DE1251086B

DE1251086B - Emkammer-Doppelschubtriebvverk

Info

Publication number: DE1251086B
Application number: DEB81344A
Authority: DE
Inventors: München Dipl Ing Johannes Schubert
Original assignee: Bolkow Gesellschaft mit beschrankter Haftung, Ottobrunn bei München
Priority date: 1965-04-07
Filing date: 1965-04-07
Publication date: 1967-09-28
Also published as: FR1472366A; SE333276B; US3397539A; GB1138636A; CH432133A

Description

BUNiDESSEPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetagi

F02k

Deutsche Kl.: 46 %- 1/01"

B 813441 a/46 g

7. April 1965

28. September 1967

Die Erfindung betrifft einEinkammer-Doppelschubtriebwerk mit einem Stimbrennertreibsatz, welcher aus mindestens zwei miteinander verklebten Teiltreibsätzen verschiedener chemischer Zusammensetzung und unterschiedlicher Abbrandgeometrie besteht und welcher freistehend in der Brennkammer mit einem Ringspalt zwischen Treibsatz und Brennkammerwand angeordnet ist.

Bei Triebwerken der vorgenannten Art muß infolge der im Ringspalt zwischen Treibsatz und Brennkammer gleichmäßigen Druckverteilung die Brennkammerwand auf ihrer ganzen Länge auf den zu erwartenden Höchstdruck, der durch einen Teil des Treibsatzes entwickelt werden kann, ausgelegt werden (deutsche Patentschriften 968 599 und 969 188).

Da der Höchstdruck ζ. B. eines Beschleunigungstreibsatzes jedoch nur verhältnismäßig kurze Zeit wirksam ist, ergibt sich hieraus für die bekannten Emkammer-Doppelschubtriebwerke der Nachteil, daß ihre gesamte Brennkammer während der Verbrennungsphase des einen geringeren Druck erzeugenden Treibsatzanteils mit einem überflüssigen Gewichtsund Materialaufwand belastet ist. Ein in dieser Weise ausgebildetes Triebwerk besitzt dadurch ein so ungünstiges Leistungsgewicht, daß es die Leistungen von mehrstufigen Triebwerken öder von Raketenmotoren mit z. B. getrennten Start- und Marschtriebwerken vergleichbarer Größe nicht zu erreichen vermag. Dies gilt in besonderem Maße für Triebwerke, bei denen nach einer verhältnismäßig kurzen Beschleunigungsphase mit hohem Brennkammerdruck eine lange Marschphase mit niedrigem Brennkammerdruck folgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend geschilderten Nachteile der bekannten Einkammer-Doppelschubtriebwerke zu beseitigen und ohne nennenswerten technischen Aufwand das Leistungsgewicht so weit zu verbessern, daß es mindestens demjenigen von Mehrkammertriebwerken oder mehrstufigen Feststoff-Raketentriebwerken entspricht.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Triebwerk der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Ringspalt senkrecht zur Brennkammerlängsrichtung eine Dichtung jeweils in demjenigen Bereich des Gesamttreibsatzes angeordnet ist, in dem zu Folge eines anderen Wertes der vom Treibsatz pro Zeiteinheit erzeugten Gasmenge Änderungen im Brennkammerdruck auftreten, und daß die Wandstärke der Brennkammer im Bereich der dem zuerst abbrennenden Teiltreibsatz nachgeordneten Teiltreibsatz im Verhältnis zum Druckverlauf verringert ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung einer Dichtung ist für jeden Treibsatzabschnitt, welcher jeweils

Einkammer-Doppelschubtriebwerk

Anmelder:

Bölkow

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,

Ottobrunn bei München

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Johannes Schubert, München

durch die Dauer der Erzeugung einer über der Zeiteinheit gleichbleibenden Gasmenge begrenzt wird, eine gegen den übrigen Teil des Treibsatzes und der Brennkammer abgeschlossene Brennkammer geschaf-' fen, wodurch die übrige Brennkammer von den durch den Druck der Verbrennungsgase im jeweiligen Abschnitt des Treibsatzes hervorgerufenen radial wirkenden Druckspannung entlastet ist. Aus dieser Druckentlastung ergibt sich der Vorteil, daß der jenseits der Dichtung befindliche Teil der Brennkammer lediglieh eine Druckfestigkeit aufzuweisen braucht, die dem Druck entspricht, der durch den in ihr befindlichen Treibsatzanteil erzeugt wird. ·

Darüber hinaus ist durch die Abdichtung des zwischen Treibsatz und Brennkammerwand vorhandenen Ringspaltes sichergestellt, daß mindestens ein Teil der Hemmschicht nicht während der ganzen Brennzeit des Treibsatzes der Beanspruchung durch die heißen Brenngase ausgesetzt ist.

Durch die USA.-Patentschrift 2733568 ist es zwar bereits bekannt, in dem Ringspalt zwischen einem freistehenden Innenbrenner-Treibsatz und einer Brennkammerwand eine Dichtung senkrecht zur Brennkämmerlängsrichtung anzuordnen. Dieser Raketentriebwerkskonstruktion liegt indessen eine völlig andere Aufgabenstellung zugrunde, die im wesentlichen darin zu sehen ist, eine durch das Druckgefälle auftretende Gaszirkulation der heißen Brenngase im Ringspalt zu verhindern und dadurch die Möglichkeit zu schaffen, ■ die Brennkammer aus einem thermisch weniger widerstandsfähigen Material herzustellen. Eine Gewichtseinsparung durch Schwächung der Wandstärke als Folge einer geringeren Druckbeanspruchung ist im Falle der USA.-Patentschrift weder

.^beabsichtigt noch bei der dort beschriebenen Anordnung möglich.

Es ist auch ferner bekannt, bei Raketentriebwerken, bei denen ein stangenförmig ausgebildeter Fest-

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treibstoff mit einem der Abbrandgeschwindigkeit entsprechenden Vorschub in die Brennkammer hineingeschoben wird, zwischen Treibsatz und Brennkammerwand eine Dichtung vorzusehen. Diese Dichtung hat lediglich die Aufgabe, die Rückseite des Brennraumes nach außen hin abzudichten (deutsche Auslegeschrift 1139 329). Außerdem besitzt der verwendete Treibsatz auch keine unterschiedliche Abbrandgeometrie wie dies beim Gegenstand der Erfindung der Fall ist.

Durch die Verringerung der Wandstärke der Brennkammer im Verhältnis zum Schubverlauf wird eine optimale Einsparung des Brennkammergewichts erreicht.

Den Wandstärkenverlauf von Feststoffraketenbrennkammern über ihre Länge unterschiedlich, d. h. mit von vorn nach hinten abnehmender Dicke zu gestalten, ist zwar grundsätzlich bekannt (USA.-Patentschrift 3 088 273). Jedoch ist diese Maßnahme bisher nur bei Innenbrennern angewandt worden, bei denen der Treibsatz unmittelbar an der Kammerwand anliegt. Aus der konischen Form der bekannten Brennkammern läßt sich nach dem Prinzip eines Behälters gleicher Festigkeit eine auf der Kegelbasis abnehmende Wandstärke erzielen. Ein Zusammenhang zwischen Schubverlauf und Wandstärkenänderung liegt bei der vorgenannten Brennkammer jedoch nicht vor. .

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfang ist der Treibsatzblock 2, 3 von einer Hemmschicht 7 umgeben. Die Dichtung 4 ist derart angeordnet, daß sie den zwischen Treibsatzblock und Brennkammer 1 vorhandenen Ringspalt 8 unmittelbar oberhalb der Klebestelle zwischen Marschtreibsatz 2 und Starttreibsatz 3 abdichtet. Die Brennkammer 1 weist stromabwärts der Dichtung 4 eine Wandverstärkung auf, die dem durch den Starttreibsatz entwickelten Brennkarrimerdruck angepaßt ist. Stromaufwärts der Dichtung 4 ist die Brennkammerwandstärke entsprechend dem durch den Marschtreibsatz erzeugten niedrigeren Brennkammerdruck schwächer ausgebildet.

