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Treibstoffördereinrichtung für ein mit mindestens einem flüssigen
Treibstoff arbeitendes Raketentriebwerk Die Erfindung betrifft eine Treibstoffördereinrichtung
für ein mit mindestens einem flüssigen Treibstoff arbeitendes Raketentriebwerk,
bei dem der flüssige Treibstoff mittels Druckgases auf den zur Zuführung und Einspritzung
in die Brennkammer erforderlichen Druck gebracht wird. Bekanntlich wird bei der
Treibstofförderung mittels Druckgases der flüssige Treibstoff bereits in seinem
Lagertank mit dem zur Zuführung und Einspritzung in die Brennkammer erforderlichen
Gasdruck beaufschlagt, indem entweder die gesamte erforderliche Druekgasmenge aus
einem Druckgaalagerbehälter über eine Vorrichtung zur Einhaltung eines konstanten
Gasdruckes entnommen wird oder indem die erforderliche Druokgaemenge durch Verdampfung
eines Anteils des zu fördernden flüssigen Treibstoffes erzeugt wird oder durch eine
Kombination der beiden angeführten Möglichkeiten.
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Obwohl dieses Treibstofförderprinzip hinsichtlich seiner Einfachheit,
Zuverlässigkeit, Möglichkeit einer einfachen Schubregelung, verhältnismäßig kurzen
Entwicklungszeit und verhältnismäßig niedrigen Entwicklungskosten gegenüber anderen
bekannten Treibstofförderprinzipien Vorteile besitzt, ergeben sich hierbei hinsichtlich
des hohen Baugewichtes der Raketenstufe, der großen Abmessungen des Raketentrieb"
werken sowie der schlechteren Traibetoffenergieausnutzung auch Nachteile, die zu
einer Verminderung des zu transpor-
| tierenden ';utzlastgewichtes fähren. Zum besseren Verstand-. |
| nis wird nacafolgend auf die angeführten Nachteile näher ein-. |
| gegangen. |
| Das hohe rau@ewicnt der Raketenstufe entsteht hauptsächlich |
| durch den scü:@rer("n @reibEatofflagertank, der dem zur ZufJ°th- |
| rung und Einscri tzun- des flüssigen Treibstoffes in die ")r
enn- |
| kammer erforderlichen Hohen Gasdruck standhalten aiuR. |
| ders nctclteilig wirkt sich dieser gewichtserhöhende Tinflur" |
| bei oolc:.en Treibstoffen au, die aufgrund ihrer gerinren |
| Dichte ein groi3es Tankvolumen erfordern, ciie es zuta ''eic_
iel |
| bei einer Verwendung von flüssigem "asser"toff der Fall ist. |
| _Tut-',las t`ewiciitsverinindernd wirkt oich auch das in dem
T'reib- |
| stofflagertana verbleibende, aufgrund des erforderlichen |
| hohen ;asdrtackes ver1iältnismö.ßig hohe Gasgewicht aus, wel- |
| ches durch die in dem mitgefUhrten Treibstoff enthaltene |
| Energie bis zum Ende der Antriebophase der jeweiligen Ruke- |
| tenstufe mitgehoben werden muß. |
| Der erforderliche Gasdruck im #"reibstofflager@tank hängt nun |
| unmittelbar von dem geforderten Druck in der nrenn'kawiner
ab. |
| Damit die üe,x.icate vom Treibstofflagertank und vom Druckgas |
| nicht zu groß vierden, rnuß der Druck in der Prennkammer ver- |
| hältnismäßig niedrig gewählt werden. Diese Forcierung lauft |
| auf einen :,:.o:npromiß hinaus, weil bei einem vorgegebenen |
| ,,chub und kleiner werdendem Brennkammerdruek sich die Ge- |
| wichte und Abmessungen von der Drennkammer und von der Ex- |
| pansionsdüse vergrößern. Werden diese,ßauteile in einer Ra- |
| ketenoberstufe verwendete wird reit den größer werdenden |
| Abmessungen die gesamte Rakete länger#und damit schwerer. |
| Ein weiterer Verlust des Nutalastgewiöhtss entsteht dadurch, |
| daß der als "Schub pro sekundlich ausgestoßene Treibstoff- |
| maesell definierte spezifische Impuls aufgrund thermodynami- |
| scher Vorgänge, strömungsmechanischer Grenzen und baulicher |
| Beschränkungen bei einem niedrigen ßrennkammerdruek geringer |
| ist als bei einem hohen. |
Die hier ungefUhrten Nachteile, die bei einer Treibstoffförderunmittels
Druckgases auftreten, wirken sich besonders nachteilig bei der Treibstoffkombination
Fltfssig-,rasserstoff/ FlUssig-Pluor au::, die von allen chemischen Reaktionen den
größten spezifischen Energiegehalt aufweist und deshalb für den Antrieb von Raketenstufen
von großem Interesse ist.
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Bei einem andere. 2örderprinzip wird der flUssige Treibstoff durch
turbinengetriebene ..reiselpumpen auf den zur Zuführung und Eincpritzun,# in die
Brennkammer erforderlichen Drucz gefördert. i.ierdur(#h ist der Druck in der Brennkammer
unabhUngig von dem Druck im Ireibstofflagertank geworden und kann deshalb wesentlich
höher gesvählt werden. Im T'reibstofflagertazik ist äage`en nur ein so hoher Gasdruck
erforderlich, daJ der flüssige "reibstoff aus diesem bei berwindun g eines geringen
Gegendruckes und, ohne den zu seiner augenblicklichen Temperatur zu@e'Liörigen :;iededruck
zu unterschreiten, seiner 'Llreibstofförderpumpe zuströmen kann.
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Neben diesen Vorteilen hat das Treibstofförderprinzip mittels turbinengetriebener
Pumpen auch Nachteile gegenüber dem Treibstofförderprinzip mittels Druckgases. Üehr
nachteilig wirkt es sich bei diesem irinzip zum Beispiel aus, daß zusätzlich zu
der Entwicklung eines treibstofrtankseitigen Druckgassysteme zur genauen Einhaltung
und Überwachung des erforderlichen Gasdruckes im Treibstofflagertank, welches sich
gegenüber dem Druckgassystem bei dem Treibstoffürderprinzip mittels Druckgases nur
in der Höhe des Druckes unterscheidet und nicht oder nur geringfügig in den Entwicklungskosten,
auch noch die Treibstofförderpumpe, die zuge= hörige Antriebsturbine, die Einrichtung
zur Erzeugung der Äntriebsgase für die Turbine sowie die Regelorgane, Armaturen
und Steuereinrichtungen für diese Aggregate mit entwickelt werden müssen. Bei einigen
Ausführungsbeispielen ist zwischen der Antriebsturbine und der Treibetofförderpumpe
ein Untersetzungsgetriebe erforderlich gewesen., welches ebenfalls noch mit entwickelt
werden mußte. Ausgeführte
Raketentriebwerksanlagen zeigen, daß die
Entwioklungekoaten fär die Funktionaeinheit "Turbopumpe" wesentlich höher sind als
für die funktioneeinheit "Treibstofftankseitiges Druokgasayetem".
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Ein weiterer Nücuteil entsteht dadurch, daß bei der Verwendung einer
großen Anzahl von funktionswichtigen und komplizierten Bauteilen die @Jahrscheinlichkeit,
daß eines dieser Bauteile während der Betriebozeit der Raketenstufe irgendwann eirLmal
versagt und diese dadurch ihren Flugauftrag nicht erfüllen kann, höher ist als bei
einer kleineren Anzahl von verwendeten Bauteilen. Eine hohe Auafallwahraeheinlichkeit
bedeutet aber eine niedrige Zuverlässigkeit. Diese wird noch durch die spezifische
Eigenart der Kreiselpumpen, bei einer im der Plumpe entstehenden Dampfblasenbildung
durch geringfügiges Unterschreiten des zur augenblicklichen Temperatur des zu fördernden
flüssigen Mediums zugeh3riben Siededruckes zunichat starke Schwankungen im Förderdruck
und in der sekundlich geförderten Menge zu erzeugen und bei einem größer werdenden
Unterschreiten des ;@iededruckea-den Förderstrom ganz zusammenbrechen zu lassen'
weiter abgesenkt.
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Bei einigen Aufgabenstellungen im Raketenbau ist es vrUnsehenswert,
wenn der Schub der jeweiligen Raketenstufe in einem großen Bereich verändert werden
kann, was durch eine Veränderung der sekundlioh geförderten Treibstoffmenge sowie
des Förderdruckes erreicht wird. Bei einer Treibetofförderung mittels Kreiselpumpen
wird eine Veränderung dieser Kennwerte vorwiegend durch eine Veränderung der Pumpendrehzahl
erreicht. Aufgrund der strömungameclianischen Gesetzmäßigkeiten, nach denen Drehzahl,
Fördermenge und Pörderdruck voneinander abhängig sind und nach denen diese Werte
zu Grenzwerten werden
können, kann bei einer Treibstofförderung mittels kreieelpumpen
snd unter Beibehaltung einer einigermaßen guten Funktionezuverläseigkeit der Raketenschub
nur in einem verhältnismäßig kleinen Bereich verändert werden.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorstehend beecüriebenen
Treibstofförderprinzipien weitgehend zu vermeiden und deren Vorteile wie Einfaehlieit,
Zuverldssigkeit, Möglichkeit zu einer einfachen Schubregelung in einem großen Bereich,
verhältnismäßig kurze Entwicklungszeit und verüö,ltni:;mö, Big niedrige i ntwicnlungskosten,
niedrige Daugewichte und Abmessungen der Rakete und damit geringe "lutzlaetgewichtsverminderungen
sowie eine gute TreibstoffausnutzunG in sich zu vereinen.
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Diese :uigabe wird erfindungsgemäß gelöst durch mehrere, dem jeweiligen
flüssigen Treibstoff zugeordnete, mit einen zugehörigen Treibsto°flagertank sowie
mit einer Brennkammer durch Treibstoffrohrleitungen, in die Rückschlagventile eingebaut
sind, und mit einem Druckgaslagerbehälter sowie mit Druekgasabblasöffnungen durch
Druckgasrohrleitungen,in die ferngesteuerte Ventile eingebaut sind, verbundene,
im Verhältnis zum Treibstofflagertank kleine und vorzugsweise gleich große Druckbehälter,
die nacheinander und in ununterbrochener sowie zueinander versetzter Reihenfolge
über die mit dem Treibstofflagertank verbundenen Treibstoffrohrleitungen
mit dem unter einem sich geringfügig über dem Siededruck befindlichen flüssigen
Treibstoff aufgefüllt und danach durch .Binblasen von Druckgas in die zu der Brennkammer
führenden Treibstoff;ohrleitungen wieder entleert werden, wobei die ferngesteuerten
Ventile auf der Druokgasseite. das Zuströmen und Abströmen des Druckgasen sowie
unter Mitwirkung der treibstoffseitigen Rücksohlagventile das Zuströmen und Abströmen
des flüssigen Treibstoffes so steuern, daß dieser der Drennkammer unter dem erforderlichen
Druck kontinuierlich und mit sekundlich gleichbleibender Menge zuströmt.
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Das Öffnen und Schließen der druckgaaeeitigen Ventile wird entweder
durch an Bich bekannte Vorrichtungen, die bestimmte obere und untere Höhen des flUssigen
Treibstoffes in
den
Druckbehältern mesoen und dabei Steuerimpulse abgeben
können,
gesteuert oder durch ein zentrales Gerät, in dem die
Reihen-
| folge der einzelnen Steuerimpulse sowie deren erforderliche |
| Zeitabstände gespeichert worden sind und dessen Wirkunge- |
| weiee ebenfalls an sich bekannt ist. |
| Fär bestimmte Auf#;nbenstellungen ist es auch denkbar, daß |
| jeweils eine vor, den treibstoffseitigen Rückschlagventilen |
| pro DruckbehUlter durch ein ferngesteuertes Ventil, welches |
| Eieine #jteuerimpulse ebenfßlls durch eine der bereite ange- |
| führten ?iögliuhkciten eripfUngt, ersetzt wird. |
| üb@nchl @.@ei. Druc@@beh@@.lter fär eine kontinuierliche Treib-- |
| stof°zzrderunü ausreichen, werden zjleckmäßiger'%wei se drei |
| Druckbehälter eingesetzt, weil dadurch zwischen der. Treib- |
| sto°flngortan'.c und den Druckbehältern ebenfalls eine kontinu- |
| ierliche lgreibstoftströmung erreicht werden kann. Die Vor-. |
| wirklichua3 der "jrfindung wird hierdurch problemärmer, weil |
| durch diese Anordnung-Schwingungen im flüssigen
Treibstoff |
| und in dem zum Treibetoftlagertank zugehörigen Druckgas- |
| regeloy aten vermindert sowie längere Zeiten für die ^etü.ti- |
| gungsvorgänge der ferngesteuerten Ventile und für die Ab- |
| blasvorgänge des Druckgases aus den Druckbehältern ins Freie |
| ermöglicht werden. |
| Das erforderliche Druckgas wird in einem Druokge.slagerbe- |
| hälter unter hohem Druck gelagert. Ein Teil des Druckgases |
| strömt von diesem Druckgaslagerbehälter durch eine an eich |
| bekannte 'Torrichtung zur Einhaltung eines konstanten und |
| bestimmten Gasdruckes in den Treibstofflagertank, um aus |
| diesem den Treibstoff zu den Druokbehgltern zu fördern. Ein |
| weiterer Anteil strömt durch eine andere Vorrichtung zur |
| Einhaltung einen anderen konstanten und bestimmten Gas- |
| druckes abwechselnd in jeweils einen vors den drei Druekbe- |
| hältern, um aua diesen den Treibstoff zci der Drennkammer
zu |
| fördern. |
Bei einer gewänschten Veränderung des Raketenschubs nuß entweder
der ;asförderdrucf f;ir die Druckbehälter durch die dazugehörige Vorrichtung zur
Einhaltung eines konstanten Gasdruckes verändert werden, oder in die von den Druckbehältern
zu der Brennkammer führende Treibstoffrohrleitung muß
eine
Vorrichtung eingebaut
werden, mittels der der Durehflußquerschnitt der Treibstoffrohrleitung verändert
werden kann und deren Wirkungsweise an sich bekannt ist.
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Nach einem weiteren Erfindungsgedanken strömt das Druckgas, nachdem
es den flüssigen Treibstoff aus dem jeweiligen Druckbehälter in die zu der Brennkammer
fahrende Rohrleitung ver-
drängt hat, durch eine kleine Expansionsdüse entgegengesetzt
zur Flugrichtung der Raketenstufe ins Freie ab und erzeugt dabei noch einen Schub,
der die Geschwindigkeit der Raketenutufe vergrößert.
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Qemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird dem Druckgas, indem es
auf dem Weg vom Druckga®lagerbehälter zu den Druckbehältern durch einen im unteren
Teil des Expansionedüsenmantels untergebrachten Erhitzerteil geleitet wird, Wärmeenergie
zugeführt. Das Ggs nimmt hierdurch bei gleichbleibendem Druck einen größeren Raum
ein, wodurch sich eine Einsparung an dem mitzuführenden Druckgasgewicht ergibt.
Dieser Vorteil wird noch verstärkt, wenn der Treibstoff flüssiger aasserstoff, flüssiger
Sauerstoff oder fl;iesiges Fluor ist und damit eine sehr niedrige Temperatur hat.
Der Druckgaslagerbehälter wird dann sinnvollerweiee innerhalb des kalten Treibstofflagertanke
untergebracht, wodurch sich ein kleine-
res Volumen des mitzuführenden Druekgaegewiehtee
und damit ein niedrigeres Gewicht des Druckgaelägerbehälters ergibt,
als
wenn das Druckgas bei einer höheren Temperatur gelagert wird: Im Folgenden werden
zwei AusflUhrungebeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher
beschrieben.
Es zeigen: Fis. 1 ein Funktionsschema der Raketentriebwerksanlage
gemäß der -Erfindung und Fig. 2 ein Funktionsschema gemäß Fig. 1 mit einer geringfügigen
Abwandlung.
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In den Figuren sind alle nicht unmittelbar zum Verständnis der Erfindung
gehörenden Bauelemente der Raketentriebwerke-
anlage aus Gränden einer besseren
Ubersicht fortgelassen. worden. Zur weiteren Vereinfachung wird nur ein flUssiger
Treibstoff für die Beschreibung herangezogen, obwohl bei den meisten Raketenantrieben
zwei flüssige Treibstoffkomponenten, nämlich Brennstoff und Ozydator, zur Anwendung
kommen. Somit ist far jede weitere flüssige.Treibetoffkomponente,.die
außer-
dem noch in die Brennkammer eingespritzt werden soll, sinngemäß noch
einmal je die gleiche Treibstoffördereinrichtung erforderlich. Außerdem kann eine
Treibstoffördereinrichtung mehrere Erennkammern mit der dazugehörigen Treibstoffkomponente
versorgen, wenn diese zur selben Raketentriebwerke-
anlage gehören.
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Die Raketentriebwerksanlage besteht aus einem Treibstofflagertank
1, in dem ein Druckgaslagerbehälter 2 untergebracht ist. Unterhalb des Treibstofflagertanke
1 sind drei gleich große Druckbehälter 3, 4 und 5 in einer Reihe angeordnet und
über die Treibstoffrohrleituügen 44 und 47 eoviie kurzen Verbindungsrohrleitungen
mit dem Treibstofflagertarik 1 und der Brennkammer 28 verbunden. In dieee-kurzen,
treibetoffseitigen Verbindungsrohrleitungen Bind je,Druokbehälter zwei Rückachlagventile
- 12; 13; 14; 15; 16; 17 - untergebracht. Druekgaeseitige Verbindungsrohrleitungen,
in denen
je Druckbehälter zwei ferngesteuerte Absperrventile - 6; 7;
8; 9; 10; 11 - untergebracht sind, verbinden die Druckbe-
hälter 3; 4 und
5 mit einer Verteilergaerohrleitung 41 und einer Gassammelrohrleitung 45.
In den drei Druckbehältern 3; 4 und 5 sind zum Messen bestimmter oberer und unterer
Treibstoff
Chen je drei Punktfühler - 18; 19; 20; 21; 22; 23; 24;
25; 26 - untergebracht. Die Drucibehälter mit den zugehörigen Rüakochlagvantilen,
ferngesteuerten Absperrventilen sowie üen yunitfähiern bilden die "Treibstoffördereinhe.it"
der Uaketentriebwerksanlage.
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Unterhalb diezer TreibstoffMereinheit befindet sich ein Einspritzkopf
27, der eine Brennkammer 28, ein Düsenhals 29 und eine Expansionsdüse 30 angeschlossen
sind. An der Expansionsdüse 30` ist noch ein Expansion$düsenstück 31 befestigt,
dessen Wand zum Aufheizen des Druckdaseo, wodurch. gleichzeitig das ;aAdmaterial
gekühlt wird, als Doppelmantel 32 ausgebildet ist. Die Wände der Expansionsdüse
30 mit der Dtfsenhale 29 sowie die der Brennkammer 28 sind ebenfalls durchgehend
als Doppelmantel 33 ausgebildet und worden zur KUhlung von dem Treibstoff durchströmt.
Der Einspritzkopf mit der Brennkammer, dem Düsenhals, der Expansionadüae und dem
ExpansionedüSenendstüek bilden zusammen die "Schuberzeugungseinheit" der
Raketentriebwerkeanlage.
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Zinke von der Schuberzeugungseinheit und in die gleiche Richtung wirkend
befindet sich noch eine kleine Expansionsdüoe 34 für das Druckgas.
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Vor dem Anfahren der Raketentriebwerkeanlage sind bis auf 6; 8 und
11 alle auf dem Funktionsschema eingezeichneten Ventile geschlossen. Das Anfahren
wird von einem nicht mit eingezeichneten Kom.aandogerät der Raketentriebwerksanlage
durch einen elektriaahen Steuerimpuls zum Iffnen eines Hochdruckventils 35 eingeleitet.
Die Verbindung zwischen dem Kommandogerät als Impulsgeber und dem Hochdruckventil
35 als Impulsempfänger sowie die Zuführung von Energie zim Betätigen des Hochdruckventile
wird symbolisch durch eine elektrische Leitung 36 gekennzeichnet. Das gleiche gilt
für alle anderen ferngesteuerten Ventile, die von
einem Impulsgeber gesteuert
werden, so z. B. auch fUr den Punktfühler 18 als Impulsgeber
und das Absperrventil
6 als Impulsempfänger.
Druckgas
aus dem Druckgaslagerbehälter
2 strömt nun durch das geöffnete Hocadruokventil 35, einen Uauptdruckeinderer 37,
eine Roürleituns 3e zu der Doppelmantel 32 des lxPanaionsdüsenendca tsekee >1 und
von dort durch die Rohrieitung >; zu der RohrverzweiguneWelle 40. Hier wird das
Druckgas
aufge-
teilt und strömt einmal durch die Verteilergasrohrleitung
41 bis zu den geschlossenen Absperrvontilen 7; 9 und 10 und zum anderen durci einen
reindruciminderer 42 von oben in den Treibstofflagertank 1 ein. Nach erfolgtem Druckaufbau
im Treibstofflagertank 1 wird vom i;omiaundogerät ein Treibs tofftankventil 43 geöffnet,
so daß der Treibstoff unter dem durch den Feindruekminderer 42 reduzierten Gusdruek
durch die Treibstoffrohrleitung 44 und durch die Rüokscülagventilo 12; 15 und 17
in die Druckbehälter 3;
4 und 5 strömen kann. In
den Druckbehältern
vorhandenes Gas oder verdampfter Treibstoff können durch die geöffneten Absperrventile
6; 8 und,ll, die Gaseammelrohrleitung 45 und anschließende kleine Expansionsdüse
34 ins Freie abströmen. Hat der Treibgtoffepiegel in den jeweiligen Druckbehältern
die oberen Punktfühler 18; 21 und 24 erreicht, werden elektrische Steuerimpulse
zum Schließen der jeweils zugehärigen Absperrventile 6; 8 und 11 ausgelöst. Anschließend
wird vom Kommandogerät ein Einspritzventil 46 geöffnet und nach
einer. bestimmten
Zeit, die dazu ausreicht, daß vom Treibstofflagertank l durch die Rüokechlagventile
12; 15; 17 und anschließend 13; 14; 16 nachfließender Treibstoff die Treibstoffrohrleitung
47 bis zu diesem Einspritzventil 46 aufgefüllt hat, wieder geschlossen. In der Treibstoffrohrleitung
47 vorhandenes Gas oder verdampfter Treibstoff konnten durch das geöffnete Einspritzventil
46, den Doppelmantel 33 und durch
den Einspritzkopf 27 ins Freie abströmen.
Ein nun folgender Steuerimpuls vom Kommandogerät öffnet das Absperrventil 10, so
daß aus
der Verteilergasrohrleitung 41 Druckgas in den Druckbehälter 5 strömen
kann. Der Gasdruck pflanzt sich im Treibstoff durch das Rücksohlagventil 16 in der
Treibstoffrohrleitung
47 bin au den Rücksohlagventilen 12 und 15 und
dem Einspritzventil
46
fort. Durch
einen Steuerimpuls
vom Kommandogerät
wird nun das
| Einspritzventil 46 wieder geöffnet, so daD Treibstoff aus |
| dem Druckbehälter 5, der als Anfahrdruokbehälter geschaltet |
| ist, unter dem einwirkenden Gasdruck durch den-Doppelmantel
33 |
| atrömt und von dort d-,arcls: den Einspritzkopf 27 in die -trenn- |
| '_:,:.mmer 23 gelangt. 'lit dem fast Gleichzeitigen Einspritzen |
| 'einer weiteren Treibstoffkomponente und dem Zsnden des Treib- |
| stoffkomponentengemisches in der Brennkammer 28 -
für beide |
| Vorgsri,#je oind g=as .Granden einer besseren Ubersicht in
dem |
| Paznsctionssc_@e.@u :eine Funktionsgeräte mit eingezeichnet
worden - |
| .-i 4 ra der Ar"f:"h-rvorgüng abgeschlosoen. |
| r^ür den Ablauf der nun o1genden Detriebsphase sind unter |
| der Voraussetzung, da.ß ein konstanter Schub eingehalten wer= |
| den soll, keine weiteren elektrischen Steuerimpulee vom Kom- |
| me.:ikocc,.rät gehr erforderlich, das heißt, die Treibstof'örder- |
| einheit arbeitet selbständig. |
| Hat der 'reibwtoffspiegel im Druckbehälter 5 den Punktfühler
25 |
| erreicht, gibt dieser einen Steuerimpuls zum Öffnen
an das |
| Absperrventil 9. Daa Druckgas aus der Verteilergaarohrleitung
41 |
| kann nur- außerdem in den Druckbehälter 4 strömen und den
darin |
| befindlicher- Treibstoff durch das Rücksehlabventil 14 mit
in |
| die Treibctoffrolirleitunb 47 fördern. Dieser Moment wird in |
| dein PiznktionsseLema durch die eingezeichneten Funktionsstel- |
| lungen der i`erngeeteuerten Absperrventile und Rückschlag- |
| ventile eow@e durch die mit geetriehelten Linien
angedeuteten |
| mreib:toffoberflächen in den Druc$behältern und in dem Treib- |
| stofflagertank dargestellt. |
| Der Druckbehälter 5 beendet dagegen kurz darauf
seine Treib- |
| stofförderung, wenn der Treibstoffspiegel den untersten |
| Punktfühler 26 erreicht hat und dadurch einen Steuerimpuls |
| zurr Schließen de£ Absperrventils 10 und eine Unterbrechung |
| der Druckgaszufuhr auslöst. Das Absperrventil 10 wiederum |
| löst nach erfolgtem Schließen einen Steuerimpul4 zum Öffnen |
| des Ateperrventils 11 aus, so daß das im Druckbehälter 5
be# |
| findliche Druckgas in die Gassammelrohrlei tung 45 und von |
| dort durch die kleine Expansionsdüne 34 ins Freie entweichen |
| kann. In der kleinen Expansionsdüse 34 wird noch ein großer |
| Anteil von der im Druckgas gespeicherten Energie in kineti- |
| acliQ Energie umgewandelt, deren. Räekstoß mit zur G.eschwindig- |
| keitser:iüliunri der Rakete beiträgt. Ist der Ga.adruck
im Drtiok- |
| behälter 5 0o weit abgesunken, daß er gegenüber dem
Druck |
| in der yreibstoffrohrleitung 44 unterschritten wird,
öffnet |
| aic: das Rückschlagventil 17, und Treibstoff aus deit Treib- |
| utof.Llagertank 1 füllt den Druckbehälter 5 bin zu dem oberen |
| l.'uxktfühler 24 in der bereits beim Anfahrvorgang beschrie- |
| benen .'eise wieder auf. |
| In der Zwischenzeit hatte.nun der Treibstoffspiegel im Druck- |
| behälter 4 den Dunktf`ühler 22 erreicht und dabei das Abcperr- |
| ventil 7 zum Öffnen und durch das aus der Verteilergasrö@4r- |
| leitung 41 in den Druckbehälter*3 str*mende-Druekgas
diesen |
| mit zur Treibstofförderung in die Trelbstbffrohrleitung
47 |
| ,veraalaßt. Wenn kurz darauf der Treibstoffnpiegel.im Druck- |
| behtUlter 4 den untersten Punktfühler 23 erräioht
hat, wird, |
| wie schon analog beim Drnokbehälter 5.beßchrieben,
die Dmok- |
| gaszuf,ahr durch wCohließen des Absperrventile 9 unterbunden |
| ;und c;urch VIlfnen des .Absperrventils 8 das eingeschlossene |
| Druckgase durch die Gnssammelrohrleitung 45 und die klein |
| Expanaionodüse 34 ins Freie abgeblasen. Anschließend
f'lllt, |
| sich der Druckbehälter 4 wieder bis zum oberen Punktfühler
21 |
| zeit Treibstoff, wele4er durch das sich öffnende Rücksohlag- |
| ventil 15 durohstr3mt, auf.. |
| Analo;wie bei den Druckbehältern 5 und 4 läuft der Vorg4n« |
| beim Druckbehälter 3 ab= Der Treibstoffspiegel erreicht |
| Punktfühler 19; dadurch wird das Absperrventil 10 geöffnet, |
| ,and der Druckbehälter 5 beginnt wieder mit der Treibstoff- |
| förcier-jng. 'da.hdem der Treibstoffspiegel im Druckbehälter
j |
| den untersten Punktftihler 20 erreicht hat, wird
dan Absperr- |
| ventil 7 geschlossen und das Druckgas durch das geöffnete |
| Absperrventil. 6, die üassam;aelrohrleitu4g 45 and die
kleine |
| Expansionsdä,se 34 ins Freie abgeblason. :lanit ist ein
Pörder- |
| zyklus der Treibetoffördereinheit beendet und der-beschrie- |
| bene Funktionsablauf der einzelnen Druckbehälter beginnt von |
| neuem. |
| 7-hrand einer kurzen Zeit # 111 der der Treibstoffspiegel
in |
| einem Druckbehälter von dem oberen der beiden unteren Dunkt#- |
| fUhler zu dem untersten i'unkttWller absinkt, fördern
zwei |
| Druckbehäl -er -leichzei tig und parallel zueinander Treib- |
| stoff durch ihre zujehörigen Mckschlagventile in die ireib- |
| atoftrohrlcituig 4? und von dort durch den Doppelmantel 33 |
| und durch den Einspritzkopf 27 zur Verbrennung in die Drenn- |
| kammer 23. Beide Druckbehälter werden dabei mit dem
gleichen |
| Gasdruck aus der gemeinoamen Verteilergasrohrleitung 41 be- |
| a,ufechlagt, wenn von der konotruktiv leicht einzuriultendei; |
| Voraussetzung ausnegaen wird, daß die einzelnen kurzen |
| Verbindungsrohrleitungen zwischen der gemeinsamen Verteiler. |
| gasrohrleitung 41 und der zugehörigen Dmokbehältern
ein- |
| ochließlich der teehörigen Absperrventile beim IhzrchetrÖmen |
| mit Druckgas bei gleichen Anfangszuständen gleich hohe Strö- |
| mungsverluste erzeugen. Weiterhin wird von der konstruktiv |
| leicht einzu!,alt@:rden Voraussetzung ausgegangene daß die |
| cinzelnciz |
| Verbindungsrohrleitungen zwischen den Drutok- |
| beääl tc:rn uiid einer 'Ireibstoffrohrzusamaieniührung an
der |
| 1J VGlie 48 eint-chließlich der zugehörigen Rückechlagventile |
| bci" Durchströmen mit der gleichen zekundlichen Treibstoff- |
| nengc Gleich hohe Strömungsverluste erzeugen. Unter
Vernaoh- |
| lässi&mn,# der geringen unterschiedlichen hydrostatischen |
| Dräcke im Treibstoff aufgrund der untereahiedlichen
Treib- |
| stöffspiegelh3hen in den Draekbehältern kämmen die Treib- |
| stoffaträme von den beiden gleichzeitig fördernden Druokbe- |
| hültern an der Treibstoffrohrzueamaenführung 48 mit
dem |
| gleichen staticehen Druck und der gleichen Strömungegeschwino |
| digkeit an. Dei Gleichen Querschnitten der@einzelnen kurzen |
| Verbindungsrohrleitungen fördern somit beide Druckbehälter |
| sekundlich die gleiche Treibstoffmenge. Wird nun außerdem |
| noch beri:oksichtigt, daß gegenüber den Treibstoffströmungƒ- |
| verluaten.s die auf dem Wege von der Treibetoffrohrzusemmen- |
| führun@ 43 bis zu der rrenn::ammer 2@ entutehen, bei der |
| Treibstofförderung nur eines Druckbehälters die GasetrÖ- |
| mungsverluste in der kurzen Verbindungsrohrleitung von der |
| VerteilergasroUrleitung 41 bis zum Druckbehälter einschließ- |
| lich des dazugehöri`en geöffneten Absperrventils, addiert |
| mit den .reibstoffstrümungsverlusten in der kurzen Verbin- |
| dungarohrleitun', zwischen dem Druckbehälter und der'Treib- |
| stoffroirzusam!nenf;.itirung 4.3 einschließlich des dazugehörigen |
| geöffneten Rlc@cschlcrgventils, schon sehr klein sind, zeigten |
| Nachrecünün,en, daß die Verminderungen dieser beiden addier- |
| ten :;tr@3!nungaverluste, die sich aufgrund einer Verringerung |
| der :'.tr''imunt"-# in den kurzen Verbindüngs- |
| ro#.irlei tunen bei einer gleichzeitige::, parallelen Treib- |
| stoffürderuri, von zwei Druckbehältern ergeben, vernach- |
| lässigbar klein sind gegenüber den nachfolgenden Treibatoff- |
| strömunsverlusten bis zu der Brennkammer 28. Das bedeutet, |
| daß bei der 13eteiliz;ung nur eines oder gleichzeitig zweier |
| Druckbehlilter an der 'Treibstofförderung die sekundlich in
die |
| Brennkammer 23 ;---,förderte Treibstoffmenge immer fast nahezu |
| konstant bleibt. |
| Die Zeitdauer der Gleichzeitigen, parallelen Treibstoff- |
| f;5rd2rung von J%vei Druckbehältern ergibt sich durch den Lb- |
| stand der beiden unteren Eunktfähler voneinander, senkrecht |
| zur Treibstoffströmungarichtung gemessen. Er wurde so gew@ihlt, |
| daßs bei maximaler sekundlich zu fördernder Treibstoffmenge |
| der Aufbau der Treibstoffströmung in dem die Treibstoff- |
| förderung äberiiehmenden Druckbehälter einschließlich seiner |
| kurzen Verbindungsrohrleitung sowie gleichzeitig der Abbau |
| der -Treibstoffströmung in dem die Treibstofförderung ab- |
| gebenden Druckbehälter einschließlich seiner kurzen Verbin- |
| dungsrohrleitung so langsam vor eich gehen, daß dadurch ent- |
| stehende Druckscti,.vankun@en in dem zur Brennkammer 28 strö- |
| menden Treibstoff vernachlässigbar gering bleiben und keinen |
| Einfluß auf die Verbrennung in der Brennkammer 28 aueübcn. |
| Durch die Verwendunj von drei. ;gleich großen. Druckbehältern |
| wird bei maximaler sekundlich zu fördernder Treibstoff- |
| menge auch beim Auffüllen der Druckbehälter mit Treibstoff |
| ein Uber:°chneiden des Vorganges bei jeweils zwei Druckbe- |
| hältern erreicht, so daß der Treibstoff aus dem. Treibstoff- |
| lagertenn Iden einzelnen Druckbehältern kontinuierlich zu- |
| strömen kann und die durch die Treibstoffrohrleitung 44 |
| durchströmende sekundliche Treibstoffmenge fast nahen. kon- |
| st a.n t bleibt. Die vorgesehene Zeitdauer dieser Ubersehneidung |
| wird ha:uptsö.chlich durch di e@ richtige Auslegung der Quer- |
| schnitte von_ den lasrohrleitungen mit den dazugehörigen Ab- |
| sperrventilen eingehalten, durch die das Druckgas aus den |
| einzelnen Druckbehältern der deinen Expansionsdüse 34 au- |
| gei'Uhrt wird. hie schon i n der allgemein gehaltenen Deschrei- |
| bung der Erfindung erwähnt, werden hierdurch sich nachteilig |
| auswirkende ichwinbungen in dem den ?Druckbehältern zuströ- |
| menden 2reibstoff sowie in. den vom Druckgas ausgefüllten |
| Teil des ireibstofflagertanks 'i und in der dazugehörigen |
| frudkgaeregelsystem, weiches durch den Feindruckminderer 42 |
| versinnbildlicht wird, klein gehalten. |
| Das Druckgas aus dem Druckgaalägerbehälter 2 wird auf dem |
| ;ege zur Arbeitleistung in den einzelnen Druckbehiltern |
| sowie in dem ireibstofflagertank 1 in dem Doppelmantel 3' |
| des Expansionsdüsenendstücks 31 durch die in der Brennkammer
28 |
| erzeugten und durch den Düsenhals 291 die Expansionsdüse
30 |
| und das ExpansionsdüsenendstUck 31 ins Freie abströmenden |
| Brenngase |
| um so durch seine Volumenvergrößerung |
| das mitzuführende Druekgasgewicht sowie das Gewicht des |
| Mruckgaalagerbehälters 2 niedrig zu halten. Die gewünschte |
| Temperaturerhöhung dee Druckgases wird durch die richtige |
| Auslegung der länge des Doppelmantels 32 erreicht und wird |
| so bemessen, daß sich unter Berücksichtigung des erforder- |
| lichen Druckgas-. und Druckgaslagerbehältergewiehteo und der |
| in den Druckbehältern sowie in dem mreibstofflagertank 1 |
| durch die hohen Druekgastemperaturen verdampfenden und für, |
| die Verbrennung in der Brennkammer 28 nicht mehr verwertbaren |
| 2reib,,jtoffgeciici:te Bowie der durch die durch die kleine
Ex- |
| pansionsdüse >4 at"strömenäen Druckgas- und Treibstufdc.mpf- |
| menjen erzielten Gesehaindigkeitflerhähung der Raketenstufe
ein |
| maximales Nutzlaotgewieht fär die zugrunde gelzL,te Aufgabe |
| der Raketenstufe ergibt. |
| Obwohl bei einer @trönungerichtung des Druckgases in dem |
| Doppelmantel j2 entgegengesetzt zur ätrömungerichtung der |
| Drennguee in dem Expansionodüeenendetück 31 bei gleicher A.uf- |
| heizfläche die von Druckgas aufgenommene Wärmeenergie größer |
| wäre als bei einer gleioheinnigen Strömungeriohtung, ist auf- |
| grund konstruktiver Sohwierigkelteni die durch unterschied- |
| liche #,ilarniedohnungen -» inebeeoadere an der Verbindungestelle
49 - |
| bedingt sind, in diesem Beispiel das Gleichstromprinzip ange- |
| wendet worden. |
| Bisher ist die Punktion dor Treibgtoffdrdereinüeit nur g;ir |
| eine konstante, maximale eekundliah zu fUrdernde Treibstoff- |
| menge bescirieben worden. Es ist aber ein Vorteil der Erfin- |
| dung, daß eine Verringerung der sekundlich zu fördernden |
| Treibstoffmenge und dadurch eine Verringerung des Raketen- |
| aahubes verhältnismäßig einfaeh @erreiaht werden kann, und |
| zwar entweder über eine Versteilung des Hauptdruckminderers
37 |
| auf einen niedriger eingeregelten Gaedruok für die Treibetoff- |
| förderung in den Druckbehälte= oder durch ein in den Figuren |
| nicht mit einbezeiaäaetee# seinen Durchtlußquerwehnitt ver- |
| ändexIbares Regelveritl, wolcbee ih. die Treibsto@frohrlei- |
| tung 47 mit eingebaut worden stllgte und durch welches
der |
| Treibetoffströmungsvtrlünt auf dem Wege von den
Druckbehäl- |
| tern zu der Brennkammer 28 vergrößert werden kann. Die
öteuer- |
| impulse fär die den Räketerieehdb regelnden Organe gehen ent- |
| weder unmittelbar vom Xommandogerät aus oder werden von einer |
| Plugeteuerungs- und überwachungszentrale am Erdboden über. |
| elektromagnetische Jellen und ;iber die Empfangs- und Verstär- |
| kereinrichtungen der Raketenstufe den genannten Organen zu- |
| geleitet. |
| Erfordert es die an die Raketenstufe gestellte =lu£,#aebr,
da.G |
| der hake tenaciiub oxakt vaa einem bestimmten @eityunk-ab V
in |
| kurzer jcit abgebaut werden muß, wird beim _lbschalt°iorg.,m-ri; |
| der a@cateütric'werkeaii@.uge das £inspritzventil MG durch
ei- |
| nen Steueri:#lt>>alu vom Wo.==andogertLt geschlossen, wodurah
die |
| Treibstoffzufuhr zur Brennkammer 28 un.terbrocren wIrs@ Tier- |
| bei bleiben im unjünstigeten Fall alle drei Druakbehälter |
| @reibayea t- |
| mit Treibetofä: gefüllt zurüctc, so daß dieae |
| menge von vornherein als Verlust seit einkallral iert
werden |
| twuß. lcit da@e,en ein i urzer Abbau des Rdket®ns@hube@ von
ei- |
| 6ierJ bestimuten Zeltpunkt ab n1Cht unbedingt crforde@lioh, |
| wird der JIbschaltvorgang vom, Kommandogerät durch einen |
| Steuarimpule zum @o@ilieien des '@reibstofftanäventils 43 ein- |
| geleitet. la diesem lalle können die letzten .reibatof£- |
| fällungen dar einzelnen Druakbehälter naah zur Verbrennung |
| in die Brennkamiuer 28 gefördert werden. |
| Urd außerdem aufgrund der an die Raketenstufe gestellten |
| Aufgabe der Abseüaltvorgana der ßaketentriobwerksanlage bei |
| maximalem Raketenschub und damit bei maximaler sekundlich
ge- |
| förderter Treibstoffmenge ausgelöst, verbleibt in dem Druak- |
| gaslagerbehälter 2 mindestens eine Reatgasmenge unter dem |
| Gesamtdruck --urÜCaz, waleaerbiah au: dem in den ruokbehältern |
| er.,'ordarlicüen @'re :bsto.°förderdruck und den zwischen den |
| Druckbehältern und dem Druekeaelagerbehälter 2 auftretenden |
| Druokverluoten durch die Gaaetrömung einschließlich der,eiah |
| aua konstruktiven Gründen ergebenden Mindestdruckhbeenkung |
| in dem IIauptdruckminderer 37 zusammenaddiert. Diesen
nicht |
| unerhebliche Druakgaareetgewiohv vermindert um einen
Paktort |
| der etwas größer ajA.eins ist, daaNutzlaatgewioht der Rake- |
| tanatufe. Deshalb wird bei den Flugaufgaben,
bei denpr& eire |
| Absenkung deu Raketenechubea am Ende der angetriebenen Flug- |
| phaee zuläsi316 tat oder sogar Vorteile bringt, das mitge- |
| fUhrte Druckgaagewioht so weit verringert, daß der am Ende |
| des angetriebenen flugee sich in dem Druokgaalggerbehglter
2 |
| einstellende Gasdruck abzüglich aller Strömungeverlunte |
| eben noch für die Förderung der sekundlichen Treibstoffmenge |
| ausreieht# die für einen zulässigen Mindeetraketeneohub
er- |
| forderlich ist. |
| in Fis. Z ist eine Anordnung dargestellt, bei der die in |
| Fig. 1 in den Druckbehältern untergebrachten Punktfühler, |
| die als Impulsgeber f;ir die Absperrventile während der
Be- |
| triebaphase den Punktioneablauf der Treibstoffördereinheit |
| steuern, durch ein zentrales Gohaltfolgesteuergerät 50 er- |
| setzt worden sind. In dem Schaltfolgesteuergerät 54 sind
die |
| 0ci1altfolgen der einzelnen Absperrventile mit den dazugehö- |
| rigen Zeitabständen, die bei Bodenversuchen unter
simulierten |
| Flugbedingungen gemessen wurden, unter Verwendung von elek- |
| tronieehen Kleinbauteilen gespeichert worden. Es wird auch |
| daran gedacht, die Zeitabstände f;ir kleinere werte der |
| sekundlich geförderten Treibstoffmengen als den Auslegungs- |
| wert zu speichern, so daß der Raketenschub entweder in Stufen |
| oder auch kontinuierlich in dem gewUnschten Bereich verän- |
| dert werden kann. |
| Das :;o.r<ma:a3ogerät ist dem Schaltfolgegerät 50
übergeordnet |
| und setzt mit elektrischen Steuerimpulsen das letztere zur |
| richtigen Zeit in Tätigkeit. Die elektrische Leitung 51 oym- |
| bolisiert den Jteuerimpuls vom Kommandogerät, der beim Sahalt- |
| folgesteuer3erät 50 die fär den Anfahrvorgang erforderlichen |
| ächdltfolgen bei der Treibatoffördereinheit sowie bei dem |
| Einspritzventil 46 auslöst. Jber die elektrische Zeitung 52 |
| wird dann beim ,ichaltfolgeeteueraerät 50 die Schaltfolge für |
| die Betriebsphaäe ausgelöst und am Ende dieoer wieder
gestoppt. |
| Die vorliegende Erfindung Lindert und verbessert das bei- |
| Fläsaigkeitaraketen wegen seiner Einfachheit und
i 7uver13eaig- |
| keit häufig angewendete Prinzip der Treibstofförderung mit- |
| tels Druckgasen, indem der zur ZufUhrung und Einspritzung
des |
| Treibstoffs in die Brennkammer erforderliche hohe üasdrubk |
| nic:it mehr wie bisher in den großen lreibstofflagertank |
| geleitet wird, sondern abwechselnd in jeweils einen von drei |
| kleinen Druckbehältern, die mit dem Treibstofflagertank so- |
| wie mit der Trennkammer durch Rohrleitungen in Verbindung |
| stehen und in ZueaLUaenwirkung mit einigen weiterer, an sioh |
| bekannten Vorrichtungen eine kontinuierliche und eekandlich |
| gleichbleibende Treibstofförderung in die Brennkammer eraög- |
| lichen. Der Gusdruck in dem Treibatofflagertank muß hiurbci |
| nur so hoch eeln, d.aß der Treibstoff aus diesem den Druck- |
| behältern zuströmen kann, ohne dabei den derzeitigen Giede- |
| druck zu untereci@peiten: Der Gaedruok liegt in der Größenord- |
| nung von zwei bie drei ata und damit in dem gleichen Druck- |
| bereich, wie er auch bei einer Treibstofförderung mittels |
| Turbopumpen erforderlich ist. teil hierdurch der große Treib- |
| stofflagertank aufgrund seines niedrigen Innendruckee ge- |
| wichtlich ,ehr leipht ausgeführt werden kann und die drei |
| kleinen Druckbehälter, die den hohen Gasförderdruok sush.ulten |
| müssen, in ihrem Volumen zusammen etwa, je nach Aufgaben- |
| stellung und um zya besseren Verständnis eine Größenordnung |
| anzugeben, hundert bis vierhundert mal kleiner sind als der |
| zugehörige irelbstofflagertank, läßt Koh durch äcs |
| dungubemäBe Treibe tofförderprinzip eine beaohtlohe Wige- |
| rung des zu trunsportierenden Nutzlaetgewichtee erreiohen. |
| Diese Steigerung des Nutzlastgewichtes wird noch erhöht, weil |
| duroh die Erfindung auch ein höherer Druck in der Brennkammer |
| verwirklicht werden kannt wodurch sich bei gleich große. |
| Eaketenechub die Abmessungen und Gewichte der Uohuberzeugunge- |
| einheit und! wenn es sich um den Antrieb für eine überatute |
| hande lt, euch die Abmessungen und da$ Gewicht des Verbin.duxnge- |
| ringe$ zwiechen den Stufen verringern. Darüber hinaus ver- |
| bessert sich mit steigendem Verbrennungsdruck die spezifi- |
| sche ireibetoffausnutzung, die indirekt ebenfalls zü einer |
| Steigerung des Nutzlaatgewichtee führt. |
| Eine weitere Steigerung des ldutzlaatgewichtes ergibt eich |
| dadurch, daß aufgrund des niedrigen Gasdruckes in dem Treib- |
| atofflagertank auch nur ein entsprechend niedriges Gaegewioht |
| bis zum Ende der Antriebsphase der jeweiligen Raketenstute |
| mitgehoben werden muB, während das relativ hohe Gasgewicht, |
| welches für die Treibstofförderung in den Druäkbehältern
er= |
| forderlieh ist, wAhrend der Antriebsphase kontinuierlich |
| durch eine kleine Expantionsdüse ins Freie abströmt und da- |
| bei noch ßchub erzeugt. In diesem Zusammenhang sei auf das |
| 2reibztofförderprinzip mittels Turbopumpen hingewiesen, bei |
| dem die zur Aufbringung Ton Treibstofförderenerg,ie
erzeugten |
| Verbrennungyase nach der Abgabe dieser Energie an die An- . |
| triebaturbine fär die Treibstoffpumpen die Raketenstufe |
| ebenfalls durch eine abgassohubdUse verlassen. |
| Wie bereits beschrieben, wird das Druekgaa in dem Doppelman- |
| tel, der in dem unteren Teil der 2xpansionedüse untergebracht |
| ist, zwecks Volumensvergrößerung aufgeheizt. Dadurch kann |
| das mitzuführende Druckgasgewicht sowie das Gewicht des |
| Druekgaübehälterz niedrig gehalten werden, was ebenfalls zu |
| einer iteigerung des Nut$lastgewiohtee fährt. |
| Bei dez herkömmlichen Treibßtofförderprinzip mittel® Druck- |
| gazes lieGt die optimale DruckZaetemperatur, bei der die |
| grdßte Gewichtseinsparung erzielt wird, verhältnismäßig |
| niedrig, teil während der vollen Zeit der Drennphase Wä.rme- |
| envrgie von dem urarmen Druckgas an den kälteren, ila Treib- |
| stofflagartank befindlichen Treibstoff abgegeben wird. 1lier- |
| durch verdampft einerseits Treibstoff, der dadurch nicht |
| mehr zur Verbrennung heranZezonen werden kann, und anderer- |
| seits erhä :t sieh die mittlere Temperatur des flUseig ver- |
| bleibenden Treibstoffes und nähert sich der zu dem Tankdruck |
| zugehörigen Siedetemperatur. Der Abstand zwischen der mitt- |
| leren Treibstofttemperatur und der zugehörigen Siedetempera- |
| tur darf aber einen bestimmten Wert nicht unterschreiten,
wenn |
| unter den Bedingungen, unter denen in den Rohrleitungen der |
| Treibstoff dem Brennraum zuströmt,, keine zu Funktionestörun- |
| gen Anlaß gebende Verdampfung oder Teilverdampfung des |
| Treibstoffes auftreten soll. In diesem Zusammenhang muß noch |
| erwähnt werden, daß der sekundliche Järmeaustaucch zwischen |
| Druckgas'und Treibstoff bekanntlich nicht allein von deren |
| Temperaturdifferenz abhängig ist, sondern auch von der '_"öhe |
| des herrschenden Gasdruckes. |
| Bei der vorliegenden Erfindung kommt nun der '-reibsto.ff nur |
| während der kurzen.fit örderzyklen in den ein.,:elnen Druckbe- |
| hältern mit dem warmen und unter denn hohen i'reibstofförder- |
| drucK stehenden Druckgas in Der@?hrung, während das unter |
| niedrigerem Druck stehende Druckgas in dein 2rdibstofflager- |
| tank gegebenenfalls durch .:isehung mit kaltem Gas auf eine |
| niedri`ere, ihm zu@ehöri-e optimale Temperatur gehalten |
| werden 'Lt3@L@t. ;aus diesem Grunde liegt hier c:'ie optimale
Druck- |
| üastemneratur wesentlich höher als bei dem herkömmlichen |
| lreibstofförderprinzip mittels Druckgases, woraus sich eine |
| weitere Steigerung des "Tutzlastgewichtes ableiten läßt. |
| Die risher iiar"ef:.ihrten Vorteile der vorliegenden Erfindung |
| wirken sich besonders stark bei den sogenannten hoch- |
| energetischen Treibstoffkombinationen Flüssig-Nasserstoff/ |
| Flüssig-Sauerotoff und Flüssig-,'@'asserstoff/Flüssig-Fluor
aus, |
| die von allen chemischen Reaktionen den größten spezifischen |
| Energiegehalt aufweisen und deshalb für den Antrieb von |
| Raketenstufen von großem Interesse sind. Zum Beispiel ver- |
| größert sich bei der letztgenannten Treibstoffkombination |
| der als "Schub pro sekundlich ausgestoßene Treibstoffmassel |
| definierte spezifische Impuls mit ansteigendem Drennkammer- |
| druck sehr erheblich. Aufgrund der starken Aggressivität |
| des flüssigen Fluor gegen fast alle Nerkstoffe wurde im Ra- |
| ketenbau aber-bisher aus SicherheitsgrUnden auf rotierende |
| Pumpen mit einer hohen Umdrehungsgeschwindigkeit, die als |
| Voraussetzung für hohe BrennkammerdrUcke angesehen wurde,.- |
| verzichtet. IIlit dem vorliegenden Erfindungsprinzip können |
| dagegen ohne eine wesentliche Erhöhung des Risikos hohe |
| Brennkammerdrücke erreicht werden. |
| Als ein weiterer sich vorteilhaft auswirkender Gesichtspunkt |
| ist anzuf;ihren, daß der bei den beiden angefährten Treib- |
| stoffkombinationen als Brennstoff vorkommende f1daeige !7as- |
| serstof@ die niedrigste Dichte von allen Flüssigkeiten hat |
| und deshalb in den Raketenstufen ein großes T'reibstoffla.ger- |
| tankvolumen bean2prucht. Darum ist ein niedriger Gasdruck |
| in die-vem Lagertank au-- Gr'.nden der Gewichtserspr.irnis
be- ' |
| sonder:] vortailh;-3.ft. ;eiterhin er"ibt sich durch die niedrige |
| Flä:@s i ts te::ip(,rt,tur von et",ie minus 253 Gr=ad ^elsius
ein |
| verh'i1tilismiLikleines Volumen des mitzuf*Ihrenden Druck- |
| ;ziges und da:rit ein ver?i::lt@.ism-#i.5ig. niedriges ?)ruekge.ala.ger- |
| beh'ilt,?r@--2";li.".tt, ;"Jerin dieser in dem @agert_ink f'ir
den fliUs- |
| siäe:@ , sisaer,tof% unter@;chracht wird. |
| Au:Ct.Tuntl der niet3.ri,en -reibstofi'l:i,r"ertankdräcke und
d,.imit |
| ilie;lri.t;en :' at1J°'"J@C?@tt?, der ver'.Jirk7.i c'il,:tren
hohen i'r enn- |
| '..c:zrnrie@tzr;.ie2re, der zur '-'L'reibstofförderung erforderlichen |
| Druckgase, die während der Brennphase kontinuierlich abstr"- |
| in.en und d.:-zbei. noch @ichub erzeugen, sowie der :Jei-teren
sich |
| nutzlaats teigernd auswirkenden Verbesserunzen schiebt sich |
| das vorliegende Erfindungsprinzip in die Bereiche der zu |
| trarzsportierenderi hohen Nutzlastgewichte vor, die bisher |
| aufgrund der höheren Raketenschübe dem Treibstofförderprinzip |
| nittels Turbopumpen vorbehalten waren, deren Flachteile aber |
| wie komplizierter Axfbau, erinnere Zuverl:.ISeig'feit, geringe |
| Regelbarkeit, 1;in'-;ore Ent ".°icklurigszeit und h'3here '@nt@#J-iek- |
| lungskosten weitgehend vermieden werden. |
| 17 |
| Zum Abschluß sei noch cr",jähnt, eine !!@n@.^aendung des vor- |
| liegenden :?rfin-3ungsprinzips auch auf Raketenpriifst@inden, |
| dic zur Entwicklung von Brennkammern und kompletten 'ohub- |
| erzeugungseinheiten dienen, Vorteile mit sich brint. fe- |
| kanntlieh mässen bei cien angef.Ihrten Entwicklungen, insbeson- |
| dere wenn hohe BrenrikammerdrLioke verwirklicht werden sollen |
| und der Entwicklungsstand bereits längere Brennzeiten er- |
| fordert, Treihstofförderpumpen verwendet werden. Bei der |
| Verwendung von hochenergetischen Treibstoffen bedeutet das |
| aber häufig, daß vorher hierfär geeignete Hochleistunge- |
| pumpen f;:r einon speziellen Anwendungsfall entwickelt werden |
| mässen. Sollen darüber hinaus noch die sekundlich geförder- |
| ten Treibstoffmangen und damit der O"ohub in einen größeren |
| Bereich verändert werden, ergeben sich bereits auf
dem PrUf- |
| stsnd sehr aufwendige Förder- und Regelprobleme. |
| Uit dezi erfindungsgemäßen Treibstoffdrderprinzip lassen sich
da- |
| gegen bei wesentlich geringerem Aufwand beliebig lange Brenn- |
| zeiten bei hohen Drennkata:nerdrüoken fahren. :ins ßegelbarkeit |
| der ze@@a.nd:iclz geförderten ...:enge beider oder auch nur
einer |
| Treibstoffkomponente von dein Wert Null bio zu der maximalen |
| Auslegungsmenge bietet sich bei diesem Prinzip geradezu an. |
| ?:ins Verminderung der Prüfstandezeit sowie der PrUfetande- |
| kosten läßt sieh daraus ableiten. |