DE2506489B2

DE2506489B2 - Selbstentleerender behaelter fuer raumfahrzeuge

Info

Publication number: DE2506489B2
Application number: DE19752506489
Authority: DE
Inventors: Jean G Chilly-Mazarin; Hilvert Andre R Pontoise; Labbe (Frankreich)
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1975-02-15
Publication date: 1977-12-01
Also published as: SU731886A3; FR2261944A1; US3984051A; FR2261944B1; DE2506489A1; DE2506489C3; GB1475461A

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstentleerenden Behälter für Raumfahrzeuge, der ein poröses Rückhaltematerial enthält, das mit der Innenfläche seiner Hülle v> in Verbindung steht und dessen Porengröße sich in der Entleerungsrichtung zunehmend verringert.

Es ist bereits ein Treibstoffzuführungssystem für lonenantriebe bekannt (US-PS 33 79 855), das im wesentlichen aus einem Behälter mit einer Einfüllöff- w> nung und mit einer Auslaßöffnung besteht, wobei der Behälterhohlraum mit einem Metallvlies ausgefüllt ist, dessen Porengröße sich in Entleerungsrichtung verringert. Dabei besteht der Vlies aus einer Vielzahl sich berührend aneinanderliegender scheibenförmiger Ab- h> schnitte, die jeweils unter sich unterschiedliche Porengrößen aufweisen. Um den Treibstoffluß in Entleerungsrichtung in Gang zu bringen und aufrecht zu erhalten, ist direkt anschließend an die austrittsseitige Endfläche des mit den feinsten Poren versehenen Vliesabschnittes ein elektrisch beheizter Verdampfer angeordnet, der von einem rohrförmigen Endstück des Behälters umgeben

Durch die sich zwangsläufig aus der schichtweisen Aneinanderreihung der mit verschiedenen Porengrößen ausgestatteten Vliesabschnitte ergebende stufenweise Verringerung der Porengrößen in Richtung Austrittsöffnung bilden sich jeweils in den Übergangsebenen von einer Porengröße zur nächst kleineren Porengröße Kapillar-Fluß-Unterbrechungen, die sich wie Übergangswiderstände auswirken. Außerdem kann innerhalb der einzelnen VSiesschichten bzw. Vliesabschritte ein kapillarer Sog in Austrittsfließrichtung gar nicht entstehen, weil die Porengröße innerhalb der einzelnen Schichten konstant ist. Die Wirkungsweise dieses bekannten Systems ist somit unbefriedigend und verbesserungsbedürftig. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einem selbstentleerender Flüssigkeitsbehälter für Raumfahrzeuge der eingangs genannten Art die wirkungshemmenden Ursachen zu beseitigen, um den auf der Kapillarwirkung beruhenden Treibstofffluß über die gesamte Fließstrekke ununterbrochen in Gang zu halten und dadurch den an sich bekannten Effekt für die praktische Anwendung erheblich zu erhöhen. Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Rückhaltematerial einstückig ausgebildet ist und eine abgeteilte Struktur aufweist, wobei die Querschnitte der gebildeten Abteile und die Porengröße in Entleerungsrichtung stetig kleiner werden.

Durch die einstückige Ausgestaltung des sich im Flüssigkeitsbehälter befindenden Rückhaltematerials einerseits und durch die sich in Entleerungsrichtung stetig verringernden Querschnitte der einzelnen Abteile sowie deren Porengröße andererseits wird der optimale Flüssigkeitsfluß in Richtung Auslaßöffnung erzielt, wobei hinzukommt, daß durch die abgeteilte Struktur des Rückhaltematerials leere Hohlräume innerhalb des Flüssigkeitsbehälters entstehen, die zur Aufnahme von Flüssigkeit dienen. Es wird also nicht nur eine bessere Flüssigkeitsförderung in Entleerungsrichtung, sondern auch eine erheblich größere Aufnahmekapazität für die mitzuführende Flüssigkeit erreicht.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Porengröße des Rückhaltematerials vom Umfang zur Mitte hin sich zunehmend verringert. Dadurch entsteht im Zentrum des Rückhaltematerials ein Kern, der die Aufgabe eines Dochtes erfüllen kann und somit einen Docht, wie er bei anderen bekannten selbstentleerenden Flüssigkeitsbehältern vorhanden sein muß, überflüssig macht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind den Patentansprüchen 3 — 10 zu entnehmen.

Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsbehälter eignet sich besonderes gut für ein Caesiumionen-Antriebsaggregat. Die sich entwickelnden Kapillarkräfte gestatten nicht nur die regelmäßige Flüssigkeitszufuhr zum Antrieb im Zustand der Schwerelosigkeit oder der Gegenschwerkraft, sondern stellen auch die Versorgung in dem Fall sicher, in dem der Behälter sich in einem Kraftfeld befindet, wie z. B. demjenigen, das entsteht durch die Drehung des Satelliten, der den Ionenantrieb trägt, oder im Felde der Schwerkraft, selbst wenn diese entgegengesetzt zu den Kapillarkräften wirkt, so daß vor der Verwendung auf dem künstlichen Satelliten Versuche am Boden durchgeführt werden können.

Anhand der Zeichnungen wird nun im folgenden die

Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geöffnete perspektivische Ansicht eines Behälters nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt des Behälters der F i g. 1

Fig. 3 eine Seitenansicht mit teilweise weggelassenem Vorderteil der Hülle und

F i g. 4 ein Diagrammschaubild.

Der in Fig. 1 dargestellte Behälter 11 besteht aus einer Hülle 12 von zylindrischer Form. Während der eine Boden 13 flach sein kann, weist das andere Ende 14 des Behälters 11, das als Austrittsende dient, funktionsbedingt einen sich stetig verringernden Querschnitt auf und ist z. B. halbkugelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Zur Vereinfachung der Fabrikation kann das erste Ende 13 ebenfalls eine Form haben, die der Form des austrittsseitigen Endes 14 ähnlich ist.

Im Innern der Hülle 12 ist ein Raumteiler 15 aus Rückhaltematerial untergebracht. Der Raumteiler 15 besteht aus Rippen oder Wänden 16, deren Begrenzungsflächen 17 mit der Innenseite 18 der Hülle 12 in Berührung stehen und somit dem Profil der Hülle 12 angepaßt sind. Die Rippen 16 erstrecken sich radial und schließen zwischeneinander sektorförmige Anteile 19 ein, deren Querschnitte sich zur Achse 21 hin stetig verjüngen. Die Rippen sind durch einen zentralen axial verlaufenden Kern 22 miteinander verbunden.

Der Raumteiler 15, d. h. die Rippen oder Wände 16 und der Kern 22 bestehen vorzugsweise aus einem Metallvlies, dessen Herstellung beispielsweise aus der FR-PS 20 58 732 bekannt ist.

Die durchschnittliche Größe der Poren dieses Metallvlieses verringert sich in den Rippen 16 mit geringer werdendem radialem Abstand von der Achse 21. Außerdem verringert sich die durchschnittliche Größe der Poren des Metallvlieses auch mit dem zunehmenden axialen Abstand vom hinteren Boden 13, und zwar ebensowohl in den Rippen 16 als auch im Kern 22.

Die erwünschten Unterschiede der Porengröße ergeben sich aus der Verformung des porösen Metallvliesmaterials mittels mehr oder weniger großer Druckkräfte oder durch die Wirkung der Zentrifugalkraft.

Für die Bearbeitung wird das Metallvlies mit einer aushärtbaren Masse gefüllt, wie z. B. Methylpolymethacrylat oder einem Wachs wie Ceresine. Die Bearbeitung verursacht keine Quetschungen und läßt im Gegenteil dem Vlies die für die Wirkung der Kapillarkräfte günstigsten Oberflächenbedingungen.

Die Berührungsfläche zwischen dem porösen Metailvliesmaterial und der Flüssigkeit, mit der der Behälter gefüllt wird — gewöhnlich handelt es sich dabei um Caesium — ist wesentlich geringer als bei einem Behälter, dessen Hülle mit einer fiberartigen Masse gefüllt ist. Die Verunreinigung der Flüssigkeit wird also auf ein Minimum beschränkt.

Der Behälter besitzt keinen von einem Ende zum anderen gehenden Docht, sondern lediglich einen kurzen Enddocht 31, der zur Verbindung mit dem Behälter in einer Bohrurg 32 im vorderen Ende des Kerns 22 befestigt ist. Der Docht 31 ist in die genannte Bohrung eingepreßt.

Bei der Anwendung in einem Ionenantrieb wird das Caesium, daß in regelmäßigem Fluß am genannten Docht ankommt, verdampft und gelangt zum eigentlichen ionenantrieb, der aus einer auf hohe Temperaturen geheizten Wolframfläche und Elektroden besteht, die die Beschleunigung der ionisierten Caesiumatome, die aus der Fläche austreten, sicherstellen. Die elektrische Neutralisierung der in Bewegung gebrachten Atome wird in bekannter Weise erzielt.

Das Diagramm F i g. 4 zeigt die Gesetzmäßigkeit der Veränderung des mittleren Porendurchmessers in Abhängigkeit von der Länge des Behälters, das eine gute Versorgung des Dochtes sicherstellt. In diesem Diagramm sind auf der Abszisse die axialen Abstände vom hinteren Behälterboden 13 aufgetragen und auf der Ordinate die Porendurchmesser.

Die Kurve a 1 stellt den Verlauf der Durchmesseränderung der Poren eines Raumteilers 15, beginnend mit einem maximalen Durchmesser von 200 μ dar, der ein gutes Arbeiten selbst bei Kraftfeldern von O₁! g sicherstellt, wobei g die Schwerkraftbeschieunigung ist. Die Kurve 6 1 ist charakteristisch für einen Raumteiler, der ein gutes Arbeiten selbst im Felde der Schwerkraft sicherstellt.

Die Kurven a 2 und 6 2 sind ähnlich den Kurven ;i 1 und b 1, beziehen sich jedoch auf Porendurchmesser, von denen der größte 100 μ ist.

Die Kurven ;i3 und 6 3 sind ähnliche Kurven, jedoch für einen maximalen Porendurchmesser von 40 μ.

In einer Art der Ausführung ist vorgesehen, die innere Fläche 18 der Hülle mit einer Schicht von Fasermaterial zu bedecken, die mit dem Raumteiler 15 in Verbindung steht. Dadurch wird die Menge der »nichtaufsaugbaren« Flüssigkeit weiter verringert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstentleerender Flüssigkeitsb .,alter für Raumfahrzeuge, der ein poröses Rückhaltematerial enthält, das mit der Innenfläche seiner Hülle in Verbindung steht und dessen Porengröße sich in der Entleerungseinrichtung zunehmend verringert, d a durch gekennzeichnet, daß das Rückhaltematerial (15) eine abgeteilte Struktur aufweist, wobei die Querschnitt der gebildeten Abteile (19) und die Porengröße in Entleerungsrichtung stetig kleiner werden.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße des Rückhaltematerials (15) vom Umfang zur Mitte hin sich zunehmend verringert.

3. Behälter mit einer im wesentlichen zylindrischen Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung (15) sternförmig ausgebildet ist.

4. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (12) am Austrittsende (14) halbkugelförmig ausgebildet ist.

5. Behälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Metallvlieses aus metallischen Hohlfasern als Werkstoff für den Raumteiler.

6. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Werkstoff des Raumteilers (15) der zwischen Nickel und Kobalt liegenden Werkstoffgruppe angehört.

7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der inneren Oberfläche der Hülle (12) mit einer Schicht eines porösen Materials, das mit dem porösen Material des Raumteilers (15) verbunden ist, ausgekleidet ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Raumteilers nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ausgehend von einem Metallvlies die Abmessungen der Zwischenräume und Poren reguliert, indem man das Material einem um so stärkeren Druck aussetzt, als man kleinere Poren wünscht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abmessungen der Poren reguliert durch die Anwendung einer Verformung durch Schleudern.

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