Als Dichtung 4 ist im Ausführungsbeispiel ein O-Ring vorgesehen, welcher aus einem Material besteht, das die Wärmebeanspruchung durch den Abbrand des Starttreibsatzes für die Abbrennzeit des Starttreibsatzes aushält und erst bei Abbrand des Marschtreibsatzes allmählich verbrannt wird. F i g. 2 des Ausführungsbeispiels zeigt eine andere Anordnung zur Abdichtung des Ringspaltes 8. Der , Starttreibsatz 3 weist einen etwas größeren Durchmesser als der Marschtreibsatz 2 auf. Dementsprechend ist an der Brennkammer 1 ein Bund 9 aus-25. gebildet, welcher mit einer den Marschtreibsatz im Durchmesser überragenden Fläche 10 des Starttreibsatzes formschlüssig zusammenarbeitet und dadurch den Ringspalt 8 abdichtet. Darüber hinaus kann zwischen den beiden formschlüssig anliegenden Flächen

erfolgt die Abdichtung des Ringspaltes mittels eines 3< > 9,10 eine zusätzliche Dichtung angeordnet werden, der Brennkammerwand ausgebildeten Kragens

Claims

Patentansprüche: 35 40 oder Bundes, welcher mit entsprechenden am Treibsatz ausgebildeten Flächen zusammenwirkt. Diese Ausgestaltung der Erfindung erbringt den Vorteil, daß der abgedichtete Teil der Brennkammer nicht nur von radialen Druckspannungen, sondern auch von Längsspannungen entlastet ist. An Stelle eines aus verschiedenen Pulversorten zusammengesetzten Treibsatzblocks kann auch beispielsweise ein aus einer einzigen Pulversorte bestehender Treibsatz, dessen Abbrandfläche geometrisch jedoch so ausgelegt ist, daß er für Start- und Marschphase verschieden große Brennflächen besitzt, verwendet werden. Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Einkammer-Mehrschubtriebwerk, F i g. 2 einen Teilschnitt eines Triebwerkes gemäß Fi g. 1, bei dem die Abdichtung des Ringspaltes mittels eines an der Brennkammerwand ausgebildeten Bundes und einer Gegenfläche am Treibsatz erfolgt. Das in F i g. 1 des Ausführungsbeispiels gezeigte Triebwerk ist ein Einkammer-Doppelschubtriebwerk und umfaßt im wesentlichen eine Brennkammer 1, einen Marschtreibsatz 2, einen Starttreibsatz 3, eine Dichtung 4 und eine Düse 5. Der Marschtreibsatz und der Starttreibsatz 3 sind miteinander durch eine Klebeschicht 11 fest zu einem einzigen Block verbunden. Der Treibsatzblock 2, 3 ist in der Brennkammer 1 freistehend angeordnet und am Brennkammerdeckel 6 durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Verschraubung befestigt. An seinem Außen-

1. Einkammer-Doppelschubtriebwerk mit einem Stirnbrennertreibsatz, welcher aus mindestens zwei miteinander verklebten Teiltreibsätzen verschiedener chemischer Zusammensetzung und unterschiedlicher Abbrandgeometrie besteht und welcher freistehend in der Brennkammer mit einem Ringspalt zwischen Treibsatz und Brennkammerwand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringspalt (8) senkrecht zur Brennkammerlängsrichtung eine Dichtung (4) jeweils in demjenigen Bereich des Gesamttreibsatzes angeordnet ist, in dem zu Folge eines anderen Wertes der vom Treibsatz pro Zeiteinheit erzeugten Gasmenge Änderungen im Brennkammerdruck auftreten, und daß die Wandstärke der Brennkammer (1) im Bereich der dem zuerst abbrennenden Teiltreibsatz (3) nachgeordneten Teiltreibsatz (2) im Verhältnis zum Druckverlauf verringert ist

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung des Ringspaltes (8) mittels eines an der Brennkammerwand (1) ausgebildeten Kragens oder Bundes (9) erfolgt, welcher mit einer entsprechend am Treibsatz (3) ausgebildeten Fläche (10) zusammenwirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 969 188, 968 599; deutsche Auslegeschrift Nr. 1139 329; USA.-Patentschriften Nr. 3 088 273, 2 733 568.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen