DE2336756A1

DE2336756A1 - SAFETY DEVICE DURING THE HANDLING OF MISSILE ENGINES ON THE GROUND

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 BodenSafety device when handling rocket engines on the ground

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·The invention relates to a safety device in the handling of rocket engines on the ground, which a Contains baffle plate, which emerges from the nozzle Gas jet deflected by 90 ° in the radial direction

Eine derartige Sicherheitsvorrichtung hat den Zweck zu verhindern, daß sich die Rakete im Fall eines unprogramm-The purpose of such a safety device is to prevent the missile from moving in the event of an unprogrammed

-2--2-

409886/0151409886/0151

mäßigen Zündens -sei es bei der Lagerung, beim Transport oder bei der Handhabung am Boden- selbständig macht.moderate ignition -be it during storage, during transport or self-employed when handling on the ground.

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·With the 90 ° thrust deflection in the radial direction with the help of the baffle plate attached behind the nozzle, the total is of all radial thrust components equal to zero. The original thrust of the rocket engine is thus neutralized. This measure is called thrust neutralization

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.Various proposals have been made to design the baffle plate in such a way that the gas jet is deflected by 90 ° is guaranteed. It is known to enlarge the baffle plate to a multiple of the nozzle end diameter. However, this makes the device very bulky.

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·It has also been proposed to deflect the gas jet with the aid of annular guide surfaces. But this results an elaborate construction with high material requirements. All known safety devices of the type mentioned work in such a way that the load - both mechanical and thermal - affects the baffle plate and its Bracket acts, is determined essentially by a supersonic flow with high impulse force. Through this high loads and rapid wear of the baffle plate and, in particular, of its holder occur

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.The invention is based on the object of creating a safety device of the above-mentioned type which contains a baffle plate of relatively small diameter and which avoids the disadvantages associated with the occurrence of the supersonic flow.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Strahlumlenkung nicht.im Überschallbereich, sondern bei einer Strömungsgeschwindigkeit von Mach«l erfolgt.According to the invention, this object is achieved in that the beam deflection does not take place in the supersonic range, but at a flow velocity of Mach 1.

-3-409886/0151 -3- 409886/0151

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.This can be achieved according to the invention in that the expansion part of the nozzle, starting from the nozzle end diameter, is extended by a cylinder piece with the same diameter, the length of which depends on the spatial conditions, that this part is followed by a convergent part, which ends with a second nozzle throat, the diameter of which corresponds to the nozzle throat diameter of the engine nozzle, and that sich.der second nozzle throat widens in the radial direction, the profiled conical The baffle plate faces this nozzle neck in such a way that the gas jet with a constant flow cross-section at Ma «1 is deflected by 90 ° in the radial direction.

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 mitIn order to reduce the construction volume of the new safety device and the mechanical stress on the fastening parts of the complete thrust neutralizer to the engine or to the engine nozzle, according to one embodiment the invention proposed that in the expansion part of the engine nozzle with a conical insert

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. more cylindrical
axial bore is introduced, the diameter of which is constant over the length of the engine nozzle and approximately equal to the diameter of the engine nozzle neck, and that the axial bore widens in the radial direction, the profiled, conical baffle plate facing the widening of the bore so that the gas jet remains constant Flow cross-section at Ma = I is deflected by 90 ° in the radial direction. In this way it is achieved that the holding force or the contact pressure of the thrust neutralizer on the nozzle is only slightly greater than the load on the Prallpia ttenhalterung when the seal between Schubneutra lisa tor and nozzle sits far inside.

Bei der neuen Vorrichtung bleibt während der Umlenkung des Gasstrahles in radialer Richtung wegen der gleichbleibenden Querschnittsfläche des Gasstrahles der kritische GaszustandWith the new device remains during the deflection of the Gas jet in the radial direction because of the constant cross-sectional area of the gas jet, the critical gas state

-4--4-

409886/0151409886/0151

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.Preserved with a mark on the circumference until it emerges from the gap. Thus the critical sphere of influence is also the one marked with Mal instead of an oversight, the gas masses escaping are smaller, i.e. the danger area with this thrust neutralization becomes smaller.

In den Figuren ist die Sicherheitsvorrichtung zeichnerisch erläutert. Es zeigen:The safety device is illustrated in the figures. Show it:

Figur 1 eine Triebwerksdüse mit angebautem, äußerem Schubneutralisatot;FIG. 1 shows an engine nozzle with an attached, external thrust neutralizer;

Figur 2 eine Triebwerksdüse mit einbezogenem Schubneutralisa tor.Figure 2 shows an engine nozzle with included thrust neutralisa gate.

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·In FIGS. 1 and 2, 1 represents a normal engine nozzle which consists of a convergent inlet 2, a nozzle throat 2 * and a divergent expansion part 3. 4 is a cylinder piece of constant diameter, the length of which depends on the spatial conditions of the engine tail arrangement. The cylinder piece 4 is connected to the divergent part 3 of the engine nozzle 1 in a gas-tight manner by suitable detachable means, for example thread 3 ^{1 or bolts.} The convergent part 5 of a second nozzle 6 adjoins the cylinder piece 4 and terminates with the nozzle throat 5, the diameter of which corresponds to the nozzle shank diameter 2 * of the engine nozzle. The nozzle neck 5 ¹ widens in the radial direction, the profiled, conical baffle plate 7 facing the nozzle neck 5 'in such a way that an annular opening 8 is created. As a result, the gas jet is deflected by 90 ° with a constant cross section and exits the annular gap opening 8 in a radial direction.

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 DüsenhalsThe function of the safety device is as follows: At 2, the beam enters at subsonic speed the nozzle on. Although in both nozzles 1 and 6 in the nozzle throat

-5-409886/0151 -5- 409886/0151

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.2 'or 5 * the critical state (Laval state, Ma-I) is sufficient, in the intermediate section 3, 4, 5 no supersonic flow occurs, but again a subsonic flow as in the convergent part of the first nozzle 1. This is due to the fact that during the Pressure rise in the combustion chamber as long as Ma = I in the nozzle neck has not yet been reached, the pressure in the divergent Nozzle section 3 rises again. This means that the gas in the nozzle 1 does not expand against the external atmospheric pressure, but against the pressure in section 3, 4, 5, which corresponds to the combustion chamber pressure depending on the cross-sectional ratio ". Even if the combustion chamber pressure continues to rise after reaching the critical state in the nozzle throat 2 *, it can therefore in section 3, 4, 5 not a supersonic flow come.

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.In FIG. 2, which shows an engine nozzle 1 with an incorporated thrust neutralizer, the nozzle neck 2 ^{1 contains} an insert 9 made of a stable material which can withstand the high loads caused by the gas flow. In the expansion part 3 of the nozzle 1, a conical insert 10, 11 is inserted, which consists of a carrier element 10 (e.g. steel) and a filler body 11 (e.g. synthetic resin mixture). Its base is labeled 13.

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 UmlenkungFastening means are attached to the carrier element 10, which can be designed as a thread 14, for example, and are used to fasten the carrier element 10 to the engine nozzle 1. The conical insert has an axial bore 12, the diameter of which is constant over the length of the nozzle and corresponds to the nozzle throat diameter 2 '. The axial bore 12 serves as a gas guide tube and widens in the radial direction. The baffle plate 7 has a shape as described in FIG. 1. The gas jet passes through the annular gap opening 8 formed between the base 13 of the conical insert 10, 11 and the baffle plate 7 with a deflection

■/ ■ ■ .■ / ■ ■.

-6--6-

409886/0151409886/0151

um 90° bei gleichbleibendem Querschnitt mit Ma«1 in radialer Richtung aus. by 90 ° with a constant cross-section with Ma «1 in the radial direction.

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.The sealing between the expansion part 3 of the engine nozzle 1 and the conical insert 10, 11 is done by suitable sealing elements (eg O-rings 15, 16, 17) in such a way that the load on the fastening 14 resulting from the gas pressure is kept as small as possible.

Patentansprüche:Patent claims:

409886/0151409886/0151

Claims

Safety device when handling rocket engines on the ground, which contains a baffle plate which deflects the gas jet emerging from the nozzle by 90 in the radial direction, characterized in that the jet deflection is not in the
Supersonic range, but at a flow velocity of Mach »! he follows.

2. Safety device according to claim 1, characterized in that the expansion part (3) of the nozzle (1), starting from the nozzle end diameter, to
a cylinder piece (4) with the same diameter, the length of which depends on the spatial conditions, is extended that this part (4) is followed by a convergent part (5), which is connected to a second
Nozzle neck (5 ¹ ) closes, = whose diameter is the
Nozzle shark diameter (2 ·) corresponds to the engine nozzle (1), and that the second nozzle throat (5 ') is in
expanded in the radial direction, the profiled
conical baffle plate (7) faces the nozzle throat (5 ¹ ) in such a way that the gas jet with a constant flow cross-section at Ma »1 by 90 ° in a radial direction
Direction is diverted.

-8th-

409886/0151409886/0151

3. Safety device according to claim 1, characterized

characterized in that in the expansion part (3), the nozzle (1) a conical insert (10,11) cylindrical

is inserted with an axial pipe (12), the diameter of which Constant over the length of the nozzle and approximately equal to the diameter of the engine nozzle throat (2 ') is, and that the axial bore (12) widens in the radial direction, the profiled, conical The baffle plate (7) faces the widening of the bore (12) so that the gas jet remains constant

the flow cross-section at Ka = I is deflected by 90 in the radial direction .

409886/0151409886/0151

Le e rs ei t eBlank