NO142728B - Elektrisk tenner. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en elektrisk brotrådtenner for tenning av en eksplosiv ladning for start av en rakettmotor, omfattende en glødetråd, to mateledninger for tilkopling av motsatte ender av glødetråden til en kilde for elektrisk energi, et ledende tilkoplingsben for tilkopling av minst én av mateledningene til den ene side av glødetråden, og en varme-følsom tennblanding som er anbrakt nær glødetråden for antennelse ved hjelp av den varme som genereres i glødetråden når elektrisk strøm passerer gjennom glødetråden fra kilden.

Tennere av ovennevnte type er ofte beregnet å arbeide på og gi pålitelig funksjon selv om det er meget liten effekt-tilførsel. Det har vist seg at sikkerheten ikke er så god som ønskelig og at tenneren kan utløses for tidlig på grunn av elektromagnetiske felter og statisk elektrisitet som tenneren kan bli utsatt for under behandlingen før den tilsiktede antennelse.

Det har vist seg at sådan tilfeldig antennelse kan forårsakes av/elektromagnetisk energi som går direkte til tenneren. Det er i denne forbindelse kjent å inneslutte tenneren i en kappe som avskjermer tenneren mot sådan energi. En slik tenner er imidlertid ikke beskyttet mot elektromagnetisk energi som påvirker mateledningene til tenneren utenfor kappen. Ledningene virker som antenner, idet korte ledninger da er følsomme for korte bølgelengder og høye frekvenser, mens lengre ledninger er følsomme for lange bølgelengder og lave frekvenser. Tilfeldig antennelse kan da oppstå på grunn av strømmen som tilføres til tenneren gjennom mateledningen. Det har vært nødvendig å ty til forskjellige løsninger som omfatter skjermede kabler og separat monterte filtre, og å velge tennere som krever høyere effekt. Det er imidlertid ikke blitt oppnådd noen tilfredsstillende løs-ning av disse problemer i forbindelse med elektriske tennere for rakettmotorer som er tilgjengelige på markedet, og som videre ikke er beskyttet mot tilfeldig antennelse på grunn av statisk elektrisitet som tilføres til tenneren gjennom de ytre kabler. Utladning av statisk elektrisitet som normalt har høy intensitet og kort va-righet, kan da finne sted via gløde -tråden eller tennladningen.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en elektrisk tenner for start av rakettmotorer som er kompakt og krever liten energi f or antennelse, men som samtidig er beskyttet mot tilfeldig antennelse på grunn av både statisk elektrisitet og elektromagnetiske felter.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en elektrisk tenner av den innledningsvis angitte type som er kjennetegnet ved at den er fremstilt av et materiale som motstår trykket og temperaturen som oppstår i rakettmotorens trykkbeholder, uten å utsettes for gjennomhulling, at minst én av mateledningene er koplet til glødetråden via et høyfrekvensfilter for beskyttelse av tenneren mot tilfeldig tenning på grunn av elektromagnetiske felter eller statisk elektrisitet, at hele tenneren er innelukket i en enhetlig skjermkonstruksjon som er forsynt med anordninger for montering av tenneren direkte i veggen i rakettmotorens trykkbeholder, og at høyfrekvensfilteret omfatter en kondensator som har sin ene klemme tilkoplet til den metalliske skjerm, og den andre klemme direkte tilkoplet til det ledende tilkoplingsben.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser den mekaniske konstruksjon av en elektrisk tenner ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser prinsippet for koplingsskjemaet for en sådan elektrisk tenner, fig. 3 viser en annen variant av koplings-sk jemaet for en sådan tenner, fig. 4 viser en variant med en ikke-lineær topol som består av to motsatt rettede zenerdioder, fig. 5 viser en ytterligere variant hvor de to mateledninger er forbundet med tennerens skjerm via gnistgap, fig. 6 viser den mekaniske konstruksjon av en annen utførelse av den elektriske tenner, og fig. 7 viser prinsippet for kop-lingssk jemaet for en sådan elektrisk tenner.

Den på fig. 1 viste elektriske tenner består av en basis eller skjermkonstruksjon 1 av metall i hvilken tenneren er innelukket. Ved hjelp av denne innkapsling hindres høy-frekvent elektromagnetisk energi fra å trenge inn. Skjermkonstruksjonen er videre utformet med en videre del 2 som inneholder de elektriske komponenter som skal beskrives mer detaljert under henvisning til fig. 2-5. Mateledningene 3 og 3' til tenneren passerer gjennom et endelukke i delen 2,

og for antennelse kan ledningene forbindes med en eller annen passende spenningskilde. Skjermkonstruksjonen omfatter også en smalere del 4 som inneslutter tilkoplingsbenene 5 for glø-detråden. Denne smalere del 4 er forsynt med yttergjenger 6 som sammen med et skrunøkkelgrep 7 ved endelukket av den videre del 2 letter montasje i tennladningesdelen av den fer-

dige elektriske tenner. En antennelses- eller tennblanding (ikke vist) av passende materiale kan være støpt på glødetrå-den 8. Glødetrådens tilkoplingsben 5 er forsynt med skuldre 9 og er innstøpt i et materiale 10, såsom aluminatsement, som motstår trykk og høye temperaturer, for å hindre gjennomslag eller gjennomhulling av rakettmotoren når tenneren benyttes montert direkte i rakettmotorens trykkbeholder.

Fig. 2-5 viser koplingsskjemaer for den elektriske tenner på fig. 1, og på figurene symboliserer den med strektegnede linjer opptegnede firkant 1 den egentlige skjerm som er forbundet med jord. I dette tilfelle omfatter skjermen også en del som omslutter glødetråden og tennblandingen eller den pyrotekniske sammensetning som er anbrakt på gløde-tråden. På fig. 2 er mateledningene 3 og 3<1> forbundet med glødetråden 8 via høyfrekvensfiltre 11. Hvert filter består i prinsipp av en kvelespole 12, 12' i serie med glødetråden, og en kondensator 13, 13' som forbinder ledningen med skjermen. Disse filtre demper den høyfrekvente elektromagnetiske energi som tilføres til tenneren fra mateledningene og kabler utenfor tennerkappen, og hindrer dermed utilsiktet antennelse.

På fig. 3 består høyfrekvensfiltrene i prinsipp av to kvelespoler 12, 12' i serie med glødetråden 8 og en kondensator 13, 13' som forbinder punktet mellom kvelespolene med skjermen 1. I dette tilfelle er tenneren også forsynt med et gnistgap 14 med lav gjennomslagsspenning som gir beskyttelse mot utladning av statisk elektrisitet ved at potensialdiffe-ranser mellom mateledningene utjevnes over gnistgapet. Hoveddelen av energien utenfor glødetråden og tennblandingen avledes ved hjelp av strømbølgen over gnistgapet. Av fig. 3 fremgår at gnistgapet er koplet parallelt over både høyfre-kvensf iltrene og glødetråden. Tenneren kan dermed gjøres mer følsom sammenliknet med hva som ville ha vært tilfellet der-som gnistgapet hadde vært koplet i parallell over bare gløde-tråden. For ytterligere å avlede statisk elektrisitet er én av mateledningene forbundet med skjermen 1 ved hjelp av en forbindelse 15.

Av fig. 4 fremgår" at gnistgapet kan erstattes av to zenerdioder 15a og 15b som er koplet i serie med hverandre, men med motsatte polariteter. På kjent måte oppnås derved en topol som ved spenninger som overstiger en viss g jennomslags-spenning,.oppviser meget liten impedans uavhengig av mateled-ningenes polaritet. I det tilfelle at polariteten av mateledningene er blitt bestemt, er det også mulig å benytte en eneste zenerdiode i stedet for de to zenerdioder med motsatte polariteter.

I stedet for å kople den ene av mateledningene direkte til skjermen, kan en forbindelse dannes via et gnistgap 16 slik som vist på fig. 5. I dette tilfelle er det hensiktsmessig at også den andre mateledning forbindes med et ytterligere gnistgap 17. Den elektriske tenner blir derved beskyttet mot differanser i potensial og overslag mellom mateledningene og skjermen.

En annen mekanisk konstruksjon av den elektriske tenner er vist på fig. 6. Den elektriske tenner består her av en ytre sylindrisk kappe 18 av metall, såsom stål. Den øvre endeflate av kappen omfatter en sirkulær åpning 19 gjennom hvilken mateledningene 3 og 3<1> kan innføres til tenneren. Innhyllingsflaten av den ytre kappe 18 er forsynt med yttergjenger 20 for å lette direkte montasje i veggen i rakettmotorens trykkbeholder, og en tettende O-ring 21 for å tette forbindelsen. Tenneren omfatter videre en skjerm 22 som er kon-sentrisk anordnet i den ytre kappe og som liksom den ytre kappe er prinsipielt sylindrisk. Skjermen består også av metall, men er elektrisk isolert fra den ytre kappe og inn-kapsler tenneren fullstendig. Ved hjelp av denne fullstendi-ge innkapsling hindres høyfrekvent elektromagnetisk energi fra å trenge inn til tenneren. Skjermen er utformet med en videre del 23 som inneholder de elektriske komponenter, og en smalere del 24 som prinsipielt inneslutter tilkoplingsbenet

25 mellom den ene av mateledningene 3 og glødetråden 26. Den andre mateledning 3' er forbundet direkte med skjermen via en lodding. For å lette loddingen og feste mateledningen 3' til skjermens innervegg, er en sirkulær kobberhylse 28 fastloddet innenfor skjermen. En del av kobberhylsen 28 er utflatet slik at et segmentformet rom er dannet mellom hylsen og skjermens innervegg, i hvilket rom mateledningen 3' er innført og lod-det. Mateledningen 3' er følgelig forbundet med glødetråden 26 via skjermen. Glødetråden 26 består av deler som strekker seg i radial retning fra tilkoplingsdelens endeflate til skjermen for å lette antennelsen. For antennelse forbindes mateledningene 3 og 3<1> med en passende spenningskilde slik at en strømpuls tillates å passere gjennom glødetråden. På grunn av den varme som genereres i glødetråden, vil den på glødetrå-den anbragte pyrotekniske sammensetning 29 bli antent. Også den pyrotekniske sammensetning er forsynt med en kappe 30 av metall, f.eks. rustfri og forgylt, hvilken kappe er formet som en kopp og krympet på den smalere del 2 4 av skjermen.

For å beskytte tenneren mot tilfeldig antennelse på grunn av elektromagnetisk energi som tilledes til tenneren fra mateledningene og kabler utenfor tennerkappen, og for å beskytte tenneren mot statisk elektrisitet, er tilkoplingsbenet 25 til mateledningen 3 forsynt med et høyfrekvensfilter i form av to ferrittringer 31 som omslutter tilkoplingsbenet 25, og en kondensator 32 som også omslutter tilkoplingsbenet og forbinder dette med skjermen via en kobberring 33.

For å hindre at rakettmotoren gjennomhulles når tenneren benyttes montert direkte i rakettmotorens beholder, er skjermen og tilkoplingsbenet delvis innstøpt i et materiale 34 som motstår trykk og høye temperaturer, fseks. glass. For ytterligere å hindre at rakettmotoren gjennomhulles, er skjermen forsynt med en mellomvegg 35 som hjelper til å bære oppe trykket som eksisterer inne i rakettmotoren. Mellomveggen er forsynt med en sirkulær åpning 3 6 for tilkoplingsbenet. For å holde skjermen på plass og isolert fra den ytre kappe, er keramiske avstands- eller mellomstykker 37 anordnet mellom skjermen og den ytre kappe.

Fig. 7 viser koplingsskjemaet for tenneren på fig.

6. Den med strektegnet linje opptrukne firkant' på fig. 7 symboliserer skjermen 22 og den heltrukne linje symboliserer den ytre kappe 18. Det fremgår av figuren at den ytre kappe er elektrisk isolert fra skjermen og forbundet med jord. Den ene av mateledningene 3 er via et høyfrekvensfilter forbundet med glødetråden 26, mens den andre mateledning 3' er forbundet direkte med skjermen 22. Filteret består i prinsipp av en kvelespole 31 i serie med glødetråden og en kondensator 32 som er forbundet med skjermen. Ved hjelp av denne kombi-nasjon av en spole og forbindelsen med skjermen, svekkes eller dempes høyfrekvent elektromagnetisk energi som tilledes til tenneren fra mateledningene, og differanser i potensial mellom skjermen og mateledningene utjevnes.

Trass i den enkle mekaniske konstruksjon av tenneren på fig. 6 og 7, sammenliknet med tenneren ifølge fig. 1 - 5, har det vist seg at tenneren godt oppfyller de normer som kommer til anvendelse med hensyn til sikkerhet mot tilfeldig antennelse. Beregninger viser at en sådan integrert utrust-ning i den elektriske tenner, hvor de dempende elementer er bygd sammen .til én enhet, demper 75 dB ved 50 MHz i et 3-ohms system, motstår statiske utladninger på 25 kV fra 500 pF og motstår trykkdifferanser på 50 MPa ved en gasstemperatur i rakettmotoren på 2000° C.

For visse anvendelser kan det være hensiktsmessig å benytte en type høyfrekvensfilter som er forskjellig fra den som er vist på fig. 3-5, f.eks. et såkalt L-filter. I stedet for å benytte et gnistgap, som vist på fig. 5, for forbindelse med skjermen, kan det også være hensiktsmessig å benytte én eller flere halvledere, f.eks. zenerdioder.

Claims (10)

1. Elektrisk brotrådtenner for tenning av en eksplosiv ladning for start av en rakettmotor, omfattende en glødetråd, to mateledninger for tilkopling av motsatte ender av gløde-tråden til en kilde for elektrisk energi, et ledende tilkoplingsben for tilkopling av minst én av mateledningene til den ene side av glødetråden, og en varmefølsom tennblanding som er anbrakt nær glødetråden for antennelse ved hjelp av den varme som genereres i glødetråden når elektrisk strøm passerer gjennom glødetråden fra kilden, karakterisert ved at tenneren er fremstilt av et materiale som motstår trykket og temperaturen som oppstår i rakettmotorens trykkbeholder, uten å utsettes for gjennomhulling, at minst én av mateledningene (3, 3') er koplet til glødetråden (8;

26) via et høyfrekvensfilter (11; 31, 32) for beskyttelse av tenneren mot tilfeldig tenning på grunn av elektromagnetiske felter eller statisk elektrisitet, at hele tenneren er innelukket i en enhetlig skjermkonstruksjon (1; 22) som er forsynt med anordninger for montering av tenneren direkte i veggen i rakettmotorens trykkbeholder, og at høyfrekvensfilte-ret (31, 32) omfatter en kondensator (13; 32) som har sin ene klemme tilkoplet til den metalliske skjerm (1; 22), og den andre klemme direkte tilkoplet til det ledende tilkoplingsben (5; 25) .

2. Elektrisk tenner ifølge krav 1, karakterisert ved at den ene av mateledningene (3) er forbundet med glødetråden (26) via høyfrekvensfilteret (31, 32), mens den andre mateledning (3<1>) er forbundet med skjermen (22) og glødetråden (26) er koplet mellom den første mateledning (3) og skjermen (22).

3. Elektrisk tenner ifølge krav 1, karakterisert ved at begge mateledninger (3, 3') er forbundet med glødetråden (8) via høyfrekvensfiltre (11).

4. Elektrisk tenner ifølge krav 3, karakterisert ved at mateledningene er sammenkoplet med en ikke-lineær topol (14; 15a, 15b) som er koplet parallelt med høyfrekvensfiltrene (11) og glødetråden (8), og at den ene av mateledningene er forbundet med skjermen (1).

5. Elektrisk tenner ifølge krav 4, karakterisert ved at den ikke-lineære topol består av et gnistgap (14) .

6. Elektrisk tenner ifølge krav 4, karakterisert ved at den ikke-lineære topol består av én eller flere halvledere (15a, 15b).

7. Elektrisk tenner ifølge ett av kravene 3-6, karakterisert ved at minst én av mateledningene er forbundet med skjermen (1) via en ikke-lineær topol (16 hhv. 17).

8. Elektrisk tenner ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at høyfrekvensfiltrene (11) består av et induktivt element (12; 31) som er koplet i serie med glødetråden (8; 26), og et kapasitivt element (13; 32) som er forbundet med skjermen (1; 22).

9. Elektrisk tenner ifølge ett av kravene 1-7, karakterisert ved at høyfrekvensfiltrene (11) består av to induktive elementer (12, 12') som er koplet i serie med glødetråden (8), og at forbindelsespunktet mellom disse induktive elementer er forbundet med skjermen (1) via et kapasitivt element (13, 13').

10. Elektrisk tenner ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at tenneren omfatter en ytre kappe (18) som er elektrisk isolert fra skjermen (22) og omfatter de nevnte anordninger (20, 21) for montering av tenneren direkte i veggen i rakettmotorens trykkbeholder.