sich ein Kolben I2_O verschiebt, der mit dem Triebwerk 1,2 fest verbunden ist (oder umgekehrt). Der Druck im Zylinder 12" wirkt auf eine manometrische Vorrichtung i3₆ ein, die mit einem Potentiometer vereinigt ist, welches die Spannung dU_t erzeugt.

Bei der in Fig. 6 wiedergegebenen Ausführungsform umfaßt die Schubanzeigevorrichtung eine Feder i2₆ und einen elektrischen Kondensator I2_C, dessen eine Elektrode mit dem Luftfahrzeug und dessen andere Elektrode mit dem Triebwerk verbunden ist. Die Änderung der Kapazität dieses Kondensators wirkt auf einen Stromkreis I3_C ein, der als Kapazitätsmesser geschaltet ist, so daß die Spannung dU_i an den Klemmen dieses Stromkreises eine Funktion der Kapazität des Kondensators und damit des Schubs ist.

Es sei bemerkt, daß der veränderbare Kondensator auch durch eine veränderbare Selbstinduktion ersetzt werden kann, die beispielsweise einen in der Spule beweglichen Kern mit veränderbarem Luftspalt aufweist.

Es kann auch eine Änderung der Selbstinduktion durch Magnetostriktion herangezogen werden.

Fig. 7 gibt eine Ausführungsform dieser Art wieder, bei welcher eine Metallstange i2_tf sowohl eine Stütze für die Brennkammer 1 des Triebwerks als auch einen magnetischen Kern für eine Selbstinduktionsspule i2g bildet. Der Induktivitätsmesser I3d» welcher die Änderungen der Selbstinduktion der Spule I2_e feststellt, liefert dann eine Spannung dU_v die proportional der Änderung des Schubs mit der Zeit ist, während bei den vorhergehenden Ausführungsformen diese Spannung proportional dem Schub ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 bildet ein piezoelektrischer Quarzkristall I2_f eine Stütze für das Rückstoß triebwerk 1, 2. Die durch den Quarz erzeugte Spannung, die proportional dem Schub ist, wird durch ein Elektrometer I3_e gemessen.

Bei der in Fig. 9 wiedergegebenen abgeänderten Ausführungsform besteht die Schubanzeigevorrichtung aus einer auf Druck beanspruchten Stütze I2_?, die Widerstände aufweist, welche in ein Isoliermaterial eingeschlossen sind, das unter der Wirkung des Schubs des Triebwerks 1, 2 elastisch verformbar ist. Eine zugehörige Meß vorrichtung 13/ liefert die Spannung dU_v

Es sind natürlich, auch noch andere Ausführungsformen der Erfindung möglich.

Die in Fig. 3 wiedergegebene elektromechanische Einrichtung kann auch durch eine rein mechanische oder hydraulische Einrichtung ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln eines Rückstoßantriebs, insbesondere eines Antriebs von der Art einer Rakete, gekennzeichnet durch die Kombination aus einer Einrichtung, die auf den von dem Triebwerk erzeugten Schub anspricht, und einer durch diese Einrichtung gesteuerten Vorrichtung zum Regeln des Quer-Schnitts der Düse.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Schub ansprechende Einrichtung eine verformbare Vorrichtung aufweist, die zwischen das Triebwerk und das Luftfahrzeug bzw. einen angetriebenen Körper geschaltet ist, wobei die Verformung dieser Vorrichtung oder die entsprechenden Verschiebungen des Triebwerkes, die eine Funktion des Schubes sind, dazu dienen, über irgendeine zweckentsprechende Übertragungsvorrichtung

auf die den Querschnitt der Düse verändernde Vorrichtung einzuwirken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Vorrichtung eine oder mehrere Federn aufweist, die zwischen das Triebwerk und das Luftfahrzeug bzw. den angetriebenen Körper geschaltet sind und dem Schub entgegenwirken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk in bezug auf das Luftfahrzeug bzw. den Flugkörper beweglich und das den Düsenquerschnitt regelnde Organ feststehend ist, so daß sich der Querschnitt entsprechend der Amplitude der Verschiebung des Triebwerkes mit Bezug auf das Luftfahrzeug bzw. den Flugkörper ändert, wobei diese Verschiebung ihrerseits entgegen der Feder bzw. den Federn erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Vorrichtung über eine Servoeinrichtung auf das den Düsenquerschnitt regelnde Organ einwirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoeinrichtung eine solche mit elektrischer Übertragung ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Vorrichtung auf eine Vorrichtung einwirkt, die eine elektrische Spannung erzeugt oder Änderungen einer solchen Spannung hervorruft.

8. Vorrichtung nach Anspruch S und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Vorrichtung eine elektrische Spannung erzeugt, die eine Funktion ihrer Verformung ist, und beispielsweise von einem piezoelektrischen Kristall gebildet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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