DE1264870B

DE1264870B - Fluessigkeitsraketentriebwerk

Info

Publication number: DE1264870B
Application number: DEB84192A
Authority: DE
Inventors: Rudi Nehrkorn; Dr-Ing Otto Waltz
Original assignee: Boelkow GmbH
Current assignee: Boelkow GmbH
Priority date: 1965-10-21
Filing date: 1965-10-21
Publication date: 1968-03-28
Also published as: US3408817A; GB1151579A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F02k

Deutsche- KL: 46 g-1/05

Nummer: 1 264 870

Aktenzeichen: B 841921 a/46 g

Anmeldetag: 21. Oktober 1965

Auslegetag: 28. März 1968

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsraketentriebwerk mit einer Hauptbrennkammer und einer dieser in bezug auf die Richtung des chemischen Reaktionsablaufes vorgeschalteten Vorbrennkammer, wobei die beiden Brennkammern durch eine die Treibstoff-Förderpumpen antreibende Turbine räumlich getrennt sind und wobei mindestens eine der Treibstoffkomponenten unmittelbar in die Vorbrennkammer eingespeist wird, während die andere bzw. mindestens eine der anderen Treibstoffkomponenten in zwei Teilströme geteilt wird, von denen der eine der Vorbrennkammer und der andere der Hauptbrennkammer zufließen.

Die Nachverdichtung eines Teiles einer Treibstoffkomponente kann erforderlich sein, wenn dieser Teil z. B. vor der Einspeisung in die Hauptbrennkammer ein Kühlsystem durchläuft, eine Turbine antreibt oder in eine Vorkammer mit einem gegenüber der Hauptbrennkammer höheren Druck eingespritzt wird.

Es ist bereits bekannt, die vorverdichtende und die nachgeschaltete Pumpe in einem Läuferrad zusammenzufassen. Der niedrigverdichtende Anteil des Treibstoffes wird dabei etwa im halben radialen Abstand von der Pumpenachse vom Laufrad abgezapft und in die Vorkammer gefördert, während der restliehe Anteil bis zum Ausgangsquerschnitt der Pumpe gelangt, wo er seinen Enddruck erreicht. Auf diese Weise erhält die Pumpe zwar eine sehr kompakte Bauweise, jedoch hat die gestörte Strömung einen erheblichen schädlichen Einfluß auf den Wirkungsgrad. Hierzu kommt der Nachteil, daß die beiden Teilströme nicht getrennt geregelt werden können.

Es ist auch schon bekannt, bei einem Flüssigkeitsraketentriebwerk mit einer einzigen Brennkammer und mit Pumpenförderung der Treibstoffe eine Treib-Stoffkomponente nach einer Vorverdichtung auf den zur Einspeisung in die Brennkammer erforderlichen Druck in zwei Ströme aufzuteilen, wovon der erste durch eine der vorverdichtenden Pumpen nachgeschaltete Hochdruckpumpe auf einen höheren Druck gebracht wird und wobei die Hochdruckpumpe von einer Turbine angetrieben wird, die in dem ersten Teilstrom stromab der Hochdruckpumpe angeordnet ist.

Da es sich bei der Hochdruckpumpe normalerweise um ein, im Vergleich zu der Vorpumpe, kleines Gerät handelt, wie das z. B. bei Triebwerken mit Vor- und Hauptbrennkammer und dazwischenliegender Turbine der Fall ist, wäre an sich ihre Anordnung am Wellenende angebracht, weil sich dort die Welle auf einen kleineren Durchmesser absetzen läßt. Andererseits verwendet man aber das Wellenende wegen der Flüssigkeitsraketentriebwerk

Anmelder:

Bölkow Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
8012 Ottobrunn

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Otto Waltz, 8011 Neukirchstockach;

Rudi Nehrkorn, 8011 Putzbrunn

günstigen Zulaufverhältnisse zweckmäßig für eine der Hauptpumpen, und zwar für diejenige, die in bezug auf Kavitation am kritischsten ist, um in dieser wichtigen Hinsicht die bestmöglichen Bedingungen zu schaffen. An jeder anderen Stelle zwischen den Hauptpumpen oder zwischen einer Hauptpumpe und der Turbine ergibt sich der konstruktiv ungünstige Fall, eine kleine Pumpe auf eine Welle von relativ großem Durchmesser setzen zu müssen. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß die Baulänge des Gesamtaggregates verlängert wird und durch die Anordnung auf einer Welle die Drehzahl der Hochdruckpumpe von vornherein auf die Drehzahl der Vorpumpe festgelegt ist.

Ein Getriebe zur Abzweigung des zum Antrieb der Hochdruckpumpe erforderlichen Drehmomentes ergibt zwar eine gewisse Freiheit in der Wahl der Drehzahl und in der Auslegung der Welle, bringt jedoch ebenfalls eine Vergrößerung der Baulänge und weitere bauliche und schmiertechnische Probleme.

Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Flüssigkeitsraketentriebwerk der eingangs genannten Art den Antrieb für die der vorverdichtenden Pumpe nachgeschaltete Hochdruckpumpe so auszubilden, daß es möglich ist, Drehzahl und Position dieser Pumpe frei zu wählen und sie in gewissen Grenzen unabhängig von der Vorpumpe zu regeln.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der der Vorbrennkammer zufließende Teilstrom über eine Hochdruckpumpe und der der Hauptbrennkammer zufließende zweite Teilstrom über eine Flüssigkeitsturbine eingespeist wird, wobei die Turbine die Hochdruckpumpe antreibt.

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Nach einem weiteren Merkmal läßt sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch dadurch lösen, daß der der Vorbrennkammer zufließende erste Teilstrom über eine Hochdruckpumpe eingespeist wird und von dem der Hauptbrennkammer zufließenden Teilstrom ein weiterer Teilstrom abgezweigt ist, der eine Turbine beaufschlagt, wobei die Turbine die Hochdruckpumpe antreibt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Triebwerk im Längsschnitt mit einer Turbine, die von dem gesamten im zweiten Zweig strömenden Teilstrom durchströmt wird,

F i g. 2 ein Triebwerk mit einer Turbine, welche nur von einem Teil des zweiten Teilstromes durchströmt wird.

In F i g. 1 ist ein erfindungsgemäßes Raketentriebwerk für den Betrieb mit einem aus zwei Komponenten bestehenden Flüssigkeitstreibstoff gezeigt.

Die Brennkammer des Triebwerkes ist in eine Vorbrennkammer 1 und eine Hauptbrennkammer 2 aufgeteilt. In der Vorbrennkammer verbrennt eine erste Treibstoffkomponente mit einem Teil einer zweiten Treibstoffkomponente bei einer für den Turbinenwerkstoff verträglichen Temperatur. Die vorverbrannten Gase strömen über die Turbine 3 unter Leistungsabgabe in die Hauptbrennkammer 2, wo der zur optimalen Verbrennung erforderliche restliche Anteil der zweiten Treibstoffkomponente über das Einspritzsystem 4 zugesetzt wird. Die zwischen der Vor- und Hauptbrennkammer bestehende Druckdifferenz ist gleich dem in der Turbine verarbeiteten Druckgefälle. Die Turbine 3 treibt über eine Welle 5 zwei Treibstoffpumpen 6 und 7.

Die Pumpe 6 saugt aus einem nicht dargestellten Tank über den Saugstutzen 8 eine der Treibstoffkomponenten, beispielsweise den Oxydator, und verdichtet ihn auf den zur Einspeisung in die Vorbrennkamrner erforderlichen Druck. Über die Leitung 9 und de.n Einsprrtekapf 10 gelangt der Treibstoff in die Vorbrennkammer.

Die Pumpe 7 saugt entsprechend die zweite Treibstaffkomponente über den Saugstutzen 11 aus einem ebenfalls nicht gegeigten Tank und verdichtet sie auf einen Druck, der um einen bestimmten, weiter unten genau definierten Betrag über dem Hauptbrennkammerdruck liegt. Die druckseitige Leitung 12. teilt sich in zwei Äste 12 φ und 12 b. Die Leitung \% α mündet in die Saugöffnung der Hochdruckpumpe. 13. In dieser Pumpe wird der zur Einspeisung in die Verbrennkammer erforderliche Teil der zweiten TreibstQffkomponente auf den Etaspritsdruck gebracht und über die Leitung 14 dem Einspritzkopi 10 zugeführt. Der restliche Anteil der zweiten Treibstoffkomponente fließt über die Leitung 12 b einer Turbine 15 zu, wo er bis auf den zur Einspritzung in die Hauptbrennkammer erforderlichen Druck entspannt wird und über die Leitung 16 dem Einspritzsystem 4 der Hauptbrennkamrner2 zugeführt wird, Die dem verarbeiteten Druckgefälle entsprechende Turbinenleistung dient zum Antrieb der Hochdruckpumpe 13 über die Welle 17. Der Druck nach der Pumpe 7 berechnet sich also aus der Summe, des Hauptbreimkammerdruckes, des Einspritzuberdjuckes und des. Druckgefälles in der Turbine. 15. Eine Durchsatzregelung der HochdruckpumpelS erfolgt durch herkömmliche, nicht dargestellte Regelorgane in den zugehörigen Zulauf- und Druckleitungen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in F i g. 2 gezeigt. Alle in F i g, 1 und 2 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichneten Teile entsprechen sich und werden deshalb nicht weiter erläutert.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel teilt sich die Leitung 12 b noch einmal in die Leitungen 18 und 19. Die Leitung 18 führt zur Turbine 15, in der eine gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel geringere Treibstoffmenge verarbeitet, jedoch bis auf den Tankdruck entspannt wird. Die Leitung 16 führt zum Tank zurück. Der zur vollständigen Verbrennung in der Hauptbrennkammer erforderliche Treibstoffanteil fließt über die Leitung 19 dem Einspritzsystem 4 zu.

Die Vorpumpe 7 fördert in diesem Beispiel also eine größere Treibstoffmenge, nämlich den in die Hauptbrennkammer 2 und durch die Turbine 15 fließenden Anteil, verdichtet sie jedoch nur auf den Einspritzdruck der Hauptbrennkammer.

Diese Anordnung erlaubt gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel noch eine Drehzahlregelung der Turbine, ohne daß der über die Leitung 19 in die Hauptbrennkammer fließende Treibstoffanteil beeinflußt wird.

Die Erfindung ist auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. So könnte z.B. die Turbine auch durch andersgeartete Flüssigkeitsmotoren, etwa Zahnradmotoren, Kolbenmotoren od. dgl. ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Fiüssigkeitsrakentriebwerk mit einer Hauptbrennkammer und einer dieser in bezug auf die Richtung des chemischen Reaktionsablaufes vor" geschalteten Vorbrennkammer, wobei die beiden Brennkammern durch eine die Treibstoff-Förder-pumpen antreibende Turbine räumlich getrennt sind und wobei mindestens eine der Treibstoffkomponenten unmittelbar in die Vorbrennkammer eingespeist wird, während die andere bzw. mindestens eine der anderen Treibstoffkomponenten in zwei Teilströme geteilt wird, von denen der eine der Vorbrennkammer und der andere der Hauptbrennkammer zufließt, dadurch gekennzeichnet, daß der der Vörbrennkammer (1) zufließende Teilstrom (12 a) über eine Hochdruckpumpe (13) und der der Hauptbrennkammer (2) zufließende zweite Teilstrom (12 b) über eine Flüssigkeitsturbine (15) eingespeist wird, wobei die Turbine (15) die Hochdruckpumpe (13) antreibt.

2. Flüssigkeitsraketentriebwerk mit einer Hauptbrennkammer und einer dieser in bezug auf die Richtung des chemischen Reaktionsablaufes vorgeschalteten Vorbrennkammer, wobei die beiden Brennkammern durch eine die Treibstoff-Förderpumpen antreibende Turbine räumlich getrennt sind und wobei mindestens eine der Treibstoffkomponenten unmittelbar in die Vorbrennkammer eingespeist wird, während die andere bzw. mindestens eine der anderen Treibstoffkomponenten in zwei Teilströme geteilt wird, von denen der eine der Vorbrennkammer und der andere der Hauptbrennkammer zufließen, dadurch gekennzeichnet, daß der der Vorbrennkammer (1) zufließende erste Teilstrom (14) über eine Hochdruckpumpe (13) eingespeist wird und von dem

der Hauptbrennkammer zufließenden Teilstrom (12 b, 19) ein weiterer Teilstrom (18, 16) abgezweigt ist, der eine Turbine (15) beaufschlagt, wobei die Turbine (15) die Hochdruckpumpe (13) antreibt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1138 283, 1164753;

britische Patentschrift Nr. 852221; französische Patentschrift Nr. 1166 217.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 520/159 3.68 ® Bundesdruckerei Berlin