NO139739B

NO139739B - SPRAY FLOWER, WASTE-FREE CURABLE, FILLER-FREE, SOLID, UNLATURED POLYESTER MASSES SUITABLE FOR SPRAY CASTING

Info

Publication number: NO139739B
Application number: NO4928/73A
Authority: NO
Inventors: Hans Rudolph; August Boeckmann; Leonhard Goerden; Oskar Walter; Hansjochen Schulz-Walz
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1973-11-02
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1979-01-22
Also published as: ES421912A1; GB1415550A; CH590318A5; ATA1079573A; NO492873L; DK698973A; NL7317630A; FR2249912B1; SE7317573L; IT1002632B; BE809239A; DE2354716A1; AT332127B; FR2249912A1; DK137136B; CA1023082A; SE414040B; DK137136C; JPS5075291A

Description

Styreanordning for en rakett. Control device for a rocket.

Foreliggende oppfinnelse angår rakett-fremdrift og går mer spesielt ut på løsning av problemene vedrørende kontroll av retningen av drivkraften som frembringes ved hjelp av en rakett-motor. The present invention relates to rocket propulsion and is more particularly concerned with solving the problems relating to control of the direction of the driving force produced by means of a rocket engine.

Det er et øyemed for oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning ved en rakett-motor med et system gassutløpsdyser som hver kan svinges, idet virkningen av dysene koordineres for å kontrollere duvingen, stampingen, giringen eller den rullende bevegelse av et prosjektil som drives frem av motoren. It is an object of the invention to provide a device for a rocket engine with a system of gas discharge nozzles each of which can be pivoted, the action of the nozzles being coordinated to control the dodging, pounding, yawing or rolling motion of a projectile propelled by the engine.

Oppfinnelsen angår således en styreanordning for en rakett med ett eller flere dysepar for frembringelse av den nødven-dige fremdriftskraft, hvilke dysepar er anordnet slik at dysene i et dysepar er anordnet på en diameter av rakettbunnen og i samme avstand fra rakettens lengdeakse. Oppfinnelsen består i første rekke av at hver av disse dyser 41, 43 er lagret dreibart om en akse som skjærer rakettens lengdeakse under en spiss vinkel og danner en slik vinkel med dysens strømningsakse at dysens strømningsakse i en stilling av dysen forløper parallelt med rakettens lengdeakse, idet dysene er forbundet med et styresystem på en slik måte at når styresystemet manøvreres for kontroll i stampningsplanet eller giringsplanet drei- The invention thus relates to a control device for a rocket with one or more pairs of nozzles for generating the necessary propulsion force, which pairs of nozzles are arranged so that the nozzles in a pair of nozzles are arranged on one diameter of the rocket base and at the same distance from the longitudinal axis of the rocket. The invention primarily consists of each of these nozzles 41, 43 being stored rotatably about an axis which intersects the rocket's longitudinal axis at an acute angle and forms such an angle with the nozzle's flow axis that the nozzle's flow axis in one position of the nozzle runs parallel to the rocket's longitudinal axis, in that the nozzles are connected to a control system in such a way that when the control system is maneuvered for control in the tamping plane or the gearing plane,

es dysene i vedkommende dysepar like me- es the nozzles in the relevant nozzle pair equal to

get i motsatte retninger, mens hvis det ønskes kontroll av rakettens rulling roteres dysene like meget i samme retning. get in opposite directions, while if control of the rocket's roll is desired, the nozzles are rotated equally in the same direction.

Rakettens fremdriftsinnretining kan omfatte en enkel raikettmotor som dysene tilsammen danner en del av eller eventu- The rocket's propulsion arrangement may comprise a simple rocket engine of which the nozzles together form a part or eventually

elt en gruppe slike motorer som dysene er or a group of such engines as the nozzles are

tilordnet, f. eks. en dyse for hver motor. Den førstnevnte anordning foretrekkes, og for enkelhets skyld skal oppfinnelsen i det følgende beskrives i forbindelse med en slik utførelse. assigned, e.g. one nozzle for each engine. The first-mentioned device is preferred, and for the sake of simplicity the invention will be described in the following in connection with such an embodiment.

