DE1159696B - Fluessigkeitsrakete - Google Patents

Description

• Flüssigkeitsrakete Es sind Flüssigkeitsraketen bekannt, bei denen einer der beiden Treibstoffe durch die Brennkammerwand durchgeleitet wird, diese unter Wärmeaufnahme kühlt und anschließend in eine Turbine einläuft, in der die Wärmeenergie in kinetische Energie zum Antrieb der Treibstoffpumpen umgewandelt wird.
• Eine weitere Flüssigkeitsrakete ist bekannt, die einen Wärmeaustauscher enthält. Dieser wird beim Anlassen der Triebwerke mit Wasserdampf aufgewärmt, wodurch der verwendete flüssige Sauerstoff erhitzt, verdampft und auf höheren Druck gebracht wird. Dadurch wird der Druck im Sauerstoff-Vorratsbehälter erhöht, so daß der Sauerstoff beim Start mit gesteigertem Druck in den Einspritzkopf eintritt.
• Die Erfindung macht von den durch diese Raketen gegebenen Lehren grundsätzlich Gebrauch. Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsrakete hat mit diesen beiden bekannten Raketen gemeinsam, daß ein Treibstoff zum Kühlen der Brennkammerwand unter Aufnahme von Wärmeenergie durch diese durchgeleitet wird und vor Eintritt in den Einspritzkopf sich in einer Turbine, diese antreibend, entspannt und weiter ein Wärmeaustauscher zum Aufwärmen eines der Treibstoffe vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsrakete zeichnet sich dadurch aus, daß die Heizrohre des Wärmeaustauschers in der Treibstoffleitung zwischen der Pumpe und dem Einlaß zur Brennkammerwand angeordnet sind und von dem Treibstoff unter Wärmeaufnahme durchströmt werden.
• Zum Unterschied zu der bekannten, einen Wärmeaustauscher enthaltenden Flüssigkeitsrakete wird somit zu dessen Aufheizen kein besonderes Medium, sondern einer der beiden Treibstoffe verwendet. Damit entfällt auch ein besonderes Mittel zum Aufheizen dieses Heizmediums, da der den Wärmeaustauscher aufwärmende Treibstoff seine Wärmeenergie beim Durchlauf durch die Brennkammerwand erhält. Schließlich tritt der Wärmeaustauscher nicht nur beim Start in Funktion, sondern ist während des gesamten Laufes der Rakete in Betrieb.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der die Heizrohre umgebende Raum des Wärm austauschers von dem in der Leitung hinter der Turbine zum Einspritzkopf strömenden Treibstoff als wärmeabgebendem Medium durchflossen. Wie bereits ausgeführt, dient somit der gleiche Treibstoff, der auf seinem Weg von der Pumpe zum Einlaß zur Brennkammerwand im Wärmeaustauscher aufgewärmt wird, nach Verlassen der Brennkammerwand und nach Durchlauf und Entspannung in der Turbine zum Aufheizen des Wärmeaustauschers und somit zum Erwärmen der ihm unmittelbar nachfolgenden Treibstoffmengen.
• Es ist einleuchtend, daß durch den Wegfall besonderer Heizmedien und -mittel die Treibstoffanlage vereinfacht und zuverlässiger wird und gleichzeitig das Gewicht sinkt.
• Die Erfindung sieht weiter vor, daß zwischen der Pumpe und dem Wärmeaustauscher ein Abschaltventil liegt.
• Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß der aus der Turbine austretende Treibstoff auch nach der dort stattgefundenen Energieabgabe selbstverständlich eine höhere Temperatur aufweist als diejenigen Treibstoffmengen, die von der Pumpe in die Heizrohre des Wärmeaustauschers eintreten.
• Die Zeichnung zeigt als Beispiel für die Erfindung eine Ausführung der erläuterten Flüssigkeitsrakete. Die Rakete enthält eine Brennkammer 2 mit der Schubdüse 4. Die Brennkammerwand 8 ist als Doppelmantel ausgebildet. Außerdem weist die Rakete einen Einspritzkopf 10 auf.
• Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, daß als Treibstoffe ein Stauerstoffträger und Wasserstoff verwendet werden. Jedoch sind auch andere Treibstoffe anwendbar. In jedem Falle ist ein Treibstoff eine Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt, wie z. B. flüssiger Wasserstoff.
• Der Sauerstoffträger wird über eine Leitung 12 einer Pumpe 14 zugeleitet und von dort über eine Leitung 16 durch ein Ventil 18 zu einer Sammelleitung 20 im Einspritzkopf 10 gedrückt. Von dort gelangt er über Kanäle 22 in die Brennkammer 2. Der Förderdruck der Pumpe 14 liegt über dem Druck in der Brennkammer 2.
• Wasserstoff fließt aus einer Speiseleitung 24 zur Niederdruckstufe 26 und von dort zur Hochdruckstufe 28 der gleichen Pumpe. Eine Leitung 30 verbindet beide Stufen. Von der Hochdruckstufe 28 wird der Wasserstoff durch eine Leitung 32 in einen Wärmeaustauscher 34 gedrückt. Dort durchströmt er parallel zueinanderliegende Heizrohre 36. Der Wärmeaustauscher 34 ist lediglich schematisch gezeigt. Jede beliebige Wärmeaustauscherbauart kann verwendet werden. Von dem Wärmeaustauscher 34 führt eine Leitung 38 zur Brennkammerwand 8, in der der flüssige Wasserstoff vorgewärmt wird.
• Aus der Brennkammerwand 8 strömt der Wasserstoff über eine Leitung 40 zu einer Turbine 42. Der Turbinenrotor 44 treibt über eine Welle 46 die beiden Pumpenstufen 26 und 28 an. Über ein Zahnradpaar 48 wird auch die Pumpe 14 angetrieben.
• Von der Turbine 42 tritt der Wasserstoff über die Leitung 52 in den Wärmeaustauscher 34 ein, in dem er um die Heizrohre 36 herumfließt und von dort über eine Leitung 54 über ein Schubsteuerventil 56 in die Sammelleitung 58 im Einspritzkopf 10 gelangt. Von dort tritt der Wasserstoff über Durchgänge in der Brennkammerabschlußplatte 60 in die Brennkammer 2.
• Das Ventil 18 ist in Ruhelage geschlossen und wird zum Betrieb der Rakete geöffnet. Das Schubsteuerventil56 ist von bekannter Bauart.
• In der Leitung 32 liegt zwischen der Hochdruckstufe 28 und dem Wärmeaustauscher 34 ein Abschaltventil62. Hiermit wird bei abgeschalteter Rakete eine Expansion des flüssigen Wasserstoffes in dem Leitungssystem verhindert.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Flüssigkeitsrakete, bei der ein Treibstoff zum Kühlen der Brennkammerwand unter Aufnahme von Wärmeenergie durch diese durchgeleitet wird und vor Eintritt in den Einspritzkopf sich in einer Turbine, diese antreibend, entspannt sowie mit einem Wärmeaustauscher zum Aufwärmen eines der Treibstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizrohre (36) des Wärmeaustauschers (34) in der Treibstoffleitung (32, 38) zwischen der Pumpe (26, 28) und dem Einlaß zur Brennkammerwand (8) angeordnet sind und von dem Treibstoff unter Wärmeaufnahme durchströmt werden.
2. 2. Rakete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Heizrohre (36) umgebende Raum des Wärmeaustauschers (34) von dem in der Leitung (52, 54) hinter der Turbine (42) zum Einspritzkopf (10) strömenden Treibstoff als wärmeabgebendem Medium durchflossen wird.
3. 3. Rakete nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Pumpe (26, 28) und dem Wärmeaustauscher (34) ein Abschaltventil (62) liegt.