DK159945B - Taendpatron med vejrtaetning til raketmotor - Google Patents

Description

i

r\ vs <ι r η ο *1 c D

UK iOr^JD

Opfindelsen angår en tændpatron af den i kravets indledning angivne art til en raketmotor, der har en enkel-portet dyse, og hvori antændelse skal foregå fra motorens agterende på grund af tekniske 5 krav.

En tændpatron består typisk af en pyroteknisk ladning, indeholdt i en beholder sammen med en detonator eller tændhætte. Detonatoren detoneres ved hjælp af en elektrisk strøm, og energien udløst af 10 detonatoren antænder den pyrotekniske ladning, som derefter på ensartet måde antænder hele den blottede overflade af drivmidlet, der er fordelt inde i raketmotorens krop.

Raketter til brug i militære operationer må 15 være i stand til at give pålidelig ydelse, selv om tændpatronen kan være udsat for en bred mangfoldighed af ekstreme miljøer. Agterende- eller dyseende-tænd-systemet skal tænde raketmotoren pålideligt, uden tændingsspidser eller efterbrænding, over et tempera-20 turområde fra ca. -55°C til ca. 65°C. Den pyrotekniske ladning må ikke kunne revne eller smuldre, når den udsættes for vibrationer eller termiske chok, og tændpatronen skal være installeret som en uadskillelig del af raketten, og dog må den efter tændingen 25 kun frembringe forholdsvis små udstødspartikler med ringe vægt.

Forud for udviklingen af agterende-tændsyste-met til raketmotorer som beskrevet i CA patentskrift nr. 1 036 419, blev størstedelen af raketmotorer an- 30 tændt med tændpatroner fastgjort til forenden af ra ketmotoren. Disse særlige systemer, og de få arter af agterende-tændsystemer, der fandtes før den tid, var ude af stand til at leve op til de ovenfor nævnte konstruktionskrav og på samme tid være acceptable til 35 affyring fra et luftfartøj, når det erindres at ud slyngning af store stykker materiale under tænding 2

Pif/- Λ - π Π / Γ Ρϊ ur\ . υ 7 ; - ο ο kunne beskadige raketten eller der efterfølgende luftfartøj, eller forårsage ustabil forbrænding og heraf følgende forøgede arbejdstryk. Der var også kravet om, at raketenheden skulle være en selvstændig 5 enhed, med forholdsvis lille diamerer og også være billig at fremstille.

De forskelligartede krav opridset ovenfor tilfredsstilles i hovedsagen af det agterende-tændsy-stem, som er beskrevet i det ovenfor nævnte CA pa-10 tentskrift nr. 1 036 419. Dette system bruger i princippet en letvægts tændpatron, der har et skrøbeligt plasthylster, som er placeret i det snævreste tværsnit, i det følgende kaldet halsen, af raketmotorens dyse. Tændpatronhylsteret har holdeorganer pla-15 ceret således, at tændpatronen under detonationen af detonatoren eller hætten først holdes på plads og så tillades at bevæge sig udad gennem dysehalsen med holdeorganerne påvirkende tændpatronens hylster på en sådan måde, at de får dette til at gå i stykker, med 20 det resultat, at patronen bryder fuldstændig sammen og stødes ud fra raketmotoren i relativt små stumper, således at fare for et efterfølgende luftfartøj, såvel som forstyrrelser i driften af raketmotoren undgås.

25 Selv om agterende-tændingssysternet ifølge nævnte CA patentskrift nr. 1 036 419 har vist sig at være meget vellykket, er der stadig et potentielt problemområde tilbage, nemlig tilvejebringelsen af en effektiv vej rtætning mellem tændpatronlegemet og ra-30 ketmotorens dyse. Det er meget vigtigt, at der tilvejebringes· en effektiv vandtæt tætning, som kan for--hindre fugt i at passere mellem dysehalsen og tændpatronen og komme ind i drivmidlet og tændladningen inde i rakethylsteret og gøre dem fugtige. En hvilken 35 som helst fugtighedsgrad af betydning vil forringe drivmidlets og/eller tændsatsens forbrændingskarakte- DK 1599^58 3 ristik og kan i alvorlige tilfælde forårsage forsinket tænding eller fuldstændig svigt af tænding.

Af alle de tilgængelige metoder og midler til tilvejebringelse af en vejrtætning til en raketmotor, 5 blev tidligere to brugt med en vis grad af held. Det første system involverede brugen af en gummimembran, som var placeret inde i raketdysens ekspansionskonus, med sine centrale dele dækkende over den bagud ragende endeflade af tændpartonen og med sine sidevægge 10 dækkende de tilstødende dele af dysens ekspansionskonus . Tændledningerne til detonatoren blev ført gennem et lille hul i midten af membranen. Et klæbestof brugtes til at lime membranen til dysevæggen og til de bageste dele af patronen.

15 Den anden vejrtætning, der blev udviklet, in volverede limning af tændpatronens bageste dele til en konisk prop af opskummet materiale, formet således, at den passede tæt ind i dysens ekspansionskonus. Klæbestofferne hjælper til at fastholde denne 20 skumprop i sin stilling. En forholdsvis bred passage blev ladt tilbage for at give plads til tændlednin-gerne til detonatoren. Den endelige tætning opnåedes ved hjælp af en silikone støbemasse, som både udfyldte den ovenfor nævnte passage fuldstændig og dækkede 25 hele den blottede ende af skumproppen.

Begge de ovenfor beskrevne vej rtætninger havde visse begrænsninger. Selv om konstruktionen med gummimembranen tilvejebrgte en tilstrækkelig tætning, når den var forsvarligt klæbet, introducerede de vir-30 kelige forhold i produktionslinien ofte store variationer i nogle af de vigtige procesparametre, såsom mængden af påført klæbestof, overfladebehandlingen af de dele, der skulle klæbes, og i fremgangsmåden ved påføring af klæbestof osv. Som følge heraf var styr-35 ken af adhæsionen mellem membran og dyse ofte dårlig og klæbelinien afbrudt, hvorfor den resulterende enhed var tilbøjelig til at blive læk.

DK 15994ΠΒ 4

Arrangementet med skumproppen udstøbt med silikone gør også brug af klæbestoffer, behandling af overflader osv. og er sårbar over for i det væsentlige de samme faktorer, som membranarrangementet un-5 der virkelige produktionsforhold. Desuden har det tendens til at medføre et overtryk i raketmotoren umiddelbart efter tænding, fordi den omstøbte skumprop er forholdsvis tung.

Fra DE fremlæggelsesskrift nr. 1 216 169 ken-10 des en tændpatron af den i kravets indledning beskrevne art, nemlig en tændpatron indrettet til at blive anbragt i halsen af en raketmotors dyse, som omfatter en første konisk overflade, der konvergerer mod halsen og en anden konisk overflade, der diver-15 gerer fra halsen i retning mod bagenden eller afgangsenden af raketmotoren, hvilken tændpatron omfatter et stift, men skrøbeligt rør med en lukket ende, hvilket rør er indrettet til placering i dysehalsen med den lukkede ende vendende mod afgangsenden, en 20 elektrisk aktiveret detonator placeret i røret ved dettes lukkede ende, en tændsats i røret og organer til at holde tændsatsen på plads, første holdeorganer i form af flere segmenter, der er ud i ét med røret og placeret indbyrdes adskilt fra den lukkede en-25 de og som strækker sig udad fra denne og er indrettet til at indgribe med dysens første koniske overflade, hvilke segmenter har en sådan fleksibilitet og styrke, at under detonationen af detonatoren holdes tænd-patronen først på plads og tillades derefter at be-30 væge sig, hvilken tændpatron har yderligere hoideor-ganer, der virker modsat de første holdeorganer og omfatter et ringformet parti med en ringformet rille og i rillen en ringformet tætning.

Denne kendte tændpatron er i flere henseender 35 behæftet med mangler. Tændpatronens ringformede holdeorganer er koncentreret i et midterparti af pa- 5

DK 1- 59945 B

tronen bestående af elastiske ribber. Der kan således optræde svingninger under uheldige forhold. Desuden bevirkes holdeorganernes elastiske kontakt af ribbernes ydre ringformede overflade. Dette arrangement kan 5 forårsage vanskeligheder med at afbalancere de nødvendige tætningskræfter for at opnå den ønskede tætningskontakt over hele omkredsområdet, og utilstrækkelige holdekræfter kan bevirke udslyngning af tænd-patronen ved det ønskede indvendige tryk. Tætningen i 10 den kendte tændpatron ligger kun i fordybningerne mellem ribberne og bevirker ikke en tætnende kontakt med selve den koniske overflade i raketmotordysen. Yderligere er en sådan labyrinttætning med flere ribber forholdsvis tung og derfor en væsentlig ulempe 15 for et raketsystem.

US patentskrift nr. 2 720 749 beskriver an vendelsen af en O-ring placeret i et rillearrangement og stående i forbindelse med et tændpatronaggre-gat for en raket. O-ringen er imidlertid placeret ved 20 dysehalsen, og da den ikke har en konisk eller konuslignende flade at hvile mod, kan den ikke frembringe den nødvendige aksiale kraftkomposant.

US patentskrift nr. 2 627 160 beskriver en tændpatron/dyselukkeindretning, der er særdeles mas-25 siv og ikke tilvejebringer en hermetisk tætning af motorhulrummet mod vand og/eller fugt.

Under hensyntagen til førnævnte DE fremlæggelsesskrift nr. 1 216 169 er det hensigten med opfindelsen at tilvejebringe en forbedret, letvægts 30 tændpatron, der er placeret stabilt og har et pålideligt vejrtætningsarrangement, der ikke kræver brug af klæbemidler, støbemasse eller lignende stoffer.

Tændpatronen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der ved den lukkede ende af røret og ud 35 i ét med dette er et cylindrisk, fremstående endeparti med en yderdiameter, der er lig med eller mindre 6 DK 1Ε99“ΓιΒ end den indvendige mindste diameter af halsen, at den ringformede rille er beliggende i endepartiet, at den ringformede tætning er en elastisk O-ring, der springer radialt ud fra rillen, således at den i brug er i 5 fast indgreb med den anden koniske overflade i raketmotorens dyse, hvilken ringformede tætning i brug er komprimeret radialt som følge af sin kontakt med den anden koniske overflade, hvor denne kompression bevirker et fast, tætnende indgreb mellem den anden ko-10 niske overflade og den ringformede tætning og mellem tætningen og tændpatronens rille, hvorved fugt hindres i at passere mellem den koniske dyseflade og tændpatronen, hvilken kompression af den ringformede tætning mod den anden koniske overflade også frem-15 kalder aksialt rettede kraftkomposanter, der har tendens til at holde segmenterne i indgreb med raketmo-tordysens første koniske overflade, hvorved tændpatronen fastholdes i aksialretningen i dysehalsen.

Den resulterende tændpatronenhed bliver på den 20 måde forsynet med en effektiv, let installeret, billig letvægts vejrtætning, hvor vejrtætningen har den yderligere fordel, at den er et bekvemt middel til positivt at fastholde tændpatronen i den ønskede position i dysehalsen.

25 På tegningen, der illustrerer en udførelses- form af opfindelsen, er:

Fig. 1 et længdesnit i dyseenden af en raketmotor, visende den forbedrede tændpatron placeret i dysehalsen, 30 fig. 2 et længdesnit i den forbedrede tændpa tron visende patronens organer til vejrtætning og lokalisering, og fig. 3 et billede af tændpatronen set fra enden.

35 I fig. 1 er vist en del af bagenden af en ra ketmotor 10, der omfatter et cylindrisk hus 12, som 7

DK 159945 B

tjener til at indeholde bl.a. et legeme af fast raketdrivmiddel 14. En dyseenhed 16 er fastgjort til bagenden af huset 12, og dyseenheden 16 danner en indre konisk overflade 18, som konvergerer mod en 5 dysehals 20, og en yderligere konisk overflade 22, der divergerer udad, bort fra halsen 20 og mod bagenden af dysen og afgrænsende en ekspansionskonus for dysen. Halsdelen 20 skal fremstilles af et materiale, der er i stand til at modstå de ekstremt høje 10 temperaturer, der forekommer under driften.

En tændpatron 24 omfatter et cylindrisk rør 26 med en åben ende 28 og en lukket ende 30. Den lukkede ende 30 omfatter en rørformet del 32 med reduceret diameter. En elektrisk aktiveret detonator 15 34 er placeret i delen 32 og holdes fast deri med et passende klæbemiddel, sådan som det der sælges af The Armstrong Company i U.S.A. under deres komponent nr. A34. Elektriske ledninger 36 til detonatoren går gennem et lille hul 38 i den lukkede ende af 20 tændpatronens rør. Ledningerne 36 går ud til egnede kontakter 40 anbragt nær ved afgangsenden af dyseenheden 16.

Som beskrevet mere omfattende i ovenfor nævnte CA patentskrift nr. 1 036 419, har tændpatronen et 25 antal ligeligt fordelte bladformede segmenter 42, der strækker sig udad i en vinkel med rørets akse, svarende til konusvinklen, begrænset af dyseoverfladen 18. Segmenterne 42 er udformet ud i ét med væggen af røret 26 på steder, der ligger i en kort 30 afstand fra den lukkede ende 30 af røret, som vist i fig. 2. Hvert segment 42 har en del 44, som er fortykket og tilspidset indadtil. Af fig. 2 ses det, at segmenterne hjælper til med at holde tændpatronen på plads, derved at de støder op til og passer tæt 35 mod den ovenfor nævnte koniske overflade 18 af dysen. Som mere fyldigt beskrevet i førnævnte CA pa- 8

DK 159945 B

tentskrift nr. 1 036 419, bøjer segmenterne 42 sig indad, idet tændpatronen skubbes ud gennem dysehalsen 20 under tænding, og de fortykkede ender 44 trykkes mod rørvæggen, hvilket forårsager, at væggen revner og 5 bryder sammen. Som bemærket i ovenfor nævnte patent, er pasningen af tændpatronens rør i dysehalsen ret vigtigt, på den måde at hvis den er for stram, vil røret blive tilbageholdt i dysehalsen i et alt for langt tidsinterval, hvorved det forårsager tændingsovertryk, 10 hvorimod hvis røret er for løst, sker der tidlig udslyngning af tændpatronen og dårlig flammespredning under antændelsen. Tændpatronens rør, indbefattet segmenterne 42, fremstilles fortrinsvis af et materiale, der består af omkring 30% glasfibre og 70% nylon.

15 Den foretrukne tændsats 46, der bruges i tænd patronen, omfatter borkaliumnitrat-piller, normalt omtalt som BNP-piller. Disse pillers ønskelige egenskaber er der gjort fuldt rede for i ovenfor nævnte patentskrift. Pillerne giver en jævn, hurtig antændelse 20 af det faste drivmiddel 14 i rakethylsteret, og de brænder med en sådan hastighed, at der kun er ringe eller slet intet udkast af delvis brændte piller.

Ydermere er, som beskrevet detaljeret i ovenfor nævnte CA patentskrift nr. i 036 419, den åbne ende 28 25 af tændpatronens rør 26 lukket med en prop 48 af polyurethanskum, som er klæbet fast. Denne prop tilbageholder pillerne i røret under håndtering af tændpatronen og den færdigsamlede raketmotor. Proppen 48 virker også som en fjedrende polstring for BNP-piller-30 ne, hvorved den forebygger overdreven bevægelse og deraf følgende pulverisering eller knusning i perioder med stærk vibration. Por yderligere at beskytte pillerne mod pulverisering eller knusning er der også anbragt en ringformet skumpude 50, som omgiver detonatoren 34, 35 og som foruden at beskytte pillerne, giver en alternativ vej for detonatorflammen i de sjældne tilfælde, 9

Γ\ \S * r ο .ο .*· r Ρ ι^ίΛ ; .> ; ;· «t ϋ D

hvor detonatorens hylster kan revne i væggen under tænding, i stedet for i detonatorspidsen. Vedrørende yderligere karakteristik af polyurethanskummet henvises til det ovenfor nævnte patent. Dette patent bør man også 5 rådføre sig med for en yderligere beskrivelse af de elektriske egenskaber af en egnet detonator og for yderligere detaljer i almindelighed om tændkarakteri-stikker for typiske tændpatroner, hastighed af trykrejsning osv.

10 Indtil nu er der redegjort for de karakteri stiske træk, som opfindelsen har fælles med agterende-tændsystemet beskrevet i omtalte CA patentskrift nr.

1 036 419. Der vil nu blive omtalt det vejrtætningsarrangement, som er ejendommeligt for den nærværende 15 opfindelse.

Med særlig henvisning til fig. 2 ses det, at den lukkede ende 30 af tændpatronens rør 26 yderligere har en forlænget ringformet del 52 placeret i afstand fra, og omgivende den forlængede rørdel 32.

20 I den ringformede del 52 er der en ringformet rille 54, som optager en O-rings tætning 56. Det ses af fig. 2, at bredden og bunddiameteren af rillen for 0-ringen 54, såvel som tværsnitsdimensionen af O-ringen er valgt således, at o-ringen placeres, så den giver en 25 god tætning mod den koniske overflade 22 af raketdysen, såvel som at den virker med til at lokalisere tændpatronen i raketdysens hals. De indad rettede kraftkomposanter, der fremkommer ved den radiale kompression af O-ringen fremkalder en god, tætnende virk-30 ning, der forebygger, at fugtighed passerer mellem dysehalsen og tændpatronen. Da O-ringen presser mod den koniske overflade 22, frembringes der yderligere aksi-alt rettede kraftkomposanter, der således får segmenterne 42 til at blive fastholdt, stødende tæt op mod 35 den koniske dyseoverflade 18.

Under samlingen af raketmotoren strækkes 0-ringen 56, dækket med et tyndt lag af et passende

Claims (1)

1. Tændpatron (24) indrettet til at blive an-15 bragt i halsen (20) af en raketmotors (10) dyse (16), som omfatter en første overflade (18), der konvergerer mod halsen (20) og en anden konisk overflade (22), der divergerer fra halsen i retning mod bagenden eller afgangsenden af raketmotoren (10), hvilken 20 tændpatron (24) omfatter et stift, men skrøbeligt rør (26), med en lukket ende (30), hvilket rør er indrettet til placering i dysehalsen (20) med den lukkede ende vendende mod afgangsenden, en elektrisk aktiveret detonator (34) placeret i røret (26) ved dettes 25 lukkede ende, en tændsats (46) i røret og organer til at holde tændsatsen på plads, første holdeorganer i form af flere segmenter (42), der er ud i ét med røret (26) og placeret indbyrdes adskilt fra den lukkede ende (30) og som strækker sig udad fra denne og er 30 indrettet til at indgribe med dysens (16) første koniske overflade (18), hvilke segmenter har en sådan fleksibilitet og styrke, at under detonationen af detonatoren (34) holdes tændpatronen (24) først på plads og tillades derefter at bevæge sig, hvilken 35 tændpatron (24) har yderligere holdeorganer, der virker modsat de første holdeorganer (42) og omfatter et 11 DK 15994η B ringformet parti (52) med en ringformet rille (54) og i rillen (54) en ringformet tætning (56), kendetegnet ved, at der ved den lukkede ende (30) af røret (26) og ud i ét med dette er et cylindrisk, 5 fremstående endeparti (52) med en yderdiameter, der er lig med eller mindre end den indvendige mindste diameter af halsen (20), at den ringformede rille (54) er beliggende i endepartiet (52), at den ringformede tætning er en elastisk O-ring (56), der 10 springer radialt ud fra rillen (54), således at den i brug er i fast indgreb med den anden koniske overflade (22) i raketmotorens dyse, hvilken ringformede tætning (56) i brug er komprimeret radialt som følge af sin kontakt med den anden koniske overflade, hvor 15 denne kompression bevirker et fast, tætnende indgreb mellem den anden koniske overflade (22) og den ringformede tætning (56) og mellem tætningen (56) og tændpatronens (24) rille, hvorved fugt hindres i at passere mellem den koniske dyseflade og tændpatronen, 20 hvilken kompression af den ringformede tætning (56) mod den anden koniske overflade også fremkalder aksi-alt rettede kraftkomposanter, der har tendens til at holde segmenterne (42) i indgreb med raketmotordysens første koniske overflade, hvorved tændpatronen (24) 25 fastholdes i aksialretningen i dysehalsen.