DE1941296A1

DE1941296A1 - Durch ein fluessiges Medium regenerativ gekuehlte Brennkammer mit Schubduese

Info

Publication number: DE1941296A1
Application number: DE19691941296
Authority: DE
Inventors: Karl Butter; Helmut Dipl-Ing Dederra; Michael Dipl-Ing Kaufmann
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1969-08-14
Filing date: 1969-08-14
Publication date: 1971-03-18
Also published as: GB1314580A; US3768256A; DE1941296B2; FR2058274A1; FR2058274B1

Description

Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, den 5.August 69

Gesellschaft mit - SX3 Jk/ja

beschränkter Haftung BP 848·

München .·

Durch ein flüssiges Medium regenerativ gekühlte Brennkammer mit Schubdüse. '

Die Erfindung bezieht sich auf eine durch ein flüssiges Medium, vorzugsweise eine Treibstoffkomponente, regenerativ gekühlte Brennkammer mit Schubdüse für Plüssigkeitsraketentriebwerke.

Der Raketenbrennprozeß, bei dem zur Erlangung eines hohen Wirkungsgrades ein großes Druckverhältnis angestrebt wird, läuft bekanntlich unter sehr hohen Temperaturen ab. Da keiner der bis heute bekannten, für den Aufbau einer Brennkammer mit Schubdüse in Frage kommenden Werkstoffβ ungeschützt diesen sehr hohen Temperaturen standhält, ist eine Kühlung der Brennkammer- und Schubdüsenwand erforderlich. Bei den Brennkammern der eingangs genannten Gattung übernimmt ein flüssiges Medium, das durch innerhalb der den heißen Brenngasen auegesetzten Brennkammer- und Sohubdüsenwand in Längsrichtung verlaufende Strönmngswege geleitet wird, diese

- 2 109812/0770

Aufgabe. Aus energetischen Gründen findet hierbei meist eine Treibstoff komponente als Kühlmedium Verwendung , die üblicherweise über einen am hinteren Schubdüsenende befindlichen Einlaufsammelring in die längsverlaufenden Strömungswege eingespeist, nach erfolgter Anwärmung auf dem Wege durch diese in einem am vorderen Brennkammerende befindlichen Auslaufsammelring gesammelt und anschließend dem Sinspritakopf zugeführt wird.

Es ist eine Brennkammer-Ausführungsform der eingangs genannten Gattung bekannt geworden, bei. welcher die su kühlende Wand der Baueinheit Brennkammer-Schubdüse ausschließlich aus längsverlaufenden, sich über die gesamte länge seitlich berührenden Rohren aufgebaut ist. Die die Strömungswege für das Kühlmedium ,darstellenden Rohre besitzen demzufolge »satsprechend dem sich über die Länge ändernden Durchmesser der Baueinheit Brennkammer-Schubdüse- über die Rohrlänge veränderliche Querschnitte, welche im Bereich der Brennkammer mittlere, im Schubdüsenhals minimale und am hinteren Schubdüsenende maximale Werte erreioien« Die Herstellung solcher Rohre erfordert einen großen technischen Arbeitsaufwand. Für eine druckdicht© Yerbindung der die zu kühlende Brennkamm©r- und Schubdüsenwand bildenden Rohre untereinander sorgt eine die radial außenliegenden Mantellinien der Rohre berührende, galvanoplastisch aufgetragene Außenwand, die mit den einzelnen Rohren in nur linienförmiger Berührung fest verbunden ist. ■■■.■..■.■ \ ■'..'■ ; ;',.'■

Ferner wurde schon eine Brennkammer mit einem einstückigsn Gfrundkörper zur Bildung der Brennkammerinnenwand vorgeschlagen, in dessen radial außenliegend© Fläohe durch Stege voneinander getrennte, längsverlaufend® Kühlkanäle eingefräst sind. Diese besitzen in Anpassung an die geomttrleohen Verhältnisse und die örtlich verschiedene^ thermischenBelastungen der Baueinheit Brennkammer-Schubdüse im BreBnkammerbereioh eine mittlere Breite, nehmen im, konvergenten Sp2iuMüs©nttil an Breite ab_s erreiohen im Sotobdüaenhala eins minimal®

'". 109012/0770 ■'.' ⁵

Breite und nehmen im divergenten Schubdüsenteil bis auf einen maximalen Wert am hinteren Schubdüsenende an Breite wieder zu. Pur die Herstellung der Kühlkanäle ist daher eine komplizierte Fertigungsmethode erforderlich. Abgedeckt sind die Kühlkanäle durch eine galvanoplastisch aufgetragene Außenwand, die im Werkstoff mit dem Grundkörper identisch und mit diesem an den radial außenliegenden Flächen der zwischen den Kühlkanälen befindlichen Stege mechanisch fest und druckdicht verbunden ist. Da die Verbindungsstellen zwischen dem Grundkörper einerseits und der galvanoplastisch aufgetragenen Außenwand andererseits flächenförmige Gestalt aufweisen, ist auch bei extrem hohen Drücken praktisch eine reißsichere Verbindung zwischen Grundkörper und Außenwand sichergestellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Brennkammer-Schubdüsenkonstruktionen zu vermeiden und eine in der Herstellung billige Brennkammer mit Schubdüse der eingangs genannten Gattung zu entwickeln, die bei vergleichsweise leichter Bauweise sowohl extrem hohen Brennkammerdrücken als auch extrem hohen Temperaturen mit Sicherheit gewachsen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eigentliche Brennkammer und gegebenenfalls auch noch der konvergente Schubdüsenteil mit dem Schubdüsenhals (Bauteil A) aus einem massiven Grundkörper mit auf der Außenseite eingearbeiteten, längsverlaufenden Kühlkanälen und aus einer die Kühlkanäle abdeckenden, galvanoplastisch aufgetragenen Außenwand besteht, daß die Schubdüse bzw. der divergente Schubdüsenteil (Bauteil B) aus mindestens abschnittsweise mit Zwischenräumen um die Schubdüsenlängsachse angeordneten Röhrchen mit mindestens über einen großen Teil ihrer Längen konstanten Querschnitten und aus einer geschlossenen, die Röhrchen unter Überbrückung der Zwischenräume fest und druckdicht miteinander verbindenden galvanoplastischen Schicht aufgebaut ist, welche die radial nach außen zeigenden

1Ö98i2/fi<7 7 0 - 4 -

■.'.■■ - 4 - ■ ' ■'.■.' . ■ ■'

TJmfangsbereiche der Röhrchen formschlüssig umgibt und daß zwischen dem Bauteil A und dem Bauteil B ein massives Verbindungsstück (Bauteil C) mit einer der Anzahl der Röhrchen entsprechenden Zahl von Längsbohrungen angeordnet und mit dem Bauteil A galvanoplastisch, mit dem Bauteil B durch eine unlösbare Steckverbindung zwischen dessen Röhrchen und seinen längsbohrungen, insbesondere durch Einlöten oder Einschweißen der benachbarten Röhrchenenden in die Längsbohrungen, mechanisch fest und druckdicht verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Brennkammer mit Schubdüse vereinigt die " Vorteile der bekannten und der vorgeschlagenen Brennkammer-Schubdüsenkonstruktionen, ohne deren Nachteile zu besitzen.· Das Bauteil A zeigt den gleichen Aufbau wie die vorgeschlagene Brennkammer-Schubdüsenkonstruktion und ist demzufolge

- was seine Widerstandsfähigkeit gegen die aus dem hohen Brennkammerdruck und den auftretenden Temperaturdifferenzen resultierenden, sehr großen Kräfte anbelangt- dem entsprechenden Teil der bekannten, ausschließlich aus einer Rohrinnenwand und aus einer die Rohre nur linienförmig berührenden, galvanoplastisch hergestellten Außenwand aufgebauten Brennkammer-Schubdüsenkonstruktion überlegen. Da es sich aber lediglich über die Brennkammer und gegebenenfalls auch noch

) über den konvergenten Schubdüsenteil erstreckt, kommen verhältnismäßig lange Kühlkanalabschnitte veränderlicher Breite

- wie sie bei der vorgeschlagenen Brennkammer-Schubdüsenkonstruktion auftreten - in Fortfall. Diese Tatsache wirkt sich, äußerst positiv auf die Herstellungskosten und Herstellungszeiten des Bauteils A und somit der erfindungsgemäßen, im wesentlichen aus den Bauteilen A, B und C zusammengesetzten Brennkammer mit Schubdüse aus.

109812/Π770 - 5 -

Die erfindungsgemäße Gestaltung des Bauteils B bringt zwei weitere Vorteile mit sich.. Einmal liegen die Fertigungs- _v kosten infolge der mindestens über einen größen Teil der . Bauteillänge konstant gehaltenen Röhrchenquerschnitte wesentlich niedriger als bei Schubdüsen bzw. divergenten Schubdüsenteilen, die ausschließlich aus Röhrchen mit über einen großen Teil ihrer Länge veränderlichen Querschnitten aufgebaut sind bzw. Kühlkanäle mit über einen großen Teil ihrer Länge veränderlichen Breiten aufweisen. Zum anderen unterschreitet das Baugewicht des Bauteils B, da große Abschnitte des Bauteilumfangs nicht von Röhrchen und diese umgebenden Außenwandabschnitten, sondern allein von der vergleichsweise spezifisch leichten, galvanoplastischen Schicht bestritten werden, also einen einwandigen Aufbau aufweisen, das im Vergleich mit der Schubdüse der vorgeschlagenen Brennkammer-Schubdüsenkonstruktion ohnehin schon recht niedrige Baugewicht der Schubdüse der bekannten Brennkammer-Schubdüsenkonstruktion beträchtlich. Dieser Sachverhalt macht sich einmal durch eine weitere Verringerung der Herstellungskosten, zum anderen in einem niedrigen Leistungsgewicht der aus den Bauteilen A, B und C zusammengesetzten Brennkammer mit Schubdüse bemerkbar.

Eine ausreichende Kühlung des aus den Röhrchen, und der die • Zwischenräume zwischen diesen überbrückenden,galvanoplastischen Schicht bestehenden Bauteils B ist durch die Anfertigung der galvanoplastischen Schicht aus einem gut wärmeleitenden Material, ihre innige Verbindung mit den radial nach außen zeigenden Umfangsberelchen der Röhrchen und durch die infolge der mindestens über einen großen Teil der Röhrchenlänge konstanten Röhrchenquerachnitte vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums auf dem gesamten bzw. einen* großen Teil seines Weges von einem zum anderen Ende des Bauteils B jederzeit sichergestellt. Die -wie aubfUhrlich beschrieben- vorteilhafte Kombination des Bauteils A und des Bauteils B zu einer äußeret betriebssicheren Bauein-

- 6 ~ 1098T?/ft77Ö

he it wird erst eimöglioht dureh die- erfindungsgeisäße Anordnung eines im Aufbau einfachen Bauteils C zwischen dem Bauteil A und dem Bauteil B sowie die Art und Weise, wie und in welcher Reihenfolge das Bauteil C mit ä.en Bauteilen A und B mechanisch fest und druckdicht verbunden wird.

Um eine Gefährdung der diffizilen galvanoplastisciien Bindungen zwischen dem Grundkörper und der Außenwand des Bauteils A und zwischen der galvanoplastischen Schicht und den Röhrchen des Bauteils B durch ungleichmäßige Aufheizungen und Abkühlungen, wie sie beim Anfertigen von Bot- oder Schweißverbindungen zwischen Bauteilen unterschiedlicher Masse und/ oder unterschiedlicher Materialbeschaffenheit auftreten, in Jedem i*all auszuschalten, werden zunächst die am vorderen Ende des Bauteils B befindlichen Röhrchenenden in. äen Längsbohrungen des Bauteils C _f beispielsweise^ durch läöten, unlösbar und druckdicht befestigt. Erst dann erfolgt die mechanisch feste und druckdichte Verbindung des Bauteils C mit dem Bauteil A, und zwar auf gal~ :iischeffl W©ge_s also ohne Wärmezufuhr. *

Bekanntlich nimmt mit steigendem BrennkasMerdruck die ieistungsausbeute des Raketenbrennprozesses, infolge der druckbedingten Sichtezunahme der heißen Brenngase aber auch die Intensität des Wärmeübergangs von den heißen Brenngasen auf die ihren Strömungsweg definierende Brennkamaiör-Sciiiibdüsenwand zu. In Anbetracht dessen bedarf bei einer Hocnleistungs-Raketenbrennkammer außer der eigentlichen Brennkammer auch der in diesem Fall gegenüber dem divergenten Sehiilidüsenteil· thermisch besonders hoch belastete konvergente Seiuib&üsenteii mit dem Schubdüsenhals einer besonders_;wirksamen. Eöhlung. In Ausgestaltung der Erfindung wird dalier eine gcMiMüss (Bauteil B) vorgeschlagen, bei welcher die Röhrchen des gesamten Umfang des konvergenten Schubdüsenteils samt Sctaibdüsenhals bestreitende Längenabsehnitte veränderlichen Querschnitts besitzen, vom SchuMüsenbals bis suis Mntereii Sohubdüsenende hingegen einen konstanten Querschnitt amfwei-

103812/0770 ~ ⁷ ~

sen und zusammen mit der galvanoplastischen Schicht den thermisch weniger hoch "belasteten divergenten Schubdüsenteil bilden.

Der vorgenannten erfindungsgemäßen Schubdüsenkonstruktion hinsichtlich, thermischer Belastbarkeit ebenbürtig ist eine Schubdüse, bei welcher der konvergente Schubdüsenteil mit dem Schuhdüsenhals -abgesehen von der von seinem vorderen Ende zum"Schubdüsenhals hin geringer werdenden Breite seiner Kühlkanäle- den gleichen Aufbau zeigt wie die eigentliche Brennkammer und zusammen mit dieser das Bauteil A bildet. Der divergente Schubdüsenteil (Bauteil B) ist auch bei dieser Konstruktion aus Röhrchen konstanten Querschnitts und einer die Zwischenräume zwischen diesen überbrückenden, galvanoplastischen Schicht aufgebaut, welche die radial nach außen zeigenden Umfangsbereiche der Röhrchen formschlüssig umgibt.

Eine andere, in der Herstellung besonders billige erfindungsgemäße Schubdüsenkonstruktion ist aus Röhrchen mit über die gesamte Röhrchenlänge konstanten Querschnitten und einer die Zwischenräume zwischen diesen überbrückenden, galvanoplastischen Schicht aufgebaut, wobei die Röhrchen sich lediglich im Schubdüsenhals seitlich berühren. Diese Konstruktion, bei welcher im Unterschied zu den beiden vorgenannten auch der Umfang des gegenüber dem divergenten Schubdüsenteil thermisch höher belasteten konvergenten Schubdüsenteiis nur bereiehsweise regenerativ gekühlt wird, eignet sich vor allem für mit mittleren oder niedrigen Drücken betriebene Brennkammern, da bei Mittel- und Niederdrueksystemen die über die Länge der .Baueinheit Brennkammer-Schubdüse veränderlichen, pro Zeit- und Flächeneinheit anfallenden und abzuführenden Wärmemengen, die sogenannten Wärmeströme, infolge der Druckabhängigkeit der Wärmeübergangs zahlen geringer sind als bei Hochdruck^- systemen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgedankens umgibt die die Zwischenräume zwischen den Röhrchen des Bauteils B überbrückende, galvanoplastische Schicht .

100812/0770 - 8 -

■ ■'■' -. \ ■■ ■ .■■ - 8 - = ^: ■■■■..-..

•nicht nur die radial nach außen zeigenden Umfangsbereiche der • Röhrchen sondern auch diejenigen des Bauteils A und des Bauteils C formschlüssig. Die galvanoplastische Schicht sorgt auf diese Weise gleichzeitig für eine mechanisch feste und druckdichte Verbindung des Bauteils A mit dem Bauteil C an der radial außenliegenden Stoßsteile. An ihrer radial innenliegenden Stoßstelle sind das Bauteil A und das Bauteil C nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch eine galvanoplastisch hergestellte Naht mechanisch fest und druckdicht verbunden.

Aus Gründen der Sicherheit ist mitunter eine Armierung der. Brennkammer angebracht. Beim Erfindungsgegenstand bringt eine derartige Armierung der Brennkammer keinen fertigungstechnischen Mehraufwand mit sich. Es braucht lediglich beim Auftragen der galvanoplastischen Schicht die Schichtstärke im Bereich des Bauteils A dementsprechend vergrößert werden. Dies kann in einem Arbeitsgang erfolgen.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkammer mit Schubdüse, bei welcher das Kühlmedium in bekannter Weise über einen am hinteren Schubdüsenende befindlichen Einlaufsammelring zugeführt und über einen am vorderen Brennkammerende befindlichen Auslaufsammelring wieder abgezogen wird, sind sämtliche Längsbohrungen des Bauteils C, in welchen auf der dem Bauteil B zugekehrten Seite jeweils ein vom EinlaufsaTnmelring ausgehendes Röhrchen unlösbar befestigt ist, durchgehend ausgebildet und gehen auf der dem Bauteil A zu-* gekehrten Seite jeweils in einen in den Auslaufsammelring einmündenden Kühlkanal über.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkammer mit Schubdüse, bei welcher der Auslaufsammelring " für den Abzug des Kühlmediums sich ebenfalls am vorderen Brennkammerende befindet, sind die Längsbohrungen des Bau-' teils C, in welchen auf der dem Bauteil B zugekehrten Seite

jeweils ein Röhrchen unlösbar befestigt ist, teils durchgehend ausgebildet, teils zum Bauteil A hin geschlossen,

10 9812/07 70 - 9 -

wobei -in Umfangrichtung gesellen- jeweils eine zum Bauteil A hin geschlossene Längsbohrung zwischen zwei durchgehenden Längsbohrungen angeordnet ist; Die durchgehenden Längsbohrungen gehen wiederum auf der dem Bauteil A zugekehrten Seite jeweils in einen in den Auslaufsammelring einmündenden Kühlkanal über, während die zum Bauteil A hin geschlossenen Längsbohrungen über radial nach außen geführte Bohrungen mit einem Ringkanal eines das Bauteil C umgebenden Einlaufsamvmelringes in Verbindung stehen. Die Röhrchen des Bauteils B sind bei dieser Ausführungsform Schenkel von haarnadelförmig ausgebildeten Rohrteilen, deren bogenförmige, ihre beiden Schenkel jeweils miteinander verbindende Enden am hinteren Ende des Bauteils B liegen. .

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die dem Bauteil C abgekehrten Röhrchenenden nach außen abgebogen und im radial außenliegenden Randbereich eines steifen, beim Auftragen der galvanoplastischen Schicht miteingalvanisierten Düsenabschlußringes eingebettet sind, dessen radial innenliegende Fläche unprofiliert ist und mit den im Bereich der Innenkontur des Bauteils B liegenden Teilen der galvanoplastischen Schicht bündig verläuft.

Der Düsenabschlußring, der bei einer Zufuhr des Kühlmediums am hinteren Ende der Schubdüse (Bauteil B) in Weiterbildung des Erfindungsgedankens gleichzeitig als Einlaufsammelring ausgebildet sein kann, sorgt -abgesehen von seiner versteifenden Wirkung- infolge der unprofilierten Ausbildung seiner Innenfläche und deren bündigem Verlauf mit den im Bereich der Innenkontur des Bauteils B liegenden Teilen der galvanoplastischen Schicht für einen ungestörten Aus- ' tritt des Brenngässtromes am Düsenende.

"- 10 10981270770

- ίο - . ■.'■'■■■ ^: - ■■■...

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt der druckdichte und kraftschlüssige Anschluß des Auslaufsammelringes der erstgenannten Ausführungsform bzw. des Auslauf- und Einlauf sammelringes der letztgenannten Ausführungsform durch Aufschrumpfen auf das Bauteil A bzw. Bauteil A und C und anschließendes Miteingalvanisieren beim Auftragen der die Röhrchen zu einem homogenen Verbund zusammenfassenden* sich bis zum vorderen Ende des Bauteils A erstreckenden, galvanoplastischen Schicht. ·

Die Tatsache, daß der Einlauf- und/oder Auslaufsammelring, falls vorgesehen, auch der Düsenabschlußring sowie die radial außenliegende Stoßstelle zwischen Bauteil A und Bauteil G beim Auftragen der galvanoplastischen Schicht miteingalvanisiert werden, erlaubt zusammen mit der Ausbildung, gegenseitigen Zuordnung und Verbindung der Bauteile A, B und C miteinander eine billige Serienfertigung der vorgenannten erfindungsgemäßen Brennkammer-Schubdüsen-Ausführungsformen, die -wie bereits ausführlich beschrieben- den an regenerativ gekühlte Brennkammern mit Schubdüsen gestellten Anforderungen in jeder Beziehung mehr als gerecht werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den in den Zeich-* nungen schematisch dargestellten und im folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispielen entnommen werden.

Es zeigen:

Figur 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Brennkammer mit Schubdüse im iängsschnitt,

Figur 2 einen Teilsohnitt entlang der Linie H-II^:

in Figur 1,

Figur 3 tine abgewandelte Ausführungefor» der erfindungsgemäßen Brennkammer mit Sohubdüae,

- 11 10 9812/0770

ebenfalls im Längsschnitt und

Figur 4 seinen Teilschnitt entlang der Linie IY-IT in Figur 3.

Bei der in den Figuren 1 und 2 wiedergegebenen Brennkammer-Sehubdüsenausführungsform besteht die eigentliche Brennkammer 1 und der konvergente Schubdüsenteil 2 mit dem Schubdüsenhals 3 (Bauteil A) aus einem massiven Grundkörper 4 aus sauerstofffreiem Kupfer oder einem gleichwertigen Material, wie Silber oder Molybdän·, in dessen radial außenliegende Fläche durch Stege voneinander getrennte, längsverlaufende Kühlkanäle 6, beispielsweise durch Fräsen, eingearbeitet sind. Abgedeckt sind die Kühlkanäle 6, deren Breite über die Länge der Brennkammer 1 konstant ist und vom hinteren Ende der Brennkammer 1 zum Schubdüsenhals 3 bis auf einen minimalen Wert fortlaufend abnimmt, durch eine galvanoplastisch aufgetragene Außenwand 5, die -ebenso wie der Grundkörper 4-aus säuerstofffreiem Kupfer oder einem gleichwertigen Material, wie Silber oder Molybdän, besteht. Am vorderen Ende des Bauteils A münden die Kühlkanäle 6 in einen Ringkanal 7 eines auf das Bauteil A aufgeschrumpften Auslaufsammelringes 8, dessen vier vom Ringkanal 7 ausgehende, in gleichmäßigen Abständen voneinander über den Umfang verteilte Auslaßöffnungen -mit 9 bezeichnet sind.

An das hintere Ende des Bauteils A schließt sich ein massives Verbindungsstück 10 (Bauteil C) mit Längsbohrungen 11, 12 an. Die Längsbohrungen 11, 12 sind teils durchgehend ausgebildet, teils zum Bauteil A hin geschlossen und derart über den umfang des Bauteils C verteilt, daß jeweils eine zum Bauteil A hin geschlossene Längsbohrung 12 zwischen zwei durchgehenden Längsbohrungeri 11liegtv Öäbed? gehen "die durchgehenden Längsbohrungen 11 jeweils in einen Kühlkanal 6 des Bauteils A über.: ^ie-zum^au^eidiiA^ybtin geschlossenen Längsbohrungen 12 stehen dagegen mberfrÄQÜial-vnaCfhaußen geführte Bohrungen 13 mit einem Ringkanal 14 eines auf das Bauteil C aufgeschrumpften Einlauf sammelrings 15 in Verbindung, dessen vier in

109812/0770

- 12 - .'■■.' ·

gleichmäßigen Abständen voneinander· über den Umfang verteilte Einlaßöffnungen mit 16 bezeichnet sind. An der radial innenliegenden Stoßstelle ist das Bauteil G mit dem Bauteil A durch eine galvanoplastisch hergestellte Haht 17 mechanisch fest und druckdicht verbunden. Auf die Art der Verbindung des Bauteils 0 mit dem Bauteil A an der radial außenliegenden Stoßstelle wird an anderer Stelle noch ausführlich eingegangen werden. ■ .

Der divergente Sehubdüsenteil 18 (Bauteil B) besteht aus in Düsenlängsrichtung verlaufenden Schenkeln 19, 20 von haarnadelförraig ausgebildeten Rohrteilen 21 konstanten Querschnitts und dazwischenliegenden Wandelementen 22. Die das vordere Ende des divergenten Schubdtisenteils 18 bildenden freien Enden der Rohrschenkel 19, 20 sind in die Längsbohrungen 11, 12 des Bauteils C druckdicht eingelötet, derart, daß jeweils der eine Schenkel 19-mit einer durchgehenden Längsbohrung 11, der andere Schenkel 20 eines Rohrteils 21 mit einer' zum Bauteil A hin geschlossenen Längsbohrung 12 des Bauteils C in Verbindung steht. Die Wandelemente 22 sind !eile einer die radial nach außen-zeigenden Umfangsbereiche der Sehenkel 19, 20 formschlüssig umgebenden, galvanoplastisohen Sohicht 25 aus sauerstofffreiem Kupfer oder einem gleichwertigen Material, wie Silber oder Molybdän. Die galvanoplastische Schicht 25 umgibt auch das Bauteil C, den auf dieses aufgeschrumpften Einlaufsammelring 15, das Bauteil A sowie den auf dieses aufgeschrumpften Auslaufsammelring 8 . formschlüssig und ist lediglieh im Bereich der Auslaßöffnungen 9 des Auslaufsammelringes 8 und der Einlaßöffnungen 16 des Einlaufsammelringee 15 durchbrochen. Dadurch, daß die geschlossene, galvanoplastische Schicht 25 sich bis zum vorderen Ende des Bauteils A erstreckt, faßt sie nicht nur die Rohrteile 21 des divergenten Schubdüsenteils 18 unter Überbrückung der Zwischenräume zu einem homogenen Verbund zusammen. Da sie die außenliegenden Stoßstellen zwischen Bauteil B und Bauteil C, Einlaufsammelring 15 und Bauteil C, Bauteil 0 und Bauteil A sowie Auslauf sammelring 8 und Bau-

109812/0770 - 15 -

-·-■■■■ 1941286

teil A überbrückt, sorgt sie an diesen Stellen gleichzeitig für eine mechanisch feste und druckdichte Verbindung der genannten Teile untereinander. Falls aus Sicherheitsgründen eine Armierung des Bauteils A angebracht erscheint, kann diese Funktion ebenfalls von der galvanoplastischen Schicht 25 übernommen werden, wenn sie im Bereich des Bauteils A eine entsprechende Schichtstärke erhält.

Die dem Bauteil 0 abgekehrten bogenförmigen Enden 26 der haarnadelförmig ausgebildeten Rohrteile 21, die deren beide Schenkel 19» 20 jeweils miteinander verbinden, sind nach außen abgebogen und im radial außenliegenden Handbereich eines beim Auftragen der galvänoplastisohen Schicht 25 miteingalvanisierten Düsenäbschlußringes 28 eingebettet. Der Düsenabschlußring 28 weist eine unprofilierte Innenfläche 29 auf, die mit den im Bereich der Innenkontur.des Bauteils B liegenden Wandelementen 22 bündig verläuft.

Wie bereits an anderer Stelle ausführlich beschrieben, sind die diffizilen galvanischen Bindungen zwischen dem Grundkörper 4 und der galvanoplastisehen Außenwand 7 des Bauteils A gefährdet, wenn sie ungleichmäßigen Aufheizungen und Abkühlungen, wie sie beim Anfertigen von Lot- oder Schweißverbindungen zwischen Werkstüoken unterschiedlicher Masse und/oder unterschiedlicher Materialbeschaffenheit auftreten, ausgesetzt sind. Aus diesem Grunde werden zunächst die haarnadelförmig ausgebildeten Bohrteile 21 in die Längsbohrungen 11, 12 des Bauteils C eingelötet, bevor die die radial innenliegende Stoßsttlle zwischen dem Bauteil 0 und dim Bauteil A überbrückend® Naht 17 und die unter anderem auch die radial außenliegende Stoßstelle zwischen dem Bauteil 0 und dem Bauteil A überbrückende Schicht 25 galvanoplastisch, also ohne Wärmezufuhr, hergestellt wenden.

Im Betrieb der aus den Bauteilen A, B, 0, dem Auslaufaammelring 8, dem Einlaufsammelring 15, der galvanoplastisohen Sohioht 25 und dem DÜeenabeohlußrlng 28 zusamiaengeBetzten Brennkaraer mit Schubdüse gelangt das Kühlmedium über die

tO 981 27 07 70 -14-

Einlaßöffnungen 16 des Einlaufsammelringes 15 in dessen Ringkanal 14 und von dort über die radialgerichteten Bohrungen 13 in die zum Bauteil A Mn geschlossenen Längsbohrungen 12 des Bauteils 0. Aus den zum Bauteil A hin geschlossenen längsbohrungen 12 des Bauteils O tritt es in die einen Schenkel der haarnadelförmig ausgebildeten Rohrteile 21 über, strömt durch diese zum hinteren Ende des Bauteils B, erfährt in den bogenförmigen Enden 26 der Rohrteile 21 eine Umlenkung, strömt durch die anderen Schenkel 20 der Rohrteile 21 zum Bauteil C zurück und tritt dort in die durchgehenden Längsbohrungen 11 des Bauteils C ein. Von den durchgehenden längsbohrungen 11 des Bauteils 0 gelangt das Kühlmedium in die Kühlkanäle 6 des Bauteils A, strömt durch diese zum vorderen Ende des Bauteils A, tritt dort in den Ringkanal· 7 des Auslauf sammelrings 8 über, den es über die Auslaßöffnungen 9 verläßt und wird, falls es sich um eine !Treibstoffkomponente handelt, dem nicht dargestellten Einspritzkopf zugeführt.

Bei der in den Figuren 3 und-4 wiedergegebenen Brennkammer-Schubdüsenausführungsform besteht die eigentliche Brennkammer 40 (Bauteil A) -ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß Figuren 1 und 2- aus einem massiven Grundkörper 41 mit auf der Außenseite vorgesehenen, in Längsrichtung verlaufenden Kühlkanälen 42 konstanter Breite und aus einer die Kühlkanäle 42 abdeckenden, galvanoplastisch aufgetragenen Außenwand 43. Die Kühlkanäle 42 münden auch bei der hier in Rede stehenden Ausführungsform am vorderen Ende des Bauteils A in einen Ringkanal 44 eines auf das Bauteil A aufgeschrumpften Auslauf sammelringes 45, dessen vier vom Ringkanal 44 ausgehende, in gleichmäßigen Abständen voneinander über den Umfang verteilte Auslaßöffnungen diesmal mit 46 bezeichnet sind.

Im-Unterschied zu der Brennkammer-Schubdüsenausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2 schließt aioh im vorliegenden, Fall nicht ein im Aufbmu gleicher konvergenter Sohubdüsenteil mit Sohubdüsenhals sondern ein massives Verbindungsstück 47 (Bauteil G) am hintertn Ende des Bauteile A an. Das Verbin-

109812/0 770 -15-

dungsstück 47 (Bauteil C) besitzt eine der Kühlkanalzahl entsprechende Zahl von über den Umfang verteilten, durchgehenden Längsbohrungen 4-8 und ist mit dem Bauteil A an der radial innenliegenden Stoßstelle durch eine galyanoplastiseh hergestellte Naht 49 derart mechanisch fest und druckdicht verbunden, daß jeweils eine Längsbohrung 48 mit einem Kühlkanal 42 fluchtet. .

Die Schubdüse, welche aus in Düsenlängsrichtung verlaufenden Röhrchen 50 und dazwischenliegenden Wandelementen 51 aufgebaut ist, trägt das Bezugszeichen 52. Die Röhrchen 50 besitzen den konvergenten Schubdüsenteil-53 mit dem Schubdüsenhals 54 bildende Längsabschnitte 55 veränderliehen Querschnitts, die derart um die Düsenlängsäehse angeordnet sind, daß sie sich seitlich berühren und vom Sehubdüsenhals 54 bis zum hinteren Schubdüsenende eich erstreckende Längsabschnitte 56 konstanten Querschnitts, die zusammen mit den zwischen ihnen liegenden und mit ihnen mechanisch fest und druckdicht verbundenen Wandelementen 51 den divergenten Schubdüsenteil 57 bilden. Die am vorderen Ende der Schubdüse 52 befindlichen Enden 58 der Röhrchen 50 sind abgesetzt und in die Längsbohrungen 48 des Bauteils C eingelötet, so daß sie über die durchgehenden Längsbohrungen 48 jeweils mit einem Kühlkanal 42 des Bauteils A in Verbindung stehen. " Die Wandelemente 51 sind ebenfalls Seile einer die radial nach außen zeigenden Umfangsbereiche 59 der Röhrchen 50 formschlüssig umgebenden,* galvanoplastischen Schicht 60, die auch das Bauteil 0, das Bauteil A und mit Ausnahme der .Auslaßöffnungen 46 auch den auf das Bauteil A aufgeschrumpften Auslaufsammelring 45 formschlüssig umgibt. Auf diese Weise werden -wie im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 bereits,ausführlich beschrieben- nicht allein die Röhrchen untereinander sondern auch das Bauteil B mit dem Bauteil C sowie das Bauteil G mit dem Bauteil A an den radial außenliegenden Störstellen mechanisch fest und druckdicht verbunden.

- 16". 109812/0770

Die dem Bauteil ö abgekehrten Enden der Röhrchen 50 sind nach außen abgebogen und in im radial außenliegenden Randbereich eines als Einlaufsammeiring ausgebildeten Düsenabschlußringes 62 liegende, von einem Ringkanal 63 ausgehende Verteilerbohrungen 64 eingelötet. Der'als Einlaufsammelring ausgebildete Düsenabschlußring 62, dessen zum Ringkanal 63 führende Einlaßöffnungen mit 65 bezeichnet sind, weist eine unprofilierte innenfläche 66 auf, die mit den im Bereich der Innenkontur des Bauteils B liegenden Wandelementen 51 bündig verläuft. ■

Auch bei dieser Ausführungsform wird aus bereits erwähnten Gründen erst die Lötverbindung zwischen den Röhrchen 50 des Bauteils B und den Längsbohrungen 48 des Bauteils C hergestellt bevor die galvanoplastischen Verbindungsstellen zwischen den Bauteilen A, B und 0 angefertigt werden. ._;

Beim Betrieb gelangt das Kühlmedium über die Ei^aJöffnungen 65 in den Ringkanal 6J des Düsenabschlußringes 62 und tritt über die Verteilerbohrungen 64 in die Röhrchen 50 ein. Durch die Röhrchen 50, die sich daran anschließenden längsbohrungen 48 des Bauteils C und die die Längsbohrungen 48 fortsetzenden Kühlkanäle 42 strömt das Kühlmedium zum vorderen Ende des Bauteils A und tritt dort in den Ringkanal 44 des Auslaufsairnnelringes 45 ein. Über die Auslaßöffnungen 46 wird das- Kühlmedium sodann vom Auslaufsammelring 45 abgezogen und falls es sich um eine Treibstoffkomponente handelt, dem nichtdargestellten Einspritzkopf zugeführt."

Patentansprüche:

- 17 1098 12/0770

Claims

Messers chmi-tt-Bölkow-Blohm
Gesellschaft mit beschränkter
Haftung
München

Ottobrunn, den 5.Aug.69 SX3 Jk/ja BP 848

Patentansprüche

1. fourch ein flüssiges Medium, vorzugsweise eine Treibstoffkomponente, regenerativ gekühlte Brennkammer mit Schubdüse für Flüssigkeitsraketentriebwerke, dadurch g e kennzeichnet, daß die eigentliche Brennkammer (1, 40) und gegebenenfalls auch noch der konvergente Schubdüsenteil (2) mit, dem Schubdüsenhals (3) (Bauteil A) aus einem massiven (irundkörper (4, 41) mit auf der Außenseite eingearbeiteten, längsverlaufenden Kühlkanälen (6, 42) und aus einer die Kühlkanäle (6, 42) abdeckenden, galvanoplastisch aufgetragenen Außenwand (5, 43) besteht, daß die Schubdüse (52) bzw, der divergente Schubdüsenteil (Ϊ8) (Bauteil B) aus mindestens abschnittsweise mit Zwischenräumen um die Schubdüsenlängsachse angeordneten Röhrchen (19» 20; 50) mit mindestens über einem großen Teil ihrer Längen konstanten Querschnitten und aus einer geschlossenen, die Röhrchen ( 19, 20; 50) unter Überbrückung der Zwischenräume fest und druckdicht miteinander verbindenden, galvanoplastischen Schicht (25, 60) aufgebaut ist, welche die radial ,nach außen zeigenden Umfangsbereiche der Röhrchen (19, 20} 50) formschlüssig umgibt und daß zwischen dem Bauteil (A) und dem Bauteil (B) ein massives Verbindungsstück (10, 47) (Bauteil G) mit einer der Anzahl der Röhrchen (19, 20" | 50) entsprechenden Zahl von Längsbohrungen (11, 12$ 48) angeordnet und mit dem Bauteil (A) galvanoplastisch, mit dem Bauteil (B) duroh tint unlösbare Steckverbindung zwischen dessen Röhrchen

-.18 109817/0770

(19, 20; 50) und seinen Längsbohrungen (11,. 12; 48), insbesondere durch Einlöten-oder Einschweißen der benachbarten Röhr chenenden in die Längsbohrungen (11, 12; 48), mechanisch fest und druckdicht verbunden ist.

2. Brennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammen mit der galvanoplastischen Schicht (25) die Schubdüse bzw. den divergenten Schubdüsenteil (18) (Bauteil B) bildenden Röhrchen (19, 20) über die gesamte Rohr länge konstante Querschnitte aufweisen und sich lediglich im Schubdüsenhals bzw. engsten Querschnittsbereich des divergenten Schubdüsenteils (18) seitlich berühren.

Brennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schubdüse (52) (Bauteil B), bei welcher die Röhrchen (50) den konvergenten Schubdüsenteil (55) mit dem Schubdüsenhals (54) bildende Längsabschnitte (55) veränderlichen Querschnitts besitzen, vom Schubdüsenhals (54) bis zum hinteren Sehubdüsenende einen konstanten Querschnitt aufweisen und zusammen mit der galvanoplastischen Schicht (60) den divergenten Schubdüsenteil (57) bilden.

4. Brennkammer mit Schubdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g eke η η ζ e i chn θ t, daß das gesamte Bauteil (C) sowie das gesamte Bauteil (A) von der die Zwischenräume zwischen den Röhrchen (19, 20; 50) des Bauteils (B) überbrückenden galvanoplastischen Schicht (25, 60) formschlüssig umgeben sind, wobei die Schiohtstärke im Bereioh des Bauteils (A) gegebenenfalls wesentlich größer ist als in den Bereichen der Bauteile (B) und (0). - ". ■

- 19 ■

10081-2/07.70

■ - ■·■. .. :-;t '■■■■" ■
Brennkammer mit Schubdüse nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3 und 4, dadurch g ek ennzeichne t, daß das Bauteil (A) und das Bauteil (C) an ihrer radial innenliegenden Stoßstelle durch eine galvanoplaBtiseh hergestellte Näht (17, 49) und an ihrer radial außenliegenden Stoßstelle durch die galvanoplastische Schicht (25, 60) mechanisch fest und druckdicht miteinander verbunden sind.

6. Brennkammer mit* Schubdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5i bei welcher das Kühlmedium über einen am hinteren Ende der Schubdüse befindlichen Einlaufsammelring zugeführt und über einen am vorderen Ende der Brennkammer befindlichen Auslaufsammelring wieder abgezogen wird, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß sämtliche Längsbohrungen (48) des Bauteils (C), in welchen auf der dem Bauteil (B) zugekehrten Seite jeweils ein vom Einlauf sammelring ausgehendes Röhrchen (50) unlösbar befestigt ist, durchgehend ausgebildet sind und auf der dem. Bauteil (A) zugekehrten Seite jeweils in einen in den Auslaufsammelring (45) einmündenden Kühlkanal (42) übergehen.

Brennkammer mit Schubdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der Auslaufsammelring für den Abzug des Kühlmediums sich am vorderen Ende der Brennkammer befindet, dadurch gekenn ζ e i ohne t, daß die Längsbohrungen (11, 12) des Bauteils (C), in welchen auf der dem Bauteil (B) zugekehrten Seite jeweils ein Röhrchen (19, 20-) unlösbar befestigt ist, teils durchgehend ausgebildet sind und auf der dem Bauteil (A) zugekehrten Seite jeweils in einen in den Auslauf sammel- · ring (8) einmündenden Kühlkanal (6) übergehen, teils zum Bauteil (A) hin geschlossen sind* wobei -in Umfangrichtung

- 20 109812/0770

- ■ ■■■ '^: „■■-■ 20 - /'■/■ .■■:' "

gesehen- jeweils eine zum Bauteil (A) hin geschlossene Längsbohrung (12) zwischen zwei durchgehenden Längsbohrungen (11) angeordnet ist, daß die zum Bauteil (A) hin geschlossenen Längsbohrungen (12) über radial nach außen geführte Bohrungen (13) mit-einem.Ringkanal (H) eines das Bauteil (C) umgebenden Einlaufsammelrings (15) in Verbindung stehen und daß jeweils zwei -in Umfangrichtung gesehen- aufeinanderfolgende Röhrchen (19, 20) Schenkel von haarnadelförmig ausgebildeten Rohrteilen (21) sind, deren bogenförmige, die Schenkel (19* 20) miteinander verbindende Endabschnitte (26) am hinteren Ende des Bauteils (B) liegen.

8. Brennkammer mit Schubdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die vom Bauteil (C) abgekehrten Röhrchenenden nach außen abgebogen und im radial außenliegenden Randbereich eines steifen» beim Auftragen der galvanoplastischen Schicht (25, 60) miteingalvanisierten Düsenabschlußringes (28, 62) eingebettet sind und daß der Düsenabschlußring (28, 62) eine radial innenliegende unprofilierte ^ Fläche (29, 66) aufweist, die mit den im Bereich der Innenkontur des Bauteils (B) liegenden Teilen (22, 51) der galvanoplastischen Schicht (25, 60) bündig verläuft.

Brennkammer mit Schubdüse nach den Ansprüchen 6 und 8, · dadurch gekennzeichnet, daß der miteingalvanisierte Düsenabschlußring (62) gleichzeitig als Einlaufsammelring ausgebildet ist und die aufgebogenen Röhrchen in von einem Ringkanal (63) ausgehenden Verteilerbohrungen (64) des Düsenabschlußringes (62) unlösbar, insbesondere durch Löten oder Schweißen, befestigt sind.

- 21 109812/0770

10. Brennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 6 bzw. 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaufsammelring (45) bzw. der Einlaufsammelring (15) und der Auslaufsammelring (8) aufgeschrumpft sind.

11. Brennkammer mit Schubdüse nach den Ansprüchen 4 und 10, dadurch g e k e ηη ζ e lehnet, daß die aufgeschrumpften Sammelringe (8, 15; 45) mit Ausnahme ihrer Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen (9, 16f 46) formschlüssig von der galvanoplastischen Schicht (25, 60) umgeben
s ind. · ■

109812/0770

L e erseι te