DE1140028B

DE1140028B - Feststoffraketentreibsatz

Info

Publication number: DE1140028B
Application number: DER26727A
Authority: DE
Inventors: Hermann Renner; Ernst Genter; Dipl-Ing Karl Otto Wehlow
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1959-11-13
Filing date: 1959-11-13
Publication date: 1962-11-22

Description

Feststoffraketentreibsatz Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoffraketentreibsatz mit zur Brennkammerschubdüse hin abnehmender Oberfläche und mit einem zunehmend freien Strömungsquerschnitt.
Bei Treibsätzen für Feststoffraketen bestehlt allgemein die Forderung, daß sie eine genügend große Pulverfläche zur Erreichung des gewünschten Betriebsdruckes gemäß der Klemmungsdruckkurve aufweisen. Dieser Forderung nach einer großen Treibladungsdichte steht die andere nach einem möglichst großen freien Brennkammerquerschnitt zum Abströmen der Pulvergase entgegen.
Bedingt durch eine große Treibladungsdichte ergibt sich ein relativ großes Klemmungsverhältnis von Innenklemmung qi zur Düsenklemmung qD, was. zu ungünstigen Druck- und Schubdiagrammen führt. Die beste Lösung für einen Treibsatzaufbau besteht in einem niedrigen Klemmungsverhältnis trotz großer Treibladungsladedichte.
Bei einer bekannten Feststoffrakete ist zu diesem Zweck der Treibsatz zur Brennkammerdüse hin mit einer abnehmenden Oberfläche in gleich langen Brennkammerabschnitten versehen, wodurch ein möglichst großer Strömungsquerschnitt für die abziehenden Pulvergase frei wird. Die einzelnen Brennkammerabschnitte dieses Treibsatzes bestehen aus Röhren gleicher Abmessung, deren Anzahl jedoch abschnittsweise in Richtung der Brennkammerdüse abnimmt.
Es ist leicht einzusehen, daß die von Abschnitt zu Abschnitt sich ändernde Dichte eines Rohrbündels fertigungs- und montagemäßig erhebliche Schwierigkeiten und zusätzliche Unkosten verursacht, die z. B. darin bestehen können, daß die als Träger eines Rohrbündels vorgesehenen Abstandhalter für jeden Abschnitt andere Lochabstände aufweisen müssen.
Dagegen sind bereits Raketentreibsätze bekanntgeworden, die aus zu einem Wickel geformten Pulverfolien bestehen. Diese Fohenwickel weisen eine gleichbleibende Folienbreite und -länge auf und sind so bemessen, daß sie den für einen Treibmittelsatz vorgesehenen Raum in der Rakete ausfüllen. Da die Folienwickel auch mit einem gleichbleibenden Windungsabstand versehen sind, wobei gegebenenfalls die Folie auf eine Trägerschicht kaschiert ist, ergeben sich hierbei fertigungstechnisch zwar erhebliche Vorteile gegenüber einem Rohrbündel, die jedoch die Nachteile nicht aufzuwiegen vermögen, die darin bestehen, daß bei dem aus einem derartigen Wickel hergestellten Treibsatz mit einer großen Treibladungsladedichte sich ein relativ großes Klemmungsverhältnis ergibt, das die Betriebsverhältnisse in der Rakete ungünstig beeinflußt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bekannten Treibsätzen anhaftenden Nachteile durch die Schaffung eines solchen Treibsatzaufbaues zu beseitigen, in dem sich ein niedriges Klemmungsverhältnis mit einer großen Treibladungsladedichte vereinigt. Ferner soll der Treibsatz mit einem möglichst geringen materiellen Aufwand laboriert werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Raketentreibsatz mit zur Brennkammerschubdüse hin abnehmbarer Oberfläche und mit einem zunehmend freien Strömungsquerschnitt gelöst, wobei der Treibsatz in an sich bekannter Weise aus einem oder mehreren Wickeln aus Pulverfolien besteht. Damit wird die kleinstmögliche Innenklemmung über der Brennkammerlänge und das kleinstmögliche Klemmungsverhältnis für sonst hinsichtlich der Oberfläche und des Gewichtes gleiche Treibsätze erreicht.
Der Treibsatz soll in der Rakete so angeordnet sein, daß sich in der Brennkammer eine weitgehend umlenkfreie Axialströmung einstellt. Das wird durch in. der Strömungsrichtung angeordnete Pulverfolien erreicht, die als Wickel geformt sind.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung an Hand der in den Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiele hervor.
In der Zeichnung sind schematisch in den Fig. 1 bis 6 im Längs- und Querschnitt verschiedene Treibsatzaufbauten wiedergegeben, während die Fig. 7 bis 10 die Abwicklung der zur Herstellung der Treibsatzwickel dienenden verschiedenartigen Pulverfolienformen zeigen.
Gemäß Fig. 1 und 2 besteht die Ladung aus einzelnen Wickeln 1 bis 4, die aus Pulverfolien 5 bis 8 gewickelt sind, deren Form sich aus Fig. 7 ergibt.
Die Wickel t bis 4 sind unterschiedlich lose bzw. straff gewickelt derart, daß sich der Querschnitt der Zwischenräume zwischen den einzelnen Windungen nach der Düse 9 der Brennkammer 10 zu vergrößert. Dadurch nimmt der freie Strömungsquerschnitt in der Brennkammer 10 zur Düse 9 hin zu. Die Abstufung der Länge der einzelnen Folien 5 bis 8, aus denen die Wickel 4 bis 1 bestehen, zueinander ist so, daß am Ende jedes Einzelwickels in Strömungsrichtung gesehen die gleiche Innenklemmung vorhanden ist.
Im Beispiel haben die Wickel l bis 4 den gleichen Außendurchmesser, und es vergrößert sich demzufolge ihr Windungsabstand nach der Düse 9 zu, d. h., daß der Wickel 4, der aus der Folie 5 besteht, einen geringeren Windungsabstand hat als der Wickel 3, der aus der Folie 6 gewickelt ist und dieser wiederum einen kleineren Windungsabstand aufweist als der aus der Folie 7 gewickelte Wickel 2, dessen Windungsabstand wiederum kleiner ist als derjenige des aus der Folie 8 gebildeten Wickels 1.
Abweichend hiervon kann auch die Verringerung des Strömungswiderstandes durch Veränderung des Außen- oder Innendurchmessers der Wickel geschehen, wenn der Windungsabstand konstant gehalten werden soll.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4 findet ein sogenannter Schrägwickel Verwendung, der aus einer Pulverfolie gewickelt ist, deren Form aus Fig. 8 ersichtlich ist. Dieser Zuschnitt ist so gehalten, daß sich der freie Strömungsquerschnitt in der Brennkammer 10 zur Düse 9 hin vergrößert, so daß qi =konstant bleibt.
Um zwischen den einzelnen Windungen eine gleichbleibende Innenklemmung zu erhalten, kann die Schrägkante 11 des Wickels mit einigen vorzugsweise keilförmigen Einschnitten 11' versehen werden, die in Fig. 8 gestrichelt angedeutet sind. Dadurch wird erreicht, daß sich bei genügend elastischem Pulver die Lagen gemäß der Druckverteilung in den Spaltquerschnitten einstellen können.
In den Fig. 5 und 6 ist eine Ausführung wiedergegeben, die aus mehreren Schrägwickeln besteht. Die grundsätzliche Folienform dieser Ausführung ist die gleiche wie in Fig. B. Es werden nur zwei oder mehr Schrägfolien entsprechender Abmessungen mit Abstand ineinandergerollt, wobei sich jeweils eine kurze und eine lange Kante gegenüberliegen. In Fig. 9 ist die gegenseitige Lage zweier abgewickelter Folien dargestellt.
Zur Herstellung der Wickel kann auch eine Folienform gemäß Fig. 10 Verwendung finden. Diese Folie hat eine rechteckige Grundform, die mit einer Anzahl von Ausschnitten 12 versehen ist, welche kurvenförmige Kanten haben. Die Breite der Ausschnitte 12 wird so gewählt, daß die Innenklemmung des Ladungsaufbaues über die Ausschnittiefe konstant bleibt.
Bei allen Ausführungen kann erfindungsgemäß der Druckabfall infolge von Wirbel-, Reibungs- und Wärmeverlusten durch stufenweise oder bei entsprechender Fertigung durch kontinuierliche Änderung der Pulverfolienstärke berücksichtigt bzw. durch Vergrößerung des Strömungsquerschnittes (qt Düsenseite < q1 Deckelseite) ausgeglichen werden.
Die Stirn- und Randseite sowie die Einschnitte der Treibsätze können in der üblichen Weise abgedeckt werden. Die Halterung der Ladung kann durch einen Zentralstab, durch verzahnte Kreuze aus Metall, Kunststoff oder Pulver hoher Festigkeit oder durch Kombination dieser Mittel erfolgen. Zur Abstandshaltung der Ladungseinzelteile können beispielsweise schmale Stege aus Pulver, Kunststoff, Celluloid u. dgl. an der Stirnseite der Ladungen befestigt, z. B. angeklebt sein. Die Abstandshaltung in der Querrichtung kann ebenfalls durch entsprechende Stäbchen erfolgen. Ebenso können genoppte Pulver mit unterschiedlichen Noppenhöhen verwendet werden.
Die Erfindung ist sowohl bei Kurzbrennraketen mit dünnen Pulverfolienstärken als auch bei Langbrennraketen mit Pulverkörpern großer Wandstärken verwendbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Feststoffraketentreibsatz mit zur Brennkammerdüse hin abnehmender Oberfläche und mit einem zunehmend freien Strömungsquerschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz in an sich bekannter Weise aus einem oder mehreren Wickeln aus Pulverfolien besteht.
2. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz aus mehreren, in Richtung zur Brennkammerdüse hintereinanderliegenden Wickeln (1 bis 4) aus Pulverfolien (5 bis 8) unterschiedlicher Folienlänge besteht.
3. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz aus einem Pulverfolienwickel mit mehreren Lagen verschiedener Folienlänge und/oder Folienbreite besteht.
4. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz aus einem Pulverfolienwickel besteht, der so gestaltet ist, daß er in Richtung auf die Brennkammerdüse hin eine kontinuierlich abnehmende Oberfläche hat.
5. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz aus einem Pulverfohenwickel aus einer schräg oder kurvenförmig geschnittenen Folie besteht.
6. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz aus einem Pulverfolienwickel aus mehreren schräg oder kurvenförmig geschnittenen Folien besteht.
7. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverfolie mehrere keilförmige Ein- oder Ausschnitte (11', 12) hat. B. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Folien gemäß der Abbrandgeschwindigkeit in der Brennkammer (10) unterschiedlich ist. 9. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz aus konzentrisch angeordneten, in sich geschlossenen Folien unterschiedlicher Länge und/oder Breite besteht. 10. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz aus konzentrisch angeordneten, in sich geschlossenen Folien unterschiedlicher Stärke besteht. 11. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz durch verzahnte in an sich bekannter Weise an einem Zentralstab befestigte Kreuze aus Metall, Kunststoff oder Pulver hoher Festigkeit gesichert ist. 12. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1 bis 11, bei dem zur Abstandhaltung in axialer Richtung stirnseitig an den Ladungen Abstandselemente vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente als schmale, in Ausschnitte des Folienwickels ein- oder am Fohenwickel angeklebte Stege aus Pulver, Kunststoff, Celluloid od. dgl. ausgebildet sind. 13. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstandshaltung in der Querrichtung Stäbchen aus Pulver, Metall, Kunststoff, Celluloid od. dgl. angeordnet sind, die den Folienwickel durchgreifen. 14. Feststoffraketentreibsatz nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshaltestäbchen in an sich bekannter Weise gleichzeitig zur Befestigung des Pulvers dienen. 15. Feststoffraketentreibsafz nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstandhaltung genoppte Pulverfolien mit unterschiedlichen Noppenhöhen Verwendung finden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 596 300, 167 625; deutsche Auslegeschrift Nr. 1056 429; französische Patentschriften Nr. 1040 316, 1015 763; USA.-Patentschriften Nr. 2 743 580, 2 628 561, 2 549 811, 2 488154, 2 406 560, 2 405 415; Zeitschrift der VDI, 95. Band, Nr. 17/18 (11. 6.1953), S. 519, 520. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1090144.