DE102014100345B4 - Method for producing a thrust chamber device, thrust chamber device and rocket engine - Google Patents
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Abstract
Um ein Verfahren zur Herstellung einer Schubkammervorrichtung bereitzustellen, mittels welchem eine stabile und zugleich leichte Schubkammervorrichtung herstellbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren zur Herstellung einer Schubkammervorrichtung Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Basiskörpers in Form von Vollmaterial; Abtragen von Material des Basiskörpers zur Herstellung einer Außenform einer inneren Lage der Schubkammervorrichtung; Versehen der inneren Lage der Schubkammervorrichtung mit einer die innere Lage umgebenden Verstärkungslage und Abtragen von Material des Basiskörpers zur Herstellung einer Innenform der inneren Lage der Schubkammervorrichtung.In order to provide a method for producing a thrust chamber device by means of which a stable and at the same time lightweight thrust chamber device can be produced, it is proposed that the method for producing a thrust chamber device comprises: providing a base body in the form of solid material; Removing material of the base body to produce an outer shape of an inner layer of the thrust chamber device; Providing the inner layer of the thrust chamber device with a reinforcement layer surrounding the inner layer and removing material from the base body to produce an inner shape of the inner layer of the thrust chamber device.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schubkammervorrichtung.The present invention relates to a method of manufacturing a thrust chamber device.
Schubkammervorrichtungen finden insbesondere bei Triebwerken, beispielsweise Raketentriebwerken, Verwendung.Thrust chamber devices are used in particular in engines, for example rocket engines, use.
Solche Schubkammervorrichtungen können beispielsweise eine Brennkammervorrichtung umfassen oder Teil einer Brennkammervorrichtung sein. Derartige Brennkammervorrichtungen und Verfahren zur Herstellung derartiger Brennkammervorrichtungen sind beispielsweise aus der
Die
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Schubkammervorrichtung bereitzustellen, mittels welchem eine stabile und zugleich leichte Schubkammervorrichtung herstellbar ist.The present invention has for its object to provide a method for producing a thrust chamber device, by means of which a stable and at the same time easy Schubkammervorrichtung can be produced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a method according to
Dadurch, dass die Außenform der inneren Lage der Schubkammervorrichtung vorzugsweise unabhängig von der Innenform der inneren Lage der Schubkammervorrichtung hergestellt wird und zudem die innere Lage mit einer die innere Lage umgebenden Verstärkungslage versehen wird, kann die innere Lage eine geringe Materialstärke aufweisen und dennoch stabil ausgebildet sein.Characterized in that the outer shape of the inner layer of the thrust chamber device is preferably made independent of the inner shape of the inner layer of the thrust chamber device and also the inner layer is provided with a reinforcing layer surrounding the inner layer, the inner layer may have a low material thickness and yet be made stable ,
Vorzugsweise ist die innere Lage die einen Brennraum und/oder einen Düsenraum begrenzende Lage.The inner layer is preferably the layer delimiting a combustion space and / or a nozzle space.
Unter dem Herstellen der Außenform ist die Formgebung im Bereich einer einem Brennraum und/oder Düsenraum abgewandten Außenseite (äußere Oberfläche) der inneren Lage zu verstehen.The outer shape is to be understood as meaning the shaping in the region of an outer side (outer surface) of the inner layer facing away from a combustion space and / or nozzle space.
Unter dem Herstellen der Innenform ist die Formgebung im Bereich einer dem Brennraum und/oder Düsenraum zugewandten Innenseite (innere Oberfläche) der inneren Lage zu verstehen.Under the production of the inner mold is the shaping in the region of the combustion chamber and / or nozzle chamber facing inside (inner surface) to understand the inner layer.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren zur Herstellung einer Schubkammervorrichtung zunächst der Basiskörper in Form von Vollmaterial bereitgestellt. Anschließend wird vorzugsweise das Material des Basiskörpers zur Herstellung einer Außenform der inneren Lage der Schubkammervorrichtung abgetragen. Im Anschluss daran wird vorzugsweise die innere Lage der Schubkammervorrichtung mit einer die innere Lage umgebenden Verstärkungslage versehen. Hieran anschließend wird vorzugsweise Material des Basisköpers abgetragen, um die Innenform der inneren Lage der Schubkammervorrichtung herzustellen.Preferably, in the method for producing a thrust chamber device, the base body is first provided in the form of solid material. Subsequently, the material of the base body for producing an outer shape of the inner layer of the thrust chamber device is preferably removed. Following this, the inner layer of the thrust chamber device is preferably provided with a reinforcing layer surrounding the inner layer. Following this, preferably material of the base body is removed to produce the inner shape of the inner layer of the thrust chamber device.
Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte können unmittelbar hintereinander durchgeführt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen den Verfahrensschritten ein oder mehrere weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden.The method steps described above can be carried out immediately after one another. However, it can also be provided that one or more further method steps are carried out between the method steps.
Zur Herstellung der Außenform der inneren Lage der Schubkammervorrichtung wird das Material des Basiskörpers vorzugsweise ausgehend von einer Außenseite des Basiskörpers abgetragen.To produce the outer shape of the inner layer of the thrust chamber device, the material of the base body is preferably removed from an outer side of the base body.
Zur Herstellung der Innenform der inneren Lage wird der Basiskörper vorzugsweise ausgehöhlt. Insbesondere wird dabei Material des Basiskörpers an einer Innenseite abgetragen.To produce the inner shape of the inner layer, the base body is preferably hollowed out. In particular, material of the base body is removed on an inner side.
Es kann vorgesehen sein, dass das Material des Basiskörpers durch spanende Bearbeitung abgetragen wird, insbesondere zur Herstellung der Außenform und/oder der Innenform.It can be provided that the material of the base body is removed by machining, in particular for producing the outer mold and / or the inner mold.
Unter einer spanenden Bearbeitung ist dabei vorzugsweise ein Bohren, Drehen, Feilen, Fräsen, Hobeln, Raspeln, Räumen, Reiben, Sägen, Schaben, Stoßen, Wirbeln, Gleitspanen, Honen, Hubschleifen, Lappen, Schleifen und/oder Strahlen zu verstehen.By machining, drilling, turning, filing, milling, planing, rasping, broaching, reaming, sawing, scraping, pushing, whirling, sliding sawing, honing, lifting loops, lobes, grinding and / or blasting are preferably to be understood here.
Günstig kann es sein, wenn die innere Lage der Schubkammervorrichtung nach dem Herstellen der Außenform und/oder nach dem Herstellen der Innenform in einem Verfestigungsverfahren und/oder in einem Umwandlungsverfahren, beispielsweise in einem Sinterverfahren, behandelt wird.It may be favorable if the inner layer of the push chamber device is treated after the outer shape has been produced and / or after the inner shape has been produced in a solidification method and / or in a conversion method, for example in a sintering method.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Basiskörper durch Schichten von Vollmaterial-Plattenelementen bereitgestellt wird.In one embodiment of the invention it is provided that the base body is provided by layers of solid material plate elements.
Der Basiskörper kann beispielsweise ein Grünkörpermaterial umfassen oder aus einem Grünkörpermaterial gebildet sein.The base body may, for example, comprise a green body material or be formed from a green body material.
Unter einem Grünkörpermaterial ist insbesondere ein Material zu verstehen, welches in einem Ausgangszustand bereitgestellt, in dem Ausgangszustand zur Beeinflussung der Form behandelt und anschließend zur Änderung der Materialeigenschaften, insbesondere zur Umwandlung des Materials, beispielsweise durch Sintern, nachbehandelt wird. In particular, a green body material is to be understood as meaning a material which is provided in an initial state, treated in the initial state for influencing the shape and then aftertreated for changing the material properties, in particular for converting the material, for example by sintering.
Günstig kann es sein, wenn die Verstärkungslage auf die innere Lage der Schubkammervorrichtung oder auf einen separaten Kern aufgewickelt wird.It may be favorable if the reinforcing layer is wound onto the inner layer of the thrust chamber device or onto a separate core.
Die Verstärkungslage wird insbesondere auf die innere Lage der Schubkammervorrichtung oder auf einen separaten Kern aufgewickelt, bevor die Innenform der inneren Lage hergestellt wird.In particular, the reinforcing ply is wound onto the inner layer of the pusher chamber device or onto a separate core before the inner shape of the inner ply is made.
Die Verstärkungslage umfasst vorzugsweise ein faserverstärktes Material oder ist aus einem faserverstärkten Material gebildet.The reinforcing layer preferably comprises a fiber-reinforced material or is formed from a fiber-reinforced material.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein erstes Material der Verstärkungslage Fasern umfasst oder aus Fasern besteht, welche auf die innere Lage der Schubkammervorrichtung oder auf einen separaten Kern aufgewickelt werden. Ein weiteres Material der Verstärkungslage ist vorzugsweise ein Infiltrationsmaterial, beispielsweise ein Matrixmaterial, mittels welchem insbesondere Zwischenräume zwischen den Fasern aufgefüllt werden, um ein faserverstärktes Material bereitzustellen.For example, it can be provided that a first material of the reinforcing layer comprises fibers or consists of fibers which are wound onto the inner layer of the push chamber device or onto a separate core. Another material of the reinforcing layer is preferably an infiltrating material, for example a matrix material, by means of which, in particular, interstices between the fibers are filled up in order to provide a fiber-reinforced material.
Die Verstärkungslage kann nach dem Aufbringen der Fasern und dem Füllen von Zwischenräumen der Fasern einem Umwandlungsverfahren, beispielsweise einem Sinterverfahren, unterzogen oder anderweitig nachbehandelt werden.The reinforcing layer may be subjected to or otherwise post-treated after the application of the fibers and the filling of interstices of the fibers with a conversion process, for example a sintering process.
Die innere Lage der Schubkammervorrichtung umgibt vorzugsweise einen Brennraum und/oder einen Düsenraum der Schubkammervorrichtung.The inner layer of the thrust chamber device preferably surrounds a combustion space and / or a nozzle space of the thrust chamber device.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die innere Lage der Schubkammervorrichtung bei der Verwendung der Schubkammervorrichtung direkt mit heißen Betriebsgasen der Schubkammervorrichtung in Kontakt kommt.In particular, it can be provided that the inner layer of the thrust chamber device comes into direct contact with hot operating gases of the thrust chamber device when using the thrust chamber device.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die innere Lage der Schubkammervorrichtung mittels einer Beschichtung vor einem direkten Kontakt mit den heißen Betriebsgasen im Betrieb der Schubkammervorrichtung geschützt ist.Alternatively, it may be provided that the inner layer of the thrust chamber device is protected by a coating from direct contact with the hot operating gases during operation of the thrust chamber device.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass vor dem Versehen der inneren Lage der Schubkammervorrichtung mit einer die innere Lage umgebenden Verstärkungslage mindestens ein Platzhalterelement an der inneren Lage angeordnet wird.In one embodiment of the invention it can be provided that at least one placeholder element is arranged on the inner layer before providing the inner layer of the thrust chamber device with a reinforcing layer surrounding the inner layer.
Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Platzhalterelement entfernt wird, insbesondere nachdem die innere Lage mit der die innere Lage umgebenden Verstärkungslage versehen wurde.It can be provided that the at least one placeholder element is removed, in particular after the inner layer has been provided with the reinforcement layer surrounding the inner layer.
Vorzugsweise wird mittels des mindestens einen Platzhalterelements ein Abstand und/oder ein Hohlraum zwischen der inneren Lage und der Verstärkungslage gebildet.Preferably, a distance and / or a cavity between the inner layer and the reinforcing layer is formed by means of the at least one placeholder element.
Das Platzhalterelement wird hierzu insbesondere auf einer Außenseite der inneren Lage aufgebracht und dann beim Versehen der inneren Lage mit der Verstärkungslage mit der Verstärkungslage umgeben.The placeholder element is this applied in particular on an outer side of the inner layer and then surrounded when providing the inner layer with the reinforcing layer with the reinforcing layer.
Günstig kann es sein, wenn das mindestens eine Platzhalterelement nach der Fertigstellung, bei der Fertigstellung und/oder durch die Fertigstellung der inneren Lage und/oder der Verstärkungslage entfernt wird.It may be favorable if the at least one placeholder element is removed after the completion, during the completion and / or through the completion of the inner layer and / or the reinforcement layer.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Platzhalterelement während eines Sinterschritts bei der Herstellung der Schubkammervorrichtung verbrannt, verdampft oder sonstwie aufgelöst wird.In particular, it can be provided that the at least one placeholder element is burned, vaporized or otherwise dissolved during a sintering step in the production of the push chamber device.
Mittels des mindestens einen Platzhalterelements wird vorzugsweise ein Fluidkanal für ein Fluid, insbesondere Treibstoff, Oxidator und/oder Inertgas, gebildet.By means of the at least one placeholder element is preferably formed a fluid channel for a fluid, in particular fuel, oxidizer and / or inert gas.
Insbesondere wird mindestens ein Fluidkanal durch einen Hohlraum, welcher durch Entfernen des mindestens einen Platzhalterelements entsteht, gebildet.In particular, at least one fluid channel is formed by a cavity, which is created by removing the at least one placeholder element.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Fluidkanal durch eine Ausnehmung und/oder Aussparung, beispielsweise eine Tasche, des Basiskörpers gebildet ist oder wird.Alternatively or additionally, it may be provided that at least one fluid channel is or will be formed by a recess and / or recess, for example a pocket, of the base body.
Günstig kann es sein, wenn die innere Lage und/oder die Verstärkungslage an einer Innenseite und/oder an einer Außenseite mit einer Schutzschicht versehen wird.It may be favorable if the inner layer and / or the reinforcing layer is provided on an inner side and / or on an outer side with a protective layer.
Eine solche Schutzschicht kann insbesondere eine chemische Schutzschicht, eine Hitzeschutzschicht und/oder eine Schicht zur Abdichtung der inneren Lage und/oder der Verstärkungslage, das heißt eine Schicht zum Schutz vor einem unerwünschten Fluiddurchlass, sein.Such a protective layer may in particular be a chemical protective layer, a heat protection layer and / or a layer for sealing the inner layer and / or the reinforcing layer, that is to say a layer for protection against an undesired fluid passage.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Vollmaterial des Basiskörpers als ein offenporöses Material bereitgestellt wird oder dass das Material des Basiskörpers bei der Fertigstellung der Schubkammervorrichtung offenporös wird. In one embodiment of the invention, it is provided that the solid material of the base body is provided as an open-pore material or that the material of the base body is open-pored during the completion of Schubkammervorrichtung.
Hierdurch ist die innere Lage vorzugsweise fluiddurchlässig, insbesondere für ein Fluid, beispielsweise für Treibstoff, für Oxidator und/oder für ein anderes Fluid, vorzugsweise ein Inertgas, insbesondere Helium.As a result, the inner layer is preferably fluid-permeable, in particular for a fluid, for example for fuel, for oxidant and / or for another fluid, preferably an inert gas, in particular helium.
Insbesondere kann hierdurch ermöglicht werden, dass auf einer Außenseite der inneren Lage, insbesondere zwischen der inneren Lage und der Verstärkungslage, beispielsweise durch die Fluidkanäle, ein Fluid zugeführt wird, wobei das Fluid dann vorzugsweise durch die innere Lage hindurch dem Brennraum und/oder dem Düsenraum zugeführt wird.In particular, this can be made possible in that on an outer side of the inner layer, in particular between the inner layer and the reinforcing layer, for example, through the fluid channels, a fluid is supplied, the fluid then preferably through the inner layer through the combustion chamber and / or the nozzle chamber is supplied.
Das Fluid kann insbesondere Treibstoff und/oder Oxidator sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Fluid ein Inertgas ist oder umfasst. Beispielsweise kann Helium, welches vorzugsweise zur Tankbedrückung mitgeführt wird, als Fluid zugeführt werden, um einen inerten Schutzfilm zu erzeugen.The fluid may in particular be fuel and / or oxidizer. However, it can also be provided that the fluid is or comprises an inert gas. For example, helium, which is preferably carried for tank depression, may be supplied as fluid to produce an inert protective film.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Schubkammervorrichtung, welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erhältlich ist.The present invention further relates to a thrust chamber device obtainable by a method according to the invention.
Die erfindungsgemäße Schubkammervorrichtung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.The thrust chamber device according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the method according to the invention.
Die erfindungsgemäße Schubkammervorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Raketentriebwerk.The thrust chamber device according to the invention is particularly suitable for use in a rocket engine.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Raketentriebwerk, welches eine erfindungsgemäße Schubkammervorrichtung umfasst.The present invention therefore also relates to a rocket engine comprising a thrust chamber device according to the invention.
Das erfindungsgemäße Raketentriebwerk weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder der erfindungsgemäßen Schubkammervorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.The rocket engine according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the method according to the invention and / or the thrust chamber device according to the invention.
Ferner können das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Schubkammervorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Raketentriebwerk einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Vorzugsweise können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens dünnwandige mechanisch und thermisch stabile Strukturen einfach und kosteneffizient hergestellt werden.Furthermore, the method according to the invention, the thrust chamber device according to the invention and / or the rocket engine according to the invention can have one or more of the features and / or advantages described below:
Preferably, by means of the method according to the invention, thin-walled mechanically and thermally stable structures can be produced simply and cost-efficiently.
Eine Konturgebung der inneren Lage erfolgt vorzugsweise durch Bearbeitung von Vollmaterial.A contouring of the inner layer is preferably carried out by processing solid material.
Eine die innere Lage umgebende Verstärkungslage wird vorzugsweise durch Wicklung und In-situ-Silizierung hergestellt.A reinforcing layer surrounding the inner layer is preferably produced by winding and in situ silicization.
Zwischen die innere Lage und die Verstärkungslage werden vorzugsweise diskretisierte Filmleger (Platzhalterelemente) eingebracht.Between the inner layer and the reinforcing layer preferably discretized film layer (spacer elements) are introduced.
Die erfindungsgemäße Schubkammervorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in Kleintriebwerken, welche beispielsweise bei einem Brennkammerdruck von weniger als 20 bar betrieben werden. Derartige Kleintriebwerke werden insbesondere nur im Vakuum betrieben und daher lediglich über den Tankdruck und ohne Turbopumpen mit Treibstoff und Sauerstoff versorgt (druckgeförderter Triebwerkzyklus).The thrust chamber device according to the invention is particularly suitable for use in small engines, which are operated for example at a combustion chamber pressure of less than 20 bar. Such small engines are operated in particular only in a vacuum and therefore supplied only via the tank pressure and without turbopumps with fuel and oxygen (pressure-pumped engine cycle).
Durch geeignete Auswahl des Materials der inneren Lage und/oder durch eine geeignete Beschichtung der inneren Lage kann vorzugsweise eine hohe zulässige Wandtemperatur erzielt werden, wodurch der Massenstrombedarf einer Filmkühlung reduziert und die Effizienz des Triebwerks erhöht werden kann.By suitable selection of the material of the inner layer and / or by a suitable coating of the inner layer, preferably a high permissible wall temperature can be achieved, whereby the mass flow requirement of a film cooling can be reduced and the efficiency of the engine can be increased.
Die Verwendung von teuren Refraktärmetallen, beispielsweise Titanlegierungen, für die Herstellung der inneren Lage und/oder der Verstärkungslage wird vorzugsweise vermieden.The use of expensive refractory metals, for example titanium alloys, for the production of the inner layer and / or the reinforcing layer is preferably avoided.
Vorzugsweise kann bei der erfindungsgemäßen Schubkammervorrichtung eine Delamination von Fasern in der Innenkontur, insbesondere in der inneren Lage, verhindert werden, insbesondere aufgrund der Bereitstellung des Basiskörpers zur Herstellung der inneren Lage in Form von Vollmaterial.Preferably, in the thrust chamber device according to the invention a delamination of fibers in the inner contour, in particular in the inner layer, can be prevented, in particular due to the provision of the base body for producing the inner layer in the form of solid material.
Durch die Bereitstellung eines Basiskörpers in Form von Vollmaterial und die unabhängige Formgebung der Außenform und der Innenform der inneren Lage kann vorzugsweise eine Gradierung der Materialstärke auf einfachem Wege ermöglicht werden.By providing a base body in the form of solid material and the independent shaping of the outer shape and the inner shape of the inner layer, a gradation of the material thickness can be made possible in a simple way.
Vorzugsweise werden eine Schichtbauweise zur Bereitstellung der inneren Lage und eine Wickelbauweise zur Bereitstellung der Verstärkungslage mit jeweils minimalen Wandstärken kombiniert.Preferably, a layer construction for providing the inner layer and a winding construction for providing the reinforcing layer are combined with respective minimum wall thicknesses.
Die Verstärkungslage dient vorzugsweise der Aufnahme von mechanischen Lasten.The reinforcing layer preferably serves to receive mechanical loads.
Die innere Lage dient vorzugsweise der Aufnahme der thermochemischen Belastungen. The inner layer is preferably used to absorb the thermochemical loads.
Insbesondere aufgrund einer inneren Schichtbauweise wird vorzugsweise der radiale Wärmetransport, das heißt der Wärmetransport senkrecht zur Durchströmungsrichtung der Schubkammer vorrichtung, erhöht. Delaminationsprobleme der Wickelbauweise können hierdurch vorzugsweise entschärft werden.In particular, due to an inner layer construction, preferably the radial heat transfer, that is, the heat transfer device perpendicular to the flow direction of the thrust chamber device is increased. Delamination problems of the winding construction can be thereby defused preferably.
Eine benötigte Kühlmittelmenge für einen Kühlfilm auf einer inneren Oberfläche der inneren Lage kann einerseits durch einen gestaffelten Filmleger (Fluidkanäle) und die damit ermöglichte ortsgenaue Zuleitung von Fluid und/oder andererseits durch den Einsatz von hochtemperaturresistenten Materialen zur Herstellung der inneren Lage und/oder zur Beschichtung der inneren Lage minimiert werden.A required amount of coolant for a cooling film on an inner surface of the inner layer can on the one hand by a staggered film layer (fluid channels) and the localized supply of fluid and / or on the other hand by the use of high temperature resistant materials for the production of the inner layer and / or coating the inner layer can be minimized.
Als hochtemperaturresistente Materialen können insbesondere kohlenstofffaserverstärkte Materialen, beispielsweise C/C oder C/C-SiC, Anwendung finden.Carbon-fiber-reinforced materials, for example C / C or C / C-SiC, can be used in particular as high-temperature-resistant materials.
Vorzugsweise weist die innere Lage eine in axialer Richtung, das heißt längs der Durchströmungsrichtung der Schubkammervorrichtung, gradierte und/oder variierende Materialstärke auf.The inner layer preferably has a graded and / or varying material thickness in the axial direction, that is to say along the flow direction of the thrust chamber device.
Anstelle einer Herstellung der Verstärkungslage auf der inneren Lage kann die Verstärkungslage auch separat auf einem Kern hergestellt werden.Instead of producing the reinforcing layer on the inner layer, the reinforcing layer can also be produced separately on a core.
Die Herstellung der Verstärkungslage entspricht dabei im Wesentlichen der im Zusammenhang mit der Herstellung auf der inneren Lage beschriebenen Herstellung der Verstärkungslage.The production of the reinforcing layer essentially corresponds to the production of the reinforcing layer described in connection with the production on the inner layer.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Verstärkungslage die innere Lage im Bereich des Brennraums und/oder des Düsenraums im Wesentlichen vollständig umgibt.It may be advantageous if the reinforcing layer substantially completely surrounds the inner layer in the region of the combustion chamber and / or the nozzle chamber.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verstärkungslage die innere Lage in axialer Richtung, das heißt senkrecht zur Strömungsrichtung innerhalb der Schubkammervorrichtung, im Wesentlichen vollständig abdeckt.In particular, it can be provided that the reinforcing layer essentially completely covers the inner layer in the axial direction, that is to say perpendicular to the flow direction within the thrust chamber device.
Die Schubkammervorrichtung ist vorzugsweise Bestandteil oder bildet vorzugsweise einen Bestandteil eines strahlungsgekühlten Triebwerks, welches als sekundäre Kühlung eine Transpirationskühlung und/oder Filmkühlung aufweisen kann.The thrust chamber device is preferably a component or preferably forms part of a radiation-cooled engine, which as a secondary cooling can have a transpiration cooling and / or film cooling.
Die Verbindung zwischen der inneren Lage und der äußeren Lage ist vorzugsweise eine formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung.The connection between the inner layer and the outer layer is preferably a positive and / or cohesive connection.
Vorzugsweise sind zur Verbindung der inneren Lage mit der Verstärkungslage keine zusätzlichen Verbindungselemente erforderlich.Preferably, no additional connecting elements are required for connecting the inner layer to the reinforcing layer.
Ein mit der erfindungsgemäßen Schubkammervorrichtung versehenes Triebwerk eignet sich insbesondere als ein sogenannter Apogäumsmotor oder als Landetriebwerk, beispielsweise bei einer Mondlandung. Die Schubkammervorrichtung eignet sich somit insbesondere für sogenannte ”In Space”-Anwendungen.An engine provided with the thrust chamber device according to the invention is particularly suitable as a so-called apogee engine or as a landing gear, for example during a moon landing. The thrust chamber device is thus particularly suitable for so-called "in-space" applications.
Insbesondere im fertiggestellten Zustand der Schubkammervorrichtung umfasst diese vorzugsweise lediglich zwei Bauteile, nämlich die innere Lage und die Verstärkungslage, welche sich vorzugsweise beide von einer Einlassöffnung bis zu einer Austrittsöffnung erstrecken und somit einen Brennraum und einen Düsenraum in axialer Richtung, insbesondere im Wesentlichen vollständig, umgeben.Particularly in the finished state of the thrust chamber device, this preferably comprises only two components, namely the inner layer and the reinforcing layer, which preferably both extend from an inlet opening to an outlet opening and thus surround a combustion chamber and a nozzle chamber in the axial direction, in particular substantially completely ,
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further preferred features and / or advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of exemplary embodiments.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference numerals in all figures.
Eine in
Die Schubkammervorrichtung
Die Brennkammervorrichtung
Die Düsenvorrichtung
Die Schubkammervorrichtung
Beispielsweise umfasst die Schubkammervorrichtung
Ferner umfasst die Schubkammervorrichtung
Die Verstärkungslage
Die Schubkammervorrichtung
Durch die Einlassöffnung
Der Brennstoff und/oder der Oxidator oder daraus erzeugtes Abgas verlassen die Schubkammervorrichtung
Die innere Lage
Die Innenwandung
Die innere Lage
Ferner kann vorgesehen sein, dass die innere Lage
Zur Zuführung eines solchen Fluids, insbesondere Brennstoff und/oder Sauerstoff, zu der inneren Lage
Die Fluidkanäle
Die vorstehend beschriebene Schubkammervorrichtung
Wie den
Like that
Hierzu wird ein Basiskörper
Der Basiskörper
Beispielsweise in demjenigen Abschnitt der inneren Lage
Insbesondere werden die Platzhalterelemente
Im Anschluss daran wird die Verstärkungslage
Die Verstärkungslage
Die Verstärkungslage
Beispielsweise während der Fertigstellung der Verstärkungslage
Die Verstärkungslage
An denjenigen Stellen, an denen zuvor die Platzhalterelemente
Insbesondere nach Fertigstellung der Verstärkungslage
Der Basiskörper
Die innere Lage
Bei Bedarf kann die innere Lage
Im fertiggestellten Zustand (siehe
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn zur Bereitstellung des Basiskörpers
Das Vollmaterial kann sortenrein sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass verschiedene Materialvarianten schichtweise, insbesondere sogar Faserebene für Faserebene, miteinander kombiniert werden.The solid material can be sorted. However, provision may also be made for different material variants to be combined with one another in layers, in particular even fiber-level, for the fiber plane.
Insbesondere dann, wenn zur Herstellung der Verstärkungslage
Die Verstärkungslage
Die Verstärkungslage
Insbesondere eine thermische Schutzschicht (Thermal Barrier Coating, TBC) kann zum zusätzlichen Schutz der inneren Lage
In den
Bei dieser Möglichkeit ist ein Kern
Der Kern
Wie insbesondere den
Nach Fertigstellung der Verstärkungslage
Daran anschließend wird der Basiskörper
Der Basiskörper
Die zwei Teile, welche insbesondere an der Engstelle
In einem weiteren Schritt nach der Einbringung des Basiskörpers
Gegebenenfalls nach weiteren Bearbeitungsschritten zur Umwandlung und/oder Verfestigung der inneren Lage
In den
Insbesondere wird aus
Die Schubkammervorrichtung
Zudem kann die Schubkammervorrichtung
Die Schubkammervorrichtung
Zusätzlich zur Strahlungskühlung kann dann insbesondere eine Transpirationskühlung und/oder Filmkühlung der Schubkammervorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- SchubkammervorrichtungThrust chamber device
- 102102
- RaketentriebwerkRocket engine
- 104104
- Brennkammervorrichtungcombustion chamber device
- 106106
- Düsenvorrichtungnozzle device
- 108108
- Strömungsrichtungflow direction
- 110110
- Brennraumcombustion chamber
- 112112
- Düsenraumnozzle chamber
- 114114
- innere Lageinner situation
- 116116
- Verstärkungslagereinforcing layer
- 118118
- Ummantelungjacket
- 120120
- Einlassöffnunginlet port
- 122122
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 124124
- Innenwandunginner wall
- 126126
- Außenseiteoutside
- 128128
- Fluidkanalfluid channel
- 130130
- Basiskörperbase body
- 132132
- Außenformexternal form
- 134134
- PlatzhalterelementTemplate item
- 136136
- Innenforminterior shape
- 138138
- Kerncore
- 140140
- Engstellebottleneck
- 142142
- Innenrauminner space
Claims (15)
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DE102014100345.4A DE102014100345B4 (en) | 2014-01-14 | 2014-01-14 | Method for producing a thrust chamber device, thrust chamber device and rocket engine |
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DE102014100345A1 DE102014100345A1 (en) | 2015-07-16 |
DE102014100345B4 true DE102014100345B4 (en) | 2015-09-03 |
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DE102018111068B4 (en) | 2018-05-08 | 2022-02-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method of operating a thruster and thruster of a space propulsion system |
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-
2014
- 2014-01-14 DE DE102014100345.4A patent/DE102014100345B4/en active Active
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: DTS PATENT- UND RECHTSANWAELTE SCHNEKENBUEHL U, DE Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE |
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R082 | Change of representative |
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