WO2013004259A1 - Vorrichtung zum abbrennen von treibstoffen oder explosivstoffen - Google Patents

Vorrichtung zum abbrennen von treibstoffen oder explosivstoffen Download PDF

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WO2013004259A1
WO2013004259A1 PCT/EP2011/003376 EP2011003376W WO2013004259A1 WO 2013004259 A1 WO2013004259 A1 WO 2013004259A1 EP 2011003376 W EP2011003376 W EP 2011003376W WO 2013004259 A1 WO2013004259 A1 WO 2013004259A1
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temperature
pressure
fuel
tight barrier
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PCT/EP2011/003376
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Karl Bauer
Andreas Hacker
Detlev Friedemann
Claudia RIENÄCKER
Hans Weigand
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Bayern-Chemie Gesellschaft Für Flugchemische Antriebe Bmh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B39/00—Packaging or storage of ammunition or explosive charges; Safety features thereof; Cartridge belts or bags
    • F42B39/14—Explosion or fire protection arrangements on packages or ammunition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/08—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
    • F02K9/32—Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/38—Safety devices, e.g. to prevent accidental ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/95—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by starting or ignition means or arrangements

Definitions

  • the invention relates to a device for burning off fuels or explosives according to the preamble of claim 1.
  • Trigger temperature however, passively, so behave without any risk of unwanted inflammation.
  • Substance determines the triggering temperature and, at the same time, the extent of the exothermic reaction. However, there are only a few substances that meet these requirements. This applies a fortiori, if both substances only react exothermically to the required extent in the molten state.
  • Ignition temperatures is suitable.
  • a device for burning off fuels and explosives having a release temperature which is below the autoignition temperature of the fuel and explosive.
  • the device according to the invention has at least two mutually exothermic
  • At least one first substance is present below the triggering temperature of the device in a liquid state of aggregation.
  • the first substance is separated from at least one second substance by at least one pressure-tight barrier.
  • the second substance may be in the solid state at the initiation temperature. It then preferably has a large surface area and can then be powdered, for example.
  • the first substance is preferably at room temperature, in particular even at the maximum allowable storage and operating temperature of the rocket, so the fuel, or the maximum allowable storage and operating temperature of
  • the melting point of the first substance may also be only a few degrees Celsius, ie, for example, only 10 ° C or less below the triggering temperature.
  • the solid propellant of a rocket motor is designed to burn approximately continuously when the mass of the propellant is at a relatively low temperature.
  • a hard rocket engine for example, by a fire on the
  • Auto-ignition temperature of, for example, 160 ° or more is heated, a deflagration may also occur explosion.
  • the triggering temperature ie the temperature at which the device according to the invention is triggered, should be as far as possible from the maximum permissible storage and operating temperature of the fuel or explosive, for example + 70 ° C, but also as far as possible from the autoignition temperature of the fuel or explosive lie away. at
  • the desired release temperature is at least 90 ° C, in particular at least 100 ° C and at most 150 ° C, in particular at most 130 ° C. The more one man when the triggering temperature reaches the autoignition temperature, the more violent a potential explosive reaction can be. This will ensure that the fuel or
  • Front side so are arranged opposite the nozzle of the rocket, located in the rocket fuel can be specifically ignited at a certain temperature.
  • Tripping temperature is therefore preferably below the
  • pressure-tight barrier at least one material whose
  • Melting temperature is at least equal to the operating temperature of the device.
  • the material of the barrier melts, whereby the liquid of the first substance flows to the second substance, mixes with the second substance and there is an exothermic reaction in which heat, hot particles and / or a hot gas flow to Ignition of the fuel or
  • the pressure-tight barrier has at least one through-flow opening.
  • the fusible material preferably has a melting temperature equal to the release temperature of the device.
  • the material melts, so that the first substance comes into contact with the second substance through the flow-through opening and mixes with it, resulting in an exothermic reaction of the two substances.
  • heat is released and / or hot particles and / or a hot
  • the pressure-tight barrier is formed by at least one membrane which comprises a piercing device.
  • the membrane is pierced when moving the membrane by means of the piercing device, whereby the first substance, which is in the liquid state at the triggering temperature comes in contact with the second substance, mixed with this and it comes to an exothermic reaction, in which heat, hot particles and / or a hot gas flow are released.
  • the pressure-tight barrier is formed by a seal.
  • Sealing has at least one through-flow opening, which is closed up to the release temperature of the device by a respective piston.
  • the seal is preferably designed to be movable and separates the first substance below the triggering temperature of the second substance.
  • the one or more pistons are firmly connected to the device in one embodiment and close below the release temperature of the device, the flow-through opening of the seal. If the internal pressure in the area of the first substance increases, the Seal moved so that the piston the
  • Substance comes into contact with the second substance.
  • the piston by a solder body to a shift
  • this has a plurality of pressure-tight barriers, which in one or more of the embodiments of the barrier described above
  • the device has several
  • Barrier comprises a material whose melting temperature is at least equal to the release temperature of the device, and at least one second barrier, which is formed by a membrane comprising a piercing device, wherein at least a third barrier has a seal with a flow opening, which below the
  • At least one further barrier has at least one through opening, which is closed with a material which is a
  • the pressure-tight barriers can be in different
  • the device has a high security against unwanted triggering of the device. Also at Combination of multiple barriers is a trip secured on reaching the trip temperature, so that the
  • Fuels or explosives can burn off in a controlled manner.
  • At least one first substance below the triggering temperature of the device has a higher pressure than at least one second substance.
  • first substance may come in case of elimination of the barrier or upon opening of the barrier in contact with the second substance and mix with the second substance, wherein it to a
  • the device is in one
  • Combustion chamber of a rocket arranged in particular a solid rocket.
  • Combustion chamber of the rocket of fuel or explosive arranged so that the fuel through the exothermic
  • the device has an opening provided with a closure.
  • the closure preferably comprises a material which is used in the
  • the opening is released and hot particles of the substances located inside the device can escape from the device.
  • the escaping hot particles ignite the fuels or explosives present in the combustion chamber of the rocket. It is possible to use the device described above also in other pyrotechnic components in which an early targeted inflammation is desirable at external slow heating.
  • Figure 1 shows a section through an embodiment of the
  • Figure 2 is a section through a rocket motor
  • FIG. 1 shows schematically a section through a device 1, in which the housing 2 of the device 1 is divided by means of a partition wall 3 into two separate chambers. In the left chamber there is a first substance 5, in the right chamber a second substance 6. The first substance 5 is below the triggering temperature as a liquid.
  • the exothermic reaction of the first substance with the second substance may be, for example, an oxidation reaction, a neutralization or a hydration. So can
  • a reducing agent for example, a sugar melting below the triggering temperature, glycerine or the like with an oxidizing agent such as a sugar
  • a Acid such as hydrochloric acid or a mixture of an acid with another substance, which is below the
  • Triggering temperature is liquid, with a base, such as an alkali metal hydroxide, such as sodium hydroxide, react, so take place an exothermic neutralization reaction. It is also possible, for example, water or an aqueous mixture z. B. with an alkali or alkaline earth metal oxide, such as calcium oxide implement, so an exothermic hydration reaction
  • Propellant for example, water below the
  • Triggering temperature is present as water vapor to the first
  • the dividing wall 3 has two flow-through openings 14, which are closed by pressure-tight barriers 7.
  • the pressure-tight barriers 7 are preferably made of a material that melts at the release temperature of the device 1 and the flow openings 14 releases.
  • the pressure-tight barrier 7 may consist of a low-melting solder, for example, a bismuth and / or lead-containing solder.
  • the first substance 5 and the second substance 6 can be combined
  • the device 1 has an outlet opening 12 in the region of the outer wall of the right chamber, which in the ground state with a closure. 4
  • the shutter 4 is made of a material that melts at the triggering temperature of the device 1.
  • This may be a low-melting, for example bismuth and / or lead-containing solder.
  • This may be a low-melting, for example bismuth and / or lead-containing solder.
  • FIG. 2 is a schematic section through a
  • Rocket motor 9 shown.
  • a device 1 is arranged in the end region of the combustion chamber 8, as shown for example in Figures 1, 3 and 4.
  • the device 1 is in the immediate vicinity of that in the
  • Combustion chamber 8 of the rocket motor 9 arranged fuel 13 is positioned. Due to the exothermic reaction inside the device 1, the arranged in the combustion chamber 8 of the rocket motor 9 fuel 13 below the
  • Rocket motor 9 can come from the outside.
  • the present in the combustion chamber 8 of the rocket motor 9 fuel 13 can be any one of the rocket motor 9 fuel 13.
  • the Fuel 13 ignited by the hot housing 2 of the device 1.
  • FIG. 3 schematically shows a further embodiment of the device 1, in which the pressure-tight barrier is formed by a membrane 10 which separates the first substance 5 from the second substance 6. Upon reaching the release temperature of the device 1, the first substance 5 has expanded so far that the membrane 10 in contact with a
  • Penetration device 11 comes, wherein the membrane 10 is at least partially pierced. After piercing the membrane 10, the first substance 5 present in the liquid state of aggregation comes into contact with the second substance 6. The first 5 and the second 6 substance react exothermically with one another, wherein heat is generated.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the device 1, in which the pressure-tight barrier is formed by a piston 16 and a seal 15.
  • the seal 15 separates the first substance 5 from the second substance 6.
  • the flow-through opening 14 of the seal 15 is closed in the ground state by a piston 16. Upon reaching the
  • Throughflow opening 14 is opened from a certain expansion volume of the first substance 5.
  • the first substance 5 comes in contact with the second substance 6, wherein an exothermic
  • Reaction occurs in which heat, hot particles and / or a hot gas flow are released.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Abbrennen von Treibstoffen oder Explosivstoffen angegeben, die eine Auslösetemperatur aufweist, die unterhalb der Selbstentzündungstemperatur des Treibstoffes oder Explosivstoffes liegt. Die Vorrichtung (1) weist mindestens zwei miteinander exotherm reagierende Substanzen (5, 6), wobei mindestens eine erste Substanz (5) unterhalb der Auslösetemperatur der Einrichtung in einem flüssigen Aggregatszustand vorliegt und von mindestens einer zweiten Substanz (6) durch mindestens eine druckdichte Barriere (7) getrennt ist.

Description

Vorrichtung zum Abbrennen von Treibstoffen oder
Explosivstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abbrennen von Treibstoffen oder Explosivstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vor allem Festtreibstoffe für Raketen haben oft die
Eigenschaft, dass sie bei höherer Temperatur schneller
abbrennen und unter Umständen sogar detonieren. Wird der
Treibstoff durch einen Unglücksfall, beispielsweise bei einem Brand auf einem Flugzeugträger langsam von außen bis zur
Selbstentzündungstemperatur erhitzt, kann es vorkommen, dass der gesamte Treibstoff sich schlagartig entzündet und wie ein Detonationsstoff detoniert, mit oft verheerenden Auswirkungen auf Mensch und Umgebung. Um ein solches Unglück zu vermeiden, nimmt man, bevor die Detonation auftritt, lieber einen
gezielten Abbrand des Treibstoffs in Kauf.
Um einen Abbrand des Raketenmotors unterhalb der
Selbstentzündungstemperatur des Treibstoffs herbeizuführen, ist es bekannt, in Raketenmotoren Frühzündeinrichtungen vorzusehen, die den Treibstoff bei einer definierten
Auslösetemperatur entzünden, sich unterhalb der
Auslösetemperatur jedoch passiv, also ohne jeglicher Gefahr einer ungewollten Entzündung verhalten.
Aus US 5,959,235 A ist eine Vorrichtung zum Abbrennen eines Treibstoff- oder Explosivstoffs nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 bereits bekannt.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Dabei ist die eine Substanz in die andere Substanz
eingebettet, mit der sie exotherm reagiert. Die Reaktion der beiden Substanzen erfolgt, wenn wenigstens eine geschmolzen ist und sich mit der anderen vermischt, um exotherm zu
reagieren. D. h. der Schmelzpunkt der wenigstens einen
Substanz bestimmt die Auslösetemperatur und damit zugleich das Ausmaß der exothermen Reaktion. Es gibt jedoch nur wenige Substanzen, die diese Voraussetzungen erfüllen. Dies gilt erst recht, wenn beide Substanzen erst im geschmolzenen Zustand im erforderlichen Ausmaß exotherm reagieren.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Abbrennen von Treibstoff oder Explosivstoffen anzugeben, die zuverlässig bei einer bestimmten Temperatur den Treibstoff gezielt entzündet, unterhalb dieser Temperatur jedoch
keinerlei Reaktion hervorruft und für eine Vielzahl von
Zündtemperaturen geeignet ist.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Abbrennen von Treibstoffen und Explosivstoffen mit einer Auslösetemperatur angegeben, die unterhalb der Selbstentzündungstemperatur des Treibstoffes und Explosivstoffes liegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens zwei miteinander exotherm
reagierende Substanzen auf. Mindestens eine erste Substanz liegt unterhalb der Auslösetemperatur der Vorrichtung in einem flüssigen Aggregatszustand vor. Die erste Substanz ist von mindestens einer zweiten Substanz durch mindestens eine druckdichte Barriere getrennt. Die zweite Substanz kann bei der Auslösetemperatur im festen Aggregatszustand vorliegen. Sie weist dann vorzugsweise eine große Oberfläche auf und kann dann z.B. pulverförmig sein.
Die erste Substanz liegt vorzugsweise bei Raumtemperatur, insbesondere auch noch bei der maximal zulässigen Lager- und Betriebstemperatur der Rakete, also des Treibstoffs, oder der maximal zulässigen Lager- und Betriebstemperatur des
Explosivstoffs, vorzugsweise in fester Form vor, um zu
verhindern, dass sie bei dieser Temperatur beispielsweise durch Undichtigkeiten der Barriere mit der zweiten Substanz reagiert .
Das heißt, der Schmelzpunkt der ersten Substanz kann auch nur wenige Grad Celsius, also beispielsweise lediglich 10°C oder weniger unter der Auslösetemperatur liegen.
Beispielsweise ist der Feststofftreibsatz eines Raketenmotors so ausgelegt, dass er annähernd kontinuierlich abbrennt, wenn sich die Masse des Treibsatzes auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur befindet. Wenn ein Fest Stoffraketenmotor dagegen beispielsweise durch einen Brand auf die
Selbstentzündungstemperatur von beispielsweise 160° oder mehr erwärmt wird, kann eine Deflagration ggf. auch Explosion auftreten .
Die Auslösetemperatur, also die Temperatur, bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgelöst wird, soll möglichst weit von der maximal zulässigen Lager- und Betriebstemperatur des Treibstoffs bzw. Explosivstoffs von beispielsweise +70°C, aber auch möglichst weit von der Selbstentzündungstemperatur des Treibstoffs bzw. Explosivstoffs entfernt liegen. Bei
Raketentreibstoffen liegt die gewünschte Auslösetemperatur dabei bei mindestens 90°C, insbesondere mindestens 100°C und höchstens 150°C, insbesondere höchstens 130°C. Um so mehr man mit der Auslösetemperatur an die Selbstentzündungstemperatur kommt, um so heftiger kann eine mögliche, explosive Reaktion ausfallen . Damit wird sichergestellt, dass der Treibstoff oder
Explosivstoff unterhalb der Selbstentzündungstemperatur des Treibstoffes gezielt und kontrolliert abgebrannt wird.
Durch eine exotherme Reaktion zweier Substanzen, die an einer bestimmten Position des Brennraums der Rakete, z.B. der
Stirnseite, also gegenüber der Düse der Rakete, angeordnet sind, kann der in der Rakete befindliche Treibstoff gezielt bei einer bestimmten Temperatur entzündet werden. Die
Auslösetemperatur liegt also vorzugsweise unterhalb der
Selbstentzündungstemperatur des Treibstoffs oder
Explosivstoffs, bei der sich diese für gewöhnlich passiv verhalten und die Gefahr einer ungewollten Entzündung nicht vorliegt . In einer Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die
druckdichte Barriere wenigstens ein Material, dessen
Schmelztemperatur wenigstens gleich der Auslösetemperatur der Vorrichtung ist. Bei der Auslösetemperatur der Vorrichtung schmilzt das Material der Barriere, wodurch die Flüssigkeit der ersten Substanz zu der zweiten Substanz strömt, sich mit der zweiten Substanz vermischt und es zu einer exothermen Reaktion kommt, bei der Wärme, heiße Partikel und/oder eine heiße Gasströmung zur Entzündung des Treibstoffs bzw.
Explosivstoffs entsteht.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die druckdichte Barriere mindestens eine Durchströmöffnung auf. Die
Durchströmöffnung ist beispielsweise als ein zu beiden Seiten der Barriere offener Kanal ausgebildet, der mit einem schmelzbaren Material verschlossenen ist. Das schmelzbare Material weist vorzugsweise eine Schmelztemperatur auf, die gleich der Auslösetemperatur der Vorrichtung ist. Beim
Erreichen der Auslösetemperatur schmilzt das Material, sodass die erste Substanz durch die Durchströmöffnung in Kontakt mit der zweiten Substanz kommt, sich mit dieser vermischt und es zu einer exothermen Reaktion der beiden Substanzen kommt . Bei der exothermen Reaktion der beiden Substanzen wird Wärme freigesetzt und/oder heiße Partikel und/oder eine heiße
Gasströmung, die aus der Vorrichtung entweichen und damit den Treibstoff bzw. Explosivstoff entzünden.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist die druckdichte Barriere durch wenigstens eine Membran gebildet, die eine Durchstoßeinrichtung umfasst. Durch die Durchstoßvorrichtung wird die Membran beim Verschieben der Membran mit Hilfe der Durchstoßvorrichtung durchstoßen, wodurch die erste Substanz, die bei der Auslösetemperatur im flüssigen Aggregatszustand vorliegt, in Kontakt mit der zweiten Substanz kommt, sich mit dieser vermischt und es zu einer exothermen Reaktion kommt, bei der Wärme, heiße Partikel und/oder eine heiße Gasströmung freigesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist die druckdichte Barriere durch eine Abdichtung gebildet. Die
Abdichtung weist wenigstens eine Durchströmöffnung auf, die bis zur Auslösetemperatur der Vorrichtung durch jeweils einen Kolben verschlossen ist. Die Abdichtung ist vorzugsweise beweglich ausgebildet und trennt die erste Substanz unterhalb der Auslösetemperatur von der zweiten Substanz. Der oder die Kolben sind in einer Ausführungsform fest mit der Vorrichtung verbunden und verschließen unterhalb der Auslösetemperatur der Vorrichtung die Durchströmöffnung der Abdichtung. Erhöht sich der Innendruck im Bereich der ersten Substanz, wird die Abdichtung verschoben, so dass der Kolben die
Durchströmöffnung der Abdichtung freigibt und die erste
Substanz in Kontakt mit der zweiten Substanz kommt. Dabei kann der Kolben durch einen Lotkörper an einer Verschiebung
gehindert werden, sodass das nach Schmelzen des Lotkörpers bei der Auslösetemperatur eine Verschiebung des Kolbens ermöglicht wird .
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung weist diese mehrere druckdichte Barrieren auf, die in einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Barriere
ausgebildet sind.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung mehrere
druckdichte Barrieren auf, bei der wenigstens eine erste
Barriere ein Material umfasst, dessen Schmelztemperatur wenigstens gleich der Auslösetemperatur der Vorrichtung ist, sowie wenigstens eine zweite Barriere, die durch eine Membran gebildet ist, die eine Durchsto Vorrichtung umfasst, bei der wenigstens eine dritte Barriere eine Abdichtung mit einer Durchströmöffnung aufweist, die unterhalb der
Auslösetemperatur der Vorrichtung mit einem Kolben
verschlossen ist und/oder bei der wenigstens eine weitere Barriere mindestens eine durchgehende Öffnung aufweist, die mit einem Material verschlossen ist, das eine
Schmelztemperatur aufweist, die gleich der Auslösetemperatur der Vorrichtung ist.
Die druckdichten Barrieren können in verschiedenen
Ausführungsformen und in beliebiger Reihenfolge miteinander kombiniert werden. Durch die Kombination mehrerer, nach unterschiedlichen Prinzipien arbeitenden, druckdichter
Barrieren weist die Vorrichtung eine hohe Sicherheit gegenüber einer ungewollten Auslösung der Vorrichtung auf. Auch bei Kombination von mehreren Barrieren ist eine Auslösung bei Erreichen der Auslösetemperatur gesichert, so dass die
Treibstoffe oder Explosivstoffe kontrolliert abbrennen können.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung weist mindestens eine erste Substanz unterhalb der Auslösetemperatur der Vorrichtung einen höheren Druck auf als mindestens eine zweite Substanz.
Durch die unter erhöhtem Druck stehende erste Substanz kann diese bei einem Wegfall der Barriere bzw. bei einem Öffnen der Barriere in Kontakt mit der zweiten Substanz kommen und sich mit der zweiten Substanz vermischen, wobei es zu einer
exothermen Reaktion kommt, bei der Wärme, heiße Partikel und/oder eine heiße Gasströmung entsteht.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung in einem
Brennraum einer Rakete, insbesondere einer Feststoffrakete angeordnet .
In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist in einem
Brennraum der Rakete der Treibstoff oder Explosivstoff derart angeordnet, dass sich der Treibstoff durch die exotherme
Reaktion der wenigstens zwei Substanzen in der Vorrichtung unterhalb der Selbstentzündungstemperatur entzündet.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Öffnung auf, die mit einem Verschluss versehen ist. Der Verschluss umfasst vorzugsweise ein Material, das bei der
Auslösetemperatur der Vorrichtung schmilzt. Durch das
Schmelzen des Verschlusses wird die Öffnung freigegeben und heiße Partikel der im Inneren der Vorrichtung befindlichen Substanzen können aus der Vorrichtung austreten. Durch die austretenden heißen Partikel werden die in dem Brennraum der Rakete vorliegenden Treibstoffe oder Explosivstoffe entzündet. Es ist möglich, die zuvor beschriebene Vorrichtung auch bei weiteren pyrotechnischen Komponenten einzusetzen, bei denen eine frühzeitige gezielte Entzündung bei äußerer langsamer Erwärmung erwünscht ist.
Die oben beschriebene Vorrichtung wird anhand beigefügter Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen, jeweils schematisch
Figur 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der
Vorrichtung; Figur 2 einen Schnitt durch einen Raketenmotor;
Figuren 3 und 4 einen Schnitt durch weitere Ausführungsformen der Vorrichtung. In Figur 1 ist schematisch ein Schnitt durch eine Vorrichtung 1 dargestellt, bei der das Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 mittels einer Trennwand 3 in zwei voneinander getrennte Kammern aufgeteilt ist. In der linken Kammer befindet sich eine erste Substanz 5, in der rechten Kammer eine zweite Substanz 6. Die erste Substanz 5 liegt unterhalb der Auslösetemperatur als Flüssigkeit vor.
Die exotherme Reaktion der ersten Substanz mit der zweiten Substanz kann beispielsweise eine Oxidationsreaktion, eine Neutralisation oder eine Hydratation sein. So kann
beispielsweise ein Reduktionsmittel, beispielsweise ein unterhalb der Auslösetemperatur schmelzender Zucker, Glyzerin oder dergleichen mit einem Oxidationsmittel , wie einem
Alkalipermanganat erfolgen. Ferner kann beispielsweise eine Säure, wie Salzsäure oder ein Gemisch aus einer Säure mit einer anderen Substanz, welches unterhalb der
Auslösetemperatur flüssig ist, mit einer Base, beispielsweise einem Alkalihydroxyd, wie Natriumhydroxyd, reagieren, also eine exotherme Neutralisationsreaktion erfolgen. Auch ist es möglich, beispielsweise Wasser oder ein wässriges Gemisch z. B. mit einem Alkali- oder Erdalkalimetalloxid, wie Kalziumoxid umzusetzen, also eine exotherme Hydratationsreaktion
durchzuführen .
Dabei enthält vorzugsweise die erste Substanz 5 ein
Treibmittel, beispielsweise Wasser, das unterhalb der
Auslösetemperatur als Wasserdampf vorliegt, um die erste
Substanz 5 durch Druckerhöhung durch die Durchströmöffnungen 14 in die Kammer mit der zweiten Substanz 6 zu befördern.