Den ifølge oppfinnelsen foretrukne fremgangsmåte for montering av dysene ved den bakre ende av rakettmotoren er ved hjelp av kulelagre med dysespor. I dette, øyemed er det tilj hver dyse festet på dysens utvendige overflate en indre kulebane som dannes av et ringformet spor, fortrinnsvis med halvsirkelformet tverrsnitt, som samvirker med et tilsvarende spor i en ytre løpebane for opptaking av kulene i lageret, idet den ytre løpebane er festet til motorens endeplate. For å skaffe den øn-skede rotasjonsakse for dysen anordnes de to kulebaner med sine akser på skrå i forhold til dysens symmetriakse. According to the invention, the preferred method for mounting the nozzles at the rear end of the rocket motor is by means of ball bearings with nozzle grooves. In this regard, there is attached to each nozzle on the outer surface of the nozzle an internal ball track which is formed by an annular groove, preferably with a semi-circular cross-section, which cooperates with a corresponding groove in an outer raceway for taking up the balls in the bearing, the outer raceway is attached to the motor's end plate. In order to obtain the desired axis of rotation for the nozzle, the two ball tracks are arranged with their axes at an angle in relation to the nozzle's axis of symmetry.

Den indre kulebane kan ha form av en flenset ring som er fastsveiset til dysens utvendige stålmantel eller, hvis dysen ikke har en slik mantel, kan den være utført i form av en innsats anordnet i en fordyp-ning av tilsvarende form i dysens ytre overflate. I begge tilfelle er lageret gjort gass-tett, f. eks. ved hjelp av en tetningsring som er fastpresset mellom de to ikulebaner, idet det fortrinnsvis er anordnet antifriksjonsmateriale mellom tetningen og den ytre kulebane, eller alternativt er tetmings-ringen selv utført av antifriksjonsmateria- The inner ball track can take the form of a flanged ring which is welded to the nozzle's outer steel casing or, if the nozzle does not have such a casing, it can be made in the form of an insert arranged in a recess of a similar shape in the nozzle's outer surface. In both cases, the warehouse is made gas-tight, e.g. by means of a sealing ring that is pressed firmly between the two ball tracks, with anti-friction material preferably being arranged between the seal and the outer ball track, or alternatively the sealing ring itself is made of anti-friction material

le som f. eks. polytetrafluorethylen. laugh like e.g. polytetrafluoroethylene.

Dysens innløpsende er anordnet på vanlig måte på innsiden av motorens endeplate og er utført slik at den har en tett pakning i åpningen i endeplaten i øyemed å beskytte lagertetningen fra å ødelegges av motorgassene. The inlet end of the nozzle is arranged in the usual way on the inside of the engine end plate and is designed so that it has a tight seal in the opening in the end plate in order to protect the bearing seal from being destroyed by the engine gases.

Selv om den vinkel dysians rotasjonsakse danner med rakettens lengdeakse, ik-ke er kritisk, foretrekkes det, da den vanlige utførelse av den bakre endeplate er krum, at rotasjonsaksen står normalt på krum-ningen av endeplaten. I praksis vil derfor den spisse vinkel mellom dysens rotasjonsakse og rakettens lengdeakse være bestemt av den stilling i hvilken dysen er anordnet på endeplaten. Although the angle the axis of rotation forms with the longitudinal axis of the rocket is not critical, it is preferred, as the usual design of the rear end plate is curved, that the axis of rotation stands normally on the curvature of the end plate. In practice, the acute angle between the nozzle's axis of rotation and the rocket's longitudinal axis will therefore be determined by the position in which the nozzle is arranged on the end plate.

Hver dyse kan dreies ved hjelp av et lineært hydraulisk system som virker på en arm som er festet til dysen eller ved hjelp av et eletkrisk eller hydraulisk system som anvender koniske tannhjul som griper inn i tenner dannet på lagerets indre kulebane. I begge tilfeller vil signalet for rotasjon av dysen komme fra prosjektilets styregir. Each die can be rotated by means of a linear hydraulic system acting on an arm attached to the die or by means of an electric or hydraulic system that uses bevel gears that engage teeth formed on the bearing's inner ball race. In both cases, the signal for rotation of the nozzle will come from the projectile's steering gear.

For at oppfinnelsen lettere skal for-stås, skal den nå beskrives nærmere i forbindelse med tegningene som illustrerer en utførelsesform for en anordning ifølge oppfinnelsen. In order for the invention to be more easily understood, it will now be described in more detail in connection with the drawings which illustrate an embodiment of a device according to the invention.

På tegningene viser fig. 1 et vertikal-snitt som illustrerer monteringen av en en-kelt dyse. Fig. 2 er et lignende snitt av em alterna-tiv anordning. Fig. 3 viser rent skjematisk endeplaten for en rakettmotor med fire dyser sett bak-fra, idet figuren tjener til å illustrere prin-sippet for en utførelsesform for kontroll-systemet. In the drawings, fig. 1 a vertical section illustrating the installation of a single nozzle. Fig. 2 is a similar section of an alternative arrangement. Fig. 3 shows purely schematically the end plate for a rocket motor with four nozzles seen from behind, the figure serving to illustrate the principle of an embodiment of the control system.

Dysen som er vist på fig. 1, er montert i en åpning i den bakre endeplate 1 på motoren. Dysen omfatter den vanlige strupe-del 2 og ekspansjonsikonusen 3 hvilken siste omfatter en ytre stålmantel 4 med en inn-vendig foring 5 av et isolerende materiale. The nozzle shown in fig. 1, is mounted in an opening in the rear end plate 1 of the engine. The nozzle comprises the usual throat part 2 and the expansion cone 3, the latter comprising an outer steel jacket 4 with an inner lining 5 of an insulating material.

Fastsveiset til mantelen 4 i området for mantelens minste diameter, befinner der seg en flenset stålring 6 hvis akse danner en vinkel med dyseaksen på omtrent 20°. Rin-gens flensparti 7 er utført med en herdet ytterflate i hvilken det er utfreset et ringformet spor 8 med halvsirkelformet tverrsnitt. Ringen 6 danner en tett pasning i en bøssing 9 som er fastsveiset til den bakre endeplate 1, idet den innvendige overflate av bøssingen likeledes er herdet og utført med et spor 10 svarende til sporet 8 som det befinner seg i flukt med for å danne en bane for et antall sfæriske stålkuler 11. Den flensede ring 6 og bøssingen 9 danner således henholdsvis en indre og ytre løpe-bane for kulene. Kulene 11 kan innføres i sin bane ved hjelp av et hull 12 i bøssingen 9 som etter innføring lukkes ved hjelp av en passende propp 13 som fastholdes med en skrue 14. Selv ora det her uttrykkelig er nevnt et kulelager, vil det også kunne an-vendes et rullelager. Lageret er tett ved hjelp av en O-ring 15 og friksjonsmotstan-den av tetningen overfor rotasjon er be-grenset ved å forsyne enten ringen eller den innvendige overflate av bøssingen imed et belegg av et antifriksjonsmateriale, som f. eks. polytetrafluorethylen, eller alternativt kan O-ringen 15 selv være fremstilt av polytetrafluorethylen. Welded to the casing 4 in the area of the casing's smallest diameter, there is a flanged steel ring 6 whose axis forms an angle with the nozzle axis of approximately 20°. The flange part 7 of the ring is made with a hardened outer surface in which an annular groove 8 with a semicircular cross-section is milled. The ring 6 forms a tight fit in a bushing 9 which is welded to the rear end plate 1, the inner surface of the bushing being likewise hardened and made with a groove 10 corresponding to the groove 8 with which it is flush to form a path for a number of spherical steel balls 11. The flanged ring 6 and the bushing 9 thus respectively form an inner and outer raceway for the balls. The balls 11 can be inserted into their path by means of a hole 12 in the bushing 9 which, after insertion, is closed by means of a suitable stopper 13 which is retained with a screw 14. Even if a ball bearing is expressly mentioned here, it will also be possible to a rolling stock is turned. The bearing is sealed by means of an O-ring 15 and the frictional resistance of the seal to rotation is limited by supplying either the ring or the inner surface of the bushing with a coating of an anti-friction material, such as polytetrafluoroethylene, or alternatively the O-ring 15 itself can be made of polytetrafluoroethylene.

Isolasjonsmaterialet 5 i dysen strekker seg ved 16 omkring strupepartiet 2 for un-derstøttelse av dette på innløpssiden og danner en tett pasning med den isolerende foring 17 for endeplaten 1, slik at tetningen 15 er avskjermet mot erosjon av motorgassene. The insulating material 5 in the nozzle extends at 16 around the throat portion 2 to support it on the inlet side and forms a tight fit with the insulating lining 17 for the end plate 1, so that the seal 15 is shielded against erosion by the engine gases.

For å muliggjøre dreining av dysen i sitt lager, er den ytre ende av flensen 17 forsynt med tenner 18, og en motor 19 som er fastboltet til endeplaten 1, er innrettet til å drive den flensede ring 6 ved hjelp av et konisk tannhjul 20. Tennene på ringen 6 kan strekke seg langs hele periferien eller en del av periferien av flensen 7. To enable rotation of the nozzle in its bearing, the outer end of the flange 17 is provided with teeth 18, and a motor 19 which is bolted to the end plate 1 is arranged to drive the flanged ring 6 by means of a bevel gear 20. The teeth on the ring 6 can extend along the entire periphery or part of the periphery of the flange 7.

Ifølge den alternative utførelse som er vist på fig. 2, er dysen utført uten en ytre mantel 4 som vist på fig. 1, idet selve dyse-legemet er utført av armert plast, f. eks. Durestos1. Istedenfor den flensede ring 6, som er vist på fig. 1, er det ved utførelsen ifølge fig. 2 anordnet en innsats 30 opptatt i et spor 31 i dysens ytre overflate. Innsatsen 30 danner den indre løpebane for lageret og samvirker med en bøssing 32 ut-ført med et spor på tilsvarende måte som beskrevet i forbindelse med fig. 1. Ved utførelsen ifølge fig. 2 strekker innsatsen 30 seg utenfor overflaten av dysen over endel av dennes periferi som vist ved 33, og det er bare anordnet tenner på denne fremspringende del. According to the alternative embodiment shown in fig. 2, the nozzle is made without an outer jacket 4 as shown in fig. 1, as the nozzle body itself is made of reinforced plastic, e.g. Durestos1. Instead of the flanged ring 6, which is shown in fig. 1, it is in the embodiment according to fig. 2 arranged an insert 30 engaged in a groove 31 in the outer surface of the nozzle. The insert 30 forms the inner raceway for the bearing and cooperates with a bushing 32 designed with a groove in a similar manner as described in connection with fig. 1. In the embodiment according to fig. 2, the insert 30 extends beyond the surface of the nozzle over part of its periphery as shown at 33, and only teeth are arranged on this projecting part.

En vesentlig fordel ved anordningene for montering av dysen som er vist både på fig. 1 og fig. 2, er enkelheten, idet kule-lageret med det dype spor opptar så vel ak-sial som sideveis belastning av dysen og sikrer i tillegg hertil befestigelsen av dysen til motorens endeplate. Anordningen omfatter ingen unødig vektøkende deler og i betraktning av den lave friksjon vil det ikke kreves sterke krefter for innstilling. Videre vil det ikke forekomme noen ubalanserte krefter som følge av forstyrrende gass-strømning, da stillingen av dysen i forhold til den sfæriske overflate av endeplaten ikke endrer seg under dysens dreining. A significant advantage of the devices for mounting the nozzle shown both in fig. 1 and fig. 2, is the simplicity, as the ball bearing with the deep groove takes up both axial and lateral loading of the nozzle and in addition secures the attachment of the nozzle to the motor's end plate. The device includes no unnecessarily weight-increasing parts and, considering the low friction, strong forces will not be required for setting. Furthermore, no unbalanced forces will occur as a result of disturbing gas flow, as the position of the nozzle in relation to the spherical surface of the end plate does not change during the rotation of the nozzle.

Ved den utførelse som er illustrert på fig. 3, finnes det fire dyser — 40, 41, 42 og 43, som drives parvis som beskrevet i det føl-©ende, for å kontrollere eller eliminere en duvende, stampende, girende eller rullende bevegelse av prosjektilet. Hver dyse er montert på en måte som vist på fig. 1 eller 2, idet rotasjonsaksen for hver dyse danner samme vinkel med rakettens lengdeakse. In the embodiment illustrated in fig. 3, there are four nozzles — 40, 41, 42 and 43, which are operated in pairs as described below, to control or eliminate a dove, stomp, yaw or roll motion of the projectile. Each nozzle is mounted in a manner as shown in fig. 1 or 2, as the axis of rotation for each nozzle forms the same angle with the longitudinal axis of the rocket.

Hver dyse er montert slik at den stilling som er vist med helt uttrukne linjer, befinner dysens lengdeakse seg parallelt med motorens lengdeakse, og virkningen av dreining av en hvilken som helst av dysene enten med eller mot urviserretningen vil bevege utløpsenden av dysen lenger bort fra motorens senterlinje enn i den stilling som er vist med helt uttrukne linjer. Den stip-lede linje 44 som er vist for hver dyse, re-presenterer således det areal som bestrykes av den ytre periferi av dysens utløpsende når dysen dreies over hele sitt operasjons-område. Each nozzle is mounted so that in the position shown in solid lines, the longitudinal axis of the nozzle is parallel to the longitudinal axis of the engine, and the effect of turning any of the nozzles either clockwise or counterclockwise will move the outlet end of the nozzle further away from the engine's center line than in the position shown in solid lines. The dashed line 44 which is shown for each nozzle thus represents the area that is coated by the outer periphery of the outlet end of the nozzle when the nozzle is rotated over its entire operating range.

For å kontrollere giringen av et prosjektil som drives av motoren, påvirkes dysene 41 og 43. Hvis dysen 41 dreies i retning motsatt urviserne, og dysen 43 dreies i samme grad, men i motsatt retning, vil de innta stillinger som er antydet med linjene 41' og 43' forsåvidt angår dysenes utløpsender. Drivkraften fra hver dyse som selvfølgelig er rettet motsatt retningen av gasstrømmen, kan oppløses i en komponent rettet mot motorens akse, og en annen komponent som er rettet nedover, slik som vist ved pilene på tegningen, og en tredje komponent som er parallell med motorens akse og som ikke er vist på tegningen. De innadrettede kraftkomponenter av de to dyser opphever hverandre, og den resulterende fremdriftskraft er en kraft som søker å trykke den bakre ende av motoren ned i forhold til rakettens nese. Alternativt hvis dreiningen av dysene 41 og 43 er henholdsvis i urviserretningen og mot urviserretningen, vil de innadrettede komponenter av drivkraften på ny oppheve hverandre, men den resulterende drivkraft vil være i oppad-rettet retning og vil søke å løfte den bakre ende av motoren i forhold til rakettens nese. To control the yaw of a projectile driven by the motor, nozzles 41 and 43 are acted upon. If nozzle 41 is rotated in a counter-clockwise direction, and nozzle 43 is rotated to the same degree but in the opposite direction, they will assume positions indicated by lines 41 ' and 43' in so far as they relate to the outlet end of the nozzles. The driving force from each nozzle, which is of course directed opposite to the direction of the gas flow, can be resolved into a component directed towards the axis of the motor, and another component directed downwards, as shown by the arrows in the drawing, and a third component parallel to the axis of the motor and which are not shown in the drawing. The inward force components of the two nozzles cancel each other, and the resulting propulsive force is a force that tends to push the rear end of the engine down relative to the nose of the rocket. Alternatively, if the rotation of nozzles 41 and 43 is clockwise and counter-clockwise respectively, the inward components of the driving force will again cancel each other out, but the resulting driving force will be in an upward direction and will seek to lift the rear end of the engine in relation to the rocket's nose.

Det vil uten videre beskrivelse ses at hvis dysene 40 og 42 mannøvreres på en av de to måter som er beskrevet for dysene 41 og 43, vil den resulterende drivkraft på motoren bevirke sidestyring av prosjektilet. It will be seen without further description that if the nozzles 40 and 42 are maneuvered in one of the two ways described for the nozzles 41 and 43, the resulting driving force on the engine will cause lateral steering of the projectile.

Hvis vi nå på ny betrakter dysene 41 og 43, og vi tenker oss at begge dyser dreies i samme grad i urviserretningen og at virkningen på hver motor oppløses i komponenter, vil det ses at det oppnås et kraftpar som kan brukes til å motvirke en rullende bevegelse av prosjektilet. Hvis begge dyser dreies i retning motsatt urviserretningen, vil resultatet være et kraftpar motsatt rettet det i det forannevnte tilfelle dannede kraftpar. En rullende bevegelse kan på lignende måte motvirkes ved hjelp av tilsvarende bruk av dysene 40 og 42. If we now look again at the nozzles 41 and 43, and we imagine that both nozzles are rotated to the same degree in the clockwise direction and that the action on each engine is resolved into components, it will be seen that a force couple is obtained which can be used to counteract a rolling movement of the projectile. If both nozzles are turned in a counter-clockwise direction, the result will be a force couple in the opposite direction to the force couple formed in the aforementioned case. A rolling movement can be counteracted in a similar way by corresponding use of the nozzles 40 and 42.

Forholdet mellom den vinkel en dyse dreies og vinkelen som dysens drivkraft avbøyes, kan for praktiske formål betrak-tes som lineær. The relationship between the angle at which a nozzle is turned and the angle at which the nozzle's driving force is deflected can be considered linear for practical purposes.

Claims

1. Control device for a rocket with one or more pairs of nozzles for generating the necessary propulsion force, which pairs of nozzles are arranged so that the nozzles in a pair of nozzles are arranged on a diameter of the rocket base and at the same distance from the longitudinal axis of the rocket, characterized in that each of these nozzles (41, 43) is stored rotatably about an axis which intersects the longitudinal axis of the rocket at an acute angle and forms such an angle with the nozzle's flow axis that the nozzle's flow axis -in one position of the nozzle runs parallel to the rocket's longitudinal axis, as the nozzles are connected by a control system on such a way that when the control system is maneuvered for control in the ramming plane or the yawing plane, the nozzles in the relevant nozzle pair are rotated equally in opposite directions, while if control of the rocket's roll is desired, the nozzles are rotated equally in the same direction.

2. Control device for rockets as specified in claim 1, characterized in that the nozzles are stored in a known manner independently of each other in ball or roller bearings.

3. Control device for rockets as stated in claim 2, characterized in that the nozzles rotatably stored in a ball or roller bearing in a manner known per se carry a ring gear which is driven by a motor-driven conical gear in a suitable manoeuvre- ring device.

4. Control device for rockets as stated in claims 1-3, characterized by the arrangement of 2 pairs of nozzles which are offset by 90° in relation to each other.