DE1941296B2

DE1941296B2 - Durch ein fluessiges medium regenerativ gekuehlte brenn kammer mit schubduese

Info

Publication number: DE1941296B2
Application number: DE19691941296
Authority: DE
Inventors: Karl 8000 München Kaufmann Michael Dipl Ing 8014 Neubiberg Dederra Helmut Dipl Ing 8012 Ottobrunn Butter
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm GmbH, 8000 München
Priority date: 1969-08-14
Filing date: 1969-08-14
Publication date: 1971-09-30
Also published as: FR2058274A1; GB1314580A; DE1941296A1; FR2058274B1; US3768256A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine durch ein flüssiges Medium, vorzugsweise eine Treibstoffkomponente, regenerativ gekühlte Brennkammer mit Schubdüse für Flüssigkeitsraketentriebwerke mit längs über die Brennkammer und Schubdüse verlaufenden Kühlkanälen, wobei Brennkammer und Schubdüse aus gesonderten, zur Einheit Brennkammer-Schubdüse unlösbar zusammengesetzten Bauteilen bestehen.

Der Raketenprozeß 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 Werkstoffe ungeschützt diesen sehr hohen Temperaturen standhält, ist eine Kühlung der Brennkammer- und Schubdüsenwand erforderlich. Bei den Brennkammern mit Schubdüsen der eingangs genannten Gattung übernimmt ein flüssiges Medium, das durch innerhalb der den heißen Brenngasen ausgesetzten Brennkammer- und Schubdüsenwand in Längsrichtung verlaufende Strömungswege geleitet wird, diese Funktion. Aus energetischen Gründen findet hierbei meist eine Treibstoffkomponente 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 Einspritzkopf zugeführt wird.

In der USA.-Patentschrift 3 249 989 ist eine Brennkammer-Schubdüsen-Einheit der eingangs genannten Gattung beschrieben, die aus drei unlösbar zusammengesetzten Bauteilen besteht. Bei den miteinander verschweißten Bauteilen handelt es ich um die eigentliche Brennkammer, den konvergenten Schubdüsenteil und den divergenten Schubdüsenteil. Angefertigt wird jeder dieser Bauteile aus einer gedrehten oder gerollten, glatten Innenwand und mindestens einer ebensolchen glatten Außenwand. Die Außenwand berührt mit ihrer inneren Mantelfläche jeweils die äußere der Innenwand, mit der sie durch über den Umfang gleichmäßig verteilte, längs verlaufende Schweißnähte verbunden wird. Im Anschluß an den letztgenannten, wegen der umfangreichen Schweißarbeiten aufwendigen Fertigungsschritt werden die zwischen den längs verlaufenden Schweißnähten verbliebenen Stege der Innen- und Außenwand mittels Druckflüssigkeit ein- bzw. ausgebuchtet, was zur Bildung längs verlaufender Kühlkanäle führt. Solch eine nachträgliche Druckverformung bringt — abgesehen vom beträchtlichen maschinellen und apparativen Aufwand — einen großen Nachteil mit sich. Sie ruft nämlich in den Innen- und Außenwänden sowie in den diese verbindenden Schweißnähten ungleichmäßige, die mechanische Festigkeit stark beeinträchtigende Spannungszustände hervor.

Umfangreicher und somit äußerst zeitaufwendiger Schweißarbeiten bedarf es unter anderem auch bei der Herstellung der mehrteiligen Brennkammer-Schubdüsen-Einheit gemäß der USA.-Patentschrift 2 958 183. Bei dieser Brennkammer-Schubdüsen-Einheit, die wesentlich schwerer ausfällt als die vorbeschriebene, bilden

a) der Einspritzkopf

b) die eigentliche Brennkammer

c) der konvergente Schubdüsenteil mit Schubdüsenhals und vorderer Hälfte des divergenten Schubdüsenteils und

d) die hintere Hälfte des divergenten Schubdüsenteils

jeweils ein Bauteil. Den unter Punkt b bis d aufgeführten Bauteilen ist gemeinsam, daß ihre Innenwände aus längs verlaufenden, sich seitlich berührenden Rohrabschnitten bestehen und diese Rohrabschnitte sowohl miteinander als auch mit einer lediglich ihre radial äußeren Mantellinien berührenden Zwischenwand verschweißt sind. Von unterschiedlicher Beschaffenheit sind dagegen ihre die Zwischenwände jeweils formschlüssig umgebenden Außenwände. Letztere werden bei der Brennkammer sowie bei der hinteren Hälfte des divergenten Schubdüsenteils von Wicklungen aus Draht hoher Zugfestigkeit gebildet. Dem unter Punkt c aufgeführten Bauteil dient statt dessen ein massiver Druckmantel als Außenwand. Dieser Druckmantel ist einerseits am Einspritzkopf angeflanscht, andererseits mit der hinteren Hälfte des divergenten Schubdüsenteils verschweißt.

Es sind auch einteilig ausgebildete, doppelwandig© Brennkammer-Schubdüsen-Bautypen bekanntgeworden, von deren beiden Wänden die radial innere — wie vorgeschrieben — jeweils aus längs verlaufenden und sich auf der ganzen Länge seitlich berührenden Röhrchen zusammengesetzt ist. Diese die Strömungswege für das Kühlmedium darstellenden Röhrchen besitzen demzufolge mit dem Brennkammerund Schubdüsendurchmesser sich ändernde Querschnitte, welche im Bereich der Brennkammer mittlere, im Schubdüsenhals minimale und am hinteren Schubdüsenende maximale Werte erreichen. Bei einer bekannten Ausführung (USA.-Patentschrift 3 190 070) sind die Kühlröhrchen, deren Herstellung auf Grund des vorerwähnten Querschnittsverlaufs einen großen technischen Arbeitsaufwand erfordert, durch einen flammgespritzten Mantel druckdicht verbunden. Dieser die radial äußeren Umfangsbereiche der Kühlröhrchen formschlüssig umgebende Mantel ist bekanntlich sehr spröde und daher nur bei großen, das Baugewicht unerwünscht erhöhenden Mantelstärken in der Lage, die aus dem Brennkammerinnendruck resultierenden Zugspannungen aufzunehmen. Bei einer anderen bekannten Ausführung (deutsche Patentschrift 1 264 160) werden die Kühlröhrchen durch eine galvanoplastisch aufgetragene Schicht untereinander verbunden. Die galvanoplastisch aufgetragene Schicht berührt aber lediglich die radial außenliegenden Mantellinien der Kühlröhrchen, was zu reißgefährdeten Verbindungsstellen zwischen ihr und der Innenwand führt.

Bei einer anderen bekannten Brennkammer mit Schubdüse vergleichsweise hohen Gewichts (USA.-Patentschrift 3 044 257) ist zwischen einer einstückigen glatten Innenwand und einer konzentrischen, am unerwünscht hohen Baugewicht maßgeblich beteiligten Außenwand aus sich überlappenden Ringen bzw. Bändern Z-förmigen Querschnitts ein Hohl- - raum vorgesehen. Darin befinden sich mit Zwischenräumen um die Kammer- und Düsenlängsachse angeordnete Röhrchen, die ebenso wie die Zwischenräume zwischen ihnen Strömungswege für ein Kühlmedium bilden.

Schließlich wurde eine Brennkammer-Schubdüsen-

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Konstruktion bekannt (deutsche Ausiegeschrift düse vereinigt die Vorteile der bekannten Brenn-1273 907), bei der ein einstückiger massiver Grund- kammer-Schubdüsen-Einheiten, ohne deren Nachkörper die Innenwand bildet. In den Grundkörper teile zu besitzen. Das Bauteil (A) zeigt den gleichen sind von seiner radial außenliegenden Mantelfläche Aufbau wie die letztgenannte bekannte Brennkamher durch Stege voneinander getrennte, längs ver- 5 mer-Schubdüsen-Konstruktion und ist demzufolge den laufende Kühlkanäle eingefräst. Diese besitzen in aus dem hohen Brennkammerdruck und den auf-Änpassung an die geometrischen Verhältnisse und tretenden Temperaturdifferenzen resultierenden, sehr die örtlich verschiedenen thermischen Belastungen großen Kräften gewachsen. Da es sich aber lediglich der Baueinheit Brennkammer-Schubdüse im Brenn- über die Brennkammer und gegebenenfalls auch kammerbereich eine mittlere Breite, nehmen im kon- io noch über den konvergenten Schubdüsenteil ervergenten Schubdüsenteil an Breite ab, erreichen im streckt, kommen verhältnismäßig lange Kühlkanal-Düsenhals eine minimale Breite und nehmen im abschnitte veränderlicher Breite — wie sie bei divergenten Schubdüsenteil bis auf einen maximalen der in Rede stehenden bekannten Brennkammer-Wert am hinteren Schubdüsenende an Breite wieder Schubdüsen-Konstruktion auftreten — in Fortfall, zu. Für die Herstellung der Kühlkanäle ist daher 15 Diese Tatsache wirkt sich äußerst positiv auf die eine komplizierte Fertigungsmethode erforderlich. Herstellungskosten und-zeiten des Bauteils (^4) und Abgedeckt sind sie durch eine galvanoplastisch auf- somit der erfindungsgemäßen, aus den Bauteilen (^4), getragene Außenwand, die im Werkstoff mit dem (B) und (C) zusammengesetzten Brennkammer mit Grundkörper identisch und mit diesem an den radial Schubdüse aus.

