NO153867B - Rakettmotor. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en rakettmotor som omfatter en dyse med et innsnevret parti samt en tennanordning festet i det innsnevrede parti, idet dysen har to flater som divergerer i hver sin retning fra det innsnevrede parti, hvilken tennanordning omfatter et rør med en lukket ende, anbragt i det innsnevrede parti av dysen med den lukkede ende bakover, og idet en elektrisk tennkapsel befinner seg i den lukkede ende av røret, som inneholder en tennladning og midler tilknyttet den motsatte ende av røret for å holde ladningen på plass, idet festeorganer er festet til røret i et område i avstand fra den lukkede ende, ragende utover fra dette, og har anlegg mot den forover divergerende flate i dysen.

En slik rakettmotor er kjent fra norsk patentskrift nr. 141966.

En tennanordning består f.eks. av en pyroteknisk ladning anbragt i en beholder sammen med en tennkapsel. Tennkapselen detoneres ved bruk at elektrisk strøm, og energien som frigjøres fra tennkapselen antenner den pyrotekniske ladningen, som igjen tenner hele den frie overflate av drivladningen som befinner seg inne i rakettmotoren.

Raketter til bruk i militære operasjoner må fungere pålitelig også selv om tennanordningen utsettes for ekstreme på-kjenninger fra omgivelsene. Tennsystemet må antenne rakettmotoren på en pålitelig måte, uten at tenningen av-brytes eller mislykkes, i et temperaturområde mellom omtrent -54 til 66°C. Den pyrotekniske ladningen må ikke briste eller smuldre når den utsettes for vibrasjoner eller termiske sjokk, og tennanordningen må monteres' som en en-hetlig del av raketten, idet den etter antennelsen gir bare forholdsvis små og lette fragmenter.

De forskjellige krav som er nevnt ovenfor oppfylles hoved sakelig av den rakettmotor som er beskrevet i norsk patentskrift 141966 som omfatter en lett tennanordning som har et brytbart plasthylster som er anbragt i det innsnevrede parti av rakettmotorens dyse. Hylsteret er utstyrt med holdeorganer som er slik anordnet at under detonasjonen av tennkapselen holdes tennanordningen først på plass,sog kan deretter bevege seg ut av dysen mens holdeorganene påvirker hylsteret slik at dette brytes opp i fragmenter, med det resultat at tennanordningenødelegges fullstendig og slyng-es ut fra rakettmotoren i forholdsvis små biter, slik at det unngås fare for et etterfølgende fly, og det unngås driftsforstyrrelser i rakettmotoren.

Et problem med tennanordningen beskrevet i det nevnte patent er imidlertid anordningen av en effektiv tetning mellom tennanordningens hus og dysen i rakettmotoren. Det er meget viktig at det anordnes en effektiv tetning mot fuktighet som hindrer at fuktighet kan passere mellom det innsnevrede parti av dysen og tennanordningen og komme inn i drivladningen og tennladningen som befinner seg i raketten, slik at virkningen av disse nedsettes. Selv små mengder fuktighet vil påvirke forbrenningskarakteristikken til drivladningen og/eller tennladningen, og kan i alvor-lige tilfeller bevirke at forbrenningen stanser eller at det ikke skjer noen tenning.

Av alle kjente tetninger for rakettmotorer har to vært brukt med en viss grad av suksess. Den første anordning som er beskrevet i norsk patentskrift 147812, omfatter en gummiskive som ble anbragt i ekspansjonskonusen til motorens dyse, slik at det midtre parti av skiven dekket bak-siden av tennanordningen, og slik at skiven forøvrig dekket de nærmeste partier av ekspansjonskonusen i dysen. Tenn-tråder for tennkapselen ble ført gjennom en liten åpning i midten av skiven. Et klebemiddel ble brukt for å feste skiven til veggen i dysen og til endepartiet av tennanordningen .

Et skjørt utformet i ett med gummiskiven ligger mot den bakover divergerende flate i dysen.

Den annen kjente tetning som ble utviklet omfatter en

konisk propp av skumplast som ble festet til endepartiet av tennanordningen, og som var slik utformet at den passet inn i ekspansjonskonusen i dysen. Proppen ble festet ved hjelp av et klebemiddel. Det var dannet en forholdsvis romslig

kanal for innføring av tenntrådene til tennkapselen. Den endelige tetning ble dannet ved bruk av silikonmasse, ved at denne fullstendig fylte den nevnte kanal og dekket hele den frie ende av skumproppen.

Begge disse kjente tetninger har visse begrensninger. Selv om gummiskiven gir tilfredsstillende tetning når den er korrekt festet, vil seriefremstilling ofte medføre store variasjoner med hensyn til noen viktige parametere, slik som mengden av påført klebemiddel, overflatebehandling av klebeflåtene og hvordan påføringen av klebemiddel utføres, og så videre. Følgelig ble styrken i sammenføyningen mellom skiven og dysen ofte dårlig og usammenhengende, og de ferdige enheter hadde en tendens til å medføre lekkasje.

Dessuten er skjørtet forholdsvis langt, og forskjellen mellom dets største og minste diameter er forholdsvis stor. Skjørtet må følgelig, for å kunne føres gjennom dysen for-fra, kunne deformeres vesentlig. Skjørtet, som hovedsakelig gir beskyttelse av dyseveggen, er tynnvegget, og er tilpasset konisiteten til dyseveggen. Et slikt skjørt er ikke i vesentlig grad i stand til å gi en pålitelig tetning, fordi det i praksis ikke er mulig å oppnå noen særlig grad av trykk mellom skjørtets utside og dyseveggen i hele omkretsen. Dersom skjørtets utside har litt mindre konisitet enn dyseveggen, eller har litt mindre diameter enn dyseveggen på samme aksialnivåer, vil selvsagt tetningen bli mangelfull, idet det vil være klaring. Dersom skjørtet har litt større konisitet enn dyseveggen eller litt større diameter, vil imidlertid også tetningen bli mangelfull, fordi skjørtet, som er tynnvegget, nødvendigvis vil danne bukler, i stedet for å gi et jevnt fordelt trykk mot dyseveggen. Bare når skjørtet er nøyaktig tilpasset dysen både med hensyn til konisitet og diametre, vil klaringen være null, men det vil da ikke være noe trykk i anleggsflaten. Et forsøk på å oppnå et anleggstrykk, enten ved å utforme skjørtet med litt øket diameter eller litt øket konisitet, evt. begge deler, vil således føre til bukling av skjørtet, og en nøyaktig tilpasning av skjørtet vil ikke gi noe anleggstrykk av betydning. I tillegg til den mangelfulle tetning må skjørtet klemmes sammen for å føres gjennom det trangeste parti av dyseåpningen, dersom ikke tennanordningen føres inn bakfra. I så fall må de forover ragende festeorganer klemmes sammen. Uansett må det ved monte-ringen utføres en sammenklemning samtidig med at tennanordningen føres inn i dyseåpningen. Innføring av den kjente tennanordning bakfra synes umulig med den viste ut-formning, og når skjørtet skal klemmes sammen foran dyseåpningen, vil de forover ragende festeorganer hindre ad-komst for sammenklemningen, slik at denne i beste fall blir vanskelig å utføre uten bruk av spesielt verktøy.

Også skumpluggen som blir tettet med silikon betinger bruk av klebemidler, behandling av klebeflater og så videre, og medfører hovedsakelig de samme problemer som gummiskiven, på grunn av produksjonen. Dessuten er skumpluggen forholdsvis massiv, og har en tendens til å bevirke for høyt trykk i rakettmotoren umiddelbart etter tenningen.

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en rakettmotor med en tennanordning som er enkel å montere, og som har en pålitelig tetning.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd med en rakettmotor som angitt innledningsvis, og som kjennetegnes ved at det på røret, nær den lukkede ende er anordnet et ringform et spor samt en elastisk tetningsring i sporet, hvilken ring rager utover fra dette, og trykker tettende mot den bakover divergerende flate i dysen, for sammen med feste-organene å holde tennanordningen på plass i dysen.

I henhold til en foretrukket utførelsesform er tetningsringen en O-ring av elastomert material.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere, under henvisning til den vedføyde tegning. Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom dyseenden til en rakettmotor, og viser en tennanordning festet i det innsnevrede parti av en dyse. Fig. 2 viser et lengdesnitt gjennom tennanordningen i en rakettmotor i henhold til oppfinnelsen, og viser feste-organene og tetningen.

Fig. 3 viser tennanordningen sett fra den bakre ende.

Fig. 1 viser det bakre endeparti av en rakettmotor 10, som omfatter et sylindrisk hus 12 som blant annet inneholder en drivladning 14. En dyse 16 er festet til den bakre ende av huset 12, og avgrenser en innvendig, konisk flate 18 som konvergerer mot et innsnevret parti 20, idet en annen konisk flate 22 divergerer utover fra det innsnevrede parti 20, mot den bakre ende av dysen, og avgrenser en ekspan-sjonskonus. Det innsnevrede parti 20 må være laget av et material som tåler de meget høye temperaturer ved bruk av rakettmotoren.

Tennanordningen 24 omfatter et sylindrisk rør 26 som har en åpen ende 28 og en lukket ende 30. Den lukkede ende 30 omfatter et innsnevret parti 32. En elektrisk tennkapsel 34 befinner seg i det innsnevrede parti 32, og holdes i dette ved hjelp av et passende klebemiddel, f.eks. et slikt som markedsføres av The Armstrong Company of the United States, som produkt nr. A34. De elektriske ledninger 36 for tennkapselen er ført gjennom en liten åpning 38 i den lukkede ende av røret.Ledningene 36 er ført til utsiden av dysen til kontakter 40 anordnet nær utløpsenden av dysen 16.

Som det er beskrevet mere fullstendig i det ovenfor nevnte norske patentskrift 141966, er tennanordningen utstyrt med flere segmenter 42 med jevn innbyrdes avstand, ragende utover under en vinkel med lengdeaksen til røret, tilsvarende konusvinkelen for dyseflaten 18. Segmentene 42 er utformet i ett med veggen til røret 26, i en kort avstand fra den lukkede ende 30 til røret, slik som vist i fig. 2. Hvert segment 42 har en fortykning 44 som vender innover. Det vil fremgå av fig. 2 at segmentene bidrar til å holde tennanordningen på plass ved at segmentene 42 ligger tett inntil den koniske flaten 18 i dysen. Som det er mere fullstendig beskrevet i norsk patentskrift 141966, vil segmentene 42, når tennanordningen drives ut gjennom dyseåpningen etter antennelse, bøyes innover, og fortykningene 44 klemmes mot rørveggen og bevirker at denne brister og bryter sammen. Som nevnt i det nevnte patent, er tilpasningen av røret 26 i dysens innsnevrede parti meget viktig, idet for trang pasning vil bevirke at tennanordningen blir fastholdt i dysen for lenge, og bevirker for høyt trykk etter antennelsen, mens dersom pasningen er for lite trang vil tennanordningen løsne for tidlig, og det skjer en dårlig flamme-utbredelse. Røret med segmentene 42 er fortrinnsvis laget av et material som består av omtrent 30% glassfiber og 70% nylon.

Den foretrukne tennladningen 46 som benyttes i tennanordningen omfatter bor/kaliumnitrat-biter. De ønskelige egenskaper til slike biter er beskrevet i det nevnte patent. Disse bitene bevirker en jevn og hurtig antennelse av drivladningen 14 som befinner seg i raketthuset, og de brenner med en slik hastighet at det skjer lite eller intet

utslipp av delvis forbrente biter.

Videre er, som beskrevet detaljert i det nevnte patent, den åpne ende 28 av røret 26 lukket av en propp 48 av poly-uretanskum, som er festet ved klebing. Denne proppen holder bitene i røret på plass under håndtering av tennanordningen og rakettmotoren. Proppen 48 virker også som en fjærende pute for bitene, og hindrer således for stor be-vegelse og pulverisering eller knusing av disse i perioder med intens vibrasjon. For å beskytte bitene ytterligere mot pulverisering og knusing er det også anordnet en ringformet pute 50 av skum som omgir tennkapselen 34, og som i tillegg til å beskytte bitene også gir en alternativ bane for flammen fra tennkapselen i det eventuelle tilfelle at huset for tennkapselen brister i veggen i stedet for i enden ved antennelsen. Det henvises til det nevnte patent med hensyn til egenskapene til polyuretanskummet. Patentet beskriver også de elektriske egenskaper ved en egnet tennkapsel og egenskapene for tennere, trykk og så videre.

I det følgende skal beskrives nærmere den tetningsanordning som inngår i den foreliggende oppfinnelse.

Av fig. 2 fremgår at den lukkede ende 30 av røret 26 også er utstyrt med en ringformet forlengelse 52 i radial avstand fra det innsnevrede parti 32. Forlengelsen 52

har et ringformet spor 54 som inneholder en tetningsring 56.. Bredden og bunndiameteren til sporet 54 samt tverr-snittsdimensjonene tii ringen 56 er slik valgt at ringen både gir god tetning mot den koniske flaten 22 i dysen og virker til å .holde tennanordningen 24 på plass i det innsnevrede parti av dysen. Den innover rettede kraft på grunn av den radiale kompresjon av ringen gir god tette-virkning, og hindrer at fuktighet kan passere mellom dysen og tennanordningen. Videre, fordi ringen trykker mot den koniske flaten 22, oppstår det aksialt rettede kraftkompo-nenter som bevirker at segmentene 42 holdes tett inntil den

koniske flaten 18 i dysen.

Ved montering av rakettmotoren tøyes ringen 56, som er på-ført et tynt lag av et passende smøremiddel, og føres inn på den lukkede ende av røret, og anbringes i sporet 54. Hele tennanordningen 24 trykkes inn i det innsnevrede parti 20 av dysen, inntil segmentene 42 ligger trykket mot den koniske flaten 18. Derved er ringen 56 ført bakover forbi det område i dysen som har minst diameter, og trykker mot den koniske flaten 22 i ekspansjonsdelen av dysen, og tet-ter således effektivt mot dysen og holder tennanordningen 24 på plass.

Claims (2)

1. Rakettmotor som omfatter en dyse med et innsnevret parti samt en tennanordning festet i det innsnevrede parti, idet dysen har to flater som divergerer i hver sin retning fra det innsnevrede parti, hvilken tennanordning omfatter et rør med en lukket ende, anbragt i det innsnevrede parti av dysen med den lukkede ende bakover, og idet en elektrisk tennkapsel befinner seg i den lukkede ende av røret, som inneholder en tennladning og midler tilknyttet den motsatte ende av røret for å holde ladningen på plass, idet festeorganer er festet til røret i et område i avstand fra den lukkede ende, ragende utover fra dette, og har anlegg mot den forover divergerende flate i dysen,karakterisert vedat det på røret (26), nær den lukkede ende, er anordnet et ringformet spor (54) samt en elastisk tetningsring (56) i sporet, hvilken ring rager utover fra dette, og trykker tettende mot den bakover divergerende flate (22) i dysen, for sammen med feste-organene å holde tennanordningen (24) på plass i dysen.

2. Rakettmotor som angitt i krav 1,karakterisert vedat tetningsringen (56) er en O-ring av elastomert material.