DE1803937A1 - Thrust generating device with swiveling nozzle - Google Patents
Thrust generating device with swiveling nozzleInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
DR. MÜLLER-BORE DIPL.-ΙΝΘ. QRALFS 18039DR. MÜLLER-BORE DIPL.-ΙΝΘ. QRALFS 18039
DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL-CHEM. DR. DEUFELDIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL-CHEM. DR. DEUFEL
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
16. Oktober 1968 Bol/wi - R 325October 16, 1968 Bol / wi - R 325
EOLLS-BOYGE LIMITED, of Moor Lane, Derby, ENGLANDEOLLS-BOYGE LIMITED, of Moor Lane, Derby, ENGLAND
Schuberzeugende Einrichtung mit schwenkbarer DüseThrust generating device with swiveling nozzle
Die Erfindung bezieht sich auf eine schuberzeugende Einrichtung mit einem rohrförmigen Gehäuse, an dessem einen Ende eine Düse schwenkbar in Querrichtung bezüglich der Längsachse des Gehäuses angebracht ist. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Raketenmotor, sie kann jedoch auch auf andere schuberzeugende Einrichtungen zum Antreiben von Luft-, Wasseroder Unterwasserfahrzeuge angewendet werden.The invention relates to a thrust-generating device with a tubular housing, on whose one end of a nozzle is pivotally mounted transversely with respect to the longitudinal axis of the housing. The invention relates in particular to a rocket motor, but it can also apply to other thrust generating motors Devices for propelling air, water or underwater vehicles are used.
Die Probleme, welche mit den hohen Temperaturen und dem Druck der Antriebsgase innerhalb des Gehäuses und der Düse in einem Raketenantrieb verbunden sind, erschweren sehr die praktische Verwirklichung einer schwenkbaren Düse.The problems with the high temperatures and the pressure of the drive gases inside the housing and the nozzle in a rocket engine are connected, make the practical implementation of a very difficult swivel nozzle.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Düse zu schaffen, welche beim Betrieb unter den Bedingungen hoher Temperaturen und hohen Druckes geschwenkt werden kann.The object on which the invention is based is to create a nozzle which, during operation can be pivoted under high temperature and high pressure conditions.
Eine schuberzeugende Einrichtung mit einem rohrförmigen Gehäuse, welches an dem einen Ende eine gekrümmte Lager- oder Stützfläche aufweist, dieA thrust generating device having a tubular housing which at one end has a having curved bearing or support surface, the
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einen Sitz für eine komplementäre Fläche an einer von dem Gehäuse getragenen Düse bildet, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß die Lager- oder Stützfläche des Gehäuses eine öffnung oder einen Kanal aufweist, die beziehungsweise der mit einer außer-· halb des Gehäuses angeordneten Quelle eines unter Druck stehenden Abdichtungsströmungsmittels verbunden ist, welches in das Innere des Gehäuses durch die öffnung bzw. den Kanal und zwischen die Lager- oder Stützfläche und die komplementäre Fläche beim Betrieb der schuberzeugenden Einrichtung einführbar ist, daß eine ringförmige Abdichtung sich um die Lager- oder Stützfläche zwischen derem Stromabende und der darin befindlichen öffnung bzw. dem darin befindlichen Kanal erstreckt und daß eine Betätigungseinrichtung vorgesehen ist zum Schwenken der Düse in Bezug auf das Gehäuse.a seat for a complementary surface on a nozzle carried by the housing forms, is characterized according to the invention in that the bearing or support surface of the housing has an opening or a channel which is provided with an external a source of pressurized sealing fluid located halfway through the housing is connected, which into the interior of the housing through the opening or the channel and between the bearing or support surface and the complementary surface in use the thrust generating device is insertable that an annular seal around the bearing or support surface between its downstream end and the opening therein or the channel located therein and that an actuating device is provided is for pivoting the nozzle in relation to the housing.
Das Abdichtungsströmungsmittel kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. Z.B. bei einem Raketenantrieb kann es ein gasförmiges oder flüssiges Treibmittel oder ein Strömungsmittel sein, um das Treibmittel unter Druck zu setzen.The sealing fluid can be a gas or a liquid. E.g. with a Rocket propulsion can be a gaseous or liquid propellant or a fluid be to pressurize the propellant.
Der Zweck des Abdichtungsströmungsmittels, welches zwischen die Lager- oder Stützfläche stromauf der ringförmigen Dichtung eingeführt wird, besteht nicht nur darin, ein Lecken des Antriebsströmungsmittels von dem Inneren des Gehäuses an den Lager- oder Stütz- und komplementären Flächen vorbei zu verhindern, sondern ausserdem darin, diese zu kühlen und zu schmieren,The purpose of the sealing fluid passing between the bearing or support surface is inserted upstream of the annular seal is not only to prevent leakage of the Drive fluid from the interior of the housing to the bearing or support and complementary ones To prevent areas by, but also in cooling and lubricating them,
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wodurch Materialien, welche bisher bekannt waren, für die Abdichtung verwendet werden können. Der Film des Abdichtungsstromungsmittels ermöglicht es folglich, daß eine praktische schwenkbare bzw. drehbare Düse vorgesehen sein kann, beispielsweise bei einem Raketenantrieb, bei dem die Temperatur und der Druck der Treibgase sehr hoch sind. Außerdem verringert der Film des AbdichtungsStrömungsmitteIs die Reibung zwischen der Lager- oder Stützfläche und der komplementären Fläche, und folglich ist die von der Betätigungseinrichtung erforderliche abzugebende Leistung geringer als die, welche erforderlich sein würde bei einer ähnlichen oder gleichartigen Düsenlagerung, welche nicht mit einem abdichtenden Strömungsmittel versehen ist.whereby materials which were previously known can be used for the sealing. The film of the seal flow agent thus enables a practical pivoting or rotatable nozzle can be provided, for example in a rocket drive, in which the The temperature and pressure of the propellant gases are very high. Also, the film reduces the Sealing fluid means the friction between the bearing or support surface and the complementary surface, and consequently that of the actuating device required power to be delivered is less than that which would be required in the case of a similar or similar nozzle bearing that does not have a sealing Fluid is provided.
Die Betätigungseinrichtung kann wenigstens ein Betätigungsorgan vom Typ einer Stoßeinrichtung sein, welche so angeordnet ist, daß sie die Düse stösst oder zieht, um ihre Achse quer zur Längsachse des Gehäuses zu neigen. Falls die Lager- oder Stützfläche und die komplementäre Fläche teilkugelförmig oder gekrümmt sind, kann zusätzlich die Düse ein sich nach außen erstreckendes Widerlager aufweisen, welches in Eingriff bringbar ist mit einem Antriebsteil, daß am Umfang oder tangential im Bezug auf die Flächen bewegbar ist, um dadurch die Düse um die Längsachse des Gehäuses zu drehen zusätzlich zu deren Schwenkung.The actuating device can comprise at least one actuating device of the type of a pushing device be, which is arranged so that it pushes or pulls the nozzle, about its axis transversely to incline to the longitudinal axis of the housing. If the bearing or support surface and the complementary If the surface is partially spherical or curved, the nozzle can also extend outwards have extending abutment which can be brought into engagement with a drive part that on the circumference or tangentially in relation is movable on the surfaces to thereby rotate the nozzle about the longitudinal axis of the housing in addition to their pivoting.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemässen schuberzeugenden Einrichtung, insbesondere für einen Raketenantrieb, wird im folgendenAn embodiment of the invention The thrust-generating device, in particular for a rocket drive, is described below
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beispieleweise anhand der Zeichnung beschrieben! deren einzige Figur eine schematische Axialschnittansicht einer erfindungsgemässen schuberzeugenden Einrichtung zeigt.described by way of example using the drawing! the single figure of which is a schematic axial sectional view of a thrust generating device according to the invention Establishment shows.
Nach der Zeichnung weist die schuberzeugende Einrichtung ein rohrförmiges Gehäuse 1 auf, welches eine Raketenbrennkammer sein kann, oder welche mit einem Antriebsströmungsmittel von einer Gaserzeugungseinrichtung oder Kompressoreinrichtung versorgt werden kann. Das Stromabende des Gehäuses 1 ist als ein Lageroder Stützteil 2 ausgebildet, welches eine konkave teilsphärische lager- oder Stützfläche aufweist. Die letztere stützt zur Universalsohwenkbewegung eine konvergierendedivergierende Düse 3, welche an ihrem Stromaufende eine Außenumfangsflache von teilsphärischer Form komplementär zur Lageroder Stützfläche der Lagerung 2 hat. Das Lager 2 weist in seiner Lager- oder Stützfläche eine ringförmige Nut auf, welche eine ringförmige Dichtung 4 wie z. B. einen O-Eing enthält. Stromauf der Dichtung 4 ist das Lager 2 mit mehreren am Umfang beabstandeten radialen Kanälen 5 versehen, die jeweils in öffnung 6 in der Lagerfläche münden und mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal 7 in Verbindung stehen, der innerhalb der Wand des Gehäuses 1 gebildet ist. Der Kanal 7 steht an seinem Stromaufende mit einer Quelle eines Abdichtungsströmungsmittels in Verbindung, welches dem Gehäuse 1 alt einem Druck zugeführt.wird, der grosser ist als derAccording to the drawing, the thrust generating Device on a tubular housing 1, which can be a rocket combustion chamber, or those with a motive fluid can be supplied by a gas generating device or compressor device. That Downstream of the housing 1 is designed as a bearing or support part 2, which has a Has concave part-spherical bearing or support surface. The latter supports the Universal swivel movement a converging-diverging one Nozzle 3, which at its upstream end has an outer circumferential surface of partially spherical Has a shape complementary to the bearing or support surface of the bearing 2. The bearing 2 has in its bearing or support surface an annular groove which an annular seal 4 such. B. an O input contains. Upstream of the seal 4 is the bearing 2 with several circumferentially spaced provided radial channels 5, each opening into opening 6 in the bearing surface and with a longitudinally extending channel 7 are in communication, the inside the wall of the housing 1 is formed. The channel 7 is at its upstream end with a Source of sealing fluid in connection, which the housing 1 alt a Pressure is supplied, which is greater than the
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Innerhalb des Gehäuses an dem Stromaufende der Düse· Palis das rohrförmige Gehäuse 1 eine Eaketenbrennkammer ist, würde der Kanal 7 mit einem !Treibmittel oder einem Strömungsmittel zum unter Druck setzen des Treibmittels versorgt werden. Das Druckströmungsmittel kann ein Gas sein, welches direkt einem Treibmittelbehälter zugeführt wird, oder es kann eine Flüssigkeit sein, welche dazu verwendet wird, ein den Druck erzeugendes Gas zu bilden.Inside the housing at the upstream end of the nozzle · Palis the tubular housing 1 is a rocket combustion chamber, the Channel 7 with a propellant or fluid to pressurize the propellant are supplied. The pressurized fluid can be a gas, which is fed directly to a propellant container, or it can be a liquid, which is used to generate a pressure generating gas.
Das Gehäuse 1 trägt ausserdem einen ringförmigen Antriebsring 8, der auf Kugellagern 9 gelagert ist und mittels am Umfang im Abstand angeordneten Zähnen 10 um das Gehäuse drehbar ist. Der Antriebsring 8 greift an einen Arm 11 an, der an der Außenseite der Düse 3 angebracht ist, wodurch beim Drehen des Binges 8 im Bezug auf das Gehäuse 1 die Düse 3 um die Längsachse des Gehäuses 1 gedreht wird. Der Hing 8 trägt ausserdem wenigstens eine Betätigungseinrichtung 12 vom Typ einer Stoßeinrichtung oder einer Kolben-Zylindereinrichtung, durch die die Neigung der Achse der Düse 3 zur Längsachse des Gehäuses 1 verändert werden kann. Venn die Betätigungseinrichtung doppelt wirkend ist, ist eine einzige Betätigungseinrichtung ausreichend, um eine Neigung der Düse zu bewirken· Palis jedoch einfach wirkende Betätigungseinrichtungen vorgesehen sind, wie sie beispielsweise dargestellt ist, wurden ein Paar derartiger Betätigungaein-The housing 1 also carries an annular one Drive ring 8, which is mounted on ball bearings 9 and by means of the circumference in Spacing teeth 10 is rotatable about the housing. The drive ring 8 engages an arm 11 attached to the outside of the nozzle 3, thereby turning it of the binge 8 with respect to the housing 1, the nozzle 3 is rotated about the longitudinal axis of the housing 1 will. The Hing 8 also carries at least one actuator 12 of the type a shock device or a piston-cylinder device through which the inclination the axis of the nozzle 3 to the longitudinal axis of the housing 1 can be changed. Venn the Actuator is double acting is a single actuator sufficient to cause the nozzle to tilt · Palis but single-acting Control devices are provided, as shown, for example, a pair of such actuators were
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richtungen erforderlich sein» die am Umfang der Düse im Abstand voneinander angeordnet sind. Durch geeigneten Betrieb der Betätigungseinrichtung 12 und des Ringes 8 kann die Düse 3 universal geschwenkt werden in Bezug auf das Gehäuse 1. Das Strömungsmittel zur Betätigung der Betätigungseinrichtung bzw. der Betätigungseinrichtungen kann ein Treibmittel oder ein Strömungsmittel zum unter Druck setzen eines Treibmittels sein.directions are required »those on the circumference of the nozzle at a distance from each other are arranged. By suitable operation of the actuating device 12 and the ring 8, the nozzle 3 can be pivoted universally are in relation to the housing 1. The fluid for actuating the actuating device or the actuating devices can be a propellant or be a fluid for pressurizing a propellant.
W Beim Betrieb der schuberzeugenden Einrichtung strömt das durch den Kanal 7 zugeführte Abdichtrungsströmungsmittel durch den Baum zwischen der Lagerfläche und der komplementären Fläche und bildet dazwischen einen Film, der die folgenden drei Funktionen hat: W During the operation of the thrust-generating device, the sealing fluid supplied through the channel 7 flows through the tree between the bearing surface and the complementary surface and forms a film therebetween, which has the following three functions:
(a) ein Lecken des Antriebsströmungsmittels zwischen der Lagerfläche und der komplementären Fläche zu verhindern,(a) Leakage of drive fluid between the bearing surface and the complementary surface to prevent
t (b) er hält die Lager- und komplementärent (b) he holds the stock and complementary
Flächen kühl und daher kann der Dichtungsring 4 aus üblichem Abdichtungsmaterial hergestellt sein, undSurfaces cool and therefore the sealing ring 4 can be made of conventional sealing material be made, and
(c) die Kraft, weiche von der Betätigungseinrichtung 12 und dem Zahnradantrieb erforderlich ist zum Drehen des Ringes 8, wird verringert. Das letztere Merkmal ermöglicht es, daß eine genaue Vektorsteuerung durchgeführt werden kann.(c) the force exerted by the actuator 12 and the gear drive required to rotate the ring 8 is reduced. The latter feature enables accurate vector control to be performed.
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Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht darin, daß das zwischen den Lager- und Komplementärflächen fliessende Abdichtungsströmungsmittel anschliessend in das Innere der Brennkammer an dem Stromaufende der Düse hineingedrückt wird, wo es eine Grenzschicht innerhalb der Düse erzeugen wird. Die Grenzschicht bewirkt eine Kühlung der Innenseite der Düse und schützt sie ausserdem gegen die Verbrennungsgase, falls diese korrodierende Bestandteile enthalten.Another advantage of the arrangement is that between the bearing and Complementary surfaces flowing sealing fluid then into the interior The combustion chamber is pushed in at the upstream end of the nozzle where there is a boundary layer will generate inside the nozzle. The boundary layer cools the inside of the nozzle and also protects it against the combustion gases, if these contain corrosive components.
Die dargestellte Ausführungsform ist kompakt, da nur eine Betätigungseinrichtung 12 erforderlich ist. Jedoch kann anstatt des Ringes und des Armes 9 zum Drehen der Düse um die Achse des Gehäuses 1, ein Paar Betätigungseinrichtungen vom (Typ einer Stoßeinrichtung oder Kolben-Zylindereinrichtung, die um 90 Grad in Bezug aufeinander versetzt mit der Düse verbunden sind, verwendet werden zur Durchführung einer allseitigen oder universellen Schwenkung.The embodiment shown is compact, since only one actuating device 12 is required is. However, instead of the ring and the arm 9 for rotating the nozzle around the Axis of the housing 1, a pair of actuators of the (type of a pushing device or piston-cylinder device that is offset by 90 degrees with respect to each other with connected to the nozzle, can be used to carry out an all-round or universal Panning.
Falls das Abdichtungsströmungsmittel ein Treibmittel für eine Brennkammer eines Raketenantriebs ist, wird der Fluss des AbdichtungsStrömungsmitte Is mit der Antriebsfeuerungsfolge synchronisiert und es ist folglich kein zusätzliches Steuersystem für das Abdichtungsströmungsmittel erforderlich.If the sealing fluid is a propellant for a combustor Rocket propulsion, the flow will seal center of flow Is with the propulsion firing sequence is synchronized and thus it is not an additional control system for the sealing fluid necessary.
Falls als Abdichtungsströmungsiiittel ein Gas zum unter Druck setzen eines Treibmitteis für eine Brennkammer eines Raketen-If used as a sealing fluid Gas to pressurize a propellant for a combustion chamber of a rocket
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antriebe verwendet wird, kann ein Entlastungsventil in dem Druckgaskreislauf unnötig sein, da der Strom des Druckgases zu dem Zwischenraum zwischen der Lagerf lache und der Komplementärfläche die Funktion einer Druckentlastung oder Druckminderung hat.drives are used, a relief valve in the compressed gas circuit may be unnecessary, because the flow of the compressed gas to the space between the bearing surface and the complementary surface has the function of a pressure relief or pressure reduction.
Jede öffnung (6) kann gebildet sein durch eine Tasche oder Aussparung in dem Lager 2 oder die öffnungen können gebildet sein durch einen ringförmigen oder teilringförmigen Kanalgang, der in dem Lager 2 gebildet ist.Each opening (6) can be formed by a pocket or recess in the bearing 2 or the openings can be formed by an annular or partially annular Canal passage formed in the camp 2.
Obgleich eine konvergierende-divergierende Düse dargestellt ist, kann die Düse selbstverständlich auch irgendeine andere Form haben, z.B. kann sie ringförmig sein.Although a converging-diverging nozzle is shown, the nozzle may of course also have any other shape, e.g. it can be ring-shaped.
- Patentansprüche -- patent claims -
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Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
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