DE102010043336A1 - Combustion chamber apparatus for rocket engine, has casing with sections of wall of combustion chamber and forming wall of nozzle extension, and injection head that extends to opposite end of nozzle extension - Google Patents

Combustion chamber apparatus for rocket engine, has casing with sections of wall of combustion chamber and forming wall of nozzle extension, and injection head that extends to opposite end of nozzle extension Download PDF

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Abstract

The combustion chamber apparatus (100) comprises a combustion chamber (106), an injection head (104) for feeding one fluid to the combustion chamber, and a nozzle extension (108). A casing (148) comprises sections of a wall (146) of the combustion chamber and forms a wall (150) of the nozzle extension. The injection head extends to the opposite end of the nozzle extension, in the device assembled state. An independent claim is included for method for manufacturing the combustion chamber apparatus.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammervorrichtung, welche eine Brennkammer, einen Einspritzkopf zum Zuführen mindestens eines Fluids zu der Brennkammervorrichtung und eine sich an die Brennkammer anschließende Düsenerweiterung umfasst.The present invention relates to a combustion chamber device comprising a combustion chamber, an injection head for supplying at least one fluid to the combustion chamber device and a nozzle extension adjoining the combustion chamber.

Derartige Brennkammervorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden insbesondere in Raketentriebwerken verwendet. Derartige Raketentriebwerke finden insbesondere in Trägersystemen zum Transport von Personen und Gegenständen in den Weltraum Anwendung.Such combustion chamber devices are known from the prior art and are used in particular in rocket engines. Such rocket engines are used in particular in carrier systems for transporting persons and objects into space.

Moderne Trägersysteme müssen dabei hohe Leistungen, eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer bei zugleich geringen Produktionskosten und Betriebskosten aufweisen.Modern support systems must have high performance, high reliability and a long service life with low production costs and operating costs.

Um die Effektivität, die Leistung und den spezifischen Impuls von Raketentriebwerken zu steigern, sind vor allem hohe Brennkammerdrücke erforderlich. Steigert man den Brennkammerdruck, um die Leistung des Triebwerks zu erhöhen, so vergrößert sich auch die Energiedichte und entsprechend die thermomechanische Belastung der Brennkammer. Weil bereits heutzutage die meistens Komponenten von derartigen Brennkammern bis an die materialbedingte Belastungsgrenze beansprucht werden, sind insbesondere die Verbesserung einer Kühlung und die Verbesserung der Materialeigenschaften entscheidende Kriterien für zukünftige Weiterentwicklungen von Trägersystemen.In order to increase the effectiveness, performance and specific momentum of rocket engines, especially high combustion chamber pressures are required. Increasing the combustion chamber pressure in order to increase the power of the engine also increases the energy density and correspondingly the thermo-mechanical loading of the combustion chamber. Because most components of such combustion chambers are already subjected to the material-related load limit today, the improvement of cooling and the improvement of the material properties are decisive criteria for future developments of carrier systems.

Einerseits werden hierbei optimierte Kühlverfahren angedacht. Andererseits ist mit der Weiterentwicklung der Werkstofftechnik auch eine Verbesserung der Struktureigenschaften zu erzielen. Dabei werden bis heute als Wandmaterialien metallische Legierungen bevorzugt. Durch den stetigen Fortschritt im Bereich der faserkeramischen Verbundwerkstoffe kommen jedoch auch immer mehr die keramischen Komponenten zum Einsatz.On the one hand, optimized cooling processes are being considered. On the other hand, with the advancement of materials technology also an improvement of the structural properties can be achieved. Here are preferred as wall materials metallic alloys. Due to the constant progress in the field of fiber-ceramic composites, however, more and more ceramic components are being used.

Die Verwendung von faserkeramischen Verbundwerkstoffen ist jedoch mit Problemen verbunden, da derartige Werkstoffe nicht einfach als Ersatz für die bisherigen metallischen Werkstoffe herangezogen werden können, sondern vielmehr neue Konzepte für Brennkammervorrichtungen notwendig sind, um diese Werkstoffe zuverlässig einsetzen zu können.However, the use of fiber-ceramic composite materials is associated with problems, since such materials can not simply be used as a replacement for the previous metallic materials, but rather new concepts for combustion chamber devices are necessary to use these materials reliably.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine geringe Anzahl an Bauteilen und ein geringes Gewicht aufweist.The present invention has for its object to provide a combustion chamber device of the type mentioned, which has a small number of components and a low weight.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Brennkammervorrichtung eine Hülle umfasst, welche zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, eine Wandung der Brennkammer und eine Wandung der Düsenerweiterung bildet und sich im montierten Zustand der Brennkammervorrichtung im Wesentlichen von dem Einspritzkopf bis zu einem dem Einspritzkopf abgewandten Ende der Düsenerweiterung erstreckt.This object is achieved in that the combustion chamber device comprises a shell, which at least partially, preferably substantially completely, a wall of the combustion chamber and a wall of the nozzle extension forms and in the mounted state of the combustion chamber device substantially from the injection head to a the injection head extending away from the end of the nozzle extension.

Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Brennkammervorrichtung eine Hülle vorgesehen ist, welche eine Wandung der Brennkammer und eine Wandung der Düsenerweiterung bildet, ist eine Brennkammer mit einer Düsenerweiterung aus einer geringen Anzahl an Bauteilen herstellbar.Characterized in that in the combustion chamber device according to the invention a shell is provided which forms a wall of the combustion chamber and a wall of the nozzle extension, a combustion chamber with a nozzle extension of a small number of components can be produced.

Insbesondere dadurch, dass sich die Hülle im montierten Zustand der Brennkammervorrichtung im Wesentlichen von dem Einspritzkopf bis zu einem dem Einspritzkopf abgewandten Ende der Düsenerweiterung erstreckt, ist eine zusätzliche, aufwendige Verbindung der Brennkammer mit der Düsenerweiterung entbehrlich.In particular, the fact that the shell in the mounted state of the combustion chamber device extends substantially from the injection head to an end remote from the injection head of the nozzle extension, an additional, complex connection of the combustion chamber with the nozzle extension is unnecessary.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hülle einstückig ausgebildet ist. Auf diese Weise sind Verbindungselemente zur Verbindung einzelner Elemente der Hülle entbehrlich.In one embodiment of the invention it is provided that the envelope is integrally formed. In this way, connecting elements for connecting individual elements of the shell are dispensable.

Günstig ist es, wenn die Hülle zumindest abschnittweise eine Innenwandung, das heißt eine einem Düseninnenraum zugewandte Wandung der Düsenerweiterung bildet, deren Oberfläche im Betrieb der Brennkammervorrichtung mit heißem Abgas aus der Brennkammer in Kontakt kommt und der Führung der heißen Abgase zur Erzeugung eines Schubs dient.It is advantageous if the shell at least in sections forms an inner wall, that is to say a wall of the nozzle extension facing a nozzle interior, the surface of which comes into contact with hot exhaust gas from the combustion chamber during operation of the combustion chamber device and serves to guide the hot exhaust gases to produce a thrust.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Hülle zumindest abschnittsweise eine Außenwandung, das heißt eine dem Düseninnenraum abgewandte Wandung, der Düsenerweiterung bildet. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Hülle der Stabilisierung einer dem Düseninnenraum der Düsenerweiterung zugewandten inneren Struktur der Düsenerweiterung dient.Furthermore, it can be provided that the shell forms, at least in sections, an outer wall, that is to say a wall facing away from the nozzle interior, of the nozzle extension. In this case, provision can be made, in particular, for the sheath to serve for stabilizing an inner structure of the nozzle extension facing the nozzle interior of the nozzle extension.

Insbesondere dann, wenn die Hülle sowohl zumindest abschnittsweise eine Innenwandung der Düsenerweiterung als auch zumindest abschnittsweise eine Außenwandung der Düsenerweiterung bildet, kann vorgesehen sein, dass die Hülle die einzige Wandung der Düsenerweiterung ist. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Ausgestaltung der Düsenerweiterung dadurch möglich, dass die Düsenerweiterung keine weiteren Bauteile außer der Hülle selbst umfasst.In particular, when the shell at least partially forms an inner wall of the nozzle extension and at least partially an outer wall of the nozzle extension, it can be provided that the shell is the only wall of the nozzle extension. In this way, a particularly simple embodiment of the nozzle extension is possible in that the nozzle extension comprises no other components except the shell itself.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hülle zumindest abschnittsweise eine Außenwandung der Brennkammer bildet. Insbesondere dann, wenn die Brennkammer eine zusätzliche Innenwandung umfasst, kann vorgesehen sein, dass die Hülle die Innenwandung der Brennkammer umgibt und insbesondere der strukturellen Abstützung der Innenwandung der Brennkammer dient, um besonders hohe Drücke in einem Brennraum der Brennkammer realisieren zu können. In one embodiment of the invention it is provided that the shell forms at least in sections an outer wall of the combustion chamber. In particular, when the combustion chamber comprises an additional inner wall, it can be provided that the shell surrounds the inner wall of the combustion chamber and in particular the structural support of the inner wall of the combustion chamber is used to realize particularly high pressures in a combustion chamber of the combustion chamber can.

Günstig ist es, wenn die Brennkammervorrichtung eine Ummantelung umfasst. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass mittels der Ummantelung die Hülle zumindest abschnittsweise ummantelt ist. Hierdurch kann eine zusätzliche Stabilisierung der Brennkammervorrichtung, insbesondere der Hülle, erzielt werden.It is favorable if the combustion chamber device comprises a casing. In particular, it can be provided in this case that the sheath is sheathed at least in sections by means of the sheath. In this way, an additional stabilization of the combustion chamber device, in particular the shell, can be achieved.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkammervorrichtung, insbesondere die Hülle, im Bereich der Brennkammer mit einer Ummantelung versehen ist. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Verstärkung der Brennkammer erzielt werden, um in dem Brennraum der Brennkammer hohe Brennkammerdrücke realisieren zu können.In a development of the invention, it is provided that the combustion chamber device, in particular the casing, is provided with a casing in the region of the combustion chamber. In this way, an additional gain of the combustion chamber can be achieved in order to realize high combustion chamber pressures in the combustion chamber of the combustion chamber.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkammervorrichtung eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung der Hülle an dem Einspritzkopf der Brennkammervorrichtung umfasst.In one embodiment of the invention it is provided that the combustion chamber device comprises a fastening device for fastening the shell to the injection head of the combustion chamber device.

Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Hülle mittels der Ummantelung an dem Einspritzkopf der Brennkammervorrichtung befestigt wird.It can be provided that the shell is fastened by means of the jacket to the injection head of the combustion chamber device.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Hülle mittels der Befestigungsvorrichtung unmittelbar an dem Einspritzkopf der Brennkammervorrichtung befestigt werden kann.Alternatively or additionally, it can be provided that the shell can be fastened directly to the injection head of the combustion chamber device by means of the fastening device.

Insbesondere dann, wenn die Düsenerweiterung der Brennkammervorrichtung durch die Hülle gebildet ist, ist durch die Möglichkeit der Befestigung der Hülle an dem Einspritzkopf eine besonders einfache Montage der Brennkammervorrichtung möglich. Insbesondere ist hierdurch eine zusätzliche Verbindung zwischen der Brennkammer und der Düsenerweiterung entbehrlich.In particular, when the nozzle extension of the combustion chamber device is formed by the shell, by the possibility of attachment of the shell to the injection head, a particularly simple assembly of the combustion chamber device is possible. In particular, this eliminates the need for an additional connection between the combustion chamber and the nozzle extension.

Günstig ist es, wenn die Hülle zumindest teilweise aus einem faserverstärkten Material gebildet ist. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Hülle zumindest teilweise aus einem glasfaserverstärkten oder kohlefaserverstärkten Material gebildet ist. Besonders günstig ist insbesondere die Verwendung von kohlefaserverstärktem Kohlenstoff (C/C) oder von kohlefaserverstärkten Siliziumkarbiden (C/SiC oder C/C-SiC) zur Herstellung der Hülle.It is favorable if the casing is formed at least partially from a fiber-reinforced material. In this case, it can be provided, in particular, that the sheath is at least partially formed from a glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced material. In particular, the use of carbon fiber-reinforced carbon (C / C) or of carbon-fiber-reinforced silicon carbides (C / SiC or C / C-SiC) for producing the casing is particularly favorable.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkammervorrichtung eine Kühlungsvorrichtung umfasst, welche vorzugsweise eine Innenwandung der Brennkammer bildet. Auf diese Weise kann eine thermische Belastung der Innenwandung der Brennkammer deutlich reduziert werden. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die Kühlungsvorrichtung eine konvektive Kühlung, eine Filmkühlung, eine Ablationskühlung, eine Strahlungskühlung, eine Effusionskühlung und/oder eine Transpirationskühlung der Innenwandung der Brennkammer ermöglicht.In one embodiment of the invention it is provided that the combustion chamber device comprises a cooling device, which preferably forms an inner wall of the combustion chamber. In this way, a thermal load on the inner wall of the combustion chamber can be significantly reduced. In particular, it can be provided in this case that the cooling device allows convective cooling, film cooling, ablation cooling, radiation cooling, effusion cooling and / or transpiration cooling of the inner wall of the combustion chamber.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlungsvorrichtung der Brennkammervorrichtung zumindest teilweise aus einer temperaturfesten porösen Keramik, beispielsweise aus einer C/C-Keramik zur Verwendung in einer brennstoffreichen Umgebung oder aus einer Oxidkeramik zur Verwendung in einer oxidatorreichen Umgebung, gebildet ist.In a development of the invention, it is provided that the cooling device of the combustion chamber device is formed at least partially from a temperature-resistant porous ceramic, for example from a C / C ceramic for use in a fuel-rich environment or from an oxide ceramic for use in an oxidant-rich environment.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Kühlungsvorrichtung zumindest abschnittsweise aus einer porösen metallischen Struktur, beispielsweise aus einem Sintermetall, einem Metallschaum oder aus Regimesh®, gebildet ist.Alternatively or additionally, it can be provided that the cooling device is at least partially formed of a porous metallic structure, for example of a sintered metal, a metal foam or Regimesh ® .

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kühlungsvorrichtung zusammen mit einer Injektorvorrichtung, beispielsweise einer Injektorplatte, des Einspritzkopfes einstückig ausgebildet ist.In one embodiment of the invention can be provided that the cooling device is formed integrally with an injector device, such as an injector, the injection head.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hülle im montierten Zustand der Brennkammervorrichtung die Kühlungsvorrichtung zumindest abschnittsweise umgibt. Insbesondere dann, wenn die Kühlungsvorrichtung aus einem mechanisch nicht sehr belastbaren Material gebildet ist, kann die Hülle zur Verstärkung der Struktur der die Innenwandung der Brennkammer bildenden Kühlungsvorrichtung beitragen.In one embodiment of the invention it is provided that the shell surrounds the cooling device at least partially in the mounted state of the combustion chamber device. In particular, when the cooling device is formed from a material that is not very resilient mechanically, the sheath may contribute to reinforcing the structure of the cooling device forming the inner wall of the combustion chamber.

Insbesondere dann, wenn die Innenwandung der Brennkammer aus einem porösen Material gebildet ist, kann zur Gewährleistung einer Abdichtung der Brennkammer eine zusätzliche Dichtungsschicht vorgesehen sein.In particular, when the inner wall of the combustion chamber is formed of a porous material, an additional sealing layer can be provided to ensure a seal of the combustion chamber.

Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Hülle zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, mit einer fluidundurchlässigen Schicht versehen ist.For this purpose, it can be provided, for example, that the sleeve is provided with a fluid-impermeable layer at least in sections, preferably substantially completely.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Brennkammervorrichtung eine zusätzliche Dichtungsschicht umfasst, welche beispielsweise zwischen der Innenwandung der Brennkammer und der Hülle angeordnet ist.Alternatively or additionally, it can be provided that the combustion chamber device an additional sealing layer, which is arranged for example between the inner wall of the combustion chamber and the shell.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkammervorrichtung.Furthermore, the present invention relates to a method for producing a combustion chamber device.

Der Erfindung liegt hierbei die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkammervorrichtung zu schaffen, welches die Herstellung einer Brennkammer mit einer geringen Anzahl an Bauteilen und einem geringen Gewicht ermöglicht.The invention is based on the object to provide a method for producing a combustion chamber device, which allows the production of a combustion chamber with a small number of components and a low weight.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren zur Herstellung einer Brennkammervorrichtung, welche einen Einspritzkopf, eine Brennkammer und eine Düsenerweiterung umfasst, umfasst:

  • – Herstellen einer Innenwandung der Brennkammer;
  • – Versehen der Innenwandung der Brennkammer mit einer Hülle, welche zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, eine Wandung der Brennkammer und eine Wandung der Düsenerweiterung bildet und sich im montierten Zustand der Brennkammervorrichtung im Wesentlichen von dem Einspritzkopf bis zu einem dem Einspritzkopf abgewandten Ende der Düsenerweiterung der Brennkammervorrichtung erstreckt;
  • – Anordnen der Hülle an dem Einspritzkopf.
This object is achieved according to the invention in that the method for producing a combustion chamber device comprising an injection head, a combustion chamber and a nozzle extension comprises:
  • - Making an inner wall of the combustion chamber;
  • - Providing the inner wall of the combustion chamber with a shell, which at least partially, preferably substantially completely, a wall of the combustion chamber and a wall of the nozzle extension forms and in the assembled state of the combustion chamber device substantially from the injection head to an injection head remote from the end of the nozzle extension the combustion chamber device extends;
  • - Arrange the shell on the injection head.

Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Innenwandung der Brennkammer mit einer Hülle versehen wird, welche sich von dem Einspritzkopf bis zu dem dem Einspritzkopf abgewandten Ende der Düsenerweiterung erstreckt und an dem Einspritzkopf angeordnet werden kann, ist eine besonders einfache Herstellung der Brennkammervorrichtung mit einer geringen Anzahl an Bauteilen möglich.Characterized in that in the inventive method, the inner wall of the combustion chamber is provided with a shell which extends from the injection head to the injection head remote from the end of the nozzle extension and can be arranged on the injection head, a particularly simple production of the combustion chamber device with a small Number of components possible.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Verfahren die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkammer erläuterten Merkmale und/oder Vorteile auf.The method according to the invention preferably has the features and / or advantages explained above in connection with the combustion chamber according to the invention.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Hülle zumindest abschnittsweise mit einer Ummantelung versehen wird. Hierdurch kann insbesondere die Stabilität der Hülle erhöht werden.In one embodiment of the method it is provided that the shell is provided at least in sections with a sheath. In this way, in particular, the stability of the shell can be increased.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ummantelung auf die Hülle aufgewickelt wird. Insbesondere bei der Verwendung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen kann vorgesehen sein, dass die Verstärkungsfasern auf die Hülle aufgewickelt werden und der zusätzliche Werkstoff des faserverstärkten Verbundwerkstoffs anschließend aufgebracht wird.In a further development of the invention, it is provided that the casing is wound onto the casing. In particular, when using fiber-reinforced composite materials can be provided that the reinforcing fibers are wound onto the sheath and the additional material of the fiber-reinforced composite material is subsequently applied.

Eine einfache und stabile Anordnung der Hülle der Brennkammervorrichtung ist insbesondere dann gewährleistet, wenn die Hülle zwischen der Innenwandung der Brennkammer und der Ummantelung eingeklemmt wird.A simple and stable arrangement of the casing of the combustion chamber device is ensured, in particular, when the casing is clamped between the inner wall of the combustion chamber and the casing.

Ferner weist die erfindungsgemäße Brennkammervorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise die folgenden Merkmale und/oder Vorteile auf:
Mittels der fakultativen Dichtungsschicht kann insbesondere verhindert werden, dass Reaktanten mit hohen Diffusionseigenschaften (zum Beispiel Wasserstoff) aus dem Brennraum der Brennkammer herausdiffundieren. Als Material für die Dichtungsschicht kann insbesondere eine Nickel-Legierung verwendet werden, welche einen extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, zum Beispiel Invar®.Furthermore, the combustion chamber device according to the invention and / or the method according to the invention preferably has the following features and / or advantages:
By means of the optional sealing layer, it is possible, in particular, to prevent reactants with high diffusion properties (for example hydrogen) from diffusing out of the combustion chamber of the combustion chamber. As a material for the sealing layer, in particular, a nickel alloy can be used which has an extremely low coefficient of thermal expansion, for example Invar® .

Eine bevorzugte Ummantelung der Brennkammervorrichtung wird vorzugsweise aus einer zugfesten Faserkeramik hergestellt, da die Ummantelung im Betrieb der Brennkammervorrichtung vorzugsweise lediglich mit der Temperatur eines der der Brennkammer zuzuführenden Fluide vor der Reaktion mit einem weiteren Fluid beansprucht wird. Die Ummantelung trägt vorzugsweise die mechanische Belastung der Brennkammer und stabilisiert die Brennkammer bei den in dem Brennraum im Benutzungszustand der Brennkammervorrichtung herrschenden hohen Brennkammerdrücken.A preferred jacket of the combustion chamber device is preferably made of a tensile fiber ceramic, since the shell is preferably claimed during operation of the combustion chamber device only with the temperature of one of the fluids to be supplied to the combustion chamber prior to reaction with another fluid. The jacket preferably carries the mechanical load of the combustion chamber and stabilizes the combustion chamber at the high combustion chamber pressures prevailing in the combustion chamber in the use state of the combustion chamber device.

Im Bereich der Düsenerweiterung der Brennkammervorrichtung sind vorzugsweise zumindest die den heißen Abgasen zugewandten Teile aus einem temperaturbeständigen Material, beispielsweise einer temperaturbeständigen Keramik (zum Beispiel Si/C), gebildet. Insbesondere dann, wenn die Hülle die Düsenerweiterung bildet, kann vorgesehen sein, dass die Hülle aus der temperaturbeständigen Keramik, insbesondere aus Si/C, hergestellt ist.In the region of the nozzle extension of the combustion chamber device, at least the parts facing the hot exhaust gases are preferably formed from a temperature-resistant material, for example a temperature-resistant ceramic (for example Si / C). In particular, when the sheath forms the nozzle extension, it can be provided that the sheath is made of the temperature-resistant ceramic, in particular of Si / C.

Vorzugsweise wird eine durchgehende Hülle, das heißt ein einstückiges Bauteil, als Wandung für die Brennkammer und als Wandung für die Düsenerweiterung verwendet. Hierdurch wird die Anzahl an Verbindungen, insbesondere die Anzahl an Flanschen, minimiert. Ferner verringert dies den Herstellungsaufwand und das Gewicht der Brennkammervorrichtung. Schließlich kann hierdurch auch eine größere mechanische Belastung der Brennkammervorrichtung durch die Möglichkeit der Verwendung nicht unterbrochener Fasern erfolgen.Preferably, a continuous shell, that is a one-piece component, used as a wall for the combustion chamber and as a wall for the nozzle extension. This minimizes the number of connections, especially the number of flanges. Furthermore, this reduces the manufacturing cost and the weight of the combustion chamber device. Finally, this can also be done by a greater mechanical load of the combustion chamber device by the possibility of using uninterrupted fibers.

Zur gleichmäßigeren Verteilung eines Kühlmediums der Kühlungsvorrichtung der Brennkammer kann eine zusätzliche Verteilungsvorrichtung vorgesehen sein, welche beispielsweise zwischen dem Einspritzkopf und der Ummantelung der Brennkammer angeordnet ist. Insbesondere bei der Verwendung einer Effusionskühlung können hierdurch die typischen kleinen Druckverluste zwischen der Kühlversorgung und der Brennkammer minimiert werden, was zu einer gleichmäßigeren Verteilung des Kühlmediums beiträgt.For more uniform distribution of a cooling medium of the cooling device of the combustion chamber, an additional distribution device be provided, which is arranged for example between the injection head and the jacket of the combustion chamber. In particular, when using an effusion cooling thereby the typical small pressure losses between the cooling supply and the combustion chamber can be minimized, which contributes to a more uniform distribution of the cooling medium.

Die erfindungsgemäße Brennkammervorrichtung ermöglicht eine effiziente Kühlung und somit einen stabilen Betrieb der Brennkammervorrichtung bei hohen thermischen Belastungen. Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Brennkammervorrichtung aufgrund der hohen mechanischen Festigkeit die Verwendung hoher Brennkammerdrücke (bis ungefähr 300 bis 400 bar).The combustion chamber device according to the invention enables efficient cooling and thus stable operation of the combustion chamber device at high thermal loads. Furthermore, due to the high mechanical strength, the combustion chamber device according to the invention makes it possible to use high combustion chamber pressures (up to approximately 300 to 400 bar).

Insbesondere bei der Verwendung von keramischen Werkstoffen ist eine leichte Bauweise möglich.In particular, when using ceramic materials, a lightweight construction is possible.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Zufuhrleitungen zur Zufuhr der Fluide zu der Brennkammervorrichtung in einer Ebene angeordnet sind, welche vorzugsweise senkrecht zu einer Strömungsrichtung in dem Brennraum der Brennkammer am Übergang zwischen dem Einspritzkopf und der Brennkammer angeordnet ist. Hierdurch reduziert sich die Komplexität der Brennkammervorrichtung und auch das Gewicht derselben. Ferner kann hierdurch die Notwendigkeit eines zusätzlichen Verteilers für das Kühlmedium entfallen.In one embodiment of the invention it is provided that supply lines for supplying the fluids to the combustion chamber device are arranged in a plane which is preferably arranged perpendicular to a flow direction in the combustion chamber of the combustion chamber at the transition between the injection head and the combustion chamber. This reduces the complexity of the combustion chamber device and the weight of the same. Furthermore, this eliminates the need for an additional distributor for the cooling medium.

Die Hülle der Brennkammervorrichtung weist vorzugsweise überall dieselbe Materialstärke auf.The shell of the combustion chamber device preferably has the same material thickness everywhere.

Günstig ist es, wenn die keramischen Bauteile der Brennkammervorrichtung mit sehr großen Radien ohne Ecken und Knicke hergestellt werden, so dass die Festigkeit der Brennkammervorrichtung gewährleistet ist.It is advantageous if the ceramic components of the combustion chamber device are produced with very large radii without corners and kinks, so that the strength of the combustion chamber device is ensured.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of exemplary embodiments.

In den Figuren zeigen:In the figures show:

1 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Brennkammervorrichtung, bei welcher eine Brennkammer und eine Düsenerweiterung der Brennkammervorrichtung an einem Einspritzkopf mit einer flach ausgebildeten Injektorvorrichtung angeordnet sind; 1 a schematic perspective view of a first embodiment of a combustion chamber apparatus in which a combustion chamber and a nozzle extension of the combustion chamber device are arranged on an injection head with a flat-shaped injector device;

2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Brennkammervorrichtung, bei welcher eine Brennkammer und eine Düsenerweiterung an einem Einspritzkopf mit einer halbkugelschalenförmigen Injektorvorrichtung angeordnet sind; 2 a schematic sectional view of a second embodiment of a combustion chamber apparatus in which a combustion chamber and a nozzle extension are arranged on an injection head with a hemispherical shell-shaped injector device;

3 eine Weiterbildung einer Ummantelung der Brennkammervorrichtungen aus den 1 und 2; 3 a development of a casing of the combustion chamber devices from the 1 and 2 ;

4 eine Weiterbildung einer Kühlungsvorrichtung der Brennkammer aus 2; 4 a development of a cooling device of the combustion chamber 2 ;

5 eine schematische perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Brennkammervorrichtung, bei welcher eine Hülle eine Außenwandung der Brennkammer bildet; und 5 a schematic perspective view of a third embodiment of a combustion chamber device in which a shell forms an outer wall of the combustion chamber; and

6 eine schematische Schnittdarstellung der Brennkammervorrichtung aus 5. 6 a schematic sectional view of the combustion chamber device 5 ,

Gleiche oder funktional Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical or functional elements are provided with the same reference numerals in all figures.

Eine in 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Brennkammervorrichtung ist beispielsweise Bestandteil eines Triebwerks 102, beispielsweise eines Raketentriebwerks.An in 1 shown as a whole with 100 designated combustion chamber device is for example part of an engine 102 , for example, a rocket engine.

Die Brennkammervorrichtung 100 umfasst einen Einspritzkopf 104, eine Brennkammer 106 und eine Düsenerweiterung 108 und dient dem Verbrennen von mittels des Einspritzkopfes 104 in einen Brennraum 110 der Brennkammer 106 eingebrachten Fluiden.The combustion chamber device 100 includes an injection head 104 , a combustion chamber 106 and a nozzle extension 108 and serves to burn by means of the injection head 104 in a combustion chamber 110 the combustion chamber 106 introduced fluids.

Die geometrische Ausgestaltung der Brennkammervorrichtung 100, insbesondere der Brennkammer 106 und der Düsenerweiterung 108 ermöglicht dabei, dass die verbrannten Fluide, welche ein heißes Abgas bilden, von der Brennkammer 106 in die Düsenerweiterung 108 gelangen und schließlich die Düsenerweiterung 108 an einem der Brennkammer 106 abgewandten Ende 112 der Düsenerweiterung 108 durch eine Austrittsöffnung 114 der Düsenerweiterung 108 verlassen. Hierdurch wird ein Schub generiert, welcher beispielsweise dem Antrieb einer Rakete dienen kann.The geometric design of the combustion chamber device 100 , in particular the combustion chamber 106 and the nozzle extension 108 allows the burned fluids, which form a hot exhaust, from the combustion chamber 106 in the nozzle extension 108 arrive and finally the nozzle extension 108 at one of the combustion chamber 106 opposite end 112 the nozzle extension 108 through an exit opening 114 the nozzle extension 108 leave. As a result, a thrust is generated, which can serve, for example, the drive of a rocket.

Die Brennkammervorrichtung 100 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse 116 ausgebildet.The combustion chamber device 100 is essentially rotationally symmetrical about an axis of rotation 116 educated.

Die mittels des Einspritzkopfs 104 in den Brennraum 110 der Brennkammer 106 eingebrachten Fluide durchströmen den Einspritzkopf 104, die Brennkammer 106 und die Düsenerweiterung 108 im Wesentlichen in einer Strömungsrichtung 118, welche parallel zur Rotationsachse 116 verläuft.The by means of the injection head 104 in the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 introduced fluids flow through the injection head 104 , the combustion chamber 106 and the nozzle extension 108 essentially in a flow direction 118 , which are parallel to the axis of rotation 116 runs.

Wie 1 zu entnehmen ist, ist der Einspritzkopf 104 im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 116 ausgebildet und umfasst eine Injektorvorrichtung 120, welche eine fluiddurchlässige, poröse Platte 122 zur Zufuhr eines ersten Fluids zu dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 und eine Vielzahl von Düsen 124 zur Zufuhr eines zweiten Fluids zu dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 umfasst. As 1 it can be seen, is the injection head 104 essentially rotationally symmetrical about the axis of rotation 116 formed and includes an injector device 120 , which is a fluid-permeable, porous plate 122 for supplying a first fluid to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 and a variety of nozzles 124 for supplying a second fluid to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 includes.

Die Düsen 124 der Injektorvorrichtung 120 sind dabei, vorzugsweise symmetrisch, auf der porösen Platte 122 verteilt und ermöglichen eine Zufuhr des zweiten Fluids zu dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 in und zusammen mit einem durch die poröse Platte 122 der Injektorvorrichtung 120 strömenden Hauptstrom des ersten Fluids.The nozzles 124 the injector device 120 are here, preferably symmetrically, on the porous plate 122 distributed and allow a supply of the second fluid to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 in and together with a through the porous plate 122 the injector device 120 flowing main flow of the first fluid.

In einer Mitte der Injektorvorrichtung 120, das heißt auf der Rotationsachse 116 der Brennkammervorrichtung 100 und des Einspritzkopfes 104 liegend, ist eine Zündvorrichtung 126 des Einspritzkopfes 104 vorgesehen, welche der Zündung der zwei mittels der Injektorvorrichtung 120 zugeführten Fluide dient. Aufgrund der zentralen Anordnung der Zündvorrichtung 126 an dem Einspritzkopf 104 ist bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 eine zentrale Initialzündung möglich, das heißt der Einspritzkopf 104 ist ein sogenannter Zentralzünder.In a center of the injector device 120 that is on the axis of rotation 116 the combustion chamber device 100 and the injection head 104 lying, is an igniter 126 of the injection head 104 provided, which the ignition of the two by means of the injector device 120 supplied fluids is used. Due to the central arrangement of the ignition device 126 at the injection head 104 is at the in 1 shown first embodiment of the combustion chamber device 100 a central initial ignition possible, that is, the injection head 104 is a so-called central ignition.

In der Strömungsrichtung 118 stromabwärts des Einspritzkopfes 104 ist bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 die Brennkammer 106 angeordnet.In the flow direction 118 downstream of the injection head 104 is at the in 1 shown first embodiment of the combustion chamber device 100 the combustion chamber 106 arranged.

Die Brennkammer 106 umfasst zur Befestigung derselben an dem Einspritzkopf 104 eine Befestigungsvorrichtung 128. Insbesondere sind hierbei Schrauben 130 der Befestigungsvorrichtung 128 vorgesehen, welche ringförmig um die Rotationsachse 116 an einem äußeren Rand 132 der Brennkammer 106 angeordnet sind und ein Verschrauben der Brennkammer 106 mit dem Einspritzkopf 104 ermöglichen. Um eine gleichmäßige Belastung der Befestigungsvorrichtung 128 und somit eine fluidundurchlässige Verbindung zwischen der Brennkammer 106 und dem Einspritzkopf 104 zu ermöglichen, sind bei der Befestigungsvorrichtung 128 zwei Halbringe 134 vorgesehen, welche sich entlang des äußeren Rands 132 der Brennkammer 106 erstrecken und als Unterlegscheiben für die Schrauben 130 dienen, um die mittels der Schrauben 130 aufgebrachten Befestigungskräfte gleichmäßig über den äußeren Rand 132 der Brennkammer 106 zu verteilen.The combustion chamber 106 includes for fixing the same to the injection head 104 a fastening device 128 , In particular, here are screws 130 the fastening device 128 provided, which ring around the axis of rotation 116 on an outer edge 132 the combustion chamber 106 are arranged and screwing the combustion chamber 106 with the injection head 104 enable. For a uniform load on the fastening device 128 and thus a fluid impermeable connection between the combustion chamber 106 and the injection head 104 to allow are at the fastening device 128 two half rings 134 provided, which along the outer edge 132 the combustion chamber 106 extend and as washers for the screws 130 serve to the by means of the screws 130 applied fastening forces evenly over the outer edge 132 the combustion chamber 106 to distribute.

Bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Brennkammervorrichtung 100 ist die Brennkammer 106 aus vier Schichten ausgebildet.At the in 1 shown first embodiment of the combustion chamber device 100 is the combustion chamber 106 formed of four layers.

Eine dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 zugewandte innere Schicht, welche eine Innenwandung 136 der Brennkammer 106 bildet, ist als Kühlungsvorrichtung 138 ausgebildet und dient der Kühlung der im Betrieb der Brennkammervorrichtung 100 mit den miteinander reagierenden Fluiden in Kontakt kommenden Oberflächen.A the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 facing inner layer, which is an inner wall 136 the combustion chamber 106 is is as a cooling device 138 formed and serves the cooling of the operation of the combustion chamber device 100 with the fluids reacting with one another in contact surfaces.

Die Innenwandung 136 der Brennkammer 106 ist hierzu insbesondere aus einer temperaturfesten porösen Keramik oder aus einer porösen metallischen Struktur gebildet, so dass durch die Innenwandung 136 der Brennkammer 106 eines der Fluide, vorzugsweise ein Brennstoff, dem Brennraum 110 zugeführt werden kann. Auf diese Weise kann eine kühle Schicht an der Oberfläche der Innenwandung 136 der Brennkammer 106 erzeugt werden, wodurch die thermische Belastung der Innenwandung 136 im Betrieb der Brennkammervorrichtung 100 deutlich reduziert wird.The inner wall 136 the combustion chamber 106 For this purpose, it is formed in particular from a temperature-resistant porous ceramic or from a porous metallic structure, so that through the inner wall 136 the combustion chamber 106 one of the fluids, preferably a fuel, the combustion chamber 110 can be supplied. In this way, a cool layer on the surface of the inner wall 136 the combustion chamber 106 be generated, reducing the thermal load on the inner wall 136 during operation of the combustion chamber device 100 is significantly reduced.

Die Zufuhr des zur Kühlung verwendeten Fluids, das heißt des Kühlmediums der Kühlungsvorrichtung 138 der Brennkammer 106, erfolgt (wie nachfolgend hinsichtlich der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 noch näher erläutert werden wird) durch (noch zu beschreibende Durchtrittsöffnungen) zwischen dem Einspritzkopf 104 und der Brennkammer 106. Diese Durchtrittsöffnungen dienen der Zufuhr des Kühlmediums zu Verteilungskanälen 140 der Kühlungsvorrichtung 138 der Brennkammer 106, welche sich im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 116 ausgehend von dem Einspritzkopf 104 und den darin angeordneten Durchtrittsöffnungen erstrecken und so eine Verteilung des Kühlmediums über im Wesentlichen die gesamte Länge der Brennkammer 106 in der Strömungsrichtung 118 ermöglichen. Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 ist eine Vielzahl von Verteilungskanälen 140 in der Innenwandung 136 der Brennkammer 106 vorgesehen. Das darin geführte Kühlmedium kann aufgrund der fluiddurchlässigen Ausgestaltung der Innenwandung 136 der Brennkammer 106 somit über die gesamte dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 zugewandte Oberfläche der Innenwandung 136 an den Brennraum 110 der Brennkammer 106 abgegeben werden.The supply of the fluid used for cooling, that is, the cooling medium of the cooling device 138 the combustion chamber 106 , takes place (as described below in relation to 2 illustrated second embodiment of the combustion chamber device 100 will be explained in more detail) by (still to be described passages) between the injection head 104 and the combustion chamber 106 , These passages serve to supply the cooling medium to distribution channels 140 the cooling device 138 the combustion chamber 106 which are substantially parallel to the axis of rotation 116 starting from the injection head 104 and the passage openings arranged therein and thus a distribution of the cooling medium over substantially the entire length of the combustion chamber 106 in the flow direction 118 enable. At the in 1 shown first embodiment of the combustion chamber device 100 is a variety of distribution channels 140 in the inner wall 136 the combustion chamber 106 intended. The cooling medium guided therein can due to the fluid-permeable configuration of the inner wall 136 the combustion chamber 106 thus over the entire the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 facing surface of the inner wall 136 to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 be delivered.

Um ein Herausdiffundieren des Kühlmediums in eine bezüglich der Rotationsachse 116 radial nach außen gerichtete Richtung zu verhindern, ist die Innenwandung 136 der Brennkammer 106 mit einer Dichtungsvorrichtung, beispielsweise einer Dichtungsschicht 142 versehen. Diese Dichtungsschicht 142 ist insbesondere eine fluidundurchlässige Schicht 144, welche die Innenwandung 136 der Brennkammer 106 auf der dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 abgewandten Seite im Wesentlichen vollständig umgibt.To diffuse out the cooling medium in a respect to the axis of rotation 116 To prevent radially outward direction is the inner wall 136 the combustion chamber 106 with a sealing device, for example a sealing layer 142 Mistake. This sealing layer 142 is in particular a fluid-impermeable layer 144 which the inner wall 136 the combustion chamber 106 on the combustion chamber 110 of the combustion chamber 106 substantially completely surrounds the opposite side.

Die fluidundurchlässige Schicht 144 ist beispielsweise direkt auf einer dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 abgewandten Oberfläche der Innenwandung 136 der Brennkammer 106 angeordnet, insbesondere auf derselben aufgebracht.The fluid impermeable layer 144 is, for example, directly on a combustion chamber 110 the combustion chamber 106 opposite surface of the inner wall 136 the combustion chamber 106 arranged, in particular applied to the same.

Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die fluidundurchlässige Schicht 144 auf einer dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 zugewandten Innenseite einer die Innenwandung 136 der Brennkammer 106 umgebenden zusätzlichen Wandung 146 der Brennkammer 106 angeordnet, insbesondere auf derselben aufgebracht, ist.Alternatively, it may be provided that the fluid-impermeable layer 144 on one of the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 facing inside of the inner wall 136 the combustion chamber 106 surrounding additional wall 146 the combustion chamber 106 arranged, in particular applied to the same, is.

Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 ist die zusätzliche Wandung 146 der Brennkammer 106 als eine Hülle 148 ausgebildet, welche die Innenwandung 136 der Brennkammer 106 bezüglich der Rotationsachse 116 der Brennkammervorrichtung 100 radial nach außen im Wesentlichen vollständig umgibt und sich von dem Einspritzkopf 104 der Brennkammervorrichtung 100 bis zu dem Ende 112 der Düsenerweiterung 108 erstreckt.At the in 1 shown first embodiment of the combustion chamber device 100 is the extra wall 146 the combustion chamber 106 as a shell 148 formed, which the inner wall 136 the combustion chamber 106 with respect to the axis of rotation 116 the combustion chamber device 100 radially outwardly substantially completely surrounds and away from the injection head 104 the combustion chamber device 100 until the end 112 the nozzle extension 108 extends.

Die Hülle ist beispielsweise aus einer faserverstärkten Keramik, beispielsweise aus Si/C einstückig ausgebildet und bildet einerseits die Wandung 146 der Brennkammer 106 und andererseits auch eine Wandung 150 der Düsenerweiterung 108.The shell is formed, for example, of a fiber-reinforced ceramic, for example of Si / C in one piece and on the one hand forms the wall 146 the combustion chamber 106 and on the other hand also a wall 150 the nozzle extension 108 ,

Im Übergangsbereich zwischen der Brennkammer 106 und der Düsenerweiterung 108 sind die Hülle 148 und auch die Innenwandung 136 der Brennkammer 106 so ausgebildet, dass ein Düsenhals 152 gebildet ist, welcher einen senkrecht zu der Rotationsachse 116 genommenen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als ein senkrecht zu der Rotationsachse 116 genommener Durchmesser der Brennkammer 106 im Bereich des Einspritzkopfs 104.In the transition area between the combustion chamber 106 and the nozzle extension 108 are the shell 148 and also the inner wall 136 the combustion chamber 106 designed so that a nozzle neck 152 is formed, which is perpendicular to the axis of rotation 116 taken smaller diameter than one perpendicular to the axis of rotation 116 taken diameter of the combustion chamber 106 in the area of the injection head 104 ,

Hierdurch ist eine Engstelle 154 gebildet, welche funktional die Brennkammer 106 von der Düsenerweiterung 108 trennt. Die Brennkammer 106 und die Düsenerweiterung 108 sind somit getrennte Abschnitte der Brennkammervorrichtung 100, welche bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 eine gemeinsame Wandung 146, 150 in Form der Hülle 148 aufweisen.This is a bottleneck 154 formed, which functionally the combustion chamber 106 from the nozzle extension 108 separates. The combustion chamber 106 and the nozzle extension 108 are thus separate sections of the combustion chamber device 100 , which at the in 1 shown first embodiment of the combustion chamber device 100 a common wall 146 . 150 in the form of the shell 148 exhibit.

Die Hülle 148 bildet sowohl eine Außenwandung 156 der Düsenerweiterung 108 als auch eine Innenwandung 158 der Düsenerweiterung 108. Vorzugsweise bildet die Hülle 148 die gesamte Düsenerweiterung 108.The case 148 forms both an outer wall 156 the nozzle extension 108 as well as an inner wall 158 the nozzle extension 108 , Preferably, the shell forms 148 the entire nozzle extension 108 ,

Die Hülle 148 ist dabei rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 116 und ferner so ausgebildet, dass sie sich in der Strömungsrichtung 118 stromabwärts ausgehend von der Engstelle 154 im Übergangsbereich zwischen der Brennkammer 106 und der Düsenerweiterung 108 erweitert. Auf diese Weise können die aus dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 durch den Düsenhals 152, das heißt durch die Engstelle 154, strömenden Abgase zur Erzeugung eines Schubs besonders vorteilhaft in der Strömungsrichtung 118 stromabwärts geleitet werden.The case 148 is rotationally symmetrical about the axis of rotation 116 and further configured to be in the flow direction 118 downstream from the bottleneck 154 in the transition area between the combustion chamber 106 and the nozzle extension 108 extended. In this way, those from the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 through the nozzle throat 152 that is through the bottleneck 154 , flowing exhaust gases to generate a thrust particularly advantageous in the flow direction 118 be directed downstream.

Zur Befestigung der Hülle 148 und ferner zur zusätzlichen Stabilisierung der Brennkammer 106 der Brennkammervorrichtung 100 ist bei der ersten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 eine Ummantelung 160 vorgesehen, welche die Hülle 148 im Bereich der Brennkammer 106 der Brennkammervorrichtung 100 umgibt.For fastening the shell 148 and further for additional stabilization of the combustion chamber 106 the combustion chamber device 100 is in the first embodiment of the combustion chamber device 100 a sheath 160 provided, which the shell 148 in the area of the combustion chamber 106 the combustion chamber device 100 surrounds.

Die Ummantelung 160 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 116 der Brennkammervorrichtung 100 ausgebildet und erstreckt sich im montierten Zustand der Brennkammervorrichtung 100 von dem Einspritzkopf 104 bis zum Düsenhals 152.The jacket 160 is substantially rotationally symmetric about the axis of rotation 116 the combustion chamber device 100 formed and extends in the assembled state of the combustion chamber device 100 from the injection head 104 to the nozzle throat 152 ,

Die Ummantelung 160 wird bei der Herstellung der Brennkammervorrichtung 100 insbesondere dadurch hergestellt, dass Fasern, welche Verstärkungsfasern der Ummantelung 160 bilden, auf die Hülle 148 im Bereich der Brennkammer 106, das heißt auf die Wandung 146 der Brennkammer 106 aufgewickelt werden. Anschließend erfolgt die Einbringung eines zusätzlichen Werkstoffs zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs.The jacket 160 becomes in the manufacture of the combustion chamber device 100 in particular produced by fibers, which reinforcing fibers of the sheath 160 form on the shell 148 in the area of the combustion chamber 106 that is, on the wall 146 the combustion chamber 106 be wound up. Subsequently, the introduction of an additional material for the production of a fiber-reinforced composite material takes place.

Ebenfalls während der Herstellung der Ummantelung 160 werden Öffnungen für die Schrauben 130 der Befestigungsvorrichtung 128 zur Befestigung der Brennkammer 106 und der Düsenerweiterung 108 an dem Einspritzkopf 104 in der Ummantelung 160 vorgesehen.Also during the production of the jacket 160 be openings for the screws 130 the fastening device 128 for fixing the combustion chamber 106 and the nozzle extension 108 at the injection head 104 in the sheath 160 intended.

Die Hülle 148 ist somit bei der ersten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 mittels der Ummantelung 160 an dem Einspritzkopf 104 anordenbar.The case 148 is thus in the first embodiment of the combustion chamber device 100 by means of the jacket 160 at the injection head 104 arranged.

Insbesondere ist bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 vorgesehen, dass die Hülle 148 zwischen die Innenwandung 136 der Brennkammer 106 und die Ummantelung 160 eingeklemmt wird.In particular, at the in 1 shown first embodiment of the combustion chamber device 100 provided that the sheath 148 between the inner wall 136 the combustion chamber 106 and the sheath 160 is trapped.

Aufgrund der Ausgestaltung der Hülle 148, der Innenwandung 136 der Brennkammer 106 und der Ummantelung 160 im Bereich der Engstelle 154 ist eine formschlüssige Festlegung der Hülle 148 durch die Anordnung der Ummantelung 160 an der Hülle 148 möglich.Due to the design of the shell 148 , the inner wall 136 the combustion chamber 106 and the sheath 160 in the area of the bottleneck 154 is a positive fixing of the shell 148 by the arrangement of the sheath 160 on the shell 148 possible.

Eine zusätzliche Befestigungsvorrichtung zur Befestigung der Hülle 148 an der Brennkammer 106 und/oder an dem Einspritzkopf 104 ist somit entbehrlich.An additional fastening device for fastening the shell 148 at the combustion chamber 106 and / or at the injection head 104 is thus expendable.

Die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform der in 1 dargestellten Brennkammervorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
Mittels des Einspritzkopfs 104 wird dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 durch die poröse Platte 122 und die Düsen 124 der Injektorvorrichtung 120 des Einspritzkopfs 104 ein erstes und ein zweites Fluid zugeführt.The above-described first embodiment of the in 1 illustrated combustion chamber device 100 works as follows:
By means of the injection head 104 gets to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 through the porous plate 122 and the nozzles 124 the injector device 120 of the injection head 104 a first and a second fluid supplied.

Insbesondere wird hierbei ein Brennstoff-Oxidator-Gemisch in den Brennraum 110 der Brennkammer 106 eingebracht. Als Brennstoffe kommen insbesondere Wasserstoff (H2), Monomethylhydrazin (MMH) und RP-1 in Betracht. Als Oxidator wird vorzugsweise Sauerstoff (O2) oder Distickstofftetroxid (N2O4) verwendet.In particular, this is a fuel-oxidizer mixture in the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 brought in. Suitable fuels are, in particular, hydrogen (H 2 ), monomethylhydrazine (MMH) and RP-1. As the oxidizer, oxygen (O 2 ) or dinitrogen tetroxide (N 2 O 4 ) is preferably used.

Die Verteilungskanäle 140 der Kühlungsvorrichtung 138 der Brennkammer 106 sind über Durchtrittsöffnungen in dem Einspritzkopf 104 mit einer Zufuhr eines Fluids, beispielsweise des Brennstoffs, verbunden, so dass das Fluid als Kühlmedium über die Verteilungskanäle 140 in der Kühlungsvorrichtung 138 verteilt und durch die fluiddurchlässige Innenwandung 136 der Brennkammer 106 dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 zugeführt werden kann. Auf diese Weise wird eine nicht brennbare Fluidschicht an der Oberfläche der Innenwandung 136 der Brennkammer 106 erzeugt, was die bei der Reaktion der beiden Fluide miteinander erzeugte thermische Belastung der Innenwandung 136 der Brennkammer 106 stark reduziert.The distribution channels 140 the cooling device 138 the combustion chamber 106 are via passages in the injection head 104 with a supply of a fluid, such as the fuel, connected, so that the fluid as a cooling medium through the distribution channels 140 in the cooling device 138 distributed and through the fluid-permeable inner wall 136 the combustion chamber 106 the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 can be supplied. In this way, a non-combustible fluid layer on the surface of the inner wall 136 the combustion chamber 106 produced, which is the thermal load of the inner wall generated in the reaction of the two fluids 136 the combustion chamber 106 greatly reduced.

Durch die chemische Reaktion der beiden Fluide, insbesondere eines Brennstoffs und eines Oxidators, miteinander entsteht im Betrieb der Brennkammervorrichtung 100 in dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 ein Druck von beispielsweise ungefähr 100 bar. Hierbei herrschen im Zentrum des Brennraums 110 der Brennkammer 106, das heißt im Bereich der Rotationsachse 116 der Brennkammervorrichtung 100 Temperaturen von ungefähr 3.500 K.The chemical reaction of the two fluids, in particular of a fuel and of an oxidizer, results in the operation of the combustion chamber device 100 in the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 a pressure of, for example, about 100 bar. Here prevail in the center of the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 that is in the area of the axis of rotation 116 the combustion chamber device 100 Temperatures of about 3,500 K.

Die Abgase, das heißt die Reaktionsprodukte der in den Brennraum 110 der Brennkammer 106 eingebrachten Fluide, verlassen die Brennkammer 106 durch den Düsenhals 152, das heißt durch die Engstelle 154, und treten in die Düsenerweiterung 108 ein. Hier erweitert sich das heiße Abgas, so dass der Druck von den ungefähr 100 bar auf ungefähr 10 bar und im Verlauf der Düsenerweiterung noch weiter abfällt. Die Temperatur des Abgases reduziert sich dabei auf zunächst ungefähr 1.600°C. Weiter stromabwärts in der Strömungsrichtung 118 sinkt die Temperatur der Abgase zusätzlich. Aufgrund der Form der Düsenerweiterung 108 und des hierzu bewirkten Ausstoßes der Abgase aus der Brennkammervorrichtung 100 wird ein Schub entgegen der Strömungsrichtung 118 erzeugt, welcher zum Antreiben beispielsweise einer Rakete verwendet werden kann.The exhaust gases, that is the reaction products of the into the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 introduced fluids, leaving the combustion chamber 106 through the nozzle throat 152 that is through the bottleneck 154 , and enter the nozzle extension 108 one. Here, the hot exhaust gas expands so that the pressure drops from about 100 bar to about 10 bar and further as the nozzle expands. The temperature of the exhaust gas is reduced to initially about 1,600 ° C. Further downstream in the flow direction 118 In addition, the temperature of the exhaust gases decreases. Due to the shape of the nozzle extension 108 and the ejection of the exhaust gases from the combustion chamber device effected for this purpose 100 will be a thrust against the flow direction 118 generated, which can be used for driving, for example, a rocket.

Dadurch, dass die Hülle 148 der Brennkammervorrichtung 100 sowohl eine Wandung 146 der Brennkammer 106 als auch eine Wandung 150 der Düsenerweiterung 108 bildet, kann die Brennkammervorrichtung 100 besonders leicht ausgebildet werden. Ferner sind hierdurch zusätzliche Verbindungsstellen zwischen der Brennkammer 106 und der Düsenerweiterung 108 entbehrlich.Because of the shell 148 the combustion chamber device 100 both a wall 146 the combustion chamber 106 as well as a wall 150 the nozzle extension 108 forms, the combustion chamber device 100 be particularly easy to be trained. Furthermore, this additional connection points between the combustion chamber 106 and the nozzle extension 108 dispensable.

Die Ummantelung 160 der Brennkammer 106 ermöglicht die Verwendung besonders hoher Drücke in dem Brennraum 110 der Brennkammer 106. Hierdurch kann eine besonders effiziente Brennkammervorrichtung 100 ausgebildet werden.The jacket 160 the combustion chamber 106 allows the use of very high pressures in the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 , This allows a particularly efficient combustion chamber device 100 be formed.

Eine in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass der Einspritzkopf 104 keine flach ausgebildete Injektorvorrichtung 120 mit einer flach ausgebildeten porösen Platte 122 umfasst. Vielmehr ist die Injektorvorrichtung 120 des Einspritzkopfs 104 bei der zweiten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 im Wesentlichen halbkugelschalenförmig ausgebildet.An in 2 illustrated second embodiment of the combustion chamber device 100 is different from the one in 1 illustrated first embodiment in particular in that the injection head 104 no flat trained Injektorvorrichtung 120 with a flat formed porous plate 122 includes. Rather, the injector device 120 of the injection head 104 in the second embodiment of the combustion chamber device 100 essentially hemispherical shell-shaped.

Wie der Schnittdarstellung des Einspritzkopfs 104 in 2 zu entnehmen ist, umfasst der Einspritzkopf 104 eine erste Fluidzuführung 162 zur Zuführung eines ersten Fluids zu dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 und eine zweite Fluidzuführung 164 zur Zuführung eines zweiten Fluids zu dem Brennraum 110 der Brennkammer 106.Like the sectional view of the injection head 104 in 2 can be seen, includes the injection head 104 a first fluid supply 162 for supplying a first fluid to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 and a second fluid supply 164 for supplying a second fluid to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 ,

Um eine besonders gleichmäßige Zuführung der Fluide zu dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 zu ermöglichen, sind in dem Einspritzkopf 104 der Brennkammervorrichtung 100 gemäß 2 Verteilerräume 166 vorgesehen, nämlich ein erster Verteilerraum 166a zur Verteilung des ersten Fluids und ein zweiter Verteilerraum 166b zur Verteilung des zweiten Fluids. Der erste Verteilerraum 166a steht dabei mit der ersten Fluidzuführung 162 in Fluidverbindung. Der zweite Verteilerraum 166b steht mit der zweiten Fluidzuführung 164 in. Fluidverbindung.To a particularly uniform supply of fluids to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 to allow are in the injection head 104 the combustion chamber device 100 according to 2 wiring closets 166 provided, namely a first distribution room 166a for distributing the first fluid and a second distribution space 166b for distribution of the second fluid. The first distribution room 166a stands with the first fluid supply 162 in fluid communication. The second distribution room 166b stands with the second fluid supply 164 in. fluid connection.

Der erste Verteilerraum 166a ist brennraumseitig durch eine halbkugelschalenförmige Wandung begrenzt, welche porös ausgebildet ist und im Wesentlichen der porösen Platte 122 der in 1 dargestellten ersten Ausführunsgform der Brennkammervorrichtung 100 entspricht. Diese als fluiddurchlässige Wand 168 bezeichnete Wandung ermöglicht das Zuführen des ersten Fluids zu dem Brennraum 110 der Brennkammer 106.The first distribution room 166a is limited combustion chamber side by a hemispherical shell-shaped wall which is formed porous and substantially the porous plate 122 the in 1 illustrated first Ausführunsgform the combustion chamber device 100 equivalent. This as a fluid-permeable wall 168 designated wall allows the supply of the first fluid to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 ,

Der erste Verteilerraum 166a ist ferner mit Einspritzkanälen 170 versehen, welche fluidundurchlässig sind, so dass kein Fluidaustausch zwischen den Einspritzkanälen 170 und dem ersten Verteilerraum 166a erfolgen kann. Die Einspritzkanäle 170 bilden vielmehr eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Verteilerraum 166b und dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 und dienen der Zuführung des zweiten Fluids zu dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 von dem zweiten Verteilerraum 166b, welcher den ersten Verteilerraum 166a halbkugelschalenförmig umgibt und von demselben mittels einer fluidundurchlässigen Trennwand 172 getrennt ist. Durch die gleichmäßige Anordnung der Einspritzkanäle 170 an der Injektorvorrichtung 120 ist eine gleichmäßige Zufuhr des ersten Fluids und des zweiten Fluids zu dem Brennraum 110 der Brennkammer 106 und somit eine gleichmäßige Verbrennung möglich.The first distribution room 166a is also with injection channels 170 provided, which are fluid-impermeable, so that no fluid exchange between the injection channels 170 and the first distribution room 166a can be done. The injection channels 170 rather form a fluid connection between the second distributor space 166b and the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 and serve to supply the second fluid to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 from the second distribution room 166b which is the first distribution room 166a surrounds hemispherical shell and from the same by means of a fluid-impermeable partition wall 172 is disconnected. Due to the uniform arrangement of the injection channels 170 at the injector device 120 is a uniform supply of the first fluid and the second fluid to the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 and thus a uniform combustion possible.

Die Verbrennung wird dabei mittels der zentral angeordneten Zündvorrichtung 126 initial gezündet.The combustion is thereby by means of the centrally arranged ignition device 126 ignited initially.

Wie 2 ferner zu entnehmen ist, ist bei der zweiten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 vorgesehen, dass der Einspritzkopf 104 Durchtrittsöffnungen 174 aufweist, durch welche eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Verteilerraum 166a und den Verteilungskanälen 140 der Kühlungsvorrichtung 138 der Brennkammer 106 möglich ist. Durch diese Durchtrittsöffnungen 174 kann somit ein Teil des ersten Fluids in die Verteilungskanäle 140 der Kühlungsvorrichtung 138 der Brennkammer 106 eingeleitet werden, um als Kühlmedium zu dienen.As 2 it can also be seen is in the second embodiment of the combustion chamber device 100 provided that the injection head 104 Through openings 174 through which a fluid connection between the first distributor space 166a and the distribution channels 140 the cooling device 138 the combustion chamber 106 is possible. Through these passages 174 Thus, a portion of the first fluid in the distribution channels 140 the cooling device 138 the combustion chamber 106 be introduced to serve as a cooling medium.

Im Übrigen stimmt die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 2 illustrated second embodiment of the combustion chamber device 100 in terms of structure and function with the in 1 illustrated first embodiment, so that reference is made to the above description in this respect.

In 3 ist eine Weiterbildung der Ummantelung 160 dargestellt, welche sowohl für die in 1 dargestellte erste Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 als auch für die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 verwendet werden kann.In 3 is a further development of the sheathing 160 represented, which for both in 1 illustrated first embodiment of the combustion chamber device 100 as well as for in 2 illustrated second embodiment of the combustion chamber device 100 can be used.

Wie 3 zu entnehmen ist, ist bei dieser Weiterbildung vorgesehen, dass sich die Ummantelung 160 über den Bereich der Engstelle 154 zwischen der Brennkammer 106 und der Düsenerweiterung 108 hinaus in der Strömungsrichtung 118 stromabwärts weiter erstreckt, so dass eine zusätzliche Abstützung der Hülle 148 im Bereich der Düsenerweiterung 108 gewährleistet ist.As 3 can be seen, it is provided in this development that the sheath 160 over the area of the bottleneck 154 between the combustion chamber 106 and the nozzle extension 108 out in the flow direction 118 downstream extends further, so that an additional support of the shell 148 in the area of the nozzle extension 108 is guaranteed.

In 4 ist eine Weiterbildung der Kühlungsvorrichtung 138 der Brennkammer 106 dargestellt, welche gemäß 4 einerseits für die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100, andererseits aber auch mit einer geeigneten Modifikation für die in 1 dargestellte erste Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 verwendet werden kann.In 4 is a development of the cooling device 138 the combustion chamber 106 shown, which according to 4 on the one hand for the in 2 illustrated second embodiment of the combustion chamber device 100 but also with a suitable modification for the in 1 illustrated first embodiment of the combustion chamber device 100 can be used.

Bei dieser Weiterbildung der Kühlungsvorrichtung 138 gemäß 4 ist eine zusätzliche Fluidverteilungsvorrichtung 176 vorgesehen, welche den Brennraum 110 der Brennkammer 106 im Wesentlichen ringförmig umgibt und direkt an den Einspritzkopf 104 der Brennkammervorrichtung 100 angrenzt. Die zusätzliche Fluidverteilungsvorrichtung 176 dient insbesondere der zusätzlichen Fluidverbindung der Verteilungskanäle 140 untereinander, so dass bereits geringe Druckdifferenzen zwischen den Verteilungskanälen 140 ausgeglichen werden können. Hierzu umfasst die zusätzliche Fluidverteilungsvorrichtung 176 Ausgleichsöffnungen 178 mittels welchen die Verteilungskanäle 140 der Kühlungsvorrichtung 138 mit einem gemeinsamen Druckausgleichsraum 180 in Fluidverbindung stehen.In this development of the cooling device 138 according to 4 is an additional fluid distribution device 176 provided, which the combustion chamber 110 the combustion chamber 106 essentially annularly surrounding and directly to the injection head 104 the combustion chamber device 100 borders. The additional fluid distribution device 176 in particular serves the additional fluid connection of the distribution channels 140 with each other, so that already slight pressure differences between the distribution channels 140 can be compensated. For this purpose, the additional fluid distribution device comprises 176 compensation openings 178 by means of which the distribution channels 140 the cooling device 138 with a common pressure compensation room 180 in fluid communication.

Eine in 5 und 6 dargestellte dritte Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass bei der dritten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 keine Ummantelung 160 der Brennkammer 106 vorgesehen ist.An in 5 and 6 illustrated third embodiment of the combustion chamber device 100 is different from the one in 2 illustrated second embodiment in particular by the fact that in the third embodiment of the combustion chamber device 100 no sheath 160 the combustion chamber 106 is provided.

Vielmehr bildet bei der dritten Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 die Hülle 148 zugleich eine Außenwandung 182 der Brennkammer 106.Rather, forms in the third embodiment of the combustion chamber device 100 the case 148 at the same time an outer wall 182 the combustion chamber 106 ,

Durch die Verwendung der Hülle 148 als Außenwandung 182 der Brennkammer 106 ist eine reduzierte Anzahl an Bauteilen für die Herstellung der Brennkammervorrichtung 100 gewährleistet. Dies reduziert die Kosten und den Herstellungsaufwand für eine solche Brennkammervorrichtung 100.By using the case 148 as outer wall 182 the combustion chamber 106 is a reduced number of components for the manufacture of the combustion chamber device 100 guaranteed. This reduces the cost and manufacturing cost of such a combustor device 100 ,

Die in 5 und 6 dargestellte dritte Ausführungsform der Brennkammervorrichtung 100 eignet sich aufgrund der geringeren strukturellen Stabilität derselben für einen Betrieb bis zu einem Druck von ungefähr 20 bar in dem Brennraum 110.In the 5 and 6 illustrated third embodiment of the combustion chamber device 100 Due to its lower structural stability, it is suitable for operation up to a pressure of approximately 20 bar in the combustion chamber 110 ,

Im Übrigen stimmt die in 5 und 6 dargestellte dritte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 5 and 6 illustrated third embodiment in terms of structure and function with in 2 illustrated second embodiment, so that reference is made to the above description in this respect.

Dadurch, dass die Brennkammervorrichtung 100 eine Hülle 148 umfasst, welche zumindest abschnittsweise eine Wandung 146 der Brennkammer 106 und eine Wandung 150 der Düsenerweiterung 108 bildet und sich im montierten Zustand der Brennkammervorrichtung im Wesentlichen von dem Einspritzkopf 104 bis zu einem dem Einspritzkopf 104 abgewandten Ende 112 der Düsenerweiterung 108 erstreckt, ist eine Brennkammervorrichtung 100 mit einer geringen Anzahl an Bauteilen herstellbar, welche ein geringes Gewicht aufweist.Due to the fact that the combustion chamber device 100 a case 148 includes, which at least partially a wall 146 the combustion chamber 106 and a wall 150 the nozzle extension 108 forms and in the mounted state of the combustion chamber device substantially from the injection head 104 up to a the injection head 104 opposite end 112 the nozzle extension 108 extends, is a combustion chamber device 100 can be produced with a small number of components, which has a low weight.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Brennkammervorrichtungcombustion chamber device
102102
Triebwerkengine
104104
EinspritzkopfInjection head
106106
Brennkammercombustion chamber
108108
Düsenerweiterungnozzle expansion
110110
Brennraumcombustion chamber
112112
EndeThe End
114114
Austrittsöffnungoutlet opening
116116
Rotationsachseaxis of rotation
118118
Strömungsrichtungflow direction
120120
Injektorvorrichtunginjector
122122
poröse Platteporous plate
124124
Düsenjet
126126
Zündvorrichtungdetonator
128128
Befestigungsvorrichtungfastening device
130130
Schraubescrew
132132
äußerer Randouter edge
134134
Halbringhalf ring
136136
Innenwandung der BrennkammerInner wall of the combustion chamber
138138
Kühlungsvorrichtungcooling device
140140
Verteilungskanäledistribution channels
142142
Dichtungsschichtsealing layer
144144
fluidundurchlässige Schichtfluid-impermeable layer
146146
Wandung der BrennkammerWall of the combustion chamber
148148
Hülleshell
150150
Wandung der DüsenerweiterungWall of the nozzle extension
152152
Düsenhalsnozzle throat
154154
Engstellebottleneck
156156
Außenwandung der DüsenerweiterungOuter wall of the nozzle extension
158158
Innenwandung der DüsenerweiterungInner wall of the nozzle extension
160160
Ummantelungjacket
162162
erste Fluidzuführungfirst fluid supply
164164
zweite Fluidzuführungsecond fluid supply
166166
Verteilerraumdistribution space
166a166a
erster Verteilerraumfirst distribution room
166b166b
zweiter Verteilerraumsecond distribution room
168168
fluiddurchlässige Wandfluid-permeable wall
170170
EinspritzkanäleInjection ducts
172172
fluidundurchlässige Trennwandfluid-impermeable partition wall
174174
DurchtrittsöffnungThrough opening
176176
zusätzliche Fluidverteilungsvorrichtungadditional fluid distribution device
178178
Ausgleichsöffnungcompensation opening
180180
gemeinsamer Druckausgleichsraumcommon pressure equalization room
182182
Außenwandung der BrennkammerOuter wall of the combustion chamber

Claims (15)

Brennkammervorrichtung, umfassend eine Brennkammer (106), einen Einspritzkopf (104) zum Zuführen mindestens eines Fluids zu der Brennkammervorrichtung (100) und eine sich an die Brennkammer (106) anschließende Düsenerweiterung (108), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammervorrichtung (100) eine Hülle (148) umfasst, welche zumindest abschnittsweise eine Wandung (146) der Brennkammer (106) und eine Wandung (150) der Düsenerweiterung (108) bildet und sich im montierten Zustand der Brennkammervorrichtung (100) im Wesentlichen von dem Einspritzkopf (104) bis zu einem dem Einspritzkopf (104) abgewandten Ende (112) der Düsenerweiterung (108) erstreckt.Combustion chamber device comprising a combustion chamber ( 106 ), an injection head ( 104 ) for supplying at least one fluid to the combustion chamber device ( 100 ) and one to the combustion chamber ( 106 ) subsequent nozzle extension ( 108 ), characterized in that the combustion chamber device ( 100 ) a case ( 148 ), which at least in sections a wall ( 146 ) of the combustion chamber ( 106 ) and a wall ( 150 ) of the nozzle extension ( 108 ) and in the assembled state of the combustion chamber device ( 100 ) substantially from the injection head ( 104 ) to a injection head ( 104 ) facing away from the end ( 112 ) of the nozzle extension ( 108 ). Brennkammervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (148) zumindest abschnittsweise eine Innenwandung (158) der Düsenerweiterung (108) bildet.Combustion chamber device according to claim 1, characterized in that the envelope ( 148 ) at least in sections an inner wall ( 158 ) of the nozzle extension ( 108 ). Brennkammervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (148) zumindest abschnittsweise eine Außenwandung (156) der Düsenerweiterung (108) bildet.Combustion chamber device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the envelope ( 148 ) at least in sections an outer wall ( 156 ) of the nozzle extension ( 108 ). Brennkammervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (148) zumindest abschnittsweise eine Außenwandung (182) der Brennkammer (106) bildet.Combustion chamber device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the envelope ( 148 ) at least in sections an outer wall ( 182 ) of the combustion chamber ( 106 ). Brennkammervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammervorrichtung (100) eine Ummantelung (160) umfasst, mittels welcher die Hülle (148) zumindest abschnittsweise ummantelt ist.Combustion chamber device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the combustion chamber device ( 100 ) a sheath ( 160 ) by means of which the envelope ( 148 ) is encased at least in sections. Brennkammervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammervorrichtung (100) eine Befestigungsvorrichtung (128) zur Befestigung der Hülle (148) mittels der Ummantelung (160) an dem Einspritzkopf (104) der Brennkammervorrichtung (100) umfasst.Combustion chamber device according to claim 5, characterized in that the combustion chamber device ( 100 ) a fastening device ( 128 ) for fastening the envelope ( 148 ) by means of the sheath ( 160 ) on the injection head ( 104 ) of the combustion chamber device ( 100 ). Brennkammervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammervorrichtung (100) eine Befestigungsvorrichtung (128) zur unmittelbaren Befestigung der Hülle (148) an dem Einspritzkopf (104) der Brennkammervorrichtung (100) umfasst.Combustion chamber device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the combustion chamber device ( 100 ) a fastening device ( 128 ) for the direct attachment of the shell ( 148 ) on the injection head ( 104 ) of the combustion chamber device ( 100 ). Brennkammervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (148) zumindest teilweise aus einem faserverstärkten Material gebildet ist.Combustion chamber device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the Shell ( 148 ) is at least partially formed of a fiber-reinforced material. Brennkammervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammervorrichtung (100) eine Kühlungsvorrichtung (138) umfasst, welche eine Innenwandung (136) der Brennkammer (106) bildet.Combustion chamber device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the combustion chamber device ( 100 ) a cooling device ( 138 ) comprising an inner wall ( 136 ) of the combustion chamber ( 106 ). Brennkammervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (148) im montierten Zustand der Brennkammervorrichtung (100) die Kühlungsvorrichtung (138) zumindest abschnittsweise umgibt.Combustion chamber device according to claim 9, characterized in that the envelope ( 148 ) in the assembled state of the combustion chamber device ( 100 ) the cooling device ( 138 ) at least partially surrounds. Brennkammervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (148) zumindest abschnittsweise mit einer fluidundurchlässigen Schicht (144) versehen ist.Combustion chamber device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the envelope ( 148 ) at least in sections with a fluid-impermeable layer ( 144 ) is provided. Verfahren zur Herstellung einer Brennkammervorrichtung (100), umfassend einen Einspritzkopf (104), eine Brennkammer (106) und eine Düsenerweiterung (108), wobei das Verfahren umfasst: – Herstellen einer Innenwandung (136) der Brennkammer (106); – Versehen der Innenwandung (136) der Brennkammer (106) mit einer Hülle (148), welche zumindest abschnittsweise eine Wandung (146) der Brennkammer (106) und eine Wandung (150) der Düsenerweiterung (108) bildet und sich im montierten Zustand der Brennkammervorrichtung (100) im Wesentlichen von dem Einspritzkopf (104) bis zu einem dem Einspritzkopf (104) abgewandten Ende (112) der Düsenerweiterung (108) der Brennkammervorrichtung (100) erstreckt; – Anordnen der Hülle (148) an dem Einspritzkopf (104).Method for producing a combustion chamber device ( 100 ), comprising an injection head ( 104 ), a combustion chamber ( 106 ) and a nozzle extension ( 108 ), the method comprising: - producing an inner wall ( 136 ) of the combustion chamber ( 106 ); - providing the inner wall ( 136 ) of the combustion chamber ( 106 ) with a shell ( 148 ), which at least partially a wall ( 146 ) of the combustion chamber ( 106 ) and a wall ( 150 ) of the nozzle extension ( 108 ) and in the assembled state of the combustion chamber device ( 100 ) substantially from the injection head ( 104 ) to a injection head ( 104 ) facing away from the end ( 112 ) of the nozzle extension ( 108 ) of the combustion chamber device ( 100 ) extends; - arranging the envelope ( 148 ) on the injection head ( 104 ). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (148) zumindest abschnittsweise mit einer Ummantelung (160) versehen wird.Method according to claim 12, characterized in that the envelope ( 148 ) at least in sections with a sheath ( 160 ). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (160) auf die Hülle (148) aufgewickelt wird.A method according to claim 13, characterized in that the sheath ( 160 ) on the envelope ( 148 ) is wound up. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (148) zwischen der Innenwandung (136) der Brennkammer (106) und der Ummantelung (160) eingeklemmt wird.Method according to one of claims 13 or 14, characterized in that the envelope ( 148 ) between the inner wall ( 136 ) of the combustion chamber ( 106 ) and the sheath ( 160 ) is trapped.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3011884A1 (en) * 2013-10-16 2015-04-17 Snecma PROPULSION CHAMBER FOR ROCKER AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH CHAMBER
EP2881666A1 (en) * 2013-12-09 2015-06-10 Siemens Aktiengesellschaft Nozzle holder made of metallic foam
DE102014100345A1 (en) 2014-01-14 2015-07-16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for producing a thrust chamber device, thrust chamber device and rocket engine
DE102017129321A1 (en) 2017-12-08 2019-06-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Combustion chamber device, vehicle
DE102018102222A1 (en) 2018-02-01 2019-08-01 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Combustor apparatus, vehicle, and method of operating a combustor
WO2022058369A1 (en) * 2020-09-18 2022-03-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Combustion chamber arrangement

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0421865A1 (en) * 1989-10-04 1991-04-10 Societe Europeenne De Propulsion (S.E.P.) S.A. Rocket combustion chamber
DE19730674A1 (en) * 1997-07-17 1999-01-21 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Combustion chamber and method of manufacturing a combustion chamber
US6205661B1 (en) * 1999-04-15 2001-03-27 Peter John Ring Method of making a rocket thrust chamber
US20040011023A1 (en) * 2002-07-16 2004-01-22 The Boeing Company Combustion chamber having a multiple-piece liner and associated assembly method
DE102006029586A1 (en) * 2006-06-20 2007-12-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Injection head, mixing chamber and engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0421865A1 (en) * 1989-10-04 1991-04-10 Societe Europeenne De Propulsion (S.E.P.) S.A. Rocket combustion chamber
DE19730674A1 (en) * 1997-07-17 1999-01-21 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Combustion chamber and method of manufacturing a combustion chamber
US6205661B1 (en) * 1999-04-15 2001-03-27 Peter John Ring Method of making a rocket thrust chamber
US20040011023A1 (en) * 2002-07-16 2004-01-22 The Boeing Company Combustion chamber having a multiple-piece liner and associated assembly method
DE102006029586A1 (en) * 2006-06-20 2007-12-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Injection head, mixing chamber and engine

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3011884A1 (en) * 2013-10-16 2015-04-17 Snecma PROPULSION CHAMBER FOR ROCKER AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH CHAMBER
WO2015055924A1 (en) 2013-10-16 2015-04-23 Snecma Propulsion chamber for a rocket and method for producing such a chamber
EP2881666A1 (en) * 2013-12-09 2015-06-10 Siemens Aktiengesellschaft Nozzle holder made of metallic foam
DE102014100345A1 (en) 2014-01-14 2015-07-16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for producing a thrust chamber device, thrust chamber device and rocket engine
DE102014100345B4 (en) * 2014-01-14 2015-09-03 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for producing a thrust chamber device, thrust chamber device and rocket engine
DE102017129321A1 (en) 2017-12-08 2019-06-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Combustion chamber device, vehicle
DE102018102222A1 (en) 2018-02-01 2019-08-01 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Combustor apparatus, vehicle, and method of operating a combustor
WO2019149870A1 (en) 2018-02-01 2019-08-08 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Combustion chamber device, vehicle and method for operating a combustion chamber device
WO2022058369A1 (en) * 2020-09-18 2022-03-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Combustion chamber arrangement

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