DE1941297A1

DE1941297A1 - Regenerativ gekuehlte Brennkammer und/oder Schubduese

Info

Publication number: DE1941297A1
Application number: DE19691941297
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: 1971-03-11
Also published as: FR2058270B1; GB1313322A; DE1941297B2; FR2058270A1

Description

Regenerativ gekühlte. Brennkammer und/oder Schubdüse

Die Erfindung betrifft eine regenerativ gekühlte Brennkammer
und/oder Schubdüse mit in Längsrichtung verlaufenden Röhrchen
oder sonstigen, geschlossene Kanäle bildenden Profilen 'für das Kühlmedium, insbesondere Flüssigkeit, und mit einer die Röhrchen oder Profile fest und druckdicht untereinander verbindenden, insbesondere galvanoplastisch aufgetragenen, metallischen Schicht sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Bei einer bekannten Brennkammer- und/oder Schubdüsenausführungsform der eingangs genannten Gattung besteht die zu kühlende Wand aus Röhrchen mit verschiedenen, auch längsveränderlichen Querschnitten. Die Röhrchen sind so bemessen und derart

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symmetrisch um die Brennkammer- und/oder Schubdüsenlängsachse angeordnet, daß sie sich auf der gesamten Länge seitlich berühren. Für eine druckdichte. Verbindung der Röhrchen untereinander sorgt bei dieser Ausführungsform eine die radial außenliegenden Röhrchenmantellinien berührende, galvanoplastische Schicht.. Unerwünschte, meist zu irreparablen Leckstellen führende Verformungen der Röhrchen -wie sie infolge von örtlich einwirkenden hohen Temperaturen beim ebenfalls gebräuchlichen Verlöten oder Verschweißen der Röhrchen an ihren seitlichen Berührungsstellen auftreten- werden bei einer solchen, ohne Wärmezufuhr erfolgenden Verbindung der Röhrchen sicher vermieden.

Die sich gegenüber den bekannten gelöteten oder geschweißten, Röhrchenbrennkammer- und/oder Röhrchenschubdüsenausführungsformen wegen des Vorhandenseins der galvanoplastischen Schicht ergebende Erhöhung des Baugewichts, wird dadurch in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen gehalten, daß die von den zwischen den radial außenliegenden Mantellinien und der seitlichen (linienförmigen) Berührungsstelle liegenden Umfangsbereichen jeweils zweier benachbarter Röhrchen begrenzten Fugen beim Auftragen der galvanoplastischen Schicht frei von Schichtmaterial bleiben. Zu diesem Zweck werden die Fugen vor dem Auftragen der galvanoplastischen Schicht mit einer leicht schmelzbaren, an der freiliegenden Oberfläche elektrisch leitenden Füllung eingeebnet, eine Maßnahme, die -wie bereits erwähnt-, zu nur linienförmigen und daher reißgefährdeten Verbindungsstellen zwischen den Röhrchen einerseits und der galvanoplastischen Schicht andererseits führt..

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine in der Herstellung billige Brennkammer und/oder Schubdüse der eingangs genannten Gattung zu entwickeln, die sich, den bekannten Brennkammer- und/oder Schubdüsenausführungsformen der Röhrchenbauart gegenüber bei geringerem Baugewieht durch eine größere statische und dynamische Festigkeit gegen die aus dem-Brennkammer-

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innendruck und den auftretenden Temperaturdifferenzen resultierenden Kräfte auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,, daß die Röhrchen oder Profile über die ganze Brennkammer- und/oder Schubdüsenlänge oder zumindest abschnittweise mit Zwischenräu- - men um die Brennkammer- bzw.. Schubdüsenlängsachse angeordnet . sind und daß die metallische, insbesondere galvanoplastisch aufgetragene Schicht zusammenhängend unter Überbrückung der Zwischenräume die Röhrchen oder Profile an ihren radial nach IQ außen oder innen zeigenden ümfangsbereichen formschlüssig umgreift.

Die erfindungsgemäße Brennkammer und/oder Schubdüse baut leichter als die bekannten Brennkammern und/oder Schubdüsen der ••Röhrchenbauart, weil im Gegensatz zu diesen nur die thermisch hochbelasteten Abschnitte der Brennkammer- und/oder Schubdüsenwand ausschließlich von Röhrchen oder Profilen, die restlichen Abschnitte hingegen außer von den Röhrchen oder Profilen von der gegenüber letzteren leichteren, insbesondere galvanoplastisch aufgetragenen, metallischen Schicht umfangsmäßig be- stritten werden. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß die, ins besondere galvanoplastisch aufgetragene, metallische Schicht nicht nur die radial außenliegenden Mantellinien der Röhrchen oder Profile berührt, wie im bekannten Fall, sondern deren radial nach außen oder innen zeigende ümfangsbereiche f orm- schlüssig umgibt, wodurch an allen gegenseitigen Berührungsstellen sichere flächenförmige (bandförmige) Verbindungen zwischen der metallischen Schicht einerseits und den Röhrchen .oder Profilen andererseits gewährleistet sind. In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, für den Aufbau der Brennkam-■ 30 mer und/oder Schubdüse Röhrchen oder Profile mit über die gesamte Länge oder zumindest einen großen Teil derselben konstanten Querschnitten heranzuziehen. Solche Röhrchen oder Profile sind infolge des geringeren maschinellen und arbeitszeitlichen Aufwands für ihre Herstellung billiger als die für den Aufbau

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der bekannten Brennkammern und/oder Schubdüsen verwendeten Röhrchen oder Profile/ die aus geometrischen Gründen über die gesamte Länge oder über einen großen Teil derselben veränderliche Querschnitte aufweisen müssen. Diese Tatsache wirkt sich äußerst positiv auf die von den Röhrchen- bzw.. Profiipreisen maßgeblich mitbeeinflußten Herstellungskosten für eine Brennkammer und/oder Schubdüse aus.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkammer und Schubdüse weisen die Röhrchen oder Profile vom vorderen bis zum hinteren Brennkammerende und vom Schubdüsenhals bis zum hinteren Schubdüsenende konstante Querschnitte auf. Die Röhrchen oder Profile sind hierbei vom vorderen Brennkammerende bis zum Schubdüsenhals ohne Zwischenräume nebeneinander angeordnet und vom Schubdüsenhals bis zum hinteren Schubdüsenende durch wegen der konstant bleibenden Röhrchen- oder Profi!querschnitte mit wachsendem Düsendurchmesser an Breite, rasch zunehmende Zwischenräume voneinander getrennt. Überbrückt werden diese Zwischenräume durch die, insbesondere galvanoplastisch aufgetragene, metallische Schicht.

Bei einer anderen, aus bereits erwähnten Gründen besonders billigen und leichten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkammer und Schubdüse weisen die Röhrchen oder Profile über die gesamte Länge konstante Querschnitte auf, die so bemessen sind, daß die Röhrchen oder Profile lediglich im engsten Querschnitt der Brennkammer und Schubdüse ohne Zwischenräume nebeneinander liegen. Somit wird nicht nur der Umfang des divergenten Schubdüsenteils, sondern auch der Umfang der Brennkammer und des konvergenten Schubdüsen teils mit Ausnahme des Schubdüsenhalses von den Röhrchen oder Profilen und den die Zwischenräume zwischen ihnen überbrückenden Teilen der, insbesondere galvanoplastisch aufgetragenen, metallischen Schicht bestritten.

Bei beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist durch die sich über verhältnismäßig große Flächen erstreckende, innige Verbindung zwischen der metallischen Schicht und den Röhrchen

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oder Profilen einerseits, und durch die aus den vom Schubdüsenhals bis zum hinteren Schubdüsenende konstant bleibenden Röhrchen- oder Profilquerschnitten resultierenden, vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmediums andererseits eine ausreichende Kühlung des aus den Röhrchen oder Profilen und den dazwischenliegenden Teilen der metallischen Schicht . bestehenden, thermisch bekanntlich weniger hoch belasteten, divergenten Schubdüsenteils selbst bei hohen, gute. Wirkungsgrade gewährleistenden Betriebsdrücken sichergestellt..

In gleicher Weise ausreichend gekühlt,, obwohl thermisch höher belastet als der divergente. Schubdüsenteil, werden die ebenfalls aus Röhrchen oder Profilen und dazwischenliegenden Teilen der metallischen Schicht aufgebaute Brennkammer und der im Aufbau gleiche konvergente. Schubdüsenteil gemäß der letztgenannten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Für den Betrieb mit extrem hohen, sehr gute Wirkungsgrade gewährleistenden Drücken, bei welchen die Intensität des Wärmeübergangs von den heißen Brenngasen auf die benachbarten Wände infolge der großen Gasdichte wesentlich höher ist als bei mittleren und niedrigen Drücken, hervorragend geeignet ist die erstgenannte erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher aus kühltechnischen Gründen der gesamte oder nahezu der gesamte Umfang der Brennkammer und des konvergenten Schubdüsenteils, also der gegenüber dem divergenten Schubdüsenteil thermisch höher belasteten Bauteile, im Unterschied zum divergenten Schubdüsenteil ausschließlich von Röhrchen oder Profilen bestritten wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die am hinteren Schubdüsenende befindlichen Röhrchen- oder Profilenden nach außen abgebogen und im radial außenliegenden Randbereich eines beim galvanoplastischen Auftragen der metallischen Schicht miteingalvanisierten steifen Düsenabschlußringes eingebettet, dessen radial innenliegende Fläche unprofiliert ist und mit den im Bereich der Düseninnenkontur liegenden Teilen der metallischen Schicht bündig verläuft..

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Diese konstruktive Maßnahme bringt zwei Vorteile mit sich. Einmal dient der Düsenabschlußring der. Versteifung, zum anderen sorgt er, da seine Innenfläche unprofiliert ist, für einen ungestörten Austritt der Brenngase.

Durch folgendes Fertigungsverfahren bzw.. folgende -schritte kann die erfindungsgemäße Brennkammer und/oder Schubdüse auf einfache und zeitsparende Weise hergestellt werden:

a) Anfertigen eines Brennkammer- und/oder Schubdüsenkerns mit elektrisch leitender, die Brennkammer- und/oder Schubdüsen-IQ innenkontur festlegender Oberfläche,

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b) Herausarbeiten von durchgehenden, längsgerichteten und mindestens abschnittweise durch Kernstege voneinander getrennten Nuten aus der Kernoberfläche, insbesondere durch Fräsen,

c) Einlegen der entsprechend geformten, und gestalteten Röhrchen oder Profile in die für'sie bestimmten Längsnuten des Brennkammer- und/oder Schubdüsenkerns und

d) galvanoplastisches Auftragen der metallischen Schicht auf die radial nach außen zeigenden ümfangsbereiche der Röhrchen oder -Profile, und auf die Oberflächen der zwischen den 20 Röhrchen oder Profilen befindlichen Kernstege.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den in den Zeichnungen schematisch dargestellten und im folgenden näher beschriebenen Ausführungsbeispielen entnommen werden. Es zeigen:

Figur 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkammer und Schubdüse im Längsschnitt,

Figur 2 einen Teilschnitt entlang der Linie II-II in Figur 1,

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Figur 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkammer und Schubdüse, ebenfalls im Längsschnitt und

Figur 4 „ einen Teilschnitt entlang der Linie IV-IV in Figur 3.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Brennkammer 1 und Schubdüse 2, deren konvergenter Teil mit 3, Hals mit 4 und divergenter Teil mit 5 bezeichnet ist, besteht aus längsverlaufenden Röhrchen 7 und einer die radial nach außen zeigenden ümfangsbereiche der -Röhrchen 7 formschlüssig umgebenden, galvanoplastisch aufgetragenen, metallischen Schicht 6. Die Röhrchen 7 weisen jeweils einen ersten, vom vorderen bis zum hinteren Ende der Brennkammer reichenden Längenabschnitt 9 konstan-. ten Querschnitts, einen zweiten, vom hinteren Ende der Brennkammer 1 bis zum Schubdüsenhals 4 reichenden Längenabschnitt mit längsveränderlichem Querschnitt und einen dritten, vom Schubdüsenhals 4 bis zum hinteren Ende der Schubdüse 2 reichenden Längenabschnitt 11 konstanten Querschnitts auf. Vom vorderen Ende "der Brennkammer 1 bis zum Schubdüsenhals berühren sich die Röhrchen 7 seitlich.. Vom Schubdüsenhals 4 bis zum hinteren Ende der Schubdüse 2 sind sie durch Zwischenräume 12, die infolge des konstant bleibenden Röhrchenquerschnitts mit wachsendem Düsendurchmesser rasch an Breite zunehmen, voneinander getrennt. Diese Zwischenräume 12 sind durch im Bereich der Düseninnenkontur liegende Teile 13 der metallischen Schicht 6 druckdicht überbrückt.

Die am hinteren Ende der Schubdüse 2 befindlichen, mit 14 bezeichneten Enden der Röhrchen 7 sind nach außen abgebogen und im radial außenliegenden Randbereich eines steifen, beim galvanoplastischen Auftragen der metallischen Schicht 6 miteingalvanisierten Düsenabschlußringes 15 in gleichgerichtete Längsnuten 16 eingebettet. Der Düsenabschlußring 15 weist eine unprofilierte Innenfläche 17 auf, die mit den im Bereich der Düseninnenkontur liegenden Teilen 13 der metallischen

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Schicht 6 bündig verläuft.

Die in den Figuren 3 und 4 wiedergegebene Brennkammer. 31 und Schubdüse 32, deren konvergenter Teil mit .33, Hals mit 34 und divergenter Teil mit 35 bezeichnet ist,, besteht -ebenso wie die Brennkammer und Schubdüse gemäß den Figuren 1 und 2- aus längsverlaufenden Röhrchen 37 und einer die radial nach außen zeigenden Umfangsbereiche der Röhrchen 3? formschlüssig umgebenden, galvanoplastisch aufgetragenen, metallischen Schicht 36. Sie unterscheidet sich von der Brennkammer und Schubdüse gemäß den Figuren 1 und 2 dadurch, daß die Röhrchen 37 über

die gesamte Länge konstante. Querschnitte besitzen. Die Röhrb chen 37 berühren sich bei dieser Ausführungsform lediglich im Bereich des Schubdüsenhalses 34 und sind sowohl im divergenten Schubdüsenteil 35 als auch im konvergenten Schubdüsenteil 33 sowie im Bereich der Brennkammer 31 durch Zwischenräume 42 voneinander getrennt. Diese Zwischenräume 42 sind ebenfalls durch im Bereich der Düseninnenkontür liegende Teile 43 der metallischen Schicht 36 druckdicht überbrückt.

Die am hinteren Ende der Schubdüse 32 befindlichen Enden der Röhrchen 37 können -ebenso wie bei der Aus führ ungs form gemäß den Figuren 1 und 2- im außenliegenden Randbereich eines eine unprofilierte Innenfläche aufweisenden, steifen Düsenabschlußringes eingebettet sein.

- Patentansprüche -

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Claims

Messerschmitt-BÖlkow-Blohm Qttobr.unn, den 6. August 1969

Gesellschaft mit . "9· SX3 Jk/ja

beschränkter Haftung BP 847 i QAi OQ"7

M ü nc hen

Patentanspruch e ·.

Regenerativ gekühlte Brennkammer, und/oder Schubdüse mit in Längsrichtung verlaufenden Röhrchen oder sonstigen, geschlossene Kanäle bildenden Profilen für das Kühlmedium, insbesondere Flüssigkeit,, und mit einer die Röhrchen oder Profile fest und druckdicht untereinander verbindenden, insbesondere galvanoplastisch aufgetragenen, metallischen Schicht,, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen oder Profile (7, 37) über die ganze Brennkammer- und/oder Schubdüsenlänge oder zumindest abschnittweise mit Zwischenräumen (12, 42) um die Brennkammer- bzw.. Schubdüsenlängsachse angeordnet sind und daß die metallische, insbesondere galvanoplastisch aufgetragene Schicht (6., 36) zusammenhängend unter überbrückung der Zwischenräume (1,2, 42) die Röhrchen oder Profile (7, 37) an ihren radial nach außen oder innen zeigenden Umfangsbereichen formschlüssig umgreift. - 10 - ■

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2. Brennkammer und/oder Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Röhrchen oder Profile (7, 37) über die gesamte oder mindestens über einen großen Teil ihrer Länge konstante. Querschnitte aufweisen.
3. Brennkammer und Schubdüse teilweise nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Röhrchen oder Profile (7) im eigentlichen Brennkammerbereich und vom Schubdüsenhals (4) bis zum hinteren Schubdüsenende konstante Querschnitte aufweisen.
4. Brennkammer und Schubdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen oder Profile (7) vom vorderen Brennkammerende bis zum Schubdüsenhals (4) ohne Zwischenräume und vom Schubdüsenhals (4) bis zum hinteren Schubdüsenende unter Freilassung von Zwischenräumen (12) nebeneinander angeordnet sind.
5. Brennkammer und Schubdüse teilweise nach Anspruchs 2, dadurch g e k e η η ze lehn e t, daß die Röhrchen oder Profile (37) lediglich im engsten Querschnitt der Brennkammer (31) und Schubdüse (3.2) ohne Zwischenräume nebeneinander angeordnet sind.
6. Brennkammer, und/oder Schubdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am hinteren Schubdüsenende befindlichen Röhrchenoder Profilenden (14) nach außen abgebogen und im radial außenliegenden Randbereich eines beim galvanoplastischen Auftragen der metallischen Schicht (6.) miteingalvanisierten, steifen Düsenabschlußringes (15) eingebettet sind, dessen radial innenliegende Fläche (17) unprofilisiert ist und mit den im Bereich der Düseninnenkontur liegenden Teilen (1.3) der metallischen Schicht (6.) bündig verläuft.

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7. Verfahren zum Herstellen einer Brennkammer und/oder Schubdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,gekennzeichnet, durch folgende Fertigungsschritte:

a) Anfertigen eines Brennkammer- und/oder Schubdüsenkerns
mit elektrisch leitender,, die Brennkammer- und/oder Schubdüseninnenkontur festlegender Oberfläche,

b) Herausarbeiten von längsgerichteten, mindestens abschnittsweise durch Kernstege voneinander getrennten Nuten aus der Kernoberflache, insbesondere durch Fräsen,

c) Einlegen der entsprechend geformten und gestalteten Röhrchen oder Profile in die für sie bestimmten Längsnuten des Brennkammer- und/oder-Schubdüsenkerns und

d) galvanoplastisches Auftragen der metallischen Schicht auf die radial nach außen zeigenden ümfangsbereiche der Röhrchen oder Profile und auf die Oberflächen der zwischen den Röhrchen oder Profilen¹ befindlichen Kernstege.

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