DE2347895C3

DE2347895C3 - Außenbrennertreibsatz für Raketentriebwerke

Info

Publication number: DE2347895C3
Application number: DE19732347895
Authority: DE
Inventors: Pierre Louis Sevres Portalier (Frankreich)
Original assignee: NATIONALE DES POUDRES ET EXPLOSIFS PARIS Ste
Current assignee: NATIONALE DES POUDRES ET EXPLOSIFS PARIS Ste
Priority date: 1972-09-26
Filing date: 1973-09-24
Publication date: 1978-04-27
Also published as: FR2201271A1; DE2347895B2; FR2201271B1; DE2347895A1; GB1402818A; IT996737B

Description

3. Aiißenbrernertreibsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand d zwischen zwei einander benachbarten Armen (1, 2; ;₍₎ 3,4) im wesentlichen beträgt:

O.OJ h<d<(,,ObR.

Die Erfindung betrifft einen Außenbrennertreibsat/. für Raketentriebwerke nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .)<>

Ein derartiger Außenbrennertreibsatz für Raketentriebwerke ist bereits bekannt (vgl. FR-PS 10 12 62', Fig. 2). DiiS Profil edes Armes besteht jeweils aus zwei Kreisbögen, deren Radius gleich der Brenndicke des Treibsatzes ist unc die jeweils durch einen zwischenlie- ^s genden Kreisbogen miteinander verbunden sind, der in bezug auf den ZyI ndermittelpunkt einen öffnungswinkel von 2 γ aufwei! t und einen Radius gleich dem halben Zylinderradius hai, so daß der mittige Kreisbogen und der unmittelbar in ihn angrenzende Abschnitt der v> beiden äußeren Kreisbögen den Zylinder durchgehend berühren. Selbst v.enn dabei der Winkel γ klein gewählt werden soll, korn nt es zur Entstehung eines vierarmigen mittlren Abb^-andrestes besonderer Form, dessen Arme zunächst :in Vieleck mit konkaven Seiten, ^s symmetrisch zur /' chse des Zylinders, bilden, wobei sich aber jeder Abbrai drest-Arm radial nach außen in eine zweite Armhälfte fortsetzt, die ähnlich einem Spiegelbild der eisten An ihälfte ist.

Dieser bekanr e Auflenbrennertreibsatz hut ver- ι«. scliicdene Nachtei e:

Das Vcrhällii s von Brenndicke zu Zylinderradius laßt sich ni - unstetig ändern, nämlich durch Änderung dei Arm-An/ahl; f.-,

womit auch r isammenhängt, daß dieses Verhältnis nur relativ se iwierig klein gemacht werden kann, da zu diesen Zweck die Anzahl der Arme erhöhl werden muß, was auch die mechanische Festigkeit des Treibsatzes verringert;

das Verhältnis des nuttigen Abbrandrestes bei Brennschluß zur Treibstoff menge bei Brennbeginn ist verhältnismäßig hoch, so daß relativ viel Treibstoff bei Brennschluß verlorengeht;
der Füllkoeffizient, d.h. das Verhältnis /wischen der Querschniitsfläche des Treibstofles und der Querschnitlsfläche des Zylinders, ist verhältnismäßig gering und

die zwar weil gehend konstante Brennfläche ist ebenfalls verhältnismäßig klein, so daß der vom Treibsatz erzeugte Schub entsprechend gering ist.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ausgehend von dem bekannten Aiißenbrennertreibsatz zu erreichen, daß die Brenndicke stetig geändert und ohne Schwierigkeilen klein gemacht werden kann, ferner den Anteil des mittigen Abbrandrestes zu verringern sowie dt η Füllkoeffizient und die Abbrandiiäche zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den kennzeichnenden Tu! des Patentanspruchs I.

