-
Treibsatz für FeststofEraketen, insbesondere für Kurzbrennraketen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Treibsatz für Feststoffraketen, insbesondere
für Kurzbrennraketen bzw. für Raketen mit kleiner Differenz zwischen Brennkammerquerschnitt
und kritischem Düsenquerschnitt, bestehend aus mehreren Teilladungen, die voneinander
flammendicht isoliert sind und nacheinander angefeuert werden.
-
Die bisher bekannten Ausführungen haben den Nachteil, daß der Treibsatz
einen großen Teil des Brennkammerquerschnittes beansprucht und der Druckverlust
des Pulvergases durch Reibung und Verwirbelung an dem Pulverkörper sowie an dessen
Abstützungen eine unerwünschte Größe hat. Hinzu kommt die hohe mechanische Beanspruchung
des Treibsatzes durch die abströmenden Pulvergase neben derjenigen durch die Beschleunigung.
Bei einer weiteren bekannten Feststoffrakete mit einem Treibsatz aus einzelnen Teilladungen
weisen die Teilladungen einen ringförmigen Querschnitt auf, deren zentral umfaßte
Räume jeweils die Brennkammer bilden. Dies hat zur Folge, daß sich während der Verbrennung
der Treibsätze der Brennkammerquerschnitt ändert, wodurch sich eine Änderung des
Klemmungsverhältnisses (kritischer Düsenquerschnitt zu freiem Strömungsquerschnitt
in der Brennkammer) ergibt, was in manchen Fällen, insbesondere bei Kurzbrennraketen,
unerwünscht ist.
-
Die vorstehend in großen Zügen wiedergegebenen und andere, hier nicht
näher erwähnte Nachteile werden erfindungsgemäß vor allen Dingen dadurch vermieden,
daß die Teilladungen aus Pulversätzen mit unter dem Druck der Anfeuerung leicht
zerfallsfähigen Eigenschaften, z. B. aus Pulverelementen in Nudel-, Sternchen-,
Plättchen-, Kugel-, Röhrchen-oder dergleichen Form bestehen und dabei derart ausgebildet
und angeordnet sind, daß bei Hintereinanderzündung die Teilladungen während des
Anfeuerungsvorganges unabhängig voneinander durch Zerstäubung oder Zerlegung auf
die für eine schnelle Verbrennung benötigte Oberfläche aufbereitet und in den eigentlichen
Brennkammerraum befördert werden können.
-
Der erfindungsgemäße Treibsatz hat den Vorteil, daß die Wirkung der
Drucküberlagerung mehrerer zeitlicher verschoben gezündeter Teiltreibladungen zur
Erzielung eines gewünschten angenäherten Rechteckdruck- bzw. -schubdiagramms ausgenutzt
wird. Die Teilladungen, die hinter- oder nebeneinander in der Brennkammer liegen,
werden nacheinander durch die Anfeuerung zerstäubt oder zerlegt und durch den Zündvorgang
in den eigentlichen Verbrennungsraum befördert, wo sie verbrennen. Der Hauptvorteil
liegt dabei in der Möglichkeit, eine beliebig große Pulveroberfläche pro Teiltriebladung
aufbereiten und damit den kritischen Düsenquerschnitt bis auf die Größe des Brennkammerquerschnittes
auslegen zu können, da die zum Brennkammerboden hin hintereinander oder am Brennkammerboden
nebeneinander angeordneten Teiltreibladungen kein Hindernis für die abströmenden
Pulvergase bilden und durch diese zerstört werden können. Durch diese Maßnahme ist
die kleinstmögliche Brennzeit einer Rakete bei gleichzeitig größtem Flächenschub
erreichbar, der beider Berücksichtigung des entsprechenden Klemmungsverhältnisses
(Innenklemmung zu Düsenklemmung = kritischer Düsenquerschnitt zu freiem Strömungsquerschnitt
in der Brennkammer) bei einem in der Brennkammer gleichmäßig verteilt angebrachten
Treibsatz nicht zu verwirklichen ist.
