2. Ausgabe

Ramog aktuell

Der Feststoffraketenmotor BC-360

1.) Einleitung

BC-360

Die schlechte Versorgung der Raketenmodellbauer mit Treibsätzen in den 70er und auch noch in den 80er Jahren motivierte mich dazu, auch privat geeignete Firmen von der Notwendigkeit zur Produktion und Zulassung von Treibsätzen zu überzeugen; -doch ohne Erfolg. Besonders prekär wurde die Situation dann, wenn die Raketenmodelle eine Startmasse von etwa 300 g erreichten. Hier wären dringend schubstärkere Treibsätze notwendig gewesen. Außer dem "Held1000" war aber im o.g. Zeitraum überhaupt kein zugelassener Treibsatz auf dem Markt. Eine Bündelung mehrerer kleinerer Treibsätze für einen stärkeren Antrieb war nur eine Notlösung, weil die meist aus Schwarzpulver gepreßten kleinen Treibsätze ein ungünstiges Leistungsgewicht aufweisen. Ganz zu schweigen davon, daß Bündelungen gesetzlich nicht erlaubt waren und sind. (Überschreitung der 20 g-Grenze der T1-Klasse.) Es fehlte ein Raketenmotor mit etwa 100-200 g brennbarer Masse und einer Leistung von 200-300 Ns, ein T2-Motor. Das Studium an der Technischen Universität München (TUM) und die Mitgliedschaft bei der Hermann-Oberth-Gesellschaft e.V. führten schließlich zu einer Bekanntschaft mit Prof. Dr. phil. habil. E. E. Büchner am Lehrstuhl für Flugantriebe. Prof. Büchner war ebenfalls HOG-Mitglied und einige Jahre sogar Vizepräsident. Vor seiner Berufung an die TUM war er Mitarbeiter bei der WASAG und Bayern-Chemie in Aschau/Inn. Sein guter Ruf verschaffte dem technisch-wissenschaftlichen Nachwuchs der HOG Gehör bei den Verantwortlichen der Bayern-Chemie. Die Bayern-Chemie konnte einen geeigneten Treibsatzblock mit den gewünschten Leistungsdaten zur Verfügung stellen. Das Projekt des zukünftigen T2-Motors war damit fest umrissen: a) Konstruktion und Erprobung eines geeigneten Gehäuses für den vorhandenen Treibsatzblock b) Zulassung des Raketenmotors bei der Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM) für den zivilen Verwendungsbereich.

2.) Konstruktionskriterien

Aus dem geplanten Einsatzbereich des Raketenmotors ließen sich für die Konstruktion des Motorgehäuses folgende Anforderungen ableiten: a) Höchstmaß an Sicherheit bei der Handhabung und Verwendung b) Mehrfache Wiederverwendbarkeit c) Einfacher Aufbau und einfache Herstellung d) Werkstoffauswahl hinsichtlich der Zulassung des Motors bei der BAM; d.h. keine Werkstoffe, die bei einem Zerlegen des Motors Splitterwirkung zeigen e) Integriertes und leicht auswechselbares elektrisches Anzündsystem für den Treibsatz. Dieser Anforderungskatalog macht klar, daß die Entwicklung des Raketenmotors nur in mehreren Stufen erfolgen konnte, und daß vor allem in Bezug auf Sicherheit und Werkstoffwahl genaue und zuverlässige Prüfmethoden und -bedingungen erforderlich waren.

3.) Treibsatz des Feststoffraketenmotors BC-360

Der Treibsatz des Feststoffraketenmotors BC-360 ist doppelbasiger Treibstoff, d.h. ein zähelastisches Kolloid aus 47 - 50% Nitrocellulose (NC) und 34 - 37% Nitroglycerin (NGL), sowie Weichmacher, Stabilisatoren und Abbrandmoderatoren mit einem spezifischen Vakuumimpuls von 2450 Ns/kg. Eine ganz besondere Eigenschaft dieses Treibstoffes ist seine Leistungskonstanz in einem weiten Temperaturbereich von - 40°C bis + 50°C; - Schwarzpulvertreibsätze verändern ihre Leistung in diesem Temperaturbereich bis zu 25 %. Der Treibstoffblock ist ausgeführt als Stirn-Sternbrenner, was bedeutet, daß die Fläche während des Abbrandes konstant bleibt. D.h. der Motor liefert während der Brennzeit von 1,5 s einen konstanten Schub. Das ist für die Raketenzelle und für empfindlichere Komponenten in der Rakete beim Start von unschätzbarem Vorteil. Gewöhnlich weisen nämlich Raketenmodelltreibsätze unmittelbar nach der Zündung eine Schubspitze (Peak) auf und dies bedeutet für die Rakete eine enorme Belastung. Anders als bei den herkömmlichen Raketenmotoren ist der Treibstoffblock des BC-360 weder mit dem Gehäuse vergossen noch verpresst. Er ist mantel- und stirnseitig mit Ethylcellulose abisoliert und wird so bei der Laborierung nur ins Gehäuse geschoben. Gefährliche Wandablösungen z.B. durch Temperaturänderungen, Luftfeuchtigkeitsänderungen und durch mechanische Einflüsse sind damit vollkommen ausgeschlossen. Bekanntlich reagieren alle gepressten Treibsätze auf die genannten Einflüsse empfindlich, was bei der Zündung unweigerlich eine Explosion zur Folge hat. Schließlich weist der BC-360 Treibstoffblock auch beim Abbrand gegenüber anderen Treibstoffzusammensetzungen Vorteile auf. Aus der Düse entweicht nur Stickstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid; - also keine aggressiven, korrosiven, ätzende oder gar giftige Verbrennungsprodukte. Schonend für die Startanlage und Umwelt. Und der Abbrand erfolgt fast ohne Rauchentwicklung.

4.) Konstruktion - Meßtechnik

Durch die großzügige Unterstützung des Ordinarius des Lehrstuhls für Flugantriebe der TUM Prof. Dr.-Ing. H. G. Münzberg konnte ich im Zeitraum von 1975 bis 1977 die wesentlichsten Arbeiten zur Auslegung und Optimierung des Gehäuses in den Institutsräumen und -werkstätten durchführen. Einen besonders hohen Stellenwert erhielt dabei die Meßtechnik für den Nachweis der Sicherheit. Dazu wurden zwei sich ergänzende Meßmethoden benutzt: Während mit spannungsoptischen Versuchen (Oberflächenschichtverfahren) die Dehnungs- und Spannungszustände über die gesamte Mantellinie des Gehäuses in geschlossener Form aufzeigten, wurde mit der Dehnungs-Meßstreifenmessung (DMS) der genaue Betrag der Belastung an einzelnen Stellen ermittelt. In den im Institut durchgeführten statischen Versuchen wurde das Gehäuse mit Öl bis auf den dreifachen Betriebsdruck von 300 bar belastet. Die Verifizierung der Versuchsergebnisse erbrachten anschließend mehrere dynamische Prüfstandsversuche bei der Bayern-Chemie; - ebenfalls mit Spannungsoptik und DMS. Das Gehäuse wurde so optimiert, daß es an der konstruktiv ausgelegten schwächsten Stelle, der Sollbruchstelle, dem dreifachen Betriebsdruck standhält. Sollte dieser Druck überschritten werden, trennt sich das Gehäuse an dieser Stelle axial in zwei Teile. Dabei entstehen keine Bruchstücke bzw. Splitter.

5.) Zulassung

Im Frühjahr 1977 war der Raketenmotor so weit gediehen, daß er zusammen mit den mittlerweile umfangreichen Meßprotokollen über den Festigkeits- und Sicherheitsnachweis der Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM), Berlin vorgelegt und die Zulassung beantragt werden konnte. Diese erfolgte bereits am 26.4.1977. Der Feststoffraketenmotor BC-360 erhielt das Zulassungszeichen BAM - PT2-0024 Die zunächst übliche befristete Zulassung von zwei Jahren wurde 1979 aufgehoben, d.h. der Motor ist ohne Einschränkung für den zivilen Verwendungsbereich zugelassen.

6.) Technische Daten

a) Maße und Gewichte

Länge über alles: 115 mm
max. Durchmesser: 71 mm (Stahlringe)
Masse, flugfertig: 640 g
Brennkammermasse: 430 g (leer)
Treibsatzmasse: 200 g (mit Isolation)

b) Leistungswerte

(Diese Daten sind Mittelwerte
aus mehreren Abbrandversuchen)

Impuls: 360 Ns
Schub: 246 N
Brennzeit: 1,5 s
Brennkammerdruck: 90 bar
Schub-Zeit Diagramm

c) Schnittzeichnung

Schnittzeichnung

d) Anzündsystem

Kopfseitig im Motor eingebauter elektrischer Brückenzünder mit Beiladung;
- elektrischer Widerstand: typisch 1,5 Ohm;
- Reaktionszeit bei Zündstrom: 2,0 - 3,0 A < 1 ms

7.) Schlußbemerkung

Mit dem Feststoffraketenmotor BC-360 wurde vor mehr als zwei Jahrzehnten erstmalig in Deutschland für den Raketenmodellbau ein Raketenmotor der Klasse T2 mit einem mehrfach wiederverwendbaren Gehäuse entwickelt und zugelassen. Seit zwei Jahrzehnten stellt dieser Motor seine Zuverlässigkeit und Sicherheit unter Beweis; es gibt keinen einzigen Fehlstart, dessen Ursache auf den BC-360 zurückzuführen war. Seit 1979 steht dieser Raketenmotor allen Raketenmodellbauern zur Verfügung, die eine Fachkundeprüfung für den Erwerb von Gegenständen der Klasse T2 abgelegt haben und eine gültige Erlaubnis nach §27 des Sprengstoffgesetzes besitzen. Mit einer Leistung von 360 Ns ist der BC-360 ein idealer Raketenmotor für den Antrieb von Raketen mit einer Startmasse zwischen 2,5 und 3,0 kg. Seine Verwendung setzt vom Raketenmodellbauer sehr viel Erfahrung mit kleineren Raketenmodellen voraus und gute handwerkliche Fähigkeiten und Einrichtungen beim Bau entsprechender Flugkörper (Raketen) und Startanlagen.

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