DK147559B - Raketdyse med et plastdyselegeme og en fremgangsmaade til fremstilling af raketdysen - Google Patents

Description

i 147559

Den foreliggende opfindelse angår en raketdyse af den i indledningen til krav 1 angivne art og er især beregnet til dyser for raketter med lille diameter og foldbare finner og en fremgangsmåde til at fremstille raketdysen og 5 af den i indledningen til krav 7 angivne art.

En sådan raketdyse· skal opfylde et antal vigtige funktioner , der indbefatter: a) at fungere som en konstruktionsdel., der kan optage aerodynamiske belastninger, frembragt af de aerodynamisk stabili- 10 serende finner, b) at fungere som en konstruktionsdel i det system, der fastholder raketten i raketstyret forud for affyring, c) meddele raketten et rullende drejningsmoment for derved at forbedre rakettens nøjagtighed i banen, og 15 For at opfylde de ovenfor nævnte funktioner er raketdyser hidtil blevet fremstillet som enheder af maskinbearbejdede og/eller støbte stål- og aluminiumkomponenter. Sådanne raketdyser kræver omfattende og kostbare maskinbearbejdninger der enten udføres med høje omkostninger for hvert stykke, eller store 20 investeringsomkostninger for udstyret,og de er derfor forholdsvis kostbare. På grund af de benyttede materialer kan sådanne kendte raketdyser ikke klare de høje forbrændingsgastemperaturer, hidrørende fra moderne, kraftige sammensatte drivmidler, uden at man søger tilflugt til sekundært smeltelige 25 eller ildfaste for. I det mindste den ene side af rakettænder-kredsløbet skal være elektrisk isoleret fra metaldyselegemet, hvilket forøger enhedens komplekse konstruktion. Det indses også, at enhver sådan raketdyse er forholdsvis tung, hvilket medfører en tendens til at reducere rakettens ydeevne.

2 147559

Fra US-PS 3.952.970 kendes en raketdyse sammensat af forskellige dele. Der er ikke angivet noget om de benyttede materialers art, men raketdyser af denne art omfatter typisk dele fremstillet af fiberforstærket phenolharpiks, Dysen har en 5 særskilt indsat foring, der sandsynligvis er af metal, og hvori der er noter, der under påvirkning af den udstrømmende gas får raketlegemet til at rotere - Uden på dysen er der drejeligt i forhold til dyselegemet monteret en finnebærende ring. Denne udformning bevirker, at kun raketlegeme og -dyse og ikke finnerne bringes i rotation, når raketten befinder sig i skudbanen. Herved reduceres spredningen i målområdet, men raketten er forholdsvis kompliceret og dyr at fremstille.

Fra GB-PS 1.322.573 kendes en raketdyse, hvis dyselegeme er af et ikke-smelteligt materiale, sandsynligvis metal, 15 idet finnernes omdrejningsaksler er lejret i udboringer i dyselegemet. Finnernes udløsning fremkaldes igennem en forsinkelsessats. Disse to kendte konstruktioner er ikke u-middelbart egnede til brug ved en raketdyse af den indledningsvist angivne art.

2o Fra såvel US-PS 3.048.972 som GE-OS 2.130.422 kendes af fiberforstærket plast fremstillede dyselegemer til raketter.

Det fremgår imidlertid ikke af disse skrifter, hvordan finner skal fastgøres til disse og om der overhovedet skal fastgøres finner til dyselegemet. I det i DE-OS 2.130.422 viste 25 dyselegeme er der indsat en fastholdt dysehalsindsats af grafit, men der er ikke anvist midler til at forstærke plast-dyselegemet mod virkningerne af den ved varmepåvirkningerne ekspanderende grafitindsats.

Fra US patentskrift 4.007.660 kendes en dyse af den indledningsvist omtalte art. Det fremgår imidlertid ikke af dette skrift, hvilke materialer, der skal benyttes til at fremstille raketdysen, og hvor stærke materialerne skal være for at modstå de i dysen under affyring dannede kræfter således, at de ovennævnte funktioner løses på en effektiv måde.

3 147559

Der er således et behov for til raketdyser af den indledningsvis omtalte art at anvise en konstruktion, der giver mulighed for at opfylde de ovenfor under a), b) og c) og d) angivne funktioner, 5 Det er den foreliggende opfindelses formål at anvise en forholdsvis let og billig, fiberforstærket, varmehærdende raketdyse af plast, der giver mulighed for at opfylde alle funktionerne for de kendte enheder, og som desuden er varme-modstandsdygtig, smeltbart og elektrisk isolerende. Det er 10 herunder den foreliggende opfindelses formål at anvise en økonomisk fremgangsmåde til raketdysens fremstilling.

For at tilgodese dette formål er den indledningsvis omtalte raketdyse ifølge opfindelsen ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte. Herved opnår man, at der 15 ved områder med lokal belastning, nemlig ved motor/dysefinne/ dyse- og raketholdeorgan/dyseovergangene, i plastlegemet, er indstøbt metalringe til forstærkning af et derved i ét formet dyselegeme. Udover det angivne sikrer man især ved hjælp af den angivne dimensionering af holderingen, at sprang-20 ning af dyselegemet ved det kraftigst af varme påvirkede område forhindres, og at nettobelastningen på dysen overføres til raketmotorhylstret og dermed til rakettens forparti.

En sådan sprængning af dysehalsen forhindres også ved det i den kendetegnende del af krav 2 anførte, selvom en dyse-25 halsindsats af grafit er indsat i dysehalsen.

Ved det i den kendetegnende del af krav 3 sikres endvidere, at de aerodynamiske belastninger via holde- og finnestøtte-ringene umiddelbart eller middelbart effektivt kan overføres til raketlegemet.

30 Det i den kendetegnende del af krav 5 anførte angiver en enkel udførelsesform af rotationsstyreorganerne, idet man herved i modsætning til hidtil ikke skal udforme disse i en særskilt i dyselegemet anbragt indsats samtidig med at også det nævnte område er sikret mod utidig sprængning.

4 147559

Ved at den indledningsvist omtalte fremgangsmåde er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 6 anførte sikres en enkel og en økonomisk fremstilling af raketdysen ifølge opfindelsen samtidig med, at man undgår dannelse af 5 en svækningslinie.

Yderligere fordele ved det i kravene anførte fremgår af den detaljerede efterfølgende beskrivelse, hvori den foreliggende opfindelses genstand beskrives i større detaljer under henvisning til tegningen. På tegningen viser 10 fig. 1 et tværsnit af den bageste ende af en raketdrivmotor, der indbefatter en dyseenhed ifølge den foreliggende opfindelse; fig. 2 set fra siden dyseenheden ifølge den foreliggende opfindelse, der viser de om dysen svøbte finner i lukket stilling; 15 fig. 3 et tværsnit gennem raketten, indbefattende rråkért-' dyse ifølge den foreliggende opfindelse i et raketstyr; og fig. 4 et tværsnit af en formeenhed til at fremstille en raketdyse ifølge den foreliggende opfindelse.

I fig. 1 ses en typisk raketmotor 1, der indbefatter et ra-20 ketmotorkammer 2 ned en raketdyse 3f as tg jort til den bageste ende ved hjælp af kendte organer, såsom en låsewire 4. Raketmotor-tænderen 5 er monteret i motorkammeret 2 ved raketdysens dysehals 6. I kammeret 2 omkring tænderen 5 er der på kendt måde fyldt drivmiddelkorn 7. Tænderen 5 har elektrisk isolerede 25 ledninger 8 og 9, der er forbundet til en metallisk finne-støttering 10, henholdsvis en metallisk elektrisk kontakte ring 11 for let tilslutning til raketstyrets affyringskredsløb, jvf, nedenfor. Raketdysen 3 indbefatter et smelteligt, termohærdende plastdyselegeme 12, der er støbt i ét med en 30 metalholdering 13, den metalliske finnestøttering 10 og den elektriske metalliske kontaktring 11.

5 147559

Fortrinsvis er der også tilvejebragt en dysehalsindsats 14 af grafit, Plastdyselegemet 12 tjener til a) at frembringe et fremadrettet drivtryk på raketten ved at accelerere forbrændingsgasserne agterud. For at overleve den 5 intense varmestrøm fra udstødningsgasserne smelter raketdysens indre overflade, idet der efterlades en hård, carbostfioldig rest* b) at give raketten et rullende drejningsmoment umiddelbart efter tænding, hvorved rakettens nøjagtighed forøges. Drejningsmomentet frembringes ved hjælp af skrueformede rotationsstyre- 10 organer 15, der er støbt i ét med den bageste del af dyseud løbets kegle. Disse rotationsstyreorganer giver udstødningsgasserne en drejningsbevægelse, hvilket frembringer et resulterende drejningsmoment på raketten. Ved at fremstille rotationsstyreorganeme af smeltbart materiale eroderes rotationsstyreorganeme under udstød-15 ningsgassernes virkning, således at de frembringer relativt mindre drejningsmoment ved affyringens afslutning end ved dens begyndelse? c) at overføre belastninger frembragt af finnestøtteringen 10 fremad til netalholderingen 13ogdermed til raketorganet; 20 d) elektrisk at isolere den elektriske kontaktring 11 fra res ten af raketkonstruktionen; e) at overføre ringbelastninger frembragt ved varmeudvidelsen af den af grafit fremstillede dysehalsindsats 14 under affyringen til metalholderingen 13 og 25 f) at varmeisolere raketdysens metalliske dele fra den særdeles varme udstødningsgad.

6 147559 Nøglen til en vellykket benyttelse af plastdyselegemet 12 som en belastningsoverførende del ligger i det materiale og den støbeteknik, der benyttes til at fremstille dyselegemet.

Følgende egenskaber kræves af det støbte materiale: ^ I) gode varmeisoleringsegenskaber for at beskytte de metal liske dele* II) en lille smeltningsgrad i de meget varme udstødningsgasser; III) en fibrøs matrix eller grundmasse til at tilbageholde 10 det forkullede overfladelag og til for at nedsætte den hastighed, hvormed materialet på grund af udstødningsgasserne eroderes; IV) en lille alderskrympning efter formning for at forhindre adskillelse mellem holderingen.og plastdyselegemet; og V) moderate spændingsegenskaber af størrelsesorden på 350 2 15 kp/cm trækb ruds tyrke.

Disse egenskaber er nemt tilgængelige i et antal markedsførte, termohærdende phenol-formmasser, der er forstærket med fibrøst glas, asbest, kiselsyreanhydrid eller grafit, såsom Fiberite Corporation's FM 16771 (en phenol-glas sammensætning) Hooker 2o Chemical Corporation's Durez (registreret varemærke) 23639 (en phenol-asbest sammensætning)Raybestos Manhattan Corp.'s 153-T RPD (en phenol-asbest sammensætning) og Fiberite Corporation' s MXC 313 P (en phenol-grafit sammensætning).

Metalholderingen 13 tjener til at overføre nettobelastninger-25 ne på raketdysen 3 til raketmotorkammeret 2's hus og raketkonstruktionen, såvel som til at støtte den forreste ende af fin-nedrejetappe 16 (der beskrives nærmere nedenfor), hvorved den tager del i de aerodynamiske belastninger, og forstærker plast- 7 147559 dyselegemet 12 og dermed hele raketdysen 3 mod varmeudvidelsesvirkningerne fra dysehalsindsatsen 14 af grafit ved og under affyringen, eller i det tilfælde, hvor der ikke benyttes en dysehalsindsats af grafit mod varmeudvidelsen af plastdysele-5 gemet 12 i dysehalsområdet.

Dysehalsindsatsen 14 er fortrinsvis fremstillet ud fra grafit med høj kvalitet, såsom Speer Graphite 890-Sor 9RL, og tjener til at beskytte plastdyselegemet 12 mod den nedbrydende virkning fra forbrændingsgasserne i og ved det lyd-10 bølgekritiske område ved dysehalsen, og til at bære tænderen.

Det foretrækkes, men dette er ikke væsentligt, at der er tilvejebragt en elastomer tætning 28 til at dække dysens dysehals for at forhindre, at nedbrudt materiale, fugt med videre træng-15 er ind i raketmotorkammeret, og til at holde tænderen i dysehalsen.

Som bedst vist i fig. 1 og 2 bærer raketdysen et antal omsvøbte finner 17, der ved hjælp af torsionstrykfjedre 18 kan drejes på finnedrejetappene 16 og svinges fra en lukket eller omsvøbt stilling, vist i fig. 2, til en åben eller udfoldet 20 stilling som vist i fig. 1. Almindeligvis fremstilles finnerne af formstøbt aluminium, og der benyttes tre eller flere finner.

Som anført ovenfor bæres finnedrejetappene 16’s forreste ende af metalholderingen 13, og den bageste ende af finnedrejetap-25 pene 16 er støttet af finnestøtteringen 10. Torsionstrykfjedrene 18 udfolder finnerne 17, når rakettens bageste ende er klar af raketstyret 19 (fig. 3) og skubber finnerne tilbage i spalter 20 i finnestøtteringen 10, hvorved de låses i udfoldet stilling.

30 Som bedst vist i fig. 2 og 3, forhindres finnerne fra at åbne sig under håndtering, lagring og ladning ved hjælp af en fin-netilbageholdende ring 21 med brudstifter. Dette opnås ved 8 147559 at forlænge flige 22, hvorigennem brudstifterne 23 er ført hen over en del af den ydre overflade af hver af de lukkede finner. Da den finnetilbageholdende ring 21 forbliver tilbage i raketstyret efter affyring, kan finnerne frit udfoldes, når 5 de kommer ud fra raketstyret eller -røret. Den finnetilbage holdende ring 21 tjener også til at forbinde rakettens tænderkredsløb til jordsiden af raketstyrets affyringskredsløb. Kredsløbet går fra tænderledningen, gennem finnestøtteringen 10, og den finnetilbageholdende ring 21 og derfra til raket- 10. styrkonstruktionen (dvs. jord).

For affyring lades raketten bagfra i raketstyret på samme måde som et artilleriprojektil, og raketten skubbes fremad indtil den finnetilbageholdende ring 21's læbe 24 ligger op mod raketstyrets bageste flade, se fig. 3. En holdeplade 25 skrues 15 så på rakettens bageste flade ved hjælp af skruer 26, der klem mer den finnetilbageholdende ring 21*s læbe 24 fast mellem holdepladen og raketstyrets bageste flade. Samtidig trykkes en fjederkontakt 27, der er monteret på og isoleret fra holdepladen og forbundet til raketstyrets affyringskredsløb, 20 imod kontåktringen 11 i raketdysens bagflade. Når raketstyrets affyringskredsløb sluttes, antændes tænderen 5 og derefter hoveddrivladningen, brudstifterne 23 overskæres i planet mellem finnestøtteringen 10 og den finnetilbageholdende ring 21, når rakettens drivtryk er steget til en given størrelse, 25 hvorved raketten med raketdysen 3 frigøres fra den finnetil bageholdende ring 21 for affyring.

For at opnå de ønskede egenskaber ved lave,produktionsomkostninger bør dysen formes under brug af transferpresningsteknikken (fig. 4), dvs. at plastmassen 40 under tryk tvinges 30 fra et ydre transferpressekammer 41 gennem en sprøjtekanal ind i et forud opvarmet delt formværktøjs transferform 42.

Brugen af transferpresning til forskel fra enkel presning (dvs. hvor formemassen eller -blandingen anbringes direkte i det åbne formhulrum, og formen derpå lukkes) er nødvendig 35 for at reducere formetiden og dermed prisen.

i 9 147559

Materialestrømmens retning under overføring af formemassen fra transferpressekammeret ind i formhulrummet skal være i en retning parallel med dysens langsgående akse. Hvis materialestrømmens retning var vinkelret på den langsgående akse (dvs.

5 gennem dysens side) ville strømmen opdeles omkring formtappe ne 43, 44. Når de to strømme af formemasse ville mødes på den fjernest beliggende side af formtappene (dvs. på den side af dysen^der er i modsat side i forhold til sprøjtekanalen), ville fibrene ikke blandes, og derved frembringe en langs-10 gående svækningslinie i ringretningen eller omkredsretningen,· hvilken svækningslinie ville svigte under påvirkning af udstødning s gas tryk. . '

Den sprøjtekanal, hvorigennem materialet indsprøjtes fra transferpressekammeret ind i formen, bør være en komplet, ubrudt 15 ring. Enhver diskontinuitet i denne ring, såsom radiale støt ter for den øvre formtap 44, har en tendens til at adskille fibrene i formemassen neden for diskontinuiteten med en svækningslinie til følge.

Den minimale dimension (bredde) for sprøjtekanalens ring i 20 planet vinkelret på materialestrømmens retning under indsprøjt ning skal være mindre end en given brøkdel af fiberlængden.

Dette er ønskeligt for at hindre at fibrene foldes, hvorved der som ledsagefænomen kan optræde en svækning af det færdige stykke.

25 De i den nedre formtap 43 skårne indskæringer 45 til dannel se af de drejningsmomentfrembringende rotationsstyreorganer 15 i raketdysens kegleformede udløb skal have en skrueform om formens langsgående akse. Dette gør det muligt at udtrække den nedre formtap 43 fra plastdyselegemet 12 ved en enkel 30 drejningsforskydning.

Claims (6)

147559 ίο Formtappen 43 ville ikke kunne udtages fra en dyse med ikke-skrueformede styreorganer, medmindre formtappen var bygget op af en gruppe af stykker, der kunne adskilles eller klappes sammen for at blive udtaget fra plastdyselegemet. Sådan en 5 formtap ville være dyrere at fremstille og behandle end en formtap i ét stykke til brug for skrueformede rotationsstyreorganer. Patentkrav.

1. Raketdyse med et dyselegeme (12) indbefattende en snæver 10 dyse (14), en bageste udstrømningsåbning og en om denne rundtgående ring (11) til etablering af elektrisk kontakt, hvilket dyselegeme bærer et antal finner (17) anbragt med mellemrum om dette og støttet mellem en omløbende finnestøt-tering (10) og en omløbende holdering (13), hvilken sidst-15 nævnte er tilpasset til at gå i indgreb med en endepart af et raketmotorhylster (2), kendetegnet ved, at raketdy selegemet er formet i ét stykke af en fiberforstsrket, smeltbar, ved varme hærdende plast, og at ringene (10, 11 og 13) alle er fremstillet af metal, og er støbt sammen med, er uløse-20 ligt knyttet til og tæt omslutter plastdyselegemet (12), at holderingen (13) forløber omkring og langs med den største part af den snævre dysehals' (14) aksiale udstrækning, hvilken ring (13) har en tilstrækkelig aksial længde, tykkelse og materialestyrke til i samvirke med plastdyselegemet (12) 25 effektivt at forstærke plastdyselegemet (12) mod lokal radial varmeudvidelse af den snævre dysehals (14) og til at overføre aksiale nettobelastninger fra plastdyselegemet til raketmotor-hyIsteret (2).

2. Raketdyse ifølgekrav 1, og hvor den snævre dysehals indbe-30 fatter en grafitindsats, kendetegnet ved, at holderingens (13) aksiale længde, tykkelse og materialestyrke 147559 yderligere er valgt således, at den optager radialt virkende varmeudvidelsesspsndinger hidrørende fra grafitindsatsen.

3. Raketdyse ifølge krav 1 og 2, kendetegnet ved, at holderingen (13) endvidere og finnestøtteringen (14) også 5 er konstrueret med en længde,tykkeIse og materialestyrke til strækkelig til, at de mindst kan overføre de aerodynamiske kræfter fra finnerne (17) til det fiberarmerede plastdysele-geme (12).

4. Raketdyse ifølge et eller flere af ovenstående krav, 10 kendetegnet ved, at den ved varme hærdende fiber- forstærkede plast er forstærket med et fibrøst materiale, der er valgt fra den gruppe, der indbefatter glas og grafit.

5. Raketdyse ifølge et eller flere af ovenstående krav, kendetegnet ved, at der i ét med plastdyselegemet 15 (12) ved udstrømningsåbningen er støbt skrueformede rota tionsstyreorganer (15), fortrinsvis radialt inden for det af finnestøtteringen (14) forstærkede område.

6. Fremgangsmåde til at fremstille en raketdyse i ét stykke, hvilken raketdyse indbefatter et plastdyselegeme (12), 20 der har en dysehals (6) og en udstrømningsåbning, og er udformet i overensstemmelse med krav 1 og et eller flere af kravene 2-6, kendetegnet ved, at en smeltbar fiberindeholdende, ved varme hærdende plastmasse (40) indsprøjtes under tryk fra et transferpressekammer (41) ind 25 i en forud varmet transferform (42) gennem et indløb i form af en hel, ubrudt ring i en retning parallelt med plastdyse-legemets (12) langsgående akse for derved at fordele fibrene i det væsentlige ensartet igennem dyselegemet (12), hvorhos metalholderingen (13), finnestøtteringen (10) og den elektri-30 ske kontaktring (11) i forvejen er placeret i transferformen