DE1200072B - Nozzle for a rocket motor and device for making the nozzle - Google Patents

Nozzle for a rocket motor and device for making the nozzle

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DE1200072B DEB38220A DEB0038220A DE1200072B DE 1200072 B DE1200072 B DE 1200072B DE B38220 A DEB38220 A DE B38220A DE B0038220 A DEB0038220 A DE B0038220A DE 1200072 B DE1200072 B DE 1200072B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

F02kF02k

Deutsche Kl.: 46 g -10German class: 46 g -10

1 200 072
B 382201 a/46 g
8. Dezember 1955
2. September 19651 200 072
B 382201 a / 46 g
December 8, 1955
September 2, 1965

Die Erfindung betrifft eine Düse für einen Raketenmotor mit einem feuerfest ausgekleideten konvergentdivergenten Durchlaß für heiße Verbrennungsprodukte. The invention relates to a nozzle for a rocket engine with a refractory lined convergent-divergent passage for hot combustion products.

Es ist bekannt, Graphit oder Kohle als Auskleidung für eine Verbrennungskammerdüse zu verwenden und Kunststoffharz als Klebemittel für den Kohleblock heranzuziehen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine Auskleidung aus Graphit wegen der Schwierigkeit der Bindung an das Düsengehäuse zu unbefriedigenden Ergebnissen führt.It is known to use graphite or carbon as a liner for a combustion chamber nozzle and use plastic resin as an adhesive for the carbon block. However, it has been shown that a graphite liner is unsatisfactory because of the difficulty of bonding to the nozzle housing Results.

Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, Triebwerksrohre mit einer wärmeisolierenden Schicht zu versehen und für diese Schicht geschichtetes Phenolharz, Asbest, Aluminiumoxyd oder eine Zusammensetzung dieser Werkstoffe zu verwenden. Nach diesem nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag kann die Wand des Triebwerkrohrs aus Aluminium bestehen.Furthermore, it has already been proposed to provide engine tubes with a heat-insulating layer provided and for this layer layered phenolic resin, asbestos, aluminum oxide or a composition to use these materials. According to this non-prior art proposal the wall of the engine pipe can be made of aluminum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düse zu schaffen, die der korrodierenden Wirkung des durch die Düse hindurchtretenden heißen Gasstromes widersteht.The invention is based on the object of creating a nozzle which has the corrosive effect resisting the flow of hot gas passing through the nozzle.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Mantel der Düse aus Leichtmetall und ihre Auskleidung aus mit Phenolformaldehydharz gebundenen Asbestfasern besteht.This is achieved according to the invention in that the jacket of the nozzle made of light metal and its Lining consists of asbestos fibers bonded with phenol-formaldehyde resin.

Es konnte festgestellt werden, daß mit Phenolformaldehydharz gebundene Asbestfasern der Abriebwirkung des mit hoher Geschwindigkeit fließenden, auf hoher Temperatur befindlichen Gasstromes widerstehen, so daß aus diesem Grunde die Düse aus Leichtmetall hergestellt werden kann. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die erfindungsgemäße Düse gegenüber den bisher bekannten Düsenausführungen außerordentlich leicht ist und eine überraschend hohe Lebensdauer besitzt. Wo aus Gründen der Anbringung des Motors an der Rakete die Notwendigkeit für eine im wesentlichen aus Metall bestehende Düse gegeben ist, ist es möglich, erheblich an Gewicht zu sparen, wenn als Metall ein Leichtmetallschmiedeoder Gußteil verwendet werden kann. Dies wäre aber zwecklos, wenn nicht im Hinblick auf die niedrige Temperaturfestigkeit solcher Leichtmetall-Legierungen eine Auskleidung vorgesehen würde. Die erfindungsgemäße Düse mit einem Mantel aus Leichtmetall und einer Auskleidung aus mit Phenolformaldehydharz gebundenen Asbestfasern ist eine besonders einfache und zweckmäßige Lösung.It was found that asbestos fibers bonded with phenol-formaldehyde resin reduced the abrasion effect of the gas stream flowing at high speed and at a high temperature resist, so that for this reason the nozzle can be made of light metal. This will the advantage achieved that the nozzle according to the invention compared to the previously known nozzle designs is extremely light and has a surprisingly long service life. Where for reasons of attachment of the engine on the rocket eliminates the need for an essentially metal nozzle is given, it is possible to save a considerable amount of weight if the metal is a light metal forge or Casting can be used. But this would be pointless if not in view of the low one Temperature resistance of such light metal alloys a lining would be provided. The inventive A nozzle with a jacket made of light metal and a lining made of asbestos fibers bonded with phenol-formaldehyde resin is one particularly simple and practical solution.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Figur, die einen im Längsschnitt gezeichneten Düsenmantel undDetails of the invention emerge from the following description with reference to the figure, the a nozzle jacket drawn in longitudinal section and

Düse für einen Raketenmotor und Vorrichtung
zur Herstellung der DüseNozzle for a rocket motor and device
for making the nozzle

Anmelder:Applicant:

Bristol Aerojet Limited, BristolBristol Aerojet Limited, Bristol

(Großbritannien)(Great Britain)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. WeickmannDr.-Ing. A. Weickmann

und Dipl.-Ing. H. Weickmann, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. H. Weickmann, patent attorneys,

München 27, Möhlstr. 22Munich 27, Möhlstr. 22nd

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 10. Dezember 1954Claimed priority:
Great Britain 10 December 1954

(35 876),(35 876),

vom 23. November 1955dated November 23, 1955

eine Vorrichtung zur Herstellung der Düse mit einer Halterung für den Mantel der Düse darstellt.represents a device for producing the nozzle with a holder for the jacket of the nozzle.

Der im Längsschnitt gezeichnete Düsenmantel 1 hat konvergierend-divergierende Form und besteht aus Leichtmetallguß. Ein Teil der Innenauskleidung des Düsenmantels besteht aus einer separat geformten Muffe 2 aus Asbestfasermaterial, gebunden mit einem in Wärme aushärtbaren Phenolformaldehydkunstharz. Die im Innern des Düsenmantels liegende Kante der Muffe 2 ist, wie bei 3 gezeigt, abgeschrägt, um eine größere Oberfläche für den Anschluß an einen Teil einer aus verformbarem Material zu bildenden Auskleidung zu schaffen. Diese Auskleidung wird gebildet aus einem verformbaren Gemisch von Asbestfasern und einem in Wärme aushärtbaren Phenolformaldehydkunststoff, und zwar in einer Stärke, die gleich ist jener der Muffe 2 und sowohl an letzterer wie auch an dem Metall des Düsenmantels 1 fest haftet.The nozzle jacket 1 shown in longitudinal section has a converging-diverging shape and consists of Light metal casting. Part of the inner lining of the nozzle jacket consists of a separately molded one Sleeve 2 made of asbestos fiber material bonded with a thermosetting phenol-formaldehyde synthetic resin. The inside of the nozzle jacket lying edge of the sleeve 2 is, as shown at 3, beveled to a larger surface area for connection to a part of a deformable material to be formed To create lining. This lining is formed from a deformable mixture of asbestos fibers and a thermosetting phenol-formaldehyde plastic in a strength that that of the sleeve 2 is the same and is fixed both to the latter and to the metal of the nozzle jacket 1 adheres.

Der Düsenmantel 1 ist mit einem Paar von Augen 4, je einem auf jeder Seite, versehen; mittels dieser Augen sowie mit Hilfe von Pfosten oder Trägern 5 und Stiften 6 wird der Düsenmantel auf einer Grundplatte 7 befestigt, wobei die Achse des Düsenmantels senkrecht zu dieser Grundplatte steht. Auf der Grundplatte 7 ist ein konischer Formkörper 8 befestigt, der relativ zum Düsenmantel stationär ist.The nozzle jacket 1 is provided with a pair of eyes 4, one on each side; by means of these eyes and with the help of posts or brackets 5 and 6 pins is the nozzle jacket on a Base plate 7 attached, the axis of the nozzle jacket being perpendicular to this base plate. on A conical shaped body 8 is attached to the base plate 7 and is stationary relative to the nozzle jacket.

Der Formkörper 8 hält die Muffe 2 in der für die Herstellung der Düse erforderlichen Stellung in dem Düsenmantel, so daß der obere kegelstumpfförmigeThe shaped body 8 holds the sleeve 2 in the position required for the manufacture of the nozzle Nozzle jacket so that the upper frustoconical

509 659/146509 659/146

Teil 9 des Formkörpers 8 gegenüber der Innenoberfläche des Düsenmantels durch die zwischengelegte Muffe 2 in dem gewünschten Abstand gehalten wird und zusammen mit der Innenoberfläche des Düsenmantels und der abgeschrägten Kante 3 der Muffe 2 einen Raum für die Bildung des an der Innenoberfläche des Düsenmantels zu erzeugenden Überzuges bildet.Part 9 of the molded body 8 opposite the inner surface of the nozzle jacket through the interposed Sleeve 2 is held at the desired distance and together with the inner surface of the nozzle jacket and the beveled edge 3 of the sleeve 2 a space for the formation of the on the inner surface of the nozzle jacket forms the coating to be produced.

Ein anderer Teil dieses Raumes wird gebildet durch die Ringfläche 10 eines Ringes 11, der gegenüber dem Düsenmantel stationär ist und auf einem Bund 12 in der oberen Stirnfläche des Düsenmantels aufliegt; diese obere Stirnfläche ist zur Achse des Düsenmantels geneigt. Die obere Stirnfläche des Ringes 11 hingegen liegt senkrecht zur Achse des Düsenmantels. Another part of this space is formed by the annular surface 10 of a ring 11, which is opposite the nozzle jacket is stationary and on a collar 12 in the upper face of the nozzle jacket rests on; this upper end face is inclined to the axis of the nozzle jacket. The upper face of the ring 11, however, is perpendicular to the axis of the nozzle jacket.

Der konische Formkörper 8,9 trägt einen nach oben gerichteten Stab 13, der als Führung für einen konischen Formkörper 14 dient; letzterer ist relativ zum Düsenmantel in der Achsrichtung beweglich, so so daß er in diese hinein (Schließstellung) und aus ihm heraus bewegt werden kann. Der Formkörper 14 besitzt einen kegelstumpfförmigen Teil 15, der, wenn der Körper die Schließstellung einnimmt, in Berührung mit dem unteren Formkörper 8, 9 gelangt. In dieser Stellung schließen die beiden Formkörper 8, 9 mit der Innenoberfläche des Düsenmantels und mit der Innenoberfläche 19 des Ringes 11 sowie mit der abgeschrägten Kante 3 der Muffe 2 einen Raum ein, der erforderlich zur Erzeugung der Uberzugsschicht ist. Der bewegliche Formkörper 14 ist auf der Stange 13 mittels eines Keiles 16 geführt, zu dem Zweck, die richtige Winkelstellung des Formkörpers 14 gegenüber dem Düsenmantel 1 zu gewährleisten. Der Formkörper 14 enthält auch eine flache Schulter 17, die in der Schließstellung des Formkörpers 14 gegen die Oberseite des Ringes 11 abstützt und dadurch ein Festklemmen der konischen Oberflächen 18 und 19 dieses Formkörpers bzw. des Ringes 11 verhindert. Die Formkörper 8 und 15 sowie der Ring 11 sind mit elektrischen Heizelementen 20 versehen, die mit Anschlüssen 21 in Verbindung stehen.The conical shaped body 8.9 carries an upwardly directed rod 13, which acts as a guide for a conical shaped body 14 is used; the latter is movable in the axial direction relative to the nozzle jacket, see above so that it can be moved into and out of this (closed position). The molded body 14 has a frustoconical part 15 which, when the body is in the closed position, is in contact arrives with the lower molded body 8, 9. In this position, the two molded bodies 8, 9 close with the inner surface of the nozzle jacket and with the inner surface 19 of the ring 11 as well as with the beveled edge 3 of the sleeve 2 a space which is necessary for the production of the coating layer is. The movable molded body 14 is guided on the rod 13 by means of a wedge 16, for the purpose that to ensure correct angular position of the shaped body 14 relative to the nozzle jacket 1. Of the Molded body 14 also includes a flat shoulder 17, which in the closed position of the molded body 14 against supports the top of the ring 11 and thereby clamping the conical surfaces 18 and 19 of this shaped body or of the ring 11 prevented. The molded bodies 8 and 15 and the ring 11 are with electrical heating elements 20 provided, which are connected to terminals 21 in connection.

Der erste Schritt bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Düse besteht darin, daß auf der mit einer Überzugsschicht zu versehenden Oberfläche des Düsenmantels eine Zwischenschicht aus einem Werkstoff gebildet wird, der sowohl an dem Düsenmantel wie auf der zu bildenden Überzugsschicht fest haftet. Eine derartige Zwischenschicht besteht beispielsweise aus Kunstharz wie Epoxy-Kunstharz, das an Metall gut haftet. Das Kunstharz kann in flüssiger Form Verwendung finden und wird vor dem nächsten Verfahrensschritt angehärtet. Vorzuziehen aber ist, die Zwischenschicht aus dünnem Blattmaterial zu bilden, z. B. aus verfilztem, mit einem wasserlöslichen Phenolformaldehyd - Kunstharz imprägnierten Asbestfasermaterial, das bis zu einem trockenen, aber flexiblen Zustand angehärtet wird und sehr fest an Metall haftet, sobald es durch endgültige Hitze- und Druckbehandlung in Kontakt mit dem Metall ausgehärtet wird. Das Blattmaterial wird auf die Oberfläche des Düsenmantels in zugeschnittenen Stücken eingebracht und so geordnet, daß es die Oberfläche bedeckt. Eine Überlappung an den Stoßstellen der Stücke ist zulässig. Diese Zwischenschicht kann auf die Oberfläche des Düsenmantels aufgebracht werden, bevor er auf den Formkörper 8 gesetzt wird, aber auch hinterher.The first step in the manufacture of the nozzle according to the invention is that on the with a coating layer to be provided surface of the nozzle jacket, an intermediate layer made of a material is formed, which adheres firmly to both the nozzle jacket and the coating layer to be formed. Such an intermediate layer consists for example of synthetic resin such as epoxy synthetic resin, which is attached to metal adheres well. The synthetic resin can be used in liquid form and is used before the next process step hardened. However, it is preferable to form the intermediate layer from thin sheet material, z. B. made of matted asbestos fiber material impregnated with a water-soluble phenol-formaldehyde synthetic resin, which is hardened to a dry but flexible state and very firmly attached Metal adheres as soon as it has hardened in contact with the metal through final heat and pressure treatment will. The sheet material is applied to the surface of the nozzle jacket in cut pieces introduced and arranged so that it covers the surface. An overlap at the joints of the Pieces are allowed. This intermediate layer can be applied to the surface of the nozzle jacket, before it is placed on the molded body 8, but also afterwards.

Die den Formkörper 8 mit aufgesetztem Düsenmantel tragende Platte ruht auf der unteren Platte 24 einer Druckpresse. In den Düsenmantel wird eine solche Menge an verformbarer Masse 23 eingebracht, daß sie ausreicht, um die zu erzeugende Auskleidung zu vervollständigen. Hierauf wird der Ring 11 auf dem geneigten Bund 12 in Stellung gebracht und dann der bewegliche Formkörper 14 auf der Führungsstange 13 nach unten abgesenkt, so daß er auf der verformbaren Masse 23 ruht. Zweckmäßig sind die wirksamen Oberflächen der Formkörper mit einem Trennmittel, z.B. Silizium-Schmiermittel, überzogen oder es sind diese Oberflächen mit Chrom platiert oder sie bestehen aus nicht rostendem Stahl, um eine hochpolierte Oberfläche zu erhalten, an welcher die verformbare Masse nicht leicht haftenbleibt. Nunmehr werden die Heizelemente 20 an eine Stromquelle angeschlossen und die Teile 8,11 und 14 auf die gewünschte Verformungstemperatur von beispielsweise 140° C erwärmt. Schließlich wird die obere Druckplatte 25 nach unten bewegt, um den Formkörper 14 nach unten zu drücken, wobei die verformbare Masse 23 in alle Teile des zwischen dem Düsenmantel, den Formkörpern und der abgeschrägten Kante 3 der Muffe 2 gebildeten Raumes gepreßt wird. Während der Heiz- und Verformungsstufe ist der Düsenmantel durch Wärmeleitung von den Formkörpern beheizt. Nach einer genügend langen Aushärtperiode wird der Heizstrom abgeschaltet; sobald die Temperatur auf einen entsprechenden Wert, beispielsweise unter 90° C, gesunken ist, wird die Druckplatte 25 gehoben und die nunmehr mit der Auskleidung oder der Uberzugsschicht versehene Düse abgenommen.The plate carrying the shaped body 8 with the nozzle jacket attached rests on the lower plate 24 a printing press. Such an amount of deformable mass 23 is introduced into the nozzle jacket, that it is sufficient to complete the lining to be produced. The ring 11 is thereupon placed the inclined collar 12 in position and then the movable molded body 14 on the guide rod 13 lowered so that it rests on the deformable mass 23. Are expedient the effective surfaces of the moldings are coated with a release agent, e.g. silicon lubricant or these surfaces are plated with chrome or they are made of stainless steel to obtain a highly polished surface to which the deformable mass does not easily adhere. Now the heating elements 20 are connected to a power source and the parts 8, 11 and 14 on heated to the desired deformation temperature of 140 ° C, for example. Eventually the upper pressure plate 25 moved downward to press the molded body 14 downward, wherein the deformable mass 23 in all parts of the beveled between the nozzle jacket, the molded bodies and the Edge 3 of the sleeve 2 formed space is pressed. During the heating and deformation stage is the nozzle jacket is heated by conduction from the moldings. After a sufficiently long curing period the heating current is switched off; once the temperature has reached an appropriate value, for example below 90 ° C, the pressure plate 25 is raised and now with the lining or the nozzle provided with the coating layer is removed.

Bei dem Verformungsprozeß wird die vorläufig aufgebrachte Zwischenschicht aus dem Phenolformaldehydharz gebundenen Asbestmaterial fest an das Metall der Düse gebunden, und die verformte Masse haftet ihrerseits fest an der Zwischenschicht und der Muffe 2. Die letztere wird ihrerseits an den Düsenmantel durch Kunstharz gebunden, das zwischen der Oberfläche der Muffe und dem Düsenmantel eingepreßt worden war.In the deformation process, the temporarily applied intermediate layer is made of the phenol-formaldehyde resin bound asbestos material firmly bound to the metal of the nozzle, and the deformed mass in turn adheres firmly to the intermediate layer and the sleeve 2. The latter in turn becomes attached to the nozzle jacket bound by synthetic resin, which is pressed between the surface of the sleeve and the nozzle jacket had been.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Düse für einen Raketenmotor mit einem feuerfest ausgekleideten konvergent-divergenten Durchlaß für heiße Verbrennungsprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Mantel aus Leichtmetall und ihre Auskleidung aus mit Phenolformaldehydharz gebundenen Asbestfasern besteht.1. Nozzle for a rocket motor with a refractory-lined convergent-divergent Passage for hot combustion products, characterized in that its jacket made of light metal and their lining made of asbestos fibers bonded with phenol-formaldehyde resin consists. 2. Vorrichtung zur Herstellung der Düse nach Anspruch 1 mit einer Halterung für den Mantel der Düse, gekennzeichnet durch ein konisches, gegenüber der Halterung (5, 6, 7) festes, in die eine konische Öffnung des Mantels (1) unter Bildung eines Ringraums hineinragendes Formteil (8) und durch ein zweites konisches, zu dem ersten Formkörper koaxial angeordnetes, in die andere konische Öffnung des Mantels (1) unter Bildung eines Ringraums hineinragendes Formteil (14).2. Apparatus for producing the nozzle according to claim 1 with a holder for the jacket the nozzle, characterized by a conical, opposite to the holder (5, 6, 7) fixed in the a conical opening of the shell (1) to form an annular space protruding molded part (8) and through a second conical, coaxially arranged to the first shaped body, into the another conical opening of the shell (1) to form an annular space protruding molded part (14). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Formteil (8) eine zentrale Führungsstange (13,16) trägt, auf der das zweite Formteil (14) gleitend sitzt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the first molded part (8) has a central guide rod (13,16) carries on which the second molded part (14) is slidably seated. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Formteil (8) am äußeren Ende seines Umfanges einen vorgeformten Überzug (2) trägt, der den Ringraum nach außen dicht abschließt.4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the first molded part (8) at the outer end of its circumference a preformed cover (2) bears the annular space seals tightly to the outside. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeformte Überzug (2) an der Stoßkante (3) mit der zu erzeugenden Auskleidung zum Formteil (8) hin abgeschrägt ist.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the preformed coating (2) is beveled at the abutting edge (3) with the lining to be produced towards the molded part (8). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das in die Formteile (8,14) Heizspiralen (20) eingebaut sind.6. Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that in the molded parts (8,14) heating coils (20) are installed. In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschrift Nr. 732267; schweizerische Patentschrift Nr. 248560; französische Patentschrift Nr. 947656; USA.-Patentschrift Nr. 2131319; »Plastverarbeiter«, 1953/9, S. 258;German Patent No. 732267; Swiss Patent No. 248560; French Patent No. 947656; U.S. Patent No. 2131319; "Plastverarbeiter", 1953/9, p. 258; »Modem Plastics«, Bd. 30, August 1953, S. 90, 189 bis 191; Bd. 31, September 1953, S. 92 bis 96, 180 bis 184."Modem Plastics", Vol. 30, August 1953, pp. 90, 189 to 191; Vol. 31, September 1953, pp. 92 to 96, 180 to 184. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1005 874.Older patents considered: German Patent No. 1005 874. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 509 659/146 8.65 © Bundesdruckerei Berlin509 659/146 8.65 © Bundesdruckerei Berlin
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