Die Trennwand 3 weist in der dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1 zwei Durchströmöffnungen 14 auf, die durch druckdichte Barrieren 7 verschlossen sind. Die druckdichten Barrieren 7 sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das bei der Auslösetemperatur der Vorrichtung 1 schmilzt und die Durchströmöffnungen 14 freigibt. Die druckdichte Barriere 7 kann dabei aus einem niedrig schmelzenden Lot bestehen, beispielsweise einem Wismut- und/oder Blei-haltigem Lot.
Nach dem Schmelzen der druckdichten Barriere 7 können sich die erste Substanz 5 und die zweite Substanz 6 miteinander
vermischen. Da die erste Substanz 5 als Flüssigkeit vorliegt, treten die erste Substanz 5 und die zweite Substanz 6 sofort in Kontakt. Die erste Substanz 5 und die zweite Substanz .6 reagieren bei Kontakt exotherm miteinander, wobei es zu einer Wärmeabgabe kommt, die die Vorrichtung 1 erwärmt. In der dargestellten Ausführungsform weist die Vorrichtung 1 eine Austrittsöffnung 12 im Bereich der Außenwand der rechten Kammer auf, die im Grundzustand mit einem Verschluss 4
verschlossen ist. Der Verschluss 4 besteht aus einem Material, das bei der Auslösetemperatur der Vorrichtung 1 schmilzt.
Dabei kann es sich um ein niedrig schmelzendes, beispielsweise Wismut- und/oder Blei-haltiges Lot handeln. Bei der Reaktion der ersten 5 und der zweiten 6 Substanz kommt es zu einer Druckerhöhung im Inneren der Vorrichtung 1, wodurch heiße Partikel und/oder Gase der ersten 5 und der zweiten 6 Substanz und/oder Reaktionsprodukte dieser Substanzen durch die bei der Auslösetemperatur offene Austrittsöffnung 4 aus der
Vorrichtung 1 austreten können. In Figur 2 ist schematisch ein Schnitt durch einen
Raketenmotor 9 dargestellt. Im Brennraum 8 des Raketenmotors 9 ist im Stirnbereich des Brennraums 8 eine Vorrichtung 1 angeordnet, wie sie beispielsweise in den Figuren 1, 3 und 4 dargestellt ist.
Die Vorrichtung 1 ist in unmittelbarer Nähe des in dem
Brennraum 8 des Raketenmotors 9 angeordneten Treibstoffes 13 positioniert. Durch die exotherme Reaktion im Inneren der Vorrichtung 1 wird der in dem Brennraum 8 des Raketenmotors 9 angeordnete Treibstoff 13 unterhalb der
Selbstentzündungstemperatur des Treibstoffes 12 gezielt entzündet, sodass dieser kontrolliert abbrennen kann ohne dass es zu einer ungewollten detonationsartigen schnellen
Verbrennung des Treibstoffes 13 bei Erwärmung des
Raketenmotors 9 von außen kommen kann. Der in dem Brennraum 8 des Raketenmotors 9 vorliegende Treibstoff 13 kann
beispielsweise durch aus der Vorrichtung 1 austretende heiße Partikel oder Gase der in der Vorrichtung 1 exotherm
reagierenden Substanzen entzündet werden. Alternativ wird der Treibstoff 13 durch das heiße Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 entzündet .
Figur 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1, bei der die druckdichte Barriere durch eine Membran 10 gebildet ist, die die erste Substanz 5 von der zweiten Substanz 6 trennt. Bei Erreichen der Auslösetemperatur der Vorrichtung 1, hat sich die erste Substanz 5 soweit ausgedehnt, dass die Membran 10 in Kontakt mit einer
Durchstoßvorrichtung 11 kommt, wobei die Membran 10 wenigstens teilweise durchstoßen wird. Nach dem Durchstoßen der Membran 10 kommt die im flüssigen Aggregatszustand vorliegende erste Substanz 5 in Kontakt mit der zweiten Substanz 6. Die erste 5 und die zweite 6 Substanz reagieren exotherm miteinander, wobei es zu einer Wärmeentwicklung kommt.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 dargestellt, bei der die druckdichte Barriere durch einen Kolben 16 und eine Abdichtung 15 gebildet sind. Die Abdichtung 15 trennt die erste Substanz 5 von der zweiten Substanz 6. Die Durchströmöffnung 14 der Abdichtung 15 ist im Grundzustand durch einen Kolben 16 verschlossen. Bei Erreichen der
Auslösetemperatur der Vorrichtung 1 hat sich die erste
Substanz 5 soweit ausgedehnt, dass die Abdichtung 15 in
Richtung der zweiten Substanz 6 verschoben ist, wobei die
Durchströmöffnung 14 ab einem gewissen Ausdehnungsvolumen der ersten Substanz 5 geöffnet wird. Die erste Substanz 5 kommt in Kontakt mit der zweiten Substanz 6, wobei eine exotherme
Reaktion stattfindet, bei der Wärme, heiße Partikel und/oder eine heiße Gasströmung frei werden.
Obwohl in der Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte
Anzahl möglicher Weiterbildungen der Vorrichtung beschrieben werden konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich, dass beispielsweise mehrere Figuren 1, 3 und 4 dargestellte druckdichte Barrieren miteinander kombiniert werden können und in beliebiger Reihenfolge hintereinander für eine sichere Trennung der ersten und zweiten Substanz voneinander innerhalb der Vorrichtung sorgen.
Bezugs zeichenliste
1 Vorrichtung
2 Gehäuse der Vorrichtung 1
3 Trennwand
4 Verschluss
5 erste Substanz
6 zweite Substanz
7 Barriere
8 Brennraum
9 Raketenmotor
10 Membran
11 DurchstoßVorrichtung
12 Austrittsöffnung
13 Treibstoff
14 Durchströmöffnung
15 Abdichtung
16 Kolben

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung (1) zum Abbrennen von Treibstoffen (13) oder Explosivstoffen mit einer Auslösetemperatur, die
unterhalb der Selbstentzündungstemperatur des
Treibstoffes (13) oder Explosivstoffes liegt, die
mindestens zwei miteinander exotherm reagierende
Substanzen (5, 6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Substanz (5) unterhalb der
Auslösetemperatur der Einrichtung in einem flüssigen Aggregatszustand vorliegt und von mindestens einer zweiten Substanz (6) durch mindestens eine druckdichte Barriere (7) getrennt ist, wobei die druckdichte Barriere (7) bei Erreichen der Auslösetemperatur einen Kontakt zwischen der ersten Substanz (5) und der zweiten Substanz (16) zulässt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die druckdichte Barriere (7) wenigstens ein Material umfasst, dessen Schmelztemperatur wenigstens gleich der Auslösetemperatur der Vorrichtung (1) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die druckdichte Barriere (7) mindestens eine
Durchströmöffnung (14) aufweist, die mit einem Material verschlossen ist, das eine Schmelztemperatur aufweist, die gleich der Auslösetemperatur der Vorrichtung (1) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die druckdichte Barriere (7) durch wenigstens eine
Membran (10) gebildet ist, die eine Durchstoßeinrichtung (11) umfasst.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die druckdichte Barriere (7) durch eine Abdichtung (15) gebildet ist, die wenigstens eine Durchströmöffnung (14) aufweist, wobei die Durchströmöffnung (14) bis zur
Auslösetemperatur der Vorrichtung (1) durch einen Kolben (16) verschlossen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese mehrere druckdichte Barrieren (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 5 aufweist .
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste
Substanz (5) , unterhalb der Auslösetemperatur der
Vorrichtung (1) unter einem höheren Druck steht, als die mindestens eine zweite Substanz (6) .
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Brennraum (8) einer Feststoffrakete angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Brennraum (8) vorliegende Treibstoff (13) derart angeordnet ist, dass sich der Treibstoff (13) durch die exotherme Reaktion der wenigstens zwei
Substanzen (5, 6) in der Vorrichtung (1) entzündet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Austrittsöffnung (12) aufweist, die mit einem Verschluss (4) versehen ist, der ein Material umfasst, das bei der Auslösetemperatur der Vorrichtung (1)
schmilzt .
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Brennraum (8) vorliegende Treibstoff (13) durch aus der Austrittsöffnung (12) austretende heiße Partikel und/oder eine aus der Austrittsöffnung (12) austretende heiße Gasströmung entzündbar ist.
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