Kapitel 6 Kautschukelastischer Treibsatz189

RAKETENANTRIEB FÜR DIE INTERKONTINENTALRAKETE MINUTEMAN II ENTWICKELN

In diesem Kapitel wird der Feststoffantrieb Thiokol M55 behandelt, der in der ersten Stufe der drei- stufigen US-Interkontinentalrakete Boeing LGM-30F Minuteman II zum Einsatz kommt. Im ameri- kanischen Unabhängigkeitskrieg wurden Zivilisten mit patriotischer Gesinnung, die innerhalb einer Minute kampfbereit sein mussten, als "Minuteman" (engl. "Freiwilliger") bezeichnet. Der Begriff Minuteman ist ein Hinweis auf die schnelle Einsatzbereitschaft der gleichnamigen amerikanischen Interkontinentalrakete, die als Gefechtskopf einen 730 kg schweren Atomsprengkopf trägt. Seine Sprengkraft entspricht ungefähr 1’200'000 Tonnen TNT, einem herkömmlichen militärischen Sprengstoff. Die Minuteman-Rakete kann aus unterirdischen Silos und von Eisenbahnwaggons aus gestartet werden und wird in allen drei Stufen mit Feststofftreibstoff angetrieben. Die Flugstab- ilisierung und Steuerung erfolgt durch je vier schwenkbare Düsen, die vom integrierten Naviga- tionssystem automatisch in die erforderliche Position gedreht werden. Die Maximalgeschwindigkeit ist 24.100 km/h. Der erste Start einer Minuteman-II-Rakete erfolgte am 24. September 1964.
Dieses Beispiel zeigt eine Methode für den Entwurf eines Feststofftriebwerks, das in der ersten Stufe einer dreistufigen Feststoff-Interkontinentalrakete (USA) zum Einsatz kommt. Die Rakete soll mit einer anfänglichen Beschleunigung von 16.51766 m/s2 aus einem unterirdischen Raketensilo, das sich in Meereshöhe befindet, starten und einen 730 kg schweren nuklearen Gefechtskopf (Nutzlast) transportieren. Die erste Stufe ist an die Nenndruckhöhe von 2'900 Meter über Meer angepasst und arbeitet mit einem Brennkammerdruck von 55 Atmosphären. Die Brennkammer soll einen einheitlichen Treibsatz enthalten, und es soll eine Treibsatzform zum Einsatz kommen, bei der sich die Abbrandoberfläche mit fortschreitendem Abbrand nur geringfügig in der Grösse än- dert. Damit ist eine möglichst gleichbleibende Schubkraft über die gesamte Brenndauer hinweg gewährleistet. Der Festtreibstoff verbrennt mit einer gleichbleibenden Abbrandgeschwindigkeit bis zu einem Treibstoffrückstand von 5.9%. Es sind die folgenden technischen Daten gegeben:


Tabelle 6-6. Technische Daten der 1. Stufe.
Triebwerkdaten Korrekturfaktoren
Treibstoffmassenanteil 0.90663 Schubkorrekturfaktor 0.9752 m
Brenndauer 52.6 s Geschwindigkeitsverlustfaktor 0.9645
Betriebsdauer 62.3 s Treibstoffdaten
Brenn-&Betriebsdauer (Mittel) 57.447 s Temperatur in Brennkammer 3'472 Kelvin
Nenndruckhöhe 2'800 m.ü.M Isentropenkoeffizient (k) 1.2
Brennkammerdruck 55 at Molekülmasse 26.94 g/mol
Materialdaten des Triebwerks spezielle Gaskonstante 308.61 J/kg•mol
Dichte des Liners 0.99 g/cm3 Dichte 1.76 g/cm3
Dichte der Isolation 1.10 g/cm3 Temperaturkoeffizient 0.0924
Dichte der Brennkammer 7.45 g/cm3 Druckexponent 0.29
Bruchfestigkeit: Stahl C6AC 15'819 at tatsä. Charakt. Geschwindigkeit 1'579 m/s
Sicherheitsbeiwert 1.3 Silveranteil 5.9 %
Tabelle 6-7. Technische Daten der 2. und 3. Stufe.
Stufe der Minuteman 2. Stufe 3. Stufe
Bezeichnung SR-18-AJ-J Hercules M57A1
Nutzlastverhältnis 0.30362 0.2381
Treibstoffmassenanteil 0.0924 0.0924
Brenndauer 66 s 60 s
Spez. Impuls im Vakuum 2'819 m/s 2'618 m/s

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