Der erfindungsg'Mnäße Außenbrennerireibsatz ermöglicht nicht nur ;;roße Füllkoeffizienlen und Brennflächen sowie kleine relative Brenndick ;n. die zudem in sehr weiten Grenzen ohne weiteres sielig veränderlich sind, sondern zeichnet sich auch durch einen verhältnismäßig kleinen mittigen Abbrandrest aus, der nur zwei Abbrandrest-Arn¹.'.· gegenüber vier Abbrandrest-Armen wie nach dem erwähnten bekannten Stand der Technik aufweist, wobei hinzukommt, daß bereits jeder Abb'andrest-Arm des bekannten Außenbrennerireibsatzes für sich ungefähr doppelt so groß wie jeder Abbrandrest-Arm beim erfindungsger.iäßen Außenbrennerireibsatz ist. Die Verringerung der Zahl der Abbrandrest-Arme hat den weiteren Vorteil, daß im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik im Bedarfsfall keine größere Anzahl von Verankerungsstangen zur Befestigung des Außenbrennertreibsatzes in der Brennkammer des Raketentriebwerks notwendig ist, wobei diese Verankerungsstangen ein I lerausschleudern des Abbrandrestes aus der Düse der Brennkammer verhindern.

Außerdem kann die Änderung der eben erwähnten Treibsalzparameter ohne weiteres vorgenommen werden, ohne die Anzahl der Arme verändern zu müssen und ohne das Auffeten von Herstellungsschwierigkeiten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I einen erfindungsgemäßen Treibsalz im schematischen Querschnitt und

Fig. 2-9 schematische Teilquerschnitle verschiedener Aiisführungsforrnen des crfindunsgernäßen Treibsat/es.

Bei dtr in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Querschnitt des erfindunjjsgemäßen Treibsatzes eine Fläche, die vier einander ähnliche Arme 1, 2, 3, 4 aufweist, welche paarweise zum Mittelpunkt O des umschriebenen Kreises 5 vom Radius R symmetrisch sind. Das Außenprofil jedes Armes 1, 2, 3 oder 4 enthält einen Kreisbogen AF.A\I\ ..oder /Wm, der den Kreis ■> tangiert und einen Radius c hat, welcher gleich der llrenndicke des Treibsatzes ist und dessin Mittelpunkte Λ/, M\. .. Mi im Abstand K <■ von Oliegc·!).

Die Kreisbögen AF, A\F) ... "der A\Fi sind miteinander verbunden durch zwei einander gleiche geknickte Kreisbögen FGFi und F\G\Fi, die aus Kreisbögen vom Radius Ic bestehen, welche die vorgenannten Kreisbögen berühren, sowie durch /wei Geraden AA\ und AiAy.

Die äußere Oberfläche dieses Treibsatzes besteht bei fortschreitendem Abbrand aus zunehmenden und abnehmenden Hächen, die es ermöglichen, die Brennfläche wesentlich gleich zu halten.

In dieser F i g. 1 ist ferner durch gestrichelte Hereiche die Lage der Abbrandreste 6 und 7 gezeigt, deren AuQenprofil 9 in einem Abstand c von der Profilachse jedes Armes liegt. Die Anzahl der Abbrandreste ist 2; sie sind symmetrisch zum Punkt O.

Der Abbrandvorgang des beschriebenen Treibsatzes ist wie folgt:

Nach dem Zünden der äußeren Oberfläche 8 des Treibsatzes schreitet die hrennfläche zum Inneren des Treibsatzes hin fort. Diese Brennflache bleibt wesentlich parallel zu sich selbst, bis die Brenndicke c aufgezehrt ist. Fig. 1 zeigt z.B. die Brennfläche 8a. c'.c erreicht wird, wenn die Brenndicke e/2 verbraucht ist.

Dank der Form der äußeren Oberfläche des Treibsatzes nimmt die Brennfläche, während die Brenndicke aufgezehrt wird, nur sehr wenig ab.

Wenn die ganze Brenndicke e aufgezehrt ist, dann vereinigt sich die erreichte Brennfläche mit der Außenfläche der Abbrandresie 6 und 7. |ensriis dieser Grenze nimmt die Brennfläche sehr schnell ab.

Nun werden im einzelnen verschiedene Ausführungsbeispiele des Treibsatzes beschrieben.

Dabei wird der Einfachheit halber der Querschnitt nur eines einzigen der vier Arme des erfindungsgemäßen Treibsatzes beschrieben, denn die drei anderen sind symmetrisch.

In den Ausführungsbeispielen der F i g. 2 — 9 ist jeder Arm MG durch zwei zueinander senkrechte Achsen OX und OKbegrenzt, wobei O den Schnittpunkt der Achse des ZylincLrs vom Radius R mit der Zeichenebene bedeutet.

In allen diesen Beispielen enthält das AuHenprofil des Armes AG einen Kreisbogen AG oder AF. der den Readius c hat und den umschriebenen Kreis mit dem Radius R berührt. Das eine der Enden dieses Kreisbogens ist in gewissen Fällen durch einen anderen Kreiibogen verlängert, während das andere Ende gegebenenfalls durch eine Gerade oder durch einen Kreisbogen und je nach der gewünschten relativen Brenndicke (e/R)aurdn «.'inen Bogen verlängert ist.

Beispiel I
(s. F i g. 2)

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Außenprofil AG des Armes durch einen Kreisbogen gebildet, der den mit dem Radius Rum den Mittelpunkt O gezogenen Kreis berührt. Dieser Kreisbogen hat als Radius die Strecke e, welche gleich der Brenndicke des Treibsatzes ist, und als Mittelpunkt einen Punkt M, der im Abstand R- evon Oliegt. Der Endpunkt Λ des Kreisbogens liegt im Abstand evon O.

Dieses — besonders einfache — Ausführungsbeispiel eignet sich für verhältnismäßig große Brenndicken wie

R/2- c<2 R/i.

Wenn c großer als Z R/i ist, dann nimmt erfahrungsgemäß dir Brennfläche zu sehr ab.

Für t> = R/2 kommt man zur folgenden Ausfuhiungsform:

Beispiel 2
s (s. F ig. J)

In diesem Fall ist der Kreisbogen ein Halbkreis, dessen Mittelpunkt M im Abstand ι.· von O liegt und dessen Zentriwinkel zwischen OM und OA gleich fcO" ist.

Beispiel 3
(s. Fig.4)

Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält das Außenprofil AG des Armes einen Halbkreis AF. der den mit

is dem Radius R um den Mittelpunkt O gezogenen Kreis berührt. Der Halbkreis AF hai als Radius c. der gleich der Brenndicke des Treibsatzes ist, und sein Mittelpunkt Λ/liegt im Abstand R- e von O.

Das Ende A des Halbkreises A/-'liegt im Abstund e

>.i von ίλ Das andere Ende Fdes Halbkreises Λ/-'ist durch einen Kreisbogen FG verlängert, ii^r als Radius die Strecke 2c- und als Mittelpunkt das Ende Λ des Halbkreises AFhM.
hat.

js Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich für miniere Brennüicken ewiez. B.:

RI(\+j2)<e<R12.

Die Treibsätze, die diesen genjnnten Merkmalen vi entsprechen, haben im allgemeinen Brennflächen, die noch weniger abnehmen als die vorher (in den Beispielen 1 und 2) genannten Ausführungsformen.

Der Fall, in welchem e = R/2 ist. ist derjenige, in welchem Fund G zusammenfallen (s. Beispiel 2). Wenn i< c = R/(\ +/2) ist, dann kommt man ι um

Beispiel 4
(s. F ig. 5)

In diesem Fall berührt der Kreis A/ die Gerade OY undO.YinA

Beispiel 5
(s.Fig.b)

Bei diesem Alisführungsbeispiel enthält das Aiißen-

.js profil AG des Armes einen Halbkreis CF. der den mit dem Radius R um den Mittelpunkt O gezogenen Kreis berührt und dessen Radius gleich e ist und dessen Mittelpunkt M im Abstand R— e von O liegt. Der Halbkreis CFberührt eine Gerade, die parallel zu OX ist

so und den Abstand d von OX hat. Der Endpunkt C des Halbkreises CFisi durch ein Stück einer Geraden CA verbunden, die parallel zu OVist und den Abstand e von O Vhat. Das andere Ende Fdes Halbkreises CFist durch einen Kreisbogen FG verlängert, dessen Radius gleich

ss 2eund dessen Mittelpunkt der Endpunkt des Hallikrcises CFist.

Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich für Brenndikken e, im wesentlichen wie

Der Abstand J wird je nach der Art und Weise, in tier der Treibsatz hergestellt wird, gewählt, und /war vorzugsweise größer als 0,03 R. damit nicht die Verbrennung in dem Bereich, der /wischen /wei einander benachbarten Armen den Treibsatzes liegt, allzu sehr erosiv wirkt, und vorzugsweise kleiner als 0,¹Ob R, damit nicht der Füllkoeffi/itjnt des Treibsatzes all/.u sehr beschrankt wird.

Mn Iieibsät/en. clic den genannten Merkmal η

entsprechen, erhalt man die besten Ürenneigenschafti i;

sie bieten insbesondere cmc nur sehr wenig nhnehm; i-

de Brennfläche, einen großen lüllkocfiizienten ti d einen nur geringen Abbrauchest.

B e ι s [i ι e I (i
(s. I ig 7)

Dieses BeIS[HcI ertsprkhl im wesentlichen cmc n (iren/lall der vorhergehenden Ausführungsform

c - 0.3 Ii.
hier lallen die (ieraclen ( /und (M/zusammen.

Beispiel 7
(s. Γ ig. 8)

In diesem Aiisfuhriingsbeispicl enthalt das Außenpr III -Ki des Armes einen Halbkreis (V". der den mit de n Radius Ii um den Mittelpunkt O gezogenen Kn s berührt und dessen Radius gleich c ist und dess :i Mittelpunkt Λ/den Abstand R- c von O hat. (und I sind die I ndpiinklc des Durchmessers, der mit (j I fluchtet Der Halbkreis Cl berührt eine Gerade, c e parallel O\ ist und den Abstand </ von OX hat. I) r l.ndpunkl ( des Halbkreises ('/■' ist durch ein ¹I Kreisbogen ( Ii verlängert, dessen Mittelpunkt d r Punkt V ist. der auf der Geraden OM liegt.

Der Kreisbogen C /?isi durch ein Stück einer Gerad :i li\ verlängert, die parallel zu OV und um die: Strecke :■ von O) entfernt isi Dices Geradenstück HA kann ei : langenie an dem Kreisbogen CH (I ig. 8) sein. I) s andere l.mle /'de¹- Halbkreises (V ist durch ein l Kreisbogen IC· verlängert, der den Punkt /V /ι < ι Mittelpunkt hat.

Dic-e«· ^:\usluhning«-beispiel eignet sich fir gerin : Brcnudii keil c. ι;'; wesentlichen 0.10 R ■■■: e<0.3 '. voizug-Acisi-0.15 R' c"0.3 R

I heM- I teiKat/e ermöglichen ebenfalls Brennflach'. . .'!'. !■■:■ ■■ ■ ■■:· :!vH^:"">·· ¹I¹Id i-cri!;-:-: Xbbrarnlrestvo mina. aber ihi 1 ullkoefli/ ent im gioiler \ o| llt'l ll'Cll -\ ;isl lllll llllg^lol IHM

bei den

Il e I < ι ι c i K (s. I ι g.Q)

Du ses .Aii-.fuhrungsber»pu I untci scheidet sich vom vorhergehenden dadurch. IaH dei Mittelpunkt /V der Kicisbogen (Il und I'd iiif dem < ieradt ristuck Ii Λ liegt. Der Kreisbogen h< um den Mittelpunkt 'V schließt sich in dem von O)'um die Strecke ('entfernten Ci an einen anderen Kreisbogen an. tier mit dem Kadius 2c um den Pirikt Wals MitI :lpunkt gezogen ist.

Dieses Ausfülirungsbeiniiel eignet sich ebenfalls für geringe Brenndicken c, inil /war im wesentlichen fm 0.10 R< c<().3 Ii und insbesondere für 0.2 R' i"(l.l R

Die nachsti;hende Tabelle /eigt einige Brenneigen schäften tier Treibsätze. ;lic den oben beschriebenen Beispielen entsprechen.

In dieser Tabelle bezeichnen

Verhältnis /wischen Umfang /', der Anfangs Brennfläche (Umfang des Treibsatz-Quer Schnitts) zum llm'ang des Zylinder«, mit den Radius R;

Umfang des Treib'.ntzcs bei Brennschluß, wenr die Brcnndickc ι¹ aufgezehrt ist; Umfang in dem Augenblick, wenn die halbe Brcnnclicke c/2 auf).»-zehrt ist; mit:

P. JP.-.-.: k'(k-e>R)

und

PJP_n, = k/(k - c 2 F):

l'üllkoeffizient des Treibsatzes; er ist gleich den mit 100 multipliziei ten Verhältnis des um da Abbrandrestvolum-.'ii verminderten Treibsat/vo lumens zu dem Vc lumen des umschreibendei Zylinders, weshalb ρ folgendermaßen ausge drück! werden kam

P =

ρ = 100(2 k cR-r R^:).

c- R k

hie- -\r>br;:-i:ires:-!

',IPIIlCI	- der reispiclo	0.35	7	0.31	8	0.27 5	0.2
		1.233	1.4 3	1.45	1.5
0.-15	0.40	1.395	i.272	1.2 35	12
1.045	1.12	1.165	1.121	1.10:	1.0
!75	1.55	7-i.^Q	7S "	72.1
'..265	1.2'	2	1.!	1.5
• .«	7 3.7
	2.5

.·-·..· V P ■.-■■:. }'■ P verh; tnisma!

<■-:-^:;· :,= ■:· ■".:■: Brenn äche ί

. T-e-'-'-.ft·/-; ·■>-■:- c ähn-rrrH. D'

ri^-e-nd .ke ha:

'■'■'■-■' i :3 ι" ?\ '.·.Tinie'.nscher Armer.

Wie ferner aus den bc' ;hriebencn \·:Μ'ihningsbc spieler, ersichtlich. b;et:n die erfiidiirgscemäQc T-eiksäti'.e auOerdc-~i den '/nr'eil. daß hrc h'genscha ■er s:e!ls veränder'.xh M"± rhv.c d>l· &■:■ -Vr/ahl d. •Vrme eeä'rideri ■■* erden m : ite.

•.cjiien C:-en?en wie 0.:0 ^! und 2 R 3 a-ae:- inti däb doch die Arm Anzahl 4 be; ;eh -.:-er..

Die e-findungsgeniaße ■ T-eib<;ä;/e a?se: ^:ch ohr Sc^v- :er!Like:*en nach di bek--i^pn:_t;-r F!~>~~-r":ij- 'i' Svangpreßv erfahren aus hev;anr:ter "re" -off/^sar

Trcihsiil/eii. Strangpressen bei düniiiMi I reibsal/en / Xi und /(('können anden als Kreisbögen, über dtx. ι

angewendet. diesen ziemlich ähnl eh. ausjeführt sein, voran^esel,¹ ,

Die Aiisfiibni'igsbeispiele können in verschiedener daß sie ilen Kreisbogen (7 Ivrnhren und cinainhr

Weise abgewmidell werden. Insbesondere kann der ärniidislanl nut einen Abslsnd 2csiih1
(piiersdinilt dci I'rcibsät/e geändert werden. Die llögen

I I > ι /Ii λ HI,Hl /iii liniiH'.\ π

Claims

Patentansprüche:

1. Außenbrei nertreibsatz für Raketentriebwerke, der eine im wesentlichen konstante Brennfläche s aufweist und chssen Außenfläche in einen Zylinder vom Radius R einbeschrieben ist, der zwei aufeinander senkrecht stehende Symmetrieebenen hat und dessen Querschnittsfläche vier einander ähnliche Arme aufweist, wobei das AuUenprofil ,,, jedes Armes ·:ίηεη Kreisbogen enthält, der den Zylinder vom Radius R berührt, einen Radius c gleich der Breiindicke des Treibsalzes hat und mit seinem Mittelpunkt im Absland R—c von der Zylinderachse iegt, dadurch gekenn ze ich- κ net, daß der "Yeibsatz nur zwei Symmetrieebenen aufweist, wobei die einzelnen Arme (1, 2, 3, 4) unsymmetrisch.: Querschnittsformen aufweisen, und daß zwei Purute (A) der Querschnittsfläche des Außenprofüs (J) im Abstand e vom in derselben jn Querschniltsflache befindlichen Schnittpunkt (O)uer beiden Symrnet rieebenen liegen.

2. Außenbr;nnertreibsatz nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß für die Brenndicke e des Treibsatzes im wesentlichen gilt: ^