DE4422617C1

DE4422617C1 - Verfahren zur Dämpfung des Landestoßes

Info

Publication number: DE4422617C1
Application number: DE19944422617
Authority: DE
Inventors: Adalbert Dipl Ing Wagner
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2014-06-29

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dämpfung des Landestoßes eines Raumflugkörpers, insbesondere einer bemannten oder unbemannten Kapsel, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für eine sicheren schonende Landung von in der Regel an Fallschirmen zu Boden sinkenden Raumflugkörpern sind prinzipiell vier verschiedene Mög lichkeiten bekannt:

- Gedämpfte Landebeine
- Retrorockets
- Crash-Strukturen
- Airbags.

Es sind auch Kombinationen möglich und teilweise bereits verwirklicht. So zum Beispiel Retrorockets mit Landebeinen oder Retrorockets mit Crash-Strukturen.

Unter dem Begriff "Retrorockets" sind Landetriebwerke zu verstehen, wel che kurzzeitig einen der Schwerkraft entgegenwirkenden Schub erzeugen und dadurch den betreffenden Raumflugkörper unmittelbar vor der Bodenbe rührung abbremsen.

Sowohl Landebeine als auch Retrorockets mit zugehörigem Treibstoffsystem sind technisch aufwendig, weisen einen nicht unerheblichen Platzbedarf auf und erhöhen spürbar die Masse des Raumflugkörpers.

Crash-Strukturen sind verformbare Strukturen, welche meist zwischen dem Hitzeschild und der Kabine/Nutzlast angeordnet sind. Diese nehmen die kinetische Energie des Raumflugkörpers beim Landen durch plastische Ver formung auf. Wegen des geringen, zur Verfügung stehenden Einbauvolumens zwischen Hitzeschild und Kabine oder Nutzlast ist die realisierbare Dicke dieser Crash-Strukturen relativ gering, so daß der Dämpfungshub für ein sanftes Abbremsen bei der Landung meist nicht ausreicht. Deshalb müssen in der Regel noch zusätzliche Maßnahmen zur Landestoßdämpfung, wie z. B. Retrorockets, ergriffen werden.

Aus der DE-AS 11 87 497 ist eine Vorrichtung zur Dämpfung des Landesto ßes von an Fallschirmen abgeworfenen Lasten bekannt, welche nach dem Re trorocket-Prinzip Gas aus Düsen ausströmen läßt. Allerdings handelt es sich hier nicht um Verbrennungsabgas, sondern um "kaltes", gespeichertes Druckgas. Letzteres wird aus mehreren Düsen zwischen einer Plattform und dem Erdboden ausgeblasen, so daß kurzfristig ein dämpfendes Gaskissen entstehen soll. Es wird bezweifelt, ob der gewünschte Gaskisseneffekt tatsächlich auftritt.

Die Verwendung von Gaskissen mit textilen bzw. polymeren Hüllen, d. h. von Airbags, zur Landestoßdämpfung ist beispielsweise aus der DE-OS 41 18 300 und der US-PS 2 887 055 bekannt. Airbag-Systeme sind relativ leicht, einfach und benötigen im inaktiven Zustand wenig Platz. Aller dings ist es eher schwierig, sie an variierende Landebedingungen (Sink geschwindigkeit, Seitendrift etc.) anzupassen. Bei hohen Landegeschwin digkeiten besteht die Gefahr des Platzens zumindest einzelner Kammern bzw. die Gefahr des Zurückprallens infolge elastischer Energiespeiche rung bei ungenügender Dämpfung. Airbag-Systeme sind im allgemeinen wenig geeignet zur Aufnahme von Seitenkräften, d. h. von Scherbelastungen. Die Folgen können sein, daß ein mit Seitendrift landender Raumflugkörper um kippt oder sich überschlägt. Ein weiterer, gravierender Nachteil von Airbag-Systemen ist der, daß in Relation zu Crash-Strukturen die Ener gieaufnahmefähigkeit infolge des Abblasens bei gleichem Hub um ca. 50% geringer ist.

Gegenüber diesen bekannten Lösungen mit ihren Nachteilen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Dämpfung des Landestoßes eines Raumflugkörpers anzugeben, welches die Vorteile von Airbag-Syste men, wie geringes Einbauvolumen und Gewicht, aufweist aber deren Nach teile vermeidet, das heißt zur Absorption von vertikalen und horizonta len Aufprallkomponenten geeignet ist und bei optimaler Dämpfung zu maxi maler Energieaufnahme fähig ist ohne eine Gefahr des Zurückprallens oder Versagens (Platzen, Zerstörung etc.).

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen im Oberbegriff.

Somit schlägt die Erfindung vor, als Ersatz für einen Airbag bzw. für andere Crash-Strukturen vor der Landung ein mechanisch belastbares Schaumkissen zu erzeugen, welches die kinetische Energie beim Landen im wesentlichen durch plastische Verformung aufnimmt.

Die hierfür erforderlichen Komponenten (Schaumkartuschen, Abzugsvorrich tungen etc.) sind Stand der Technik, das heißt erprobt und problemlos erhältlich. Durch Anpassung/Optimierung der Parameter wie Kissenform, Kissenvolumen, Schaumdichte, Härte, Aushärtungsgrad etc. lassen sich die gewünschten Aufschlagsbedingungen erreichen. Aufgrund sehr geringer Aus härtezeiten (z. B. wenige Sekunden bei Zweikomponenten-Reaktionsharz schäumen) kann das Schaumkissen kurz vor der Landung erzeugt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere separate Schaumkissen mit gleichen oder unterschiedlichen Eigenschaften zu erzeugen.

