DE102010043337A1

DE102010043337A1 - Fluidzuführungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010043337A1
Application number: DE102010043337A
Authority: DE
Inventors: Johannes Lux; Dr. Suslov Dmitry; Dr. Haidn Oskar
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: DE102010043337B4

Abstract

Um eine Fluidzuführungsvorrichtung zum Zuführen von mindestens zwei Fluiden zu einem Mischraum, umfassend eine erste Fluidzuführung zum Zuführen eines ersten Fluids zu dem Mischraum und eine zweite Fluidzuführung zum Zuführen eines zweiten Fluids zu dem Mischraum, wobei die erste Fluidzuführung ein fluiddurchlässiges Material umfasst, durch welches das erste Fluid dem Mischraum zuführbar ist, und wobei die zweite Fluidzuführung mindestens ein Zuführelement umfasst, welches sich zumindest abschnittsweise durch das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung hindurch erstreckt, zu schaffen, welche stabil ausgebildet ist und mit hohem Fluiddruck betrieben werden kann, wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Zuführelement der zweiten Fluidzuführung mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung zur Stabilisierung des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidzuführungsvorrichtung, insbesondere für ein Triebwerk, zum Zuführen von mindestens zwei Fluiden zu einem Mischraum, welche eine erste Fluidzuführung zum Zuführen eines ersten Fluids zu dem Mischraum und eine zweite Fluidzuführung zum Zuführen eines zweiten Fluids zu dem Mischraum umfasst. Die erste Fluidzuführung umfasst ein fluiddurchlässiges Material, durch welches das erste Fluid dem Mischraum zuführbar ist. Die zweite Fluidzuführung umfasst mindestens ein Zuführelement, welches sich zumindest abschnittsweise durch das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung hindurch erstreckt.
Eine solche Fluidzuführungsvorrichtung ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2007 063 539 bekannt und wird beispielsweise in Raketentriebwerken, insbesondere in kryogenen Raketentriebwerken, zur Einspritzung von Treibstoffkomponenten, insbesondere von Flüssigsauerstoff und Wasserstoff, verwendet. Durch die Verwendung eines fluiddurchlässigen Materials ist bei dieser Fluidzuführungsvorrichtung eine homogene Verteilung der Treibstoffkomponenten in dem Mischraum bei gleichzeitiger Entkopplung des Mischraums von einem Versorgungssystem möglich. Ferner lässt sich hierdurch ein geringer Druckverlust realisieren, so dass eine erforderliche Pumpenleistung reduziert werden kann.
Insbesondere bei hohen Drücken kann es jedoch vorkommen, dass das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung der statischen und/oder dynamischen Belastung nicht standhält.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluidzuführungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche stabil ausgebildet ist und mit hohem Fluiddruck betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Zuführelement der zweiten Fluidzuführung mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung zur Stabilisierung des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung umfasst.
Dadurch, dass mindestens ein Zuführelement der zweiten Fluidzuführung mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung zur Stabilisierung des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung umfasst, kann das fluiddurchlässige Material so ausgewählt werden, dass ein großer Fluidstrom bei geringem Druckverlust mittels des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung dem Mischraum zuführbar ist. Eine aus einer derartigen Materialwahl folgende geringe mechanische Stabilität des fluiddurchlässigen Materials wird erfindungsgemäß durch die mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung kompensiert.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Zuführelement der zweiten Fluidzuführung eine fluidundurchlässige Wandung umfasst, welche einen Fluidaustausch zwischen der ersten Fluidzuführung und der zweiten Fluidzuführung verhindert. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Vermischung der beiden Fluide vor einem Eintritt in den Mischraum wirksam unterbunden werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Zuführelement, zumindest abschnittsweise, aus Edelstahl, beispielsweise aus Inconel^® 718, gebildet ist.
Günstig ist es, wenn das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung ein poröses Material ist. Insbesondere kann als poröses Material Sinterbronze (CuSn11) oder Regimesh^® vorgesehen sein. Die Verwendung eines porösen Materials hat den Vorteil, dass ein Fluid in fein verteilter Form in den Mischraum eingebracht werden kann. Dies ermöglicht eine homogene Verteilung und eine rasche Vermischung der Fluide. Ferner kann hierdurch eine Verdampfung eines flüssigen Fluids unterstützt werden.
Ferner kann die Verwendung eines porösen Materials den Vorteil bieten, dass Schwingungen zwischen einem vorgeschalteten Fluidversorgungssystem und dem Mischraum nicht oder zumindest nur sehr gedämpft übertragen werden. Das poröse Material wirkt hierbei folglich vorzugsweise als Dämpfungselement gegen Druckschwankungen.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Zuführelement der zweiten Fluidzuführung im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Zuführelement um eine parallel zu einer Einströmrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids verlaufende Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Eine einfache Ausgestaltung des mindestens einen Zuführelements ist dann möglich, wenn das mindestens eine Zuführelement im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet ist.
Günstig ist es, wenn mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung durch die Form des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung gebildet ist. Dadurch sind zusätzliche Elemente zur Stabilisierung vorzugsweise entbehrlich.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung als eine Verankerungsvorrichtung ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass hierbei eine Bewegung der ersten Fluidzuführung relativ zu dem mindestens einen Zuführelement der zweiten Fluidzuführung in einer Einströmrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids verhindert wird. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass hierbei eine Bewegung der ersten Fluidzuführung relativ zu dem mindestens einen Zuführelement der zweiten Fluidzuführung entgegen der Einströmrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids verhindert wird.
Vorzugsweise ist mittels der mindestens einen Stabilisierungsvorrichtung eine formschlüssige Verbindung zwischen der ersten Fluidzuführung, insbesondere dem fluiddurchlässigen Material der ersten Fluidzuführung, und dem mindestens einen Zuführelement der zweiten Fluidzuführung gewährleistet. Auf diese Weise ist eine besonders stabile Verbindung zwischen der ersten Fluidzuführung und der zweiten Fluidzuführung und somit eine einfache mechanische Unterstützung und/oder Stabilisierung des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung möglich.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung als ein Vorsprung an mindestens einem Zuführelement der zweiten Fluidzuführung ausgebildet ist. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass der Vorsprung sich in einer Richtung quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Einströmrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids erstreckt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung mindestens ein Zuführelement im Wesentlichen ringförmig umgibt und/oder im Wesentlichen ringförmig an dem mindestens einen Zuführelement angeordnet ist.
Grundsätzlich kann die mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung an einer beliebigen Stelle an dem mindestens einen Zuführelement der zweiten Fluidzuführung angeordnet und/oder ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung an einem Abschnitt des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung angeordnet, in welchem sich das mindestens eine Zuführelement der zweiten Fluidzuführung durch das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung hindurch erstreckt. Einerseits kann hierbei vorgesehen sein, dass die mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung an einem dem Mischraum abgewandten Ende des genannten Abschnitts des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung angeordnet ist. Andererseits ist jedoch vorzugsweise vorgesehen, dass die mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung an einem dem Mischraum zugewandten Ende des genannten Abschnitts des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung angeordnet ist.
Das dem Mischraum zugewandte Ende des Abschnitts des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung, in welchem das mindestens eine Zuführelement sich durch das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung hindurch erstreckt, ist vorzugsweise zugleich ein dem Mischraum zugewandtes Ende des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung. Das dem Mischraum zugewandte Ende des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung schließt vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zu einer Einströmrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids bündig mit dem fluiddurchlässigen Material der ersten Fluidzuführung ab, so dass insbesondere eine gemeinsame Einströmebene des ersten Fluids und des zweiten Fluids gebildet ist.
Günstig kann es sein, wenn ein Außendurchmesser mindestens eines Zuführelements der zweiten Fluidzuführung an dem dem Mischraum zugewandten Ende eines Abschnitts, in welchem sich das mindestens eine Zuführelement durch das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung hindurch erstreckt, größer ist als an einem dem Mischraum abgewandten Ende dieses Abschnitts des mindestens einen Zuführelements. Auf diese Weise kann mittels des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung und dem fluiddurchlässigen Material der ersten Fluidzuführung ein Hinterschnitt gebildet werden, mittels welchem eine Bewegung des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung relativ zu der ersten Fluidzuführung entgegen der Einströmrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids und zugleich eine Bewegung der ersten Fluidzuführung relativ zu dem mindestens einen Zuführelement der zweiten Fluidzuführung in der Strömungsrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids verhindert wird.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Materialstärke des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung über die gesamte Länge des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung konstant gewählt wird. In einem solchen Fall wird beispielsweise bei einem in der Einströmrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids größer werdenden Außendurchmesser zugleich auch ein Innendurchmesser des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung entlang der Einströmrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids größer.
Vorteilhaft kann es jedoch sein, wenn ein Innendurchmesser des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung über die gesamte Länge des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung im Wesentlichen konstant ist.
Eine Verringerung eines Strömungswiderstandes und/oder eine Verbesserung einer Mischung der beiden Fluide kann bei einer Fluidzuführungsvorrichtung der eingangs genannten Art insbesondere dadurch erzielt werden, dass die erste Fluidzuführung in einer Umgebung, in welcher sich mindestens ein Zuführelement der zweiten Fluidzuführung durch das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung hindurch erstreckt, mit mindestens einer Einbuchtung versehen ist.
Die Umgebung der ersten Fluidzuführung, in welcher sich das mindestens eine Zuführelement der zweiten Fluidzuführung durch das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung hindurch erstreckt, ist dabei vorzugsweise derjenige Raumbereich, welcher das mindestens eine Zuführelement der zweiten Fluidzuführung umgibt und beispielsweise im Vergleich zu dem jeweils umgebenen Zuführelement den ungefähr dreifachen Durchmesser aufweist.
Durch die Verwendung mindestens einer Einbuchtung in der Umgebung der ersten Fluidzuführung, in welcher sich das mindestens eine Zuführelement der zweiten Fluidzuführung durch das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung hindurch erstreckt, kann ein Strömungswiderstand des fluiddurchlässigen Materials verringert werden, so dass eine Strömung des ersten Fluids in dieser Umgebung vergrößert wird.
Günstig ist es, wenn die mindestens eine Einbuchtung durch eine Verringerung einer Materialstärke des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung in einer Richtung parallel zu einer Einströmrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids gebildet ist. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die mindestens eine Einbuchtung als eine Ausnehmung in dem fluiddurchlässigen Material der ersten Fluidzuführung ausgebildet ist. Hierdurch ist eine besonders einfache Herstellung einer solchen Einbuchtung möglich.
Vorzugsweise umgibt die mindestens eine Einbuchtung mindestens ein Zuführelement der zweiten Fluidzuführung. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die mindestens eine Einbuchtung mindestens ein Zuführelement der zweiten Fluidzuführung im Wesentlichen ringförmig umgibt.
Günstig ist es, wenn eine Rotationsachse der mindestens einen Einbuchtung im Wesentlichen einer Rotationsachse des von der mindestens einen Einbuchtung umgebenen mindestens einen Zuführelements entspricht.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Einbuchtung direkt an mindestens ein Zuführelement der zweiten Fluidzuführung angrenzt. Auf diese Weise kann eine das mindestens eine Zuführelement der zweiten Fluidzuführung umgebende Strömung des ersten Fluids verstärkt werden.
Die mindestens eine Einbuchtung ist vorzugsweise auf einer dem Mischraum abgewandten Seite des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung vorgesehen. Insbesondere dann, wenn eine dem Mischraum zugewandte Seite des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung, welche vorzugsweise eine dem Mischraum zugewandte Oberfläche der ersten Fluidzuführung bildet, im Wesentlichen eben ausgebildet ist, kann durch die Verwendung der mindestens einen Einbuchtung aus der dem Mischraum abgewandten Seite des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung eine gezielte Beeinflussung der Strömung des ersten Fluids in den Mischraum erfolgen, ohne hierbei einen Strömungsverlauf in dem Mischraum durch eine unerwünschte Gestaltung einer Einströmebene zu beeinträchtigen.
Eine besonders günstige Durchströmung des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass eine Oberfläche der mindestens einen ersten Fluidzuführung zur Ausbildung der mindestens einen Einbuchtung zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass eine Oberfläche der mindestens einen Einbuchtung zumindest abschnittweise einen in einer Ebene, welche parallel zu der Einströmrichtung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids verläuft, genommenen, kreisabschnittsförmigen Querschnitt aufweist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Einbuchtung als eine konusförmige Ausnehmung ausgebildet ist, wobei eine Rotationsachse der konusförmigen Ausnehmung vorzugsweise im Wesentlichen identisch mit einer Rotationsachse des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Einbuchtung im Wesentlichen trichterförmig, fanfarenförmig und/oder trompetenförmig ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Fluidzuführungsvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Triebwerk, insbesondere in einem Raketentriebwerk.
Ein solches erfindungsgemäßes Triebwerk eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Flugkörper, beispielsweise einer Rakete.
Ein solches Triebwerk ist insbesondere für die benannte und die unbenannte Raumfahrt verwendbar. Ferner können solche Triebwerke in Luftfahrtantrieben (Fluggasturbinen) verwendet werden.
Auch im Bereich der Verfahrenstechnik, der chemischen Industrie, in Industriebrennern, stationären Gasturbinen oder in Verbrennungsmotoren, beispielsweise in der Automobilindustrie, können die erfindungsgemäßen Fluidzuführungsvorrichtungen und/oder das erfindungsgemäße Triebwerk Verwendung finden.
Ferner können die erfindungsgemäße Fluidzuführungsvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Triebwerk folgende Vorteile und/oder Merkmale aufweisen:
Die Fluidzuführungsvorrichtung kann insbesondere zur Zuführung von flüssigem, nicht vorgewärmtem, Oxidator und gasförmigem Brennstoff, beispielsweise flüssigem Sauerstoff und gasförmigem Wasserstoff, verwendet werden. Insbesondere bei einem vorgegebenen Mischungsverhältnis zwischen erstem Fluid und zweitem Fluid kann ein vorbestimmtes Flächenverhältnis zwischen der ersten Fluidzuführung und der zweiten Fluidzuführung notwendig sein. Hieraus ergibt sich vorzugsweise die Anzahl und/oder der Durchmesser, insbesondere der Innendurchmesser, der benötigten Zuführelemente der zweiten Fluidzuführung.
Das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung, insbesondere ein poröses Material, weist bei hoher Fluiddurchlässigkeit üblicherweise eine geringe mechanische Stabilität auf. Insbesondere durch die Verwendung von Stabilisierungsvorrichtungen und/oder durch Stützvorrichtungen, beispielsweise an einem zentralen Zünderleitrohr, kann eine mechanische Stabilität des fluiddurchlässigen Materials der ersten Fluidzuführung erhöht werden. Die Fluidzuführungsvorrichtung eignet sich dann vorzugsweise auch für die Verwendung bei hohen Drücken.
Ein Durchmesser, beispielsweise ein Innendurchmesser, des mindestens einen Zuführelements der zweiten Fluidzuführung beträgt vorzugsweise zwischen ungefähr 0,5 mm und ungefähr 2 mm.
Um eine gleichmäßige Verteilung des zweiten Fluids auf die vorzugsweise mehreren Zuführelemente der zweiten Fluidzuführung zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass in der Einströmrichtung des zweiten Fluids stromaufwärts vor den mehreren Zuführelementen der zweiten Fluidzuführung ein fluiddurchlässiges Material, beispielsweise ein poröses Material, insbesondere Sinterbronze, vorgesehen ist. Diesem fluiddurchlässigen Material ist in der Einströmrichtung des zweiten Fluids stromabwärts vorzugsweise eine fluidundurchlässige Wandung nachgeordnet, in welcher das mindestens eine Zuführelement angeordnet ist und welche eine Vermischung des zweiten Fluids mit dem ersten Fluid vor einem Eintritt in den Mischraum verhindert.
Insbesondere dann, wenn eine Vielzahl von Zuführelementen der zweiten Fluidzufuhr verwendet wird, kann eine notwendige Fertigungsgenauigkeit reduziert werden, da eine gleichmäßige und homogene Vermischung in dem Mischraum durch die Vielzahl der Zuführelemente gewährleistet ist und kleine Schwankungen in einer Ausrichtung der Zuführelemente relativ zu einer vorgegebenen Einströmrichtung keinen großen Einfluss mehr auf die Qualität der Vermischung in dem Mischraum haben.
Ferner kann durch eine große Anzahl an Zuführelementen ein Strom von beispielsweise flüssigem Sauerstoff vorzugsweise schneller verdampft werden, so dass eine bessere Vermischung möglich ist. Ferner kann ein Druckverlust bei der Zuführung im Falle einer Drosselung des Triebwerks und einer Reduzierung der Massenströme der Fluide und des Drucks in dem Mischraum ebenfalls reduziert werden.
Durch die Verwendung eines fluiddurchlässigen Materials, insbesondere eines porösen Materials, ist ein resultierender Druckverlust vorzugsweise im Wesentlichen linear proportional zu einem Massenstrom.
Bei sehr geringen Massenströmen und folglich sehr geringen Druckverlusten innerhalb der Zuführelemente gewährleistet die Verwendung des fluiddurchlässigen Materials, insbesondere des porösen Materials, vorzugsweise die notwendige minimale Entkopplung zwischen dem vorgelagerten Versorgungssystem und dem Mischraum.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Zuführelemente vorgesehen sind, welche an ihrem dem Mischraum zugewandten Ende im Wesentlichen konisch aufgeweitet sind. Dadurch können die Zuführelemente eine gewisse Kraft in der Einströmrichtung aufnehmen und somit das fluiddurchlässige Material der ersten Fluidzuführung abstützen.
Günstig ist es, wenn die konische Aufweitung der Zuführelemente an eine Einlauffläche der Fluidzuführungsvorrichtung, das heißt einer dem Mischraum zugewandten Fläche, angepasst ist, so dass eine Vermischung der Fluide, insbesondere eine Zerstäubung eines flüssigen Fluids, begünstigt wird.
Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung kann eine erhöhte mechanische Stabilität der Fluidzuführungen zwischen einem Verteilerraum der Fluide und dem Mischraum gewährleistet werden.
Insbesondere dann, wenn ein Innendurchmesser mindestens eines Zuführelements in der Einströmrichtung aufgeweitet ist, reduziert sich eine Einspritzgeschwindigkeit des Fluids unmittelbar vor einem Eintritt des Fluids in den Mischraum, was zu einer Verbesserung einer Zerstäubung im Falle eines flüssigen Fluids beitragen kann.
Insbesondere dann, wenn eine Materialstärke des Zuführelements, das heißt eine Wandstärke des Zuführelements, unmittelbar vor Eintritt in den Mischraum, das heißt an einem dem Mischraum zugewandten Ende des Zuführelements, vergrößert wird, kann sich eine verbesserte Flammenankerung und somit ein stabileres Betriebsverhalten im Falle einer Verbrennung der zu vermischenden Fluide ergeben.
Insbesondere dann, wenn eine Einlauffläche im Bereich des Zuführelements modifiziert wird, kann eine Konzentration des zweiten Fluids erhöht werden, was eine Effizienz der Vermischung und somit im Falle einer Verbrennung die Effizienz der Verbrennung verbessert.
Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Fluidzuführungsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Triebwerks sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Figuren zeigen;
1 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 2;
4a eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
4b eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
4c eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
5a eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
5b eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
5c eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer achten Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
6a eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
6b eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer zehnten Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
6c eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer elften Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung;
7 eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer zwölften Ausführungsform einer Fluidzuführungsvorrichtung; und
8 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der fünften Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung aus 4c.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Fluidzuführungsvorrichtung dient der Zuführung von beispielsweise zwei Fluiden zu einem Mischraum 102.
Die Fluidzuführungsvorrichtung 100 kann beispielsweise als Bestandteil eines Einspritzkopfs 104 eines Raketentriebwerks 106 verwendet werden und dient hierbei der Zuführung der Reaktanden, insbesondere eines Oxidators und eines Treibstoffs, zu einem Brennraum 108, welcher den Mischraum 102 der Fluidzuführungsvorrichtung 100 bildet, einer (nicht dargestellten) Brennkammer des Raketentriebwerks 106.
Die Fluidzuführungsvorrichtung 100 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse 110 ausgebildet und umfasst einen ersten Verteilerraum 112 zur Verteilung eines ersten Fluids auf eine erste Fluidzuführung 114 und einen zweiten Verteilerraum 116 zur Verteilung eines zweiten Fluids auf eine zweite Fluidzuführung 118.
Mittels der Fluidzuführungsvorrichtung 100 sind dem Mischraum 102 die zwei Fluide im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 110 in einer Einströmrichtung 120 zuführbar.
Der erste Verteilerraum 112 für das erste Fluid ist in der Einströmrichtung 120 stromabwärts des zweiten Verteilerraums 116 für das zweite Fluid angeordnet und von demselben mittels einer fluidundurchlässigen Wandung 122 getrennt. Zur Zufuhr des ersten Fluids von dem ersten Verteilerraum 112 zu dem Mischraum 102 umfasst die erste Fluidzuführung 114 ein fluiddurchlässiges Material 124, welches eine fluiddurchlässige Wandung 126 der ersten Fluidzuführung 114 bildet. Das dem ersten Verteilerraum 112 für das erste Fluid zugeführte erste Fluid ist durch das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 dem Mischraum 102 gleichmäßig zuführbar.
Der erste Verteilerraum 112 für das erste Fluid und das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 sind von einer Vielzahl von Zuführelementen 128 der zweiten Fluidzuführung 118 durchsetzt.
Die Zuführelemente 128 der zweiten Fluidzuführung 118 sind dabei im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und so ausgerichtet, dass ihre jeweilige Rotationsachse 130 parallel zur Rotationsachse 110 der Fluidzuführungsvorrichtung 100 verläuft.
Die Zuführelemente 128 sind aus einem fluidundurchlässigen Material gebildet, um eine Vermischung des ersten Fluids und des zweiten Fluids durch einen Durchtritt eines der beiden Fluide durch eine Wand der Zuführelemente 128 zu verhindern.
Die Zuführelemente 128 bilden eine Fluidverbindung zwischen dem Mischraum 102 und dem zweiten Verteilerraum 116 für das zweite Fluid, so dass das in den zweiten Verteilerraum 116 eingeführte zweite Fluid mittels der Zuführelemente 128 in den Mischraum 102 einströmbar ist.
Sowohl das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 als auch die Zuführelemente 128 der zweiten Fluidzuführung 118 sind so ausgebildet, dass das jeweilige dem Mischraum 102 zugewandte Ende zumindest näherungsweise bündig mit einer ebenen Oberfläche 132 einer Frontplatte 134 der Fluidzuführungsvorrichtung 100 verläuft. Zentral an der Fluidzuführungsvorrichtung 100, das heißt auf der Rotationsachse 110 der Fluidzuführungsvorrichtung 100, angeordnet, verläuft eine Zündvorrichtung 136 der Fluidzuführungsvorrichtung 100, mittels welcher ein Gemisch aus dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid in dem Mischraum 102 gezündet werden kann.
Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 erfolgt eine zusätzliche Stabilisierung der fluiddurchlässigen Wandung 126 der ersten Fluidzuführung 114, das heißt des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114, mittels einer Stabilisierungsvorrichtung 138 der Zündvorrichtung 136, welche durch einen Zylinder gebildet ist, der sich zwischen der fluidundurchlässigen Wandung 122 (zwischen dem ersten Verteilerraum 112 und dem zweiten Verteilerraum 116) und der fluiddurchlässigen Wandung 126 der ersten Fluidzuführung 114 erstreckt. Mittels der Stabilisierungsvorrichtung 138 kann beispielsweise bei der Zündung des Gemisches aus dem ersten und dem zweiten Fluid eine entgegen der Einströmrichtung 120 auf das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 wirkende Kraft zentral aufgenommen werden, um eine zu hohe Belastung des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114 zu vermeiden.
Eine in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die fluidundurchlässige Wandung 122 in der Einströmrichtung 120 stromaufwärts mit einer zusätzlichen fluiddurchlässigen Wandung 140 versehen ist, welche eine Vergleichmäßigung eines Stroms des zweiten Fluids zu den Zuführelementen 128 und somit zu dem Mischraum 102 bewirkt.
Ferner dient die zusätzliche fluiddurchlässige Wandung 140 der Dämpfung von Schwingungen, um eine Rückkopplung einer Schwingung von dem Mischraum 102 und/oder eine Einbringung einer Schwingung in den Mischraum 102 zu unterdrücken.
2 ist darüber hinaus ein in 1 nicht dargestellter Fluidversorgungsanschluss 142 für das erste Fluid zu entnehmen.
In der Ausführungsform gemäß 2 ist keine Frontplatte 134 der Fluidzuführungsvorrichtung 100, sondern ein kanalförmiger Abschnitt 144 der Fluidzuführungsvorrichtung 100, dessen Innenraum den Mischraum 102 bildet, vorgesehen.
Im Übrigen stimmt die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass diesbezüglich auf deren vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I in 2, nämlich eine Umgebung eines Zuführelements 128 im Bereich des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114. Diese Darstellung ist repräsentativ für vorzugsweise sämtliche Zuführelemente 128 und die diese Zuführelemente 128 jeweils umgebenden Umgebungen.
Wie 3 zu entnehmen ist, ist bei dieser für die erste und die zweite Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 repräsentativen Darstellung des Zuführelements 128 im Bereich des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114 eine zylindrische Bohrung 146 in dem fluiddurchlässigen Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 vorgesehen, in welcher das im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildete Zuführelement 128 der zweiten Fluidzuführung 118 aufgenommen ist.
Eine in 4a dargestellte dritte Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 unterscheidet von der in 3 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die Bohrung 146 in dem fluiddurchlässigen Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 lediglich abschnittsweise zylindrisch ausgebildet ist. An dem dem Mischraum 102 zugewandten Ende der Bohrung 146 ist diese darüber hinaus mit einer Aufweitung 148 versehen, welche im Wesentlichen konisch ausgebildet ist.
Diese Aufweitung 148 der Bohrung 146 in dem fluiddurchlässigen Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 dient der formschlüssigen Anordnung eines konisch aufgeweiteten Zuführelements 128, dessen äußere Oberfläche in dem Bereich, in welchem das Zuführelement 128 sich durch das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 hindurch erstreckt, im Wesentlichen komplementär zu der inneren Oberfläche der Bohrung 146 in dem fluiddurchlässigen Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 ausgebildet ist.
Hierdurch ist eine Stabilisierungsvorrichtung 149 zur Stabilisierung des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114 gebildet.
Insbesondere kann durch die Stabilisierungsvorrichtung 149 eine Abstützung der fluiddurchlässigen Wandung 126 der ersten Fluidzuführung 114 in und/oder entgegen der Einströmrichtung 120 des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids erfolgen.
Bei der in 4a dargestellten dritten Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 ist vorgesehen, dass das Zuführelement 128 über seine gesamte Länge L eine im Wesentlichen konstante Materialstärke S aufweist.
Durch die Aufweitung des Zuführelements 128 im Bereich der Aufweitung 148 der Bohrung 146 in dem fluiddurchlässigen Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 ergibt sich somit aufgrund der Vergrößerung eines Außendurchmessers D_A des Zuführelements 128 eine Vergrößerung eines Innendurchmessers D_I des Zuführelements 128 in der Einströmrichtung 120.
Im Übrigen stimmt die in 4a dargestellte dritte Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 3 dargestellten Ausführungsform überein, so dass diesbezüglich auf deren vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.
Eine in 4b dargestellte vierte Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 4a dargestellten dritten Ausführungsform dadurch, dass das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 im Bereich des Zuführelements 128, insbesondere in einer Umgebung 151 des Zuführelements 128, auf der dem Mischraum 102 abgewandten Seite des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114 mit einer Einbuchtung 150 versehen ist, das heißt, dass eine dem Mischraum 102 abgewandte Oberfläche 153 der fluiddurchlässigen Wandung 126 der ersten Fluidzuführung 114 nicht eben, sondern vorzugsweise profiliert, ausgebildet ist.
Die Einbuchtung 150 ist beispielsweise eine konusförmige Ausnehmung 152, wobei eine Rotationsachse 154 der konusförmigen Ausnehmung 152 identisch mit der Rotationsachse 130 des Zuführelements 128 ist, so dass die konusförmige Ausnehmung 152, das heißt die Einbuchtung 150, das Zuführelement 128 im Wesentlichen ringförmig umgibt.
Durch die Einbuchtung 150 in dem fluiddurchlässigen Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 ist eine Materialstärke M des fluiddurchlässigen Materials 124, das heißt der fluiddurchlässigen Wandung 126, in der Richtung parallel zu der Einströmrichtung 120 in der unmittelbaren Umgebung des Zuführelements 128 der zweiten Fluidzuführung 118 verringert.
Insbesondere ist die Einbuchtung 150 dabei so ausgebildet, dass die Materialstärke M des fluiddurchlässigen Materials 124 im Bereich eines direkten Kontakts mit dem Zuführelement 128 minimal ist.
Durch die Einbuchtung 150 kann eine Durchführung des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114 gezielt beeinflusst werden.
Im Übrigen stimmt die in 4b dargestellte vierte Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 4a dargestellten dritten Ausführungsform überein, so dass diesbezüglich auf deren vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.
Eine in 4c dargestellte fünfte Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 4b dargestellten vierten Ausführungsform dadurch, dass die Einbuchtung 150 nicht konusförmig ausgebildet ist. Vielmehr ist die Einbuchtung 150 bei der fünften Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 eine Vertiefung 154 in dem fluiddurchlässigen Material 124 der ersten Fluidzuführung 114, deren Oberfläche, welche einen Teil der Oberfläche 153 der fluiddurchlässigen Wandung 126 bildet, im Wesentlichen abgerundet ausgebildet ist. Die fluiddurchlässige Wandung 126 der ersten Fluidzuführung 114, das heißt das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114, ist bei der in 4c dargestellten fünften Ausführungsform vorzugsweise profiliert ausgebildet.
Im Übrigen stimmt die in 4c dargestellte fünfte Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 4a dargestellten Ausführungsform überein, so dass diesbezüglich auf deren vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.
Die in den 5a bis 5c dargestellten Ausführungsformen 6 bis 8 der Fluidzuführungsvorrichtung 100 unterscheiden sich von den in den 4a bis 4c dargestellten Ausführungsformen 3 bis 5 dadurch, dass der Innendurchmesser D_I des Zuführelements 128 im Wesentlichen konstant über die gesamte Länge L des Zuführelements 128 ist.
Die Anpassung des Zuführelements 128 an die Aufweitung 148 der Bohrung 146 in dem fluiddurchlässigen Material 124 der ersten Fluidzuführung 114, das heißt, die Vergrößerung des Außendurchmessers D_A des Zuführelements 128, führt wird bei den in den 5a bis 5c dargestellten Ausführungsformen zu einer Erhöhung der Materialstärke S des Zuführelements 128.
Durch die größere Materialstärke S des Zuführelements 128 kann beispielsweise eine stabilere Flammenankerung in dem Mischraum 102 bei einer Reaktion der beiden Fluide miteinander erhalten werden.
Im Übrigen stimmen die in den 5a bis 5c dargestellten Ausführungsformen 6 bis 8 der Fluidzuführungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit den in den 4a bis 4c dargestellten Ausführungsformen 3 bis 5 überein, so dass diesbezüglich auf deren vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.
In den 6a bis 6c sind weitere Ausführungsformen, nämlich die Ausführungsformen 9 bis 11, der Fluidzuführungsvorrichtung 100 dargestellt, welche sich von den in den 5a bis 5c dargestellten Ausführungsformen 6 bis 8 dadurch unterscheiden, dass die Bohrung 146 in dem fluiddurchlässigen Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 nicht konisch aufgeweitet ist, das heißt, dass keine Aufweitung 148 in der Bohrung 146 vorgesehen ist. Vielmehr ist bei den in den 6a bis 6c dargestellten Ausführungsformen 9 bis 11 der Fluidzuführungsvorrichtung 100 eine im Wesentlichen zylindrische Vertiefung an der dem Mischraum 102 zugewandten Seite des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114 vorgesehen, in welche ein ringförmiger Vorsprung 156 des Zuführelements 128 eingreift, so dass das Zuführelement 128 das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 in der Einströmrichtung 120 hintergreift und eine Bewegung des fluiddurchlässigen Materials 124 relativ zu dem Zuführelement 128 in der Einströmrichtung 120 verhindert wird.
Im Übrigen stimmen die in den 6a bis 6c dargestellten Ausführungsformen 9 bis 11 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit den in den 5a bis 5c dargestellten Ausführungsformen 6 bis 8 überein, so dass diesbezüglich auf deren vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.
Sowohl die Aufweitung des Zuführelements 128 gemäß den Ausführungsformen aus den 4a bis 4c und 5a bis 5c als auch der Vorsprung 156 des Zuführelements 128 gemäß den 6a bis 6c fungieren als Stabilisierungsvorrichtungen 149, insbesondere als Verankerungsvorrichtungen 158, zur Stabilisierung und/oder Verankerung des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114 an dem Zuführelement 128 der zweiten Fluidzuführung 118, wobei jeweils eine Bewegung des fluiddurchlässigen Materials 124 relativ zu dem Zuführelement 128 der zweiten Fluidzuführung 118 in der Einströmrichtung 120 verhindert wird.
Eine in 7 dargestellte zwölfte Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 entspricht im Wesentlichen der in 3 dargestellten Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100, umfasst darüber hinaus jedoch eine Stabilisierungsvorrichtung 160, mittels welcher das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 gegen ein Bewegen desselben entgegen der Einströmrichtung 120 gesichert werden kann.
Die Stabilisierungsvorrichtung 160 umfasst hierzu zwei oder mehrere Streben 162, welche sich einerseits an dem Zuführelement 128 und andererseits an der dem Mischraum 102 abgewandten Oberfläche 153 des fluiddurchlässigen Materials 124, das heißt an der fluiddurchlässigen Wandung 126 der ersten Fluidzuführung 114, abstützen.
Im Übrigen stimmt die in 7 dargestellte zwölfte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 3 dargestellten Ausführungsform überein, so dass diesbezüglich auf deren vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.
Grundsätzlich kann jede Form der Zuführelemente 128 gemäß den Ausführungen in den 3, 4a bis 4c, 5a bis 5c, 6a bis 6c und 7 mit jeglicher Form der Einbuchtungen 150 gemäß den 4b, 4c, 5b, 5c, 6b und 6c oder mit einer konstanten Materialstärke M des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114 gemäß den 3, 4a, 5a, 6a und 7 und darüber hinaus fakultativ mit einer Stabilisierungsvorrichtung 160 gemäß 7 kombiniert werden.
Wie insbesondere der Darstellung der fünften Ausführungsform der Fluidzuführungsvorrichtung 100 in 8 zu entnehmen ist, funktioniert die Zuführung der zwei Fluide mittels der ersten Fluidzuführung 114 und der zweiten Fluidzuführung 118 wie folgt:
Durch das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 wird das erste Fluid dem Mischraum 102 zugeführt.
Die gemäß 8 abgerundet ausgebildete Einbuchtung 150, das heißt die Vertiefung 154 in dem fluiddurchlässigen Material 124 der ersten Fluidzuführung 114, bewirkt hierbei aufgrund des reduzierten Strömungswiderstands eine Vergrößerung des Fluidstroms durch das fluiddurchlässige Material 124 in der direkten Umgebung des Zuführelements 128, was durch die längeren Pfeile in der direkten Umgebung des Zuführelements 128 dargestellt ist.
Durch das Zuführelement 128 der zweiten Fluidzuführung 118 wird das zweite Fluid zugeführt und aufgrund der Anordnung des Zuführelements 128 in dem fluiddurchlässigen Material 124 in dem Mischraum 102 von dem ersten Fluid ummantelt.
Durch die aufgeweitete Form des Zuführelements 128 an dem dem Mischraum 102 zugewandten Ende des Zuführelements 128, das heißt durch die Vergrößerung des Innendurchmessers D_I des Zuführelements 128 an dem dem Mischraum 102 zugewandten Ende des Zuführelements 128, ergibt sich ein Aufweiten des Stroms des zweiten Fluids, so dass das zweite Fluid im Randbereich an der Grenzschicht zu dem ersten Fluid eine effektive Einströmrichtung 164 aufweist, dessen erste Komponente 166 in der Einströmrichtung 120 verläuft, welche aber auch eine zweite Komponente 168 aufweist, die senkrecht zu der Einströmrichtung 120 verläuft.
Durch dieses Aufreißen des Stroms des zweiten Fluids und darüber hinaus durch die Geschwindigkeitsunterschiede in der Einströmung des ersten Fluids (beispielsweise ungefähr 3 bis 8 m/s, insbesondere ungefähr 5 bis 6 m/s) und des zweiten Fluids (beispielsweise ungefähr 10 bis 20 m/s, insbesondere ungefähr 17 m/s) wird eine beschleunigte Vermischung des ersten Fluids mit dem zweiten Fluid bewirkt. Ferner wird hierdurch das beispielsweise aus Flüssigsauerstoff bestehende zweite Fluid besonders effektiv und schnell verdampft.
Dadurch, dass die Fluidzuführungsvorrichtung 100 mindestens ein Zuführelement 128 der zweiten Fluidzuführung 118 umfasst, welches mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung 149 zur Stabilisierung des fluiddurchlässigen Materials 124 der ersten Fluidzuführung 114 umfasst, ist die Fluidzuführungsvorrichtung 100 besonders stabil ausgebildet und kann mit einem hohen Fluiddruck betrieben werden. Ferner können eine verbesserte Mischung und ein verringerter Strömungswiderstand dadurch ermöglicht werden, dass die erste Fluidzuführung 114 in einer Umgebung 151, in welcher sich mindestens ein Zuführelement 128 der zweiten Fluidzuführung 118 durch das fluiddurchlässige Material 124 der ersten Fluidzuführung 114 erstreckt, mit mindestens einer Einbuchtung 150 versehen ist.
Bezugszeichenliste

100: Fluidzuführungsvorrichtung
102: Mischraum
104: Einspritzkopf
106: Triebwerk
108: Brennraum
110: Rotationsachse der 100
112: erster Verteilerraum
114: erste Fluidzuführung
116: zweiter Verteilerraum
118: zweite Fluidzuführung
120: Einströmrichtung
122: fluidundurchlässige Wandung
124: fluiddurchlässiges Material
126: fluiddurchlässige Wandung
128: Zuführelement
130: Rotationsachse des 128
132: Oberfläche der 134
134: Frontplatte
136: Zündvorrichtung
138: Stabilisierungsvorrichtung
140: zusätzliche fluiddurchlässige Wandung
142: Fluidversorgungsanschluss
144: kanalförmiger Abschnitt
146: Bohrung in 124
148: Aufweitung
149: Stabilisierungsvorrichtung
150: Einbuchtung
151: Umgebung
152: konusförmige Ausnehmung
153: Oberfläche der 126
154: Vertiefung
156: Vorsprung
158: Verankerungsvorrichtung
160: Stabilisierungsvorrichtung
162: Streben
164: effektive Einströmrichtung
166: erste Komponente
168: zweite Komponente
D_I: Innendurchmesser
D_A: Außendurchmesser
L: Länge
S: Materialstärke des 128
M: Materialstärke des 124

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007063539 [0002]

Claims

Fluidzuführungsvorrichtung, insbesondere für ein Triebwerk, zum Zuführen von mindestens zwei Fluiden zu einem Mischraum (102), umfassend: – eine erste Fluidzuführung (114) zum Zuführen eines ersten Fluids zu dem Mischraum (102) und – eine zweite Fluidzuführung (118) zum Zuführen eines zweiten Fluids zu dem Mischraum (102), wobei die erste Fluidzuführung (114) ein fluiddurchlässiges Material (124) umfasst, durch welches das erste Fluid dem Mischraum (102) zuführbar ist, und wobei die zweite Fluidzuführung (118) mindestens ein Zuführelement (128) umfasst, welches sich zumindest abschnittsweise durch das fluiddurchlässige Material (124) der ersten Fluidzuführung (114) hindurch erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zuführelement (128) der zweiten Fluidzuführung (118) mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung (149) zur Stabilisierung des fluiddurchlässigen Materials (124) der ersten Fluidzuführung (114) umfasst.
Fluidzuführungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zuführelement (128) der zweiten Fluidzuführung (118) eine fluidundurchlässige Wandung umfasst, welche einen Fluidaustausch zwischen der ersten Fluidzuführung (114) und der zweiten Fluidzuführung (118) verhindert.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddurchlässige Material (124) der ersten Fluidzuführung (114) ein poröses Material ist.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zuführelement (128) der zweiten Fluidzuführung (118) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung (149) durch die Form des mindestens einen Zuführelements (128) der zweiten Fluidzuführung (118) gebildet ist.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung (149) als eine Verankerungsvorrichtung (158) ausgebildet ist, welche eine Bewegung der ersten Fluidzuführung (114) relativ zu dem mindestens einen Zuführelement (128) der zweiten Fluidzuführung (118) in einer Einströmrichtung (120) des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids verhindert.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stabilisierungsvorrichtung (149) als ein Vorsprung (156) an mindestens einem Zuführelement (128) der zweiten Fluidzuführung (118) ausgebildet ist.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (D_A) mindestens eines Zuführelements (128) der zweiten Fluidzuführung (118) an einem dem Mischraum (102) zugewandten Ende eines Abschnitts, in welchem sich das mindestens eine Zuführelement (128) durch das fluiddurchlässige Material (124) der ersten Fluidzuführung (114) hindurch erstreckt, größer ist als an einem dem Mischraum (102) abgewandten Ende dieses Abschnitts des mindestens einen Zuführelements (128).
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser (D_I) mindestens eines Zuführelements (128) der zweiten Fluidzuführung (118) über eine gesamte Länge (L) des mindestens einen Zuführelements (128) im Wesentlichen konstant ist.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidzuführung (114) in einer Umgebung (151), in welcher sich mindestens ein Zuführelement (128) der zweiten Fluidzuführung (118) durch das fluiddurchlässige Material (124) der ersten Fluidzuführung (114) hindurch erstreckt, mit mindestens einer Einbuchtung (150) versehen ist.
Fluidzuführungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einbuchtung (150) durch eine Verringerung einer Materialstärke (M) des fluiddurchlässigen Materials (124) der ersten Fluidzuführung (114) in einer Richtung parallel zu einer Einströmrichtung (120) des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids gebildet ist.
Fluidzuführungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einbuchtung (150) mindestens ein Zuführelement (128) der zweiten Fluidzuführung (118) umgibt.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einbuchtung (150) direkt an mindestens ein Zuführelement (128) der zweiten Fluidzuführung (118) angrenzt.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einbuchtung (150) auf einer dem Mischraum (102) abgewandten Seite des fluiddurchlässigen Materials (124) der ersten Fluidzuführung (114) vorgesehen ist.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (153) der mindestens einen ersten Fluidzuführung (114) zur Ausbildung der mindestens einen Einbuchtung (150) zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist.
Fluidzuführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einbuchtung (150) als eine im Wesentlichen konusförmige Ausnehmung (152) ausgebildet ist.
Triebwerk, umfassend mindestens eine Fluidzuführungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
Fahrzeug, insbesondere Flugkörper, umfassend mindestens ein Triebwerk (106) nach Anspruch 17.