DE1095593B - Raketentriebwerk - Google Patents

Raketentriebwerk

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Publication number
DE1095593B
DE1095593B DEN15492A DEN0015492A DE1095593B DE 1095593 B DE1095593 B DE 1095593B DE N15492 A DEN15492 A DE N15492A DE N0015492 A DEN0015492 A DE N0015492A DE 1095593 B DE1095593 B DE 1095593B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst bed
combustion chamber
fuel
rocket engine
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEN15492A
Other languages
English (en)
Inventor
Philip Ramsden
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Napier Turbochargers Ltd
Original Assignee
D Napier and Son Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by D Napier and Son Ltd filed Critical D Napier and Son Ltd
Priority to DEN15492A priority Critical patent/DE1095593B/de
Publication of DE1095593B publication Critical patent/DE1095593B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/68Decomposition chambers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

  • Raketentriebwerk Die Erfindung betrifft Raketentriebwerke, bei denen ein Brennstoff wie Wasserstoffsuperoxyd verwendet wird, der vor Einleitung in die Brennkammer der Rakete in einer katalytischen Zersetzungskammer zersetzt wird. Der Ausdruck »Brennstoff« ist hier im weitesten Sinne zu verstehen und bezeichnet auch Oxydationsmittel.
  • Das normale Verfahren, derartige Raketentriebwerke zu konstruieren, besteht darin, ein katalytisches Bett von allgemein zylindrischer Form in Strömungsrichtung unmittelbar vor der Brennkammer anzuordnen; hierbei ist der Durchmesser des Katalysatorbettes annähernd gleich demjenigen der Brennkammer, und in manchen Fällen sind sowohl das Katalysatorbett als auch die Brennkammer sowie die Einschnürung und die Austrittsdüse in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse von annähernd gleichmäßigem Durchmesser angeordnet.
  • Um die Schubkraft eines Raketentriebwerkes dieser Bauart zu vergrößern, muß man mehr Brennstoff zuführen und somit auch mehr Brennstoff durch das Katalysatorbett hindurchleiten. Hierzu ist aber eine der Vergrößerung der Brennstoffmenge entsprechende Vergrößerung der Querschnittsfläche des Katalysatorbettes erforderlich. Eine einfache maßstäbliche Vergrößerung des Triebwerkes entsprechend der erforderlichen Vergrößerung des Querschnittes des Katalysatorbettes führt jedoch nicht zu befriedigenden Ergebnissen. Auch bei Zuführung einer größeren Brennstoffmenge besitzen die Querschnittsfläche der Brennkammer und ihr Rauminhalt sowie auch die Querschnittsfläche der Einschnürung und anderer Teile der Düse bestimmte optimale Werte, und die Brennkammer wird bei einer einfachen maßstäblichen Vergrößerung des Triebwerkes entsprechend der zum Hindurchleiten der größeren Brennstoffmenge benötigten größeren der Querschnittsfläche des Katalysatorbettes sicherlich nicht ihre ideale Form beibehalten. Der optimale Brennkammerdurchmesser wächst bei zunehmendem Brennstoffdurchsatz nicht in gleichem Verhältnis an wie der erforderliche Querschnitt des Katalysatorbettes. Außerdem sollte der größte Außendurchmesser bei Raketentriebwerken, insbesondere wenn sie außen an Flugzeugen angebracht werden sollen, so gering wie möglich sein.
  • Um eine Vergrößerung des Katalysatorbettquerschnittes zu ermöglichen, ohne notwendigerweise eine Vergrößerung des Querschnittes des Triebwerkes erforderlich zu machen, ist nach der Erfindung die Anordnung so getroffen, daß zwei oder mehr Katalysatorbetten axial in Fluchtung mit der Brennkammer hintereinander angeordnet sind, die von dem Brennstoff parallel durchströmt werden.
  • Es ist zwar bereits in einer Druckschrift ein Triebwerk beschrieben, bei dem parallel zum Hauptkatalysatorbett zwei wesentlich kleinere Katalysatorbetten von Wasserstoffsuperoxyd durchströmt werden. Dabei dienen die in diesen beiden kleineren Katalysatorbetten entstehenden Zersetzungsprodukte als Antriebsmittel für eine die Brennstoffpumpen treibende Turhine, bevor sie der Brennkammer zugeführt werden. In dieser Veröffentlichung ist jedoch nichts über die Anordnung der Katalysatorbetten gesagt. Im übrigen strömt wegen des geringen Kraftbedarfes der Turbine nur ein geringer Bruchteil der gesamten katalytisch zu zersetzenden Brennstoffmenge durch die beiden der Turbine zugeordneten Katalysatorbetten, so daß auch die Querschnittsfläche dieser beiden Katalysatorbetten nur einen unbedeutenden Bruchteil derjenigen des Hauptkatalysatorbettes beträgt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion kann man den größten Durchmesser des Katalysatorbettaggregates verkleinern, wodurch es möglich wird, den Durchmesser der Brennkammer im Verhältnis zu ihrer Gesamtlänge zu verkleinern. Hierdurch wird die Festigkeit der Brennkammer erhöht, so daß sie dem Außendruck leichter standhalten kann.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Mittel zum katalytischen Zersetzen macht es auch geringere Schwierigkeiten, das Triebwerk konstruktiv durchzubilden und insbesondere eine geeignete Konstruktion zum Aufnehmen der infolge des Druckabfalles längs des Katalysatorbettes an diesem angreifenden Axialkräfte zu schaffen. Bei einem erfindungsgemäßen Raketentriebwerk mit zwei oder mehr getrennten Katalysatorbetten von jeweils verkleinerter Querschnittsfläche wird nämlich die an jedem einzelnen Katalysatorbett angreifende Axialkraft entsprechend verkleinert, so daß sich die Katalysatorbetten leichter von dem Gehäuse oder von anderen feststehenden Konstruktionsteilen aus unterstützen lassen.
  • Bei einer bevorzugten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Triebwerkes ist jedem Katalysatorbett ein Ringkanal, durch den ihm unter Umgehung des in Strömungsrichtung jeweils vorher liegenden Katalysatorbettes ein seiner Größe entsprechender Teil des Brennstoffes zugeführt wird, und ein weiterer Ringkanal zugeordnet, durch den der aus ihm austretende zersetzte Brennstoff unter Umgehung des in Strömungsrichtung nachfolgenden Katalysatorbettes in die Brennkammer eingeleitet wird.
  • Zweckmäßigerweise sind dabei benachbarte Katalysatorbetten durch ein stumpfkegelförmiges Umlenkblech miteinander verbunden, das sich jeweils vom rückwärtigen Ende eines Katalysatorbettes zum vorderen Ende des benachbarten Katalysatorbettes erstreckt und so angeordnet ist, daß der aus dem in Strömungsrichtung vorn liegende Katalysatorbett austretende zersetzte Brennstoff an dem folgenden Katalysatorbett vorbeiströmt.
  • Die Erfindung wird an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. .
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Katalysatorbetten 10 und 11, ein Brenner 12, eine Brennkammer 13, ein eingeschnürter Kanal 14 und eine Austrittsdüse 15 sämtlich innerhalb eines einzigen zylindrischen Gehäuses 16 von annähernd gleichmäßigem Durchmesser untergebracht. Die Brennkammer, der eingeschnürte Kanal und die Austrittsdüse sind in allgemein bekannter Weise ausgebildet, so daß sich eine eingehendere Beschreibung erübrigt.
  • Das der Strömung als erstes ausgesetzte Katalysatorbett 10 am der Strömung zugewandten Ende des Gehäuses 16 ist ringförmig ausgebildet und in einem äußeren Mantel 17 und einem inneren Mantel 18 angeordnet. Der Mantel 17 erstreckt sich in einem kleinen Abstand von der Wandung des Gehäuses 16, und der innere Mantel 18 ist ebenfalls durch einen Ringspalt von dem hohlen rohrförmigen Bauteil 19 getrennt, das sich durch die der Strömung zugewandte Stirnwand 20 des Gehäuses in der Strömungsrichtung durch das erste Katalysatorbett hindurch erstreckt. Nahe dem in die Strömungsrichtung weisenden Ende des rohrförmigen Bauteiles 19 ist dieses von einem zweiten Kataly Batorbett 11 umgeben, das ebenfalls ringförmig ausgebildet ist, jedoch einen etwas kleineren Durchmesser besitzt und in einem Mantel 21 angeordnet ist, der durch einen engen Ringspalt von dem Mantel 17 getrennt ist. Am in die Strömungsrichtung weisenden äußersten Ende des rohrförmigen Bauteiles 19 ist der Brenner 12 angebracht, dem ein Kohlenwasserstoffbrennstoff, z. B. Paraffin, über einen Kanal 28 innerhalb des rohrförmigen Bauteiles zugeführt wird. Der Brenner 12 ist außerdem mit Kanälen 22 versehen, durch welche mindestens ein Teil des aus dem Bett 11 austretenden Strömungsmittels in die Brennkammer übertreten kann. Das Katalysatorbett il ist an dem rohrförmigen Bauteil 19 befestigt, das somit die durch das Wasserstoffsuperoxyd auf den Brenner und das Katalysatorbett aufgebrachte Schubkraft aufnimmt. Das Bett 10 ist in ähnlicher Weise an den :Mänteln 17 und 18 befestigt, die ihrerseits mit dem Gehäuse 16 verbunden sind und daher in der erforderlichen Weise Axialkräfte aufnehmen können. Das Wasserstoffsuperoxyd wird einem ringförmigen Kanal 23, der allgemein in der Ebene der Einschnürung 14 unmittelbar an die Innenwand des Gehäuses angrenzt, zugeführt und strömt von dort durch ringförmige Kanäle 24 zum rückwärtigen Ende der Düse und danach entgegen der Hauptströmungsrichtung durch einen Ringkana125, der die Wandung der Düseneinschnürung und der Brennkammer unmittelbar umgibt. Hierauf strömt das `'Wasserstoffsuperoxyd entgegen der Hauptströmungsrichtung durch den Ringkanal zwischen der zylindrischen Seitenwand des Gehäuses 16 und dem Mantel 17, bis es die dem Hauptstrom zugewandte Stirnwand 20 des Gehäuses erreicht, wo es radial nach innen durch einen Raum strömt, der zwischen dieser Stirnwand und der der Strömung zugewandten Stirnfläche des ersten Katalysatorbettes vorgesehen ist. Ein Teil des Wasserstoffsuperoxyds strömt in der Hauptströmungsrichtung durch das erste Katalysatorbett 10, wo es zersetzt wird, und die Zersetzungsprodukte werden dann durch ein konisches Umlenkglied 26 zwischen den Mänteln 18 und 21 nach außen umgelenkt. Diese Zersetzungsprodukte strömen dann durch den Ringkanal zwischen den Mänteln 21 und 17, und nachdem sie an dem Brenner durch einen diesen umgebenden Ringraum 27 v orbeigeströmt sind, gelangen sie in die Brennkammer 13.
  • Aus dem Raum an der der Strömung zugewandten Stirnwand des Gehäuses strömt das verbleibende Wasserstoffsuperoxyd durch den Ringspalt zwischen dem Mantel 18 und dem zentralen rohrförmigen Bauteil 19 und verteilt sich dann auf der in die Strömungsrichtung weisenden Seite des konischenUmlenkgliedes 26 nach außen und über die der Strömung zugewandten Fläche des zweiten Katalvsatorbettes 11. Nach der Zersetzung des `'Wasserstoffsuperoxyds in diesem Bett strömen die Zersetzungsprodukte dann über die Kanäle 22 in die Brennkammer ein.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRACHE: 1. Raketentriebwerk, bei dem der eine Brennstoff, wie Wasserstoffsuperoxyd, über in Fluchtung mit der Brennkammer angeordnete Mittel zum katalytischen Zersetzen der Brennkammer zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum katalytischen Zersetzen zwei oder mehr axial in Fluchtung mit der Brennkammer (13) hintereinander angeordnete und parallel durchströmte Katalysatorbetten (10, 11) dienen.
  2. 2. Raketentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Katalysatorbett (10, 11) ein Ringkanal, durch den ihm unter Umgehung des in Strömungsrichtung jeweils vorher liegenden Katalysatorbettes (10) ein seiner Größe entsprechender Teil des Brennstoffes zugeführt wird und ein weiterer Ringkanal zugeordnet ist, durch den der aus ihm austretende zersetzte Brennstoff unter Umgehung des in Strömungsrichtung nachfolgenden Katalysatorbettes (11) in die Brennkammer (13) eingeleitet wird.
  3. 3. Raketentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Katalysatorbetten (10, 11) durch ein stumpfkegelförmiges Umlenkblech (26) miteinander verbunden sind, das sich jeweils vom rückwärtigen Ende eines Katalysatorbetts (10) zum vorderen Ende des benachbarten Katalysatorbetts (11) erstreckt und so angeordnet ist, daß der aus dem in Strömungsrichtung vorn liegenden Katalysatorbett (10) austretende zersetzte Brennstoff an dem folgenden Katalysatorbett (11) vorbeiströmt.
  4. 4. Raketentriebwerk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Brennkammer benachbarte Katalysatorbett (11) in an sich bekannter Weise zur Unterstützung mit einem sich durch Öffnungen in den anderen Katalysatorbetten (10) erstreckenden Tragglied (19) verbunden ist.
  5. 5. Raketentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragglied (19) in an sich bekannter Weise an seinem in die Strömungsrichtung weisenden Ende einen Brenner (12) trägt und einen zentralen Kanal (28) aufweist, durch den dem Brenner (12) ein organischer Brennstoff zugeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 793 689, 793 300, 727720.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB727720A (en) * 1951-06-27 1955-04-06 Mini Of Supply Improvements in or relating to power units
GB793300A (en) * 1953-06-19 1958-04-16 Havilland Engine Co Ltd Rocket motors
GB793689A (en) * 1953-06-19 1958-04-23 Havilland Engine Co Ltd Rocket motors

Patent Citations (3)

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