DE2124225C3

DE2124225C3 - Feststoffraketentriebwerk mit Innenbrenner Treibstoffladung

Info

Publication number: DE2124225C3
Application number: DE2124225A
Authority: DE
Inventors: Steven Duncan Carmichael Mitchell; Myron Penryn Morgan; Conrad Roy Huntington Beach Platt
Original assignee: Aerojet General Corp
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Inc
Priority date: 1970-07-28
Filing date: 1971-05-15
Publication date: 1973-12-06
Also published as: DE2124225B2; JPS50204B1; GB1311265A; DE2124225A1; US3803838A; CA937767A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Feststoffraketentriebwerk mit Innenbrenner-Treibstoffladung, mit einem Behälter für ein Löschmittel zur Beendigung des Raketenbetriebes, indem das Löschmittel durch Zündung eines Sprengsatzes aus dem Löschmittelbehälter auf die Brennfläche der Treibstoffladung getrieben wird.

Bei einem bekannten, derartigen Feststoffraketentriebwerk (USA.-Patentschrift 3 266 237) ist eine zylindrische Brennkammer vorgesehen, die auf der der Schubdüse abgekehrten Seite durch eine durchbohrte Trennwand, deren Bohrung mittels eines beschichteten Kartondeckels abgedeckt ist, von dem zylindrischen, koaxial zur Brennkammer angeordneten Löschmittelbehälter getrennt ist. Der Löschmittelbehälter weist an seinem anderen Ende - durch einen weiteren beschichteten Kartondeckel gegenüber dem körnigen Löschmittel abgeteilt-einen Sprengsatz auf,

Bei diesem Denainuwii »««.

wild es als Nachteil angesehen, daß eine äußerst ra, sehe Schubbeendigung, wie sie oft erforderlish ist, nicht möglich ist. Zunächst vergeht eine gewisse Zeit, bis die gesamte Menge des körnigen Löschmittels

ι«· durch die Bohrung in der Trennwand in die Brennkammer eingebracht ist. Die Hitzeabsorption erfolgt dabei nicht augenblicklich, sondern allenfalls im Verlauf der Zeit, die vergeht, bis das Löschmittel auch den der Düse zugekehrten Bereich der Brennkammer

erreicht. Hierbei wirkt es sich außerdem nachteilig aus, daß das in Strömungsrichtung vordere Löschmaterial hinsichtlich seines Wärmeabsorptionsvermögens zuerst gesättigt ist und demnach keine Wärme mehr aufnehmen kann und das Nachströmen von noch

ao aufnahmefähigem Material behindert. Dadurch wird nicht nur die Zeit zur Beendigung des Schubes weiter vergrößert, es kann auch das Wärmeaufnahmevermögen des Löschmittels nicht optimal ausgenützt werden, so daß eine vergleichsweise große Menge dieses Mate-

»5 rials in die Brennkammer eingebracht werden muß. Es liegt die Aufgabe vor, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile ein Feststoffraketentriebwerk mit Innenbrenner-Tieibstoffladungder eingangs erwähnten Bauart zu schaffen, das mit einem geringen

Bedarf an Löschmittel schnellstmöglich gelöscht werden kann, um eine äußerst rasche Schubbeendigung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Löschmittelbehälter ein im von der Treibstoffladung umschlossenen Innenraum angeordneter, durch den Sprengsatz zerreißbarer Behälter ist und daß im Löschmittelbehälter ein den Sprengsatz aufnehmender Behälter vorgesehen ist.

Durch die Anordnung des zerreißbaren Löschmittelhehälters innerhalb der Brennkammer wird er reicht, daß das Löschmittel auf kürzestem Weg die Brennfläche der Treibstoffladung erreichen kann, wodurch nicht nur eine sehr schnelle und wirksame Hitzeabsorption stattfindet, sondern außerdem das Löschmittel optimal ausgenutzt wird.

Es ist zwar (aus dem »AJAA-Journal«, 1. Band, Nr. 6, Juni 63) ebenfalls bekannt, aus einem im zylindrischen Innenraum der Treibstotfladung angeordneten, konzentrischen Rohr als Löschmittel Wasser auf die Abbrandflache zu spritzen, um das Triebwerk zu löschen. Das innenliegende Rohr dieser auf einem Versuchsstand getesteten Löscheinrichtung weist eine Vielzahl (bei dem beschriebenen Versuch 120) sehr kleiner Bohrungen für den Austritt des Löschwassers auf. Um das Wasser aus diesen Austrittsöffnungen gegen den in der Brennkammer herrschenden Druck in die Kammer einspritzen zu können, muß das Löschwasser dem Rohr mit hohem Druck zugeführt werden, was wiederum eine leistungsfähige, stabile und detngemäß auch schwere Pumpe mit Zuführleitung be dingt. Schon aus diesem Grunde ist diese bekannte Löscheinrichtung für die Praxis zumindest schlecht geeignet. Schließlich vergeht auch hier eine längere Zeit, bis eine ausreichende Menge des Löschwassers 6s in die Brennkammer eingebracht ist. Demgemäß vergeht eine längere Zeit, bis durch die Wärmeabsorption des Löschwassers und dem damit verbundenen Druckabfall die Temperatur in der Brennkammer so-

weit herabgesetzt ist, daß die Verbrennung unterbrochen wird.

In Ausgestaltung der Erfindung ist als Löschmittel in an sich bekannter Weise eine Löschflüssigkeit, zweckmäßig Wasser vorgesehen.

Es ist vorteilhaft, die Brennkammer des Triebwerks zylindrisch und den Löschmittelbehälter im wesentlichen als mit der Brennkammer koaxial verlaufendes Rohr auszubilden, in welchem der Sprengsatzbehälter als Hülse angeordnet ist, die zum genannten Rohr koaxial verläuft.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der rohrförmige Löschmittelbehälter in Abständen um seinen Uml'ang mit Einkerbungen versehen, wobei an der Innenseite des rohrförmigen Löschmittelbehalters Spanten und an seiner Außenseite zwischen den Einkerbungen Stützschienen vorgesehen sein können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt einer im den Löschmittelbehälter 20 bildenden Rohr angeordneten und koaxial und konzentrisch mit diesem Rohr verlaufenden zylindrischen Hülse. Der Sprengsatz 22 in dieser HUlse wird durch einen nicht

dargestellten Zünder gezündet, der über eine Verdrahtung 22a elektrisch aktiviert wird. Die Verdrahtung 22a ist durch einen Stopfen 19, der eine öffnung 18 im Nasenteil 12 verschließt sowie durch den Löschmittelbehälter 20 und den Sprsßgsatzbehälter 21 hin-

durch zum Sprengsatz 22 geführt. Das Löschwasser befindet sich im Ringraum zwischen dem Sprengsat und Löschmittelbehälter. Die Enden dieser Behälter sind durch Verschlüsse 30 dicht verschlossen. Der Sprengsatzbehälter 21 wird in seiner konzentrischen

Stellung innerhalb des Löschmittelbehalters 20 durch in der Zeichnung nicht dargestellte Distanzstücke gehalten, während der Löschmittelbehälter 20 seinerseits in der zylinderischen Brennkammer 11 durch Einschrauben in das vordere Nasenteil 12 des Trieb-

„.. „„ ^.v....._u.._B ^.„_u~.l. ^o ^₆. Einschrauben in das vor

Fi g. 1 eine Längsansicht des erfindungsgemäßen ao werksgehäuses befestigt wird. Gegebenenfalls kann - ° der Löschmittelbehälter auch mittels des Düsenbefe

stigungsflansches gelagert werden.

Vor Inbetriebnahme des Raketentriebwerks stutzt sich der rohrförmige Löschmittelbehälter 20 außera5 dem an seinem der Düse 13 zugekehrten Ende über Blöcke 24 aus geschäumtem Polystyrol an der Innenwand 16 der Treibstoffladung 14 ab.

Nach Zünden der Treibstoffladung werden alle Zündeinrichtungen 17, deren Zuleitungsdrähte sowie

Außenhülle 34 versehene Brennkammer il ist an ih- 30 die Blöcke aus Polystyrolschaum durch die Schubdüse rem vorderen Ende durch das Nasenteil 12 verschlos- 13 ausgeblasen.

sen und weist an ihrem hinteren Ende eine Schubdüse Um einem Zusammendrücken des rohrförmigen

Löschmittelbehalters 20 infolge des Kammerdruckes während des Betriebs der Rakete entgegenzuwirken,

Feststoffraketentriebwerks, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 ein Diagramm, in dem der Brennkammerdruck und der Schub über der Zeit aufgetragen ist. Das in der Zeichnung dargestellte Feststoffraketentriebwerk 10 besteht im wesentlichen aus einer Brennkammer 11, die aus einem geeigneten Metall, beispielsweise Stahl, gebildet wird. Die mit einer

13 auf, welche als konvergent-divergente Düse ausgebildet ist. Innerhalb der Brennkammer 11 befindet

dung 14, die von einer beispielsweise aus Gummi bestehenden Verkleidung 15 umgeben ist. Der Abbrand an der Innenwand 16 der Treibstoffladung 14 wird durch mehrere Zündeinrichtungen 17, welche in Win-

ordnet sind, in Gang gesetzt. Diese beispielsweise eine Mischung aus Bor und Kaliumnitrat als Zündmaterial enthaltenden Zündeinrichtungen 17 können mit Hilfe einer Hitzdrahtzündvorrichtung gezündet werden,

12 oder an der Schubdüse 13 herausgeführt sind. Die Zündeinrichtungen 17 können in beliebiger Weise, etwa durch einen Klebstoff oder ein Klebeband an der Treibstoffladung befestigt werden.

sich die als Innenbrenner ausgebildete Treibstoffla- 35 sind im Ausfuhrungsbeispiel an der Innenseite dieses

Behälters Spanten 33 angeordnet. Damit nach Zünden des Sprengsatzes 22 zur schnellen Beendigung des Schubes Jas Löschwasser sich möglichst gleichmäßig

■ β , im Innenraum der Brennkammer 11 verteilt, ist es

kelabständen an der Innenwand 16 der Ladung ange- 40 vorteilhaft, den Löschmittelbehälter 20 in Abständen

um seinen Umfang mit Einkerbungen 27 zu versehen, entlang welcher der Löschmittelbehälter aufgesprengt wird. Zur Unterstützung dieses Effektes sind ferner

_e _o~~ , an der Außenseite des Löschmittelbehälters 20 zwi-

deren Zuleitungsdrähte entweder durch das Nasenteil 45 sehen den Einkerbungen 27 Stützschienen 25 vorgesehen. Die längs des rohrförmigen Löschmittelbehälter;, 20 verlaufenden und an diesem anliegenden Stützschienen 25 wirken ähnlich wie Scharniere, um

. _e. welche sich die aufgebrochenen Seiten des Löschmit-

Zur vorzeitigen Löschung des Abbcandes, d. h. Be- 50 telbehälters 20 öffnen, so daß das Löschwasser weitgehend ungehindert in den von der Treibstoffladung 14 umgebenen Innenraum und zur Abbrandfläche gelangen kann.

Die im Diagramm der F i g. 3 dargestellten Verläufe 55 des Kammerdrucks und des Raketenschubs wurden bei einem in der Praxis durchgeführten Versuch mit einem Feststoffraketentriebwerk erreicht, dessen zylindrische Brennkammer einen Durchmesser von etwa 24 cm und eine Länge von etwa 110 cm aufwies. Die vorgesehen 60 sich etwa über die gesamte Lange der Brennkammer erstreckende Festtreibstoffladung hatte einen inneren Durchmesservon ungefähr 16 cm, das Rohr des Löschmittelbehalters hatte etwa eine Länge von 105 cm bei einem Außendurchmesser von 7 cm. Die gleichlange Hülse für den Sprengsatz war etwa 1,6 cm stark, so daß in das Löschmittelrohr etwa 3,5 1 Löschwasser eingefüllt werden konnten. Der Sprengsatz bestand bei diesem Versuch aus etwa 70 g eines

endigung des Schubes ist ein Behälter für ein Löschmittel 23 vorgesehen, welches durch Zündung eines Sprengsatzes 22 aus dem Löschmittelbehälter auf die Brennfläche der Treibstoffladung 14 getrieben werden kann. Der Löschmittelbehälter ist ein im von der Treibstoffladung 14 umschlösse ien Innenraum angeordneter, durch den Sprengsatz 22 zerreißbarer Behälter 20, in dem ein den Sprengsatz 22 aufnehmender Behälter 21 vorgesehen ist. Als Löschmittel kann eine Löschflüssigkeit, zweckmäßig Wasser
sein.

Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, ist die Brennkammer 11 des Triebwerks zylindrisch ausgebildet. Der Löschmittelbehälter 20 ist hierbei ein mit der Brennkammer koaxial verlaufendes Rohr. Dieses Rohr ist thermisch isoliert und kann aus Metall, etwa Aluminium, oder aus Phenolharz hergestellt sein. Zweckmäßig besteht der Sprengsatzbehälter 21 aus

feinkörnigen Schwarzpulvergemisches üblicher Zusammensetzung. In dem in Fig. 3 gezeigten Diagramm ist auf der Abszisse die Zeit in Sekunden (s) abgetragen, über welcher der mit ρ bezeichnete Kurvenlauf des Kammerdrucks in kp/cnr sowie der mit S bezeichnete Kurvenverlauf des Schubes in kp dargestellt ist. Wie zu erkennen, erreichte das Feststoffraketentriebwerk nach der Zündung einen Schub von etwas unter 5000 kp bei einem Kammerdruck von knapp 70 kp/cnr. Bei etwa 0,4 Sekunden nach Zündung der Treibladung wurde der Sprengsatz gezündet, worauf der Kammerdruck innerhalb von etwa V₁₀₀ Sekünden auf etwa V₁₀ seines Wertes fiel, um nach weiteren "V_10n Sekunden auf Null abzufallen. Der Schub hatte einen ähnlichen Verlauf, er fiel sogar noch etwas abrupter ab als der Kammerdruck.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Feststoffraketentriebwerk mit Innenbrenner-Treibstoffladung, mit einem Behälter für ein Löschmittel zur Beendigung des Raketenbetriebes, indem das Löschmittel durch Zündung eines Sprengsatzes aus dem Löschmittelbehälter auf die Brennfläche der Treibstoffladung getrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschmittelbehälter (20) ein im von der Treibstoffladung (14) umschlossenen Innenraum angeordneter, durch den Sprengsatz (22) zerreißbarer Behälter ist und daß im Löschmittelbehälter (20) ein den Sprengsatz (22) aufnehmender Behälter (21) vorgesehen ist.

2. Feststoffraketentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Löschmittel (23) eine Löschflüssigkeit, zweckmäßig Wasser vorgesehen ist.

3. Feststoffraketentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (11) des Triebwerkes zylindrisch ausgebildet ist und der Löschmittelbehälter (20) im wesentlichen aus einem mit der Brennkammer (11) koaxial verlaufenden Rohr besteht.

4. Feststoffraketentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengsatzbehälter (21) im wesentlichen aus einer im rohrförmigen Löschmittelbehälter (20) angeordneten und koaxial mit diesem Behälter (20) verlaufenden Hülse besteht.

5. Feststoffraketentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Löschmittelbehälter (20) in Abstanden um seinen Umfang mit Einkerbungen (27) versehen ist.

6. Feststoffraketentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des rohrförmigen Löschmittelbehälters (20) Spanten (33) angeordnet sind.

7. Feststoffraketentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des rohrförmigen Löschmittelbehälters (20) zwischen den Einkerbungen (27) Stützschienen (25) vorgesehen sind.

kel durchbrochen werden und das Lo die Bohrung der Trennwand in die