außenliegenden Stegflächen zwischen den Kühlka- 20 Die Gestaltung des Bauteils (B) bringt zwei weitere nälen mechanisch fest und druckdicht verbunden ist. Vorteile mit sich. Einmal liegen die Fertigungskosten Da die Verbindungsstellen zwischen Grundkörper infolge der mindestens über einem großen Teil der einerseits und galvanoplastisch aufgetragener Außen- Bauteillänge konstant gehaltenen Röhrchenquerwand andererseits flächenförmige Gestalt aufweisen, schnitte wesentlich niedriger als bei Schubdüsen bzw. ist auch bei extrem hohen Drücken praktisch eine 25 divergenten Schubdüsenteilen, die ausschließlich aus reißsichere Verbindung von Grundkörper und Röhrchen mit über einem großen Teil ihrer Länge Außenwand sichergestellt. veränderlichen Querschnitten aufgebaut sind bzw.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlkanäle mit über einem großen Teil ihrer veraufgezeigten Nachteile der bekannten Brennkammer- änderlichen Breiten aufweisen. Zum anderen unter-Schubdüsen-Konsti;uktionen zu vermeiden und eine 30 schreitet das Baugewicht des Bauteils (B), da große in der Herstellung billige Brennkammer mit Schub- Abschnitte des Bauteilumfangs allein von der verdüse der eingangs genannten Gattung zu entwickeln, gleichsweise spezifisch leichten, galvanoplastischen die bei vergleichsweise leichter Bauweise sowohl Schicht bestritten werden, also einen einwandigen extrem hohen Brennkammerdrücken als auch extrem Aufbau aufweisen, das Baugewicht sämtlicher bisher hohen Temperaturen mit Sicherheit gewachsen ist. 35 bekannter Schubdüsen gleicher Gattung beträchtlich.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Dieser Sachverhalt macht sich einerseits durch eine

löst, daß die Brennkammer und gegebenenfalls auch weitere Verringerung der Herstellungskosten, an-

noch der konvergente Schubdüsenteil mit dem dererseits in einem niedrigen Leistungsgewicht der

Schubdüsenhals (Bauteil A) aus einem massiven aus den Bauteilen (A), (B) und (C) zusammengesetz-

Grundkörper besteht, in den auf der Außenseite die 40 ten erfindungsgemäßen Brennkammer mit Schub-

längs verlaufenden Kühlkanäle eingearbeitet sind, die düse positiv bemerkbar.

von einer galvanoplastisch aufgetragenen Außen- Eine ausreichende Kühlung des aus den Kühlwand abgedeckt sind, daß die Schubdüse bzw. der röhrchen und der die Zwischenräume zwischen diedivergente Schubdüsenteil (Bauteil B) aus mindestens sen überbrückenden, galvanoplastischen Schicht beabschnittsweise mit Zwischenräumen um die Schub- 45 stehenden Bauteils (B) ist durch die Anfertigung der düsenlängsachse angeordneten Kühlröhrchen mit galvanoplastischen Schicht aus einem gut wärmeleimindestens über einem großen Teil ihrer Längen tenden Material, ihre innige Verbindung mit den konstanten Querschnitten und aus einer geschlos- radial nach außen zeigenden Umfangsbereichen der senen, die Kühlröhrchen unter Überbrückung der Kühlröhrchen und durch die infolge der mindestens Zwischenräume fest und druckdicht miteinander ver- 50 über einem großen Teil der Röhrchenlänge konstanbindenden, galvanoplastischen Schicht aufgebaut ist, ten Röhrchenquerschnitte vergleichsweise hohe welche die radial nach außen zeigenden Umfangsbe- Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums auf reiche der Kühlröhrchen formschlüssig umgibt, daß dem gesamten Weg bzw. einem großen Teil des zwischen dem Bauteil (,4) und dem Bauteil (B) ein Wegs vom einen zum anderen Ende des Bauteils (B) massives Verbindungsstück (Bauteile) mit einer der 55 jederzeit sichergestellt. Die — wie ausführlich bs-Anzahl der Kühlröhrchen entsprechenden Zahl von schrieben — vorteilhafte Kombination des Bau-Längsbohrungen angeordnet und mit dem Bauteil (A) teils (A) und des Bauteils (B) zu einer äußerst begalvanoplastisch, mit dem Bauteil (B) durch eine un- triebsicheren Baueinheit wird erst ermöglicht durch lösbare Steckverbindung zwischen den Kühlröhrchen die Anordnung eines im Aufbau einfachen Bau- und den Längsbohrungen, insbesondere durch Ein- 60 teils (C) zwischen dem Bauteil (A) und dem Baulöten oder Einschweißen der Enden der Kühlröhr- teil (B) sowie durch die Art und Weise, wie und in chen in die mit diesen fluchtenden Längsbohrungen, welcher Reihenfolge das Bauteil (C) mit den Baumechanisch fest und druckdicht verbunden ist. teilen (A) und (B) mechanisch fest und druckdicht

In der gegenseitigen Verbindung der die verschie- verbunden wird.

denen Bauteile betreffenden Merkmalskomplexe, die 65 Um eine Gefährdung der diffizilen galvanoplasti-

der Lösung der gestellten Aufgabe dienen, wird die sehen Bindungen zwischen dem Grundkörper und

Erfindung gesehen. der Außenwand des Bauteils (A) sowie zwischen der

Die erfindungsgemäße Brennkammer mit Schub- galvanoplastischen Schicht und den Kühlröhrchen

des Bauteils (B) durch ungleichmäßige Aufheizungen und Abkühlungen, wie sie beim Anfertigen von Lötoder Schweißverbindungen zwischen Bauteilen unterschiedlicher Masse und'oder unterschiedlicher Materialbeschaffenheit auftreten, in jedem Fall auszuschalten, werden zunächst die am vorderen Ende des Bauteils (B) befindlichen Röhrchenenden in den Längsbohrungen des Bauteils (C), beispielsweise durch Löten, unlösbar und druckdicht befestigt. Erst dann erfolgt die mechanisch feste und druckdichte Verbindung des Bauteils (C) mit dem Bauteil (^4), und zwar auf galvanischem Wege, also ohne Wärmezufuhr.

Bekanntlich nimmt mit steigendem Brennkammerdruck die Leistungsausbeute des Raketenbrennprozesses, infolge der druckbedingten Dichtezunahme der heißen Brenngase aber auch die Intensität des Wärmeübergangs von den heißen Brenngasen auf die ihren Strömungsweg definierende Brennkammer-Schubdüsen-Wand zu. In Anbetracht dessen bedarf bei einer Hochleistungsraketenbrennkammer außer der eigentlichen Brennkammer auch der in diesem Fall gegenüber dem divergenten Schubdüsenteil thermisch besonders hoch belastete, konvergente Schubdüsenteil mit dem Düsenhals einer besonders wirksamen Kühlung. In solch einem Fall ist eine Schubdüse (Bauteil B) zweckmäßig, bei welcher die Kühlröhrchen den gesamten Umfang des konvergen+en Schubdüsenteils samt Düsenhals bestreitende Längenabschnitte veränderlichen Querschnitts besitzen, vom Düsenhals bis zum Schubdüsenende hingegen einen konstanten Querschnitt aufweisen und zusammen mit der galvanoplastischen Schicht den thermisch weniger hoch belasteten divergenten Schubdüsenteil bilden.

Der vorgenannten Schubdüsenkonstruktion hinsichtlich thermischer Belastbarkeit ebenbürtig ist eine Schubdüse, bei welcher der konvergente Schubdüsenteil mit dem Düsenhals — abgesehen von der von seinem vorderen Ende zum Düsenhals 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 Kühlröhrchen konstanten Querschnitts und einer die Zwischenräume zwischen diesen überbrückenden, galvanoplastischen Schicht aufgebaut, welche die radial nach außen zeigenden Umfangsbereiche der Kühlröhrchen formschlüssig umgibt.

Eine in der Herstellung besonders billige Schubdüsenausführung (Bauteils) ist aus Kühlröhrchen mit über der gesamten Länge konstanten Querschnitten und einer die Zwischenräume zwischen den Kühlröhrchen überbrückenden, galvanoplastischen Schicht aufgebaut, wobei die Kühlröhrchen sich lediglich im Düsenhals seitlich berühren. Diese Schubdüsenausführung, bei welcher im Unterschied zu den beiden vorbeschriebenen auch der Umfang des gegenüber dem divergenten Schubdüsenteil thermisch höher belasteten, konvergenten Schubdüsenteils nur bereichsweise regenerativ gekühlt wird, eignet sich vor allem für mit mittleren und niedrigen Drücken betriebene Brennkammern, da bei Mittel- und Niederdrucksystemen die über der Länge der Baueinheit Brennkammer-Schubdüse veränderlichen, pro Zeit- und Flächeneinheit anfallenden und abzuführenden Wärmemengen, die sogenannten Wärmeströme, infolge der Druckabhängigkeit der Wärmeübergangszahlen geringer sind als bei Hochdrucksystemen.

In Ausgestaltung der Erfindung sind das gesamte Bauteil (C) sowie das gesamte Bauteil (A) gemeinsam von einer galvanischen Schicht umgeben, die die Fortsetzung der die Zwischenräume zwischen den Kühlröhrchen des Bauteils (B) überbrückenden galvanoplastischen Schicht bildet. Auf diese Weise ist für eine mechanisch feste und druckdichte Verbmdung des Bauteils (A) mit dem Bauteil (C) an der radial außenliegenden Stoßstelle gesorgt. An ihrer radial innenliegenden Stoßstelle sind das Bauteil (A) und das Bauteil (C) 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 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 erfmdungsgemäßen 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) durchgehend ausgebildet. Sie kommunizieren einerseits jeweils mit einem zum Auslaufsammelring hinführenden Kühlkanal des Bauteils (^4), andererseits jeweils mit einem vom Einlaufsammelring herkommenden Kühlröhrchen des Bauteils (B).

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkammer mit Schubdüse, bei welcher der Auslaufsammelring für den Abzug des Kühlmediums sich ebenfalls am vorderen Brennkammerende befindet, ist — in Umf angsrichtung gesehen — von den Längsbohrungen des Bauteils (C) jeweils die übernächste zum Bauteil (A) hin geschlossen. Diese geschlossenen Längsbohrungen stehen über radial nach außen geführte Bohrungen mit einem Ringkanal eines das Bauteil (C) umgebenden Einlaufsammelrings in Verbindung. Außerdem sind bei der in Rede stehenden Ausführungsform jeweils zwei — in Umfangsrichtung gesehen — aufeinanderfolgende Kühlröhrchen Schenkel von haarnadelförmig ausgebildeten Rohrteilen, deren bogenförmige, die Schenkel miteinander verbindende Endabschnitte am hinteren Ende des Bauteils (B) liegen.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die vom Bauteil (C) abgekehrten Enden der Kühlröhrchen radial nach außen abgebogen und im radial außenliegenden Randbereich eines steifen, beim Auftragen der galvanoplastischen Schicht mit eingalvanisierten Düsenabschlußringes eingebettet sind und wenn der Düsenabschlußring eine radial innenliegende unprofilierte Fläche aufweist, die 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 Ausgestaltung der Erfindung gleichzeitig als Einlaufsammelring ausgebildet sein kann, sorgt

— abgesehen von seiner versteifenden Wirkung — infolge der unprofilierten Ausbildung seiner radial innenliegenden Fläche und deren bündigem Verlauf mit den im Bereich der Innenkontur des Bauteils (B) liegenden Teilen der galvanoplastischen Schicht für einen ungestörten Austritt des Brenngasstromes aus der Schubdüse..

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der druckdichte und kraftschlüssige Anschluß des Auslaufsammelringes der erstgenannten Ausführungsform bzw. des Auslauf- und Einlaufsammelringes der letztgenannten Ausführungsform durch Aufschrumpfen auf das Bauteil (A) bzw. die Bauteile (A) und (C) und anschließendes Eingalvanisieren beim Auftragen derjenigen galvanischen Schicht, welche die Fortsetzung der die Zwischenräume zwischen den Kühlröhrchen des Bauteils (B) überbrückenden galvanoplastischen Schicht bildet.

Die Tatsache, daß der Einlauf- und/oder Auslaufsammelring, falls vorgesehen, auch der Düsenabschlußring sowie die radial außenliegende Stoßstelle zwischen Bauteil (A) und Bauteil (C) mit eingalvanisiert werden, erlaubt zusammen mit der Ausbildung, gegenseitigen Zuordnung und Verbindung der Bauteile (A), (B) und (C) miteinander eine billige as Serienfertigung der beschriebenen Brennkammer-Schubdüsen-Ausführungen, die — wie bereits ausführlich beschrieben — den an regenerativ gekühlte Brennkammern mit Schubdüsen gestellten Anforderungen in ieder Beziehung gerecht werden.

Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkammer mit Schubdüse im Längsschnitt,

Fig.2 einen Teilschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

F i g. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkammer mit Schubdüse, ebenfalls im Längsschnitt, und

Fig. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie IV-IV in F i g. 3.

Bei der in den F i g. 1 und 2 wiedergegebenen Brennkammer-Schubdüsenausführungsform besteht die eigentliche Brennkammer 1 und der konvergente Schubdüsenteil 2 mit dem Schubdüsenhals 3 (Bauteil A) aus einem massiven Grundkörper 4 aus sauerstofffreieni Kupfer oder einem gleichwertigen Material, wie Silber oder Molybdän, in dessen radial außenliegende Fläche durch Stege voneinander getrennte, längs verlaufende 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 sauerstofffreiem 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 Λ schließt sich ein massives Verbindungsstück 10 (Bauteile) 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/! hin geschlossene Längsbohrung 12 zwischen zwei durchgehenden Längsbohrungen 11 liegt. Dabei gehen die durchgehenden Längsbohrungen 11 jeweils in einen Kühlkanal 6 des Bauteils A über. Die zum Bauteil A hin geschlossenen Längsbohrungen 12 stehen dagegen über radial nach außen geführte Bohrungen 13 mit einem Ringkanal 14 eines auf das Bauteil C aufgeschrumpften Einlaufsammelrings 15 in Verbindung, dessen vier in gleichmäßigen Abständen voneinander über den Umfang verteilte Einlaßöffnungen mit 16 bezeichnet sind. An der radial innenliegenden Stoßstelle ist das Bauteil C mit dem Bauteil A durch eine galvanoplastisch hergestellte Naht 17 mechanisch fest und druckdicht verbunden. Auf die Art der Verbindung des Bauteils C mit dem Bauteil A an der radial außenliegenden Stoßstelle wird an anderer Stelle noch ausführlich eingegangen werden.

Der divergente Schubdüsenteil 18 (Bauteil B) besteht aus in Düsenlängsrichtung, verlaufenden Kühlröhrchen 19,20 von haarnadelförmig ausgebildeten Rohrteilen 21 konstanten Querschnitts und dazwischenliegenden Wandelementen 22. Die das vordere Ende des divergenten Schubdüsenteils 18 bildenden freien Enden der haarnadelförmigen Kühlröhrchen 19, 20 sind in die Längsbohrungen 11,12 des Bauteils C druckdicht eingelötet, derart, daß jeweils der eine Schenkel mit einer durchgehenden Längsbohrung 11, der andere Schenkel eines Rohrteils 21 mit einer zum Bauteil^ hin geschlossenen Längsbohrung 12 des Bauteils C in Verbindung steht. Die Wandelemente 22 sind Teile einer die radial nach außen zeigenden Umfangsbereiche der Kühlröhrchen 19, 20 formschlüssig umgebenden, galvanoplastischen Schicht 25 aus sauerstofffreiem Kupfer oder einem gleichwertigen Material, wie Silber oder Molybdän. Die galvanoplastische Schicht 25 umgibt auch das Bauteil C, den auf³ dieses aufgeschrumpften Einlaufsammelring 15, das Bauteil A sowie den auf dieses aufgeschrumpften Auslaufsammelring 8 formschlüssig und ist lediglich im Bereich der Auslaßöffnungen 9 des Auslaufsammelringes 8 und der Einlaßöffnungen 16 des Einlaufsammelringes 15 durchbrochen. Dadurch, daß die geschlossene galvanoplastische Schicht 25 sich bis zum vorderen Ende des Bauteils Λ erstreckt, faßt sie nicht nur die Rohrteile 21 des divergenten Schubdüsenteils 18 unter Überbrükkung der Zwischenräume zu einem homogenen Verbund zusammen. Da sie die außenliegenden Stoßstellen zwischen BauteilB und Bauteile, EinlaufsammelringlS und Bauteile, Bauteile und Bauteil A sowie Auslaufsammelring 8 und Bauteil 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 C abgekehrten bogenförmigen Endabschnitte 26 der haarnadelförmig ausgebildeten Rohrteile 21, die die Schenkel der Kühlröhrchen 19,

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9 io

20 jeweils miteinander verbinden, sind nach außen Im Ünterscmed zu der BrennkammeT-Schub-

albgebogeii und im radial äiißenliegenden Randbe- düsenausführungsform gemäß den Fig. 1 und. 2 reich eines beim Auftragen der galvanoplastischen schließt sich im vorliegenden Fall nicht ein im Auf-^ Schicht 25 miteingalvanisierten Düsenabschlußringes bau gleicher konvergenter Schubdüsenteil mit Schub_r 28 eingebettet. Der Düsenabschlußring 28 weist eine ^Ö5 düsenhals, sondern ein massives Verbindungsstück unpronlierte Innenfläche 29 auf, die mit den im Be- 47 (Bauteil C) am hinteren Ende des Bauteils A an! reich der Innenkontur des Bauteils B liegenden Das Verbindungsstück 47 (Bauteil C) besitzt eine der Wandelementen 22 bündig verläuft. Kühlkanalzahr entsprechende Zahl von über ^; den

Wie bereits an "anderer Stelle ausführlich beschrie- Umfang verteilten, durchgehenden Längsbohrungeä ben, sind die diffizilen galvanischen Bindungen zwi- ϊό 48 und ist mit dem Bauteil^ an der radial innert sehen dem Grundkörper 4 und der galvanoplasti- liegenden Stoßstelle durch eine galvarioplastisclr herschen Außenwand5 des Bauteils .4 gefährdet, wenn gestellte Naht,49 derart mechanisch fest und drucksie ungleichmäßigen Aufheizungen und Abkühlungen, dicht vertmnden, daß jeweils eine Längsbotmihg48 wie sie beim Anfertigen von Lot- oder Schweißver- mit einem. Kühlkanal 42 fluchtet. ' ^{: :} bindungeh zwischen Werkstücken unterschiedlicher 15 Die Schubdüse, welche aus in Düsenlängsrichtung Masse und/oder unterschiedlicher Materialbeschaf- verlaufenden Kühlröhrchen 50 und däzwischenliefenheit auftreten, ausgesetzt sind. Aus diesem Grunde genden Wandelementen 51 aufgebaut ist, trägt das werden zunächst die haärnadelförmig ausgebildeten Bezμgszeichen 52, Die Röhrchen 50 besitzen den Rohrteile 21' in die Längsbohrungen 11,12 des Bau- konvergenten/ Schübdüsenteil 53 mit dem Schubteils C eingelötet, bevor die die radial innenliegende 20 düsenhals 54'bildende Längsabschnitte 55 veränder-Stoßstelle zwischen dem Bauteile und dem Bau- liehen Querschnitts, die derart um die Düsenlängsteily4 überbrückende Näht 17 und die unter ande- achse angeordnet sind, dal? sie sich seitlich berühren rem auch die radial außenliegende Stoßstelle zwi- und vom Sclnibdüsenhals 54 bis zum hinteren Schubschen dem Bauteil C und dem Bauteil A über- düsenende sich erstreckende Längsabschnitte 56 kon-i brückende Schicht 25 galvänoplastisch, also ohne 25 stanten Querschnitts, die zusammen mit den zwi-Wärmezufuhr, hergestellt werden, sehen ihnen liegenden und mit¹ ihnen mechanisch fest

Im Betrieb der aus den Bauteilen A, B, C, dem und druckdicht verbundenen Wandelementen 51 den Auslaufsammelring 8, dem Einlauf sammelring 15, divergenten ^!Schubdüsenteil 57 bilden. Die am vordeder galvanopl'astischen Schicht 25 und dem Düsen- ten Ende der Schubdüse 52 befindlichen Enden 58 äbschlußring 28 zusammengesetzten Brennkammer 30 der Röhrchen 50. sind abgesetzt und in die Larigsmit Schubdüse gelangt das Kühlmedium über die bohrungen 48 des Bauteils C eingelötet, so daß sie Einlaßöffnungen 16 des Einlauf sammelringes 15 in über die durchgehenden Längsbohrungen 48 jeweils dessen Ringkanäl 14 und von dort über die radial- mit einem Kühlkanal42 des Bauteils^ in Verbmgerichteten Bohrungen 13 in die zum Bauteile hin dung stehen. Die Wandelemente 51 sind ebenfalls geschlossenen Längsbohrungen 12 des Bauteils C. 35 Teile einer die radial nach außen zeigenden Um-Aus den zum Bauteil^ hin geschlossenen Längs- fangsbereiche59 der Röhrchen50 formschlüssig urribohrungenl2 des Bauteils C tritt es in die eineii gebenden, galvarioplastischen Schicht 60, die auch Schenkel der haärnadelförmig ausgebildeten Rohr- das Bauteil C, das Bauteil A und mit Ausnahme der teile 21 über, strömt durch diese zum hinteren Ende Auslaßöffnungen 46 auch den auf das Bauteil A aufgedes Bauteils B,erfährt in den bogenförmigen Enden 40 schrumpften ^; Auslauf sammelring 45 formschlüssig 26 der Rohrteile 21 eine Umlenkung, strömt durch umgibt. Αμί diese Weise werden — wie im Zusam^ die anderen Schenke! der Rohrteile 21 zum Bauteil C menhang mit den F i g. 1 und 2 bereits ausführlich zurück und tritt dort in die durchgehenden Längs^ beschrieben-— nicht allein die Röhrchen 50 unterbohrungen 11 des Bauteils C ein. Von den durchge- einander sondern auch das Bauteil B mit dem Bauhenden Längsbohrungen 11 des Bauteils C gelangt 45 teil C sowie das Bauteil C mit dem Bauteil A an den das Kühlmedium in die Kühlkanäle 6i des Bauteils A, radial außenliegenden Stoßstellen mechanisch fest strömt durch diese zum vorderen Ende des Bau- tind druckdicht verbunden.

teilsv4, tritt dort in den Ringkanal7 des Auslauf- Die dem Bauteile abgekehrten Enden derCRöhr-

sammelrings 8 über, den es über die Auslaßöffnung- chen 50 sind nach außen abgebogen und in im radial gen 9 verläßt, und wird, falls es sich um eine Treib- 50 außenliegenden Randbereich eines als Einlaufsamstoff komponente handelt, dem nicht dargestellten melring ausgebildeten Düsenabschlußringes 62 lie-Einspritzkopf zugeführt. gende, von einem Ringkanal 63 ausgehende Ver-

Bei der in den F i g. 3 und 4 wiedergegebenen teilerbohrungen 64 eingelötet. Der als Einlaufsam-Brennkammer-Schubdüsenausführungsform besteht melring ausgebildete Düsenabschlußring 62, dessen die eigentliche Brennkammer 40 (Bauteil ^4) —eben- 55 zum Ringkanal 63 führende Einlaßöffnungen mit 65 so wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 bezeichnet sind, weist eine unprofilierte Innenfläche und 2 — aus einem massiven Gründkörper 41 mit 66 auf, die mit den im Bereich der Innenkoritur des auf der Außenseite vorgesehenen, in Längsrichtung Bauteils B liegenden Wandelementen 51 bündig ververlaufenden Kühlkanälen 42 konstanter Breite und läuft.

aus einer die Kühlkanäle 42 abdeckenden, gälvano- 60 Auch bei dieser Ausführungsform wird aus bereits plastisch aufgetragenen Außenwand 43. Die Kühl- erwähnten Gründen erst die Lötverbindung zwischen kanäle 42 münden auch bei der hier in Rede stehen- den Röhrchen 50 des Bauteils B und den Längsbohden Ausführungsform am vorderen Ende des Bau- rungen48 des Bauteils C hergestellt, bevor die gal- teihA in einen Ringkanal 44 eines auf das Bauteil Λ vanoplastischen Verbindungsstellen zwischen den aufgeschrumpften Auslauf sammelringes 45, dessen 65 Bauteilen .4, B und Cangefertigt werden. ^;

vier vom Ringkanal 44 ausgehende, in gleichmäßigen Beim Betrieb gelangt das Kühlmedium, über die

Abständen voneinander über den Umfang verteilte Einlaßöffnungen 65 in den Ringkanal 63 des Düsen-Auslaßöffnurigen diesmal mit 46 bezeichnet sind. ^bschlußringes 62 und tritt über die Verteilerboh-

rungen 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 Auslaufsammelringes ein. Über die Auslaßöffnungen 46 wird das Kühlmedium sodann vom Auslaufsammelring 45 abgezogen und, falls es sich um eine Treibstoffkomponente handelt, dem nicht dargestellten Einspritzkopf zugeführt.

Claims

Patentansprüche:

1. Durch ein flüssiges Medium, vorzugsweise eine Treibstoffkomponente, regenerativ gekühlte Brennkammer mit Schubdüse für Flüssigkeitsraketentriebwerke mit längs über die Brennkammer und Schubdüse verlaufenden Kühlkanälen, wobei Brennkammer und Schubdüse aus gesonderten, zur Einheit Brennkammer-Schubdüse unlösbar zusammengesetzten Bauteilen besteht, d adurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1, 40) und gegebenenfalls auch noch der konvergente Schubdüsenteil (2) mit dem Schubdüsenhals (3) (Bauteil A) aus einem massiven Grundkörper (4, 41) besteht, in den auf der Außenseite die längs verlaufenden Kühlkanäle (6, 42) eingearbeitet sind, die von einer galvanoplastisch aufgetragenen Außenwand (5, 43) abgedeckt sind, daß die Schubdüse (52) bzw. der divergente Schubdüsenteil (18) (Bauteil B) aus mindestens abschnittsweise mit Zwischenräumen um die Schubdüsenlängsachse angeordneten Kühlröhrchen (19, 20, 50) mit mindestens über einem großen Teil ihrer Längen konstanten Querschnitten und aus einer geschlossenen, die Kühlröhrchen (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 Kühlröhrchen (19, 20, 50) formschlüssig umgibt, daß zwischen dem Bauteil (A) und dem Bauteil (B) ein massives Verbindungsstück (10, 47) (Bauteile) mit einer der Anzahl der Kühlröhrchen (19, 20, 50) entsprechenden Zahl von Längsbohrungen (11,12, 48) angeordnet und mit dem Bauteil (A) galvanoplastisch, mit dem Bauteil (B) durch eine unlösbare Steckverbindung zwischen den Kühlröhrchen (19, 20, 50) und den Längsbohrungen (11,12, 48), insbesondere durch Einlöten oder Einschweißen der Enden der Kühlröhrchen (19, 20, 50) in die mit diesen fluchtenden Längsbohrungen (11,12, 48), mechanisch fest und druckdicht verbunden ist.

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

3. Brennkammer mit Schubdüse nach An-Spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Bauteil (C) sowie das gesamte Bauteil (A) gemeinsam von einer galvanischen Schicht umgeben sind, die die Fortsetzung der die Zwischenräume zwischen den Kühlröhrchen (19, 20, 50) des Bauteils (B) überbrückenden galvanoplastischen Schicht (25, 60) bildet.

4. Brennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanoplastische Verbindung des Bauteils (A) mit dem Bauteil (C) an deren radial innenliegenden Stoßstelle durch eine Naht (17, 49) und an deren radial außenliegenden Stoßstelle durch die Fortsetzung der galvanoplastischen Schicht (25, 60) gebildet ist.

5. Brennkammer mit Schubdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kühlmedium über einen am vorderen Ende der Brennkammer befindlichen Auslaufsammelring abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß — in Umfangsrichtung gesehen — von den Längsbohrungen (11,12) des Bauteils (C) jeweils die übernächste Längsbohrung zum Bauteil (A) hin geschlossen ist, daß die geschlossenen Längsbohrungen über radial nach außen geführte Bohrungen (13) mit einem Ringkanal (14) eines das Bauteil (C) umgebenden Einlaufsammelrings (15) in Verbindung stehen und daß jeweils zwei— in Umfangsrichtung gesehen — aufeinanderfolgende Kühlröhrchen (19, 20) Schenkel von haarnadelförmig ausgebildeten Rohrteilen (21) sind, deren bogenförmige, die Schenkel (29, 20) miteinander verbindende Endabschnitte (26) am hinteren Ende des Bauteils (B) liegen.

6. Brennkammer mit Schubdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Bauteil (C) abgekehrten Enden der Kühlröhrchen (19, 20, 50) radial nach außen abgebogen und im radial außenliegenden Randbereich eines steifen, beim Auftragen der galvanoplastischen Schicht (25, 60) mit eingalvanisierten 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.

7. Brennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mit eingalvanisierte Düsenabschlußring (62) gleichzeitig der Einlaufsammelring mit einem Ringkanal (63) ist, wobei die radial nach außen abgebogenen Enden der Kühlröhrchen (19, 20, 50) in Verteilerbohrungen (64) des Düsenabschlußringes (62) unlösbar, insbesondere durch Löten oder Schweißen, befestigt sind.

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

9. Brennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeschrumpften Sammelringe (8, 15, 45) mit Ausnahme ihrer Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen (9, 16, 46) formschlüssig von der die galvanoplastische Schicht (25, 60) fortsetzenden galvanoplastischen Schicht umgeben sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen