DE1289363B - Treibstoffoerdervorrichtung fuer Fluessigkeitsraketen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Treibstoffördervorrichtung für Flüssigkeitsraketen, bei denen die Treibstoffkomponenten in die Brennkammer durch pulsierend fördernde Einspritzpumpen eingebracht werden, die durch ein von Brennkammerdruck beaufschlagtes, entgegen der Wirkung einer Feder bewegbares Steuerteil betrieben werden.

Treibstoffördervorrichtungen der vorgenannten Art sind bisher ausschließlich bei luftatmenden Pulso-Strahltriebwerken mit intermittierender Verbrennung angewendet worden. Das die Treibstoffförderung bei diesen Triebwerken bewirkende Steuerteil weist einen vom Brennkammerdruck beaufschlagten, federbelasteten Ventilteller auf, der einen Einlaßquerschnitt für die Verbrennungsluft steuert, sowie einen in einer Hülse geführten Ventilschaft. Die Hülse ist gleichzeitig als Pumpenzylinder für die Treibstofförderung ausgebildet.

Durch die Hin- und Herbewegung des Ventilschaftes in der Hülse wird unter Zwischenschaltung ao entsprechender Ventile bei einer Entspannung der Feder Treibstoff in die Hülse eingesaugt und bei sich aufbauendem Brennkammerdruck durch den als Pumpenkolben wirkenden Ventilschaft in die Brennkammer eingespeist.

Die bekannte Fördervorrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß der Schwingungsweg des Steuerteiles und damit die aus der Hülse in die Brennkammer eingespeiste Treibstoffmenge nicht eindeutig definiert ist, was zur Folge hat, daß der gewünschte Schub des Triebwerkes gewissen Schwankungen unterliegt. Wenngleich diese Schubunregelmäßigkeiten auch nur verhältnismäßig gering und bei luftatmenden Triebwerken in der Größenordnung von einigen tausend Kilopond ohne Bedeutung sind, so reichen die erzielbaren Genauigkeiten bei Raketentriebwerken, die z. B. zum kurzzeitigen Antrieb oder zur Lageregelung von Raumflugkörpern verwendet werden, nicht aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Treibstoff ordervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Menge der in die Brennkammer eingespeisten Treibstoffkomponenten bei jedem Druckpuls konstant und von geringfügigen Schwankungen des Brennkammerdruckes unbeeinflußbar bleibt.

Eine Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß das Steuerteil zwischen zwei Anschlägen bewegbar ist und daß getriebliche Mittel vorgesehen sind, die die von der Feder gespeicherte, zur Einspritzung der für einen Verbrennungspuls erforderlichen Treibstoffkomponenten nötige Energie bei der bei der Entspannung der Feder erfolgenden Bewegung des Steuerteils auf die Einspritzpumpe übertragen.

Eine in dieser Weise ausgebildete Treibstoffördervorrichtung besitzt neben einem technisch einfachen Aufbau den Vorteil einer ausreichenden Funktionssicherheit und einer hohen Genauigkeit und Gleichmäßigkeit hinsichtlich der je Verbrennungspuls in die Brennkammer einzuspeisenden Treibstoffmenge. Ein mit einer derartigen Fördervorrichtung ausgerüstetes Raketentriebwerk ist deshalb im besonderen Maße für Raumflugkörper z. B. zur Lageregelung oder Flugbahnänderung von Satelliten geeignet, bei welchen genau dosierte, kurzzeitig wirkende Schubimpulse gefordert werden.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist eine Vorrichtung zur Arretierung des Steuerteils in seiner dem zusammengedrückten Endzustand der Feder entsprechenden Ausgangslage vorgesehen. Diese Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß das Triebwerk jederzeit abgeschaltet werden kann und andererseits beim Lösen der Arretierung sofort wieder in Betrieb setzbar ist.

Die Sperrvorrichtung zur Arretierung des Steuerteils kann beliebiger Art sein und beispielsweise hydraulisch, elektromagnetisch oder mechanisch wirken. Da bei jedem Einspritztakt eine neue Zündung erfolgen muß, sind hypergole Treibstoffkombinationen oder katalytisch zerfallende Treibstoffe für die erfindungsgemäße Fördervorrichtung besonders geeignet. Es ist andererseits jedoch auch grundsätzlich möglich, andere Treibstoffkombinationen zu verwenden, wobei die Zündung dieser Treibstoffe beispielsweise mittels einer von der Treibstoffördervorrichtung unmittelbar gesteuerten Zündanlage erfolgt.

Die Einspritzpumpen sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung Kolbenpumpen, deren Hubräume durch die je Verbrennungspuls einzuspritzende Menge der Treibstoffkomponenten bestimmt sind. Kolbenpumpen haben den Vorteil, daß sich mit ihnen in einer einzigen Stufe hohe Drücke erzielen lassen.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Hubräume der Kolbenpumpen einzeln oder gemeinschaftlich durch Endlagenverstellung der Pumpenkolben veränderbar. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise die absolute eingespritzte Treibstoffmenge als auch das Mischungsverhältnis der Treibstoffkomponenten und damit die Größe des einzelnen Schubpulses regulieren.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Kolbenpumpen mit Ansaug- und Druckleitungen versehen, in denen selbständige Ein- und Auslaßventile angeordnet sind. Die Ventile können durch Federn in bekannter Weise auf bestimmte Arbeitsdrücke eingestellt sein.

Gemäß der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Beaufschlagung des Steuerteils unter Zwischenschaltung einer Drossel erfolgt. Hierdurch wird seinerseits die unmittelbare Beaufschlagung des Steuerteils durch Flammgase vermieden und andererseits durch den gegenüber den Druckverhältnissen in der Brennkammer langsamer erfolgenden Druckaufbau im Raum zwischen Drossel und Steuerteil die gewünschte Phasenverschiebung zwischen dem Druckverlauf in der Brennkammer und dem Einspritzvorgang begünstigt.

Durch Verstellen des der Brennkammer abgewandten Anschlages des Steuerteils läßt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Pulsfrequenz verändern, was einer Schubmodulation entspricht.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Förderung von zwei Treibstoffkomponenten mit einem Teil der Brennkammer im Längsschnitt,

F i g. 2 einen Sperriegel zur Arretierung des Steuerteils,

F i g. 3 eine Kolbenpumpe mit einer Vorrichtung zur Endlagenverstellung des Kolbens,

F i g. 4 einen Steuerteil mit einer Vorrichtung zur Veränderung der Pulsfrequenz.

In Fig. 1 ist die Brennkammer über einen Drosselquerschnitt 2 mit einem kreiszylindrischen Raum 3 verbunden, in dem ein als Kolben ausgebildetes Steuerteil 4 beweglich angeordnet ist. Auf seiner der Brennkammer abgewandten Seite ist der Kolben durch eine Schraubenfeder 5 belastet, die sich gegen den Deckel 6 des Gehäuses 7 abstützt. Wenngleich im Ausführungsbeispiel eine Spiralfeder gezeigt ist, so kann in gleich vorteilhafter Weise auch eine andere mechanische Feder oder auch ein adiabatisch abgeschlossenes Gaspolster verwendet werden. Mechanische Federn haben jedoch den Vorzug, daß sie einfacher und sicherer sind, da sie keine sorgfältige Wärmeisolierung erfordern und keine Dichtungsprobleme aufwerfen.

Über die Kolbenstange 8 und die Mitnehmerplatte 9 betätigt der Steuerteil die Treibstoffpumpen 10 und 11. Diese Pumpen sind einander ähnlich aufgebaut. Die sich entsprechenden Teile der beiden Pumpen werden deshalb im folgenden mit gleichen ao Bezugszeichen belegt.

Der Mitnehmer 9 nimmt bei der Entspannung der Feder auf einem Teil seines Weges die Pumpenstößel 12 und damit die mit ihm fest verbundenen Pumpenkolben 13 mit. Druckfedern 14 sichern während der Betätigung der Pumpen stets eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Stößeln 12 und der Mitnehmerplatte 9. Über die Leitungen 15 sind die Treibstoffpumpen jeweils mit den zugehörigen nicht gezeigten Treibstofftanks über die Leitungen 16 mit der Brennkammer 1 verbunden.

Die Einlaßventile 17 und die Auslaßventile 18 sind als Rückschlagventile ausgebildet. Die Feder 19 des Einlaßventils ist so bemessen, daß die Kugel 20 bei einem Ansaugtakt des Pumpenkolbens unter der Wirkung der Druckdifferenz zwischen Tank und Pumpenzylinder 21 abhebt. In entsprechender Weise ist die Feder 22 des Auslaßventils auf den Einspritzüberdruck des Treibstoffes eingestellt.

Der Steuerteil 4 bewegt sich unter der Wirkung des Brennkammerdruckes aus einer Ausgangslage in die dargestellte, dem gespannten Zustand der Feder 5 entsprechende Endlage, die durch den Anschlagring 23 festgelegt ist, und bei Absinken des Brennkammerdruckes unter dem Einfluß der Federwirkung wieder zurück in seine Ausgangslage. Die mit dem Steuerteil 4 über den Mitnehmer 9 auf einem Teil seines Weges kraftschlüssig verbundenen Pumpenkolben 13 führen entsprechend der vorstehend beschriebenen Bewegung des Steuerteils 4 je einen Ansaugtakt durch. Die Bewegungen des Steuerteils 4 und der Pumpenkolben 13 wiederholen sich bei jedem Druckpuls.

Die Schwingungsbewegung des Steuerteils 4 kann durch die in F i g. 2 dargestellte Sperrvorrichtung unterbrochen und damit das Triebwerk abgestellt werden. Der durch einen Elektromagneten 24 betätigte Riegel 25 als Vorrichtung zur Verriegelung des Steuerteils ist in seiner in den Weg des Steuerteils 4 geschobenen Lage gezeigt. Dieser als Kolben ausgebildete Steuerteil befindet sich dabei in seiner Endlage, in der die Feder 5 die für den nächsten Einspritztakt erforderliche Pumpenenergie gespeichert hat. Nach Zurückziehen des Riegels kommt die Feder 5 zur Entspannung, und der Steuerteil 4 betätigt bei seiner Abwärtsbewegung über die Kolbenstange 8 und den Mitnehmer 9, wie bereits beschrieben, die Einspritzpumpen.

Vor Inbetriebnahme des Triebwerkes kann der Steuerteil 4 von außen, z. B. manuell, in seine Endlage gebracht und dort verriegelt werden. Der Lage des Steuerteils entsprechend ist die Feder 5 gespannt, und die Kolbenpumpen 10 und 11 haben ihren Ansaugtakt beendet. Das Triebwerk ist in diesem Zustand startbereit und kann durch Entriegeln sofort wieder angelassen werden.

Die je Druckpuls von den Treibstoffpumpen 10 und 11 geförderten Treibstoffmengen sind durch ihre Hubräume bestimmt. In F i g. 3 ist eine Einrichtung zur Veränderung des Hubraumes gezeigt. Den stößelseitigen Anschlag des Pumpenkolbens 13 bildet ein Gewindering 26. Je weiter dieser Ring in die ihm entsprechende Bohrung des Gehäuses 7 eingeschraubt wird, um so geringer ist der mögliche Hub des Kolbens 13 und damit die eingespritzte Treibstoffmenge.

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Feder 5 mit unterschiedlicher Vorspannung eingestellt werden kann. Der Deckel des Gehäuses 7 ist durch eine Schraubkappe 27 ersetzt, die in das Gehäuse eingeschraubt werden kann, wodurch die Feder mehr oder weniger zusammengedrückt wird. Mit zunehmender Vorspannung erhöht sich die Pulsfrequenz des Triebwerkes.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Treibstoffördervorrichtung für Flüssigkeitsraketen, bei denen die Treibstoffkomponenten in die Brennkammer durch pulsierend fördernde Einspritzpumpen eingebracht werden, die durch ein vom Brennkammerdruck beaufschlagtes, entgegen der Wirkung einer Feder bewegbares Steuerteil betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (4) zwischen zwei Anschlägen bewegbar ist und daß getriebliche Mittel (8, 9) vorgesehen sind, die die von der Feder (5) gespeicherte, zur Einspritzung der füi einen Verbrennungspuls erforderlichen Treibstoffkomponenten nötige Energie bei der bei der Entspannung der Feder erfolgenden Bewegung des Steuerteils auf die Einspritzpumpe übertragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (25) zur Arretierung des Steuerteils (4) in seiner dem zusammengedrückten Zustand der Feder (5) entsprechenden Ausgangslage.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzpumpen Kolbenpumpen (10,11) sind, deren Hubräume durch die je Verbrennungspuls einzuspritzende Menge der Treibstoffkomponenten bestimmt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubräume der Kolbenpumpen (10,11) einzeln oder gemeinschaftlich durch Endlagenverstellung der Pumpenkolben (13) veränderbar sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenpumpen (10,11) mit Ansaug- und Druckleitungen (15,16) versehen sind, in denen selbsttätige Einlaß und Auslaßventile (17,18) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung des Steuer-

teils (4) unter Zwischenschaltung einer Drossel (2) erfolgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Brennkammer abgewandte Anschlag des Steuerteils zur Frequenzänderung verstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen