DE2459556A1 - Hydrazine-fuelled propulsion for submerged vessel e.g. torpedo - producing no wake or bubbles and allowing high submerged range - Google Patents

Hydrazine-fuelled propulsion for submerged vessel e.g. torpedo - producing no wake or bubbles and allowing high submerged range

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DE2459556A1 DE19742459556 DE2459556A DE2459556A1 DE 2459556 A1 DE2459556 A1 DE 2459556A1 DE 19742459556 DE19742459556 DE 19742459556 DE 2459556 A DE2459556 A DE 2459556A DE 2459556 A1 DE2459556 A1 DE 2459556A1
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    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B19/00—Marine torpedoes, e.g. launched by surface vessels or submarines; Sea mines having self-propulsion means
    • F42B19/12—Propulsion specially adapted for torpedoes
    • F42B19/14—Propulsion specially adapted for torpedoes by compressed-gas motors
    • F42B19/20—Propulsion specially adapted for torpedoes by compressed-gas motors characterised by the composition of propulsive gas; Manufacture or heating thereof in torpedoes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
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Abstract

A bubble-free underwater propulsion system produces energy in the form of gas and/or steam from the catalytic decomposition of hydrazine as a hydrazine/water mixture, which is passed to a turbine. The turbine exhaust gas is subjected to condensation, the soluble condensate then being pumped into the sea while a compressor forces remaining gas back into the hydrazine tank where it is available for propelling the hydrazine or hydrazine/water mixture. The fuel may be a mixture of 65% hydrazine - 35% water, or hydrazine monohydrate, or pure hydrazine. The last-mentioned may be mixed with the water necessary to give bubble-free operation just before entering the gas-generator. The system is free of the limits on operating range imposed by battery size and weight if using electric propulsion to achieve bubble avoidance.

Description

Verfahren zum blasenfreien Antrieb von Unterwasserfahrzeugen Method for the bubble-free propulsion of underwater vehicles

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum blasenfreien Antrieb von Unterwasserfahrzeugen, wie z.B. Klein-U-Boote oder Torpedes, bei dem Hydrazin oder Hydrazin-Wasser-Gemische, die in einem Gasgenerator katalytisch zersetzt werden, als Energieträger verwendet werden.The invention relates to a method for the bubble-free drive of Underwater vehicles, such as small submarines or torpedes, with the hydrazine or Hydrazine-water mixtures that are catalytically decomposed in a gas generator, be used as an energy source.

Zum Antrieb von Unterwasserfahrzeugen sind Elektroantriebe, Pumpe@-strahlantriebe oder Antriebe mit Verbrennungsmotoren bekannt.Electric drives, pump @ jet drives are used to drive underwater vehicles or drives with internal combustion engines are known.

Von diesen bekannten Antriebssystemen ist lediglich der Elektroantrieb blasenfrei, hat aber den großen Nachteil, daß mit relativ großen Batterie-Volumina und -gewichten nur relativ kleine Laufzeiten und E@tfernungen erreicht werden können. Üblich sind dabei b@@ einer Betrich@dauer von etwa 8 - 10 Minuten @@ichweiten von 10 - 12 @@.Of these known drive systems, only the electric drive is bubble-free, but has the major disadvantage that with relatively large battery volumes and weights only relatively short running times and distances can be achieved. It is common practice to take around 8-10 minutes of duration 10 - 12 @@.

Für moderne Unterwasserfahrzeuge, beispielsweise Torperdos, werden aber Reichweiten von 30 - 50 km gefordert, wobei zusätzlich wegen der Gefahr vorzeitiger Entdeckung eine völlige Blasen- und Spurfreiheit notwendig ist.For modern underwater vehicles, such as torperdos, are but ranges of 30 - 50 km are required, with additional premature risk because of the risk Discovery of a complete absence of bubbles and tracks is necessary.

Diese Reichweitenforderung ist zwar mit den o.g. anderen Antrieben ohne Schwierigkeit zu erfüllen, doch sind diese Antriebe grundsätzlich nicht blasenfrei.This range requirement is true with the other drives mentioned above to meet without difficulty, but these drives are basically not bubble-free.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Antrieb von Unterwasserfahrzeugen anzugeben, das sowohl die Reichweitenforderung als auch die absolute Freiheit von Blasen erfüllt.The object of the present invention is to provide a method for driving of underwater vehicles to indicate that both the range requirement and fulfilled the absolute freedom from bubbles.

Erfindungsgemäß besteht das Verfahren des blasenfreien Antriebes von Unterwasserfahrzeugen unter Verwendung von Ilydrazin oder Hydrazin-Wasser-Gemisch als Energieträger darin, daß a) in an sich bekannter Weise die bei der katalytischen Zersetzung des Hydrazins bzw. des Hydrazin-Wasser-Gemischs freiwerdenede Energie zum Antrieb einer Turbine verwendet wird, b) die bei der Zersetzung entstehenden Gase bzw. Dämpfe nach Ab gabe ihrer Energie in der Turbine einem Kondensator zugeführt, c) die wasserlöslichen Anteile nach ihrer Kondensation durch eine Pumpe in das das Unterwasserfahrzeug umgebende Seewasser gefördert und d) die nichtwasserlöslichen Gase mittels eines Verdichters in den Hydrazinbehälter zurückgedrückt werden.According to the invention, the bubble-free drive method consists of Underwater vehicles using ilydrazine or a hydrazine-water mixture as an energy source in that a) in a known manner in the catalytic Decomposition of the hydrazine or the hydrazine-water mixture released energy is used to drive a turbine, b) those produced during decomposition Gases or vapors are fed to a condenser after their energy has been released in the turbine, c) the water-soluble components after their condensation by a pump into the Underwater vehicle surrounding sea water promoted and d) the insoluble in water Gases are pushed back into the hydrazine tank by means of a compressor.

Es ist vorteilhaft, die in den Hydrazinbehälter zurückgedrückten nichtwasserlöslichen Anteile als Fördergas für das hydrazin bzw.It is advantageous to use the non-water-soluble ones that are pushed back into the hydrazine container Proportions as conveying gas for the hydrazine resp.

Hydrazin-Wasser-Gemisch zu verwenden. Vorzugsweise wird als Enerträger ein Hydrazin-Wasser-Gemisch mit etwa 65% N2H4 und etwa 35% 1120 verwendet. Diese MIschung von Hydrazin und Wasser kann leicht durch die Verwendung von Hydrazinmonohydrat erreicht werden.Use a hydrazine-water mixture. Preferably used as a carrier a hydrazine-water mixture with about 65% N2H4 and about 35% 1120 is used. These Mixing hydrazine and water can easily be achieved through the use of hydrazine monohydrate can be achieved.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, dcn Tank nur mit reinem Hydrazin zu füllen und den zur Erzielung der Blasenfreiheit erforderlichen Wasseranteil dem Hydrazin kurz vor dessen Eintritt in den Gasgenerator zuzumischen. Dieser Wasseranteil von ca. 35% könnte vorteilhaft aus dem umgebenden Seewasser entnommen werden Damit ist eine Volumenverringerung des Treitstofftanks von ca. 30 bis 33% verbunden.But there is also the option of using the tank only with pure hydrazine to fill and the necessary to achieve freedom from bubbles Water content to be added to the hydrazine shortly before it enters the gas generator. This proportion of water of about 35% could advantageously be taken from the surrounding lake water is associated with a volume reduction of the fuel tank of approx. 30 to 33%.

Ein besonderer Vorteil des Antriebsverfahrens nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß die kondensierbaren Anteile der be der katalytischen Zersetzung von Hydrazin bzw. Hydrazin-Wasser-Ge.-mischen entstehenden Gase bzw. Dämpfe sich sofort in Wasser lösen, ohne irgendwelche Spuren zu hinterlassen. Bei Verwendung eines IIydrazin-Wasser-Gemischs in den angegebenen Prozentsätzen entsteht nur ein sehr geringer Anteil an Wasserstoffgas, so daß die nichtlöslichen Anteile im wesentlichen aus Stickstoff bestehen, das seinerseits in hervorragendem Maße als Fördergas für das Hydrazin bzw. Hydrazin-Wasser-Gemisch geeignet ist. Die zum Betrieb der Pumpe bzw. des Verdichters erforderliche Leistung beträgt nur ein Bruchteil der gesamten installierten Leistung und kann daher ohne weiteres in kauf genommen werden, wenn auf diese Weise die völlige Blasenfreiheit des Antriebssystems erreicht wird.A particular advantage of the drive method according to the invention is it can be seen that the condensable fractions of the be the catalytic decomposition gases or vapors arising from hydrazine or hydrazine-water mixtures Dissolve immediately in water without leaving any traces. Using of a hydrazine-water mixture in the specified percentages results in only one very low proportion of hydrogen gas, so that the insoluble parts are essentially consist of nitrogen, which in turn is excellent as a conveying gas for the hydrazine or hydrazine-water mixture is suitable. The one to operate the pump or the compressor required is only a fraction of the total installed capacity and can therefore be accepted without further ado, if in this way, the drive system is completely free of bubbles.

In der beigefügten Zeichnung ist schematisch ein Antriebssystem dargestellt, bei dem das Verfahren nach der Erfindung verwendet ist.In the attached drawing, a drive system is shown schematically, in which the method according to the invention is used.

Ein Druckbehälter 1, in dem Stickstoff zur Einleitung des Antriebsvorgangs enthalten ist, ist über eine Druckleitung 3 mit einem Füll- und Absperrventil 2 mit dem Vorratsbehälter 4 für das Hydrazin bzw. Hydrazin-Wasser-Gemisch 5 verbunden. Der Vorraisbehälter 4 ist über das Regelventil 6 an den Gasgenerator 7 angeschlossen, in dem die katalytische Zersetzung des Hydrazins bzw.A pressure vessel 1 in which nitrogen is used to initiate the drive process is contained is via a pressure line 3 with a filling and shut-off valve 2 connected to the reservoir 4 for the hydrazine or hydrazine-water mixture 5. The reservoir 4 is connected to the gas generator 7 via the control valve 6, in which the catalytic decomposition of the hydrazine resp.

Hydrazin-Wasser-Gemischs erfolgt. Die bei der Zersetzung entstehenden Gase bzw. Dämpfe dienen zum Antrieb einer Turbine 8, die über die Welle 9 mit dem Getriebe 10 und den Antriebsschrauben 11 verbunden ist. Über zwei Vorgelegewellen 12, 13 sind eine Pumpe 14 und ein Verdichter 15 antreibbar.Hydrazine-water mixture takes place. Those resulting from the decomposition Gases or vapors are used to drive a turbine 8, which over the Shaft 9 is connected to the transmission 10 and the drive screws 11. About two Countershafts 12, 13, a pump 14 and a compressor 15 can be driven.

Stromabwärts der Turbine 8 ist ein Kondensator 16 vorgesehen, der im Gegenstrom von Seewasser zur Abkühlung der Turbinenabgase durchströmt ist. Von dem Kondensator 16 führt eine Leitung zur Pumpe 14, mittels derer das aus einem Gemisch von Ammoniak und Wasser bestehende Kondensat in das das Unterwasserfahrzeug Pumpe bende Seewasser gefördert wird. Der Gasdom des Kondensators le ist mit dem Verdichter 15 verbunden, der die nichtwasserlöslichen Gase, die überwiegend aus Stickstoff bestehen, über die. Drucsleitung 17 mit dem Rückschlagventil 18 in den Hydrazinbehälter 4 zurück-fördert.Downstream of the turbine 8, a condenser 16 is provided, the is flowed through in countercurrent by seawater to cool the turbine exhaust gases. from the condenser 16 leads a line to the pump 14, by means of which the from a Mixture of ammonia and water existing condensate in the underwater vehicle The pump is pumping seawater. The gas dome of the capacitor le is with the Compressor 15 connected, the non-water-soluble gases that predominantly from Nitrogen exist over the. Drucsleitung 17 with the check valve 18 in the Hydrazine tank 4 back-pumps.

1.ird als Energieträger ein Elydrazin-l1asser-Gemisch von etwa 65% N2HI und 35% 1120 verwendete dann entsteht bei der katalytischen Zersetzung dieser Mischung in einem Gasgenerator ein Heißgasgemisch, das (in Gewichtsprozenten) zu 35% aus Wasser bzw. Wasserdampf, 42,5% Ammoniak bzw. Ammoniakdampf, 22% Stickstoff und nur 0,5% Wasserstoff besteht. Aus Kostengründen bietet sich der Ein satz von Hydrazinmonohydrat mit 64% Hydrazin- und 36% Wasseranteil an. Das Hydrazinmonohydrat fällt in großen Mengen relativ preis wert bei der Hydrazinherstellung an.1. is an elydrazine / water mixture of about 65% as the energy source N2HI and 35% 1120 used then result from the catalytic decomposition of this Mixing in a gas generator a hot gas mixture, which (in percent by weight) to 35% from water or water vapor, 42.5% ammonia or ammonia vapor, 22% nitrogen and only consists of 0.5% hydrogen. For reasons of cost, it is advisable to use Hydrazine monohydrate with 64% hydrazine and 36% water. The hydrazine monohydrate is relatively inexpensive in large quantities in the production of hydrazine.

Die Arbeitsweise dieses Antriebssytstem.s kann folgendermaßen beschrieben werden. Bei Betätigung des Ventils 2 strömt der in dem Druckbehälter 1 enthaltene Stickstoff durch die Leitung 3 in den Behälter 4 und drückt aus diesem das Hydrazin bzw. Hydrazin-Wasser-Gemisch in den Gasgenerator 7. Das durch katalytische Zersetzung des Energieträgers entstehende Heißgas- bzw. Dampfgemisch wird auf die Turbine 8 Gleitet und treibt diese damit über das Getriebe 10 di Propeller 11 an. Dabei wird das Gas entspannt und strömt dann in den Kondensator 16, in dem die kondensierbaren Anteile des Gas-Dampf-Gemischs, nämlich das Ammoniak und das Wasser kondensieren, Dicse verflüssigten Anteile werden dann von der Pumpe 14, die vom Getriebe 10 über die Vorgelegewelle 12 angetrieben ists außenbords gepumpt. Dabei löst sich der Ammoniakanteil sofort spurenfrei im Seewasser.The operation of this drive system can be described as follows will. When the valve 2 is actuated, that contained in the pressure vessel 1 flows Nitrogen through the line 3 into the container 4 and presses the hydrazine out of this or hydrazine-water mixture in the gas generator 7. This is done by catalytic decomposition The hot gas or steam mixture produced by the energy source is applied to the turbine 8 This slides and drives it via the gear 10 di propeller 11. It will the gas relaxes and then flows into the condenser 16, in which the condensable parts of the gas-vapor mixture, namely the ammonia and the Condense water, the liquefied parts are then from the pump 14, the Driven by the transmission 10 via the countershaft 12, it is pumped outboard. The ammonia content dissolves immediately in the seawater without leaving any trace.

Die nichtkondensierbaren Anteile, nämlich der Stickstoff und der Wasserstoff, sammeln sich im Dom des Kondensators und werden von hier durch den Verdichter 1.5, der vom Getriebe 10 über die Vorgelegewelle 13 angetrieben ist, durch die Druckleitung 17 und di.e Leitung 3 wieder in den Vorratsbehälter 4 gefördert. Auf diese Weise kann dieser Anteil im weiteren Verlauf als Fördergas für den Energieträger dienen so daß in dem Druckbehälter 1 nur ein relativ geringer Vorrat an Stickstoff zur Einleitung des Antriebsverfahrens mitgeführt werden muß.The non-condensable parts, namely the nitrogen and the hydrogen, collect in the dome of the condenser and are from here by the compressor 1.5, which is driven by the transmission 10 via the countershaft 13, through the pressure line 17 and di.e line 3 conveyed back into the storage container 4. In this way this portion can serve as a conveying gas for the energy carrier in the further course so that in the pressure vessel 1 only a relatively small supply of nitrogen for Initiation of the drive process must be carried out.

- Patentansprüche - L e e r s e i t e- patent claims - L e r s e i t e

Claims (5)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum blasenfreien Antrieb von Unterwasserfahrzeugen untcr Verwendung von Hydrazin oder Hydrazin-Wasser-Gemischen als Energieträger, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß a) in an sich bekannter Weise die bei der katalytischen Zersetzung des Hydrazins bzw des Hydrazin-Wasser-Gemischs freiwerdende Energie zum Antrieb einer Turbine (8) verwendet wird, b) die bei der Zersetzung entstehenden Gase bzw. Dämpfe nah Abgabe ihrer Energie in der Turbine (8) einem Kondensator (16) zugeführt, c) die wasserlöslichen Anteile nach ihrer Kondensation durch eine Pumpe (14) in das das Unterwasserfahrzeug umgebende Seewasser befördert und d) die nichtwasserlöslichen Gase mittels eines Verdichter (15) in den Hydrazinbehälter (4) zurückgedrückt werden. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Procedure for a bubble-free drive of underwater vehicles using hydrazine or hydrazine-water mixtures as an energy carrier, in that a) is known per se This is the case with the catalytic decomposition of the hydrazine or the hydrazine-water mixture energy released is used to drive a turbine (8), b) the Decomposition resulting gases or vapors release their energy in the turbine (8) fed to a condenser (16), c) the water-soluble components according to their Condensation by a pump (14) in the sea water surrounding the underwater vehicle conveyed and d) the water-insoluble gases by means of a compressor (15) in the hydrazine container (4) must be pushed back. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die in den Hydrazinbehälter (4) zurückgedrückten nichtwasserlöslichen Anteile als Fördergas für das Hydrazin bzw. Hydrazin-Wasser-Gemisch verwendet werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the water-insoluble fractions that are pushed back into the hydrazine container (4) can be used as a conveying gas for the hydrazine or hydrazine-water mixture. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n n z e i c h n e t, daß als Energieträger ein Hydrazin-Wasser-Gemisch mit etwa 65% N2H4 und etwa 35% H2O verwendet wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n n z e i c h n e t that a hydrazine-water mixture with about 65% N2H4 and about 35% H2O is used. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t> daß als Energieträger Hydrazin oder Ilydrazinmonohydrat verwendet wird.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n -z e i c Note that hydrazine or ilydrazine monohydrate is used as an energy source. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Treibstofftank reines Hydrazin enthält und der zur Erzielung der Blasenfreiheit erforderliche Wasseranteil dem Hydrazin kurz vor des Eintritt in den Gasgenerator zugemischt wird.5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n -z e i c n e t that the fuel tank contains pure hydrazine and that to achieve the Bubble-free required water content of the hydrazine shortly before entering the gas generator is admixed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2535034A1 (en) * 1975-08-06 1977-02-10 Agfa Gevaert Ag PHOTOGRAPHIC COLOR COPIER WITH A PHOTOELECTRICALLY CONTROLLED EXPOSURE CONTROL DEVICE
EP0187212A1 (en) * 1984-12-01 1986-07-16 ERNO Raumfahrttechnik Gesellschaft mit beschränkter Haftung Power system independent of the ambient air for burning propellant combinations
DE4304688A1 (en) * 1993-01-05 1994-07-07 Rauscher Georg Low temp. heat engine e.g. for vehicle, current generator, refrigerator

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