DE1159694B - Einspritzkopf fuer eine Fluessigkeitsrakete - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

U7487Ia/46g

ANMELDETAG: 28. SEPTEMBER 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER

AUSLEGESCHrift: 19. DEZEMBER 1963

Die Erfindung betrifft einen Einspritzkopf für die Brennkammer einer mit zwei Treibstoffen angetriebenen Flüssigkeitsrakete. Allgemein ist man bestrebt, einen Einspritzkopf so auszubilden, daß er einerseits konstruktiv einfach und leicht an Gewicht ist, aus wenigen Teilen besteht und andererseits ohne besondere Kühlmittel, lediglich durch bestimmte Zuleitung der flüssigen Treibstoffe gekühlt wird. Die Erfindung erfüllt diese Aufgabe in hohem Maße.

Bekannt ist ein Einspritzkopf für die Brennkammer einer Gasturbine mit einer Platte, in die zur Brennkammer hin gerichtete Röhrchen eingesetzt sind, deren Mündungen unter Bildung der Brennkammerwand bis fast zur gegenseitigen Berührung flanschartig verbreitert sind, und mit einer Kappe, die über der Platte auf der von der Brennkammer abgewanditen Seite liegt. Bei diesem Einspritzkopf wird sowohl durch die Röhrchen als auch durch die Spalte zwischen den aneinandergrenzenden Umfangsflächen der Mündungen der gleiche Reaktionspartner, nämlich Luft, zugeführt.

Von einer Flüssigkeitsrakete ist ein Einspritzkopf bekannt, der ebenfalls eine Platte mit zur Brennkammer hin gerichteten Röhrchen aufweist, die mit ihren vorderen Enden in in der Brennkammerabschlußplatte vorgesehene Bohrungen hineinragen. Bei diesem Einspritzkopf wird der eine Reaktionspartner durch die Röhrchen und der andere Reaktionspartner durch die Rinspalte, die zwischen den Röhrchen und den die Ringspalte, die zwischen den Röhrchen und den bleiben, in die Brennkammer eingespritzt. Der durch die Ringspalte in die Brennkammer eintretende und zuvor über die Rückwand der Brennkammerabschlußplatte fließende Treibstoff kühlt diese. Die hiermit erreichte Kühlung wird zum Teil dadurch aufgehoben, daß sich die beiden Reaktionspartner unmittelbar an der der Brennkammer zugewandten Seite der Brennkammerabschlußplatte vereinigen, dort reagieren und verbrennen können. Gegenüber der eingangs erläuterten Konstruktion, von der auch die Erfindung ausgeht, hat dieser Einspritzkopf den Nachteil, daß die Brennkammerabschlußplatte oder -wand ein besonderes Konstruktionselement ist, während sie bei der anderen bekannten Konstruktion durch die flanschartig verbreiterten Mündungen der Röhrchen gebildet wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Einspritzkopf, der, wie bereits gesagt, von der eingangs erläuterten Konstruktion Gebrauch macht, wird die genannte Aufgabe besonders vorteilhaft dadurch gelöst, daß der eine Treibstoff durch die Röhrchen aus dem Raum zwischen der Platte und der Kappe und der andere Einspritzkopf für eine Flüssigkeitsrakete

Anmelder:

United Aircraft Corporation,
East Hartford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Berkenfeld, Patentanwalt,
Köln-Lindenthal, Universitätsstr. 31

Walter A. Ledwith und Marcus C. Benedict,

Glastonbury, Conn. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

Treibstoff durch die flanschartig erweiterten Mündungen hindurch aus dem Raum zwischen der Platte und der Brennkammerwand in die Brennkammer gespritzt wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal nach der Erfindung sind die -Umfangsflächen der aneinander anstoßenden Mündungen der Röhrchen gegeneinander abgedichtet, und in den Mündungen sind Durchtrittsöffnungen für den Treibstoff vorgesehen, der aus dem Raum zwischen der Platte und der durch die Mündungen gebildeten Brennkammerwand in die Brennkammer gespritzt wird. Hieraus folgt der Vorteil, daß sich die beiden Treibstoffe wegen des Abstandes zwischen den Durchtrittsöffnungen in der Platte und den Austrittsöffnungen der Röhrchen erst in einem bestimmten Abstand hinter der Brennkammerwand vereinigen können. Die Flamme bildet sich daher nicht unmittelbar an der Innenseite der Brennkammerwand aus. Hierdurch wird diese einmal nicht so stark aufgeheizt und zum anderen wird die Gefahr eines Flammenrückschlages in die strömungsaufwärts der Brennkammerwand liegenden Gebiete herabgesetzt.

Der erfindungsgemäße Einspritzkopf zeichnet sich weiter dadurch aus, daß in den Umfangsflächen der aneinander anstoßenden Mündungen Nuten eingearbeitet und Dichtungsstreifen in diese Nuten eingelegt sind. Hierdurch wird vermieden, daß der eine Treibstoff in unkontrollierbarem Maß durch die Zwischenräume zwischen den Umfangsflächen der aneinander anstoßenden Mündungen durchtritt, die wegen der eintretenden Wärmedehnungen und -kontraktionen schwankenden Abstand voneinander aufweisen.

Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung werden die aneinander anstoßenden Mündungen da-

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durch abgedichtet, daß sie mit sich überlappenden Flanschen versehen sind.

Durch diese zur Dichtung vorgesehenen Maßnahmen wird weiter die Steifigkeit der Brennkammerwand erhöht, da die flanschartig verbreiterten Mündüngen nicht lose aneinander anstoßen, sondern miteinander verhakt sind.

Die Erfindung sieht weiter vor, daß die Durchtrittsöffnungen auf zu den Röhrchen konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Durch Ändern des Durchmessers dieser Kreise hat man es in der Hand, die Punkte festzulegen, an denen der eine Treibstoff zum Erzielen bester Verbrennung im Verhältnis zu dem durch die Röhrchen austretenden Treibstoff in die Brennkammer eintreten soll

Schließlich sieht die Erfindung vor, daß die Röhrchen mit den verbreiterten Mündungen sektorförmige Elemente bilden und in zueinander konzentrischen und um die Brennkammerachse umlaufenden Kreisen angeordnet sind. Der sich hierdurch ergebende gleichförmige Aufbau der Brennkammerwand ermöglicht, untereinander gleiche Bauelemente zu verwenden.

Schließlich sieht die Erfindung noch vor, daß die einzelnen Elemente relativ zueinander Wärmeausdehnungen zulassen.

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel des in der Zeichnung dargestellten Einspritzkopfes erläutert. Dabei ist

Fig. 1 die schematische Ansicht einer Rakete, wobei einzelne Teile weggebrochen sind, Fig. 2 ein Teilschnitt durch den Einspritzkopf,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Einspritekopf von innen,

Fig. 4 ein Teilschnitt durch eine bestimmte Ausführung entlang der Linie 4-4 in Fig. 3 und

Fig. 5 ein entsprechender Schnitt durch eine abgewandelte Ausführung.

Die Brennkammer 2 setzt sich aus einem Mantel 4 und einem Einspritzkopf 6 zusammen. Der Einspritzkopf 6 enthält eine Platte 8, die mit ihrem Umfang an den Mantel 4 angrenzt. Die Platte 8 bildet das tragende Element des Einspritzkopfes 6. Die Platte 8 wird von Bohrungen 14 durchbrochen, in die Röhrchen 12 eingesetzt sind. Die Röhrchen 12 schließen Längsbohrungen 15 ein, idle in Austrittsöffnungen 16 enden. Die Austrittsöffnungen 16 werden von flanschartig erweiterten Mündungen 10 umgeben. Die Platte 8 schließt mit einer in ihr im wesentlichen parallel verlaufenden weiteren Platte 19 eine Kammer 18 ein. Aus dieser Kammer 18 läuft einer der beiden Treibstoffe in :die Längsbohrungen 15 ein und wird über die Austrittsöffnungen 16 in die Brennkammer 2 gedrückt.

Die flanschartig erweiterten Mündungen 10 sind vorzugsweise alle gleich groß. Zusammengenommen bilden sie eine durchlaufende, die Brennkammerwand 20 darstellende Fläche. Im gezeigten Beispiel sind die Mündungen 10 sektorförmig ausgebildet und in zu der Achse des Einspritzkopfes 6 konzentrischen Ringen angeordnet. Alle in einem Ring liegenden Mündungen 10 haben die gleichen Maße. Die in verschiedenen Ringen liegenden Mündungen 10 sind in ihrer Größe und Form geometrisch ähnlich und können gleiche Abmessungen !aufweisen.

In den Mündungen 10 sind Durchtrittsöffnungen 22 vorgesehen, die vorzugsweise ringförmig um die Austrittsöffnungen 16 angeordnet sind. Durch die kleineren Durchtrittsöffnungen 22 fließt der andere Treibstoff aus dem Raum 24 zwischen der Platte 8 und der Brennkammerwand 20. Der Treibstoff wird dem Raum 24 aus einer Kammer 26 zugeführt, die von der Platte 19 und einer Kappe 27 eingeschlossen wird, und aus der Kammer 26 tritt der Treibstoff über Rohrstücke 28 in den Raum 24 ein. Die Rohrstücke 28 werden in Bohrungen 30 der Platte 8 gehalten. Der aus den Rohrstücken 28 austretende Treibstoff trifft auf die Innenseite der Brennkammerwand 20 auf und kühlt diese. Anschließend wird er durch die Durchtrittsöffnungen 22 in die Brennkammer 2 gedrückt.

Die flanschartig erweiterten Mündungen 10 sind so bemessen, daß bei kaltem Einspritzkopf ein Zwischenraum zwischen ihnen verbleibt. Nach Zünden der Rakete dehnen sich die Mündungen wegen der auftretenden Erhitzung und schließen die Zwischenräume. Damit wird erreicht, daß der Treibstoff aus dem Raum 24 lediglich durch die Durchtrittsöffnungen 22 und nicht durch diese Zwischenräume in die Brennkammer 2 einströmt.

Um ein solches mögliches Durchlecken von Treibstoff mit Sicherheit zu vermeiden, sind die Ausführungen nach Fig. 4 und 5 vorgesehen. Bei der Ausführung nach Fig. 4 liegt ein Dichtungsstreifen 32 zwischen je zwei benachbarten Mündungen 10. Die Dichtungsstreifen 32 werden in Nuten 34 in den Umfangsflächen der Mündungen 10 gehalten. Bei der Ausführung nach Fig. 5 sind die dort mit 10' bezeichneten Mündungen an ihrem Umfang als sich überlappende Flansche 36 ausgebildet. Sowohl die Konstruktion nach Fig. 4 als auch nach Fig. 5 läßt eine Wärmedehnung der einzelnen Elemente zu.

Der Kammer 18 wird der eine Treibstoff über die in Fig. 1 gezeigte Leitung 36 zugeführt, während der andere Treibstoff der zweiten Kammer 26 über die ebenfalls in Fig. 1 gezeigte Leitung 38 zugeführt wird.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß Anspruch? als echter Unteranspruch gilt und Schutz nur im Zusammenhang mit den übrigen Ansprüchen gewährleistet.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einspritzkopf für die Brennkammer einer mit zwei Treibstoffen angetriebenen Flüssigkeitsrakete mit einer Platte, in die zur Brennkammer hin gerichtete Röhrchen eingesetzt sind, deren Mündungen unter Bildung der Brennkammerwand bis fast zur gegenseitigen Berührung flanschartig verbreitert sind, und mit einer über der Platte auf der der Brennkammer entgegengesetzten Seite liegenden Kappe, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Treibstoff durch die Röhrchen (12) aus dem Raum zwischen der Platte (8) und der Kappe (27) und der andere Treibstoff durch die flanschartig erweiterten Mündungen (10) hindurch aus dem Raum zwischen der Platte (8) und der Brennkammerwand (20) in die Brennkammer (2) gespritzt wird.

2. Einspritzkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsflächen der aneinander anstoßenden Mündungen (10) der Röhrchen (12) gegeneinander abgedichtet und in den Mündungen (10) Durchtrittsöffnungen (22) für den Treibstoff vorgesehen sind.

3. Einspritzkopf nach Ansprüchen 1 und¹ 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Umfangsflächen der aneinander anstoßenden Mündungen (10)

Nuten (34) eingearbeitet und Dichtungsstreifen (32) in diese Nuten eingelegt sind.

4. Einspritzkopf nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander anstoßenden Mündungen (10') mit sich überlappenden Flanschen (36) versehen sind.

5. Einspritzkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnumgen (22) auf zu den Röhrchen (12) konzentrischen Kreisen angeordnet sind.

6. Einspritzkopf nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen (12) mit den verbreiterten Mündungen (10) sektorförmige Elemente bilden und in zueinander konzentrischen und um die Brennkammerachse umlaufenden Kreisen angeordnet sind.

7. Einsprdtzkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elemente relativ zueinander Wärmeausdehnungen zulassen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 953 206; ίο deutsche Auslegschrift Nr. 1 052 750; britische Patentschriften Nr. 804 780, 731739; USA.-Patentschriften Nr. 2 741 085, 2 551115, 465.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1309 769/137 11.63