DE1235675B - Brennkammer und Duese fuer ein Raketentriebwerk - Google Patents

Brennkammer und Duese fuer ein Raketentriebwerk

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DE1235675B
DE1235675B DE1963T0023400 DET0023400A DE1235675B DE 1235675 B DE1235675 B DE 1235675B DE 1963T0023400 DE1963T0023400 DE 1963T0023400 DE T0023400 A DET0023400 A DE T0023400A DE 1235675 B DE1235675 B DE 1235675B
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DE
Germany
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rocket engine
nozzle
combustion chamber
housing
hollow microspheres
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DE1963T0023400
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English (en)
Inventor
John Vincent Milewski
Harry Selig Katz
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ATK Launch Systems LLC
Original Assignee
Thiokol Corp
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Publication date
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    • 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
    • F02K9/97Rocket nozzles
    • F02K9/974Nozzle- linings; Ablative coatings
    • 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
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    • F02K9/32Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/34Casings; Combustion chambers; Liners thereof
    • F02K9/346Liners, e.g. inhibitors

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Description

  • Brennkamm er und Düse für ein Raketentriebwerk Die Erfindung betrifft eine Brennkammer und Düse für --in Raketentriebwerk mit einer wärmefesten Auskleidung auf mindestens einem Teil der Innenwand des Gehäuses, die hohe Festigkeit besitzt und den innerhalb des Gehäuses auftretenden hohen Temperaturen widersteht und trozdem nurvin möglichst geringes Gewicht besitzt.
  • In den Brennkammem von Raketentriebwerken ist die Innenwand des Gehäuses vielfach sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, die oftmals oberhalb 27501 C liegen können. Wenn das 'Raketentriebwerk in einem geschlossenen Rohr oder einem unterirdischen Bunker gezündet wird, werden dabei häu-fig auch die Temperaturen der Außenflächen des Raketentriebwerkes gesteigert, was zu einem unbefriedigenden Arbeiten dieses Triebwerkes, fährt.
  • Um dem abzuhelfen, brachte man früher auf die Innenwand des Gehäuses des Raketentriebwerkes, Isolierschichten aus keramischen Materialien oder Kunststoffen auf. Keramische Materialien erwiesen sich dabei aber als zu schwer, und Kunststoffisolierschichten besaßen allgemein nicht die erforderliche Festigkeit und Hitzestabilität. Daher lagerte man ge- mäß der USA.-Patentschrift 3 001362, der britischen Patentschrift 885 446 und der deutschen Auslegeschrift 1039 787 in eine Schicht aus wärmehärtendem Kunstharz hitzebeständige Verstärkungsteilchen, wie Glasfasern, Asbestfasern, Kieselsäurepulver oder keramische Stoffe, in feiner Verteilung ein. Auf diese Weise wurde jedoch das Gewicht der wärmefesten Auskleidung wesentlich gegenüber Kunstharzauskleidungen allein erhöht. Um leichtere Auskleidungen zu erhalten, lagerte man daher statt der anorganischen Materialien Hohlkügelchen aus Phenolharzen in die Kunststoffschicht ein, was zwar zu leichten Auskleidungen des Gehäuses des Raketentriebwerkes führte, die jedoch weniger hitzebeständig waren als jene Schichten mit anorganischen Einlagerungen.
  • Aus der deutschen Auslegeschrift 1069 951, der französischen Patentschrift 1281740, der britischen Patentschrift 759 350 und der USA.-Patentschrift 2 489 860 sind außerdem Einsatzkörper in der Kehle von Raketendüsen bekannt, die Auskleidungen aus feuerfestem keramischem oder metallischem Material besitzen. Auch aus der österreichischen Patentschrift 182 911 sind Düsen für Raketen bekannt, die zumindest an den am stärksten beanspruchten Stellen mit einem überzug aus hochschmelzenden Metallen der Vl. Gruppe des Periodischen Systems versehen sind. überzüge aus keramisehen Stoffen, wie feuerfesten Oxyden, z. B. des Aluminiums, Magnesiums, Thoriums, sind außerdem in »Luftfahrttechnik«, Bd. 6, Nr. 11, S. 313 bis 316 (1960), beschrieben.
  • Der Nachteil aller dieser Auskleidungen für Gehäuse von Raketentriebwerken besteht jedoch darin, daß diese Auskleidungen entweder ein zu hohes Gewicht haben oder keine genügende Festigkeit und Wärmestabilität besitzen. Aufgabe der Erfindung war es daher, eine wärmefeste Auskleidung für das Gehäuse von Raketentriebwerken zu bekommen, die die Nachteile aller bekannten Auskleidungen beseitigt und gleichzeitig besonders leicht und hitzebeständig ist.
  • Die Brennkammer und Düse für ein Raketentriebwerk, dessen Gehäuse eine auf mindestens einem Teil der Innenwand fest haftend aufgebrachte, wärmefeste Auskleidung aufweist, dir, aus einem wärmehärtenden Kunstharz, gegebenenfalls mit einer Faserstoffverstärkung, und einer Menge in dem Harz dispergierter Mikrohohlkugeln, besteht, zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß die Hüllen der Mikrohohlkugeln aus einer kieselsäurehaltigenMasse hergestellt sind.
  • überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Mikrohohlkugeln aus einer kieselsäurehaltigen Masse unter den in dem Gehäuse des Raketentriebwerkes herrschenden Bedingungen nicht zertrümmert werden. so daß sie an Stelle von bekanntermaßen verwendetem Kieselsäurepulver benutzt werden können, wodurch bei gleichzeitiger hoher Hilzestabilität das Gewicht der Auskleidung stark herabgesetzt wird, da die Mikrohohlkugeln. mit einem Gas gefüllt-sind.
  • Durch die Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert. In dieser bedeutet F i g. 1 einen Querschnitt einer Brennkammer und Düse für ein Raketentriebwerk nach der Erfindung und F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 1. Das Raketentriebwerk 10 besitzt ein Gehäuse 11, eine Auskleidung 12 und eine Außenschicht 19. Die Auskleidung 12 ist vorzugsweise auf der Innenwand des Gehäuses 11 an zwei Stellen angebracht, die durch einen Einsatzkörper getrennt sind. DieAußenschicht 19 wird gewöhnlich auf die Außenwand des Mantels 11 an der Aufweitung 17 aufgebracht. Der Einsatzkörper 13 besteht vorzugsweise aus einem hochtemperaturfesten, nicht erodierenden Material, wie Molybdän, Wolfram, Kupfer oder Aluminium, und besitzt einen Metalloxydüberzug 14.
  • Ein typisches wännehärtbares Kunstharz für die Auskleidung 12 besitzt vier Hauptbestandteile, nämlich eine in der Wärme aushärtende, flüssige Epoxyverbindung als Bindemittel mit großer Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperatur, ein Härtemittel hierfür, das vorzugsweise bei Zimmertemperatur flüssig ist, einen Beschleuniger zur Abkürzung der Härtezeit, und Mikrohohlkugeln, vorzugsweise mit einem Durchmesser im Bereich von 0,050 bis etwa 3 mm. - Diese Bestandteile werden auf eine Temperatur von etwa 70 bis 95' C erhitzt und je nach den für die fertige Auskleidung erforderlichen Eigenschaften in geeigneten Anteilen zusammengemischt. Zusätzlich kann man ein Verdickungsmittel einarbeiten, das das Material zum Aufspachteln auf die Innenwand geeignet macht. In anderen Fällen kann die Masse ohne Verdickungsmittel am Ort rings um nicht dargestellte, zentrisch gelagerte Gießdorne gegossen werden, die etwa auf der Innenwand des Gehäuses vorgesehen sein können. Bei beiden Ausführungsformen erfolgt die Aushärtung nach der Aufbringung am Ort.
