DE1243054B

DE1243054B - Device to hinder the sloshing movement of the liquid in containers, especially in the fuel containers of rockets

Info

Publication number: DE1243054B
Application number: DEH52165A
Authority: DE
Inventors: Helmut Falkenheiner
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Priority date: 1964-03-25
Filing date: 1964-03-25
Publication date: 1967-06-22

Description

Einrichtung zur Behinderung der Schwappbewegung der Flüssigkeit in Behältern, insbesondere in Treibstoffbehältern von Raketen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Behinderung von Schwappbewegungen der Flüssigkeit in Behältern, insbesondere in Treibstoffbehältern von Raketen, mit an der Behälterwand angeordneten mit Durchflußöffnungen versehenen Ringen, die Rinnen oder Taschen bilden.Device to hinder the sloshing movement of the liquid in Containers, particularly in rocket fuel containers. The invention relates to a device to prevent sloshing movements of the liquid in containers, especially in fuel tanks of rockets, with arranged on the tank wall rings provided with flow openings that form channels or pockets.

Die Schwappbewegungen des flüssigen Treibstoffes verursachen vom Start einer Rakete an schwierige Steuerungs- und Stabilisierungsprobleme, da die Eigenfrequenzen der Steuerung und der schwappenden Flüssigkeit häufig benachbart sind. Bei großen Raketen rutscht auch noch die niedrigste Eigenfrequenz des elastomechanischen Systems in die Nähe dieser Frequenzen. Es ist aus regeltechnischen Gründen ungünstig, die Steuerungsfrequenz zu erniedrigen, andererseits hängen die Flüssigkeitsfrequenzen in der Hauptsache vom Behälterdurchmesser (oft gleich dem Raketendurchmesser) ab, unabhängig davon, ob es sich um Behälter mit Vollkreis-, Kreissegment-, Kreisring- oder Ringsegmentquerschnitt handelt. Die Reg ler-, Steuerungs- und Flüssigkeitsschwingungen mit oder ohne elastomechanischen Schwingungen gekoppelt, führen häufig zu instabilen Bahnbewegungen, und es bedarf schwieriger, rechnerischer, experimenteller und konstruktiver Untersuchungen, um diese Instabilitäten, die zum Verlust der gestarteten Rakete führen können zu verhindern.The sloshing movements of the liquid fuel cause from takeoff a missile to difficult control and stabilization problems, since the natural frequencies the control and the sloshing liquid are often adjacent. With big ones Missiles also slip the lowest natural frequency of the elastomechanical system near these frequencies. For technical reasons it is unfavorable that To lower the control frequency, on the other hand, the fluid frequencies depend mainly on the container diameter (often equal to the rocket diameter), regardless of whether it is a container with a full circle, circular segment, circular ring or ring segment cross-section. The regulator, control and fluid oscillations Coupled with or without elastomechanical vibrations, often lead to unstable vibrations Orbital movements, and it needs more difficult, computational, experimental and constructive Investigations to identify these instabilities that led to the loss of the launched missile can lead to prevent.

Zur Dämpfung von Schwappbewegungen des flüssigen Treibstoffes im Treibstoffbehälter ist es bekannt, flache Ringe an der Behälterwand anzubringen, die auch zur Versteifung des Behälters dienen. Diese dämpfen zwar die schwappende Flüssigkeitsbewegung, weil an ihren Kanten die Flüssigkeit verwirbelt wird, sie haben aber den Nachteil, daß die Flüssigkeit verhältnismäßig schnell zurückschwappen kann, so daß sich ausgeprägte Resonanzspitzen ausbilden können.To dampen sloshing movements of the liquid fuel in the fuel tank it is known to attach flat rings to the container wall, which are also used for stiffening of the container. These dampen the sloshing fluid movement because the liquid is swirled at their edges, but they have the disadvantage that the liquid can slosh back relatively quickly, so that pronounced Can form resonance peaks.

Ein anderer bekannter Flüssigkeitsbehälter ist mit eingebauten Schlingerwänden zur Behinderung der Flüssigkeitsbewegung im liegenden Behälter ausgerüstet. Die Schlingerwände sind mit Durchbrechungen versehen, und am tiefsten Punkt des Spantkörpers ist am Rand eine kerbförmige Einbuchtung vorgesehen, die für den Durchtritt der Flüssigkeit von einer Behälterkammer zur nächsten dient. Derartige Schlingerwände sind in einer senkrechten Stellung des Behälters wegen ihres großen Abstandes weitgehend wirkungslos.Another well-known liquid container is with built-in roll walls equipped to hinder the movement of liquid in the horizontal container. the Roll walls are provided with openings, and at the lowest point of the frame body a notch-shaped indentation is provided on the edge for the passage of the Liquid from one container chamber to the next is used. Such rolling walls are largely in a vertical position of the container because of their large distance ineffective.

Es ist außerdem ein Abwurfraketengeschoß bekannt, dessen Flüssigkeitsbehälter durch gelochte Längswände mit kreuzförmigem Querschnitt in kleine Kammern unterteilt ist. Diese Maßnahme dient hauptsächlich zur Erhaltung des Gesamtschwerpunktes während des Fluges sowie zur Verhinderung von Rollschwingungen, während Schwappbewegungen durch diese Einrichtung nicht wesentlich behindert werden.There is also a rocket launch projectile known, the liquid container Divided into small chambers by perforated longitudinal walls with a cross-shaped cross-section is. This measure mainly serves to maintain the overall focus during of flight as well as to prevent rolling vibrations during sloshing movements are not significantly hindered by this facility.

Durch einen Flüssigkeitsbehälter mit Einbauten ist es außerdem bekannt, die Innenwandung eines rohrförmigen Behälterteiles mit einem Schneckengang zu versehen. Durch diese bekannte Ausführung läßt sich lediglich ein ungestörter Fluß im Behälter auch bei ruckartigen Bewegungen aufrechterhalten, ohne daß dadurch die Schwappbewegungen der Flüssigkeit nennenswert gedämpft werden.By means of a liquid container with internals, it is also known to provide the inner wall of a tubular container part with a worm gear. This known design allows only an undisturbed flow in the container maintained even with jerky movements without affecting the sloshing movements the liquid can be significantly dampened.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile bekannter Einrichtungen zur Behinderung der Schwappbewegungen von Flüssigkeiten in Behältern zu vermeiden und mit geringem Materialaufwand eine vom Flüssigkeitsstand weitgehend unabhängige wirksame Dämpfung der Schwappbewegung zu erzielen.The invention is based on the problem of known disadvantages Devices for preventing the sloshing of liquids in containers to avoid and with little material expenditure one of the liquid level largely to achieve independent effective damping of the sloshing movement.

Diese Aufgabe wird bei einem Behälter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rinnen oder Taschen in ihrem Grunde auslauföffnungen aufweisen.This object is achieved according to the invention in a container of the type mentioned at the outset solved in that the gutters or pockets have outlet openings in their base.

Zur Bildung jeder Tasche kann ein ringförmiges Blech an der Behälterwand vorzugsweise durch Schweißung befestigt sein, das kegelförmig ist oder eine gekrümmte Erzeugende hat, wobei die Durchflußöffnung in bekannter Weise axial und die kleinen Auslauföffnungen nahe der Behälterwandung angeordnet sind. Das ringförmige Blech kann einen oben nach dem Behälterinnern abgebogenen Rand aufweisen. der die axiale Durchflußöffnung trägt. Jede Tasche kann auch von einem kegelförmig verlaufenden Blech mit axialer Durchflußöffnung und mit unten nach der Wandung hin abgebogenem Rand gebildet werden, wobei der Rand die kleinen Auslauföffnungen trägt. Eine ähnliche Lage der kleinen Auslauföffnungen ist vorgesehen, wenn zur Bildung jeder Tasche ein ringförmiges Blech mit L-förmigen Erzeugenden dient. Die ringförmigen Taschen können durch ffegebenenfalls perforierte Querschotten in Segmente unterteilt sein. Außerdem können die Ringe mit ihren verschiedenen Formen durch einen schraubenförmigen Einbauteil ersetzt werden.An annular plate can be attached to the container wall to form each pocket preferably be attached by welding, which is conical or curved Generating has, with the flow opening in a known manner axially and the small Outlet openings are arranged near the container wall. The ring-shaped Sheet metal can have an edge bent at the top towards the inside of the container. the the axial flow opening carries. Each pocket can also have a tapered shape Sheet metal with axial flow opening and bent down towards the wall Edge are formed, wherein the edge carries the small outlet openings. A similar The location of the small outlet openings is provided when forming each pocket an annular plate with L-shaped generatrices is used. The annular pockets can be divided into segments by perforated transverse bulkheads if necessary. In addition, the rings with their different shapes can be replaced by a helical one Component to be replaced.

Der Behälter kann doppelwandig ausgeführt sein, die Wandungen können durch ring- oder schraubenförmige Stege miteinander verbunden sein, und hierbei kann die Innenwand jeweils große obere Durchlaßöffnungen und kleinere Auslauföffnungen in Nähe des Taschenbodens aufweisen.The container can be double-walled, the walls can be connected to one another by annular or helical webs, and here the inner wall can have large upper passage openings and smaller outlet openings have near the bottom of the bag.

Der Vorteil der Erfindung ist vor allem darin zu sehen, daß durch die besondere Ausbildung der in der Regel ohnehin erforderlichen Versteifungen der Behälterwandung eine fortlaufende Verstimmung der Schwingungseigenschaften der schwappfähigen Flüssigkeit erfolgt und damit eine besonders wirksame Dämpfung der Resonanzspitzen dieser Schwingungen erreicht wird.The advantage of the invention is mainly to be seen in the fact that through the special training of the stiffening of the Container wall a continuous detuning of the vibration properties of the sloshing Liquid takes place and thus a particularly effective damping of the resonance peaks this vibration is achieved.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt eines Behälters für verflüssigte Treibmittel mit bekannten ebenen Dämpfungsringen (Schwallringen) nach Linie 1-I der F i g. 2, F i g. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II der F i g. 1, F i g. 3 bis 7 verschiedene Ausführungsformen der Rinnen oder Taschen bei einwandigen Behältern im größeren Maßstab, F i g. 8 einen Teil eines doppelwandigen Behälters, F i g. 9 die Abwicklung der Innenwand des Behälterteils der F i g. B.The invention is shown in the drawing in several exemplary embodiments explained. It shows F i g. 1 is a longitudinal section of a container for liquefied Propellant with known flat damping rings (surge rings) according to line 1-I the F i g. 2, fig. 2 shows a cross section along line II-II of FIG. 1, Fig. 3 up to 7 different designs of the channels or pockets for single-walled containers on a larger scale, FIG. 8 shows part of a double-walled container, FIG. 9 the development of the inner wall of the container part of FIG. B.

Ein bekannter einwandiger Behälter 1 für verflüssigte Treibmittel einer Rakete weist an der Innenseite im Abstand übereinanderliegende Dämpfungsringe 2, auch Schwallringe genannt, auf, die auch zur Versteifung des Behälters dienen. In den Fig.3 bis 7 sind erfindungsgemäß ausgebildete und angeordnete Ringe dargestellt, die mit der Behälterwandung Taschen 3 bilden, in die die Flüssigkeit hineinschwappen kann. Im Grunde der Taschen 3 sind verhältnismäßig kleine Auslauföffnungen 4 vorgesehen. In den F i g. 3 bis 5 dient zur Bildung der Tasche ein kegelförmig verlaufendes gerades Blech 5, in F i g. 4 hat ein solches Blech an der oberen Kante einen nach dem Behälterinneren abgebogenen Rand 6, in F i g. 5 an der unteren Kante einen nach der Wandung hin abgebogenen Rand 7. In F i g. 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der zur Bildung der ringförmigen Tasche ein Blech 8 mit gekrümmten Erzeugenden dient. In F i g. 7 ist die Tasche durch ein Blech 9 mit L-förmiger Erzeugenden gebildet.A known single-walled container 1 for liquefied propellants a rocket has on the inside at a distance one above the other damping rings 2, also called surge rings, which also serve to stiffen the container. In FIGS. 3 to 7, rings designed and arranged according to the invention are shown, which form pockets 3 with the container wall, into which the liquid sloshes can. Basically the pockets 3 are relatively small outlet openings 4. In the F i g. 3 to 5 is used to form the pocket, a conical one straight sheet 5, in F i g. 4, such a sheet has one at the upper edge the inside of the container bent edge 6, in F i g. 5 on the lower edge the wall bent edge 7. In F i g. 6 shows an embodiment, in the case of a sheet metal 8 with curved generatrices to form the annular pocket serves. In Fig. 7, the pocket is formed by a sheet metal 9 with L-shaped generatrices.

Bei dem in F i g. 8 dargestellten doppelwandigen Behälter 1 ist die nach innen liegende Wand 10 durch ebene Ringbleche 11 mit der äußeren Wand I verbunden. Die Wand 10 weist verhältnismäßig große obere Durchflußöffnungen 12 und kleinere Auslauföffnungen 13 auf. In F i g. 9 ist eine Ausführungsform eines doppelwandigen Behälters in Abwicklung gezeigt, bei der zur Bildung von Querkraftfeldern die Taschen am Umfang der inneren Wand in der Höhe versetzt sind.In the case of the one shown in FIG. The double-walled container 1 shown in FIG. 8, the inwardly lying wall 10 is connected to the outer wall I by flat annular plates 11. The wall 10 has relatively large upper flow openings 12 and smaller outlet openings 13. In Fig. 9 shows an embodiment of a double-walled container in development, in which the pockets on the circumference of the inner wall are offset in height to form transverse force fields.

Die ringförmigen Taschen können durch auf den Umfang verteilte Querschotten in Segmente aufgeteilt sein. Die Querschotten und die Ringbleche sind, um die Darstellung nicht zu überladen, in der Abwicklung durch strichpunktierte Linien angedeutet. Die Querschotten können auch perforiert sein, um einen Flüssigkeitsausgleich zwischen den getrennten Taschen zu schaffen.The annular pockets can be provided by transverse bulkheads distributed around the circumference be divided into segments. The transverse bulkheads and the ring plates are to make the appearance not too overloaded, indicated in the development by dash-dotted lines. The transverse bulkheads can also be perforated in order to allow a fluid balance between to create the separate pockets.

Die Wirkungsweise ist folgendermaßen: Sinkt infolge des Treibstoffverbrauchs der Flüssigkeitsspiegel unter die Oberkante. einer Rinne oder Tasche, wird die Schwappbewegung zunächst abgebremst, wie dies auch bei Anordnung der üblichen ebenen Schwallringe (F i g. 1) erfolgt. Die Flüssigkeit, die über den Rand der Rinne schwappt, wird beim Zurückschwappen nicht so schnell zurückfließen können, so daß die Schwappschwingung gestört wird. Es können sich daher keine ausgeprägten Resonanzschwingungen ausbilden.It works as follows: Decreases as a result of fuel consumption the liquid level is below the upper edge. a gutter or pocket, becomes the sloshing motion initially braked, as is the case with the arrangement of the usual flat surge rings (Fig. 1) takes place. The liquid that sloshes over the edge of the gutter becomes cannot flow back so quickly when sloshing back, so that the sloshing oscillation is disturbed. Therefore, no pronounced resonance vibrations can develop.

Claims

Claims: 1. Device for preventing sloshing movements the liquid in containers, especially in the fuel tanks of rockets rings provided with throughflow openings, the channels, arranged on the container wall or form pockets, characterized in that the channels or pockets (3) in have outlet openings (4, 13) at their base.

2. Device according to claim 1, characterized in that to form each pocket an annular sheet (5, 8) is attached to the container wall (1), preferably by welding, which is conical or has a curved generatrix (F i g. 6) , the throughflow opening 12 being arranged axially in a known manner and the small outlet openings (4) being arranged near the container wall (1) .

3. Set up after Claim 2, characterized in that the ring-shaped sheet (5) has a top the container interior has bent edge (6) which the axial flow opening (12) carries.

4. Device according to claim 1, characterized in that a conical sheet (5) with an axial flow opening (12) and with the edge (7) bent down towards the wall and carrying the small outlet openings (4) is used to form each pocket .

5. Device according to claim 1, characterized in that that to form each pocket an annular plate (9) with L-shaped generatrices serves (Fig. 7), on the smaller branch facing the container wall the small ones Outlet openings (4) are provided.

6. Device according to claim 1 to 5, characterized characterized in that the annular pockets are optionally perforated by transverse bulkheads are divided into segments.

7. Device according to claim 1, characterized in that the rings (5, 8) are replaced after spoke 2 to 4 by a helical mounting part. B. Device according to claim 6, characterized in that the container is double-walled, the walls (1, 10) are connected to one another by annular or helical webs (11) and the inner wall has large upper flow openings (12) and smaller outlet openings ( 13) near the bottom of the bag. Documents considered: German Patent No. 1140 086; British Patent No. 550,326; U.S. Patent No. 2,884,859.