-
Raketenantrieb mit Festtreibstoff Die Erfindung betrifft einen Raketenantrieb
mit Festtreibstoff, bei dem der Schub zu jedem gewünschten Zeitpunkt der Schubdauer
unterbrochen werden kann.
-
Solche Raketenantriebe mit einstellbarer Schubdauer sind deshalb erwünscht,
weil mit ihnen die Reichweite der Rakete nach Wunsch verändert werden kann und dadurch
mit ihnen auch nähere. Ziele, die vor der normalen Reichweite der Rakete liegen,
ohne Erhöhen des Startwinkels erreicht werden können. Dazu ist es notwendig, den
Brennkammerdruck des Antriebsmotors während der Schubdauer herabzusetzen, eine Maßnahme,
welche die »Klemmung«, d. h. das Verhältnis der brennenden Oberfläche des Treibsatzes
bei festen Treibstoffen zur Querschnittsfläche des Düsenhalses an seiner engsten
Stelle verringert. Es sind schon Vorschläge gemacht worden, durch plötzliches Öffnen
von im Mantel des Raketenmotors angebrachten größeren, radialen Bohrungen oder Fenstern
diese Wirkung herbeizuführen. Auch ein Absprengen der ganzen Düse vom Motorkörper
wurde schon erwähnt. Diese Maßnahmen machen es aber nötig, die zum Abtrennen gebrauchten,
relativ großen zusätzlichen Sprengsätze, die im Bereich der sehr heißen Verbrennungsgase
liegen, deswegen sehr gut zu isolieren, was umständlich und teuer sowie außerdem
unsicher ist. Solche Zusatzladungen verursachen wegen ihrer Größe bei der Entzündung
einen erheblichen Stoß und damit eine Schubspitze, welche die Rakete von ihrer Flugbahn
ablenken kann.
-
Zum Zwecke des Ausgleiches eines zu hohen inneren Überdruckes sind
schon kegel- oder tropfenförmige
Füllkörper, befestigt in einem
zentralen Rohr, in einer Zentraldüse vorgesehen worden, die entweder verschiebbar
oder ausstoßbar sind, so daß für das Element a) des Anspruches i kein selbständiger
Schutz beansprucht wird.
-
Abtrennbare Düsenfüllkörper sind an sich bekannt und dienen, wie bereits
beschrieben, als Sicherheitseinrichtung gegen inneren Überdruck.
-
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, um eine größere Sicherheit
zu gewinnen und mit einer wesentlich kleineren Abtrennladung auszukommen, die gleichzeitig
noch eine Öffnung bekannter radialer Austrittsöffnungen ermöglicht, die Zentraldüse
mit einem Füllkegel so zu verengen, daß sich eine Ringdüse bildet. Die vorliegende
Kombination hat jedoch den Vorteil, daß einmal durch die Anordnung des Füllkegels
im kegeligen Expansionsteil der Düse große Querschnittsdifferenzen zwischen der
Ringdüse und der voll geöffneten Düse zu erzielen sind, ohne den freien Innenraum
der Brennkammer allzusehr zu verkleinern. Nach Abstoßen dieses Füllkegels wird der
freie Halsquerschnitt der Düse um ein Mehrfaches des freien Querschnittes der Ringdüse
erweitert, und außerdem werden noch radiale Bohrungen, wie beka=t, im Motorkopf
freigegeben, so daß der gewünschte Druckabfall sehr rasch und stoßfrei, d. h. ohne
eine wesentliche Schubspitze, eintritt und der Schub durch den raschen Abfall des
Innendruckes unterbrochen wird. - , - -Hierdurch wird die Reichweite herabgesetzt
und gleichzeitig, wie bekannt, unter Mitwirkung des radialen Gasaustrittes bei entsprechender
Ausbildung der radialen Bohrungen die Rakete abgebremst. Da diese Schubunterbrechung
und Abbrem- -sung durch einen einstellbaren Zeitzünder in jedem Zeitpunkt der Antriebsdauer
erreicht werden kann,, ist ein Einstellen einerbeliebigenReichweite möglich.
-
Nach dem Erfindungsgedanken wird der Füllkegel an einem Rohrkolben
befestigt, der in der Brennkammer in einem in ihr fest eingebauten zentralen Führungsrohr
gehalten wird. Das durchlaufende nicht ausstoßbare Führungsrohr kann auch durch
eine zwei- oder mehrfache Lagerung ersetzt werden. Wird ein durchgehendes Rohr verwendet,
so wird dieses in bekannter Weise mit Schlitzen oder Langlöchern versehen, durch
welche die Gase nach dem Ausstoßen des Rohrkolbens mit dem Füllkegel austreten können.
Die. Ausstoßladung ist im Rohrkolben untergebracht.
-
Der Kopf der Brennkammer ist mit einer Mittelnabe versehen, in der
- das Vorderende des Führungsrohres oder der Rohrkolben selbst gelagert und von
einem Mittelbolzen zentriert wird. Dieser Mittelbolzen trägt den Initialzünder für
die Ausstoßladung. Außerdem sind im Kopf noch die Radialbohrungen untergebracht,
durch die nach der Freigabe entsprechender Schlitze oder Löcher in der Nabe durch
den herausgehenden Rohrkolben die Gase ausströmen, die"gleichzeitig die Austrittsgeschwindigkeit
des Rohrkolbens erhöhen.
-
Die Ansprüche 2 und 3 sind als echte Unteransprüche zum. Hauptanspruch
zu betrachten. Nach dem Erfindungsgedanken sind verschiedene Ausführungen möglich,
von denen einige beispielsweise in der Beschreibung näher erläutert und in den Zeichnungen
schematisch dargestellt sind. Es zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch die Brennkammer
einer Rakete, Abb. 2 den Querschnitt nach dem Schnitt I-I in Abb. i, Abb. 3 einen
mit Sprengstoff teilweise gefüllten Rohrkolben, Abb. 4 den Rohrkolben mit Füllkegel
und hinten liegender Ausstoßladung, Abb. 5 den Rohrkolben nach Abb. 4 mit einer
zusätzlichen Treibladung, Abb. 6 einen Längsschnitt nach Abb. i, jedoch mit drei
Lagern für den Rohrkolben, Abb. 7 einen Teil-Längsschnitt durch den Brennkammerkopf,
Abb. 8 den Querschnitt nach Schnitt II-II nach Abb. 7, Abb. 9 das Lagerrohr 2i nach
Abb. 7, Abb. io und ii Varianten der Schlitzausbildung nach Abb. 9, Abb. 12
und 13 den Zentrierbolzen 7 nach Abb. i und 7, _ Abb. 14 und 15 Querschnitte
des Zentrierbolzens 7 nach Abb. 12 und 13.
-
Aus der Abl;. i ist zu ersehen, daß die Brennkammer-der Rakete im
wesentlichen aus dem Brennkammer-Mantelrohr i, der zentralen Düse 2 und dem Kopf
5 besteht, die durch nicht -gezeichnete Zugstangen zusammengehalten werden. Im Innern
sind die Treibsätze 4 sowie ein mit Schlitzen oder Langlöchern 8 versehenes Rohr
6 untergebracht. Dieses Rohr 6 ist in den Stegen 3 der Düse 2 und am vorderen Ende
in der Nabe 9 des Kopfes 5 fest eingepaßt. In dieses Rohr 6 wird der Rohrkolben
i i eingesetzt und durch nicht gezeichnete Scherstifte oder -scheiben, Sprengringe
oder Schweißpunkte gehalten. Der Rohrkolben i i trägt an seinem hinteren Ende den
Füllkegel 12, an dem der Füllkörper 13 angeschweißt, eingebördelt usw. ist; an seinem
vorderen Ende sind die Schlitze i8 eingearbeitet. Der Füllkegel 12 legt sich an
die ebenfalls im gleichen Winkel abgeschrägten Flächen 12' der Stege 3 in der Düse
2 an und bildet mit der Düsenwand die Ringdüse 36, die als Start- und Marschdüse
dient. Das vordere-Ende des Rohrkolbens i i, das durch den zylindrischen Ansatz
30 (Abb. 7) des Bolzens 7 zentriert wird, schließt mit seiner Rohrwandung die Schlitze
oder Langlöcher 8, 18 und 28 (Abb. 6 und 7) des Führungsrohres 6 und dichtet es
somit gegen den ungewollten Austritt der Gase ab.
-
Der Brennkammerkopf 5 trägt die kurze Nabe 9, die als vorderes Lager
für das Führungsrohr 6 dient. Die in ihm angebrachten Radialbohrungen iö führen
bis zum Ringspalt 26, wie aus Abb. 7 zu ersehen ist, und werden innen durch das
vordere Ende des Rohrkolbens i i verschlossen. Um das Eindringen von Staub oder
Feuchtigkeit zu verhindern, werden sie am Austritt an der äußeren Oberfläche des
Kopfes mit Plastikfolien verldebt. Im Innern
des Rohrkolbens i
i ist im Napf 16 die Ausstoßladung 17 so untergebracht, daß sie in der Nähe des
im Zentrierbolzen 7 eingesetzten Zündsatzes 29 liegt.
-
Einige Varianten in der Ausführung der Füllkegel und -körper zeigen
die Abb. 3 bis 5. In der Abb. 3 umschließt der Füllkörper 13 eine zum Teil in der
zusätzlichen Hülse 14 untergebrachte Sprengladung, die den Zweck hat, beim Auftreffen
des Rohrkolbens i i auf dem Boden nach dem Ausstoßen den Rohrkolben i i zu zerstören.
In Abb. 4 ist der Füllkegel i9 ,in den Rohrkolben eingesetzt und enthält in seiner
zylindrischen Bohrung die Ausstoßladung 3.4, die von hinten her über den Zündsatz
33 von einem im hohlkegelförmigen Füllkörper i9' untergebrachten Verzögerungssatz
gezündet werden kann. Abb. 5 zeigt das Düsenende der Brennkammer mit dem Rohrkolben
i i, in dem ein zusätzlicher Treibsatz 4' eingebaut ist, der über die im Düsenkörper
2o eingebohrte Düse 35 je nach dem Zeitpunkt der Zündung entweder als Vergrößerung
des Schubes beim Start der Rakete oder nach dem Abbrennen des Haupttreibsatzes als
Marschschub wirkt.
-
In Abb. 6 ist das durchgehende Führungsrohr 6 weggelassen und durch
kurze Führungslager 23 und 24 für den Rohrkolben i i ersetzt, deren Anzahl sich
bei längeren Brennkammern um die Zahl der zusätzlichen Zwischenabstützungen 25 für
die Treibstoffkörper erhöht. Der Brennkammerkopf erhält dann eine längere Nabe 22,
in die Langlöcher 28 zum Zwecke des Gasdurchtrittes beim Beginn des Ausstoßens des
Rohrkolbens i i eingearbeitet sind. Die Lager bestehen aus Rohrstücken, die beim
Lager 24 in die Stege 3, beim Lager 23 usf. in die Zwischenabstützung für die Treibstoffsätze
eingebaut sind. Das Prinzip der zentralen Führung des Rohrkolbens i i bleibt erhalten.
Der Brennkammerkopf kann auch eine kurze Nabe nach Abb. 7 erhalten, jedoch wird
dann auch hier ein Rohrstück 21 zwecks Verlängerung der Führung für den Rohrkolben
i r eingesetzt, das die gleichen Langlöcher 28 erhält. Abb. 9 zeigt dieses Rohrstück
21 als Einzelteil, wobei die Langlöcher zwecks allmählichen Gasaustrittes auch die
Formen nach Abb. io und i i erhalten können. Die Abb. 12 bis 15 zeigen Variationsmöglichkeiten
der Gestaltung des Zentrierbolzens 7 auf. Abb. 8 stellt den Querschnitt nach Schnitt
II-II in Abb. 7 dar und läßt die Lage der radialen Bohrungen io und des Ringspaltes
26 erkennen.
-
Die prinzipielle Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt beschrieben:
Bei der Bauart nach Abb. i strömen nach dem Zünden der Treibsätze 4 die Gase durch
die Ringdüse 36, die von dem Füllkegel i2 mit der Boh-, rungswand der Zentraldüse
2 gebildet wird, ab und erteilen der Rakete eine gewünschte Geschwindigkeit. Soll
ein Nahziel erreicht werden, zündet der nicht gezeichnete Zeitzünder den Zündsatz
29 für die Ausstoßladung 17 und damit diese selbst. Die Gase der Ausstoßladung 17
treiben den Rohrkolben i i nach hinten, so daß der Füllkegel 12 aus der Düse 2 geschoben
wird und damit zuerst die Ringdüse 36 relativ langsam erweitert und dann den ganzen
Querschnitt der Düse freigibt. Die ausströmenden Gase helfen mit, den Ausstoßvorgang
zu beschleunigen. Sobald der Ausstoßvorgang begonnen hat und der Rohrkolben nach
hinten zu wandern beginnt, strömen am Kopfende die Gase durch die Langlöcher 28
sowie die Schlitze 18 und treten durch die Radialbohrungen io ebenfalls aus. Dieser
Austritt wird sich verstärken, wenn das vordere Ende des Rohrkolbens den Bereich
des Ringspaltes 26 zwischen Führungsrohr 6 bzw. die Nabe 22 oder das Lager 21 verlassen
hat und diesen freigibt. Wenn der Rohrkolben i i das Führungsrohr 6 und damit die
Brennkammer verlassen hat, sinkt der Druck in ihr und damit die Klemmung rasch ab,
da die Treibgase zusätzlich .durch die nun frei gewordenen Langlöcher B in dem Führungsrohr
6 durch die erweiterte Düse ausströmen. Hierdurch wird die Beschleunigung der Rakete
so stark herabgesetzt, ja sogar unterbrochen, so daß sich die Flugbahn der Rakete
und damit ihre Reichweite verkürzt und die Rakete näher am Startpunkt zu Boden geht.
Durch das Abstimmen des Zündzeitpunktes kann das Nahziel in beliebiger Nähe erreicht
werden.
-
Bei der Bauart nach Abb. 5 enthält der ausstoßbare Rohrkolben i i
eine zusätzliche Treibladung 4', die je nach dem Zündzeitpunkt entweder zur Erhöhung
der Startbeschleunigung oder, wenn sie erst nach dem Ausbrennen der Haupttreibladung
4 gezündet wird, eine etwas größere Flugdauer und Reichweite erzielen läßt. Es ist
damit eine große Variationsmöglichkeit gegeben.
-
Bei der Bauart nach Abb.6 ist die Wirkungsweise je nach Einbau eines
ausgewählten Rohrkolbens i i wie bei denen nach Abb. 5 oder i beschrieben.