  • Geeignete wärmehärtende Kunstharze für dieAuskleidung sind etwa Epoxynovolake, geeignete Härtemittel sind beispielsweise Anhydride, die zweckmäßigerweise bei Zimmertemperatur flüssig sind, z. B. Methylbicyclo-[2,2,11-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid, das bis zur Mischtemperatur flüssig bleibt. Typische Beschleuniger sind solche des Aminomethylphenoltyps, vorzugsweise Tridimethylaminoäthylphenol oder Benzyldimethylaniin.
  • Die Auskleidungsmasse kann als Gießmasse oder als Spachtel- oder Bewurfmasse aufgebracht werden. In der letzteren Ferin wird gegebenenfalls ein Verstärkungsmittel, -wie Asbest, Baumwolle oder Wollflocken, oder auch Kunstfasern, wie Nylon, Kunstseide od. d,-I., den Bestandteilen zugesetzt. Diese Stoffe dienen als Füllstoffe und steigern die Isoliereigenschaft der fertigen Auskleidung.
  • Ein Beispiel eines wärmehärtenden Kunstharzes ist eine Mischung von 100 Gewichtsteilen eines flüssigon Epoxynovolak-Kunstharzes als Bindemittel 100 Gewichtsteilen Methylbicyclo-[2,2,11-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid als Härtemittel, 45 Gewichtsteilen Kieselsäuremikrohohlkugeln und 2 Gewichtsteilen Tri-dimethylaminoäthylphenol als Härtungsbeschlcuniger. Die Mischung wird ohne, den Härtungsbeschleuniger auf eine Temperatur von etwa 711 C erhitzt, worauf der Härtungsbeschleum, ger zugegeben wird. Unter Einsetzen eines geeigneten Doms in das Gehäuse 11 wurde dieses Gemisch in flüssigem Zustand in den Hohlraum zwischen dem Dom und der Innenwand des Gehäuses eingegossen. Nach dem Entfernen des Domes wurde die Auskleidung am Ort während 5 bis 16 Stunden bei Zimmertemperatur ausgehärtet und anschließend ,etwa 2 Stunden bei etwa 1201 C oder etwa 1/2 Stunde bei etwa 2601 C nachgehärtet. Dabei erhielt man eine weiße, relativ glatte Auskleidung, die auf der Innenwand des Gehäuses fest haftete. Die Oberfläche wurde gegebenenfalls in bekannter Weise nachbearbeitet, umeine glatte Oberfläche zu bekommen.
  • In einem anderen Beispiel wurden dem oben be,-schriebenen Gemisch 33 Teile faserigen Asbests zugesetzt. Nach dem Vermischen wurde die so gebildete Masse auf die Innen- und Außenflächen des Gehäuses 11 des Raketentriebwerkes 10 aufgespachtelt. Dann wurde in einem Härteofen 2 bis 3 Stunden bei einer Temperatur von etwa 93 bis 121' C ausgehärtet. In diesem Fall war keine Nachhärtung erforderlich, und das Raketentriebwerk wurde mit Luft auf Zimmertemperatur abgekühlt und war nach geringfügigem Nachschleifen fertig zum Gebrauch. Vor der Aufbringung der Auskleidung 12 und der Außenschicht 19 wurden die Innen- und Außenflächen des Raketentriebwerkes10 durch Reinigung vorbearbeitet. Hierzu genügt es, daß die Oberflächen frei von - Schmutz und öl sind. In einigen Fällen kann eine Oberflächenaufrauhung zweckmäßig sein, um die Haftung der Auskleidung 12 zu verbessern. In anderen Fällen kann ein besonderes Klebemittel verwendet werden.

Claims (2)

  1. Patentansprüche-1. Brennkammer und Düse für ein Raketentriebwerk, dessen Gehäuse eine auf mindestens einem Teil der Innenwand festhaftend aufgebrachte, wärmefeste Auskleidung aufweist, die aus einem wärmehärtenden Kunstharz, gegebenenfalls mit einer Faserstoffverstärkung, und einer Menge in dem Harz dispergierter Mikrohohlkugeln besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllen der Mikrohohlkugeln aus einer kieselsäurehaltigen Masse hergestellt sind.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlkugeln einen Durchmesser im Bereich von 0,050 bis etwa 3 mm haben. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1039 787, 1069 951; österreichische Patentschrift Nr. 182 911; französische Patentschrift Nr. 1281740; britische Patentschriften Nr. 759 350, 885 446; USA.-Patentschriften Nr. 2 849 860, 3 001362; »Luftfahrttechnik«, Bd. 6, Nr. 11 (10. 11. 1960), S. 313 bis 316; »Hütte«, Bd. 1, 28. Auflage, Berlin, 1955, S. 1067.
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