Die Unteransprüche 2 bis 5 enthalten bevorzugte Ausgestaltungen des Ver fahrens nach Anspruch 1.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnung noch näher erläu tert. Dabei zeigen in vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 eine Kapsel mit Kabine und Hitzeschild vor Erzeugung eines dämp fenden Schaumkissens,

Fig. 2 dieselbe Kapsel ohne Hitzeschild mit einem umhüllten, torusför migen Schaumkissen,

Fig. 3 eine Kapsel mit Kabine und einem nach unten von der Kabine weg ausfahrbaren Hitzeschild vor Erzeugung eines Schaumkissens,

Fig. 4 dieselbe Kapsel mit nach unten ausgefahrenem Hitzeschild und mit einem Schaumkissen zwischen Kabine und Hitzeschild.

Die Kapsel 1 nach Fig. 1 trägt in ihrer Struktur 3 eine Kabine 5, in welcher eine Besatzung aus einer oder mehreren Personen untergebracht sein kann. Beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre wird die Kapsel 1 durch das Hitzeschild 7 thermisch geschützt, welches im Schnitt darge stellt ist. Zwischen der Kabine 5 und dem Hitzeschild 7 sind an der Kap selstruktur 3 befestigte Schaumkartuschen 11 erkennbar, welche zwei im inaktiven Zustand voneinander getrennte Komponenten eines Reaktionsharz schaumes enthalten.

Die den gravitationsbedingten Fall der Kapsel 1 bremsenden Fall- oder Gleitschirme sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Fig. 2 zeigt den Zustand der Kapsel 1 kurz vor der Landung mit einsatz bereitem Schaumkissen 13. Um für dieses Platz zu schaffen, wurde das Hitzeschild 7 vorher abgeworfen (Vorgang nicht dargestellt). Damit der Schaum in definierter Form aushärtet, wurde er in eine Hülle in Form ei nes torusförmigen Sackes 10 eingebracht. Eine solche Hülle, beispiels weise aus Kunststoffgewebe, ist vorzugsweise gasdurchlässig aber schaum undurchlässig ausgeführt. Je nach Gestalt der Hülle lassen sich prak tisch beliebige Schaumkissenformen verwirklichen, wobei auch mehrere, getrennte Kissen kombinierbar sind.

Falls die exakte Kissenform keine so wichtige Rolle spielt, kann man den Schaum auch frei, ohne Hülle, quellen und aushärten lassen. Beim Auf schlag auf der Erdoberfläche - oder auch auf einer Wasserfläche - wird das Schaumkissen mehr oder weniger stark plastisch deformiert.

Es ist anzustreben, den elastischen Verformungsanteil möglichst klein zu halten, um Rückpralleffekte weitgehend zu unterbinden. In diesem Sinne kann eine Schaumstruktur günstig sein, welche absichtlich nicht voll ständig ausgehärtet ist.

Die Kapsel 2 nach Fig. 3 umfaßt ebenfalls eine Struktur 4, eine Kabine 6, ein Hitzeschild 8 sowie Schaumkartuschen 12 zwischen Kabine 6 und Hitzeschild 8. Die Besonderheit hier ist, daß der Abstand zwischen Kabi ne 6 und Hitzeschild 8 mittels einer über Pneumatikzylinder 9 betätigba re Lenkeranordnung deutlich vergrößert werden kann. Dieser Zustand mit großem Abstand ist in Fig. 4 wiedergegeben. Das Schaumkissen 14 füllt den Zwischenraum vollständig aus und wirkt so als stark dämpfende Crash-Struktur zwischen Hitzeschild 8 und Kabine 6. Das beim Wiederein tritt ohnehin zumindest oberflächlich beschädigte Hitzeschild 8 bekommt hier den ungedämpften, harten Landestoß ab.

Bezugszeichenliste

1 Kapsel
2
3 Kapselstruktur
4
5 Kabine
6
7 Hitzeschild
8
9 Pneumatikzylinder
10 Sack, torusförmig
11 Schaumkartusche
12
13 Schaumkissen
14.

Claims

1. Verfahren zur Dämpfung des Landestoßes eines Raumflugkörpers, insbesondere einer bemannten oder unbemannten Kapsel, welcher sich nach Wiedereintritt ν die Erdatmosphäre infolge der Aktivierung mindestens einer aerodynamischen Bremsvorrichtung, insbesondere von Fallschirmen, der Erdoberfläche in gebremstem Fall nähert, mit Hilfe einer vor der Landung aktivierbaren, nachgiebig verformbaren Dämpfungsstruktur, da durch gekennzeichnet, daß in dem Zeitraum zwischen Wiedereintritt und Landung an der zur Erdoberfläche weisenden Unterseite des Raumflugkör pers (Kapsel 1, 2) mindestens ein mechanisch belastbares Schaumkissen (13, 14) erzeugt wird, welches die kinetische Energie des Raumflugkör pers (Kapsel 1, 2) beim Landen im wesentlichen durch plastische Verfor mung aufnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumkissen (13, 14) durch das Zusammenführen zweier Komponenten eines Reaktionsharzes erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Reaktion zur Erzeugung des Schaumkissens während oder kurz nach der Wiedereintrittsphase des Raumflugkörpers unter Ausnutzung der dabei herrschenden, hohen Temperaturen eingeleitet wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das Schaumkissen (13) durch Ausschäumen eines - im gefüllten Zustand - torusförmigen Sackes (10) erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, zur Dämpfung des Landestoßes eines Raumflugkörpers mit einem seine Kabine in der Wiedereintrittsphase schützenden, selbsttragenden Hitzeschild, da durch gekennzeichnet, daß nach dem Wiedereintritt des Raumflugkörpers (Kapsel 2) das Hitzeschild (8) von der Kabine (6) weg nach unten ausge fahren wird (Pneumatikzylinder 9), und der sich dadurch ergebende Zwi schenraum ausgeschäumt wird (Schaumkissen 14).