-
Die gewünschte leichte Zerfall- oder Zerlegbarkeit der Pulversätze
kann auf verschiedene Art ermöglicht werden, indem entweder die Pulverelemente ohne
oder auch mit geeigneten Bindemitteln zu Teilladungen verpreßt und mit einem Anfeuerungspulver,
z. B. Schwarzpulver, vermischt sind oder auch derart, daß ein poröses Gefüge entsteht,
das geeignet ist, bei Anfeuerung durch Schlagrohrwirkung der zwischen den einzelnen
Pulverelementen in diesem Gefüge befindlichen Kanäle der Zerlegung der Teilladungen
zu dienen.
-
Des weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn die in besonderen Einzelkammern
eingebetteten Teilladungen nebeneinander am Brennkammerboden angeordnet sind und
wenn dann die Öffnungen der Einzelkammern mit gegen den Verbrennungsdruck lidernden
Verschlußstopfen versehen sind.
-
Der während des Abbrandes auf die kompakt angeordneten bzw. auf die
Verschlußstopfen der Einzelkammern
wirkende Gasdruck ist entgegengesetzt
zu den durch -die Treibsatzmasse bedingten Trägheitskräften bei der Beschleunigung
gerichtet, so daß bei sorgfältiger Abdichtung gegen die Brennkammerwand keine besonders
stabilen Befestigungen vorgesehen werden müssen.
-
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Dabei zeigen Fig.1 'bis
5 verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Treibsatzes, jeweils im
Längsschnitt, und Fig.6 bis 8 verschiedene Ausführungsarten des Ausführungsbeispieles
nach Fig.5, im Querschnitt längs der Linie A -B in Fig. 5.
-
Die Teilladungen, die in ihrem Gewicht unterschiedlich ausgeführt
sein können, bestehen bei allen Ausführungsarten je nach dez gewünschten Verbrennungscharakteristik
und Brennzeit aus entsprechendem Pulver mit besonderer Form der Pulverelemente,
z. B. Nudel-, Sternchen-, Plättchen-, Kugel-, Röhrchenform oder einer anderen geeigneten
Gestalt. Die Pulverelemente sind mit Anfeuerungspulver, z. B. Schwarzpulver, vermischt
und mit oder ohne Bindemittel verpreßt, wobei der Verbrennungsgrad von Null bis
zu .der erforderlichen Größe ausgeführt werden kann. Auch können die Pulverelemente
in Beiladungen von Anfeuerungspulver eingebettet sein, damit die Teilladung bei
-der Zündung zerlegt bzw. aufbereitet wird. Bei schnell durchbrennendem Pulver kann
jedoch auf .eine besondere Beiladung verzichtet werden. Auch kann bei einer Verpressung
zu einem porösen Gefüge die Schlagrohrwirkung der zwischen den einzelnen Pulverelementen
in diesem Gefüge befindlichen Kanäle zur Anfeuerung und Zerlegung des Treibsatzes
dienen.
-
Fig. 1 bis 4 zeigetl den erfindungsgemäßen Treibsatz in Hintereinanderanordnung,
wobei in den Ausführungsbeispielen nach Fig.1 bis 3 vier Teilladungen 1 bis 4 vorgesehen
sind, die hintereinander an der Bodenseite 5 der Brennkammer 6 angeordnet sind.
Die Anzahl der Teilladungen richtet sich jedoch nach den Erfordernissen und ist
nicht auf eine Norm beschränkt.
-
Die beispielsweise in Scheibenform gepreßten Teilladungen 1 bis 4
sind mit einem Isoliermantel 7 versehen, der :den Spalt zwischen ihrem Umfang und
der Brennkammerwand 8 ausfüllt, so daß sich beim Betrieb der Rakete hierin keine
Flammenfront ausbilden kann.
-
Bei der Ausführung nach Fig.1 sind die einzelnen Teilladungen 1 Abis
4 .durch Zwischenlagen aus Isoliermasse getrennt. Diese Zwischenlagen gehen in den
Mantel aus Isoliermasse über, so daß jede Teilladung in einem, vorzugsweise aus
elastischem Isoliermantel bestehenden Behälter untergebracht oder direkt als Preß'ling
eingegossen -sein kann. Außerdem ist jede Teilladung mit einem Anfeuerungssatz 16
bis 19 versehen. Jeder Anfeuerungssatz enthält dabei eine Zündpille 11 bis 14 oder
ein anderes geeignetes elektrisches Zündelement. Diese Zündpillen sind über eine
elektrische Verzögerungsschaltung miteinander verbunden.
-
Bei der Ausführung. nach Fig. 2 hat nur die erste Teilladung leinen
zentralen Anfeuerungssatz 15, der eine Zündpille 10 enthält, wobei der Boden des
Anfeuerungssatzes 15 die der Düse 20 zugekehrte Stirnseite :der Teilladung 1 abdeckt.
Die Entzündung der folgenden Teiltrei!bsätze 2, 3, 4 erfolgt über die jeweils als
Zwischenlagen zwischen den einzelnen Teilladungen angeordneten Zündverzögerungssätze
9. Gegen die Brennkamme@rwand ist wieder eine Isolierschicht 7 gegen das Eindringen.
der Flammenfront angebracht.
-
Fig.3 stellt eine Anordnung dar wie in Fig.l und 2, jedoch sind hier
zur Abdichtung gegen den Brennraum 6 zwischen den einzelnen Teilladungen in den
Trennfugen lidernde Schotte 21, 22, 23 aus einem geeigneten Material, z. B. Stahlblech,
angebracht. Die einzelnen Teilladungen können lose eingesetzt werden, da das dem
Brennraum jeweils nächstgelegene Schott infolge seiner Abdichtwirkung gegen den
Gasdruck wie ein Kolben wirkt und die noch urverbrannten Teilladungen gegen den
Brennkammerboden 5 drückt und damit fixiert. Die Zündanordnung ist bei dieser Ausführungsart
nicht dargestellt.
-
Die Wirkungsweise der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele
ist folgende: Bei der Ausführung nach Fig. 1 und 3, bei der die einzelnen Teilladungen
1 bis 3 völlig voneinander isoliert sind, erfolgt die Zündung jeder einzelnen Teilladung
über die durch die elektrische Verzögerungsschaltung verbundenen Zündpillen 11 bis
14 in den gewünschten Zeitabständen nacheinander.
-
Nach erfolgter Zündung werden die Teilladungen durch die Anfeuerung
nacheinander zerlegt und dabei in den eigentlichen Brennraum 6 geschleudert, wo
die Pulverelemente während ihrer Verweilzeit verbrennen und als Pulvergas durch
die Düse 20 abströmen. Der Strömung steht dabei der volle Brennkammerquerschnitt
ohne störende Einbauten zur Verfügung. Es ist daher auch eine Auslegung, Fkrit.
1)iise - FBrennkantmer, zur Erzielung des maximalen Flächenschubes möglich,
ohne daß die Innenklemmung größer als die Düsenklemmung wird, wobei unter Innenklemmung
das Verhältnis der brennenden Pulveroberfläche zum freien Strömungsquerschnitt in
der Brennkammer und als Düsenklemmung das Verhältnis der brennenden Pulveroberfläche
zum .kritischen Düsenquerschnitt verstanden wird.
-
Bei raketengetriebenen Geschossen, die beim Verlausen des Abschußrohres
ausgebrannt sein müssen, d. h. den sogenannten Kurzbrennraketen, kann das Rohr gleichzeitig
zur Vergrößerung der Verweilzeit als Nachbrenner dienen, was besonders in dem Fall,
wo Fkrit. Düse - FBrennkaninier 'SS, wegen der großen Strömungsgeschwindigkeit
in der Brennkammer für einen guten Pulverausbrand wesentlich ist.
-
Bei der Ausführung nach Fig.2 wird nach der Zündung des Anfeuerungssatzes
15 durch die Zündpille 10 zunächst lediglich die Teilladung 1 zerlegt und gleichmäßig
:angefeuert. Nach einer durch die Art und Dicke der Zwischenlage zur Teilladung
2 hin bedingten Zeitverzögerung greift dann die Verbrennung auf die zweite Teilladung
über, die entweder durch die beigemengte Beiladung oder durch die Schlagrohrwirkung,
falls es sich um ein poröses Treibsatzgefüge handelt, zerlegt wird und dadurch ihre
wirksame Oberfläche vergrößert. In ähnlicher Weise werden dann auch die übrigen
Teilladungen 3 und 4 hintereinander über die als Zündverzögerungssätze 9 ausgebildeten
Zwischenlagen gezündet.
-
In Fig. 4 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Treibsatzes dargestellt, und zwar die Kombination eines bekannten Pulverwickels
mit
zwei nachgeschalteten Teilladungen. Die Wickelladung 25 besitzt dabei eine eigene
Beiladung 24. Die Teilladungen 3, 4 werden erst nach dem Abbrennen der Wickelladung
nacheinander gezündet, wie es für Fig. I bis 3 beschrieben wurde. Auch eine Röhrenladung
oder ein anderer Treibsatz bekannter Ausführung kann mit den erfindungsgemäßen Teilladungen
kombiniert werden. Solche Treibsätze normaler Ausführung müssen dann als erste abgebrannt
werden, da sie sich der .erforderlichen Oberfläche und der Sperrigkeit wegen meistens
nicht für eine Einkapselung eignen.
-
Fig. 5 zeigt die Anordnung mehrerer trommelförmiger Teiltreibladungen
in am Brennkammerboden angebrachten Einzelkammern 26, 27. Mehrere Ausführungsformen
dieser Einzelkammern zeigen die Fig. 6 bis 8 .als Querschnitte längs der Linie A-B
in Fig. 5. Das Pulver ist auch hierbei in gepreßtem oder losem Zustand in den Kammern
untergebracht, deren Öffnungen gegen den Brennraum 6 hin mit eingepreßten oder eingeschraubten,
gegen den Verbrennungsdruck lidernden Verschlußstopfen 28, 29 versehen sind. Die
Stopfen werden nach der Anfeuerung durch die Bei adungen 30, 31, die auch eine andere
Gestalt und Anordnung aufweisen können, nacheinander entsprechend der Zündfolge
aus ihrem Sitz herausgedrückt und durch die Düse 20 mit dem abströmenden Pulvergas
abgeführt. Sie können auch so ausgeführt sein, daß nur der Boden des Verschlusses
zerstört wird und sich dabei kleinere Bruchstücke bilden. Die Stopfen 30, 31 werden
deshalb vorteilhaft aus Leichtmetall oder einem Kunststoff hoher Festigkeit hergestellt.
Die Zündung kann auch in dieser Ausführungsart durch eine elektrische Zündverzögerungsschaltung
erfolgen oder über Zündverzögerungssätze, die so ausgebildet und im Verschlußstopfenboden
angebracht sind, daß sie durch den Druck nicht zerstört werden und ein Durchschlagen
in die Einzelkammern damit verhindert wird.
-
Bei allen Ausführungsarten kann durch eine entsprechende Abstimmung
der Pulverelemente, Pulverart, Teillladungsgröße, Beiladungsmenge, Beiladungsart,
Verpressungsgrad und Wahl der Zeitverzögerung bei der Zündung der einzelnen Teilladungen
sowie auch für jede beliebige andere Art und Weise die Ausbildung das Druck- bzw.
Schubdiagramms des gesamten Treibsatzes durch Überlagerung der Einzeldiagramme der
einzelnen Teilladungen entsprechend beeinflußt werden.
-
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Sie erstreckt sich auch auf eine sinngemäße Anwendung des dadurch verkörperten
Prinzips bei Geschoßkartuschen oder Patronen.