Zünder, insbesondere für Raketenanotore Die Erfindung betrifft Zünder und insbesondere ein verbessertes Zündsystem für Raketenmotore.
Bisher benutzten die meisten Zünder für die Zündung von Treibladungen für Raketenmotore, beispielsweise mit festen Treibmitteln arbeitende Motore, einen Düsenverschlussmechanismus, damit in Verbindung mit der von dem Zünder entwickelten Temperatur ein zum Zünden der Hauptladung aus reichender Druck erzielt werden konnte. Bei üb lichen Schwarzpulverzündern verläuft die Zündung durch den plötzlichen hohen Energieanstieg stoss- artig, wodurch empfindliche Instrumente, die oft in Verbindung mit dem Raketenmotor verwendet wer den, ausser Betrieb gesetzt werden können.
Eine weitere Ursache der stossartigen Zündung, die im folgenden als Zündstoss bezeichnet wird, ist die in Verbindung mit einem Schwarzpulverzün- der verwendete Düsenverschlussvorrichtung, bei de ren Aufbrechen schwere Stossbelastungen auftreten.
Um diese beiden Hauptursachen des Zündstosses auszuschalten, ist es wünschenswert, einen von der herkömmlichen Art verschiedenen Zünder zu verwen den und auf die Düsenverschlussvorrichtung zu ver zichten.
Durch die vorliegende Erfindung kann ein Zün der geschaffen werden, der zuverlässige und repro- duzierbare Ergebnisse innerhalb eines Temperatur bereiches von -600C bis +77 C (- 75o F bis 170,1 F) liefert und welcher einen sich allmählich steigernden Druck erzeugt, wobei der maximale Zündstoss relativ gering und die Zündverzögerung relativ kurz ist.
Es wurde gefunden, dass die vorstehend ge wünschten Eigenschaften erhalten werden können, wenn ein gitterartiger Behälter oder Korb verwendet wird, der zündbare Körner oder Kügelchen enthält. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Gitter- zwischenräume des korbähnlichen Behälters durch eine den Behälter abdichtende Substanz, z.
B. durch einen dünnen Lacküberzug oder einen überzug aus weichem Kunststoff verschlossen werden können, wodurch ein Behälter entsteht, der genügend stark ist, um die Zündsubstanz zu halten und den inner- halb des Behälters erzeugten Druck aufzunehmen, bevor der Behälter bei der Verbrennung auseinan- derbricht.
Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass die Sei ten und Enden des Zündbehälters frei liegen und die Flamme und die Verbrennungsprodukte nach allen Seiten entweichen können, so dass nur ein geringer oder überhaupt kein Druck und ein daraus resultie render Zündstoss entsteht.
Eine für die Verwendung im Zünder besonders geeignete Verbrennungssubstanz besteht aus einer stöchiometrischen Mischung von Aluminium und Kaliumperchlorat, die besonders für die Erzeugung grosser Wärmemengen geeignet ist. Solch eine Mi schung gibt bei der Verbrennung etwa dreimal soviel Energie ab als eine äquivalente Menge Schwarzpul ver und sie erzeugt eine Flammtemperatur, die 38000 C übersteigt. Da so eine genügend hohe Flammtemperatur erzeugt wird, ist die Hitze ausrei chend, um alle Verbrennungsprodukte zu verdamp fen und den erforderlichen Druck zu erzeugen.
Da die Kondensation der Verbrennungsprodukte sehr rasch eintritt, ist es von Vorteil, dass die gespeicherte Hitze bei sehr hohen Temperaturen freigesetzt wird. Eine solche Aluminium-Kaliumperchlorat Mi schung bewirkt die Kernzündung ohne einen Düsen- verschluss, sogar bei Temperaturen von - 600 C (- 75o F).
In einigen Beispielen ist es zweckmässig, die Zündladung zur Unterstützung der Auslösung mit einer geringen Menge Schwarzpulver zu vermischen. Es wurde festgestellt, dass die Dicke des Zünd- behälters so zu bemessen ist, dass wenig oder über haupt kein Druck zum Aufbrechen des Behälters er forderlich ist, so dass ein explosionsartiges Verbren nen der Zündladung vermieden und eine wesentliche Verringerung des Stosses, der normalerweise ein treten würden, bewirkt wird.
Der Behälter soll vielmehr in der Lage sein, das Zündmaterial so lange zu halten, bis die Verbren nung im wesentlichen vollendet ist, und er soll fer ner so konstruiert sein, dass die Verbrennungspro dukte möglichst nach allen Seiten entweichen kön nen und dass ein Luftstoss in eine bestimmte Rich tung unterbleibt. Hierdurch werden Kraftkomponen ten, die einen Stoss erzeugen können, ausgeschlossen oder zumindest reduziert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden Teil der Beschreibung an Hand der bei gefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeich nungen sind Fig. 1 ein Querschnitt durch einen an einem An satz des Raketenmotors befestigten Zünder ; Fig. 2 eine Endansicht des Zünders der Fig. 1 ; Fig. 3 eine Endansicht des Sicherheitsdiaphrag- mas des Zünders ; Fig. 4 eine isometrische Ansicht des Zünd- korbes.
Der Zünder enthält ein auf den Ansatz des Ra ketenmotors aufschraubbares Verbindungsstück 11, das mit Streben 12 versehen ist, welche einen rin- förmigen Befestigungsflansch 13 für den korbartigen Zündbehälter tragen. Ein Drahtmaschenkorb 14 ist mit einer Lippe 15 versehen (Fig. 4) und wird gegen den ringförmigen Flansch 13 durch einen Ring flansch 16 gedrückt. Die Flansche sind durch eine Anzahl von Schrauben 17 verbunden.
Das untere mit den Streben 12 versehene Ende des Verbindungsstücks 11 ist mittels Gewinde 19 und an einem Ansatz 19 des Raketenmotors be festigt. In dem in Fig. 1 gezeigten Zünder ist das andere Ende des Verbindungsstücks mit einer Boh rung 20 versehen, die sich durch die ganze Länge dieses Bauteils erstreckt. Die Bohrung 20 ist mit einer Gegenbohrung 21 versehen, welche an dem der Strebenbefestigung entgegengesetzten Ende beginnt. Die Gegenbohrung 21 erstreckt sich nur über eine kurze Strecke bis zu einer Schulter 22. In die mit Gewinde 23 versehene Gegenbohrung ist ein Ge windering 24 eingeschraubt.
Ein in den Fig. 1 und 3 gezeigtes Diaphragma ist so ausgeführt, dass es den bei normalem Betrieb des Raketenmotors entwickelten Druck aushält. Es ist in die Gegenbohrung eingesetzt, liegt an der Schulter 22 an und wird hier durch den Gewinde ring 24 gehalten.
Das Verbindungsstück 11 ist mit elektrischen Anschlussteilen 26 versehen, die sich in Form von isolierten Stiften in die Bohrung 20 des Ansatzes er strecken. Die vorstehenden Elektroden 27 der Stifte sind von den metallischen Teilen des Verbindungs- stücken durch eine kappenförmige Umhüllung 28 isoliert, die am Verbindungsstück und am Dia phragma 25 anliegt. Die Umhüllung 28 ist mit zy lindrischen Vorsprüngen 29 versehen, die sich ein ganzes Stück in die mit Gewinde versehenen Bohrun gen 30 des Verbindungsstückes 11 erstrecken, wo durch die mit Gewinde versehenen Teile der elek trischen Stifte 26 geschützt werden.
Der Raum in der Bohrung 20 zwischen der am Diaphragma 25 anliegenden Umhüllung 28 ist bis kurz vor die in die Bohrung 20 hineinragenden Elek troden 27 mit einem geeigneten hitzeisolierenden Material 31 gefüllt. Dies kann beispielsweise eine Chromatpaste sein. Das isolierende Material 31 wird durch einen Deckel 32 gehalten.
Der Zündbehälter 14 ist mit einer Anzahl Zünd stoffkügelchen 33 gefüllt, welche in diesem Fall aus einer stöchiometrischen Mischung aus Aluminium und Kaliumperchlorat bestehen.
Der Maschendraht des Zündbehälters soll aus einem solchen Material bestehen und eine solche Dicke haben, dass er erst abbrennt oder schmilzt, nachdem die Verbrennung im wesentlichen vollendet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Zündbehälter aus einem tief gezogenen zylin drischen Maschendrahtkörper mit einer Maschen weite von etwa 3 mm und einer Drahtdicke von un gefähr 0,7 mm. Der Behälter kann aus galvanisier tem Eisen, weichem Stahl oder korrosionsbeständi gem Stahl hergestellt werden.
Falls ein leichter Druck zur Zeit des Aufplatzens des Behälters wünschenswert ist, wird der Maschendraht durch Tauchen mit einem vinylartigen Lack überzogen, um die Maschen mit einem dünnen harten Film auszu füllen.
Innerhalb des Zündbehälters 14 ist eine mit Schwarzpulver arbeitende Zündvorrichtung 34 ange bracht, die vorzugsweise ringförmig ist und mit einem Widerstandselement 35 versehen ist, durch welches die Schwarzpulverladung gezündet wird, nachdem das Widerstandselement durch Anschlies- sen einer nicht gezeigten elektrischen Energiequelle über die Elektroden 27 und die Verbindungsdrähte 36 erhitzt wird.
In einigen Fällen kann es wün schenswert sein, in den Stromkreis einen Widerstand 37 zu schalten, um den durch das Widerstandsele ment 35 fliessenden Strom auf einen brauchbaren Wert zu reduzieren, falls die an die elektrischen An- schlussklemmen angelegte Spannung zu hoch ist.
Das in dem Behälter befindliche pelletisierte Material kann, falls es gewünscht wird, aus einer Mischung aus Kaliumperchlorat, Aluminium und einer geringen Menge Schwarzpulver bestehen. Ebenso können andere geeignete Zündmaterialien verwendet werden.
Die bevorzugten Zündkügelchen werden wie folgt hergestellt. Das Aluminium und Kaliumper- chlorat wird in feste elliptische Pellets geformt, in dem die Mischung einem hohen Druck ausgesetzt wird. Diese Pellets haben eine Verbrennungsge- schwindigkeit zwischen 0,5 und 1,25 cm/sek und entwickeln einen Druck zwischen 1 und 7 Atmo sphären.
Die Dimension der Pellets wird durch die gewünschte Verbrennungsgeschwindigkeit bei sieben Atmosphären bestimmt, und zwar geschieht dies durch Anwendung der Formel H = 2RT, worin H die Dicke der Pellets, R die Verbrennungsgeschwin digkeit und T die gesamte Verbrennungszeit ist. Die Pellets haben eine Dicke zwischen 0,175 und 0,25 cm und einen Durchmesser von etwa 1 cm. Sie sind vorzugsweise linsenförmig und nicht flach, weil flache Pellets dazu neigen, im Behälter dicht aufein ander zu liegen, wodurch ihre der Flamme ausge setzte Oberfläche wesentlich reduziert wird.
Wenn die Pellets flach aufeinander liegen, wird ihre Ver brennung wesentlich verzögert.
Die Aluminium-Kaliumperchloratmischung ver liert ihre Zündeigenschaften nicht, wenn sie drei Wochen lang einer Temperatur von 740 C oder 96 Stunden lang einer relativen Feuchtigkeit von 100 % bei 60,) C ausgesetzt wird.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Das Verbin dungsstück wird in den Ansatz 19 der Raketen kammer geschraubt, der gewöhnlich so ausgerichtet ist, dass die Flamme des Zünders gegen die Treib mittelladung gerichtet ist. Die elektrische Leitung wird durch die Drähte 36, den Widerstand 37 und die Elemente 35 geschlossen, wodurch das Pulver in der Zündvorrichtung 34 gezündet wird. Das bren nende Pulver der Zündvorrichtung 34 bewirkt die Entzündung der Aluminium-Kaliumperchlorat-Pel- lets, welche unter Entwicklung einer hohen Tem peratur verbrennen. Die Flamme und die Hitze von diesen Pellets kann durch die Öffnungen im Draht maschenkorb 14 entweichen, weil dessen Öffnungen nach allen Richtungen weisen.
Der auf diese Weise hergestellte Zünder erzeugt durch die in beliebiger Richtung entweichenden Gase oder Verbrennungs produkte keinen Stoss und führt auch zu keiner Zündverzögerung.
Bei einem derartigen Zünder ist es gewöhnlich unnötig, eine Verschlussvorrichtung in der Düse an zubringen. Es wird daher auch kein Zündstoss ent wickelt, wie er gewöhnlich beim Aufbrechen einer Verschlussvorrichtung auftritt, nachdem in der ver schlossenen Verbrennungskammer ein hierfür genü gend hoher Druck entwickelt worden ist.
Falls es wünschenswert ist, kann der Draht maschenkorb, in dem die Pellets und die Zündvor richtung angeordnet sind, durch Tauchen oder auf andere Weise mit einem dünnen Film aus Kunststoff von niederer Zerreissfestigkeit überzogen werden, um die Pellets und die Zündvorrichtung vor Feuchtig keit zu schützen und im Zünder einen leichten Druck zu entwickeln,
wodurch die Zündung der in dem Drahtkorb befindlichen schwerer zündbaren Pellets aus Aluminium und Kaliumperchlorat unterstützt wird.