DE1248374C2 - Antriebsvorrichtung mit einem Strahltriebwerk - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

F02k

Deutsche Kl.: 46 g -1/05

1 248 374
H 56217 I a/46g
3.Juni 1965
24. August 1967
7. März 1968

Auslegetag:

Ausgabetag:

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einem Strahltriebwerk, das eine mit einer Zündeinrichtung versehene Druckkammer für Wasserstoff und Sauerstoff als Treibstoffkomponenten aufweist.

Die bekannten Wasserstoff-Sauerstoff-Antriebssysteme ermöglichen es, auf relativ geringem Raum sehr hohe Energie zu speichern, haben jedoch den Nachteil, daß die Handhabung, die Förderung und die Lagerung des Wasserstoffes erhebliche Probleme bereitet, weil der Wasserstoff auf sehr tiefen Temperaturen gehalten werden muß. Wenn ein derartiger Antrieb in Satelliten zur Korrektur ihrer Bahn Verwendung finden sollte, müßte noch durch eine geeignete Isolierung dafür gesorgt werden, daß die von der Erde ausgehende Wärmestrahlung ohne Einfluß bleibt. Im Hinblick auf eine gute Regelung der Treibstoffzufuhr und ausreichende Sicherheit müßte ein solches Antriebssystem als Mehrkammersystem mit Druckgasaustreibung ausgebildet werden. Die Anwendung einer solchen Druckgasaüstreibung ist aber dann problematisch, wenn eine Antriebsvorrichtung benötigt wird, die während einer langen Betriebszeit von Wochen, Monaten oder gar Jahren betriebsfähig sein soll. In diesem Fall kann nämlich das Gas, das zur Förderung des Treibstoffes in die Brennkammer benutzt wird, durch kleinste Leckstellen oder langen Gebrauch verlorengehen, so daß der in den Tanks verbleibende Treibstoff nicht mehr ausgenutzt werden kann. Aus diesen Gründen sind die bekannten Strahltriebwerke, die Wasserstoff und Sauerstoff als Treibstoffkomponenten verwenden, nicht dazu geeignet, dort verwendet zu werden, wo während einer langen Betriebszeit häufig Antriebsimpulse kurzer Dauer zu liefern sind. Derartige Betriebsbedingungen bestehen beispielsweise bei einem synchron umlaufenden Nachrichtensatelliten, der über einem bestimmten Punkt der Erde eine feste Stellung einzunehmen scheint. Bei dieser Art eines Raumfahrzeuges hat die Dreiachsigkeit, die von den asphärischen Abweichungen der Erde gebildet wird, eine Störung in Form einer scheinbaren Ost-West-Drift zur Folge. Außerdem bewirken die Schwerefelder von Sonne und Mond Änderungen der Nord-Süd-Inklination. Infolgedessen werden bei einem solchen Satelliten Strahltriebwerke benötigt, mit denen die Umlaufbahn über lange Zeiträume hinweg ständig korrigiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung unter Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff als Treibstoffkomponenten zu schaffen, der während einer langen Betriebsdauer in der Lage ist, häufig für kurze Zeitabschnitte in Betrieb gesetzt zu werden. Weiterhin soll die erfindungs-Antriebsvorrichtung mit einem Strahltriebwerk

Patentiert für:

Hughes Aircraft Company,
Culver City, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Phys. R. Kohler

und Dipl.-Phys. H. Schwindling, Patentanwälte,

Stuttgart, Hohentwielstr. 28

Als Erfinder benannt:

Daniel D. Newman, Inglewood, Calif.;

Harold A. Rosen, Santa Monica, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 10. Juni 1964 (374 012) - -

gemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, daß die Behandlung und Speicherung der Treibstoffe keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Endlich soll die Vorrichtung nach der Erfindung während ausgedehnter Zeiträume unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit oder nahe der Schwerelosigkeit einwandfrei arbeiten und zunehmend weniger Leistung benötigen, je länger die Betriebszeit währt.

Diese Aufgaben werden nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Elektrolysekammer vorgesehen ist, in der sich eine elektrolysierbare, Sauerstoff und Wasserstoff enthaltende Flüssigkeit befindet und in der eine mit der Flüssigkeit in Berührung stehende Elektrodenanordnung vorgesehen ist, die mit einer elektrischen Stromquelle schaltbar verbunden ist, wobei zwischen der Elektrolysekammer und der Brennkammer eine Rohrleitung für das Überströmen der Gase in die Brennkammer besteht und in dieser Rohrleitung eine Rückschlagsicherungseinrichtung gegen ein Zurückschlagen der Flamme von der Brennkammer zu der Elektrolysekammer angeordnet ist.

Durch die Erfindung wird ein Antrieb geschaffen, bei dem der Treibstoff ohne Schwierigkeiten für große Zeiträume speicherbar ist, weil er in Form eines unentzündbaren, stabilen Mediums vorliegt, das keiner Spezialbehandlung bedarf, sondern unter Normal-

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druck stehen kann und keine besondere Kühlung benötigt. Es besteht auch keine Gefahr, daß der Treibstoff oder Druckgase zum Austreiben des Treibstoffes durch mikroskopische Lecke im Laufe der Zeit entweichen. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zeichnet sich infolgedessen durch einen sehr einfachen Aufbau und über lange Zeiträume hinweg hohe Betriebssicherheit aus.

Elektrolysierbare Flüssigkeiten, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt werden können, sind beispielsweise Wasser, das Kaliumhydroxyd enthalten kann, und Wasserstoffsuperoxyd.

Es kann die Sonnenenergie dazu benutzt werden, um die elektrische Energie zu erzeugen, die dazu benötigt wird, um beispielsweise die innerhalb einer geschlossenen Kammer enthaltene Lösung von Kaliumhydroxyd in Wasser einer Elektrolyse zu unterwerfen und einen aus gasförmigem Wasserstoff und gasförmigem Sauerstoff bestehenden Zweikomponententreibstoff hoher Energie zu erzeugen, der bis zum Gebrauch gespeichert wird. Auf ein Steuersignal wird dann der gespeicherte gasförmige Zweikomponententreibstoff einem Triebwerk zugeführt und entzündet, um die Antriebskräfte während genau gesteuerter, kurzer Zeitspannen zu erzeugen. Wenn die Menge des gespeicherten Gases ein bestimmtes Niveau unterschreitet, wird die Elektrolyse erneut in Gang und so lange fortgesetzt, bis wieder ein ausreichendes Niveau erreicht ist.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung nach der Erfindung mit zwei Triebwerken in schematischer Darstellung, in der die ein Medium führenden Leitungen durch Doppellinien und die Strom führenden Leitungen durch einfache Linien veranschaulicht sind,

F i g. 2 die perspektivische Ansicht eines synchron umlaufenden, eine Eigenrotation ausführenden Satelliten mit einer Antriebsvorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 3 die Seitenansicht eines zur Erzeugung des Treibstoffes dienenden Tankes der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2, der teilweise zur Veranschaulichung der Elektrolysekammer aufgebrochen ist,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Form eines erzielbaren Schubimpulses,

F i g. 5 ein Blockschaltbild eines Abschnittes des elektrischen Steuersystems, das einem der Triebwerke der Vorrichtung nach F i g. 1 zugehört,

Fig. 6 ein Triebwerk der Vorrichtung nach Fig. 1 teilweise im Schnitt und teilweise zur Veranschaulichung der Anordnung der Zündkerze und einer von einem porösen Stopfen gebildeten Rückschlagsicherung im Schnitt,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung teilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt und

F i g. 8 einen vergrößerten Längsschnitt durch die Elektrolysekammer der Vorrichtung nach F i g. 7.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 wird das innerhalb geschlossener sphärischer Kammern 20 und 21 zweier kugelförmiger Tanks 18 und 19 gespeicherte Wasser einer Elektrolyse unterworfen, um das Wasser aufzuspalten und Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen. Wenn ein bestimmter Gasdruck erreicht ist, wird ein Druckschalter 23 betätigt, der an die Steuerschaltung 24 ein Signal liefert und dadurch die Elektrolyse unterbricht. Von der Steuerschaltung 24 gelieferte getrennte Steuersignale werden'ihrerseits dazu benutzt, wahlweise zwei normalerweise geschlossene Magnetventile 26 und 27, die zur Steuerung des Treibstoffes dienen, zu öffnen und die Wasserstoff-Sauerstoff-Mischung den Brennkammern zweier Strahltriebwerke 28 und 29 zuzuführen. Zu der gleichen

ίο Zeit, zu der die Magnetventile 26 und 27 geöffnet werden, wird auch zwei Zündkerzen 30 und 31 Energie zugeführt, um die in den Brennkammern der Triebwerke enthaltenen Gase zu entzünden und dadurch über die Düsen dieser Triebwerke einen Schub zu entwickeln.

Wenn die Antriebsvorrichtung nach Fig. 1 dazu benutzt wird, um einen synchron umlaufenden Satelliten (F i g. 2) an der gewünschten Stelle zu halten, ist ein Triebwerk 29 parallel zur Spinachse des eine

ίο Eigenrotation ausführenden Satelliten ausgerichtet und vorzugsweise gegenüber dieser Achse radial versetzt, während das andere Triebwerk 28 radial zur Spinachse nach außen gerichtet und vorzugsweise in der Ebene des Schwerpunktes des Satelliten angeordnet ist. Bei dieser Anordnung würde das axial ausgerichtete Triebwerk 29 in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise betrieben werden, um die Wirkungen der Anziehungskräfte von Sonne und Mond auf den Satelliten auszugleichen. Das radial gerichtete Triebwerk 29 würde statt dessen periodisch in einem bestimmten Winkelbereich der Rotationsbewegung des Satelliten impulsmäßig betrieben werden, um der Ost-West-Drift entgegenzuwirken.

Die beiden kugelförmigen Elektrolysetanks 18 und 19 nach F i g. 1 sind symmetrisch zur mittleren Spinachse angeordnet, so daß das in den Kammern enthaltene Wasser durch die Zentrifugalkräfte in bezug auf die Spinachse radial nach außen gedrängt wird. Die beiden Kammern 20 und 21 bestehen aus Kohlenstoffstahl oder einem anderen geeigneten elektrisch leitenden Material mit hoher Zugfestigkeit und können vernickelt sein, um die mit einer Oxydation verbundenen Probleme auszuschalten. Die beiden Kammern umgeben je eine die Anode bildende Elektrode 33 bzw. 34. Die Elektroden werden von einem Drahtgewebe oder Schirm aus Nickel gebildet und werden an dem jeweils radial außenliegenden Abschnitt der Kammerwand mit Hilfe eines Isolierkörpers 36 im Abstand von der Wand gehalten (F i g. 3); Eine der Stromzuführung dienende Leitung 37 durchdringt die Wandung der sphärischen Kammer 20, um der Anode 33 Strom mit einer gegenüber dem Massepotential positiven Spannung zuzuführen. Wenn der Anode 33 Strom zugeführt wird, werden Sauerstoffblasen (O₂) an der Oberfläche der Anode erzeugt, während an der als Kathode wirkenden Wandung der Kammer 20 Wasserstoffblasen (H₂) erzeugt werden. Diese ein geringes Gewicht aufweisenden Gasblasen entweichen in einen flüssigkeitsfreien Raum, der sich der Anode 33 diametral gegenüberliegend befindet, und es bildet sich in der Kammer ein Vorrat einer unter Druck stehenden Gasmischung aus Wasserstoff und Sauerstoff.

Das benötigte Wasser wird im voraus in die sphärischen Kammern durch ein Einfüllventil 41 eingegeben, das von der Art sein kann, die einen durch Federdruck und den inneren Gasdruck sich schließenden Ventilkörper aufweist. Da für das zu erzeugende

Gas Platz vorhanden sein muß, wird der Tank nicht gänzlich gefüllt.

Einige Vorteile der Benutzung von Wasser als Treibstoff bestehen darin, daß es sich um eine nicht entflammbare und stabile Flüssigkeit handelt, die während langer Speicherzeiten nicht verharzt oder verschlammt und keine besonderen Isolationen bei der Speicherung und gegen ein Ausdiffundieren erfordert. Außerdem hat Wasser eine hohe Dichte im Vergleich zu vielen Treibstoffen, während Sauerstoff und Wasserstoff, die aus dem Wasser erzeugt werden, einen Treibstoff hoher Wirksamkeit bilden.

Um 'die Elektrolyse zu unterstützen, wird dem Wasser ein Elektrolyt wie Kaliumhydroxyd hinzugefügt, so daß der Elektrolyt eine Konzentration von 0,4 normal, also von 0,4 Grammol pro Liter aufweist. Da das Wasser bei der Gaserzeugung verbraucht wird, nimmt die Konzentration des Kaliumhydroxyds zu. Je mehr diese Konzentration zunimmt, um so weniger Leistung wird benötigt, um eine bestimmte Gasmenge zu erzeugen. Dies hat zur Folge, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung um so weniger Leistung beim Betrieb benötigt, je langer die Betriebszeit andauert, was den Vorteil hat, daß die Zuverlässigkeit des Systems zunimmt und dadurch die Alterung der Stromquelle, beispielsweise einer Sonnenbatterie 51 (F i g. 2) kompensiert.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein Gewichtsausgleich in bezug auf die Spinachse durch eine Ausgleichsleitung 43 erzielt, die die beiden radial am weitesten nach außen liegenden Stellen der beiden sphärischen Kammern 20 und 21 miteinander verbindet, so daß die Zentrifugalkräfte ausreichen, um Wasser von dem einen Tank in den anderen Tank zur Wiederherstellung eines Gleichgewichtes zu bringen. Vorteile dieses Ausgleiches liegen in dem Bestreben, jede Unwucht bei der Rotation des Satelliten auszugleichen, während zugleich gewährleistet ist, daß eine der Kammern nicht vor der anderen trockenläuft, falls eine der beiden zur Elektrolyse dienenden Anordnungen Wasser schneller verbraucht als die andere.

Sobald so viel Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt worden ist, daß der sich in dem flüssigkeitsfreien Raum und der Gassammelleitung 46 entwickelnde Druck hoch genug ist, um den Druckschalter 23 zu schließen, wird die Steuerschaltung 24 abgeschaltet und die Elektrolyse beendet. Danach verbleibt das Gas in dem flüssigkeitsfreien Raum unter Druck, bis es benötigt wird. Während der Speicherung haben die beiden Gase eine genaue Mischung von 8:1, wie es sich durch die Zusammensetzung des Wassers ergibt. Infolgedessen · können keine Verschiebungen des Mischungsverhältnisses bei dem erfindungsgemäßen System auftreten, so daß ein spezifischer Impuls konstanter Höhe von rund 360 Sekunden gewährleistet ist, d. h. ein konstanter Schub pro pond des in der Sekunde verbrannten Treibstoffes. Weiterhin ist die aus Wasserstoff und Sauerstoff bestehende Gasmischung leicht zündbar, was eine geringe Zeitkonstante zur Folge hat, brennt gleichmäßig und schnell, erfordert nur geringe Verbrennungsdrücke und bildet keine festen Rückstände. Infolgedessen ist die Lebensdauer der Triebwerke relativ lang und die Wirkungsweise über große Zeitspannen sehr zuverlässig. Durch diese Eigenschaften ist es möglich, Schubimpulse mit der genau vorhersagbaren Form, wie sie in Fig. 4 graphisch dargestellt ist, zu erzeugen.

Die oben beschriebene Elektrolyse kann leicht mit Hilfe einer elektrischen Steuerschaltung ausgeführt werden, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist. Nachdem der Satellit seine Aufgabe übernommen hat, kann ein Steuersignal einer nicht näher dargestellten Befehlsschaltung zugeführt werden, um einen Steuerschalter

47 zu betätigen und dadurch den Fluß eines Elektrolysestromes zum Tank 18 auszulösen. Die Befehlsschaltung kann von jeder üblichen Art sein. Nach der

ίο Betätigung des Steuerschalters 47 wird der Klemme

48 einer Stromquelle Energie entnommen. Diese Stromquelle umfaßt eine Gleichstromspeicherbatterie 49, die ihrerseits an eine Sonnenbatterie 51 angeschlossen ist. Die Sonnenbatterie kann von jeder übliehen Art sein und aus einer Vielzahl flacher rechteckiger Zellen bestehen, von denen jede in der Lage ist, eine elektrische Leistung von 0,5 V und 50 mA zu liefern. Durch Verbindung dieser Zellen zu Säulen zum Anheben der Spannung und durch Parallel-

ao schaltung dieser Säulen zur Erhöhung der Stromstärke wird genügend Leistung erzeugt, um die Schaltung zu betreiben.

Der Steuerschalter 47 wird im wesentlichen von einem üblichen elektromechanischen oder elektronischen Schalter gebildet, der dazu dient, die elektrische Leistung einem Gleichspannungswandler 52 zuzuführen, der seinerseits einen konstanten Strom bei veränderlicher Ausgangsspannung von etwa 2 V zur Elektrolyse des in der Kammer des Tankes 18 enthaltenen Wassers liefert. Der Gleichspannungswandler kann von jeder üblichen Art sein. Um ein stabiles Arbeiten dieser Schaltung zu gewährleisten, ist eine Spannungsbezugsschaltung 53 vorgesehen, die das Leistungssignal vom Ausgang des Steuerschalters

47 empfängt und eine stabile Referenzschaltung für eine feste Frequenzsteuerung einer Triggerschaltung 56 liefert. Die Spannungsbezugsschaltung 53 kann von üblicher Art sein. Die Triggerschaltung 56 empfängt die Bezugsspannung und trennt die Spannungsbezugsschaltung 53 von dem Gleichspannungswandler 52, wodurch eine stabile und zuverlässige Funktion des Wandlers unter allen Belastungen gewährleistet ist. Das Ausgangssignal der Triggerschaltung 56 wird dazu benutzt, den Gleichspannungswandler von außen so anzustoßen, daß ein gleichgerichteter konstanter Strom von etwa 2 A der Anode 33 nach F i g. 1 zugeführt wird.

Der Druckschalter 23 ist so angeordnet, daß er auf den Gasdruck anspricht und eine Elektrolyse nur dann in Gang setzt, wenn der Druck unter ein bestimmtes Niveau abfällt. Der Druckschalter 23 kann in üblicher Weise eine Membran aufweisen, die einen Mikroschalter oder Endschalter betätigt, wenn der auf die eine Seite der Membran ausgeübte Druck einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Wenn der Druckschalter betätigt wird, wird der Steuerschalter 47 geöffnet, um den Gleichspannungswandler stromlos zu machen und die Elektrolyse zu beenden. Wenn der Gasdruck unter einen bestimmten Schwellwert abfällt, wird die Betätigung des Druckschalters 23 unterbrochen und der Steuerschalter 47 wieder geschlossen, so daß dem Gleichspannungswandler 52 erneut ein Strom zugeführt und die Elektrolyse wieder in Gang gesetzt wird. Dieser Kreislauf wiederholt sich während der ganzen Lebensdauer der Vorrichtung.

Wenn Schubkräfte benötigt werden, werden wahlweise eine oder beide der schnellschaltenden Magnetventile'26 und 27 nach F i g. 1 erregt und dadurch die

unter Druck stehenden Gase zum Einströmen in die entsprechende Brennkammer der Triebwerke 28 und 29 freigegeben. Bei den Ventilen kann es sich um geeignete, im Handel erhältliche Magnetventile handeln, die eine kurze Öffnungszeit in der Größenordnung von 2 bis 8 Millisekunden haben.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, fließt bei geöffnetem Magnetventil 26 der gasförmige Treibstoff durch einen porösen Einsatz 57, der ein Rückschlagen verhindert, in die Brennkammer 58 des Triebwerkes 28. Das Triebwerk 28 wird von einer dünnwandigen Düsenkönstruktion gebildet und kann aus sauerstofffreiem Kupfer bestehen. Ein Wärmespeicher 59, der von einer großen Metallmasse gebildet wird, ist an dem Einlaßende des Triebwerkes angeordnet, um von der Düse abgegebene Wärme aufzunehmen und zu speichern und dadurch übermäßig hohe Temperaturen in dem porösen Einsatz 57, der Gasleitung 46 und den Magnetventilen 26 und 27 -zu vermeiden. Die Zündkerze 31 ist in die Wandung des Triebwerkes im Bereich der Brennkammer 58 eingeschraubt. Die Elektroden der Zündkerze fluchten im wesentlichen mit der Wandung der Brennkammer, um bei dieser Ausführungsform der Erfindung ein schnelles Zünden der Gasmischung bei großer Lebensdauer der Elektroden zu gewährleisten.

Zur gleichen Zeit, zu der das den Treibstoff steuernde Ventil 26 geöffnet wird, wird der Zündkerze 31 eine hohe Wechselspannung zugeführt. Ein Steuersignal von einer üblichen, nicht dargestellten Fernmeßschaltung schließt einen Steuerschalter 61 (Fig. 5) und führt dadurch elektrische Energie dem Magnetventil 26 zur Steuerung des Treibstoffes und einem Zerhacker 62 zu. Der Steuerschalter 61 kann ein üblicher elektromechanischer oder elektrischer Schalter sein, der lediglich den Gleichstrom von der Stromquelle zum Zerhacker und zum Magnetventil 26 leitet. Die Frequenz des Wechselstrom-Ausgangssignals dieses Zerhackers kann im Bereich von 3 bis 10 kHz liegen. Zur Stabilisierung des Zerhackers 62 kann eine Bezugsschaltung vorgesehen sein, die eine Bezugsspannungsquelle 63 und eine Triggerschaltung 64 umfaßt, die zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Zerhacker 62 angeordnet sind, so daß eine stabile Bezugsspannung geschaffen wird und eine feste Frequenzsteuerung des Triggers 64 gewährleistet ist. Hierdurch wird die Frequenz des Zerhackers 62 gegen Belastungsschwankungen stabilisiert. Die die Bezugsspannung erzeugende Schaltung 63 und der Trigger 64 sind ebenso wie die obenerwähnte Bezugsspannungsschaltung 53 und Trigger 56 von üblichem Aufbau. Die vom Zerhacker 62 abgegebene Wechselspannung wird den Primärklemmen einer Zündspule zugeführt, welche die Spannung stark heraufsetzt. Eine typische Ausgangsspannung der Zündspule beträgt 13 000 V.

Wenn beim Betrieb der gasförmige Treibstoff in die Brennkammer des Triebwerkes eintritt, werden die Gase nicht gezündet, ehe der Druck in der Kammer einen bestimmten, wenn auch niedrigen Wert erreicht. Zu dieser Zeit werden die Gase durch Funken der Zündkerze 31 entzündet, und es bildet sich eine Flamme aus, die sich selbst aufrechterhält. Diese Flamme steht in bezug auf den ein Rückschlagen verhindernden Einsatz 57 stromabwärts. Da die Zündkerze im Vakuum keine Funken bildet, ist es möglich, ein einziges Hochspannungszündsystem für mehrere einer Antriebsvorrichtung gemeinsamen Triebwerke vorzusehen. Dabei wird der Gasstrom dazu benutzt, eine Funkenbildung an der Kerze hervorzurufen. Infolgedessen zeichnet sich diese Zündvorrichtung durch ihre Einfachheit und Zuverlässigkeit besonders aus.

Der poröse Einsatz 57 verhindert ein Zurückschlagen der Flamme in das zur Gaserzeugung dienende System, indem es die Flamme abkühlt und löscht, wenn sie der stromabwärts liegenden Fläche

ίο dieses Einsatzes zu nahe kommt. Damit der Einsatz diese Funktion erfüllen kann, besteht er aus einem wärmeleitenden Werkstoff und hat einen guten mechanischen Kontakt mit dem Wärmespeicher 59 des Triebwerkes. Weiterhin weist er eine genügende Formbeständigkeit auf, um den Druckwellen zu widerstehen, die während des Zündens des Gases auftreten. Eine Ausführungsform des porösen Einsatzes, die sich als besonders geeignet erwiesen hat, wird von einem gesinterten Nickelkörper von etwa 3,2 mm Dicke gebildet, der eine Porengröße von 0,01 bis 0,1 mm aufweist. Die spezielle Porengröße ist danach zu wählen, welcher Druckabfall an dem Einsatz erwünscht bzw. zulässig ist.

Wenn ein Signal zum Stillsetzen des Triebwerkes gegeben wird, wird das Magnetventil 26 geschlossen und der Zerhacker 62 abgeschaltet. Der restliche Treibstoff, der sich zwischen dem Magnetventil 26 und der Brennkammer befindet, wird schnell verbrannt, so daß der Schub des Triebwerkes schnell beendet wird. Hierdurch ist eine genaue Steuerung der Impulsdauer möglich. Ein Vorteil der Benutzung eines gasförmigen Treibstoffes besteht darin, daß nach dem Schließen des Magnetventils keine tröpfelnden Treibstoffreste verbleiben und infolgedessen ein

s? schnelles Beenden des Schubimpulses gewährleistet ist. Weiterhin ist wegen des festen Mischungsverhältnisses der Gase die Impulsamplitude relativ konstant und vorherbestimmbar.

Bei dem in den F i g. 7 und 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht keine Notwendigkeit, den sphärischen Tank 71 um eine zentrale Achse zu rotieren, um das Wasser vermittels Zentrifugalkräften von den entwickelten Gasen zu trennen. Statt dessen weist der sphärische Tank 71 eine zylindrische Elektrolysekammer 72 auf, die zugleich zur Speicherung des Wassers dient und mit Hilfe eines verschraubten Flansches 73 an dem Tank derart befestigt ist, daß sie in den Tank hineinragt. Bei der folgenden Beschreibung ist zu berücksichtigen, daß hier eine gewisse Übereinstimmung mit Elementen des bereits beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht. Deshalb sind die gleichartigen Elemente in der gesamten Beschreibung mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 8 dargestellte Elektrolysekammer 72 weist einen Wasser absorbierenden Docht 76 auf, der zwischen ein Kathodennetz 77 und ein Anodennetz 78 angeordnet ist, um den Oberflächen dieser Elektroden oder Netze durch Kapillarwirkung Wasser zuzuführen. Genauer gesagt weist die Kammer 72 ein hohles zylindrisches Außengehäuse 81 auf, das an dem Flansch 73- befestigt ist und von einer Seite dieses Flansches absteht. Der Flansch 73 und das zylindrische Gehäuse 81 bestehen aus einem elektrisch leitenden Metall und befinden sich auf dem gleichen Potential wie der sphärische Tank. Das zylindrische Kathodennetz 77 besteht aus einem Drahtgewebe aus Nickel und ist in das zylindrische Gehäuse so ein-

gesetzt, daß es an der Innenfläche der Gehäusewandung anliegt und mit dem Gehäuse in elektrischem Kontakt steht. Der hohle zylindrische Docht 76 besteht aus einem wasserabsorbierenden Werkstoff, der eine Kapillarwirkung aufweist, beispielsweise aus Asbestfilz oder Kunststoffschaum. Die gewickelte Anode 78 besteht aus Drahtgewebe und ist so angeordnet, daß sie an der Innenfläche des Dochtes 76 anliegt. Der zur Elektrolyse dienende Strom wird der Anode 78 von dem Gleichstromwandler 52 mit Hilfe einer Stromleitung 83 zugeführt, die gegenüber dem Gehäuse isoliert ist. Ein mit einer Öffnung versehener Deckel 84, der aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff besteht, ist mit dem offenen Ende des zylindrischen Gehäuses 81 verschraubt und hält die Elektroden und den Docht an ihrem Platz. Weiterhin erlaubt dieser Deckel das Entweichen des entwickelten Gases in den sphärischen Tank 71.

Beim Betrieb dringt das Wasser in die Elektrolysekammer durch einen eingeschraubten Nippel 86 und eine Bohrung 87 in die Speicherkammer 88 ein. Der Docht 76 wird dadurch gesättigt und bringt das Wasser in Berührung mit der. Kathode 77 und der Anode 78, so daß an der Oberfläche des Kathodengitters 77 gasförmiger Wasserstoff und an der Oberfläche des Anodengitters gasförmiger Sauerstoff erzeugt werden. Der Wasserstoff entweicht längs den Zwischenräumen zwischen den Drähten des Kathodennetzes und der Gehäusewandung und tritt durch den Zwischenraum aus, der zu diesem Zweck zwischen dem Ende des Dochtes 76 und der Innenfläche des Deckels 84 freigelassen worden ist. Der Sauerstoff entweicht seinerseits durch den hohlen Innenraum, der von den das Anodennetz 78 bildenden Drähten umschlossen wird. Diese Gase entweichen dann in den sphärischen Tank 71 durch die in dem Deckel vorhandene Öffnung. Wenn der Docht in der Nachbarschaft der Elektroden auszutrocknen droht, wird durch die Kapillarwirkung des Dochtes neues Wasser mit den Elektrodenflächen in Beruhrung gebracht.

Die Wirkungsweise der Antriebsvorrichtung nach den F i g. 7 und 8 ist im wesentlichen der Wirkungsweise des bereits beschriebenen Ausführungsbeispiels gleich. Wenn sich innerhalb des sphärischen Tankes 71 ein Gasdruck aufbaut, wird der Druckschalter 23 geschlossen, um die Energiezufuhr zur Anode abzuschalten und dadurch die Elektrolyse zu beenden. Wenn ein Schub benötigt wird, wird das Magnetventil 26 geöffnet, so daß Gas durch den porösen Einsatz in die Brennkammer des Triebwerkes 28 einströmen kann. Zugleich wird der Zerhacker 62 eingeschaltet, der dann der Zündkerze 31 eine hohe Wechselspannung zuführt. Hierdurch wird das Gas gezündet, und es wird von den entweichenden Verbrennungsgasen ein Schub ausgeübt.

Beide Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung könnten auch als Druckerzeuger für das Ausstoßen eines flüssigen Treibstoffes verwendet werden. In solchem Fall würde das erzeugte Gas mit dem Innenraum des den flüssigen Treibstoff enthaltenden Tankes in Verbindung stehen, um auf diesen Treibstoff eine Kraft auszuüben. Ein Vorteil dieser Art einer Druckerzeugung besteht darin, daß bei der Verwendung einer sochen Vorrichtung geringe Leck-Verluste kompensiert werden könnten, weil die Vorrichtung in der Lage ist, die verlorenen Gase zu ersetzen.

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Antriebsvorrichtung mit einem Strahltriebwerk, das eine mit einer Zündeinrichtung versehene Brennkammer für Wasserstoff und Sauerstoff als Treibstoff komponenten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrolysekammer (20) vorgesehen ist, in der sich eine elektrolysierbare, Sauerstoff und Wasserstoff enthaltende Flüssigkeit befindet und in der eine mit der Flüssigkeit in Berührung stehende Elektrodenanordnung (33) vorhanden ist, die mit einer elektrischen Stromquelle (51) schaltbar verbunden ist, wobei zwischen der Elektrolysekammer und der Brennkammer eine Rohrleitung (46) für das Überströmen der Gase in die Brennkammer besteht und in dieser Rohrleitung' eine Rückschlagsicherungseinrichtung (57) gegen ein Zurückschlagen der Flamme von der Brennkammer zu der Elektrolysekammer angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in der Elektrolysekammer (20) Wasser enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in der Elektrolysekammer (20) Kaliumhydroxyd enthält.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Einrichtungen (76) zur Trennung der Flüssigkeit von den Gasen vorgesehen sind und diese Einrichtungen zugleich die Flüssigkeit in Berührung mit. der Elektrodenanordnung (77, 78) halten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Einrichtungen zur Trennung der Flüssigkeit von den Gasen eine die Elektrolysekammer (20) in Rotation versetzende Zentrifuge umfassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Einrichtungen zur Trennung der Flüssigkeit vor* den Gasen einen Docht (76) umfassen, der die Flüssigkeit durch Kapillarwirkung in Berührung mit der Elektrodenanordnung (77, 78) bringt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,- dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung eine in der Brennkammer (58) angeordnete Zündkerze (31) umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rohrleitung (46) zwischen der Elektrolysekammer (20) und der Brennkammer (58) ein Steuervenitl (26) zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Leitung (46) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Steuerventil (26) und der Zündvorrichtung (31) ein Schubsteuerschalter (61) verbunden ist, der zugleich das Steuerventil öffnet und der Zündvorrichtung Energie zuführt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagsicherungseinrichtung (57) einen porösen Einsatz (57) umfaßt, der aus gesintertem Nickel besteht und in dem Triebwerk (28) am Eingang der Brennkammer (58) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet; daß die Elektrodenanordnung eine Elektrode (33) um-

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faßt, die in der Elektrolysekammer (20) angeordnet und auf einem anderen Potential gehalten wird als die Wandung der Elektrolysekammer, welche die andere Elektrode bildet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung zwei konzentrische Elektroden (77 und 78) umfaßt, die aus einem Drahtnetz bestehen, und daß ein Docht (76) konzentrisch zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist und die Flüssigkeit in Berührung mit den Elektroden bringt.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Eingangsöffnung der Brennkammer (58) ein Wärmespeicher (59) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Stromquelle eine Sonnenbatterie (51) umfaßt.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (24) für den Elektrolysestrom druck-

abhängig ausgebildet ist, indem er den Strom einschaltet, wenn der Druck in der Elektrolysekammer unter einen bestimmten Wert absinkt, und ausschaltet, wenn der Druck über einen bestimmten Wert ansteigt.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Elektrolysekammer (20, 21) zwei Triebwerke (28 und 29) verbunden sind, von denen das eine auf die Bahn eines Raumfahrzeuges und das andere senkrecht zu dieser Bahn ausgerichtet ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektrolysekammern (20 und 21) radial symmetrisch zu der Spinachse eines Raumfahrzeuges (51) angeordnet sind und die radial außen liegenden Abschnitte der beiden Elektrolysekammern durch eine Ausgleichsleitung (43) für das in den Kammern enthaltene Medium verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Technische Rundschau«, 54. Jahrgang, Nr. 42
(5. 10. 1962), S. 7, 9, 11, 13.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

709 638/141 Ϊ. 67 Q Bundesdruckerei Berlin