DE102013105526B4 - Space propulsion and method of starting a space propulsion - Google Patents
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Abstract
Raumfahrtantrieb (102) für ein Raumfahrzeug (100), umfassend:
- einen Brennstofftank (108) zur Aufnahme von kryogenem Brennstoff;
- einen Oxidatortank (110) zur Aufnahme von kryogenem Oxidator;
- eine Brennkammervorrichtung (106) zur Umsetzung des Brennstoffs mit Oxidator;
- eine Schubdüsenvorrichtung (112) zur Erzeugung von Schub;
- zwei Turbopumpenvorrichtungen (114) zum Fördern von Brennstoff und Oxidator zu der Brennkammervorrichtung (106);
- eine Startvorrichtung (128) zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen (114), dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (128) mindestens einen Druckbehälter (130) umfasst, welchem Brennstoff aus dem Brennstofftank (108) oder Oxidator aus dem Oxidatortank (110) zuführbar ist, wobei die Startvorrichtung (128) ferner einen Wärmeüberträger (142) umfasst, wobei dem Druckbehälter (130) zur Druckerhöhung des darin enthaltenen Brennstoffs oder des darin enthaltenen Oxidators Wärme mittels des Wärmeüberträgers (142) zuführbar ist und wobei der unter Druck gesetzte Brennstoff oder Oxidator zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen (114) nutzbar ist.
A space engine (102) for a spacecraft (100) comprising:
- A fuel tank (108) for holding cryogenic fuel;
- An oxidizer tank (110) for holding cryogenic oxidizer;
- A combustion chamber device (106) for converting the fuel with oxidizer;
- a thrust nozzle device (112) for generating thrust;
- Two turbo pump devices (114) for conveying fuel and oxidizer to the combustion chamber device (106);
- a starting device (128) for starting the turbo pump devices (114), characterized in that the starting device (128) comprises at least one pressure vessel (130) to which fuel can be fed from the fuel tank (108) or oxidizer from the oxidizer tank (110), wherein the starting device (128) further comprises a heat exchanger (142), wherein the pressure vessel (130) for increasing the pressure of the fuel contained therein or the oxidizer contained therein heat can be supplied by means of the heat exchanger (142) and wherein the pressurized fuel or oxidizer for Starting the turbo pump devices (114) is usable.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Raumfahrtantrieb, insbesondere einen Raketenantrieb für Raumfahrzeuge.The present invention relates to a space propulsion system, in particular a rocket propulsion system for space vehicles.
Derartige Antriebe sind beispielsweise aus der
Je nach Einsatzzweck des Raumfahrzeugs kann es wünschenswert sein, einen Raumfahrtantrieb des Raumfahrzeugs nicht nur einfach, sondern mehrfach zu starten. Hierfür können beispielsweise pyrotechnische Systeme vorgesehen sein, mittels welchen Turbopumpenvorrichtungen des Raumfahrtantriebs zum Fördern von Oxidator und Brennstoff zu einer Brennkammervorrichtung des Raumfahrtantriebs gestartet werden können.Depending on the intended use of the spacecraft, it may be desirable to start a space drive of the spacecraft not only once, but several times. For this purpose, pyrotechnic systems can be provided, for example, by means of which turbo pump devices of the space propulsion system can be started for conveying oxidizer and fuel to a combustion chamber device of the space travel system.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Raumfahrtantrieb bereitzustellen, welcher mehrfach, insbesondere beliebig oft, zuverlässig wiederzündbar ist.The present invention is based on the object of providing a space propulsion system which can be reliably reignited multiple times, in particular as often as desired.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Raumfahrtantrieb für ein Raumfahrzeug gelöst, welcher Folgendes umfasst:
- einen Brennstofftank zur Aufnahme von kryogenem Brennstoff;
- einen Oxidatortank zur Aufnahme von kryogenem Oxidator;
- eine Brennkammervorrichtung zur Umsetzung des Brennstoffs mit Oxidator; eine Schubdüsenvorrichtung zur Erzeugung von Schub;
- zwei Turbopumpenvorrichtungen zum Fördern von Brennstoff und Oxidator zu der Brennkammervorrichtung;
- eine Startvorrichtung zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen,
- wobei die Startvorrichtung mindestens einen Druckbehälter umfasst, welchem Brennstoff aus dem Brennstofftank oder Oxidator aus dem Oxidatortank zuführbar ist, wobei die Startvorrichtung ferner einen Wärmeüberträger umfasst,
- wobei dem Druckbehälter zur Druckerhöhung des darin enthaltenen Brennstoffs oder des darin enthaltenen Oxidators Wärme mittels des Wärmeüberträgers zuführbar ist und
- wobei der unter Druck gesetzte Brennstoff oder Oxidator zum Starten der Turbopumpenvorrichtung nutzbar ist.
- Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Raumfahrtantrieb eine Startvorrichtung vorgesehen ist, welche mindestens einen Druckbehälter zur Aufnahme und zum Erwärmen von kryogenem Brennstoff oder kryogenem Oxidator umfasst, kann der Brennstoff bzw. der Oxidator besonders einfach unter Druck gesetzt und zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen genutzt werden. Die Startvorrichtung ist somit vorzugsweise ein verschleißfreies System, welches beliebig oft wiederverwendet werden kann. Der Raumfahrtantrieb ist somit beliebig oft wiederzündbar, insbesondere ohne Verschleißelemente wie pyrotechnische Elemente ersetzen zu müssen.
- a fuel tank for holding cryogenic fuel;
- an oxidizer tank for holding cryogenic oxidizer;
- a combustion chamber device for converting the fuel with oxidizer; a thrust nozzle device for generating thrust;
- two turbo pump devices for delivering fuel and oxidizer to the combustor device;
- a starting device for starting the turbo pump devices,
- wherein the starting device comprises at least one pressure vessel, to which fuel from the fuel tank or oxidizer from the oxidizer tank can be fed, wherein the starting device further comprises a heat exchanger,
- wherein heat can be supplied to the pressure vessel by means of the heat exchanger to increase the pressure of the fuel contained therein or the oxidizer contained therein, and
- wherein the pressurized fuel or oxidizer can be used to start the turbo pump device.
- Because a starting device is provided in the space propulsion system according to the invention, which comprises at least one pressure vessel for receiving and heating cryogenic fuel or cryogenic oxidizer, the fuel or oxidizer can be particularly easily pressurized and used to start the turbo pump devices. The starting device is thus preferably a wear-free system which can be reused as often as required. The space propulsion can thus be re-ignited as often as required, in particular without having to replace wearing elements such as pyrotechnic elements.
Ein Druckbehälter der Startvorrichtung ist vorzugsweise mittels einer Oxidatorleitung mit dem Oxidatortank verbunden, so dass dem Druckbehälter direkt aus dem Oxidatortank Oxidator zuführbar ist.A pressure vessel of the starting device is preferably connected to the oxidizer tank by means of an oxidizer line, so that the oxidizer can be supplied to the pressure vessel directly from the oxidizer tank.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Druckbehälter, insbesondere ein weiterer Druckbehälter, mittels einer Brennstoffleitung direkt mit dem Brennstofftank verbunden ist, so dass Brennstoff aus dem Brennstofftank direkt dem Druckbehälter zugeführt werden kann.Alternatively or in addition to this, it can be provided that a pressure vessel, in particular a further pressure vessel, is connected directly to the fuel tank by means of a fuel line, so that fuel can be fed directly to the pressure vessel from the fuel tank.
Der mindestens eine Druckbehälter ist vorzugsweise ferner mittels Leitungen, insbesondere mittels einer Oxidatorleitung, einer Brennstoffleitung und/oder einer Abgasleitung mit mindestens einer Turbopumpenvorrichtung verbunden, so dass der unter Druck gesetzte Brennstoff oder der unter Druck gesetzte Oxidator aus dem Druckbehälter zum Antreiben und somit zum Starten der Turbopumpenvorrichtung nutzbar ist.The at least one pressure vessel is preferably also connected to at least one turbo pump device by means of lines, in particular by means of an oxidizer line, a fuel line and / or an exhaust line, so that the pressurized fuel or the pressurized oxidizer is removed from the pressure vessel for driving and thus starting the turbo pump device can be used.
Unter einem „Starten“ der Turbopumpenvorrichtungen ist insbesondere ein Antreiben von Turbinenvorrichtungen der Turbopumpenvorrichtungen zu verstehen, so dass Kompressorvorrichtungen der Turbopumpenvorrichtungen antreibbar sind und somit Brennstoff und Oxidator unter hohem Druck der Brennkammervorrichtung zuführbar sind.“Starting” the turbo pump devices is to be understood in particular as driving the turbine devices of the turbo pump devices, so that compressor devices of the turbo pump devices can be driven and thus fuel and oxidizer can be fed to the combustion chamber device under high pressure.
