DE1426417C - Generator zur Erzeugung heißer Gase, insbesondere Raketenmotor - Google Patents

Description

wobei das Lithergol in der Reaktionskammer so an- io ein durchbohrter Schirm 6 angeordnet, welcher sich geordnet ist, daß es für das Reaktionsgemisch einen durch das Lithergol erstreckt und an der Innenwand

in eine Ausstoßdüse mündenden zentralen Durchlaß bildet, in welchem in der Ebene senkrecht zum zentralen Durchlaß ein
durchbohrter Schirm

der Brennkammer befestigt ist. Wenigstens ein Teil der Gesamtfläche der Durchbohrung im Schirm ist durch eine gewisse Zahl von Löchern 7 in der Weise gebildet, daß die Löcher 7 bei Brennbeginn wenigsten teilweise in das Lithergol 3 eingebettet sind.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Löcher im Schirm 6 in einer kreisförmigen Reihe angeordnet, wobei diese Löcher vorzugsweise in

im Bereich des Durchlasses angeordnet ist, welcher sich durch das Lithergol erstreckt und an der Innenwand der Reaktionskammer befestigt ist.

Die Erfindung bezweckt, den eingangs genannten
Generator so auszubilden, daß er besser den Erfordernissen der Praxis entspricht und insbesondere höhere ao gleichmäßigen Abständen auf dem die genannte Reihe Leistungen hat sowie weniger Platz einnimmt als die bildenden Kreis liegen. Diese Löcher teilen den Gasbisher bekannten Generatoren dieser Art. Bei einem strom entsprechend ihrer Anzahl in heiße Strahlen auf, solchen Generator ist es schwierig, bei der anzu- welche die Verbrennung des stromabwärts von dem strebenden großen Verbrennungsgasmenge aus dem Schirm 6 befindlichen Lithergolteils 3 b verbessern. Lithergol gute Bedingungen für eine wirksame und 25 Die Wirkung der Löcher 7 steigert sich im Verlaufe gleichzeitig stabile Verbrennung aufrechtzuerhalten. der Verbrennung in dem Maße, wie durch den Abbrand der Lithergolteile 3a und 3b der freie Durchströmquerschnitt der Löcher 7 vergrößert wird.

Wenn daher S₀ die Gesamtfläche der in dem Schirm 6 vorgesehenen Löcher ist, ist ein freier Strömungsquerschnitt S₁ bei Brennbeginn vorhanden. Dieser freie Strömungsquerschnitt S₁ bei Brennbeginn wird durch wenigstens einen Teil der Löcher 7 und

Die auftretenden Instabilitäten können ganz verschiedener Art sein (periodisch, aperiodisch, intermittierend usw.).

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß wenigstens ein Teil der Gesamtfläche der Durchbohrung im Schirm durch eine gewisse Zahl von Löchern in der Weise gebildet wird, daß die Löcher bei Brennbeginn wenigstens teilweise in das Lithergol eingebettet sind.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

F i g. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Raketenmotors;

F i g. 2 ist eine Vorderansicht eines diesem Raketenmotor angehörenden mit Löchern versehenen Schirms;

F i g. 3 bis 6 sind der F i g. 2 entsprechende Darstellungen verschiedener Ausführungsformen des Schirms.

durch eine oder mehrere andere Öffnungen gebildet, auf welche weiter unten Bezug genommen ist.

In jedem Fall muß der freie Strömungsquerschnitt S₁ bei Brennbeginn folgender Beziehung genügen:

S₁ > 0,10 A₀

worin A₀ den Querschnitt der engsten Stelle der Düse 2 bezeichnet.

Die Zahl, die Abmessungen und der Mittelpunktsabstand der Löcher 7 von der Achse der Brennkam-Wie in F i g. 1 dargestellt, enthält der Generator als 45 mer 1 werden insbesondere einerseits entsprechend der Raketenmotor eine Brennkammer 1 von im wesent- erwünschten Gesamtfläche S₀ und andererseits entsprechend dem Durchmesser des Kreises, auf welchem die Mittelpunkte der Löcher 7 angeordnet sind, geliehen zylindrischer Form, welche an ihrem stromabwärts liegendem Ende mit einer Ausstoßdüse 2 versehen ist. wählt.

In der Brennkammer 1 ist ein Lithergol (welches 50 Die mechanische und thermische Festigkeit des nachstehend im ganzen mit dem Bezugszeichen 3 Materials, aus welchem der Schirm 6 hergestellt ist sowie zusätzlich mit verschiedenen Buchstaben {a, b) (z. B. ein geschichtetes Material aus mit Phenolharz bezeichnet ist, wenn, wie in F i g. 1, mehrere Lithergol- getränktem Asbest oder Kieselerde), muß berückteile von verschiedener Zusammensetzung benutzt sichtigt werden, und die Zahl, die Abmessungen und werden) so angeordnet, daß ein zentraler Durchlaß 4 55 die Lage der Löcher 7 müssen so bestimmt werden, frei bleibt, welcher von dem stromaufwärts liegenden
Ende bis zu dem stromabwärts liegenden Ende (Düse2)
der Brennkammer reicht. Dieses Lithergol hat zweckmäßig die Form einer Buchse, welche die Innenwand
der Brennkammer 1 ausfüttert, wobei der zentrale ⁶°
Durchlaß 4 die Form eines zylindrischen Kanals hat,

welcher von dem stromaufwärts liegenden Ende zu dem stromabwärts liegenden Ende der Brennkammer reicht. Dieser Kanal kann jedoch auch entweder divergierend oder konvergierend oder gegebenenfalls über eine gegebene Länge zum Teil divergierend und zum Teil konvergierend sein.
Eine Vorrichtung 5 liefert durch Einspritzen und

daß der Schirm 6 durch die Löcher 7 nicht gefährlich geschwächt wird.

Wenn daher die Lochreihe 7 kreisförmige Löcher (Lochanzahl n) aufweist, wobei der Durchmesser eines jeden Lochs d₀ ist, werden zweckmäßig die Parameter n, d₀ und D₀ (Durchmesser der Lochreihe) so gewählt, daß sie folgender Beziehung genügen

nd₀ < 1/2 π D₀.

(2)

Es ist also die Summe der Durchmesser der Löcher 7 höchstens gleich der Hälfte des durch die Zentren der Löcher 7 gehenden Kreisumfangs.

3 4

Andererseits kann das mechanische oder thermische der Löcher 7, la, 8. des Schirms 6 betrifft. Diese Be-Verhalten des Schirms dadurch verbessert werden, daß ziehung ist folgende:
er durch ein ihn durchströmendes Strömungsmittel V < 6 S Λ

gekühlt wird oder daß auf ihm eine äußere Kühlschicht ο _ > ο

gebildet wird, wobei die Blende dann vorzugsweise 5 worin A₀ wiederum den Querschnitt der engsten Stelle aus "Metall hergestellt ist. der Düse 2 bezeichnet.

Es sei zunächst das Beispiel gemäß F i g. 1 und 2 Die Wirkung der Löcher 7 steigert sich im Verlaufe

betrachtet. Der Schirm 6 ist mit einer kreisförmigen der Verbrennung in dem Maße, wie durch den AbReihe von Löchern versehen, welche vor dem brand der Lithergolteile 3a und 3b der freie Durch-Brennbeginn vollständig in dem Lithergol einge- io Strömquerschnitt der Löcher 7 vergrößert wird.
bettet liegen, so daß wenigstens ein zusätzliches - Für die mit der obigen Vorrichtung erhaltenen vor-Loch vorgesehen werden muß, z. B. ein zentrales teilhaften Resultate sind nachstehend beispielshalber Loch 8. zwei Reihen von Vergleichsversuchen angegeben.

• In diesem Fall muß der Querschnitt dieses zentralen I. Die Versuche wurden mit zwei identischen Ra-

Lochs 8 der Beziehung (1) genügen, da der Querschnitt 15 ketenmotoren angestellt, d. h. Raketenmotoren, welche der zentralen öffnung den ganzen ursprünglichen gleiche zylindrische Lithergolblocks gleicher Zusam-Durchtrittsquerschnitt S₁ bildet. mensetzung mit gleichen Abmessungen (Länge, Außen-

Beispielshalber sei angegeben, daß bei einem Durch- durchmesser, ursprünglicher Durchmesser des zenmesser der Brennkammer von 300 mm, einem Durch- tralen Kanals, welcher 100 mm betrug) benutzten, den messer der engsten Stelle der Düse 2 von 60 mm ao gleichen engsten Düsendurchmesser (40 mm) hatten (Fläche von 2830 mm²) und einem Durchmesser des und mit dem gleichen flüssigen Sauerstoffträger bei zentralen Kanals 4 von 100 mm ein durchlochter einem mittleren Druck gleicher Größenordnung in Schirm 6 benutzt werden kann, welcher ein zentrales der Brennkammer arbeiteten, d.h. mit einer Strömungs-Loch mit einem Durchtrittsquerschnitt von 1260 mm^a menge des flüssigen Sauerstoffträgers in der gleichen (Durchmesser von 40 mm) und sechs Löcher 7 auf- 25 Größenordnung.

weist, welche auf einem Kreis mit einem Durchmesser Einer dieser Raketenmotoren war mit einem üb-

von 115 mm verteilt sind, wobei jedes der Löcher 7 liehen Schirm versehen, d. h. einem Schirm mit einem einen Querschnitt von 19,6 mm¹ (Durchmesser von einzigen zentralen Loch (mit einem Durchmesser von 5 mm) hat, so daß die Gesamtfläche der Löcher 40 mm).
196 nun¹ beträgt. 30 Der andere Raketenmotor war mit einem erfindungs-

Bei der. in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform gemäßen Schirm versehen, welcher außer einem zenist der durchlochte Schirm 6 so ausgebildet, daß die tralen Loch (mit einem Durchmesser von 40 mm) eine Löcher 7 nur teilweise in das Lithergol .eingebettet kreisförmige Reihe von zwölf Löchern (mit einem sind, so daß der ursprüngliche DurchtrittsquerschnittS'₁ Durchmesser von 7 mm) enthielt, deren Zentren in aus den unabgedeckten Teilen 4er Löcher 7 und aus 35 gleichen gegenseitigen Abständen auf einem zu dem einem zentralen Loch 8 besteht, dessen Durchmesser zentralen Loch konzentrischen Kreisumfang mit kleiner als der des Lochs 8 der vorhergehenden Aus- einem Durchmesser von 103,5 mm angeordnet waren, führung ist. ' so daß die zwölf Löcher anfänglich in das Lithergol

Bei der weiteren Ausführungsform gemäß F i g. 4 eingebettet waren, wobei sie zu dem zentralen Kanal ist der Querschnitt der Löcher 7 noch mehr vergrößert, 40 tangential lagen und nach Brennbeginn des Raketen- und die Löcher liegen teilweise innerhalb des festen motors sehr schnell freigelegt wurden.
Ergols, so daß die Summe der freien Querschnitte Es zeigte sich, daß unter diesen Bedingungen der dieser Löcher ausreicht, um den freien Durchtritts- Gasausstoß, d. h. der Verbrauch des Lithergols in querschnitt S₁ bei Brennbeginn zu bilden, welcher der einer bestimmten Zeit in der Brennkammer in dem Beziehung (1) genügt. 45 mit einem erfindungsgemäßen . Schirm versehenen

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführung liegt Raketenmotor um 24°/₀ größer war als bei dem mit die Lochreihe 7 vollständig in dem Lithergol vor dem einem bekannten Schirm versehenen Raketenmotor. Brennbeginn, und der freie Durchtrittsquerschnitt S₁ II. Dieser Versuch war ein Vergleich zwischen zwei

wird durch eine Lochreihe Ta gebildet, deren Gesamt- identischen Raketenmotoren, welche beide mit erfinfläche der Beziehung (1) genügt. 50 dungsgemäßen Schirmen verschiedener Ausführung

Es können auch, wie in F i g. 6 dargestellt, mehr als versehen waren.

zwei kreisförmige Lochreihen vorgesehen werden, Es wurde gefunden, daß der Raketenmotor mit

z. B. drei Reihen, wobei die äußere Lochreihe 7 bei einem Schirm mit einer zentralen Reihe von sechs Brennbeginn innerhalb des festen Ergols liegt und die Löchern (Durchmesser 12,5 nun) mit einer Schräglage innere Reihe 7a zu Beginn offen ist, während eine 55 von 15°, deren Zentren in gleichen Abständen auf (ebenfalls mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnete) einem Kreisumfang mit einem Durchmesser von Zwischenreihe bei Brennbeginn innerhalb der Masse 70 mm lagen und daher in den ursprünglichen zendes festen Ergols liegt. tralen Kanal (mit einem Durchmesser von 100 mm)

Andererseits können die Achsen der Löcher 7, an- mündeten, sowie mit einer zweiten kreisförmigen statt zur Hauptlängsachse des Raketenmotors parallel 60 Reihe von zwölf Löchern (Durchmesser 4,5 mm) mit zu sein, eine doppelte Schräglage haben, nämlich in einer Schräglage von 15°, deren Zentren in gleichen der Längsrichtung und der Querrichtung, so daß sie Abständen auf einem Kreisumfang mit einem Durchdem Gasstrom eine schraubenförmige Bewegung messer von 110 mm lagen und daher alle bei Brenngeben: " beginn in das Lithergol eingebettet waren, einen ge-

Wie oben ausgeführt, muß der freie Querschnitt S₁ 65 wichtsmäßigen Verbrauch des Lithergols in Kilogramm bei Brennbeginn der Beziehung (1) genügen. Zu dieser in der Brennkammer hatte, welcher um 40% höher ersten Bedingung muß jedoch noch eine andere hinzu- als der des anderen Raketenmotors war, welcher mit treten, welche die obere Grenze der Gesamtfläche S₀ einem Schirm versehen war, welcher außer einem zen-

tralen Loch von 30 ram Durchmesser eine kreisförmige Reihe von zehn Löchern (Durchmesser 15 mm) mit einer Schräglage von 15° besaß, welche in gleichen Abständen auf einem Kreisumfang mit einem Durchmesser von 102,5 mm lagen und daher bei Brennbeginn in das Lithergol eingebettet waren.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Generator zur Erzeugung heißer Gase, ins- « besondere Raketenmotor, welcher mit miteinander hypergol reagierenden Ergolen in Form eines Strömungsmittels und eines Lithergols betrieben wird und eine Reaktionskammer, im allgemeinen eine Brennkammer, aufweist, an deren strom- *5 aufwärts liegendem Ende wenigstens ein Teil des Strömungsmittels zugeführt wird, welches z. B. in flüssigem Zustand im Generator gespeichert ist, wobei das Lithergol in der Reaktionskammer so angeordnet ist, daß es für das Reaktionsgemisch *° einen in eine Ausstoßdüse mündenden zentralen Durchlaß bildet, in welchem in der Ebene senkrecht zum zentralen Durchlaß ein im Bereich des Durchlasses durchbohrter Schirm angeordnet ist, welcher sich durch das Lithergol erstreckt und an der Innenwand der Reaktionskammer befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der durch Löcher (7, la, 8) gebildeten Gesamtfläche der Durchbohrung im Schirm (6) durch - eine gewisse Zahl von Löchern (T) in der Weise gebildet wird, daß die Löcher (7) bei Brennbeginn wenigstens teilweise in das Lithergol (3) eingebettet sind.

2. Generator für heiße Gase nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens teilweise in das Lithergol (3) eingebetteten Löcher (T) eine kreisförmige Reihe bilden und gleiche gegenseitige Abstände haben.

3. Generator für heiße Gase nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Durchtnttsquerschnitt (S₁), der Löcher (7, la, 8) bei Brennbeginn wenigstens gleich einem Zehntel des Querschnitts der engsten Stelle der Ausstoßdüse (2) ist.

4. Generator für heiße Gase nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Durchmesser der Löcher (7) der kreisförmigen Reihe höchstens gleich der Hälfte des durch die Zentren der Löcher (7) der kreisförmigen Reihe gehenden Kreisumfangs ist.

5. Generator für heiße Gase nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Durchtnttsquerschnitt (S₀) der Löcher (7, la, 8) höchstens gleich dem 6,5fachen des Querschnitts der engsten Stelle der Ausstoßdüse (2) ist.

6. Generator für heiße Gase nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der in dem Schirm (6) vorgesehenen teilweise in das Lithergol (3) eingebetteten Löcher (7) eine doppelte Schräglage haben, nämlich zur Längsrichtung und Querrichtung des Raketenmotors.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen