DE1751962C2 - Raketenbrennkammer für flüssige, mittels Strahlpumpen geförderte Treibstoffe, insbesondere für hypergole Treibstoffe - Google Patents

Description

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gential einströmen und welche gut gekühlt sowie hin- gase zu senken. Von der Zerfallgasleitung 18 führt

sichtlich der Treibstoffaufbereitung günstig ist; doch zum Brennstoffbehälter 1 ebenfalls eine Förder-

diese bekannte Ausführung steht in keinem Zusam- druckleitung 22, die wiederum innerhalb des Behäl-

menhang mit der Verteilung von Einspritzorten ge- tersl als Kühlschlange 22 α ausgebildet ist. An den

rade für aus Gemischen bestehenden Treibstoffkom- S beiden Monergolbehältern 3 und 4 sind über Ventile

ponenten auf zwei Drallkammern, die aufeinander in 23 und 24 Druckgasquellen 25 und 26 angeschlos-

bestimmter Weise abgestimmt sind. sen, durch welche die Förderung der Monergole zu

Um die Brennkammer als Ganzes räumlich ge- ihren Katalysatoren S und 6 bewirkt wird,
drängter zu bauen, sind in Ausgestaltung der Erfin- Wie aus den Fig. 1, 3 und 5 hervorgeht, münden dung die Drallkammern als Diffusoren ausgebildet. io die Diffusoren8 und 10 der Strahlpumpen 7 und 9 In jeder Drallkammer kann eine von der Mündung tangential in die Drallkammern 13 und 14, die Kader jeweiligen Strahldüse bis zum jeweiligen Kanal- nalstutzen 27 und 28 aufweisen, wovon letzterer im stutzen führende spiralförmige Trennwand vorgese- Durchmesser größer bemessen ist als der Kanalstuthen sein. In dieser Hinsicht ist als der USA.-Patent- zen 27.

schrift 2 551115 bereits eine Raketenbrennkammer 15 Die Wirkungsweise des aufgezeigten Treibstoffbekannt, in die ein Teil des Sauerstoff trägers über fördersystems (Fig. 1, 3 und 5) ist wie folgt: Nach eine in Querrichtung der Brennkammer angeordnete öffnen der beiden Ventile 23 und 24 werden das in schneckenförmige Einrichtung durch eine Lochplatte den Behältern 3 und 4 gelagerte flüssige Brennstoffeingebracht wird. monergol, z. B. N.,H₄, und das Oxydatormonersol

Schließlich besteht noch eine Ausgestaltung der 20 z.B. H₀O₀, über "die Zulaufleitungen 17 und 19

Erfindung darin, daß der Boden jeder Drallkammer durch irire'Katalysatoren ^r und 6 gedrückt, wo sie in

von der Mündung der jeweiligen Strahlpumpe bis Zerfallgase Ν.,ΝΗ, bzw. Κ.,Ο-τΟ aufgespalten wer-

zum jeweiligen Kanalstutzen geneigt verläuft. den. Die Zerfallgase betreiben die Strahlpumpen 7

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der und 9. die durch Injektorwirkung aus den Behäl-

erfindungsgemäßen Brennkammer sowie deren An- 25 tern 2 bzw. 1 flüssigen Brennstoff, z. B. Kerosin, und

Ordnung im Treibstoffördersystem dargestellt. Es zei- nüssigen Oxydator, z. B. N₀O₄, ansaugen. Sollte

gen der Förderdruck bzw. der erzeugte Unterdruck in

Fig.l und 2 jeweils ein die erfindungsgemäße den Strahlpumpen 7 und 9 nicht ausreichen, die

Brennkammer aufweisendes Treibstoffördersystem durch die Anordnung der Behälter 1 und 2 bedingte

eines Raketentriebwerks, 30 Förderhöhe zu überwinden, so wird die Förderung

Fig. 3 die Brennkammer mit Drallkammcm und der beiden Treibstoffe von ihren Behältern bis zu

die an diesen angeschlossenen Strahlpumpen gemäß den Strahlpumpen 7 und 9 durch den statischen

Ausführung nach F i g. 1 vergrößert dargestellt, Druck der Zerfallgase übernommen, der durch Dros-

Fig.4 die Brennkammer mit Drallkammern und sein in den Föiderdruckleitungen 21 und 22 redu-

die an diesen angeschlossenen Strahlpumpen gemäß 35 ziert und abgestimmt werden kann. In bzw. nach den

Ausführung nach F i g. 2 vergrößert dargestellt, Strahlpumpen 7 und 9 erfolgt eine hypergole Vorre-

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der aktion zwischen den reaktionsfähigen Anteilen der

F i g. 3, Zerfallgase und den geförderten Treibstoffen Brenn-

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der stoff und Oxydator. Die in den Strahlpumpen 7 und

Fig.4, 40 9 erzeugten Treibstoff-Vorreaktionsgasgemische (mit

F i g. 7 und 8 eine Drallkammer, die als Diffusor einem hohen Überschuß an Treibstoffen) werden in

ausgebildet ist den Diffusoren 8 und 10 auf Z-n Bicnnkaminerdnick

Wie aus den Fig. 1, 3 und 5 hervorgeht, bestehen gebracht und tangential in die Drallkammern 13 und die Treibstoffördersysteme jeweils aus einem Brenn- 14 eingeführt, in denen die Vorreaktion angeschlosstoffbehälter 1, einem Oxydatorbehälter 2. einem 45 sen werden. In den Drallkammcm 13 und 14 bilden Brennstoffmonergolbehälter3, einem Oxydator- sich Drallströmungen aus, in denen die Medien nach monergolbehälter4, einem Brennstoffmonergolkata- ihren spezifischen Gewichten auszentrifugiert wer-Iysator5, einem Oxydatormonergolkatalysator6, den. so daß sich die flüssigen Anteile radial außen einer Brennstofforderstrahlpumpe 7 mit Diffusor 8. und die gasförmigen Anteile radial innen befinden, einer Oxydatorförderstrahlpumpe 9 mit Diffusor 10. 50 Die Drallströmungen setzen sich in der. Kanalstutzen einer Brennkammer 11 mit Schubdüse 12, einer vor- 27 und 28 fort, wobei der Innendurchmesser des deren Drallkammer 13 und einer nachfolgenden Stutzens 28 größer ist als der Innendurchmesser des Drallkammcr 14. Zwischen dem Brennstoffbehälter 1 Stutzen? 27. so daß die aus dem letzteren auslau- und der Strahlpumpe 7 verläuft eine Brennstoffspei- fende Diallströmung im Bereich des Kanalstutzeni seleitung 15. Analog hierzu verläuft zwischen dem 55 28 auf die innerhalb dieses Stutzens rotierende Drall-Oxydatorbehälter 2 und der Strahlpumpe 9 eine Oxy- strömung auftrifft. Da das Oxydator-Vorreaktionsgedatorspeiseleitung 16. Der Brennstoffmoncrgolbchäl- misch schwerer ist als das Brennstoff-Vorrcaktions· ter3 ist über eine Brennstoffmonergolzulaufleitung gemisch, bleibt auch an der Wand der Brennkamnu-i 17 mit dem BrennstoffmonergolkatalysatorS verbun- H die geschichtete Ladung im wesentlichen erhalten den, von dem aus eine Zerfallgasleitung 18 zur 60 wobei das kühlere Oxydator-Vorreaktionsgemiscl Strahlpumpe 9 führt. Der Oxydatormonergolbehäl- bzw. der hauptsächlich kühlere Oxydator die Brenn ter4 ist über eine Oxydatormonergolzulaufleitung 19 kammerwand vor dem extrem heißen Flammenkert mit dem Gxydatormonergolkatalysator6 verbunden. schützt, d?r das Endresultat der Reaktionen aller an von dem eine Zerfallgasleitung 20 zur Strahlpumpe 7 Brennkammerprozeß beteiligten Treibstoff-Zerfall führt. Nach F i g. 1 verläuft von der Zerfallgasleitung 65 gaskornponenten in Form eines bekannten Rück 20 zum Oxydatorbehälter 2 eine Förderdruckleitung Stromgebietes im Zentrum der Brennkammer 11 dar 21, die innerh&jb des Behälters 2 als Kühlschlange gestellt.
21a ausgebildet ist. um die Temperatur der Zerfall- Abweichend von der Ausführung nach den Fig. 1

3 und 5 erfolgt bei der Ausführung gemäß den Fig.2, 4 und 6 die Förderung des flüssigen Brennstoffs mit Hilfe der Strahlpumpe 7 ο durch Brennstoffzerfallgase, so daß in bzw. nach der Strahlpumpe 7 α keine Vorreaktion stattfindet, sondern nur eine thermische Aufbereitung des flüssigen Brennstoffs durch die Wärme der Brennstoffzerfallgase. Analog dasselbe geschieht oxydatorseitig. Hier wird der flüssige Oxydator mit Hilfe der Strahlpumpe 9 λ mit Oxydatorzerfallgasen gefördert und thermisch aufbereitet. Die chemische Reaktion zwischen den einzelnen Trcibstoff-Zerfallgasgemischen findet dann nur in der eigentlichen Brennkammer 11 statt.

Wie Fi g. 1 angedeutet, verläuft von der Oxydatormonergolzulaufleitung 19 zum Katalysator 5 eine Zweigleitung 19n, so daß in diesem Fall unter Weglassung (Einsparung) des Brennstoilmonergols auch der Katalysator 5 mit Oxydatonnonergol beaufschlagt wird, wodurch in bzw. nach der Strahlpumpe 9 keine Vorreaktion stattfindet. Diese Maßnahme wirkt sich dann für die Brennkammer 11 so aus, daß die radial äußere bzw. untere Schicht zur Kühlung der Brennkammerwand verstärkt wird, weil der Anteil von Flüssigkeit größer bleibt. Um eine unmittelbare Berührung zwischen dem Brennstoff und den Sauerstoffmonergolzerfallgasen im Brennstoffbehälter zu vermeiden, kann hierin eine elastische Scheidewand eingebaut werden.

Wie in den F i g. 5 und 6 angedeutet, können jeweils mehrere (zwei) Strahlpumpen 9 bzw. 9ο an der Drallkammer 14 angeschlossen sein.

Wie aus den Fi g. 7 und 9 ersichtlich und am Beispiel der Drallkammer 13 demonstriert ist, können die Drallkammern 13 und 14 gleichzeitig als Diffusoren ausgebildet sein. Hierbei ist die Strahlpumpe 9 unmittelbar an der Drallkammer 13 angeschlossen. Von diesem Anschluß erstrekt sich eine zum Stutzen 27 spiralförmige Trennwand 29. Außerdem kann dabei, um den Diffusorgrad zu verstärken, der Boden der Drallkammer 13 schräg nach unten verlaufen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

ι * den. In dieser Hinsicht °«a™ fj* d'en ΨΔ;1 Patentansprüche: Patentschriften 2612752 und 2558483 an Stelle * von Kreiselpumpen Strahlpumpen zurForderung

1. Raketenbrennkammer für flüssige, mittels flüssiger Treibstoffe, die durch einen TeU der^_1naer Strahlpumpen geförderte Treibstoffe, insbeson- 5 Brennkammer erzeugten ^Β^^Λ^"Β«ηηω« dere für hypergole Treibstoffe, wobei die Strahl- den. Diese die Strahlpumper.bet reibendenBrenngase pumpen von einem katalytisch zerzetzten und in werden also aus dem Prozeß de B ^ "n^ und den gasförmigen Zustand gebrachten flüssigen nommen, beaufschlagen danid«'^SJgJJpumperund Brennstoff und/oder Oxydatormonergol betrie- werden anschließend mit der '"J^™^,™⁸? ben werden und die Zerfallgase anschließend in i. saugten jeweiligen Tre.bstoffk"W^.^*™ ™ der Brennkammer mitverbrennen, dadurch die Brennkammer eingebracht Dieww ins oter na gekennzeichnet, daß vor der Brennkam- nachteilig angesehen, als ein ^w^_n™™^er _Bi!LJ^ Lr (11) zwei axial hintereinanderliegende Drall- Treibstoffsystems durch die verwendeten Brenngase kammern (13, 14) angeordnet sind, in denen die zum Betreiben de- Strahlpumpen thern«sca hoch be Strahlpumpen (7, 9; la, 9 a) tangential einmün- 15 lastet und der Brennprozeß selber durch UiAbzap den, daß aus jeder Drallkammer (13, 14) ein zy- fung des Teiles der Brenngase welche di^e JU ah lindrischer oder konischer Kanalstutzen (27, 28) pumpen beaufschlagen und ^JJf^ ri bi di Ad dt it dß d g dieses Brenngasenteiles ^vorderer1 bnüe der

lindrischer oder konischer Kanalstutzen (27, 28) pumpen beaufschlag ^JJf^

austritt, wobei die Anordnung derart ist, daß der sung dieses Brenngasenteiles ^vorderer1 bnüe der

Kanalstutzen (27) der vorderen Drallkammer Brennkammer, also in der ^ ^K'ungszone der

(13) in die nachfolgende Drallkammer (14) und 20 Verbrennung, gestört wird. Damit verbunden ist ,ine

der Kanalstutzen (28) der letztgenannten Drall- thermische und strotnungsmechanische \Mrkun_cs-

kammer (14) in die Brennkammer (11) münden. gradverschlechterung fur die gesamte *^nia=^e·

wobei die das spezifisch leichtere Gemisch aus Diese Nachteile scha tet dann die aus »Progress in

Treibstoff und Zerfallgasen fördernde Strahl- Astronautics and Rocketry« ^bf ^a™^te _no~™™.r_r

pumpe (9; 9 a) an die vordere Drallkammer (13) *5 bereits aus. indem diese bekannte An.age 1 cm nur

angeschlossen ist und der in die Brennkammer konstruktiv und herste lungstechnisch e nfachrelam

(1Ϊ) mündende Kanalstutzen (27) zwischen den billig sowie betriebssicher ist und ge wicht, maß.

Drallkammern (13.14). niedrig liegt, sondern auch mit einem gen \\.r-

2. Rakctcnbrcnnkamm« nach Anspruch i. da kungEgrad nrheite, und em günstige. Le.Miingsg,-durch gekennzeichnet, daß die Drallkammern 3= wicht aufweist. D,u_t(.nhrpnnk-im (13,14) a« Diffusoren ausgebildet sind. Es liegt die Aufgabe vor. f ne^aketcnbrennkam-

3. Raketenbrennkammer nach Anspruch 2, da- mer der eingangs genannten mt ucra. ι «--· - ·- durch «kennzeichnet, daß in jeder Drallkammer bessern, daß bei günstiger Aufbereitung der, eur-( ) i d Mi d d jili bbaren monergole.! Bestandteile enthaltendcn

durch «kennzeichnet, daß in jeder Drallkammer bessern, daß bei günstg (13, 14) eine von der Mi .idiins der jeweiligen brennbaren monergole.! Bestandteile .

Strahlpumpe (7. 9: la, 9a) bis"zum jeweiligen 35 Treibstoffkomponenten cine effektive ^""S J^e Kl (27 28) fühd ialförmige Brennkammer allem durch die in s>e

Strahlpumpe (7. 9: la, 9a) biszum jeweiligen 35 Treibstoffkomp

Kanalstutzen (27, 28) führende spiralförmige Brennkammer allem durch die in s>e

Trennwand (29) vorgesehen ist. Treibstoffe gewährleistet ist. F

4. Raketenbrennkammer nach Anspruch 2 und Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der E _y

3. dadurch gekennzeichnet, daß der Boden jeder dadurch, daß vor der Brennkammer zwei axial hin-Drallkammer (13. 14) von der Mündung der je- 40 tereinanderliegende Drallkumrnern angeordet sind, weiligen Strahlpumpe (7, 9; 7«, 9«) bis zi-m je- in denen die Strah pumpen tangeη al ™und.η weilieen Kanalstutzen (27. 28) geneigt verläuti. daß aus jeder Drallkammer ein ⁷^^άη^^τ"^

konischer Kanalstutzen austritt, wobei die Anordnung derart ist, daß der Kanalstutzen der vorderen 45 Draflkammer in die nachfolgende Drallkammcr und

der Kanalstutzen der letztgenannten Drallkammer in

die Brennkammer münden, wobei die das spezifisch leichtere Gemisch aus Treibstoff und Zerfallgasen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Raketenbrenn- fördernde Strahlpumpe an die vordere Drallkammcr kammer für flüssige, mittels Strahlpumpen geförderte ₅o angeschlossen ist und der in die Brennkammer , im Treibstoffe, insbesondere für hypergole Treibstoffe. dende Kanalstutzcn im Durchmesser groBer ist als wobei die Strahlpumpen von einem katalytisch /er- der Kanalstutzen zwischen den Drallkammern setzten und in den gasförmigen Zustand gebrachten Durch diese Maßnahmen die in der Jci teilung

flüssigen Brennstoff- und/oder Oxydatormonergol der Einspritzte und in den speziell ^mcsscnc, betrieben werden und die Zerfallgase anschließend in 55 Übcrlcitungskanälcn fur die Tre.bstofte sou ic m de. der Brennkammer mitverbrennen. gestaffelten Anordnung der beiden DraHUm^¹¹

Raketenbrennkammern der vorstehend umrisscnen liegen und die die unterschiedlichen spezifischen U.-Art sind aus der von der Aceüemie Press, New- wichte der einzubringenden ^Tr?!!^lstoffg^m^^L ^ York/London, veröffentlichten Schriftenreihe »Pro- rücksichtigen, verbleibt das spezifisch schwciee unc grcss in Astronautics and Rocketry«. 1960, Bd. 2, »Li- 60 damit kältere Gemisch immer m den "dial außer« quid Rockets and Propellants«. Abhandlung unter Bereichen innen an den Wanden der P^l kam men dem Titel »Investigation of a Gas-Driven Jet Pump und der Brennkammer Auf d,ese We'se v^erden di for Rocket Engines« bekannt. Durch die Verwen- gewünschte sichere Kühlung dor bet ^ndcn Wand, dung von Strahlpumpen zur Treibstofförderung sind und die gute Aufbereitung ^Jf^*™™™· bei diesen Brennkammern die vor allem in einem re- 65 Aus der USA.-Patentschnft 2 602 290 ™

lativ hohen Baugewicht und Bauaufwand liegenden eine Raketenbrennkammer nut einer ihr vorgeschal Nachteile der bekannten Förderungspraktiken mit teten Drallkammer hervor m welche die; Tre'bstof Druckgas oder Zentrifugalpumpen bereits vermie- komponenten nebeneinander im wesentlichen tan