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Pulverraketenantrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen Pulverraketenantrieb
mit wenigstens zwei die Haupt- und die Zusatztreibladung bildenden, durch eine Schutzschicht
gegenüber den Metallteilen isolierten Pulverblöcken, von denen der äußere mittels
der Schutzschicht an der inneren Wandung des rohrförmigen Raketengehäuses gehalten
wird.
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Um eine gleichmäßige und sichere Wirkungsweise eines Raketenantriebs
zu erreichen, ist ein gleichmäßiges und kontinuierliches Abbrennen des den Antrieb
der Rakete bildenden Treibmittels erforderlich. Bei mit flüssigen Brennstoffen betriebenen
Raketen wird diese Konstanz der gespeisten Brennstoffmenge durch eine entsprechend
dimensionierte Pumpe und Einspritzdüse in einfachster Weise erreicht. Bei den mit
festen Brennstoffen arbeitenden Reaktionsantrieben wird dagegen eine gleichmäßige
Verbrennung durch eine entsprechende chemische Zusammensetzung der Pulvermasse erreicht.
Diese Antriebe arbeiten vollkommen einwandfrei, wenn der oder die in dem Antrieb
untergebrachten Pulverblöcke fest gelagert sind, so daß bei den unter Umständen
auftretenden plötzlichen Beschleunigungen oder Verzögerungen kleine den Pulverblock
aus seiner Halterung lösende Kraft wirksam werden kann. Hieraus ergibt sch schon,
daß die einwandfreie Wirkungsweise eines Raketenantriebes wesentlich von der Befestigungsart
der Treibladung abhängt.
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Bisher wurden die Pulverblöcke auf Rosten gelagert oder mittels mechanischer
Aufhängevorrichtungen aufgehängt. Auch ist es bekannt, die Pulverblöcke in Metallhülsen
einzupressen und zu einer Ringform zu bohren. Jedoch dehnen sich die Metallteile
bei Verbrennen des Pulvers, so daß die Ladung nicht mehr festsitzt. Es hat sioh
somit gezeigt, daß diese Befestigungsarten nicht den an sie zu stellenden Anforderungen
entsprechen. Durch örtliche Verschiebungen des Treibsatzes wird die Verbrennung
des Treibmittels teilweise beschleunigt oder verhindert oder die Ladungen zerplatzen
sogar unter dem Ruck beim Abtuen des Schusses. Die durch die freiwerdende große
Pulver- und Verbrennungsoberfläche hervorgerufenen erheblichen Überdrücke führen
häufig zu Explosionen des gesamten Treibsatzes, die sowohl für die einwandfreie
Wirkung der Rakete nachteilig sind als auch die die Rakete Bedienenden gefährdet.
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Um all diese Nachteile zu vermeiden, schlägt die Erfindung vor, daß
die die Zusatztreibladung bildenden Innen- -oder Zwischenblöcke mittels der Schutzschicht
um' öder an einem an einem vorderen Absehlußstöpfen des Gehäuses befestigten Tragkörper
angeklebt sind.
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Hierdurch wird ein Pulverraketenantrieb geschaffen, der genauso sicher
und zuverlässig wie der Antrieb einer Flüssigkeitsrakete arbeitet und keine Gefahr
für das Bedienungspersonal bedeutet noch die bisher in Kauf genommenen Unsicherheitsfaktoren
aufweist und außerdem gegenüber den. bekannten Anordnungen leichter ist, weil die
bisher notwendige Verwendung von sch-,veren Elementen, wie der bei den üblichen
Raketenantrieben verwendeten Roste, in Fortfall kommt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung
an Hand der Zeichnungen hervor. Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 bis 4 Längsschnitte
durch erfindungsgemäße Raketenantriebe und Fig. 5 einen Querschnitt durch den Antrieb
gemäß Fig. 4.
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Der erfindungsgemäße Raketenantrieb besteht aus einem röhrenförmigen
Gehäuse 1, einem vorderen Abschlußstopfen 2, einer Düse 3 und einem Düsenschraubenring
4. Dieser Schraubring hält eine Abscherplatte 5, die nicht wie bei den üblichen
Raketenantrieben eben, sondern, vom Inneren des Antriebes aus gesehen, konvex gewölbt
ist. Hierdurch ergibt sich eine größere Steifigkeit, und als Werkstoff für die Platte
kann eine Leichtmetallegierung verwendet werden, so daB deren Gewicht verringert
wird, mit dem Vorteil, daß die Schleuderweite der Platte im Augenblick des
Abschusses
kleiner wird (Verbesserung der Sicherheit für den Schützen).
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An dem vorderen Abschlußstopfen 2 ist ein Rohr 6, vorzugsweise ebenfalls
aus Leichtmetall, z. B. durch Aufschrauben befestigt. .Dieses Rohr wird rückwärts
durch einen sternförmigen -Körper 7 mit drei Armen 7' und wenigstens einem Mittelteil
7" zentriert.
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Die Treibladung besteht aus zwei konzentrischen ringförmigen Blöcken
8 und 9, die gemäß der Erfindung nur je auf einer Seite abbrennen, nämlich der äußere
Block 8 auf seiner Innenseite 8', während sein Außenumfang durch die Schutzschicht
8" auf die innere Fläche des Gehäuses 1 aufgeklebt ist und der innere Block 8 auf
seiner Außenseite 9', während er durch die Schutzschicht 9" auf die Außenseite 6'
des Mittelrohres 6 aufgeklebt ist.
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Die lediglich auf einer Seitenfläche jedes der beiden Blöcke 8, 9
erfolgende Verbrennung sichert das Ausströmen der Gase in den einzigen Ringraum
10. Das Außenrohr 1 und das Zentralrohr 6 (das vorn durch den Stopfen 2 und hinten
durch den Mittelteil 7" des Zentrierungselements 7 verschlossen ist) sind vollkommen
der Einwirkung der Gase entzogen, so daß sie (insbesondere das Zentralrohr) ebenfalls
aus einer Leichtmetallegierung hergestellt werden können.
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Die neuartige Anordnung der Treibladung mit Zündung -der einander
anliegenden Seitenflächen der beiden Blöcke ermöglicht die Verwendung eines ringförmigen
Kopfzündrelais 11, das koaxial zu den Ladungen angeordnet und vollkommen in den
Verschlußstopfen 2 eingebettet ist. Das ergibt einen. soliden Zusammenbau und eine
optimale Wirkungsweise, die vom Beginn des Zündvorganges an ein vollkommenes Bestreichen
der beiden zu zündenden Oberflächen sichert.
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Die beiden Durchmesser D und d des ringförmigen Zündrelais
sind etwa gleich den Durchmessern D' und d' der beiden zu zündenden Flächen. Im
Falle der Verwendung eines Zünders oder einer Sicherungsvorrichtung, die durch das
Abströmen der Gase betätigt wird, weist der vordere Verschlußstopfen 2 wenigstens
zwei Öffnungen 2' auf, die kreisförmig in einem Durchmesser, der vorzugsweise etwas
größer als der innere Durchmesser d des Relais 11 und vorzugsweise etwas kleiner
als der äußere Durchmesser D des Relais ist, angeordnet sind.
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Fig.2 ist ebenfalls ein Längsschnitt durch einen Raketenantrieb gemäß
der Erfindung, der ebenfalls aus einem Gehäuserohr 12, einer Düse 3 sowie einer
äußeren Ringladung 14 und einer dazu konzentrischen inneren Ringladung 15 je von
der Länge L besteht.
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Der äußere Block 14 ist über die Schutzschicht an die -innere Wandung
des Rohres 12 und der innere Block 15 ebenfalls über die Schutzschicht an das Mittelrohr
16, das seinerseits an dem vorderen Verschlußstopfen 17 fest ist, angeklebt. Die
Ladung besteht gemäß dieser Abbildung aus einem dritten Ringkörper in konzentrischer
Anordnung, dessen Länge L' kleiner ist als L und der mit seiner Außenfläche 18'
an dem rückwärtigen Teil 16' des Mittelrohres 16 angeklebt ist.
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Der rückwärtige Teil 16' des Rohres 16 besitzt den gleichen äußeren
Durchmesser d wie das rückwärtige Rohr 16 selbst, und auf diese Gesamtanordnung,
deren Durchmesser über die ganze Länge d beträgt, wird die ununterbrochene Ladung
15 aufgeklebt.
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Um zu verhindern, daß das Mittelrohr 16 in Berührung mit den Verbrennungsgasen
gelangt, wird dieses aus zwei Teilen zusammengesetzt, nämlich dem vorderen Teil
16, vorzugsweise aus einer Leichtmetallegierung, der rückwärts offen und
vorn durch den Abschlußstopfen 17 geschlossen ist, mit dem er verbunden ist, und
dem rückwärtigen Teil 16' -(z. B. durch ein Gewinde 19), der mit dem vorderen vollen
Teil 19' verbunden ist, so daß der innere Raum 16" des vorderen -Rohres 16 völlig
der Einwirkung der Gase entzogen ist und deshalb als Ganzes aus einer Leichtmetallegierung
bestehen kann.
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Die Gesamtheit der Teile 16' - 16 wird rückwärts durch einen Zentrierkörper
zentriert, der dem Zentrierkörper 7 gemäß Fig. 1 entspricht. Dieser Körper 20 weist
jedoch eine axiale COffnung 20' auf, die die Abführung der aus dem Ladungsblock
18 entweichenden Gase, der lediglich auf seiner inneren Fläche 18" abbrennt, nach
der Düse 2 ermöglicht.
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Der innere Durchfluß 21, über den das Abströmen der beim Abbrand der
Innenfläche 18" des Blockes 18 gebildeten Gase erfolgt, ermöglicht ferner die Herstellung
auch des das Mittelrohr verlängernden Körpers 16' aus einet Leichtmetallegierung
wieder mit dem Ergebnis einer Gewichtsverleichterung. (Die innere Fläche dieses
Körpers 16' ist durch die Schutzschicht 18' und den Abschluß nach vorn durch den
vollwandigen Teil 19' geschützt, so daß kein Ausfließen von Gas nach vorn
erfolgt, sondern lediglich ein begrenztes Ausströmen nach rückwärts durch die Öffnung
20'.) Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Länge L' des zusätzlichen inneren Ladungsblockes
18 viel kleiner ist als die Länge L der beiden äußeren Blöcke 14 und 15. Diese entspricht
gemäß der Erfindung einer optimalen Bemessung der Querschnitte, die für das Ausströmen
der Gase dargeboten werden, unter Berücksichtigung der im Hinblick auf den inneren
Durchmesser C und die Gesamtlänge L der Kammer) zur Verfügung stehenden Mengen.
Der ringförmige äußere Querschnitt 22, der für das Ausströmen der aus den Blöcken
14 und 15 gebildeten Abbrandgase zur Verfügung steht, ist so bemessen, daß diese
Gase vom Augenblick der Zündung an ohne Überdruckbildung insbesondere in dem Endbereich
T, unter Berücksichtigung der Länge L und der sonstigen Abmessungen der Blöcke in
Abhängigkeit von einem gegebenen Energieinhalt sowie der Dicke des Pulverkörpers
von Höchstgewicht und -durchmesser ausströmen können. Für die gleichmäßige Verbrennung
aller Ladungsblöcke 14, 15 und 18 muß die Wandstärke des mittleren Blockes ebenfalls
gleich e sein. Infolgedessen ist bei einem Durchmesser C der Kammer, einer Stärke
e der drei Blöcke und entsprechend der oben gekennzeichneten Anordnung der Blöcke
14, 15 der Durchmesser des Durchflusses 21 des dritten Blockes 18 ziemlich eng.
Unter diesen Bedingungen ist, wenn man dem dritten Block die Länge L der Kammer
gibt, der Querschnitt des Gasaustritts in vielen Fällen unzureichend.
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Gemäß der Erfindung ist es jedoch möglich, einen dritten Ladungsblock
18 von gleicher Dicke e und deshalb gleicher Abbranddauer von einer Länge L', die
kleiner als die Länge L ist, zu verwenden, in welchem (in koaxialer Anordnung) in
seiner Mitte ein Kanal 21 ausgespart ist, dessen Querschnitt ausreicht, um ein Ausströmen
der auf seiner inneren Fläche 18" entwickelten Gase ohne überdruck zu ermöglichen.
Diese: Kanal muß dem Verhältnis, das zwischen dem Querschnitt des Gasaustritts und
der Oberfläche der abzubrennenden inneren Fläche bestehen muß, genügen. Bezeichnet
8 den Durchmesser der abzubrennenden Fläche, so beträgt der Querschnitt
Ist l die Länge der Ladung, so beträgt die gasentwickelnde Ober-
Räche
n ö 1. Der Gasaustrittsquerschnitt
muß dem Verhältnis
aus thermodvnamischen Gründen genügen, wobei lediglich für 1 ein gewisser Wert,
der häufig kleiner ist als L (oder gleich L' < L),
nicht überschritten
werden darf, falls es sich um eine Ladung der in Fig. 2 dargestellten Art handelt.
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Es ist hiernach ersichtlich, daß die Anordnung der Erfindung nämlich
des mittleren Rohres mit einem rückwärtigen Teil, unter Unterbrechung des inneren
leeren Raumes des axialen Rohres durch einen Abschluß, es ermöglicht, mit dem Erfolg
einer Verbesserung der Leistung des Raketenantriebs und einem günstigeren spezifischen
Gewicht bei gleichen Raumabmessungen eine zusätzliche koaxiale Ladung unterzubringen,
die einen Teil der Länge der Kammer einnimmt und düsenseitig liegt.
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Fig. 3- veranschaulicht in den Fig. 1 und 2 entsprechender Darstellung
weitere Merkmale der Erfindung. Der in dieser Figur dargestellte Raketentreibsatz
besteht ebenfalls aus einem Gehäuserohr 23, einem vorderen Abschlußstopfen 24, einem
Mittelrohr 25, einer an die Innenfläche des Rohres 23 angeklebten äußeren Ladung
26 und einer dazu koaxialen, an die äußere Fläche des Rohres 25 angeklebte innere
Ladung 27.
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Das Mittelrohr 25 besteht aus einem üblichen Rohrkörper 25 (vorzugsweise
aus Leichtmetallegierung), der an dem vorderen Abschlußstopfen 24 befestigt ist
und eine rückwärtige Verlängerung 29, vorzugsweise aus Stahl, von dem gleichen Außendurchmesser
wie das Rohr 25 selbst aufweist. Zufolge dieser Anordnung ist die innere Ladung
27 ohne Unterbrechung um die äußere Fläche von dem gleichen Durchmesser d' des Rohres
25 auf die rückwärtige Verlängerung aufgeklebt.
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Die Verbindung des rückwärtigen Rohres 29 mit dem vorwärtigen Rohr
25 erfolgt z. B. mittels eines Stiftes 30 oder durch Gewinde. Ein Abschluß 30' bewirkt,
d'aß der innere Raum 25' des Rohres 25 völlig den Einwirkungen der Gase entzogen
ist und daß dieses deshalb aus einer Leichtmetallegierung hergestellt werden kann.
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Der Zentrierkörper 31 mit Armen 32 weist eine axiale Öffnung 33 auf.
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Der ringförmige Ausströmraum 28 zwischen den beiden Blöcken 26 und
27 ist so bemessen, daß er in dem Ausströmbereich T2 (der dem vorderen Teil des
rückwärtigen Rohres 29 entspricht) ausreicht, jedoch in dem äußeren rückwärtigen
Bereich Tl der Ladung nicht ausreichend ist, sondern eine Einschnürung bildet. Infolge
dieser Anordnung ergibt sich, wie ersichtlich, wegen der Verkleinerung des leeren
Raumes 28 ein besonderer Füllkoeffizient des Antriebs und damit eine erhöhte Treibkraft
unter Verringerung des spezifischen Gewichts.
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In, dem Teil des rückwärtigen Rohres 28 zwischen T1 und T2 sind der
innere Block 27 und das Rohr 29 selbst durch radiale Öffnungen 34, die in aufeinanderfolgenden
Kränzen angeordnet sind, durchbohrt. Die Anordnung dieser Ladung ist so, daß nach
Einbringen des Blockes und Verkleben der Ladung mit den Röhren 29 und 25 die radialen
Löcher 34 der Ladung mit den radialen Löchern 34 des Rohres 29 fluchten. Demzufolge
strömen die an den konzentrischen Ringblöcken 26 -und 27 gebildeten Gase durch den
ringförmigen Querschnitt 28 bis zu dem Punkt TZ aus, jedoch von hier aus auch über
den Qäerschnitt 35, um schließlich endgültig durch die Öffnung 33 des Zentrierteiles.
31 des Rohres 29 auszuströmen, und- zwar wegen der Verbindung durch die radialen
Löcher 34. Die Gesamtheit der Querschnitte 28 und 35 wird so bemessen, daß ein ordnungsgemäß
einwandfreier axialer Ausfluß bis zu dem rückwärtigen Endbereich T1 möglich ist.
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Da die Kammer 35 von den Gasen durchströmt wird, muß der Körper 29
aus Stahl bestehen, jedoch ergibt diese Anordnung hinsichtlich des Füllkoeffizienten
einen grundsätzlichen erheblichen Vorteil.
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Die Ladung gemäß der Erfindung kann aus mehreren inneren Blöcken oder
Zwischenblöcken, die um oder in das Innere von Tragkörpern, die um dieAchse des
Raketenantriebs angeordnet sind, herumliegen, angeklebt werden, bestehen. Eine solche
Anordnung ist in den Fig. 4 und 5 lediglich beispielsweise dargestellt. Wie aus
den Figuren ersichtlich ist, sind die inneren Ladungen 36, deren jede an einen röhrenförmigen
Tragkörper37 angeklebt ist, gleichmäßig um die Achse des Antriebs verteilt und die
äußere Ladung 38, wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen an die innere
Ladung des Gehäuses 39 des Antriebs angeklebt. Die Rohre 37 sind an dem vorderen
Abschlußstopfen 40 angeschraubt und werden hinten durch einen an einem z. B. sternförmigen
Körper 42 befestigten Stift 41 gehalten.