DE2249081B1

DE2249081B1 - Speicheranordnung fuer das druckgas zum foerdern der treibstoffe bei fluessigkeitsraketen

Info

Publication number: DE2249081B1
Application number: DE19722249081
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Kayser, Lutz T , 7000 Stuttgart
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1973-11-22
Also published as: DE2249081A1; US3945203A

Description

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liegt schon wegen der verschiedenartigen Problem- adiabatischen Entspannung von Gasen ist das Druckstellungen in beiden Fällen nicht nahe, wobei im verhältnis zwischen Beginn und Ende der Entleerung letztgenannten bekannten Fall das zur Lösung füh- der Behälter 12, 14 und 16 gleich dem Volumenverrende primäre Merkmal im Vorsehen der dem hältnis zwischen dem Volumen des gesamten Treib-Druckgas ständig Wärmeenergie zuführenden Ver- 5 Stoffbehälters 10 und dem Anfangsvolumen des Arbrennungseinrichtung liegt. Insofern führt die briti- beitsgases.

sehe Patentschrift 766 207 schon von dem den Erfin- Dieses Anfangsvolumen des Druckgases im Behäl-

dungsgegenstand charakterisierenden Gattungsbegriff terteil 18 beträgt beispielsweise etwa 20 bis etwa

weg. 50" Ό des Gesamtvolumens des Treibstoffbehälters

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ge- ίο 10. Der A.nfangsdruck des Druckgases im Behälter-

hen aus den Unteransprüchen hervor. teil 18 liegt beispielsweise bei 20 bis 40 bar, vorzugs-

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden weise bei etwa 30 bar, er ist jedoch abhängig vom

nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Typ der Triebwerke, d. h. von ihrer Größe und Kon-

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Ausbil- struktion und von den an sie gestellten Anforderun-

dung und Anordnung der Brennkammern sowie der 15 gen. Im Hinblick darauf sind auch Anfangsdrücke

über Ventile erfolgenden Zuleitung der Treibstoffe für das Druckgas von etwa 5 bis etwa 100 bar mög-

zu den Brennkammern nicht Gegenstand der Erfin- lieh,
dung. F i g. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform mit

F i g. 1 zeigt einen Treibstoffbehälter 10 in Paral- zwei Treibstoffbehältern 30 und 32 in Tandem-An-

lel-Anordnung, bei dem innerhalb des Behälters zwei 20 Ordnung.

Brennstoffbehälter 12, 14 parallel zur Längsachse Der Treibstoffbehälter 30 hat einen Behälterteil

des Treibstoffbehälters 10 angeordnet sind. Die bei- 34, der mit Brennstoff bis zur Höhe 35 gefüllt ist, so-

den Brennstoffbehälter liegen sich bei der vorliegen- wie einen Behälterteil 36, der mit dem Druckgas ge-

den Ausführungsform diametral gegenüber. An Stelle füllt ist.

von zwei Behältern können aber auch mehrere, z. B. 25 Der Treibstoffbehälter 32 hat einen Behälterteil

vier oder auch nur einer, verwendet werden. Die 38, der mit dem Sauerstoffträger bis zur Höhe 39 ge-

Brennstoffbehälter 12 und 14 sind z. B. bis zur Höhe füllt ist, sowie einen Behälterteil 40, der das Druck-

15 mit Brennstoff gefüllt. gas enthält. Der Treibstoffbehälter 30 ist über eine

Der Treibstoffbehälter 10 umfaßt einen Behälter Leitung 46 mit der Brennkammer 48 verbunden. In

16, der bis zur Höhe 17 mit dem Sauerstoffträger ge- 30 der Leitung 46 sowie in der Verbindungsleitung zwi-

füllt ist, sowie einen Behälterteil 18, der mit dem sehen der Brennkammer 48 und dem Behälter 32

Druckgas gefüllt ist. sind Ventile 50 angeordnet.

Die Brennstoffbehälter 12 und 14 sind bei der dar- Die Treibstoffbehälter 30 und 32 werden mit

gestellten Ausführungsform an ihren oberen Enden Brennstoff bzw. mit dem Sauerstoffträger bis zu der

durch Membranen 19 und 21 verschlossen, es ist 35 jeweiligen vorgegebenen Höhe betankt, worauf in die

aber auch möglich, die Behälter ohne diese Membra- Behälterteile 40 und 36 das Druckgas eingefüllt wird,

nen auszubilden. Beim Start der Rakete werden die Ventile 50 geöff-

Der Treibstoffbehälter 10 hat an seinem unteren net, worauf die Treibstoffe durch das Druckgas in

Ende Brennkammern 20 und 22, die über Ventile 24 die Brennkammern gedrückt werden. Der Anfangs-

mit den Brennstoffbehältern 12 und 14 sowie mit 40 druck des Druckgases in den Behälterteilen 36 und

dem Behälter 16 in Verbindung stehen. 40 kann unterschiedlich sein, und er ist bei der dar-

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 werden die gestellten Tandem-Bauweise im Behälterteil 36

Brennstoffbehälter 12 und 14 mit Brennstoff und der zweckmäßigerweise geringer als im Behälterteil 40,

Behälter 16 mit dem Sauerstoffträger bis zur vorge- um die größere hydrostatische Druckhöhe des Treib-

gebenen Höhe betankt. Danach wird der Behälterteil 45 stoffes im Behälter 30 gegenüber der des Treibstoffes

18 mit dem Druckgas, z. B. Stickstoff, gefüllt. im Behälter 32 auszugleichen. Die hydrostatische

Beim Start der Rakete werden die Ventile 24 ge- Druckhöhe im Behälter 32 fällt im wesentlichen auf

öffnet, worauf die dünnen Membranen 19 und 21 in- Null ab, was hinsichtlich des Behälters 30 wegen der

folge des Druckabfalls in den Brennstoffbehältern 12 Leitung 46 nicht gilt, da die letztere im allgemeinen und 14 aufreißen und der Brennstoff und der Sauer- 50 nicht leergefahren wird.

stoffträger durch das Druckgas in die Brennkammern In manchen Fällen können die Behälterteile 40

20 und 22 gefördert werden. und 36 durch eine Verbindungsleitung 42 verbunden

Durch die Entleerung der Treibstoffe aus den Be- sein, die zweckmäßigerweise mit einem Ventil 44

haltern 12, 14 und 16 vergrößert sich das dem versehen ist, so daß durch diese Leitung ein Druck-Druckgas zur Verfügung stehende Volumen, wo- 55 ausgleich in den Behälterteilen 36 und 40 herstellbar

durch dessen Druck abfällt. Nach dem Gesetz der ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

Claims

1 2 sehen, der über Druckregelventilemit den Treibstoff-Patentansprüche: behältern verbunden ist, um die Treibstoffe in die Brennkammer zu drücken.

1. Speicheranordnung für das Druckgas, wie Im Raketenbau muß größter Wert auf eine Redu-Stickstoff, Luft oder Helium, zum Fördern der 5 zierung des Gewichtes und auf die Zuverlässigkeit Treibstoffe bei Flüssigkeitsraketen aus dem bzw. und Betriebssicherheit der einzelnen Elemente der den Treibstoffbehältern in die Brennkammern), Rakete gelegt werden. Es wurden und werden daher wobei die Treibstoffe durch das Druckgas, dem ständig große Anstrengungen gemacht, um einerseits von Anfang an im Speicherzustand schon die ge- das Gewicht der Raketen zu reduzieren und anderersamte Energie zum Aufbringen der Förderlei- io seits die Zuverlässigkeit und die Betriebssicherheit stung für die Treibstoffe innewohnt, direkt beauf- ihrer Elemente zu erhöhen.

schlagbar sind, dadurch gekennzeich- Bei dem vorgenannten Stand der Technik wird es

net, daß das gesamte Druckgas in den Treib- als nachteilig angesehen, daß zur Speicherung des

Stoffbehältern (10, 30, 32) gespeichert ist, derart, Druckgases ein eigener Behälter, Verbindungsleitun-

daß es den freien Behälterraum oberhalb der 15 gen von diesem Behälter zu den Treibstoffbehältern

freien Treibstoff spiegel ausfüllt. und Regelventile erforderlich sind, durch welche

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Teile das Gewicht der Rakete erhöht wird. Außerkennzeichnet, daß die Druckgasräume der Treib- dem sind die Druckreduzierventile bekanntlich störstoffbehälter miteinander verbindbar sind. anfällig; sie erfordern eigene Regel- oder Steuersy-

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- 20 sterne, wodurch die Zuverlässigkeit oder Betriebssikennzeichnet, daß der Anfangsdruck des Druck- cherheit einer Rakete weiter beeinträchtigt werden gases etwa 20 bis 40 bar, vorzugsweise etwa kann.

30 bar beträgt. Es liegt daher die Aufgabe vor, eine Speicheran-

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, da- Ordnung der eingangs umrissenen Art so auszubilden, durch gekennzeichnet, daß das auf das Gesamt- 25 daß das Gewicht der Rakete reduziert und ihre Bevolumen des Brennstoffbehälters bezogene Ver- triebssicherheit gesteigert wird.

hältnis für das Anfangsvolumen des Druckgases Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsge-

sich größenmäßig vom entsprechenden, den Fül- maß darin, daß das gesamte Druckgas direkt in den

lungsgrad des Sauerstoffbehälters angebenden Treibstoffbehältern gespeichert ist, derart, daß es den

Verhältnis unterscheidet. 30 freien Behälterraum oberhalb der freien Treibstoff-

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch ge- spiegel ausfüllt.

kennzeichnet, daß das Anfangsvolumen des Die erfindungsgemäße Speicheranordnung hat also

Druckgases etwa 20 bis 50% des Gesamtvolu- den Vorteil, daß sie ohne gesonderten Druckgasbemens des jeweiligen Treibstoffbehälters beträgt. halter auskommt und daß dementsprechend Verbin-

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- 35 dungsleitungen und Druckreduzierventile eingespart kennzeichnet, daß die Brennstoffbehälter (12,14) werden können. Hierdurch werden einerseits das Gegegenüber dem den Sauerstoffträger aufnehmen- wicht der Rakete gesenkt und andererseits durch den Behälter (16) jeweils mit einer Membran (19, Wegfall von Druckreduzierventilen die Betriebssi-21) verschlossen sind, die beim Öffnen der cherheit und Zuverlässigkeit der Rakete insgesamt Brennkammerventile aufreißen. 40 erhöht. Die Charakteristik für den Schub-Brennzeit-Verlauf hat hierbei im wesentlichen die Form einer Exponentialkurve.

Zwar ist es aus der britischen Patentschrift

766 207 bekannt, bei einem Gasgenerator das Druck-

45 gas und den Treibstoff direkt in einem gemeinsamen

Behälter zu speichern, wobei das Druckgas den

Die Erfindung betrifft eine Speicheranordnung für freien Behälterraum oberhalb des Treibstoffspiegels das Druckgas, wie Stickstoff, Luft oder Helium, zum ausfüllt. In diesem bekannten Fall wird im Gasgene-Fördern der Treibstoffe bei Flüssigkeitsraketen aus rator das Arbeitsgas zum Beaufschlagen einer eine dem bzw. den Treibstoffbehältern in die Brennkam- 5° Arbeitsmaschine antreibenden Turbine erzeugt, zu mer(n), wobei die Treibstoffe durch das Druckgas, welchem Zweck der Treibstoff und das Druckgas im dem von Anfang an im Speicherzustand schon die Behälter durch eine Membran getrennt sind, durch gesamte Energie zum Aufbringen der Förderleistung deren elastische Wirkung der Treibstoff vom Druckfür die Treibstoffe innewohnt, direkt beaufschlagbar gas in eine im Druckgasraum angeordnete Verbrensind. 55 nungseinrichtung gedrückt wird. Die erzeugten Ver-

Bei Flüssigkeitsraketen müssen die Treibstoffkom- brennungsgase beaufschlagen dann die Turbine und

ponenten, d. h. der Brennstoff und der Oxidator, geben außerdem einen Teil ihres Wärmeinhalts an

durch geeignete Fördermethoden in die Brennkam- das Druckgas ab, um dessen Druckhöhe auf einem

mer gedrückt werden. In der Regel erfolgt dies durch für die Treibstoff-Förderung ausreichenden Wert zu

Pumpen oder durch Druckbeaufschlagung der Treib- 60 halten. Hierbei werden dann Treibstoff- und

Stofftanks. Speicherdruck, Drehzahl der Arbeitsmaschine und

Aus der USA.-Patentschrift 3 350 886 ist es in Menge des zu verbrennenden Treibstoffs regelungs-Verbindung mit einem Raketentriebwerk bekannt, technisch miteinander verknüpft,
einen Druckgasbehälter vorzusehen, der mit den Diese bei Gasgeneratoren bereits bekannte, in der Treibstoffbehältern über ein Druckreduzierventil und 65 Speicherung des Druckgases zusammen mit der Speientsprechende Leitungen verbunden ist. cherung des Treibstoffes in einem gemeinsamen Be-

Auch aus der USA.-Patentschrift 3 137 993 ist es halter hegende Maßnahme jedoch in Verbindung mit

bekannt, bei Raketen einen Druckgasbehälter vorzu- einer Rakete der eingangs umrissenen Art zu sehen,