Nach erfolgtem Antreiben der Turbinenvorrichtungen und somit der Kompressorvorrichtungen kann der Raumfahrtantrieb vorzugsweise selbsterhaltend, das heißt ohne einen Antrieb mittels der Startvorrichtung, betrieben werden. Der Startvorgang, das heißt ein Starten der Turbopumpenvorrichtungen und somit des Raumfahrtantriebs, ist dann vorzugsweise abgeschlossen.After the turbine devices and thus the compressor devices have been driven, the space drive can preferably be operated in a self-sustaining manner, that is to say without a drive by means of the starting device. The starting process, that is to say starting the turbo pump devices and thus the space propulsion system, is then preferably completed.
Günstig kann es sein, wenn die Startvorrichtung zwei Druckbehälter umfasst, wobei einem Druckbehälter Brennstoff aus dem Brennstofftank und einem weiteren Druckbehälter Oxidator aus dem Oxidatortank zuführbar ist. Vorzugsweise ist beiden Druckbehältern zur Druckerhöhung des darin enthaltenen Brennstoffs und des darin enthaltenen Oxidators Wärme zuführbar. Der unter Druck gesetzte Brennstoff und der unter Druck gesetzte Oxidator sind dann vorzugsweise zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen nutzbar.It can be favorable if the starting device comprises two pressure vessels, fuel from the fuel tank being able to be supplied to one pressure vessel and an oxidizer from the oxidizer tank being able to be supplied to a further pressure vessel. Preferably, heat can be supplied to both pressure vessels to increase the pressure of the fuel contained therein and the oxidizer contained therein. The pressurized fuel and the pressurized oxidizer are then preferably used to start the turbo pump devices.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Turbopumpenvorrichtungen Turbinenvorrichtungen zum Antreiben von Kompressorvorrichtungen der Turbopumpenvorrichtungen umfassen. Der unter Druck gesetzte Brennstoff aus dem einen Behälter und/oder der unter Druck gesetzte Oxidator aus dem weiteren Druckbehälter ist dann vorzugsweise den Turbinenvorrichtungen zuführbar, insbesondere unmittelbar zuführbar.It can be advantageous if the turbo pump devices comprise turbine devices for driving compressor devices of the turbo pump devices. The pressurized fuel from one container and / or the pressurized oxidizer from the further pressure container can then preferably be fed to the turbine devices, in particular can be fed directly.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Raumfahrtantrieb eine von der Brennkammervorrichtung verschiedene Verbrennungsvorrichtung umfasst, welcher Brennstoff und Oxidator zuführbar ist.It can be advantageous if the space drive comprises a combustion device which is different from the combustion chamber device and to which fuel and oxidizer can be supplied.
Der Raumfahrtantrieb umfasst vorzugsweise eine von der Brennkammervorrichtung verschiedene Verbrennungsvorrichtung, welcher der unter Druck gesetzte Brennstoff aus dem einen Druckbehälter und/oder der unter Druck gesetzte Oxidator aus dem weiteren Druckbehälter zuführbar ist.The space propulsion system preferably comprises a combustion device which is different from the combustion chamber device and to which the pressurized fuel from one pressure vessel and / or the pressurized oxidizer from the further pressure vessel can be fed.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Turbopumpenvorrichtungen Turbinenvorrichtungen zum Antreiben von Kompressorvorrichtungen der Turbopumpenvorrichtungen umfassen und wenn zum Antreiben der Turbopumpenvorrichtungen ein Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung den Turbinenvorrichtungen zuführbar ist.It can be advantageous if the turbo pump devices comprise turbine devices for driving compressor devices of the turbo pump devices and if an exhaust gas from the combustion device can be fed to the turbine devices to drive the turbo pump devices.
Insbesondere ist zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen vorzugsweise der Verbrennungsvorrichtung der unter Druck gesetzte Brennstoff aus dem einen Druckbehälter und der unter Druck gesetzte Oxidator aus dem weiteren Druckbehälter zuführbar. Das durch Verbrennung des Brennstoffs mit dem Oxidator in der Verbrennungsvorrichtung erhältliche Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung wird vorzugsweise anschließend den Turbinenvorrichtungen zugeführt, um die Turbopumpenvorrichtungen anzutreiben.In particular, in order to start the turbo pump devices, the pressurized fuel can preferably be fed to the combustion device from the one pressure vessel and the pressurized oxidizer from the further pressure vessel. The exhaust gas from the combustion device, which can be obtained by burning the fuel with the oxidizer in the combustion device, is preferably then fed to the turbine devices in order to drive the turbo-pump devices.
Die Verbrennungsvorrichtung ist vorzugsweise als eine Gasgeneratorvorrichtung ausgebildet.The combustion device is preferably designed as a gas generator device.
Der Raumfahrtantrieb ist dann insbesondere ein Gasgeneratortriebwerk.The space propulsion is then in particular a gas generator engine.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Raumfahrtantrieb mindestens eine Ventilvorrichtung umfasst, mittels welcher die Zufuhr von Brennstoff aus dem Brennstofftank und/oder die Zufuhr von Oxidator aus dem Oxidatortank zu der Verbrennungsvorrichtung, zu dem mindestens einen Druckbehälter und/oder zu der Brennkammervorrichtung steuerbar oder regelbar ist.It can be advantageous if the space propulsion system includes at least one valve device, by means of which the supply of fuel from the fuel tank and / or the supply of oxidizer from the oxidizer tank to the combustion device, to the at least one pressure vessel and / or to the combustion chamber device can be controlled or regulated is.
Günstig kann es sein, wenn der Raumfahrtantrieb mindestens ein Drei-Wege-Ventil umfasst, mittels welchem umschaltbar ist zwischen einer Versorgung der Verbrennungsvorrichtung mit Brennstoff und Oxidator durch die Startvorrichtung einerseits und einer Versorgung der Verbrennungsvorrichtung mit Brennstoff und Oxidator durch die Turbopumpenvorrichtungen andererseits.It can be favorable if the space drive includes at least one three-way valve, by means of which it is possible to switch between supplying the combustion device with fuel and oxidizer by the starter device on the one hand and supplying the combustion device with fuel and oxidizer by the turbo pump devices on the other.
Der erfindungsgemäße Raumfahrtantrieb eignet sich insbesondere zum mehrfachen Starten, insbesondere zum Wiederzünden.The space drive according to the invention is particularly suitable for multiple starts, in particular for re-ignition.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Starten eines Raumfahrtantriebs.The present invention also relates to a method for starting a space propulsion system.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem ein Raumfahrtantrieb mehrfach, insbesondere beliebig oft, zuverlässig wiederzündbar ist.In this regard, the invention is based on the object of providing a method by means of which a space propulsion system can be reliably reignited several times, in particular as often as desired.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Starten eines Raumfahrtantriebs gelöst, welches Folgendes umfasst:
- Zuführen von kryogenem Brennstoff aus einem Brennstofftank zu einem Druckbehälter und/oder Zuführen von kryogenem Oxidator aus einem Oxidatortank zu einem Druckbehälter;
- Erwärmen des Brennstoffs durch Zuführen von Wärme zu dem Druckbehälter mittels eines Wärmeüberträgers, so dass der Brennstoff unter Druck gesetzt wird, und/oder Erwärmen des Oxidators durch Zuführen von Wärme zu dem Druckbehälter mittels eines Wärmeüberträgers, so dass der Oxidator unter Druck gesetzt wird;
- Nutzen des unter Druck stehenden Brennstoffs und/oder des unter Druck stehenden Oxidators zum Starten von Turbopumpenvorrichtungen des Raumfahrtantriebs.
- Supplying cryogenic fuel from a fuel tank to a pressure vessel and / or supplying cryogenic oxidizer from an oxidizer tank to a pressure vessel;
- Heating the fuel by supplying heat to the pressure vessel by means of a heat exchanger so that the fuel is pressurized and / or heating the oxidizer by supplying heat to the pressure vessel by means of a heat exchanger so that the oxidizer is pressurized;
- Using the pressurized fuel and / or the pressurized oxidizer to start space propulsion turbopump devices.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Raumfahrtantrieb beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.The method according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the space drive according to the invention.
Vorteilhaft kann es sein, wenn einem Druckbehälter Brennstoff aus dem Brennstofftank und einem weiteren Druckbehälter Oxidator aus dem Oxidatortank zugeführt wird, wobei beiden Druckbehältern zur Druckerhöhung des darin enthaltenen Brennstoffs und des darin enthaltenen Oxidators Wärme zugeführt wird und wobei der unter Druck gesetzte Brennstoff und der unter Druck gesetzte Oxidator zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen genutzt werden.It can be advantageous if fuel is supplied from the fuel tank to a pressure vessel and oxidizer from the oxidizer tank to a further pressure vessel, heat being supplied to both pressure vessels to increase the pressure of the fuel contained therein and the oxidizer contained therein, and the pressurized fuel and the under Pressurized oxidizer can be used to start the turbo pump devices.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Turbopumpenvorrichtungen Turbinenvorrichtungen zum Antreiben von Kompressorvorrichtungen der Turbopumpenvorrichtungen umfassen und dass der unter Druck gesetzte Brennstoff aus dem einen Druckbehälter und/oder der unter Druck gesetzte Oxidator aus dem weiteren Druckbehälter, insbesondere direkt, den Turbinenvorrichtungen zugeführt wird.In one embodiment of the invention it is provided that the turbo pump devices are turbine devices for driving Compressor devices of the turbo pump devices and that the pressurized fuel from the one pressure vessel and / or the pressurized oxidizer from the further pressure vessel, in particular directly, is fed to the turbine devices.
Der Raumfahrtantrieb umfasst vorzugsweise eine von der Brennkammervorrichtung verschiedene Verbrennungsvorrichtung, welcher Brennstoff und Oxidator zugeführt wird, insbesondere welcher der unter Druck gesetzte Brennstoff aus dem einen Druckbehälter und/oder der unter Druck gesetzte Oxidator aus dem weiteren Druckbehälter zugeführt wird.The space propulsion system preferably comprises a combustion device different from the combustion chamber device, to which fuel and oxidizer are supplied, in particular to which the pressurized fuel is supplied from one pressure vessel and / or the pressurized oxidizer from the further pressure vessel.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Turbopumpenvorrichtungen Turbinenvorrichtungen zum Antreiben von Kompressorvorrichtungen der Turbopumpenvorrichtungen umfassen und wenn zum Antreiben der Turbopumpenvorrichtungen ein Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung den Turbinenvorrichtungen zugeführt wird.It can be advantageous if the turbo pump devices comprise turbine devices for driving compressor devices of the turbo pump devices and if an exhaust gas from the combustion device is supplied to the turbine devices to drive the turbo pump devices.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zum Starten des Raumfahrtantriebs, insbesondere zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen, der Verbrennungsvorrichtung der unter Druck gesetzte Brennstoff aus dem einen Druckbehälter und/oder der unter Druck gesetzte Oxidator aus dem weiteren Druckbehälter zugeführt wird und dass nach dem Starten des Raumfahrtantriebs, insbesondere nach dem Starten der Turbopumpenvorrichtungen, der Verbrennungsvorrichtung Brennstoff und/oder Oxidator zugeführt wird, welcher mittels der Kompressorvorrichtungen der Turbopumpenvorrichtungen unter Druck gesetzt wurde.In particular, it can be provided that to start the space propulsion, in particular to start the turbopump devices, the combustion device is supplied with the pressurized fuel from one pressure vessel and / or the pressurized oxidizer from the further pressure vessel and that after the space propulsion has started, in particular after starting the turbo pump devices, the combustion device is supplied with fuel and / or oxidizer which has been pressurized by means of the compressor devices of the turbo pump devices.
Ferner können der erfindungsgemäße Raumfahrtantrieb und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten eines Raumfahrtantriebs einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen: Furthermore, the space drive according to the invention and / or the method according to the invention for starting a space drive can have one or more of the features and / or advantages described below:
Der Raumfahrtantrieb ist vorzugsweise ein Triebwerk einer Raketenoberstufe.The space engine is preferably a rocket upper stage engine.
Der Raumfahrtantrieb kann insbesondere für Raumfahrzeuge verwendet werden, welche die Erdumlaufbahn verlassen. Hierbei kann es wünschenswert und teilweise unabdingbar sein, den Raumfahrtantrieb mehrfach ein und aus zu schalten.In particular, the space propulsion system can be used for spacecraft departing earth orbit. Here it can be desirable and sometimes essential to switch the space propulsion system on and off several times.
Mittels der Startvorrichtung des erfindungsgemäßen Raumfahrtantriebs kann vorzugsweise zum Betrieb der Brennkammervorrichtung ohnehin vorhandener Brennstoff und/oder Oxidator auch zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen verwendet werden. Eine unerwünschte Verschmutzung des Raumfahrtantriebs, insbesondere der Turbopumpenvorrichtungen, aufgrund der Verwendung anderer Treibstoffe, insbesondere pyrotechnischer Elemente, kann hierdurch vorzugsweise vermieden werden. Insbesondere kann vorzugsweise eine Verschmutzung durch Pulverdampfrückstände vermieden werden.By means of the starting device of the space propulsion system according to the invention, fuel and / or oxidizer which are already present to operate the combustion chamber device can preferably also be used to start the turbo pump devices. Undesired contamination of the space propulsion system, in particular the turbo pump devices, due to the use of other fuels, in particular pyrotechnic elements, can thereby preferably be avoided. In particular, contamination by powder vapor residues can preferably be avoided.
Insbesondere dann, wenn zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen, insbesondere zum Antreiben der Turbinenvorrichtungen der Turbopumpenvorrichtungen, heißes Abgas aus der Gasgeneratorvorrichtung verwendet wird, ist ein Übergang des Antriebs der Turbinenvorrichtungen von einem Antrieb mittels tiefkaltem Treibgas (wie beispielsweise beim direkten Antreiben der Turbinenvorrichtungen mittels des unter Druck gesetzten Brennstoffs und/oder mittels des unter Druck gesetzten Oxidators) zu dem Antrieb mittels heißer Abgase aus der Verbrennungsvorrichtung im Normalbetrieb des Raumfahrtantriebs vorzugsweise vermeidbar. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit und die Standfestigkeit des Raumfahrtantriebs, insbesondere der Turbopumpenvorrichtungen, vorzugsweise deutlich erhöht werden.In particular, if hot exhaust gas from the gas generator device is used to start the turbo pump devices, in particular to drive the turbine devices of the turbo pump devices, a transition of the drive of the turbine devices from a drive by means of cryogenic propellant gas (such as, for example, when driving the turbine devices directly by means of the under pressure fuel set and / or by means of the pressurized oxidizer) to the drive by means of hot exhaust gases from the combustion device in normal operation of the space propulsion system, preferably avoidable. In this way, the reliability and stability of the space drive, in particular of the turbo pump devices, can preferably be increased significantly.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten eines Raumfahrtantriebs ist bei dem erfindungsgemäßen Raumfahrtantrieb vorzugsweise beliebig oft wiederholbar.The method according to the invention for starting a space drive can preferably be repeated as often as desired in the space drive according to the invention.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.Further preferred features and / or advantages of the invention are the subject matter of the following description and the graphic representation of an exemplary embodiment.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Raumfahrtantriebs, bei welchem zum Starten von Turbopumpenvorrichtungen des Raumfahrtantriebs eine Startvorrichtung mit zwei Druckbehältern vorgesehen ist; und -
2 eine vergrößerte beispielhafte Darstellung eines Druckbehälters aus1 .
-
1 a schematic representation of an embodiment of a space drive, in which a starting device with two pressure vessels is provided for starting turbo pump devices of the space drive; and -
2 an enlarged exemplary representation of a pressure vessel1 .
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference symbols in all figures.
Eine in den
Der Raumfahrtantrieb
Der Raumfahrtantrieb
Der Brennkammervorrichtung
Durch Verbrennen des Brennstoffs mit dem Oxidator kann die darin enthaltene chemische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt werden. Insbesondere kann über eine Schubdüsenvorrichtung
Der Raumfahrtantrieb
Die Turbinenvorrichtung
Die Kompressorvorrichtung
Die Kompressorvorrichtung
Zum Antreiben der Turbopumpenvorrichtungen
Die Verbrennungsvorrichtung
Im Normalbetrieb des Raumfahrtantriebs
Zum Starten des Raumfahrtantriebs
Zum Starten der Turbopumpenvorrichtungen
Die Startvorrichtung
Einer der Druckbehälter
Der weitere Druckbehälter
Den Druckbehältern
Da der Brennstoff vorzugsweise kryogener Brennstoff, insbesondere flüssiger Wasserstoff, ist und da der Oxidator vorzugsweise kryogener Oxidator, insbesondere flüssiger Sauerstoff, ist, kann eine Druckerhöhung des Brennstoffs und des Oxidators in den Druckbehältern
Der unter Druck gesetzte Brennstoff in dem einen Druckbehälter
Die Verbrennungsvorrichtung
Der Raumfahrtantrieb
Zur Steuerung und/oder Regelung der Zufuhr von Brennstoff und Oxidator zu den Turbopumpenvorrichtungen
Mindestens eine Ventilvorrichtung
Ein Drei-Wege-Ventil
Wie insbesondere
Mittels des Wärmeüberträgers
Vorzugsweise ist jedem Druckbehälter
Die Startvorrichtung
Der vorstehend beschriebene Raumfahrtantrieb
- In einem Ruhebetrieb des
Raumfahrtantriebs 102 , in welchem mittels derSchubdüsenvorrichtung 112 kein Schub erzeugt wird, befinden sich dieTurbopumpenvorrichtungen 114 ebenfalls in einem Ruhebetrieb, das heißt, dass insbesondere dieKompressorvorrichtungen 118 der Turbopumpenvorrichtungen 114 nicht angetrieben sind.Mittels der Turbopumpenvorrichtungen 114 kann somit im Ruhebetrieb desRaumfahrtantriebs 102 kein unter Druck stehender Brennstoff und kein unter Druck stehender Oxidator erzeugt werden.
- In an idle mode of the
space drive 102 , in which by means of thethrust nozzle device 112 no thrust is generated, the turbo pump devices are located114 also in idle mode, that is, in particular thecompressor devices 118 of theturbo pump devices 114 are not driven. By means of theturbo pump devices 114 can thus when the space engine is idle102 no pressurized fuel or oxidizer are generated.
Unter Druck stehender Brennstoff und/oder unter Druck stehender Oxidator sind jedoch bei der in den
Der Raumfahrtantrieb
Hierzu wird Brennstoff aus dem Brennstofftank
Die Druckbehälter
Der zunächst kryogene Brennstoff und der zunächst kryogene Oxidator werden hierdurch erwärmt und unter Druck gesetzt.The initially cryogenic fuel and the initially cryogenic oxidizer are thereby heated and pressurized.
Bei Erreichen eines gewünschten Druckniveaus wird der unter Druck gesetzte Brennstoff und der unter Druck gesetzte Oxidator aus den Druckbehältern
In der Verbrennungsvorrichtung
Das hierbei entstehende unter Druck stehende heiße Abgas wird über die Abgasleitungen
Die Turbinenvorrichtungen
Die Rotationsbewegung wird über die Wellen
Der mittels der Kompressorvorrichtungen
Aus der Brennstoffleitung
Entsprechend kann aus der Oxidatorleitung
Die Verbrennungsvorrichtung
Nach dieser Umstellung, beispielsweise durch Umstellen der Drei-Wege-Ventile
Bei Bedarf kann die Zufuhr von Brennstoff und Oxidator zu der Brennkammervorrichtung
Ein erneuter Start des Raumfahrtantriebs
Dadurch, dass die Startvorrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- RaumfahrzeugSpacecraft
- 102102
- RaumfahrtantriebSpace propulsion
- 104104
- RaketentriebwerkRocket engine
- 106106
- BrennkammervorrichtungCombustion chamber device
- 108108
- BrennstofftankFuel tank
- 110110
- OxidatortankOxidizer tank
- 112112
- SchubdüsenvorrichtungThruster device
- 114114
- TurbopumpenvorrichtungTurbo pump device
- 116116
- TurbinenvorrichtungTurbine device
- 118118
- KompressorvorrichtungCompressor device
- 120120
- Wellewave
- 122122
- VerbrennungsvorrichtungCombustion device
- 124124
- BrennstoffleitungFuel line
- 126126
- OxidatorleitungOxidizer line
- 128128
- StartvorrichtungStarting device
- 130130
- Druckbehälterpressure vessel
- 132132
- AbgasleitungExhaust pipe
- 134134
- GasgeneratorvorrichtungInflator device
- 136136
- GasgeneratortriebwerkGas generator engine
- 138138
- VentilvorrichtungValve device
- 140140
- Drei-Wege-VentilThree-way valve
- 142142
- WärmeüberträgerHeat exchanger
- 144144
- SpülvorrichtungFlushing device
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