DE1526844C - Querschnittsverstellbare Düse fur Gas generatoren nach Raketenbauart, insbesonde re fur ein Raketentriebwerk - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine querschnitts- net. Durch diese Verdrehung wird das Düsenteil in verstellbare Düse für Gasgeneratoren nach Raketen- bezug auf einen in die Düsenöffnung ragenden Dorn bauart, insbesondere für ein Raketentriebwerk, die ' axial verschoben und so der Düsenquerschnitt verzwei gegeneinander verdrehbare Düsenteile zur An- ändert. Mit dem Düsenteil ist eine Bimetallfeder derung des Halsquerschnitts in Abhängigkeit von der 5 verbunden, die in Abhängigkeit von der Außen-Außentemperatur aufweist, die auf ein wärmeemp- temperatur den Düsenquerschnitt verstellt. Nach iindliches Element einwirkt, welches beide Düsen- dem Zünden der Rakete tritt'durch den sich aufteile verbindet. . bauenden Gasdruck zwischen dem Düsenteil und dem

Die Verbrennungsgeschwindigkeiten einer bekann- Rohr Reibschluß ein, der ein weiteres Verdrehen

ten Gruppe von festen Kraftstollen, wie sie häufig io verhindert. ■

zum Antrieb von Raketen benutzt werden, sind ab- Die Abtrennung des wärmeempfindlichen Elements hängig von ihrer Anfangstemperatur zur Zeit der beim oder unmittelbar nach dem Zünden verhindert Zündung. Einige von diesen Antriebsstoflen brennen mit Sicherheit eine weitere Verstellung der Düse bei niedrigen Anfangstemperaturen langsam und bei während des Betriebs des Generators. Andererseits hohen Anfangstemperaturen schnell. Andere Kraft- 15 sind die gegeneinander verstellbaren Düsenteile westolfe dieser Gruppe verhalten sich genau entgegen- sentüch einfacher iii der erforderlichen Passungsgesetzt zu den soeben beschriebenen, d. h. bei niedri- . genauigkeit herzustellen als etwa die Teile einer gen Anfaiigstemperaturen ergibt sich eine hohe und Gewindeverbindung, wie sie die aus der USA.-Patentbei hohen Anfangstemperaturen eine niedrige Ver- schrift 2 909 032 bekannte Ausführung aufweist, breniningsgeschwindigkeit. 20 Während also bei der erfmdungsgemäßen Düse das

Die Verbrennungsgeschwindigkeit dieser Kraft- verstellbare Düsenteil durch eine einfache gleitende

stolfe hängt außer von der Anfangsteihperatur auch Drehbewegung im Gegensatz zur Spiralbewegung /

von dem Druck ab, der in der Verbrennungskammer durch das Gewinde im bekannten Fall erfolgt, fehlt

herrscht. Zur Beeinflussung der Verbrennungsge- bei der bekannten Düse ein Trennglied. Erst durch

schwindigkeit wird bekanntlich der Druck in der 25 das Vorsehen eines solchen Trennglieds erscheint

Verbrenniirigskammmer gesteuert, indem man die jedoch die Verstellbarkeit von Düsenteilen während

Düse querschnittsverstellbar ausführt. Um im we- ■ des Betriebs des Generators bzw. der Rakete aus-

sentlichen einheitliche Verbrennungsgeschwindigkei- geschlossen.

ten zu gewährleisten, ist es erforderlich,· verhältnis- Vorzugsweise besteht das wärmeempfindliche EIe-

mäßig niedrige Verbrennungsgeschwindigkeiten durcli 30 ment wie bei der letztgenannten bekannten Ausfüh-

Veikleinern und verhältnismäßig hohe Verbrennung?- rung aus einer Bimetallfeder, die an einem Ende mit

geschwindigkeiten durch Vergrößern von für die dem zweiten Düsenteil und am anderen Ende mittels

Gasströmung maßgeblichen Querschnitten zu korn- des als thermisch schmelzbare Verbindung äusgepensieren. . - ^"bildeten Trennglieds mit dem ersten Düsenteil ver-

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- 35 bunden ist.

gründe, eine Düse der eingangs genannten Gattung Weiterhin kann zwischen den Düsenteilen eine

auch unter schwierigsten Betriebsbedingungen be- Kammer gebildet sein, die mit dem Halsquerschnitt in

triebssicher zu machen. Leitungsverbindung steht, in welcher Kammer sich

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch' ein Unterdruck aufbaut, der den Reibschluß der

gelöst, daß das erste Düsenteil den konvergierenden 40 Düsenteile verstärkt.

und das zweite Düsenteil den divergierenden Ab- Die Erfindung wird im folgenden an Hand.sehe- ·

schnitt der Düse bilden, wobei die Verdrehung des matischer Zeichnungen an einem Ausführungsbei-

ersten Düsenteils um eine Achse erfolgt, die bezug- spiel näher erläutert.

lieh der Diisenhauptachse exzentrisch liegt, und daß F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Gasgenera- ν

ein Trennglied vorgesehen ist, das unmittelbar nach 45 toreinrichtung; . —

erfolgter Zündung das wärmeempfindliche Element Fig. 2 zeigt einen in Richtung der Pfeile 2-2 in

vom ersten Düsenteil abtrennt. Fig. 1 gesehenen Querschnitt der in F i g. 1 darge-

■ Aus den USA.-Patentschriften 3 165 889 und stellten Einrichtung, "wobei einige Teile zur Verdeut-,

3 090 198 sind bereits verstellbare Düsen bekannt, lichung der querschnittsverstellbaren Düse weggelas-

die aus einem konvergierenden und einem divergie- 50 sen oder weggebrochen gezeichnet sind;

renden DüseiUeil als selbständige Bauteile bestehen. Fig. 3 zeigt eine auseinandergezogene perspek-

Durch die Verstellung der Düsen soll in diesen Fällen tivische Ansicht von Teilen gemäß F i g. 2;

jedoch die Schubvektorsteuerung' vorgenommen F i g. 4 und 4A zeigen die Funktionsweise der in

werden. , . F i g. 2 dargestellten Einrichtung mit Blickrichtung

Aus der USA.-Patentschrift 2 590 272 ist eine ver- 55 entlang den Pfeilen 4-4. "

stellbare Düse bekannt, die aus zwei Düsenteilen mit In den Fig. I und 2 ist die Erfindung an einem

ovalem Querschnitt besteht, die um eine gemeinsame Gasgenerator 10 mit einer Verbrennungskammer 11

Achse verdreht werden können, um den Düsenquer- gezeigt, die eine Füllung von festem oder kornförmi-

schnitt zu verändern. gern Kraftstoff 12 enthält. Die Düse 13 ist zweiteilig

Aus der USA.-Patentschrift 2 909 032 ist ferner 60 ausgeführt, wobei das erste Düsenteil 15 den koneine Raketendüse bekannt, deren Querschnitt in Ab- vergenten und das zweite Düsenteil 16 den divergenhängigkeit von der im Augenblick der Zündung ten Abschnitt bilden. Die konvergent-divergente herrschenden Temperatur (Außentemperatur) auf Düse 13 erstreckt sich durch die Stirnwand 14 am einen optimalen Wert eingestellt und während der stromunterseitigen Ende des Generators. Wie in gesamten Brenndauer auf diesem Wert gehalten wird. 65 F i g. 2 am besten zu erkennen ist, ist die Längsachse Hierzu ist ein die Düsenöffnung aufweisendes Teil der Düse aus später näher zu erklärenden Gründen mit einem Außengewinde versehen und in einem ein gegenüber der Achse des ersten Düsenteils leicht Innengewinde tragenden Rohr verdrehbar angeord- exzentrisch versetzt.

Claims (3)

1. 3 4

   Wie in F i g. 3 zu erkennen ist, steht das erste Halsquerschnitt der Düse 13 und ist daher dem Düsenteil 15 in gleitender Berührung mit dem zweiten verhältnismäßig niedrigen statischen Druck des Gases Düsenteil 16. Das Teil 15 besitzt die Form einer ausgesetzt, das mit Schallgeschwindigkeit den Hals-Scheibe mit einer exzentrischen Bohrung, die den querschnitt durchströmt.

   konvergierenden Strömungskanal bildet, und ist mit 5 Nach den F i g. 1 und 2 liegt der Flansch 26 des Dü-

   Hilfe von noch zu beschreibenden Mitteln um seine senteils 16 im Bereich der Kante der öffnung in der

   Achse gegenüber dem anderen Teil 16 drehbar. Diese Wand 14 an dieser an, durch die sich die Düse 13

   Drehbarkeit vollzieht sich innerhalb der in den erstreckt. Das zylindrische Bauteil 19 ist, wie gezeigt,

   Fig. 4 und 4A gezeigten vorbestimmten festen in den Flansch26 eingepaßt und trägt ein kuppel-

   Grenzen. Es bewegt sich somit nach Fig. 4 und 4A io förmiges Sieb31 mit einem Flansch32 zur Befesti-

   bei einer Drehung des Teils 15 der konvergente gung mittels Schrauben an dem Flanschansatz 33

   Düsenabschnitt gegenüber dem divergenten Ab- der Stirnwand 18. Diese und der Flansch 32 besitzen

   schnitt in Querrichtung, so daß sich der wirksame gleichachsige öffnungen 34 und 35, durch welche

   Querschnitt der Düse 13 ändert.. Die Begrenzung der die Verbrennungsgase in die Düse 13 einströmen.

   Drehbewegung von Teil 15 gegenüber Teil 16 wird 15 Das Sieb 31 dient dazu, große Kraftstoffkörner, die

   durch den Stift 17 bewirkt, der axial aus einer durch- ~ sich während des Zündens ablösen könnten, am

   bohrten Stirnwand 18 des zylindrischen Bauteils 19 Durchtritt durch die öffnungen 34 und 35 zu hindern.

   (Fig. 3) ragt und an den Enden einer gekrümmten Gemäß Fig. 2 ist eine abdichtende Scheibe36

   Nut 20 am Umfang des Teils 15 zum Anschlag korn- als zerstörbare Membran zwischen dem Flansch 32

   men kann. 20 und dem Flanschansatz 33 des Bauteils 19 bzw. des

   Weiterhin ist nach F i g. 3 das drehbare Teil 15 Siebes 31 eingespannt. Die Scheibe 36 schließt die

   der Düse 13 mit einem radialen Stift 21 versehen, öffnungen 35 und 35' ab, um den Kraftstoff vor der

   dessen gekrümmter unterer Abschnitt an dem Teil 15 Zündung vor Witterungseinfluß zu schützen. Beim

   bei 22 festgelötet ist. Hierzu wird ein Lot verwendet, Zünden wird diese Scheibe durch den entstehenden

   dessen Schmelztemperatur im wesentlichen der Tem- 25 Gasstrom herausgeblasen.

   peratur entspricht, auf die das Düsenteil 15 sehr bald Wie im folgenden näher erläutert, wird die Binach der Zündung des Kraftstoffs erhitzt wird. In- metallfeder 24 der Außentemperatur und damit der folgedessen bildet der angelötete Stift 21 ein schmelz- Temperatur des Kraftstoffs vor der Zündung ausgebares Glied, dessen Arbeitsweise weiter unten näher setzt. Infolgedessen findet eine als Drehung sich beschrieben wird. Der Stift 21 ragt in einen Quer- 30 äußernde thermische Ausdehnung bzw. Zusammenschlitz 23 am freien Ende der Bimetallfeder 24 hin- Ziehung der Feder 24 statt, so daß die Stellung des ein, die gleichachsig mit dem Düsenteil 16 und diesen * Düsenteils 15 gegenüber dem Düsenteil 16 zur Erziein einem gewissen Abstand radial umgebend an- lung des richtigen Halsquerschnitts beim Zünden geordnet ist. Die Bimetallfeder 24 ist an ihrem an- beeinflußt wird. Bei der hier beschriebenen Ausfühderen Ende an einem Stift 25 befestigt, der aus dempss rung ist als Beispiel in F i g. 4 der Halsquerschnitt Flansch 26 ragt. Bei der hier beschriebenen Anord- entsprechend einer Anfangs-Kraftstofftemperatur von nung werden Drehkräfte allein auf das Teil 15 von etwa .63 ⁰C dargestellt, während in F ig. 4 A der einer dem freien Ende der thermisch betätigten Bimetall- Anfangstemperatur von etwa bis 54 ⁰C entsprechende feder durch das Eingreifen des Stifts 21 in den Schlitz Halsquerschnitt gezeigt ist.

   23 am freien Ende der Bimetallfeder übertragen. 4° Unmittelbar nach der Zündung wird die Bimetall-

   Hierbei ändert sich die Winkellage des freien Endes feder 24 durch die Verbrennungsgase schnell auf die

   der Bimetallfeder 24 um etwa einen Winkelgrad je Temperatur der Verbrennungsgase erwärmt. Damit

   1,5 ⁰C Temperaturänderung. jedoch die Düse 13 nach dem Zünden des Kraftstoffs

   Um die Drehführung des Teils 15 zu ermöglichen, den zur Erzielung der erwünschten Verbrennungserstreckt sich um den Umfang des festliegenden 45 geschwindigkeit eingestellten Halsquerschnitt beiTeils 16 ein in Längsrichtung vorspringender, ring- behält, wird die Bimetallfeder 24 daran gehindert, förmiger, an das Teil 15 angrenzender Rand 27. Ein das Düsenteil 15 weiterzudrehen, und zwar dadurch, ähnlich geformter Rand 28 geringeren Durchmessers daß auf die Zündung des Kraftstoffs nämlich unam Umfang des Teils 15 erstreckt sich gleichachsig mittelbar das Schmelzen der Lötstelle 22 infolge der mit dem Rand 27 und wird von diesem gemäß F i g. 2 50 heißen Verbrennungsgase folgt, so daß die Bimetallüberlappt. Der innere Rand 28 wird nicht nur mit feder 24 vom Düsenteil 15 getrennt wird. Hierbei dem äußeren Rand 27 teleskopartig zusammenge- wird in vorteilhafter Weise der in der Kammer 11 schoben, sondern er kommt auch in gleitende Anlage herrschende Unterdruck dazu ausgenutzt, die Ränder an der glatten Stirnwand 29 des Teils 16. Die Ränder 28 und 30 des Düsenteils 15 mit der Stirnwand 29 des 27 und 28 und die Stirnwand 29 sind zur Erzielung 55 Düsenteils 16 in festem Reibschluß zu halten,
   einer guten Passung genau bearbeitet und ermög- BeimErhitzen des Teils 15 dehnt sich auch sein Rand liehen eine weitgehend reibungsfreie Drehung des 28 unterschiedlich gegenüber dem Rand 27 am festste-Teils 15 gegenüber dem Teil 16 vor der Zündung. Ein henden Teil 16 aus. Infolge der relativ engen Passung weiterer, ebenfalls genau bearbeiteter Rand 30 ist der Ränder 27 und 28 kommen sie miteinander auch in an dem Düsenteil 15 vorgesehen und erstreckt sich in 60 Reibschluß, so daß sie das Teil 15 zusätzlich gegender Radialebene des Halsquerschnitts der Düse 13. über dem Teil 16 festlegen.
   Der Rand 30 umgibt den Halsquerschnitt jedoch
   nicht vollständig, wie in F i g. 3 zu sehen ist. Dieser

   Rand kommt auch zur Anlage an der ebenen Stirn- Patentansorüche·
   wand29 des Teils 16 (Fig. 2) und bildet mit ihr 65 ^p
   und dem ebenfalls anliegenden Rand 28 eine Kammer. Diese steht durch die Lücke in dem nicht voll- 1. Querschnittsverstellbare Düse für Gasgeneständigen Rand 30 in Strömungsverbindung mit dem ratoren nach Raketenbauart, insbesondere für

   ein Raketentriebwerk, die zwei gegeneinander verdrehbare Düsenteile zur Änderung des Halsquerschnitts in Abhängigkeit von der Außentemperatur aufweist, die auf ein wärmeempfindliches Element einwirkt, welches die beiden Düsenteile verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Düsenteil (15) den konvergierenden und das zweite Düsenteil (16) den divergierenden Abschnitt der Düse (13) bilden, wobei die Verdrehung des ersten Düsenteils (15) um eine Achse erfolgt, die bezüglich der Düsenhauptachse exzentrisch liegt, und daß ein Trennglied (21, 22) vorgesehen ist, das unmittelbar nach erfolgter Zündung das wärmeempfmdliche Element (24) vom ersten Düsenteil' (15) abtrennt.
2. 2. Düse mit einer Bimetallfeder als wärmeempfindliches Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallfeder an einem Ende mit dem zweiten Düsenteil (16) und an ihrem anderen Ende mittels des als thermisch schmelzbare Verbindung ausgebildeten Trennglieds (21, 22) mit dem ersten Düsenteil (15) verbunden ist.
3. 3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Düsenteilen (15, 16) eine Kammer gebildet ist, die mit dem Halsquerschnitt in Leitungsverbindung steht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen