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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung auf Basis gelförmigen Treibstoffs,
insbesondere für
einen Flugkörper,
umfassend mindestens einen Tank für gelförmigen Treibstoff, eine Brennkammer und
eine Zuführungseinrichtung
von Treibstoff zur Brennkammer.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Treibstoff-Förderung
bei einer Antriebsvorrichtung.
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Aus
der
US 5,133,183 A ist
ein Antriebssystem bekannt, bei dem ein gelförmiges Oxidationsmittel eingesetzt
wird.
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Gelförmige Treibstoffe
und ihre Anwendungen sind in den Artikeln "An Overview of Investigations on Gel
Fuels for Ramjet Applications" von
H. K. Ciezki und B. Natan, International Symposium on Airbreathing
Engines, ISABE 2005, München,
zur Veröffentlichung
vorgesehen im September 2005, "Theoretical
approaches on the influence of non-linear material properties of
gel propellants on the flow in injectors" von H. K. Ciezki et al., 33rd International Annual Conference of ICT,
Karlsruhe, 2002 oder "The
status of gel propellants in year 2000" von B. Natan und 5. Rahimi, in Combustion
of Energetic Materials, Editors K. K. Kuo, L. deLuca, Boca Raton,
2001 beschrieben.
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Gelförmige Treibstoffe
haben den Vorteil, daß sie
unter Normalbedingungen fest sind und unter Scherspannungen fließfähig sind.
Aufgrund dieser Eigenschaften läßt sich
eine regelbare Antriebsvorrichtung bereitstellen. Im Vergleich dazu
sind Feststoff-Treibstoffe lagerungsfähig und weisen eine gute Handhabung
auf, jedoch ist die Verbrennung nach dem Zünden nicht mehr stoppbar und üblicherweise sind
entsprechende Triebwerke auch nicht regelbar. Flüssigkeits-Triebwerke wiederum
sind regelbar, jedoch ist die Sensitivität gegenüber Lecks sehr groß und es
ist ein großer
Aufwand bezüglich
der Förderung
notwendig. Durch Antriebsvorrichtungen auf der Basis von Gel-Treibstoffen
lassen sich die positiven Eigenschaften von Feststoff- und Flüssigkeitsantrieben
verbinden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der
eingangs genannten Art bereitzustellen, welche einfach aufgebaut
ist.
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Diese
Aufgabe wird bei der oben genannten Antriebsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß mindestens
eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung zur Beaufschlagung von
gelförmigem
Treibstoff mit elektromagnetischer Strahlung und/oder mindestens
eine Heizeinrichtung zur Erwärmung
von gelförmigem
Treibstoff vorgesehen ist, um das Fließverhalten zu verbessern.
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Gelförmige Treibstoffe
zeigen ein nicht-newtonsches Fließverhalten, das heißt die Scherviskosität ist scherratenabhängig und
die Dehnviskosität
ist dehnratenabhängig.
Erfindungsgemäß ist eine
Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder Heizeinrichtung vorgesehen, über die
durch nicht-mechanischen Energieeintrag die Scherviskosität und/oder Dehnviskosität des Treibstoffs
verringerbar ist. Dadurch verbessert sich dessen Fließverhalten.
Es läßt sich
so die Förderung
des Treibstoffs, der Strahlzerfall und unter Umständen auch
seine Verdampfung und Verbrennung optimieren. Dadurch wiederum läßt sich
die Brennstoffaufbereitung und/oder Oxidatoraufbereitung optimieren,
um eine optimierte Verbrennungsführung
zu erreichen. Die Verringerung der Dehnviskosität wird beispielsweise bei Rohrverengungen
relevant.
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Durch
die Viskositätsverminderung
läßt sich eine
Treibstoff-Förderung
mit niedrigeren Förderdrucken
erreichen. Dadurch läßt sich
die Gesamtmasse der Anwendung (wie beispielsweise eines Flugkörpers) verringern.
Insbesondere läßt sich
beispielsweise der Tank mit geringerer Wanddicke ausbilden. Dadurch
wiederum läßt sich
der Treibstoffverbrauch verringern bzw. es lassen sich größere Reichweiten erreichen.
Es lassen sich auch Antriebsvorrichtungen mit kleinen Abmessungen
wie beispielsweise für
einen Schleudersitz bereitstellen.
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Durch
die Strahlungsbeaufschlagung und/oder Heizung (insbesondere direkte
thermische Heizung oder Induktionsheizung) läßt sich die Temperatur im gelförmigen Treibstoff
erhöhen,
um dessen Viskosität
zu erniedrigen. Durch Strahlungsbeaufschlagung über elektromagnetische Strahlung lassen
sich bei entsprechender Frequenzwahl auch Bindungen im Gelbildner-Gerüst aufbrechen,
um die Viskosität
zu erniedrigen.
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Durch
Strahlungsbeaufschlagung läßt sich ein
Energieeintrag von außen
berührungslos
und unmittelbar durchführen.
Es läßt sich
dadurch innerhalb kurzer Bereitstellungszeiten und innerhalb einer
kurzen Zeitspanne eine Viskositätsverringerung
erreichen. Dadurch wiederum lassen sich Einsatzvorlaufzeiten erniedrigen.
Beispielsweise erfolgt eine Strahlungsbeaufschlagung unmittelbar
vor oder beim Start einer Anwendung wie beispielsweise eines Flugkörpers.
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Bei
dem gelförmigen
Treibstoff kann es sich um einen gelförmigen Brennstoff und/oder
um ein gelförmiges
Oxidationsmittel handeln. Es kann sich auch um eine Kombination
verschiedener Brennstoffe handeln, von denen mindestens einer gelförmig ist bzw.
um eine Kombination verschiedener Oxidationsmittel, von denen mindestens
eines gelförmig
ist.
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Günstig ist
es, wenn mindestens eine Strahfungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder
mindestens eine Heizeinrichtung dem mindestens einen Tank zugeordnet
ist. Dadurch läßt sich
in einem entsprechenden großen
Volumenbereich an gelförmigem
Treibstoff die Viskosität
verringern. Dies wiederum ermöglicht
es, den Förderdruck
für die
Förderung von
Treibstoff zur Brennkammer zu verringern.
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Insbesondere
ist die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder
mindestens eine Heizeinrichtung an dem mindestens einen Tank angeordnet.
Dadurch läßt sich
auf einfache Weise eine Strahlungsbeaufschlagung bzw. Heizung von
gelförmigem
Treibstoff im Tank erreichen. Es kann dabei das gesamte Volumen
des Tanks strahlungsbeaufschlagt werden bzw. geheizt werden oder nur
ein Teilbereich.
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Ferner
ist es günstig,
wenn mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder mindestens
eine Heizeinrichtung einer oder mehreren Zuführungsleitungen von dem mindestens
einen Tank zur Brennkammer zugeordnet ist. Dadurch läßt sich
die Förderung
von dem Tank zur Brennkammer erleichtern. Es läßt sich dadurch auch Treibstoff
der Brennkammer zuführen,
welcher verbesserte Versprühungs-
und Verdampfungseigenschaftan hat.
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Insbesondere
ist mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder
mindestens eine Heizeinrichtung an einer oder mehreren Zuführungsleitungen
von dem mindestens einem Tank zur Brennkammer angeordnet. Dadurch
läßt sich
auf einfache Weise die Viskosität
von in der mindestens einen Zuführungsleitung
geführtem
Treibstoff verringern.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß einem Injektionsbereich
für Treibstoff
in die Brennkammer mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung
und/oder mindestens eine Heizeinrichtung zugeordnet ist. Dadurch
läßt sich
die Viskosität
von in die Brennkammer injiziertem Treibstoff verringern. Dadurch
läßt sich
das Versprühverhalten
und das Verdampfungsverhalten und damit einhergehend das Verbrennungsverhalten
optimieren.
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Insbesondere
ist an einem Injektionsbereich für
Treibstoff in die Brennkammer mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung
und/oder mindestens eine Heizeinrichtung angeordnet, um einen Energieeintrag
in den gelförmigen
Treibstoff zur Herabsetzung der Viskosität zu ermöglichen.
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Günstigerweise
ist die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder mindestens
eine Heizeinrichtung so ausgebildet, daß ein Volumenbereich an gelförmigem Treibstoff
mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagbar ist und/oder erwärmbar ist.
Dadurch läßt sich
auf effektive Weise die Viskosität
im gelförmigen
Treibstoff herabsetzen.
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Bei
einer einfachen Ausführungsform
umfaßt die
Zuführungseinrichtung
mindestens eine Kolbeneinrichtung zur Förderung von gelförmigen Treibstoff von
dem mindestens einen Tank zu der Brennkammer.
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Günstig ist
es, wenn die Strahlung der mindestens einen Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung
bezüglich
Frequenz und/oder Intensität
so eingestellt ist, daß die
Temperatur im gelförmigen
Treibstoff erhöhbar
ist. Bei temperatursensitiven Gelen geht in der Regel eine Temperaturerhöhung mit
einer Absenkung der Viskosität
einher.
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Es
kann auch günstig
sein, wenn die Strahlung der mindestens einen Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung
bezüglich
Frequenz und/oder Intensität
so eingestellt ist, daß die
Fließgrenze
im gelförmigen
Treibstoff erniedrigbar ist. Dadurch lassen sich die Fördereigenschaften
des Treibstoffs verbessern.
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Es
kann auch günstig
sein, wenn die Strahlung der mindestens einen Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung
bezüglich
Frequenz und/oder Intensität
so eingestellt ist, daß Bindungen
im Gelbildner-Gerüst
aufbrechbar sind. Auch auf diese Weise läßt sich die Viskosität erniedrigen.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der entsprechende gelförmige Treibstoff
eine niedrige Temperatursensitivität aufweist. Durch gezielte
Frequenzeinstellung lassen sich Resonanzfrequenzen im Gel anregen,
um zwischenmolekulare Bindungen aufzubrechen.
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Insbesondere
umfaßt
die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung mindestens einen
Sender. Über
die von dem Sender abgestrahlte elektromagnetische Strahlung läßt sich
die Viskosität im
gelförmigen
Treibstoff erniedrigen.
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Insbesondere
strahlt die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung
im Mikrowellenbereich ab, das heißt in einem Wellenlängenbereich
zwischen ca. 1 mm und 30 cm (im Frequenzbereich 1 GHz bis 30 GHz).
Dadurch läßt sich
die Viskosität
im gelförmigen
Treibstoff verringern.
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Günstig ist
es, wenn der gelförmige
Treibstoff einen oder mehrere polare Stoffe umfaßt. Gelförmige Treibstoffe sind üblicherweise
durch Vergelung eines Ausgangsstoffs mit Vergelungsmittel gebildet.
Der Ausgangsstoff (der "eigentliche" Treibstoff) kann
selber ein polarer Stoff sein oder das Vergelungsmittel kann einen
polaren Stoff umfassen oder es können Hilfsstoffe
mit polarem Charakter vorgesehen sein. Bei gelförmigen Treibstoffen, welche
einen oder mehrere polare Stoffe umfassen, läßt sich in der Regel eine hohe
Temperatursensitivität
erreichen, das heißt
eine Viskositätserniedrigung
bei Erwärmung.
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Der
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Treibstoff-Förderung bei einer Antriebsvorrichtung
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß das
Fließverhalten
des Treibstoffs durch nicht-mechanischen Energieeintrag beeinflußt wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
erläuterten
Vorteile auf. Durch den nicht-mechanischen Energieeintrag läßt sich
das Fließverhalten
eines Treibstoffs mit newtonschem oder nicht-newtonschem Verhalten
verbessern.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang
mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
erläutert.
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Durch
den nicht-mechanischen Energieeintrag wird insbesondere die Temperatur
im beispielsweise gelförmigen
Treibstoff erhöht.
Dies kann beispielsweise durch thermisches Heizen oder durch Strahlungsbeaufschlagung
erfolgen.
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Insbesondere
wird die Scherviskosität und/oder
Dehnviskosität
durch den nicht-mechanischen Energieeintrag erniedrigt. Dadurch
läßt sich ein
gutes Förderverhalten
insbesondere unter reduzierten Förderdrücken erreichen.
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Günstig ist
es, wenn der Energieeintrag durch elektromagnetische Strahlung erfolgt.
Dadurch läßt sich
berührungslos
und unmittelbar ein großer Volumenbereich
beaufschlagen, um in diesem Volumenbereich die Viskosität zu verringern.
Die Beaufschlagung läßt sich
schnell und innerhalb eines kurzen Zeitraums durchführen, so
daß die
Aktivierung steuerbar ist. Durch entsprechende Strahlungseinstellung
ist es möglich,
bestimmte Frequenzen anzuregen, um Bindungen im Gelbildner-Gerüst aufzubrechen.
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Beispielsweise
erfolgt der Energieeintrag durch Mikrowellenstrahlung, um die Viskosität zu erniedrigen.
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Günstig ist
es, wenn ein nicht-mechanischer Energieeintrag in den Treibstoff
in einem Tank erfolgt. Dadurch läßt sich
die Viskosität
von im Tank befindlichen Treibstoff erniedrigen, um so wiederum
die Förderung
von Treibstoff vom Tank zu einer Brennkammer zu erleichtern.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß ein nicht-mechanischer
Energieeintrag in den Treibstoff in einer Zuführungsleitung von einem Tank
zu einer Brennkammer erfolgt. Dadurch läßt sich die Förderung
von Treibstoff in der Zuführungsleitung
verbessern. Weiterhin ist es möglich,
das Versprühungsverhalten
und Verdampfungsverhalten des Treibstoffs bei der Einkopplung in
die Brennkammer positiv zu fördern.
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Aus
dem gleichen Grund ist es günstig,
wenn ein nicht-mechanischer Energieeintrag in Treibstoff in einem
Injektionsbereich für
die Injektion von Treibstoff in die Brennkammer erfolgt.
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Insbesondere
ist der Treibstoff ein Gel-Treibstoff. Unter Treibstoff wird dabei
allgemein Brennstoff und/oder Oxidationsmittel verstanden.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang
mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Flugkörpers mit einem Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung;
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2 den
Verlauf der dynamischen Scherviskosität η über der Scherrate γ . eines Paraffin-Gels bei
unterschiedlichen Temperaturen;
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3 die
Verformung γ eines
Paraffin-Gels in Abhängigkeit
der anliegenden Schubspannung τ für verschiedene
Temperaturen (Fließgrenze)
und
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4 die
Temperaturabhängigkeit
der Viskosität
von reinem Paraffin.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
welches in 1 schematisch gezeigt und dort
mit 10 bezeichnet ist, ist an einem Flugkörper 12 wie
beispielsweise einer Rakete angeordnet.
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Die
Antriebsvorrichtung 10, welche insbesondere eine Schuberzeugungsvorrichtung
ist, ist eine Gel-Antriebsvorrichtung auf der Basis gelförmigen Treibstoffs.
Bei dem Treibstoff kann es sich um den Brennstoff und/oder den Oxidator
handeln. Der gelförmige
Treibstoff kann eine einzige Treibstoffkomponente umfassen (Monopropellant)
oder es kann sich um eine Zusammensetzung mehrerer Treibstoffkomponenten
(wie beispielsweise ein Bipropellant) handeln. Der Treibstoff kann
monergol, diergol, triergol usw. oder hypergol sein.
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Zur
Speicherung des gelförmigen
Treibstoffs ist (mindestens) ein Tank 14 vorgesehen, in
dem gelförmiger
Treibstoff 16 aufgenommen ist. Bei mehreren Treibstoffkomponenten
können
eine entsprechende Anzahl von Tanks vorgesehen sein.
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Die
Antriebsvorrichtung 10 umfaßt eine Brennkammer 18,
in welcher, wenn der Brennstoff gelförmig ist, dieser gelförmige Treibstoff
unter Zuführung
eines (gegebenenfalls gelförmigen)
Oxidationsmittels verbrannt wird. Der Brennkammer 18 kann
eine Zündeinrichtung
zugeordnet sein (in der Zeichnung nicht gezeigt).
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Die
Brennkammer 18 weist einen Injektionsbereich 20 auf, über den
Treibstoff in die Brennkammer 18 injizierbar ist. Ferner
ist über
den Injektionsbereich 20 Oxidationsmittel in die Brennkammer 18 injizierbar.
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Die
Antriebsvorrichtung 10 umfaßt eine als Ganzes mit 22 bezeichnete
Zuführungseinrichtung zur
Zuführung
von Treibstoff zu der Brennkammer 18 über den Injektionsbereich 20.
Diese Zuführungseinrichtung 22 hat
eine oder mehrere Zuführungsleitungen 24,
welche zwischen dem (mindestens einen) Tank 14 und dem
Injektionsbereich 20 der Brennkammer 18 angeordnet
sind.
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Die
Zuführungseinrichtung 22 umfaßt ferner eine
Fördereinrichtung 26,
um den Treibstoff von dem Tank 14 zu der Brennkammer 18 zu
befördern. Beispielsweise
hat die Fördereinrichtung 26 eine
Kolbeneinrichtung 28 mit einem in dem Tank 14 beweglichen
Kolben 30. Durch den Kolben 30 läßt sich Treibstoff
in die Zuführungsleitung 24 drücken und durch
die Zuführungsleitung 24 zu
der Brennkammer 18 drücken.
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Der
Kolben 30 der Kolbeneinrichtung 28 ist durch einen
Antrieb 32 angetrieben.
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Der
Brennkammer 18 kann eine Schubdüse 34 nachgeordnet
sein.
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Die
Antriebsvorrichtung 10 funktioniert mit gelförmigem Treibstoff;
die Antriebsvorrichtung 10 ist ein Gel-Triebwerk.
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Ein
Gel ist ein Medium, welches ein kolloidales strukturelles Netzwerk
aufweist, das ein kontinuierliche Matrix hat und die flüssige Phase
vollständig durchdringt.
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Auf
der Basis von gelförmigem
Treibstoff können
schubregelbare Triebwerke bereitgestellt werden. Insbesondere lassen
sich kleine Triebwerke bauen. Gelförmige Treibstoffe verhalten
sich unter normalen Umgebungsbedingungen wie Feststoffe und lassen
sich deshalb einfach lagern und handhaben. Unter Druck und Scherspannungseinfluß werden
sie fließfähig; dies
ermöglicht
es, eine Durchsatzsteuerung durchzuführen, über die wiederum eine Schubsteuerung
möglich
ist. Weiterhin erlauben gelförmig
Treibstoffe im Gegensatz zu Flüssigtreibstoffen
eine Mehrfachzündung.
Gelförmige
Treibstoffe können
verhältnismäßig gefahrlos
gehandhabt werden und es läßt sich
eine hohe Insensibilität
beispielsweise gegenüber
Leckage oder Beschuß erreichen.
Antriebsvorrichtungen, welche auf gelförmigen Treibstoffen beruhen,
weisen Vorteile von Feststoffantrieben und von Flüssigantrieben
auf.
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Gele
sind nicht-newtonsche Fluide; das rheologische Verhalten ist scherratenabhängig und/oder dehnratenabhängig sowie
thixotrop.
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Erfindungsgemäß ist (mindestens
eine) Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 36 und/oder Heizeinrichtung
vorgesehen, über
welche die Viskosität
in gelförmigem
Treibstoff erniedrigbar ist, um das Fließverhalten des gelförmigen Treibstoffs
insbesondere bezüglich
Förderung
und/oder Strahlzerfall und/oder Verdampfung und/oder Verbrennung
zu optimieren.
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Insbesondere
erfolgt über
die Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 36 und/oder Heizeinrichtung
eine Erhöhung
der Temperatur im gelförmigen Treibstoff
zur Herabsetzung der Viskosität.
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In 2 ist
für ein
Beispiel eines gelförmigen Treibstoffs,
nämlich
Paraffin-Gel, das
Verhalten der dynamischen Scherviskosität η über der Scherrate γ . gezeigt.
Das Paraffin-Gel setzt sich zusammen aus Paraffin, 7,5 % Thixatrol
ST und 7,5 % Methylisoamylketon (MIAK). Der Verlauf der dynamischen Scherviskosität ist für verschiedene
Temperaturen gezeigt; die obere Kurve 38 zeigt den Verlauf
bei einer Temperatur von 25°C,
die untere Kurve 40 den Verlauf bei einer Temperatur von
80°C und
die mittlere Kurve 42 den Verlauf bei einer Temperatur
zwischen diesen beiden Temperaturen. Man erkennt zunächst das
scherverdünnende
Verhalten des Gels: Mit Vergrößerung der
Scherrate γ . nimmt die dynamische Scherviskosität ab.
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Weiterhin
erkennt man den Temperatureinfluß auf die dynamische Scherviskosität: Bei höheren Temperaturen
liegt bei gleicher Scherrate die Viskosität niedriger.
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Die
Temperaturerhöhung
im gelförmigen Treibstoff
läßt sich
beispielsweise dadurch erreichen, daß über die Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 36 eine
Mikrowellen-Strahlungsbeaufschlagung des gelförmigen Treibstoff im Tank 14 erfolgt.
Dazu umfaßt
die Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 36 einen Mikrowellensender,
welcher beispielsweise Mikrowellenstrahlung mit Wellenlängen im
Bereich von ca. 12 mm (Frequenz von ca. 2,5 GHz) abstrahlt.
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Es
wird dabei ein Volumenbereich des Tanks 14 strahlungsbeaufschlagt.
Bei dem Volumenbereich kann es sich um das gesamte Aufnahmevolumen
des Tanks 14 handeln oder um einen Teil davon.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß die
Zuführungsleitung
oder Zuführungsleitungen 24 durch eine
Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 44 und/oder durch
eine Heizeinrichtung beaufschlagt werden, um die Viskosität von darin
geführtem
Treibstoff zu erniedrigen.
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Aus
dem gleichen Grund kann es vorgesehen sein, daß der Injektionsbereich 20 strahlungsbeaufschlagt
wird bzw. eine Heizung vorgesehen ist.
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Die
Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 26 bzw. 44 sendet
elektromagnetische Strahlung. Es ist dadurch möglich, einen großen Volumenbereich im
gelförmigen
Treibstoff zu durchdringen und damit in einem großen Volumenbereich
die Viskosität
zu erniedrigen.
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Grundsätzlich ist
es auch möglich,
daß über eine
Heizeinrichtung eine direkte thermische Beaufschlagung des gelförmigen Treibstoffs
erfolgt oder es kann eine Induktionsheizung vorgesehen sein.
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Es
kann eine Temperaturerhöhung
im gelförmigen
Treibstoff durch Strahlungsbeaufschlagung oder durch thermische
Beheizung erfolgen. Bei temperatursensitiven Gelen läßt sich
durch die damit einhergehende Temperaturerhöhung die Viskosität (insbesondere
die Scherviskosität
und/oder Dehnviskosität)
verringern.
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Es
ist auch möglich,
daß durch
die Strahlungsbeaufschlagung und/oder beispielsweise direkte thermische
Heizung Bindungen im Gelbildner-Gerüst des Treibstoffs aufgebrochen
werden. Dies führt ebenfalls
zu einer Erniedrigung der Viskosität. Dieser Mechanismus ist besonders
relevant, wenn der gelförmige
Treibstoff eine niedrige Temperatursensitivität aufweist.
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Es
kann insbesondere vorgesehen sein, daß die Strahlung der Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 36 bzw. 44 bezüglich Frequenz
und/oder Intensität
so eingestellt ist, daß bestimmte
Bindungen gezielt angeregt werden, um diese aufzubrechen.
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Erfindungsgemäß erfolgt
ein nicht-mechanischer Energieeintrag über Strahlungsbeaufschlagung
und/oder Heizen (beispielsweise über
direktes thermisches Heizen oder durch Induktionsheizung, wenn der
gelförmige
Treibstoff so erwärmt
werden kann) in den gelförmigen
Treibstoff von außen. Über elektromagnetische
Bestrahlung läßt sich
dieser nicht-mechanische Energieeintrag berührungslos und unmittelbar durchführen. Es
läßt sich
ein großer Volumenbereich
des gelförmigen
Treibstoffs beaufschlagen und damit ein großer Volumenbereich erhitzen.
Durch gezielte Anregung lassen sich Bindungen im Gel-Gerüst aufbrechen.
Insgesamt läßt sich
die Viskosität
verringern.
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Dadurch
wiederum ist der Aufwand zur Verflüssigung des Gels über mechanische
Scherkräfte (2)
verringert. Es werden dadurch geringere Förder-Druckverluste bewirkt. Die Fördereinrichtung 26 läßt sich
mit geringerer Leistung ausbilden, Außerdem ist der konstruktive
Aufwand verringert, da beispielsweise Wände des Tanks 14 mit
geringerer Dicke ausgebildet werden können.
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Durch
die erfindungsgemäße Viskositätsverminderung
und die damit einhergehende Förderdruckreduktion
läßt sich
eine Gewichtseinsparung realisieren. Dies führt bei dem Flugkörper 12 zu
geringerem Treibstoffverbrauch bzw. größeren Flugreichweiten.
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Es
ist beispielsweise auch möglich,
daß bei oder
unmittelbar vor einem Injektionsvorgang an einem Injektionsbereich 20 eine
Viskositätsverminderung über Strahlungsbeaufschlagung
und/oder direkte thermische Heizung erfolgt. Dadurch läßt sich
die Startvorbereitungszeit für
den Flugkörper 12 reduzieren.
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Die
Viskositätsverminderung
insbesondere über
Strahlungsbeaufschlagung hat den Vorteil, daß diese innerhalb einer kurzen
Zeit erfolgen kann. Die Viskositätsreduktion
läßt sich
beispielsweise unmittelbar vor dem Einsatz oder beim Start durchführen und
auch in kurzen Zeiträumen
durchführen.
Dies ermöglicht
eine hohe Einsatzbereitschaft für
den Flugkörper 12.
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Durch
Temperaturerhöhung
in einem Gel (beispielsweise durch Beaufschlagung mit elektromagnetischer
Strahlung oder durch thermische Heizung) läßt sich für bestimmte Gele auch die Fließgrenze
erniedrigen. Die Fließgrenze
ist derjenige Wert oder Wertebereich für die Scherspannung, bis zu
dem sich ein Gel wie ein Feststoff verhält. Um Gel zum Fließen zu bringen,
muß die
Fließgrenze überschritten
werden.
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In 3 ist
die Verformung γ für das oben
erwähnte
Paraffin-Gel in Abhängigkeit
von der angelegten Schubspannung τ für verschiedene
Temperaturen gezeigt. Die Temperaturwerte sind an den jeweiligen
Kurven angegeben. Man erkennt, daß die Fließgrenze bei 0°C bei ca.
78 Pa liegt, während
sie bei 80°C
bei ca. 0,1 Pa liegt. Durch Temperaturerhöhung wird bei diesem Gel die
Fließgrenze
(welche hier definiert wird durch die Schubspannung am Knick in
der Kurve) verringert.
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Dies
bedeutet, daß bei
diesem Gel durch Temperaturerhöhung
die Fließgrenze
signifikant reduziert wird. Auch aus diesem Grund lassen sich die Fließeigenschaften
in gelförmigem
Treibstoff durch Strahlungsbeaufschlagung bzw. direkte Heizung verbessern.
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Der
Grundbaustoff des oben genannten Paraffin-Gels ist Paraffin, welches
in guter Näherung
ein newtonsches Fluid ist. Das Paraffin-Gel als gelförmiger Treibstoff
wird durch Vergelung des Paraffins mit einem Vergelungsmittel erreicht.
Flüssiges
Paraffin zeigt eine starke Temperaturabhängigkeit der Viskosität η (4).
Mit steigender Temperatur nimmt die Viskosität ab.
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Diese
Temperaturabhängigkeit
der Viskosität des
Gel-Grundstoffes trägt
auch dazu bei, daß die Viskosität des Gels
bei Temperaturerhöhung
abnimmt.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zur Treibstoff-Förderung
bei einer Antriebsvorrichtung (beispielsweise auf der Basis eines
Treibstoffs mit nicht-newtonschen
Verformungs- und Fließeigenschaften)
bereitgestellt, bei dem die Viskosität des Treibstoffs durch nicht-mechanischen
Energieeintrag erniedrigt wird. Der nicht-mechanische Energieeintrag
erfolgt insbesondere durch Beaufschlagung mit elektromagnetischer
Strahlung.
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Es
läßt sich
im wesentlichen über
den gesamten Scherratenbereich die Viskosität verringern. Insbesondere
ist diese Viskositätsverringerung
durch eine Temperaturerhöhung
verursacht. Für
bestimmte Gele läßt sich
auch die Fließgrenze
verringern. Insgesamt läßt sich
der Förderaufwand
für den
gelförmigen
Treibstoff verringern, wodurch wiederum die Gesamtmasse des Flugkörpers 12 verringerbar
ist.
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Erfindungsgemäß läßt sich
eine Antriebsvorrichtung bereitstellen, welche insbesondere regelbar ist.
Diese Antriebsvorrichtung 10 bzw. Schuberzeugungsvorrichtung
läßt sich
im Zusammenhang mit Flugkörpern 12,
Unterwasserraketen und dergleichen einsetzen. Sie läßt sich
für Hybridraketen
einsetzen, bei denen nur eine Komponente vergelt ist, oder für Staustrahlantriebe
einsetzen. Sie läßt sich auch
im Zusammenhang mit Schubvektorsteuerungstriebwerken, Lagerregelungstriebwerken
(welche beispielsweise Querschübe
erzeugen) usw. einsetzen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch im Zusammenhang
mit Festcryoantrieben (slushed hydrogene usw.) eingesetzt werden.
Beispielsweise lassen sich auch Schleudersitze mit einer entsprechenden
Antriebsvorrichtung ausrüsten.
Es lassen sich auch weitere Systeme ausrüsten, welche einen veränderbaren
Schub benötigen.