DE1626061B1

DE1626061B1 - Mehrteilige Raketenbrennkammer mit Schubdüse

Info

Publication number: DE1626061B1
Application number: DE19671626061
Authority: DE
Inventors: Karl Butter; Karl Dipl-Ing Stoeckl
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1967-07-13
Filing date: 1967-07-13
Publication date: 1971-03-04
Also published as: FR1572019A; US3568929A; GB1227556A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrteilige rangen, optimal einstellbar. Bei Verwendung ernes fur

Raketenbrennkammer mit Schubdüse, deren einzelne den Raketenprozeß bestimmten Mediums ist die Ver-

Bauteile lösbar miteinander verbunden sind. bindung selbstregulierend, da der Betriebsdruck des

Mehrteilige Brennlcammern mit Schubdüsen, deren verwendeten Mediums den Betriebsbelastungen der einzelne Bauteile mechanisch starr miteinander ver- 5 Brennkammer-Schubdüseneinheit proportional ist. bunden sind, sind in verschiedenen Ausführungsfor- Außerdem ist die vorgeschlagene Verbindung bemen bekannt. Die mehrteilige Ausbildung einer triebssicher, da sie, im Gegensatz zu den bekannten Brennkammer-Schubdüseneinheit erlaubt Bauteile, Verschraubungen, durch lokal auftretenden Wärmedie einem hohen Betriebsverschleiß unterworfen sind, verzug nicht gefährdet und diesen ohne Schaden aufauszuwechseln, so daß insgesamt ein rationeller Auf- io zunehmen imstande ist. Ferner gewährleistet die vorbau erreicht wird. Andererseits bringt jedoch die geschlagene Verbindung ein leichtes Auswechseln Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen durch von Brennkammer-Schubdüsenbauteilen, deren andie auftretenden hohen Betriebsbelastungen Schwie- einanderstoßende Endbereiche einfach und damit berigkeiten mit sich. Eine bekannte Ausführung zeigt triebssicher gestaltet werden können. Dadurch verz. B. die deutsche Auslegeschrift 1235 674, nach der 15 einfacht sich auch die Konstruktion und Herstellung die den Außenmantel der gesamten Triebwerkseinheit der einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteile,
bildenden Brennkamrner-Schubdüsenbauteile durch In Ausgestaltung der Erfindung besteht die Spanneine Verschraubung und einen Befestigungsring fest vorrichtung aus einem außer über den Umfang der miteinander verbunden werden, während innengele- Brennkammer oder der Schubdüse, z. B. im Bereich gene Bauteile, die den eigentlichen Schubdüsenhals 20 des Schubdüsenhalses, sich erstreckenden Ringzylinbilden, zwischen Abstufungen des divergenten Schub- der und einem darin geführten Ringkolben, die beide düsenbauteils und des konvergenten Schubdüsenbau- einen Druckraum zur Aufnahme des hydraulischen teils unter Zwischenlage eines Dichtrings gehalten oder pneumatischen Mittels einschließen, wobei der werden. Diese bekannte Ausführung ist durch die Ringzylinder mit einem der beiden an ihn angrenzen-Vielzahl ihrer Bauteile nicht nur konstruktiv aufwen- 25 den Brennkammer-Schubdüsenbauteile, ζ. B. mit der dig, sondern auch störanfällig, insofern, als sich wäh- Brennkammer bzw. mit dem mit dieser einstückig rend des Betriebes durch die zwischen den einzelnen ausgebildeten konvergenten Schubdüsenteil, und der Bauteilen und insbesondere zwischen der Innen- und Ringkolben mit dem anderen Bauteil, z. B. mit dem Außenseite der Brennkammer und Schubdüse auf- divergenten Schubdüsenteil, unmittelbar oder mitteltretenden, örtlich teilweise extremen Wärmedifferen- 30 bar verbunden ist.

zen starre mechanische Verbindungen, wie Ver- Ferner können an Stelle der Ausführung mit Ringschraubungen und Verklammerungen, lockern kön- zylinder und Ringkolben mehrere außen über den nen, wodurch zumindest Undichtigkeiten hervorgeru- Umfang der Brennkammer oder der Schubdüse, z. B. fen werden und ein einwandfreier Raketenbetrieb in im Bereich des Schubdüsenhalses, verteilte, einzelne Frage gestellt sein kann. 35 als Zylinder-Kolbeneinheiten ausgebildete Spannvor-

Die französische Patentschrift 1135 050 zeigt eben- richtungen vorgesehen werden.

falls eine aus mehreren Bauteilen, und zwar aus einer In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind bei Brennkammer mit einem konvergenten Schubdüsen- einer aus drei einzelnen Brennkammer-Schubdüsenteil, aus einem Schubdüsenhals und einem divergen- bauteilen, nämlich aus der eigentlichen Brennkammer ten Schubdüsenieil zusammengesetzte Brennkammer- 40 mit einem konvergenten Schubdüsenteil, aus einem Schubdüseneinheit, die durch zwei Schraubverbin- Düsenhaisteil und einem divergenten Schubdüsenteil düngen zusammengehalten sind, wobei der Schub- bestehenden Raketenbrennkanrmer-Schubdüseneindüsenhals mit dem konvergenten Schubdüsenteil heit als Spannvorrichtungen zwei axial hintereindurch eine Überwurfmutter und der Schubdüsenhals anderliegende, gegeneinander gerichtete, ringkolbenmit dem divergenten Schubdüsenteil durch eine innen- 45 artige Spannkörper vorgesehen, wovon der erne liegende Verschraubung fest miteinander verbunden Spannkörper mit seinem axial äußeren Ende mit dem ist. Auch diese bekannte Ausführung wird in gleicher diesem Ende axial benachbarten äußeren Brennkam-Weise, wie schon oben erwähnt, als keine wirklich mer-Schubdüsenbauteil bzw. dem konvergenten betriebssichere Verbindung angesehen. Schubdüsenteil und der andere Spannkörper mit sei-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 50 nem axial äußeren Ende mit dem diesem Ende axial

Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermei- benachbarten Brennkammer-Schubdüsenbauteil,

den und eine unter allen Betriebsbedingungen sichere, nämlich dem divergenten Schubdüsenteil, fest verbun-

dauerhafte Verbindung zwischen den einzelnen Bau- den ist, wobei die anderen, zueinander zeigenden,

teilen einer mehrteiligen Brennkammer-Schubdüsen- kolbenförmigen Enden der beiden Spannkörper auf

einheit zu schaffen. 55 dem Düsenhals gleitbar sitzen, und an beiden Enden

Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung durch min- des Düsenhalses" Ringbunde vorgesehen sind, die zudestens eine durch den Druck eines hydraulischen sammen mit den kolbenförmigen Enden der Spannoder pneumatischen Mittels und/oder durch die Kraft körper Druckräume bilden.

einer oder mehrerer mechanischer Federn beauf- Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung beschlagte Spannvorrichtung zur gegenseitigen Verbin- 60 steht auch darin, daß die mechanischen Federn im dung der einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbau- Druckraum der Spannvorrichtung bzw. in den Druckteile, räumen der Spannvorrichtungen eingebaut sind.

Durch die Erfindung ist eine vorteilhafte Lösung Ferner kann als Druckmittel ein für den Raketendes vorliegenden Problems gewährleistet. Die vor- bzw. Brennkammerprozeß vorgesehenes Medium, insgeschlagene Verbindung zwischen den einzelnen 65 besondere der bei einer gekühlten Brennkammer-Brennkammer-Schubdüsenbauteilen ist hinsichtlich Schubdüseneinheit durch die Brennkammerwand der auftretenden schwankenden Betriebsbelastung, strömende flüssige Sauerstoff bzw. Sauerstoffträger hervorgerufen durch Druck- und Temperaturände- oder Wasserstoff, dienen.

^IGINAL INSPECTED

In der Zeichnung ist an Hand von Ausführungsbeispielen die Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Brennkammer-Schubdüseneinheit mit einer einzigen Spannvorrichtung,

F i g. 2 eine Brennkammer-Schubdüseneinheit mit mehreren, über den Umfang verteilten, einzelnen Spannvorrichtungen,

F i g. 3 eine Brennkammer-Schubdüseneinheit mit zwei axial hintereinanderliegenden Spannvorrichtungen,

F i g. 4 eine Brennkammer-Schubdüseneinheit mit einer einzigen Spannvorrichtung in anderer Ausführung.

Gemäß Fig. 1 ist die flüssigkeitsgekühlte Brennkammer mit Schubdüse dreiteilig ausgeführt und besteht aus der eigentlichen Brennkammer 1 mit einem konvergenten Schubdüsenteil la, aus einem Düsenhalsteil 2 und aus einem divergenten Schubdüsenteil 3. In den Wänden der vorgenannten Brennkammer Schubdüsenbauteile 1 bzw. la, 2 und 3 verlaufen Kanäle 4, durch die eine flüssige Treibstofikomponente (z. B. Sauerstoff bzw. ein Sauerstoffträger oder flüssiger Wasserstoff) hindurchgeführt wird. Die zwischen den einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteilen 1 bzw. la, 2 und 3 befindlichen Trennfugen 5 und 6 sind als Zentrierungen ausgebildet. Die Verbindung der einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteilel bzw. la, 2 und 3 erfolgt durch eine um den Düsenhaisteil 2 sich erstreckende, durch ein Druckmittel, im vorliegenden Fall durch ein hydraulisches Druckmittel, betriebene Spannvorrichtung 7, die im wesentlichen aus einem Ringzylinder 8 und einem darin geführten Ringzylinder 9 besteht, die beide einen Druckraum 10 einschließen, dem das Druckmittel über eine am Ringkolben 9 angeschlossene Leitung 11 und über eine in diesem verlaufende Bohrung 12 zugeführt wird. Der Ringzylinder 8 ist mit dem konvergenten Schubdüsenteil la über eine Hülse 13 mit im Querschnitt hakenförmigen Enden 13 α und 13 & verbunden, wobei das Ende 13 a am Ringzylinder 8 eingreift, während das Ende 13 b über eine geteilte Schelle 14 am konvergenten Schubdüsenteil Ια formschlüssig befestigt ist. Der Ringkorben 9 ist über eine Hülse 15 mit hakenförmigen Enden 15 a und 15 & mit dem divergenten Schubdüsenteil 3 verbunden. Dabei greift das Ende 15 a am Ringkolben 9 ein, während das Ende 15 b über eine geteilte Schelle 16 am divergenten Schubdüsenteil 3 formschlüssig befestigt ist.

Während des Betriebes der Brennkammer wird der Druckraum 10 mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagt, wodurch die drei Brennkammer-Schubdüsenbauteile fest zusammengespannt werden. Dabei kann durch einen Druckregler 17 die Druckhöhe im Druckraum 10 den Brennkammerbelastungen entsprechend angepaßt werden.

In F i g. 2 sind an Stelle einer ringförmig um den Düsenhaisteil 2 sich erstreckenden Spannvorrichtung 7 mehrere einzelne, z. B. drei, über den Umfang verteilte Spannvorrichtungen 18 in Form von Zylinder-Kolbeneinheiten angeordnet, deren Druckmittelleitungen 11a über eine gemeinsame Ringleitung 19 versorgt werden.

Gemäß Fig. 3 sind zwei axial hintereinanderliegende Spannvorrichtungen 20 und 21 vorgesehen. Diese bestehen aus zwei gegeneinander gerichteten, ringkolbenartigen Spannkörpern 22 und 23 und aus Ringbunden 24 und 25, wobei der Ringbund 24 auf einer konischen Fläche 26 sitzt und durch eine Schraubenmutter 27 auf dem Düsenhaisteil 2 gesichert ist, während der Ringbund 25 mit dem Düsenhalsteil 2 einstückig ausgebildet ist. Die Spannkörper 22 und 23 weisen jeweils hakenförmige Enden 22 a und 23 a auf, die über geteilte Schellen 28 am konvergenten Schubdüsenteil Ια und am divergenten Schubdüsenteil 3 befestigt sind. Die zueinander zeigenden Enden 22 & und 23 & der Spannkörper 22 und 23 sind kolbenförmig gestaltet und sitzen gleitbar auf einer zylindrischen Fläche 29 des Düsenhalsteiles2. Die Teile, 22b und 24 bzw. 23& und 25 schließen wiederum Druckräume 30 ein, die über Zweigbohrungen 31 mit den Kühlkanälen 4 verbunden sind. Auf diese Weise werden während des Brennkammerbetriebes die Druckräume 30 mit Druckmittel aus dem Brennkammerprozeß beaufschlagt und dabei die einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteile 1 bzw. la, 2 und 3 fest zusammengespannt. In den Druckräumen 30 sind vorgespannte Druckfedern 32 vorgesehen, die im Beispielsfall neben der Vermehrung des Spanndruckes hauptsächlich dazu dienen, die einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteile auch dann noch zusammenzuhalten, wenn die Brennkammer nicht in Betrieb ist. Wie aus F i g. 4 hervorgeht, ist hier nur eine Spannvorrichtung 33 mit einem Spannkörper 34 vorgesehen, der mit seinem einen Ende 34 a über eine geteilte Schelle 28 mit dem konvergenten Schubdüsenteil la fest verbunden ist und der mit seinem kolbenförmigen Ende 34 & auf einer Fläche 35 des divergenten Schubdüsenteils 3 gleitend angeordnet ist, auf dem ein Ringbund 24 fest sitzt und durch eine Schraubenmutter 27 gesichert ist. Der Ringbund 24 bildet zusammen mit dem kolbenförmigen Ende 34 ft des Spannkörpers 34 wiederum, wie nach Fig. 3, einen Druckraum 30, der gleichfalls über Zweigleitungen 31 mit den Kühlkanälen 4 verbunden und in dem ebenfalls eine vorgespannte Druckfeder 32 eingebaut ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrteilige Raketenbrennkammer mit Schubdüse, deren einzelne Bauteile lösbar miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch mindestens eine durch den Druck eines hydraulischen oder pneumatischen Mittels und/oder durch die Kraft einer oder mehrerer mechanischer Federn beaufschlagte Spannvorrichtung (7 bzw. 20, 18, 21 bzw. 33) zur gegenseitigen Verbindung der einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteile (1 bzw. la, 2 und 3).

2. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (7) aus einem außen über den Umfang der Brennkammer (1) oder der Schubdüse, z. B. im Bereich des Schubdüsenhalses (2) sich erstreckenden Ringzylinder (8) und einem darin geführten Ringkolben (9) besteht, die beide einen Druckraum (10) zur Aufnahme des hydraulischen oder pneumatischen Mittels einschließen, wobei der Ringzylinder (8) mit einem der beiden an ihn angrenzenden Brennkammer-Schubdüsenbauteile, ζ. B. mit der Brennkammer (1) bzw. mit dem mit dieser einstückig ausgebildeten konver-

genten Schubdüsenteil (Ια), und der Ringkolben (9) mit dem anderen Bauteil, z. B. mit dem divergierenden Schubdüsenteil (3), unmittelbar oder mittelbar verbunden ist.

3. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringzylinder (8) und der Ringkolben (9) über Zugglieder, z. B. über Hülsen (13 und 15), mit der Brennkammer (1) bzw. dem konvergenten Schubdüsenteil (la) und dem divergenten Schub- ίο düsenteil (3) verbunden sind.

4. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (13 a und 13 & sowie 15 a und 15 b) der Hülsen (13 und 15) hakenförmig gestaltet sind und einerseits mit dem Ringzylinder (8) bzw. mit dem Ringkolben (9) unmittelbar und andererseits mit der Brennkammer (1) bzw. dem konvergenten Schubdüsenteil (la) und mit dem divergenten Schubdüsenteil (3) über geteilte Schellen (14 und 16) lösbar verbunden sind.

5. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere außen über den Umfang der Brennkammer (1) oder der Schubdüse, z. B. im Bereich des Schubdüsenhalses (2) verteilte, einzelne, als Zylinder-Kolbeneinheiten ausgebildete Spannvorrichtungen (18) vorgesehen sind. .

6. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 1, bestehend aus drei einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteilen, nämlich aus der eigentlichen Brennkammer mit einem konvergenten Schubdüsenteil, aus einem Düsenhaisteil und einem divergenten Schubdüsenteil, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannvorrichtungen (20 und 21) zwei axial hintereinander liegende, gegeneinander gerichtete, ringkolbenartige Spannkörper (22 und 23) vorgesehen sind, wovon der eine Spannkörper (22) mit seinem axial äußeren Ende (22 a) mit dem diesem Ende axial· benachbarten Brennkammer-Schubdüsenbauteil bzw. mit dem konvergenten Schubdüsenteil (la) und der andere Spannkörper (23) mit seinem axial äußeren Ende (23 a) mit dem diesem Ende axial benachbarten anderen Brennkammer-Schubdüsenbauteil, nämlieh dem divergenten Schubdüsenteil (3), fest verbunden ist, wobei die anderen, zueinander zeigenden, kolbenförmigen Enden (22 b und 23 b) der beiden Spannkörper (22 und 23) auf dem Düsenhalsteil (2) gleitbar sitzen, und daß an beiden Enden des Düsenhalsteiles (2) Ringbunde (24 und 25) vorgesehen sind, die zusammen mit den kolbenförmigen Enden (22 & und 23 &) der Spannkörper (22 und 23) Druckräume (30) bilden.

7. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 1, bestehend aus drei einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteilen, nämlich aus der eigentlichen Brennkammer mit einem konvergenten Schubdüsenteil, aus einem Düsenhaisteil und einem divergenten Schubdüsenteil, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannvorrichtung (33) ein einziger ringkolbenartiger Spannkörper (34) vorgesehen ist, der mit seinem einen Ende (34 a) mit dem diesem Ende axial benachbarten Brennkammer-Schubdüsenbauteil, z. B. mit der Brennkammer (1) bzw. mit dem mit dieser einstückig ausgebildeten konvergenten Schubdüsenbauteil (Ja), fest verbunden ist und dessen kolbenförmiges anderes Ende (34 b) auf einer zylindrischen Außenfläche (35) des anderen Brennkammer-Schubdüsenbauteils, nämlich des divergenten Schubdüsenteils (3), gleitbar angeordnet ist.

8. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Federn (32) im Druckraum (10) bzw. in den Druckräumen (30) der Spannvorrichtungen (8 bzw. 20 und 21 bzw. 33) eingebaut sind.

9. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel ein für den Raketen- bzw. Brennkammerprozeß vorgesehenes Medium dient.

10. Raketenbrennkammer mit .Schubdüse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit in der Brennkammer- und Schubdüsenwand verlaufenden Kühlkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kühlkanälen (4) zum Druckraum bzw. zu den Druckräumen (30) der Spannvorrichtungen (20 und 21 bzw. 33) führende Zweigbohrungen (31) angeschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen