DE2927830A1 - Treibstoffdruckerzeugungssystem fuer einen gasgenerator - Google Patents

Treibstoffdruckerzeugungssystem fuer einen gasgenerator

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DE2927830A1
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DE
Germany
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fuel
combustion chamber
pressure
outlet
reservoir
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Withdrawn
Application number
DE19792927830
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English (en)
Inventor
Adrian Abott
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BAE Systems PLC
Original Assignee
Sperry Rand Ltd
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44—Feeding propellants
    • F02K9/50—Feeding propellants using pressurised fluid to pressurise the propellants

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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
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  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)

Description

Patentanwälte Di ρ I.-I r, g. C U rt Wal I ac h
Dipi.-Ing. Günther Koch
_r_ Dipl.-Phys, Dr.Tino Haibach
Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d
Datum:
Unser Zeichen:
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Beselchnung: Treifcstofrdruekerzeugungssystem i'ür einen
Gasgenerator
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Treibstoffdruckerzeugungssystem für einen Gasgenerator, wie er beispielsweise für den Vorschub und/oder die Lenkung von Lenkraketen verwendet wird.
Ein Gasgenerator weist normalerweise eine Verbrennungskammer und einen Treibstoffvorratsbehälter auf und der Treibstoff wird der Verbrennungskammer zugeführt und in dieser verbrannt, um ein heißes Gas zu erzeugen, das einer Last wie z. B. einer Auslaßdrosselstelle zugeführt wird. Der Treibstoff kann ein Einzeltreibstoff oder ein Doppeltreibstoff sein, er muß jedoch in jedem Fall der Verbrennungskammer normalerweise unter Druck zugeführt werden, und es ist eine Vielzahl von verschiedenen Treibstoffzuführungsoder Treibstoffdruckerzeugungssystemen bekannt. Der Treibstoffvorratsbehälter kann unter Verwendung einer durch Ventileinrichtungen gesteuerten Gasflasche oder unter Verwendung einer Feststoffladungszündeinrichtung wie z. B. einer Kordit-Ladungszündeinrichtung unter Druck gesetzt werden, die mit dem Treibstoffvorratsbehälter über Drucksteuereinrichtungen verbunden sind und denen irgendeine Art von Zündeinrichtung zugeordnet ist, wobei diese Ladung ein unter Druck stehendes Gas erzeugt, das den Treibstoffvorrat sb ehält er unter Druck setzt.
Ein anderes bekanntes Treibstoffzuführungssystem beruht auf einer Pumpe zur Übertragung von Treibstoff von dem Vorratsbehälter zur Brennkammer und die Pumpe kann aus einer Leistungsversorgung (bordseitig oder entfernt
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angeordnet) oder mit Hilfe einer Turbine betrieben wer- : den, die von einem Hilfsgasgenerator angetrieben wird. Ein weiteres alternatives System ist das sogenannte "bootstrap"· System, bei dem in der Verbrennungskammer erzeugtes Gas über Druckverstärkungseinrichtungen, wie z. B. einen Differentialkolben, zur Druckerzeugung in dem Treibstoffvorratsbehälter verwendet iirird. Alle diese bekannten Treibstoffdruckerzeugungs-/Versorgungssysteme weisen einen oder beide Nachteile der Vergrößerung der Masse des Gasgenerators und der Verwendung von sich bewegenden Teilen auf, und diese Probleme sind insbesondere im Zusammenhang mit Lenkraketen schwerwiegend, weil der zur Verfügung stehende Raum beschränkt ist und Bauteile mit bewegenden Teilen Zuverlässigkeitsprobleme hervorrufen.
Eines der zweckmäßigsten Treibstoffdruckerzeugungssysteme ist das System, das eine Gasflasche verwendet, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Abgesehen von der Tatsache, daß dieses System den Nachteil aufweist, daß die Gasflasche einen relativ großen-Kaum einnimmt, kann die Gasflasche zu schwerwiegenden Haridhabungsproblemen führen. Bei_ einem typischen Gasgenerator liegt der Druck, der in der Gasflasche gespeichert werden muß, in der Größenordnung von 413 bar (6000 psi),und jeder einen derartigen Innendruck aufweisende Behälter stellt eine Gefahrquelle dar und das Sicherheitsverfahren für die Handhabung dieses Gasbehälters kann sehr mühsam und aufwendig sein.
Die Folge der Vorgänge in einer Brennkammer kann wie folgt zusammengefaßt werden: .
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Treibstoffeinspritzung
Treibstoffatomisierung
Treibstoffverdampfung
chemische iieaktion, bei der heiße Gase erzeugt werden.
Die Zeit, die für den Ablauf der chemischen lieaktion nach der Treibstoffeinspritzung erforderlich ist, ändert sich mit der Art des verwendeten Treibstoffs und den Bedingungen, doch liegt sie in vielen Fällen in der Größenordnung von einigen Millisekunden. Im eingeschwungenen Zustand oder Dauerbetrieb ist der Vorgang kontinuierlich, doch können bei Vorhandensein von Störungen Schwingungen im Druck des erzexigten Gases auftreten, und diese Schwingungen können wie folgt unterteilt werden:
Unregelmäßige Verbrennung - eine niederfrecmente Schwingung im Bereich von 20 bis 200 Hz aufgrund von Druckwechselwirkungen zwischen dem Treibstoff und der Brennkammer.
Schnarren - üblicherweise aufgrund von Schwingungen des Gasgenerators im Bereich von 200 bis 2000 Hz.
Kreischen - dies tritt bei einer Frequenz von oberhalb 1000 Hz auf und ergibt sich aus Verbrennungsdruckwellen, wobei dieser Vorgang zu Zerstörungen führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Treibstoffdruckerzeugungssystem für einen Gasgenerator zu schaffen, das eine verringerte Masse und einen verringerten
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Raumbedarf aufweist Und das nur wenige sich bewegende Teile benötigt.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Treibstoffdruckerzeugungssystem für einen Gasgenerator mit einem unter
Druck setzbaren Treibstoffvorratsbehälter mit einem ersten Auslaß, der mit dem Gasgenerator verbindbar ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Treibstoffvorratsbehälter einen zweiten Auslaß aufweist, daß eine Brennkammer
vorgesehen ist, die einen mit dem zweiten Auslaß des Treibstoffvorratsbehälters verbundenen Einlaß, einen ersten
Auslaß für das erzeugte Gas und einen zweiten mit - dem
Treibstoffvorratsbehälter verbundenen Auslaß aufweist, daß Einrichtungen zur Erzielung eines anfänglichen Unterdrucksetzens des Treibstoffvorratsbehälters zur Zuführung von
Treibstoff an die Brennkammer vorgesehen sind, worauf der Treibstoffvorratsbehälter durch das in der Brennkammer erzeugte Gas über eine Verbindung zwischen dem Treibstoffvorratsbehälter und der Brennkammer unter Druck gesetzt
wird, daß die Verbindung zwischen dem zweiten Auslaß des
Treibstoffvorratsbehälters und dem Einlaß der Brennkammer mit TreibstoffStrömungssteuereinrichtungen versehen ist,
die die Treibstoffströmung von dem Vorratsbehälter zur
Brennkammer ermöglichen, wenn der Druck in dem Treibstoffvorratsbehälter größer als in der Brennkammer ist, und die die Treibstoffströmung unterbrechen, wenn der Druck in der Brennkammer höher als in dem Treibstoffvorratsbehälter
ist, daß die Verbindung zwischen dem zweiten Auslaß der
Brennkammer und dem Treibstoffvorratsbehälter mit Gasströmungssteuereinrichtungen versehen ist, die eine Gasströmung von der Brennkammer zum Treibstoffvorratsbehälter ermöglichen, wenn der Druck in der Brennkammer größer als
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der Druck in dem Treibstoffvorratsbehälter ist, und die diese Gasströmung unterbrechen, wenn der Druck in dem Treibstoffvorratsbehälter größer ist als in der Brennkammer, und daß die Treibstoffströmungssteuereinrichtungen so ausgebildet sind, daß sie bei einem Absolutdruck arbeiten, der niedriger als der Absolutbetriebsdruck der Gasströmungssteuereinrichtungen ist, so daß die Treibstoffzuführung an die Brennkammer zyklisch und seIbsterzeugend erfolgt.
Aufgrund der Verwendung des in der Brennkammer erzeugten Gases zum direkten Unterdrucksetzen des Treibstoffvorratsbehälters wird die Anzahl der Bauteile mit sich bewegenden Teilen verringert, und zwar ebenso wie die Masse des Gasgenerators.
Es ist aus dem vorstehenden zu erkennen, daß es aufgrund der Zeitverzögerung zwischen der Treibstoffeinspritzung und der chemischen Reaktion möglich ist, Drücke in der Brennkammer zu erzeugen, die höher als der Treibstoffeinspritzdruck sind. Bisher wurde diese Erscheinung als unerwünscht betrachtet, während das erfindungsgemäße Treibstoffdruckerzeugungssystem diese höheren Drücke in der Brennkammer mit Vorteil ausnutzt und zur Treibstoffdruckerzeugung verwendet.
Die Einrichtungen zur Erzielung eines Anfangsdruckes in dem Treibstoffvorratsbehälter können durch eine getrennte, einen relativ niedrigen Druck aufweisende Druckquelle gebildet sein, die mit dem Treibstoffvorratsbehälter verbunden ist, oder der Treibstoffvorratsbehälter selbst kann auf einen relativ niedrigen Druck gebracht werden.
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Alternativ kann eine FeststoffZündeinrichtung vorgesehen sein, um unter Druck stehendes Gas zu erzeugen, das entweder direkt dem Treibstoffvorratsbehälter zugeführt werden kann oder diesem indirekt über die Brennkammer zugeführt wird. Die Verwendung von einen niedrigen Druck aufweisenden Druckerzeugungseinrichtungen vermeidet die Verwendung einer Hochdruck-Gasflasche, woraus sich eine Vielzahl von Vorteilen ergibt.
Der Treibstoff kann ein durch einen Katalysator zersetzbarer oder durch Wärme zersetzbarer Einzeltreibstoff sein, wobei in diesem Fall der Treibstoffvorratsbehälter durch einen einzigen Tank gebildet ist. Alternativ kann ein Doppeltreibstoff verwendet werden, und in diesem Fall xverden zwei Treibstofftanks verwendet. Unabhängig von der Art des verwendeten Treibstoffs kann der oder jeder Treibstofftank eine Membran oder eine poröse Trennwand aufweisen, die den flüssigen Treibstoff von dem Rest des Tanks trennt, dem das den Treibstoff unter Druck setzende Medium zugeführt wird.
Die Treibstoffströmungs- und Gasströmungssteuereinrichtungen können jeweils in Form eines Rückschlagventils ausgebildet sein und eine Drucksteuereinrichtung, wie z. B. ein Ventil, kann zusätzlich in der Verbindung zwischen dem Ausgang des Treibstoff vorratsbehälter und dem Eingang der Brennkammer zusammen mit einem Ein-/Aus-Ventil vorgesehen sein. Die Drucksteuereinrichtungen sind so betätigbär, daß sie direkt oder indirekt den Druck in der Brennkammer messen und die Treibstoffströmung zur Brennkammer unterbrechen oder unterbrochen halten, wenn der Druck einen vorgegebenen Wert übersteigt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Treibstoffdruckerzeugungssystems,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Treibstoffdruckerζeugungssystems,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Treibstoffdruckerzeugungssystems,
Fig. 4- und 5 graphische Darstellungen zur Erläuterung der Betriebsweise des Treibstoffdruckerzeugungssystems.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des Treibstoffdruckerzeugungssystems weist einen unter Druck setzbaren Treibstofftank 1 mit einer Membran oder einer halbdurchlässigen porösen Trennwand 2 auf, die den Treibstoff 3 von dem Rest des Innenraums 4- des Tanks trennt. Ein Auslaßrohr 5 verbindet den Tank 1 mit der Einspritzeinrichtung 6
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einer Brennkammer 7 über ein Ein-/Aus-Ventil 8, ein Drucksteuerventil 9 (das wahlweise verwendet wird) und ein Rückschlagventil 11. Das Drucksteuerventil 9 ist weiterhin mit dem Innenraum 4 des Tanks verbunden. Die Brennkammer 7 weist einen ersten Auslaß 12 mit einer Drosseleinrichtung 15 auf, von der das erzeugte Gas einer (nicht gezeigten) Last zugeführt oder abgelassen wird. Die Brennkammer 7 weist weiterhin einen zweiten Auslaß 14 auf, der mit dem Innenraum 4 des Tanks über ein Rohr 15 und ein Rückschlagventil 16 verbunden ist.
Es sind Einrichtungen zur Erzielung eines Anfangsdrucks oder eines anfänglichen Unterdrucksetzens des Treibstoffs 3 in dem Tank 1 vorgesehen, und diese Einrichtungen sind durch eine getrennte Druckquelle 17, wie z. B. eine Niederdruck-Gasflasche, gebildet, die mit dem Innenraum 4 des Tanks über ein Ein-/Aus-Ventil 18 verbunden ist. Fig. 1 zeigt weiterhin eine alternative Treibstoffdruckerzeugungseinrichtung in Form einer Feststoffladungs-Zündeinrichtung 19V die, wenn sie aktiviert wird, unter Druck stehendes Gas erzeugt, das dem Innenraum 4 des Tanks zugeführt wird.
Der Treibstofftank 1 weist ein weiteres Auslaßrohr 19 auf, über das Treibstoff einem (nicht gezeigten) Gasgenerator zugeführt wird, mit dem das Treibstoffdruckerzeugungssystem verwendet werden soll. Das dargestellte System ist für die Verwendung bei einem durch einen Katalysator zersetzbaren Einzeltreibstoff, z. B. Hydrazin, bestimmt und ein "^atalysator 21 ist in der Brennkammer 7 angeordnet.
Venn der Gasgenerator in Betrieb gesetzt werden soll, wird
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das Treibstoffdruckerzeugungssystem dadurch in Gang gesetzt, daß das Ventil 8 und dann das Ventil 18 geöffnet oder die Feststoffladungs-Zündeinrichtung 19 gezündet wird. In jedem Fall wird der Treibstoff 3 in dem Tank auf einen Druck gebracht, der höher als der Druck in der Brennkammer 7 ist, so daß Treibstoff von dem Tank zur Brennkammer strömt. Der Treibstoff tritt in die Brennkammer 7 über die Einspritzeinrichtung 6 ein und wird zunächst atomisiert und dann verdampft. Schließlich erfolgt eine Verbrennung des Treibstoffs aufgrund der Zersetzung an dem Katalysator und ein heißes Gas wird in der Brennkammer 7 erzeugt, so daß der Druck in dieser Brennkammer ansteigt. Aufgrund der Brennverzögerung ist es möglich, in die Brennkammer 7 eine ausreichende Treibstoffmenge einzuspritzen, so daß sich ein Treibstoffvorrat bis zum Einsetzen der Verbrennung gesammelt hat, so daß bei der Verbrennung ein Druck erreicht wird, der wesentlich größer als der ist, mit dem der Treibstoff eingespritzt wurde. Venn der Druck in der Brennkammer 7 größer ist als im Treibstofftank 1, so schließt zunächst das Rückschlagventil 11, wodurch die Treibstoffströmung an die Verbrennungskammer unterbrochen wird, und danach öffnet sich das Rückschlagventil 16, so daß der Druck in dem Treibstofftank als Ergebnis der Strömung des in der Brennkammer erzeugten heißen Gases durch das Rohr 15 anzusteigen beginnt. Gleichzeitig wird das hierbei erzeugte Gas über den ersten Auslaß 12 der Last zugeführt oder abgegeben, was bedeutet, daß bei nunmehr unterbrochener Treibstoffströmung der Druck in der Brennkammer absinkt. Daher wird ein Punkt erreicht, bei dem der Druck in der Brennkammer 7 "unter den Druck in dem Treibstofftank 1 sinkt, worauf sich zunächst das Rückschlagventil 16 schließt, und bei dem
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dann folgenden Öffnen des Rückschlagventils 11 wird wieder Treibstoff der Brennkammer zugeführt und der vorstehend beschriebene Arbeitszyklus wird wiederholt.
Die graphische Darstellung nach Fig. 4- zeigt den Arbeitszyklusbeginn mit der Inbetriebsetzung des Kraftstoffzuführungssystems, wobei der Druck in der Brennkammer über der Zeit aufgetragen ist. Es wird angenommen, daß der anfängliche Treibstofftankdruck unter Verwendung der Druckquelle 17 oder der Zündeinrichtung 19' 3?54- bar (50 psi) beträgt und daß die Punkte A, B, C und D auf der graphischen Darstellung folgende Punkte darstellen:
A- Ventil 11 öffnet B - Ventil 11 schließt G - Ventil 16 öffnet D- Ventil 16 schließt
Die graphische Darstellung zeigt eine Verzögerung von etwa 2 ms zwischen dem anfänglichen Öffnen des Ventils 11 (Punkt A) und einem Druckanstieg in der Brennkammer 7» wobei sich diese Verzögerung aus der Treibstoffströmung zur Brennkammer und dem Zündvorgang des Treibstoffs ergibt. Der Brennkammerdruck steigt dann (für ungefähr 6 ms) weiter an und wenn er den Druck in dem Treibstofftank 1 übersteigt, so schließt das Ventil 11 (Punkt B) und der Druckanstieg setzt sich fort, bis das Ventil 16 öffnet (Punkt C) und das erzeugte Gas dem Treibstofftank zugeführt wird, um diesen unter Druck zu setzen. An diesem Punkt steigt der Brennkammerdruck nicht mehr weiter an (6 ms) und sinkt schließlich ab (2 ras), weil der zur Verfügung stehende Treibstoff verbraucht ist (wobei zu berücksichtigen ist, daß das Treibstoffzuführungsventil 11 noch geschlossen
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ist). Beim Absinken des Brennkammerdrucks schließt sich das Ventil 16 (Punkt D) und "bei weiterem Absinken des Drucks öffnet sich das Ventil 11 (Punkt A) und die Arbeitsperiode wird wiederholt, wobei jede Arbeitsperiode zu einem aufeinanderfolgenden Anstieg des Brennkammerdrucks führt, bis ein eingeschwungener Zustand erreicht ist, der durch die graphische Darstellung nach Fig. 5 erläutert ist, wobei ein Nenn-Treibstofftankdruck von 51 »7 bar (750 psi) angenommen ist. Die Punkte A, B, C und D auf der graphischen Darstellung nach Fig. 5 stellen die gleichen Ventilöffnungs- und -schließvorgänge dar, wie sie in Verbindung mit der graphischen Darstellung nach Fig. 4- erläutert wurden. Es ist zu erkennen, daß die Arbeitsperiodenzeit 14- ms beträgt, so daß sich eine Wiederholfrequenz von ungefähr 70 Hz ergibt.
Es ist zu erkennen, daß, sobald der Gasgenerator in Betrieb gesetzt wurde, seine Betriebsweise von selbst aufrechterhalten wird, weil Treibstoff der Brennkammer zyklisch aufgrund der eigentlichen Betriebsweise der Brennkammer zugeführt wird. Bei der Zuführung des Treibstoffs werden, abgesehen von üblichen Ventilen, die allgemein zuverlässig sind, keine Bauteile mit sich bewegenden Teilen verwendet, und weil lediglich eine anfängliche Druckerzeugung in dem Treibstoffvorratsbehälter erforderlich ist, sind die hierzu verwendeten Einrichtungen kleiner als sie üblicherweise erforderlich sind, so daß die Gesamtgröße und Masse des Gasgenerators für eine vorgegebene Kapazität verringert wird. Weiterhin ist, wenn die anfängliche Druckerzeugung in dem Treibstoffvorratsbehälter durch Verwendung einer Gasflasche erzielt wird, der Druck in dieser Gasflasche relativ niedrig (typischerweise
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6,9 bis 69 bar/100 bis 1000 psi), so daß keine Sicherheitsprobleme entstehen.
Weil die Treibstoffzuführung an die Brennkammer 7 und die Verbrennung des Treibstoffs in dieser Brennkammer zeitabhängig ist, kann das System so ausgebildet werden, daß eine geeignete riasse oder Menge an Treibstoff in die Brennkammer 7 bei jedem Treibstoffzuführzyklus eingespritzt wird, um einen relativ schnellen, normalerweise zu vermeidenden Druckanstieg in der Brennkammer sicherzustellen, damit die gewünschte selbsttätig erfolgende Unterdrucksetzung des Trexbsboffvorratsbehalters erzielt wird. Weiterhin ist es sehr einfach, den Arbeitszyklus des TreibstoffZuführungssystems dadurch zu steuern, daß geeignete Betriebseigenschaften für die Ventile 11 und 16 ausgewählt werden.
Typische Parameter einer Ausführungsform des Treibstoffdrxickerzeugungs syst ems könnten wie folgt sein:
Anfangsdruck des Treibstofftanks: 6,9 bis 69 bar
(100 bis 1000 psi)
Normaler Arbeitsdruck des 6,9 bis 690 bar Treibstofftanks: (100 bis 10 000 psi)
Anteil der Treibstoffströmung
vom Tank 1 zur Speisung der
Brennkammer 7: 1 bis 10 %
Für das in der Brennkammer 7 der Ausführungsform nach Fig. 1 erzeugte Gas wurde berechnet, daß ungefähr 60 % zum Unterdrucksetzen des Treibstofftanks 1 verwendet wird, während der Rest aus der Drosseleinrichtung 13 austritt.
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Das Drucksteuerventil 9 ist ein Sicherheitselement und dient zur Unterbrechung der Treibstoffströmung an die Brennkammer 7> wenn der Druck in dem Treibstofftank einen vorgegebenen Wert überschreitet. Anstelle der Steuerung des Drucksteuerventils 9 durch den Druck in dem Treibstofftank 1 kann diese Steuerung auch pneumatisch, hydraulisch, mechanisch oder elektrisch durch den Druck in der Brennkammer 7 erfolgen, wie dies durch die gestrichelte Linie 20 in Fig. 1 dargestellt ist, wobei in diesem Fall das Ventil wirksam gemacht wird, wenn der Druck in der Brennkammer einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Treibstoff druckerzeugungssystems, das allgemein ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 1 ist, jedoch für einen durch Wärme zersetzbaren Einzeltreibstoff, wie z. B. Isopropylnitrat (IPN), bestimmt ist. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 besteht darin, daß die Bauteile 17 und 18 (oder 19') durch eine Festtreibstoff-Zündeinrichtung 22 ersetzt sind, die mit der Brennkammer 7 verbunden ist, während der Katalysator 21 in der Brennkammer durch ein Kühlgitter 23 ersetzt ist. Beim Inbetriebsetzen wird die Zündeinrichtung 22 betätigt, worauf heißes Gas in die Brennkammer 7 eingeführt wird, das sowohl einen Druckanstieg innerhalb der Brennkammer als auch einen Temperaturanstieg des Gitters 23 hervorruft. Der Druckanstieg führt zum Öffnen des Ventils 16, so daß der Treibstofftank 1 unter Druck gesetzt wird und Treibstoff in die Brennkammer 7 strömt, sobald der Druck in der letzteren aufgrund des Verbrauchs der Zündeinrichtung 22 auf einen Wert abgesunken ist, der niedriger ist als der Druck in dem Tank, so daß das Ventil 11
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nach einem Schließen des Ventils 16 geöffnet wird. Der Treibstoff zersetzt sich dann bei Berührung mit der heißen Verbrennungskammer und dem heißen Kühlgitter 23, so daß heißes Gas erzeugt wird und damit der nächste Zyklus der Treibstoff drucker zeugung Tand Treib st off zuführung in der Weise eingeleitet wird, wie sie bereits anhand der Fig. A erläutert wurde.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist für einen Doppeltreibstoff bestimmt und entspricht allgemein den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2, jedoch mit der Ausnahme, daß zwei Tanks 1·™ und 1Q verwendet werden, um den Treibstoff bzw. das Oxidiermittel aufzunehmen, wobei entsprechende Ein-/Aus-Ventile 8q und 8^1, Rückschlagventile T1q und 11-nv 'und Einspritzeinrichtungen 6q und 6™ verwendet werden. Ein beiden Treib st off tanks Aq und 1-g, gemeinsames Drucksteuerventil 9 wird verwendet und die Rückschlagventile 11q und 11 j, können miteinander gekoppelt sein, um das gleichzeitige Einspritzen von Treibstoff und Oxidiermittel in die Brennkammer 7 sicherzustellen. Die Einrichtungen zum anfänglichen Unter drucksetzen der Treibst off tanks 1q und Ij1 sind als Gasflasche 17 und als Ventil 18 nach J1Ig. A- dargestellt, doch können auch andere Einrichtungen, wie z. B. die Zündeinrichtung 19' nach Fig. 1 oder die Zündeinrichtung 22 nach Fig. 2 verwendet werden. Sobald der Anfangsdruck in den Treibstofftanks 1q und 1™ erzeugt wurde, werden Treibstoff und Oxidiermittel in die Brennkammer 7 eingespritzt,und unter der Voraussetzung, daß sie ein hypergolisches Paar bilden, erfolgt eine Zersetzung und damit die Erzeugung- von heißem Gasf und die zyklische Druckerhöhung in den Treibstoff tanks wird in einer Weise eingeleitet, wie sie ähnlich der ist, die
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bereits anhand der Fig. 1 beschrieben wurde.
Es ist zu erkennen, daß die Zuführung von Treibstoff unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Treibstoffdruckerzeugungssysteme pulsierend erfolgt, was bedeutet, daß die Nutzeinrichtungen für diese pulsierende Treibstoffzuführung geeignet sein müssen. Es ist weiterhin verständlich, daß die Bauteile der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele üblich ausgebildet sind und keine problematischen Bauteile, wie z. B. Pumpen, oder einen hohen Druck aufweisende Gasflaschen einschließen, die Handhabungs- und Betriebsschwierigkeiten ergeben können.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß das erfindungsgemäße Treibstoffdruckerzeugungssystem für einen Gasgenerator eine minimale Anzahl von Bauteilen mit sich bewegenden Teilen aufweist und die Verwendung von unter hohem Druck stehenden Behältern vermeidet. Das System weist einen unter Druck setzbaren Treibstoffbehälter 1 auf, der sowohl mit dem Einlaß als auch mit dem Auslaß einer Brennkammer über Strömungssteuereinrichtungen 1, 16 verbunden ist, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß der Treibstoff zur Brennkammer und anderen Verwendungsbereichen strömt, wenn der Druck in dem Treibstoffvorratsbehälter 1 größer als der Druck in der Brennkammer ist, während Gas zum Treibstoffvorratsbehälter 1 strömt, um diesen unter Druck zu setzen, wenn der Druck in dem Treibstoffvorratsbehälter kleiner als der Druck in der Brennkammer ist, wobei die jeweiligen Strömungssteuereinrichtungen 11, 16 in einer Folge derart arbeiten, daß das System in einer zyklischen und selbsterzeugenden Art arbeitet. Das erfindungsgemäße Treibstoffdruckerzeugungssystem ist insbesondere für
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Gasgeneratoren verwendbar, die einen Teil von Raketenmotoren bilden.
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ite

Claims (10)

  1. Patentanwälte -Dipl.-ing. C Ii ri Wal lach
    -Dipl.-Ing. Günther Koch
    2927330 Dipl.-Phys.Dr.Tino Haibach
    Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
    D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 Telex 5 29 513 wakai d
    Datum:
    Unser Zeichen: 16 683 F/DTu
    Patentansprüche
    M./Treibstoffdruckerzeugungssystem für einen Gasgenerator, mit einem unter Druck setzbaren Treibstoffvorratsbehälter mit einem ersten Auslaß, der mit dem Gasgenerator verbindbar ist, dadurch g e k e η η ze ic h η e t , daß der Treibstoffvorratsbehälter
    einen zweiten Auslaß (5) aufweist, daß eine Brennkammer (7) vorgesehen ist, die einen mit dem zweiten Auslaß (5) des Treibstoffvorratsbehälters (1) verbundenen Einlaß, einen ersten Auslaß (12) für das erzeugte Gas
    und einen zweiten mit dem Treibstoffvorratsbehälter
    (1) verbundenen Auslaß (1A-) aufweist, daß Einrichtungen (17, 18, 19') zur Erzielung eines anfänglichen
    Druckes in dem : Treibstoffvorratsbehälter zur
    Zuführung von Treibstoff an die Brennkammer (7) vorgesehen sind, worauf der Treibstoffvorratsbehälter durch das in der Brennkammer (7) erzeugte Gas über eine Verbindung zwischen dem Treibstoffvorratsbehälter und der Brennkammer unter Druck gesetzt wird, daß die Verbindung zwischen dem zweiten Auslaß (5) des Treibstoffvorratsbehälters (1) und dem Einlaß der Brennkammer
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    (7) mit Treibstoffströmungssteuereinrichtungen (8, 9, 11) versehen ist, die die Treibstoffströmung von dem Vorratsbehälter (1) zur Brennkammer (7) ermöglichen, wenn der Druck in dem Treibstoffvorratsbehälter (1) größer als in der Brennkammer (7) ist, und die die Treibstoffströmung unterbrechen, wenn der Druck in der Brennkammer (7) höher als in dem Treibstoffvorratsbehälter (1) ist, daß die Verbindung zwischen dem zweiten Auslaß (14) der Brennkammer (7) und dem Treibstoffvorratsbehälter (1) mit Gasströmungssteuereinrichtungen versehen ist, die eine Gasströmung von der Brennkammer (7) zum Treibstoffvorratsbehälter (1) ermöglichen, wenn der Druck in der Brennkammer größer als der Druck in dem Treibstoffvorratsbehälter (1) ist, und die diese Gasströmung unterbrechen, wenn der Druck in dem Treibstoffvorratsbehälter (1) größer ist als in der Brennkammer (7)» und daß die Treibstoffströmungssteuereinrichtungen so ausgebildet sind, daß sie bei einem Absolutdruck arbeiten, der niedriger als der Absolutbetriebsdruck der GasströmungsSteuereinrichtungen ist, so daß die Treibstoffzuführung an die Brennkammer (7) zyklisch und selbsterzeugend erfolgt.
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstoffströmungssteuereinrichtungen und die Gasströmungssteuereinrichtungen jeweils ein Rückschlagventil (11; 16) einschließen.
  3. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß Drucksteuereinrichtungen (9) in der Verbindung zwischen dem Auslaß (5) des Treibstoffvorratsbehälters (1) und dem Eingang der
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    Brennkammer (7) vorgesehen sind und derart betätigbar sind, daß der Druck in der Brennkammer gemessen wird und die Treibstoffströmung an die Brennkammer (7) unterbrochen oder unterbrochen gehalten wird.
  4. 4. System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtungen den Druck der Brennkammer (7) über den Treibstoffvorratsbehälter (1) messen.
  5. 5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zur Erzielung eines anfänglichen Unterdrucksetzens des Treibstoffvorratsbehälters (1) eine mit dem Treibstoffvorratsbehälter (1) verbundene Druckmittelquelle (17, 18; 19') einschließen.
  6. 6. System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle durch eine Gasflasche (17) gebildet ist. :
  7. 7· System nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle durch eine Feststoffladungszündeinrichtung (19') gebildet ist·
  8. 8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum anfänglichen Unterdrucksetzen des Treibstoffvorratsbehälters (1) mit der Brennkammer (7) verbundene Einrichtungen (22) zur Vergrößerung des Druckes in der Brennkammer (7) und damit des Druckes in dem Treibstoffvorratsbehälter (1) über den zweiten Auslaß
    909884/0829
    der Brennkammer (7) einschließen,
  9. 9· System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß zur Verwendung mit einem thermisch zersetzbaren Treibstoff die Einrichtungen (22) zur Erzielung eines anfänglichen Unterdrucksetzens des Treibstoffvorratsbehälters (1) außerdem der Brennkammer (7) Wärme zur Vorbereitung der thermischen Zersetzung des Treibstoffs zuführen, wenn dieser nachfolgend der Brennkammer (7) zugeführt wird.
  10. 10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung eines Doppeltreibstoffs der Treibstoffvorratsbehälter zwei Treibstofftanks aufweist und daß jedem Tank Treibstoff- und Gasströmungssteuereinrichtungen zugeordnet sind.
    809884/0829
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