DE2300983A1 - Zuendsystem fuer mit nichthypergolen treibstoffkomponenten betriebene brennkammern von raketentriebwerken - Google Patents

Description

Zündsystem für mit nichthypergolen Treibstoffkomponenten betriebene Brennkammern von Raketentriebwerken

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für mit nichthypergolen Treibstoffkomponenten betriebene Brennkammern von Raketentriebwerken, insbesondere Vorbrennkammern von Hauptstrom— triebwerken, wobei ein für eine einmalige Brennkammerzündung bemessenes Zündmittel von einem entsprechend dimensionierten Vorratsraum im Vorlauf einer mit ihm nichthypergolen Treib-

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stoffkomponente Über den für letztere bestimmten Einspritzmechanismus in die Brennkammer eingeschoben wird, in der es mit einer anderen, gleichzeitig getrennt eingeförderten Treibstoffkomponente hypergol reagiert.

Bei einem bekannten Zündsystem für mit nichthypergolen Treibstoffen, wie Flüssigwasserstoff und Flüssigsauerstoff, betriebene Brennkammern von Raketentriebwerken, findet eine beispielsweise mit dem Flüssigsauerstoff hypergol reagierende Flüssigkeit, wie Aluminiumtriäthyl, als Zündmittel Verwendung· Wesentliche Bestandteile dieses Zündsystem sind

a) ein im Bereich des Einspritzsystems für die beiden Treibstoffkomponenten in die Brennkammer einmündender Zündkanal

b) ein Zweiwege-Umschaltventil und

c) eine Zylinder-Kolben-Einheit.

Der Kolben der Zylinder-Kolben-Einheit unterteilt das Zylinderinnere in zwei Räume. Der eine stellt einen Druckraum für ein Arbeitsmedium dar. Entnommen wird das Arbeitsmedium im Bedarfsfalle dem Speicherbehälter für die mit dem.Zündmittel, dem Aluminiumtriäthyl, nichthypergole Treibstoffkomponente, dem Wasserstoff. Der andere Zylinderteilraum fungiert als Zündmittelvorratsraum· Er enthält eine für mehrere Zündungen ausreichende Menge Aluminiumtriäthyl und steht über eine Ausgangsbohrung mit dem Zündkanal in Verbindung.

Besagte Ausgangsbohrung wird durch das bereits erwähnte Zweiwege-Umschaltventil beeinflußt. Die Beeinflussung ist derart, daß das Zweiwege-Umschaltventil in seiner Stellung während des Normalbetriebs der Brennkammer die Zündmittelausgangsbohrung sperrt und gleichzeitig einen den Zündkanal durchströmenden Spülkreislauf öffnet und in seiner Stellung während des Zündvorgangs die Zündmittelausgangsbohrung freigibt und.

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gleichzeitig den Spülkreislauf sperrt. Wie schon als Arbeitsmedium dient auch als Spülmedium eine Teilmenge Wasserstoff, der mit dem Aluminiumtriäthyl nichthypergol reagierenden Treibstoffkomponente.

Beim vorbeschriebenen Zündsystem sorgt der Kolben für eine räumliche Trennung des Zündmittels (Aluminiumtriäthyl) von dem für die Zündmitteleinspritzung in die Brennkammer verantwortlichen Arbeitsmedium (Wasserstoff) und schließt somit die Gefahr einer Mischung der beiden bis unter die Zündgrenze sicher aus. Dem steht gegenüber, daß das Aluminiumtriäthyl -wie bereits weiter vorn erwähnt- aus einem einzigen Kanal in die Brennkammer eingespritzt wird. Durch diese Lokalisierung des Zündherdes ist jedoch ein spontanes Durchzünden der Brennkammer nicht immer gewährleistet, so daß Fehlzündungen nicht ausgeschlossen sind. Ferner ergibt es sich, daß während der Übergangszeit zwischen Zündphase und Vollbetrieb der Brennkammer, also am Ende der Zündphase, im Bereich des Zündkanals sowohl Aluminiumtriäthyl als auch Wasserstoff miteinander vermischt in die Brennkammer eingefördert werden. Durch nachfolgende Verbrennung dieses Gemisches mit Sauerstoff treten jedoch hohe Temperaturspitzen auf, was zu einer Überhitzung und Beschädigung der Brennkammerwände führen kann. Um dies zu vermeiden, gehen die Bestrebungen dahin, die einzuspritzende Zündmittelmenge möglichst klein zu halten. Voraussetzung hierfür sind aber eng bemessene Zündkanäle, die wegen ihrer Verkokungsanfälligkeit wiederum eine Gefahrenquelle für Zündstörungen bilden.

Aufgrund dessen ist bei einem anderen bekannten Zündsystem der eingangs genannten Gattung davon abgesehen worden, in einem Vorratsraum eine für mehrere Brennkammerzünduncjen ausreichende Menge Aluminiumtriäthyl zu speichern und von diesem Vorratsraum im Bedarfsfalle eine Teilmenge seines Zündmittelinhalts durch einen einzigen Zündkanal in die Brennkammer zu fördern. Stattdessen wird eine für eine einmalige Brennkamraer-

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Zündung ausreichende Menge Aluminiumtriäthyl in einem entsprechend dimensionierten Vorratsraum gespeichert und im Bedarfsfall von der mit Aluminiumtriäthyl nichthypergolen Treibstoffkomponente, beispielsweise Wasserstoff, in die Brennkammer eingeschoben, und zwar durch die für letztere vorgesehenen Einspritzbohrungen. Dadurch wird mit Sicherheit ein spontanes und über den Querschnitt der Brennkammer gleichmäßiges Durchzünden erreicht, wobei im Hinblick auf die ohnehin vorhandenen Einrichtungen des Zünd- und Treibstoffsystems kein zusätzlicher Bauaufwand bzw· keine zusätzlichen Einrichtungen und Hilfsmittel erforderlich sind; denn das Zündmittel (Aluminiumtriäthyl) wird von der Treibstoffkomponente Wasserstoff in die Brennkammer eingetrieben, mit der es nichthypergol reagiert, die dann nach dem Zündvorgang den Brennkaramervollbetrieb mit der anderen Treibstoffkomponente (Sauerstoff) "nahtlos" übernimmt. Als Zündmittelvorratsraum dient wiederum ein Hohlzylinder, der jedoch in die vom Wasserstoffbehälter zum Einspritzkopf der Brennkammer führende Treibstoffleitung integriert ist. In ihm ist das Aluminiumtriäthyl zwischen zwei metallischen Berstmembranen gespeichert. Beide Berstmembranen werden in dem Augenblick zerstört, in dem der für die Einschiebung des Aluminiumtriäthyls in die Brennkammer verantwortliche Wasserstoff mit seinem Speicherdruck auf sie einwirkt. Diese der Zündmitteleinschiebung in die Brennkammer unmittelbar vorangehende Membranzerstörung ist im Falle des Gebrauchs nichtaggressiver Zündmittel, zu denen das vorerwähnte Aluminiumtriäthyl zählt, unbedenklich. Gänzlich anders liegen dagegen die Verhältnisse, wenn das sich durch eine spontane hypergole Reaktionsfähigkeit mit Wasserstoff auszeichnende Fluor oder dergleichen aggressive Medien als Zündmittel Verwendung finden sollen. Bei Zündmitteln der letztgenannten Art, die bekanntlich eine Passivierung der mit ihnen in Berührung kommenden Metalle erforderlich machen, hätte die vorerwähnte Membranzerstörung schwerwiegende Folgen. Es käme nämlich zu einer schlagartigen Entzündung der Berstmembranen

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an ihren Bruchstellen, die jegliche Passivierung vermissen lassen· Außerdem birgt die Membranzerstörung ein weiteres Risiko in sich. Gemeint ist die dadurch gegebene Möglichkeit einer Mischung von Zündmittel und einschiebender Treibstoffkomponente bis unter die Zündgrenze. Besonders groß ist diese Gefahr, wenn sich die Dichte des Zündmittels von derjenigen der es in die Raketenbrennkammer einschiebenden Treibstoffkomponente nicht oder nur geringfügig unterscheidet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Zündsystem der eingangs genannten Gattung zu entwickeln, das die Vorteile der vorbeschriebenen Zündsysteme vereinigt, ohne deren Nachteile zu besitzen, und unabhängig davon, ob nichtaggressive oder aggressive Zündmittel Verwendung finden und die spezifischen Dichten des Zündmittels und der für dessen Einschiebung in die Raketenbrennkammer bestimmten Treibstoffkomponente sich sehr, kaum oder garnicht unterscheiden, stets zuverlässig funktioniert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemSß dadurch gelöst, daß das Zündmittel gasförmig mit einem im Vergleich zum erforderlichen Einschiebedruck niedrigen Druck im Vorratsraum gespeichert ist, dessen zum gemeinsamen Einspritzmechanismus für das Zündmittel und die mit ihm nichthypergole Treibstoffkomponente führende Zündmittelauslaßleitung ebenso wie seine Treibstoffeinlaßleitung durch ein Ventil oder dergleichen absperrbar ist, und daß die in den Zündmittelvorratsraum einströmende Treibstoffkomponente bei geschlossenem Ventil in der Zündraittelauslaßleitung das Zündmittel mittels eines zwischengeschalteten druckfesten Kolbens vom Speicher- auf den Einschiebedruck komprimiert, bevor sie es in die Brennkammer einschiebt, und sobald der Zündmittelvorratsraum entleert ist, denselben über mindestens eine in diesem Augenblick vom druckfesten Kolben freigegebene Umgehungsleitung verläßt, die stromaufwärts des Ventils in die Zündmittelauslaßleitung einmündet.

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Beim erfindungsgemäßen Zündsystem garantiert die Tatsache, daß das Zündmittel durch diejenigen Einspritzbohrungen in die Brennkammer gel'angt, die während des an den Zündvorgang sich anschließenden Brennkammervollbetriebs von der es komprimierenden und einschiebenden Treibstoffkomponente beaufschlagt werden, stets ein spontanes Durchzünden der Brennkammer. Garantiert ist auch ein nahtloser Übergang vom Zündvorgang zum Brennkammervollbetrieb. Die mit dem Zündmittel nichthypergoie Treibstoffkomponente tritt nämlich unmittelbar nach dem Zündmittel in die Brennkammer ein, und zwar -wie bereits erwähnt- durch ein- und dieselben Einspritzbohrungen. Für die Betriebssicherheit ist ferner von Bedeutung, daß die mit dem Zündmittel nichthypergole Treibstoffkomponente

a) ohne vorherige Zündung nicht in die Brennkammer gelangen und

b) weder während der Kompression noch während der Einschiebung des Zündmittels in die Brennkammer sich mit letzterem bis unter die Zündgrenze vermischen kann.

Dafür sorgt der druckfeste Kolben im Zündmittelvorratsraum in Verbindung mit der von ihm gesteuerten Umgehungsleitung. Die getroffene Zuordnung der Treibstoff-Umgehungsleitung zur Zündmittelauslaßleitung stellt außerdem eine Spülung der letzteren im Anschluß an die Zündmittelbeaufschlagung sicher.

Aufgrund der vorerwähnten Spülung der Zündmittelauslaßleitung, der vollständigen Entleerung des Zündmittelvorratsraumes im Verlauf eines einzigen Zündvorgangs und des Verzichtes auf eine Installierung von Berstmembranen im Zündmittelvorratsraum, ist das erfindungsgemäße Zündsystem u.a. auch für aggressive gasförmige Zündmittel hervorragend geeignet. Einmal stellen die vollständige Entleerung des Zündmittelvorratsraumes im Verlauf eines einzigen Zündvorgangs

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und die darauffolgende Spülung der Zündmittelauslaßleitung
Maßnahmen dar, die eine besondere Passivierung der dem aggressiven Zündmittel ausgesetzten Bauteile überflüssig machen.
Zum anderen entfällt mit den Berstmembranen die Gefahr einer Entzündung derselben an den frischen Bruchstellen, sobald
letztere mit aggressiven gasförmigen Zündmitteln in Berührung kommen. Zu letzteren zählt bekanntlich Fluorgas, ein wegen
seiner spontanen Hypergolität mit Wasserstoff für die Zündung von beispielsweise mit Flüssigwasserstoff und Flüssigsauer^-
stoff betriebene Raketenbrennkammer interessantes Zündmittel. Die Tatsache, daß einerseits bei Raketentriebwerken der letztgenannten Art Fluordrücke von 60 atü und mehr zur Brennkammerzündung benötigt werden und andererseits die geltenden
Sicherheitsvorschriften bei Fluorgas Lagerdrücke über 28 atü verbieten, wirft beim erfindungsgemäßen Zündsystem keinerlei Probleme auf. Indem das Zündmittel gasförmig mit niedrigem
Druck im entsprechenden Vorratsraum gespeichert und darin
erst unmittelbar vor der Brennkammerzündung auf den erforderlichen Einschiebedruck komprimiert wird, trägt es nämlich
-wie kein anderes- dieser Tatsache Rechnung.

In Ausgestaltung der Erfindung befindet sich das gasförmige
Zündmittel im Vorratsraum innerhalb eines Ausstoßbalges, der einerseits am druckfesten Kolben, andererseits an demjenigen Gehäuseteil des Zündmittelvorratsraumes druckdicht befestigt ist, von dem die Zündmittelauslaßleitung ihren Ausgang nimmt. Außerdem ist in der Treibstoff-Umgehungsleitung ein Rückschlagventil installiert. Die erstgenannte Maßnahme empfiehlt sich vor allem dann, wenn Wert auf eine lageunabhängige Zündmitteleinschiebung in die Brennkammer Wert gelegt wird. Abgesehen davon schließt der Ausstoßbalg im Zündmittelvorratsraum in Verbindung mit dem Rückschlagventil in der Treibstoff-Umgehungsleitung eine Vermischung des Zündmittels mit den bei seiner Komprimierung und Einschiebung den Kolben passierenden Treibstoffleckmengen sicher aus.

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Bei Flüssigkeitsraketentriebwerken der sogenannten Hauptstrombauart wird bekanntlich in einer Vorbrennkammer ein Oxydator- oder brennstoffreiches Gas erzeugt. In einer Hauptbrennkammer reagiert dieses Gas mit zusätzlichem Brennstoff bzw. Oxydator weiter. Zuvor erfährt es auf dem Weg von der Vor- in die Hauptbrennkammer eine Entspannung, und zwar in einer Turbine. Letztere ist zwei Pumpen als Antrieb zugeordnet, die die TreibstoffVersorgung der Vor- und Hauptbrennkammer sicherstellen. Ist ein Triebwerk der letztbeschriebenen Art beispielsweise für einen Betrieb mit Flüssigwasserstoff und -sauerstoff ausgelegt, gestaltet sich sowohl die Triebwerkszündung als auch der Turbinenstart besonders einfach, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise Fluorgas als Zündmittel herangezogen wird und die Treibstoffeiniaßleitung des Zündmittelvorratsraumes an einem mit gasförmigem Sauerstoff gefüllten Druckbehälter angeschlossen ist.

Der gasförmige Sauerstoff aus diesem Druckbehälter dient nicht nur der Komprimierung und Einschiebung des Fluorgases in die Vorbrennkammer. Im Anschluß an den ZUndvorgang bringt er auch die für den Turbinenstart erforderliche Leistung auf, was sich in einem besonders niedrigen Fluorbedarf positiv bemerkbar macht. Sobald die auf die vorbeschriebene Art und Weise gestartete Turbine die mit ihr gekoppelten Pumpen ausreichend beschleunigt hat, wird die Vorbrennkammer vom Betrieb mit gasförmigen Sauerstoff auf den Betrieb mit Flüssigsauerstoff umgestellt. Diese Umstellung läßt sich besonders leicht verwirklichen, wenn gemäß weiteren ausgestaltenden Erfindungsraerkmalen die Druckleitung der Sauerstoffpumpe, in der in Strömungsrichtung des Flüssigsauerstoffs gesehen ein Ventil und ein Rückschlagventil hintereinander angeordnet sind,

a) in die Zündmittelauslaßleitung einmündet, und zwar stromaufwärts des darin installierten Ventils und eines demselben nachgeschalteten Rückschlagventils, oder

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b) in der vom Druckbehälter für gasförmigen Sauerstoff zum Zundmittelvorratsraum führenden Treibstoffleitung endet, und zwar zwischen dem darin installierten Ventil und einem diesem vorgeschalteten Rückschlagventil .

Der vorerwähnte Druckbehälter für Sauerstoffgas erübrigt sich, wenn die Startleistung der als Pumpenantrieb fungierenden Turbine andersartig aufgebracht wird, beispielsweise durch Kaltgasbeaufschlagung. Ein geeignetes Arbeitsmedium stellt in diesem Fall z.B. gasförmiger Wasserstoff dar. Der letztbeschriebene Turbinenstart bringt aber nicht nur den Vorteil eines geringeren apparativen Aufwands mit sich. Er bietet auch die Möglichkeit, die Treibstoffeinlaßleitung des Zündmittelvorratsraumes unmittelbar an die Druckleitung derjenigen Pumpe anzuschließen, welcher die Förderung des Flüssigsauerstoffs zukommt. Geschieht dies, ist es der geförderte Flüssigsauerstoff, der den Kolben im Zundmittelvorratsraum betätigt, woraus der Vorteil einer der Leistung der Sauerstoffpumpe proportionalen Fluoreinspritzung in die zu zündende Vorbrennkammer resultiert.

Die Erfindung wird anhand der schematisch dargestellten und nachfolgend ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 verschiedene Zündsysteme für Flüssigkeitsraketentriebwerke in Form von Prinzipsskizzen.

Zum Zündsystem gemäß Fig. 1 gehört ein Hohlzylinder 1 und ein in diesen eingepaßter Kolben 2 mit einer Labyrinth-Dichtung 3. Der Kolben 2 unterteilt den Hohlzylinder 1 in zwei Räume 4,5. Der eine Zylinderteilraum 4 dient als Zundmittelvorratsraum. In ihm ist eine für eine einmalige Brennkammerzündung bemessene Menge gasförmigen Zündmittels, beispielsweise Fluorgas, mit vergleichsweise niedrigem Druck,

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beispielsweise 28 atü, gespeichert. Von der den Zündmittelvorratsraum 4 begrenzenden Zylinderstirnwand nimmt eine durch ein Ventil 6 absperrbare Zündmittelauslaßleitung 7 ihren Ausgang. Letztere (7) führt zum Einspritzkopf 8 der mit 9 bezeichneten Brennkammer, und zwar zu denjenigen Einspritzorganen 10, durch die beim Brennkammervollbetrieb die mit dem Fluorgas nichthypergole Treibstoffkomponente, beispielsweise Flüssigsauerstoff, eingefördert wird. Der andere Zylinderteilraum 5 stellt den Arbeitsraum dar. Über eine durch ein Ventil 11 absperrbare Leitung 12 kommuniziert er mit dem Druckbehälter für den Flüssigsauerstoff, der mit 13 bezeichnet ist. Der Druckbehälter für die andere, mit dem Fluorgas hypergol reagierende Treibstoffkomponente, beispielsweise Flüssigwasserstoff, trägt das Bezugszeichen 14, die von diesem Behälter 14 zum Einspritzkopf 8 führende Wasserstoffleitung das Bezugszeichen 15.

Wird das Ventil 11 in der Leitung 12 geöffnet, gelangt der Flüssigsauerstoff vom entsprechenden Druckbehälter 13 in den Arbeitsraum 5 des Hohlzylinders 1. Der in den Arbeitsraum gelangende Flüssigsauerstoff komprimiert mittels des Kolbens 2 das Fluorgas im Zündmittelvorratsraum 4 bei geschlossenem Ventil 6 in der Zündmittelauslaßleitung 7 vom Speicherdruck auf den erforderlichen Einschiebedruck. Nach Erreichen des Einschiebedruckes beginnt der eigentliche Zündvorgang durch Öffnen des Ventils 6 in der Zündmittelauslaßleitung 7. Das komprimierte Fluorgas wird durch den Flüssigsauerstoff mit konstantem Druck vom Zündmittelvorratsraum 4 über die Leitung 7 und die Einspritzorgane 10 in die Brennkammer 9 eingeschoben, wo es mit gleichzeitig über die Leitung 15 und die mit 16 bezeichneten Einspritzorgane eingefördertem Wasserstoff hypergol reagiert. Sobald der Zündmittelvorratsraum 4 entleert ist, gibt der Kolben 2 eine bis dahin unzugängliche Umgehungsleitung 17 für den Flüssigsauerstoff frei. Die Umgehungsleitung 17, in der ein Rückschlagventil 18 installiert ist, mündet in die Zündmittelauslaßleitung 7 ein, und zwar stromaufwärts des darin angeordneten Ventils 6, was ein Aus-

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spülen des Fluorgases und einen nahtlosen Übergang vom Zündbetrieb mit Fluorgas und Wasserstoff zum Brennkammervollbetrieb mit Sauerstoff und Wasserstoff garantiert. Ebenfalls stromaufwärts des Ventils 6 mündet in die Zündmittelauslaßleitung 7 noch eine weitere, durch ein Ventil 19 absperrbare Leitung 20 ein. Über letztere (20) erfolgt bei geschlossenen Ventilen 6 und 11 in den Leitungen 7 und 12 die Auffüllung des Zündmittelvorratsrautnes 4.

Das Zündsystem gemäß Fig. 2 ist für ein Flüssigkeitsraketentriebwerk 21 der Hauptstrombauart bestimmt. Ein solches Triebwerk 21 besteht bekanntlich aus

a) einer Vorbrennkammer 22, in der beim Vollbetrieb ein oxydator- oder brennstoffreiches Gasgemisch erzeugt wird,

b) einer Hauptbrennkammer 23, in der das oxydator- bzw. brennstoffreiche Gasgemisch mit Brennstoff bzw. Oxydator weiterreagiert,

c) einer sich an die Hauptbrennkammer 23 anschließenden Schubdüse 24,

d) einer zwischen einem Vorleitgitter 25 und einem Verzögerungsnachleitgitter 27 angeordneten Turbine 26, in der das oxydator- bzw. brennstoffreiche Gasgemisch auf dem Weg von der Vor- zur Hauptbrennkammer entspannt wird und

e) zwei von der Turbine 26 angetriebenen Pumpen 28,29 für die Einförderung der Treibstoffe, beispielsweise Flüssigsauerstoff und Flüssigwasserstoff, von ihren Speicherbehältern 30,31 in die Vorbrennkammer 22 bzw. Vorbrennkammer 22 und Hauptbrennkammer 23.

Im vorliegenden Fall gehört zum Zündsystem ein mit gasförmigem Sauerstoff hohen Druckes gefüllter Behälter 32 und ein

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zylindrischer Zündmittelvorratsraum 33· Vom Gasbehälter 32 geht eine durch ein Ventil 34 absperrbare Leitung 35 aus. Sie führt zum Zündmittelvorratsraum 33 und mündet durch eine Zylinderstirnwand 36 in diesen. Der Zündmittelvorratsraum enthält eine für eine einmalige Zündung der Vorbrennkammer bemessene Menge eines gasförmigen Zündmittels, beispielsweise Fluorgas, mit vergleichsweise niedrigem Druck, und «war in einem Ausstoßbalg 37 lokalisiert. Der Ausstoßbalg 37 ist einerseits an einem in den Vorratszylinder 33 eingepaßten druckfesten Kolben 38, andererseits an der anderen Stirnwand 39 des Vorratszylinders 33 druckdicht befestigt. Durch die letztgenannte Zylinderstirnwand 39 führt eine ZÜndmittelauslaßleitung 40 zum Einspritzkopf 41 der Vorbrennkammer 22, und zwar zu denjenigen Einspritzbohrungen 42, die während des Vollbetriebs von Flüssigsauerstoff beaufschlagt werden. In der ZUndmittelauslaßleitung 40 befinden sich -dem Zündmittelvorratsraum 33 benachbart- ein Ventil 43 und ein diesem nachgeschaltetes Rückschlagventil 44. In sie (40) münden stromaufwärts des Ventils 43 zwei Umgehungsleitungen 45a,b und stromabwärts des Rückschlagventils 44 die mit 46 bezeichnete Druckleitung der Sauerstoffpumpe 28. Über die Umgehungsleitungen 45a,b verläßt der gasförmige Sauerstoff den Zündmittelvorratsraum 33, sobald das Fluor gänzlich aus dem Ausstoßbalg 37 entwichen ist. In ihnen (45a,b) ist jeweils ein Rückschlagventil 47a,b installiert. Ein Rückschlagventil 48 befindet sich auch in der Druckleitung 46 der Sauerstoffpumpe 28. Außerdem ist in besagter Druckleitung 28 stromaufwärts des Rückschlagventils 48 ein Ventil 49 angeordnet. Sie kann statt in die Zündmittelaußlaßleitung 40 in die Treibstoffeinlaßleitung 35 des Zündmittelvorratsraumes 33 einmünden, und zwar -wie gestrichelt dargestellt- zwischen dem Ventil und einem diesen vorgeschalteten Rückschlagventil 50. In solch einem Fall erübrigt sich das Rückschlagventil 44 in der ZUndmittelauslaßleitung 40.

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Wird das Ventil 34 in der Leitung 35 geöffnet, strömt gasförmiger Sauerstoff in den Zündmittelvorratsraum 33 ein· Darin komprimiert er bei geschlossenem Ventil 43 in der ZUndmittelauslaßleitung 40 das Fluorgas vom niedrigen Speicherdruck auf den erforderlichen Einschiebedruck. Anschliessend schiebt er das komprimierte Pluorgas mit konstantem Druck durch die inzwischen offene Zündmittelauslaßleitung 40 und die mit dieser kommunizierenden Einspritzbohrungen 42 in die Vorbrennkamnier 22 ein. In der Vorbrennkammer 22 reagiert das Pluorgas spontan mit gleichzeitig eingefördertem gasförmigen Wasserstoff aus einem Druckbehälter 51. Eingefördert wird der gasförmige Wasserstoff über diejenigen Einspritzbohrungen 52 des Einspritzkopfes 41, die beim Vollbetrieb von Flüsaigwasserstoff beaufschlagt werden. Die vom Wasserstoff-Druckbehälter 51 zu den Einspritzbohrungen 52 führende Leitung, in der ein Rückschlagventil 54 und ein Ventil 55 in Strömungsrichtung des gasförmigen Wasserstoffs hintereinander liegen, iat mit 53 bezeichnet. In sie mündet stromabwärts des Ventils 55 ein Leitungszweig 56a der mit 56 bezeichneten Druckleitung der Wasserstoffpumpe 29 ein. Ein weiterer Druckleitungszweig 56b der Waeserstoffpumpe 29 ist am hinteren Schubdüsenende an Kühlkanälen 57 angeschlossen, die sich durch die Wandung der Schubdüse 24 und Hauptbrennkammer 23 zum vorderen Ende der letzteren (23) erstrecken, wo sich eine in das Verzögerungsnachleitgitter 27 einspeisende Leitung 58 anschließt. Vor der Verzweigung sind in der Druckleitung 56 der Wasserstoffpumpe 29 ein Ventil 59 und ein Rückschlagventil 60 in Strömungsrichtung des Flüssigwasserstoffs gesehen hintereinander angeordnet.

Die Füllung des Ausstoßbalges mit Fluorgas erfolgt über eine Leitung 61, die -versehen mit einem Rückschlagventil 62-stromaufwärts des Ventils 43 in die Zündmittelauslaßleitung 40 einmündet. Diese Fluorgasmenge ist derart bemessen, daß sie in der Vorbrennkammer 22 nur die Zündung einleitet.

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Die Startleistung für die Turbine 26 wird dagegen von den Reaktionsprodukten des gasförmigen Sauerstoffs und Wasserstoffs erbracht. Daß der gasförmige Sauerstoff, im Augenblick der Entleerung des Zündmittelvorratsraumes 33 durch die vom Kolben 38 freigegebenen Umgehungsleitungen 45a,b in die Zündmittelauslaßleitung 40 und von dieser zu den Einspritzbohrungen 42 gelangt, ist bereits an anderer Stelle beschrieben worden. Hat die auf die vorbeschriebene Weise gestartete Turbine 26 den Treibstoffpumpen 28,29 eine ausreichende Beschleunigung erteilt, wird der gasförmige Sauerstoff und Wasserstoff durch Flüssigsauerstoff und -wasserstoff ersetzt.

Ein beispielsweise für den Betrieb mit Flüssigsauerstoff und Flüssigwasserstoff ausgelegtes Raketentriebwerk der Hauptstrombauart 71 zeigt auch Fig. 3. Es besteht aus einer Vorbrennkammer 72, einer Hauptbrennkammer 73, einer Schubdüse 74, einer Turbine 76, einem Vorleitgitter 75 und einem Verzögerungsnachleitgitter 77. Dazu gehören außerdem eine Sauerstoffpumpe 78, eine Wasserstoffpumpe 79, ein Behälter für Flüssigsauerstoff 80 sowie ein Behälter für Flüssigwasserstoff 81. ■ Angetrieben werden die Treibstoffpumpen 78 und 79 von der Turbine 76. Für den Turbinenstart ist ein mit gasförmigem Wasserstoff hohen Drucks gefüllter Behälter 82 vorgesehen.

Nach dem Start der Turbine 76 durch Beaufschlagung mit gasförmigem Wasserstoff aus dem Behälter 82 wird die Vorbrennkammer 72 gezündet, deren Einspritzkopf 83voneinander getrennte Einspritzorgane 84 und 85 aufweist. Die Einspritzorgane 85 dienen der Wasserstoffeinspritzung in die Vorbrennkammer 72. Durch die Einspritzorgane 84 gelangt zunächst das Zündmittel und anschließend der Flüssigsauerstoff in die Vorbrennkamrner 72. Als Zündmittel fungiert beispielsweise wiederum Fluorgas. Gespeichert ist es in einem Vorratszylinder Der Vorratszylinder 86 stimmt, was die Anordnung eines druckfesten Kolbens 87 und eines daran befestigten Ausstoßbalges

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88 im Zylinderraum anlangt, mit dem in Fig. 2 wiedergegebenen überein· Übereinstimmung besteht auch bezüglich des Verlaufs der dem Vorratszylinder 86 zugeordneten ZUndmittelauslaßlei- tunq, Zündmittelfülleitung und TreibstoffUmgehungsleitungen. Besagte Leitungen sind in der genannten Reihenfolge mit 89, 90 und 91a, 91b bezeichnet. Die auf der balgfernen Seite des druckfesten Kolbens 87 in den Vorratszylinder 86 einmündende Treibstoffeinlaßleitung, die das Bezugszeichen 92 trägt, kommuniziert dagegen nicht -wie in Fig. 2- mit einem Sauerstoffgas enthaltenden Druckbehälter. Sie ist vielmehr unmittelbar an die Druckleitung der Sauerstoffpumpe 78 angeschlossen. Demnach wird der Kolben 87 im Vorratszylinder 88 nach erfolgtem Turbinenstart durch den von der Pumpe 78 geförderten Flüssigsauerstoff betätigt. Die positive Folge ist, daß das im Ausstoßbalg 88 befindliche, für eine einmalige Zündung der Vorbrennkammer 72 ausreichende Fluorgas leistungsproportional in die Vorbrennkammer 72 eingespritzt wird, wo es mit gleichzeitig getrennt eingefördertem Wasserstoff hypergol reagiert. Für einen nahtlosen Übergang vom Zündbetrieb zum Vollbetrieb mit Flüssigsauerstoff und Flüssigwasserstoff sorgen -ebenso wie bei der Triebwerksausführung gemäß Fig. 2-die Treibstoffumgehungsleitungen 91a und 91b, die sobald der Ausstoßbalg 88 entleert ist, vom Kolben 87 freigegeben werden.

Patentansprüche:

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   \·) Zündsystem für mit nichthypergolen Treibstoffkomponenten betriebene Brennkammern von Raketentriebwerken, insbesondere Vorbrennkammern von Hauptstromtriebwerken, wobei ein für eine einmalige Brennkammerzündung bemessenes Zündmittel von einem entsprechend dimensionierten Vorratsraum im Vorlauf einer mit ihm nichthypergolen Treibstoffkomponente über den für letztere bestimmten Einspritzmechanismus in die Brennkammer eingeschoben wird, in der es mit einer anderen, gleichzeitig getrennt eingeförderten Treibstoffkomponente hypergol reagiert, dadurch gekennzeichnet , daß das Zündmittel gasförmig mit einem im Vergleich zum erforderlichen Einschiebedruck niedrigen Druck im Vorratsraum (4,33) gespeichert ist, dessen zum gemeinsamen Einspritzmechanismus (10,42) für das Zündmittel und die mit ihm nichthypergole Treibstoffkomponente führende ZUndmittelauslaßleitung (7,40) ebenso wie seine Treibstoffeinlaßleitung (12,35) durch ein Ventil oder dergleichen (6,43) absperrbar ist, und daß die in den Zündmittelvorratsraum (4,33) einströmende Treibstoffkoraponente bei geschlossenem Ventil (6,43) in der ZUndmittelauslaßleitung (7,40) das Zündmittel mittels eines zwischengeschalteten druckfesten Kolbens (2,38) vom Speicher- auf den Einschiebedruck komprimiert, bevor sie es in die Brennkammer (9,22) einschiebt, und sobald der Zündmittelvorratsraura (4,33)

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   entleert ist, denselben über mindestens eine in diesem Augenblick vom druckfesten Kolben (2,3B) freigegebene Umgehungsleitung (17,45a,b) verläßt, die stromaufwärts des Ventils (6,43) in die Zündmittelauslaßleitung (7,40) einmündet·
2. 2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß sich das gasförmige Zündmittel im Vorratsraum (33,86) innerhalb eines Ausstoßbalges (37,88) befindet, der einerseits am druckfesten Kolben (38,87), andererseits an demjenigen Gehäuseteil des Zündmittelvorratsraums (33,86) druckdicht befestigt ist, von dem die Zündmittelauslaßleitung (40,89) ihren Ausgang nimmt, und daß in jeder Treibstoffumgehungsleitung (45a,b; 91a,b) ein Rückschlagventil (47n,b) installiert ist.
3. 3. Zündsystem nach Anspruch 1, für im Vollbetrieb mit zwei nichthypergolen flüssigen Treibstoffkomponenten arbeitende Raketentriebwerke der Hauptstrombauart, bei welchen im Strömungsweg zwischen einer oxydator- oder brennstoffreich betriebenen Vorbrennkammer und einer Hauptbrennkammer, in der die oxydator- bzw. brennstoffreichen Gase aus der Vorbrennkammer mit zusätzlichem Brennstoff bzw· Oxydator weiterreagieren, eine Turbine für den Antrieb der Treibstoffpumpen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Treibstoffeinlaßleitung (35) des Ztindmittelvorratsraumes (33) an einen Druckbehälter (32) angeschlossen ist, der eine mit dem gasförmigen Zündmittel nichthypergole gasförmige Treibstoffkomponent* enthält, und daß die Druckleitung (46) derjenigen Treibstoffpumpe (28), welche die mit dem Zündmittel nichthypergole flüssige Treibstoffkomponente fördert, in die Zündmittelauslaßleitung (40) einmündet, und zwar stromaufwärts des darin installierten Ventils (43) und eines demselben nachgeschalteten Rückschlagventils (44).

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4. 4. Zündsystem, teilweise nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckleitung (46) derjenigen Treibstoffputnpe (28), welche die mit dem Zündmittel nichthypergole flüssige Treibstoffkomponente fördert, in die vom Druckbehälter (32) für die gasförmige Treibstoffkomponente zum .Zündmittelvorratsraum (33) führende Treibstoffeinleißleitung (35) einmündet, und zwar zwischen dem darin installierten Ventil (34) und einem diesem Ventil (34) vorgeschalteten Rückschlagventil (50)·

   5· Zündsystem nach Anspruch 1, für im Vollbetrieb mit zwei nichthypergolen flüssigen Treibstoffkomponenten arbeitende Raketentriebwerke der Heuptstrombauart, bei welchen im Strömungsweg zwischen einer Oxydator- oder brennstoff— reich betriebenen Vorbrennkammer und einer Hauptbrennkammer, in der die oxydator- bzw. brennstoffreichen Gase aus der Vorbrennkammer mit zusätzlichem Brennstoff bzw. Oxydator weiterreagieren, eine Turbine für den Antrieb der Treibstoffpumpen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Treibstoffeinlaßleitung (92) des Zündraittelvorratsraumes (86) an die Druckleitung derjenigen Treibstoffpumpe (78) angeschlossen ist, welche die mit dem Zündmittel nichthypergole flüssige Treibstoff komponente fördert.

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