DE2336756A1

DE2336756A1 - Sicherheitsvorrichtung bei der handhabung von raketentriebwerken am boden

Info

Publication number: DE2336756A1
Application number: DE19732336756
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Vockensperger
Original assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Current assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Priority date: 1973-07-19
Filing date: 1973-07-19
Publication date: 1975-02-06

Description

Sicherheitsvorrichtung bei der Handhabung von Raketentriebwerken am Boden

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung bei der Handhabung von Raketentriebwerken am Boden, welche eine Prallplatte enthält, die den aus der Düse austretenden Gasstrahl um 90° in radialer Richtung umlenkt·

Eine derartige Sicherheitsvorrichtung hat den Zweck zu verhindern, daß sich die Rakete im Fall eines unprogramm-

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mäßigen Zündens -sei es bei der Lagerung, beim Transport oder bei der Handhabung am Boden- selbständig macht.

Bei der 90°-Schubumlenkung in radialer Richtung mit Hilfe der hinter der Düse angebrachten Prallplatte wird die Summe aller radialen Schubkomponenten gleich Null. Der ursprüngliche Schub des Raketentriebwerkes wird somit neutralisiert. Diese Maßnahme wird als Schubneutralisation bezeichnet·

Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, die Prallplatte so auszubilden, daß eine 90°-Umlenkung des Gasstrahls gewährleistet wird. So ist es bekannt, die Prallplatte auf ein Mehrfaches des Düsenenddurchmessers zu vergrößern. Hierdurch wird aber das Gerät sehr sperrig.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, den Gasstrahl mit Hilfe von ringförmigen Leitflächen umzulenken. Dies ergibt aber eine aufwendige Konstruktion mit hohen Materialansprüchen. Alle bekannten Sicherheitsvorrichtungen der genannten Art arbeiten so, daß die Belastung —sowohl mechanischer als auch thermischer Art- die auf die Prallplatte und deren Halterung einwirkt, im wesentlichen durch eine Überschallströmung mit hoher Impulskraft bestimmt wird. Hierdurch tritt eine hohe Belastung und ein schneller Verschleiß der Prallplatte und insbesondere ihrer Halterung auf·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung der obengenannten Art zu schaffen, welche eine Prallplatte relativ kleinen Durchmessers enthält und welche die mit dem Auftreten der Überschallströroung verbundenen Nachteile vermeidet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Strahlumlenkung nicht.im Überschallbereich, sondern bei einer Strömungsgeschwindigkeit von Mach«l erfolgt.

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Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß der Expansionsteil der Düse, ausgehend vom Düsenenddurchmesser, um ein Zylinderstück mit gleichem Durchmesser, dessen Länge von den räumlichen Gegebenheiten abhängt, verlängert ist, daß sich an diesen Teil ein konvergenter Teil anschließt, der mit einem zweiten Düsenhals abschließt, dessen Durchmesser dem Dusenhalsdurchmesser der Triebwerksdüse entspricht, und daß sich.der zweite Düsenhals in radialer Richtung erweitert, wobei die profilierte kegelförmige Prallplatte derart diesem Düsenhals gegenübersteht, daß der Gasstrahl bei gleichbleibendem Strömungsquerschnitt bei Ma«1 um 90° in radialer Richtung abgelenkt wird.

Um das Bauvolumen der neuen Sicherheitsvorrichtung zu reduzieren und die mechanische Belastung der Befestigungsteile des kompletten Schubneutralisators an das Triebwerk bzw. an die Triebwerksdüse zu verringern, wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, daß in den Expansionsteil der Triebwerksdüse ein kegeliger Einsatz mit

zylindrischer
axialerfBohrung eingeführt ist, deren Durchmesser über die Länge der Triebwerksdüse konstant und etwa gleich dem Durchmesser des Triebwerksdüsenhalses ist, und daß sich die axiale Bohrung in radialer Richtung erweitert, wobei die profilierte, kegelförmige Prallplatte der Erweiterung der Bohrung gegenübersteht, so daß der Gasstrahl bei gleichbleibendem Strömungsquerschnitt bei Ma=I um 90° in radialer Richtung abgelenkt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Haltekraft bzw. die Anpresskraft des Schubneutralisators an die Düse nur wenig größer als die Belastung der Prallpia ttenhalterung wird, wenn die Abdichtung zwischen Schubneutra lisa tor und Düse weit innen sitzt.

Bei der neuen Vorrichtung bleibt während der Umlenkung des Gasstrahles in radialer Richtung wegen der gleichbleibenden Querschnittsfläche des Gasstrahles der kritische Gaszustand

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mit Ma«l bis zum Austritt aus dem Spalt am Umfang erhalten. Damit ist auch der kritische Einflußbereich der mit Ma«l anstatt mit Überschau austretenden Gasmassen kleiner, d.h. der Gefahrenbereich bei dieser Schubneutralisation wird kleiner.

In den Figuren ist die Sicherheitsvorrichtung zeichnerisch erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Triebwerksdüse mit angebautem, äußerem Schubneutralisatot;

Figur 2 eine Triebwerksdüse mit einbezogenem Schubneutralisa tor.

In den Figuren 1 und 2 stellt 1 eine normale Triebwerksdüse dar, die aus einem konvergenten Einlauf 2, einem Düsenhals 2* und divergentem Expansionsteil 3 besteht. 4 ist ein Zylinderstück konstanten Durchmessers, dessen Länge von den räumlichen Gegebenheiten der Triebwerksheckanordnung abhängt. Das Zylinderstück 4 ist durch geeignete lösbare Mittel, z.B. Gewinde 3¹ oder Bolzen, gasdicht mit dem divergenten Teil 3 der Triebwerksdüse 1 verbunden. An das Zylinderstück 4 schließt sich der konvergente Teil 5 einer zweiten Düse 6 an, der mit dem Düsenhals 5· abschließt, dessen Durchmesser dem Düsenhaisdurchmesser 2* der Triebwerksdüse entspricht. Der Düsenhals 5¹ erweitert sich in radialer Richtung, wobei die profilierte, kegelförmige Prallplatte 7 dem Düsenhals 5' so gegenübersteht, daß eine ringförmige Öffnung 8 entsteht. Hierdurch wird der Gasstrahl bei gleichbleibendem Querschnitt um 90° umgelenkt und tritt mit Ma«l aus der ringförmigen Spaltöffnung 8 in radialer Richtung aus·

Die Funktion der Sicherheitsvorrichtung ist wie folgt: Bei 2 tritt der Strahl mit Unterschallgeschwindigkeit in die Düse ein. Obwohl in beiden Düsen 1 und 6 im Düsenhals

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2' bzw. 5* der kritische Zustand (Laval-Zustand, Ma-I) er- " reicht wird, stellt sich in dem dazwischen liegenden Abschnitt 3,4,5 keine ÜberschalIströmung ein, sondern wiederum eine Unterschallströmung wie im konvergenten Teil der ersten Düse 1. Dies ist darauf zurückzuführen, daß während des Druckanstieges in der Brennkammer, solange im Düsenhals Ma=I noch nicht erreicht ist, der Druck im divergenten Düsenabschnitt 3 wieder ansteigt. Das heißt, das Gas in der Düse 1 expandiert nicht gegen den atmosphärischen Außendruck, sondern gegen den Druck in Abschnitt 3,4,5, der je nach Querschnittsverhältnis dem Brennkammerdruck entspricht". Auch wenn der Brennkammerdruck nach Erreichen des kritischen Zustandes im Düsenhals 2* weiter ansteigt, kann es daher in Abschnitt 3,4,5 nicht zu einer ÜberschalIströmung kommen.

In Figur 2, die eine Triebwerksdüse 1 mit einbezogenem Schubneutralisator darstellt, enthält der Düsenhals 2¹ einen Einsatz 9 aus einem beständigen Material, das den hohen Belastungen durch die Gasströmung gewachsen ist. In den Expansionsteil 3 der Düse 1 ist ein kegeliger Einsatz 10,11 eingesetzt, der aus einem Trägerelement 10 (z.B.. Stahl)· und einem Füllkörper 11 (z.B. Kunstharzmischung) besteht. Seine Basis ist mit 13 bezeichnet.

Am Trägerelement 10 sind Befestigungsmittel angebracht, die z.B. als Gewinde 14 ausgebildet sein können und zur Befestigung des Trägerelements 10 an der Triebwerksdüse 1 dienen. Der kegelige Einsatz hat eine axiale Bohrung 12, deren Durchmesser über die Länge der Düse konstant ist und dem Düsenhalsdurchmesser 2' entspricht. Die axiale Bohrung 12 dient als Gasleitrohr und erweitert sich in radialer Richtung. Die Prallplatte 7 hat eine Form wie in Fig. 1 beschrieben. Durch die zwischen der Basis 13 des kegeligen Einsatzes 10,11 und der Prallplatte 7 gebildete ringförmige Spaltöffnung 8 tritt der Gasstrahl mit einer Umlenkung

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um 90° bei gleichbleibendem Querschnitt mit Ma«1 in radialer Richtung aus.

Die Abdichtung zwischen dem Expansionsteil 3 der Trieb— werksdüse 1 und dem kegeligen Einsatz 10,11 geschieht durch geeignete Dichtelemente (z.B. O-Ringe 15,16,17) derart, daß die vom Gasdruck herrührende Belastung der Befestigung 14 möglichst klein gehalten wird.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Sicherheitsvorrichtung bei der Handhabung von Raketentriebwerken am Boden, welche eine Prallplatte enthält, die den aus der Düse austretenden Gasstrahl um 90 in radialer Richtung umlenkt, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Strahlumlenkung nicht im
Überschallbereich, sondern bei einer Strömungsgeschwindigkeit von Mach»! erfolgt.
2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Expansionsteil (3) der Düse (1), ausgehend vom Düsenenddurchmesser, um
ein Zylinderstück (4) mit gleichem Durchmesser, dessen Länge von den räumlichen Gegebenheiten abhängt, verlängert ist, daß sich an diesen Teil (4) ein konvergenter Teil (5) anschließt, der mit einem zweiten
Düsenhals (5¹) abschließt,= dessen Durchmesser dem
Düsenhaisdurchmesser (2·) der Triebwerksdüse (1) entspricht, und daß sich der zweite Düsenhals (5') in
radialer Richtung erweitert, wobei die profilierte
kegelförmige Prallplatte (7) derart dem Düsenhals (5¹) gegenübersteht, daß der Gasstrahl bei gleichbleibendem •Strömungsquerschnitt bei Ma»l um 90° in radialer
Richtung abgelenkt wird.

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3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß in den Expansions teil (3) ,der Düse (1) ein kegeliger Einsatz (10,11) zylindrischer

mit axialerV'Eohrung (12) eingeführt ist, deren Durchmesser über die Länge der Düse konstant und etwa gleich dem Durchmesser des Triebwerksdusenhalses (2') ist, und daß sich die axiale Bohrung (12) in radialer Richtung erweitert, wobei die profilierte, kegelförmige Prallplatte (7) der Erweiterung der Bohrung (12) gegenübersteht, so daß der Gasstrahl bei gleichbleiben-

dem Strömungsquerschnitt bei Ka=I um 90 in radialer Richtung abgelenkt wird.

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