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Raketentriebwerk für feste Treibstoffe Die Erfindung betrifft ein
Raketentriebwerk für feste Treibstoffe mit einer aus Zylinderwand und Düse bestehenden
Brennkammer, deren Boden durch einen während des Abbrandes .axial verschiebbaren,
zylindrisch ausgebildeten Treibstoffkörper gebildet wird.
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Bei den Raketentriebwerken nach einem älteren Vorschlag erfolgt die
axiale Verschiebung des Treibstoffkörpers mittels eines Gewindetransportes. Zu diesem
Zweck ist der Treibstoffkörper mit einem Außengewinde versehen, der durch eine beispielsweise
von einer flugkörperseitig angeordneten Turbine angetriebenen Mutter selbsttätig
derart gesteuert wird, daß die Düsenoberkante stets an der Stirnfläche des Treibstoffkörpers
anliegt und immer nur so weit nachgeben kann, wie dieser abbrennt.
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Die zur Steuerung des Treibstoffkörpers während seines Abbrandes erforderliche
Vorrichtung besitzt jedoch einen verhältnismäßig verwickelten und störanfälligen
Aufbau, wobei insbesondere die Notwendigkeit, den Treibstoffkörper selbst mit einem
Außengewinde zu versehen, dessen Festigkeit in erheblicher Weise beeinträchtigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Raketentriebwerk der vorgenannten
Art so auszubilden, daß die Nachteile der Raketentriebwerke des älteren Vorschlages
vermieden sind; insbesondere soll der Treibstoffkörper selbst frei sein von seine
Festigkeit beeinträchtigenden Gewinden.
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Eine Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß
der Treibstoffkörper durch eine auf seine Stirnfläche wirkende axiale Kraft in die
Brennkammer eingeschoben wird.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Fördereinrichtung
vorhanden, welche den Treibstoffkörper mittels einer Parallelführung gegen den Brennkamrnerdruck
in die Brennkammer einführt.
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Zur Abdichtung zwischen Brennkammer und Treibstoffkörper sind entsprechende
Dichtmittel, z. B. Labyrinthdichtungen mit unbrennbaren Manschetten, angebracht,
um die Leckverluste möglichst zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß der Treibstoffkörper
mit einer der Brenngeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit nachgeschoben
wird. Dabei können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Vorschubkräfte
aus einer flugkörperfesten Kraftanlage entnommen werden.
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Um ebenso wie bei Flüssigkeitstriebwerken auch bei Feststofftriebwerken
der eingangs genannten Art die Brenngeschwindigkeit entsprechend der Vorschubgeschwindigkeit
während des Betriebes mit möglichst einfachen Mitteln beeinflussen zu können, sind
die Zündmittel mit mindestens einer gegen den Treibstoffkörper gerichteten Spitze
oder Kante versehen.
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Wird der Treibstoffkörper mit höherer Geschwindigkeit als der dem
Treibstoff eigenen Abbrandgeschwindigkeit gegen die infolge der hohen Brennkammertemperatur
glühenden Spitzen oder Kanten geschoben, so dringen diese in den Treibstoffkörper
ein. Dadurch vergrößert sich die Brennfläche, so daß in der gleichen Zeit mehr Treibstoff
verbrannt wird als dies bei normaler Abbrandgeschwindigkeit und konstanter Brennfläche
möglich wäre. Die effektive Brenngeschwindigkeit läßt sich durch diese einfache
Maßnahme somit vergrößern.
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Ein völliges Stillsetzen des Triebwerkes läßt sich schließlich in
zuverlässiger Weise dadurch erreichen, daß der Vorschub unterbrochen oder der Treibstoffkörper
zurückgezogen wird. Es kann also die Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit dazu
benutzt werden, um das Triebwerk mit nachlassendem Schub allmählich auszuschalten.
Ein schneller Brennschluß wird dagegen durch plötzliches Zurückziehen des Treibstoffkörpers
aus der Brennkammer erreicht. Durch die Anordnung von Zündvorrichtungen in der Brennkammer
läßt sich durch Wiedereinschieben des Treibstoffkörpers das Triebwerk erneut in
Tätigkeit setzen.
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Um bei einem Raketentriebwerk, bei dem der Treibstoffkörper allein
die die Schubkraft übertragende Verbindung zwischen Brennkammer mit
Schubdüse
und den übrigen Teilen der Flugkörperzelle bildet, die auf den Treibstoffkörper
einwirkenden Dichtkräfte leichter überwinden zu können, kann in Weiterbildung der
Erfindung ein intermittierender Vorschub vorgesehen sein, wobei der Düsenkörper
mit Brennkammerwand - durch die Brenngeschwindigkeit des Treibstoffkörpers gesteuert
- unter dem Druck der expandierenden Gase auf den divergierenden Düsenteil selbsttätig
auf dem Treibstoffkörper entlanggleitet.
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Der intermittierende Vorschub der Brennkammer auf dem Treibstoffkörper
läßt sich jedoch gemäß der Erfindung auch dadurch erzielen, daß der Treibstoffkörper
aus einzelnen Scheiben verschieden schnell brennenden Treibstoffes zusammengesetzt
ist.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen im Schnitt Fig. 1 und 2 ein Triebwerk mit nachschiebbarem Treibstoffkörper
in verschiedenen Einschubstellungen, Fig. 3 einen Flugkörper mit automatischem Vorschub
des Treibstoffkörpers.
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Die Brennkammer 11 in Fig. 1. und 2 läuft nach hinten in die Düse
10 aus. In ihrem Inneren befinden sich die Zündanlage 12 sowie Dichtmanschetten
21..
Ein am vorderen Ende der Brennkammer vorhandener Flansch 13 steht über
Zugglieder 14 mit einer Druckscheibe 15 in Verbindung. In das Gewinde einer zentralen
Bohrung 16 in dieser Scheibe 15 ist eine Spindel 17 mit Drehgriff 18 eingeschraubt.
Die Spindel 17 drückt mit ihrem hinteren Ende mittels einer zwischengelegten
Scheibe 19 .auf den Treibstoffkörper 20.
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Durch Betätigen des Drehgriffes 18 wird der Treibstoffkörper
in die Brennkammer 11 eingeführt. Die in der Brennkammer an der Außenwand innen
angeordneten Dichtmanschetten 21 weichen etwas in Richtung auf das Innere der Brennkammer
aus, so daß eine durch die Spannung dieser Manschetten hervorgerufene Dichtung zwischen
Brennkammer und Treibstoffkörper gewährleistet ist. Bei Berühren der Zündanlage
12, wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird der Treibstoffkörper 20 auf der ganzen Stirnfläche
entzündet.
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Der Vorschub des Treibstoffkörpers erfolgt durch äußere Kräfte P,
welche auf den Drehgriff 18 zentral einwirken. Die Zugglieder 14 werden dabei entlastet
und dienen lediglich zur Führung des Treibstoffkörpers. Eine Unterbrechung des Schubes
wird dadurch erreicht, daß die Kraft P weggenommen wird. Dadurch gleitet der Treibstoffkörper
20 mit den Übertragungsteilen 19, 16, 17 und 18 aus der Brennkammer heraus und erlischt.
Ein erneutes Einfahren in der oben beschriebenen Weise führt nach Berührung des
Treibstoffkörpers 20 mit der Zündanlage 12
zur erneuten Zündung des
Triebwerkes.
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In Fig. 3 ist eine Brennkammer 26 mit Schubdüse 25 dargestellt, welche
längsverschieblich auf einem Treibstoffkörper 30 angeordnet ist. Sie berührt den
Treibstoffkörper 30 an zwei Stellen 28, so daß ein Verkanten der gleitenden
Brennkammer ausgeschlossen ist. Eine Labyrinthdichtung 29 verhindert ein Ausweichen
von Brenngasen durch die Berührungsstellen 28 zwischen Brennkammer26 und Treibstoffkörper
30. Der Treibstoffkörper 30 trägt an seinem vorderen Ende den übrigen Teil
des Flugkörpers 27.
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Zum Entzünden des Triebwerkes wird die Brennkammer 26 mit Düse 25
.auf dem Treibstoffkörper 30 so weit nach vorn geschoben, daß dieser bis in die
Düse 25 hineinragt. Die Entzündung des Treibstoffkörpers 30 erfolgt durch bekannte,
nicht dargestellte Zündmittel, die sich außerhalb des Flugkörpers befinden können.
Sobald der Treibstoffkörper so weit abgebrannt ist, daß die Brennfront an der Stirnfläche
innerhalb der zylindrischen Brennkammer 26 steht, erzeugen die expandierenden Verbrennungsgase
in der Düse einen Schub, der sowohl auf die Stirnfläche des brennenden Treibstoffkörpers
30 wirkt und den Flugkörper in Längsrichtung beschleunigt als auch auf die Schubdüse
25 eine Kraft in der gleichen Richtung überträgt. Diese Kraft auf die Schubdüse
25 vergrößert sich, wenn die Brennfront in die Brennkammer 26 hineinwandert, so
daß der Brennkammerkörper 26 mit Düse 25 auf dem Treibstoffkörper 30 entlanggeschoben
wird. Dieses Vorgleiten auf dem Treibstoffkörper wird dadurch begrenzt, daß die
Schubkraft auf die Düse 25 in dem Augenblick erheblich absinkt, wo die Verbrennung
innerhalb des sich erweiternden Teiles 25 stattfindet, so daß die expandierenden
Gase nicht mehr entlang der Düsenwand 25 strömen, sondern direkt nach hinten entweichen.
Es wird sich daher ein Gleichgewichtszustand so einstellen, daß die Knickstelle
in der Wand zwischen Brennkammer 26 und Düse 25 etwa an der brennenden Hinterkante
des Treibstoffkörpers liegt.
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Zur besseren Überwindung der Dichtkräfte kann ein intermittierender
Vorschub vorgesehen sein. Die Brennkammer 26 mit Schubdüse 25 bleibt so lange an
der Stelle des Treibstoffkörpers, bis der Druck auf die Düse 25 so groß ist, daß
er die Reibungskräfte an der Dichtung überwindet. Dann gleitet die Brennkammer 26
auf dem Treibstoffkörper 30 um einen bestimmten Betrag nach vorn, bis der Druck
kurzzeitig nachläßt. Danach spielt sich der gleiche Vorgang erneut ab. Der intermittierende
Vorschub kann auch dadurch hervorgerufen werden, daß die Treibstoffsäule in verschiedene
schnell brennende Abschnitte unterteilt ist.
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Dieses intermittierende Vorgleiten der Brennkammer 26 auf dem Treibstoffkörper
30 erlaubt größere Anpreßdrücke in den Manschetten der Dichtung 29. Die Schwankungen
in der Ausströmgeschwindigkeit und damit die Verringerung der Schubkraft sind dagegen
gering.