DE2948197C2

DE2948197C2 - Startschubdüse für Rückstoßtriebwerke, insbesondere Raketen-Staustrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2948197C2
Application number: DE2948197A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Engl
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-11-30
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1981-12-24
Also published as: GB2064659B; DE2948197B1; US4384454A; FR2473630B1; GB2064659A; FR2473630A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Startschubdüse für Rückstoßtriebwerke, insbesondere Raketen-Staustrahltriebwerke mit einer für die Startphase und die Marschphase gemeinsamen Brennkammer mit nachfolgender, in ihrer radial inneren Zone aus mehreren übereinander liegenden Ablationsschichten bestehenden Schubdüse, deren Grundstruktur als Marschdüse und deren Innenstruktur als Startdüse dient, die während der Startphase durch Wärmeeinwirkung zerstört wird.

Bei Staustrahltriebwerken zum Antrieb von Flugkörpern sind, wie aus der DE-AS 11 81 496 hervorgeht, sogenannte Hilfsschubdüsen bekannt, deren Aufgabe darin besteht, während des Zündens des Haupttriebwerkes die Luftgeschwindigkeiten in der Brennkammer vorübergehend herabsetzen und dabei den Druck zu erhöhen, wodurch ein sicheres Zünden gewährleistet wird. Nach dem Zünden der Brennkammer wird die Hilfsdüse im Ganzen oder in Teilen bzw. Bruchstücken abgestoßen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Hilfsdüse aus einem Werkstoff mit hinreichend niedrigem Schmelzpunkt besteht und die Struktur der Hilfsdüse mittels Lochreihen in einzelne größere Bereiche aufgeteilt ist. Beim Zünden der Brennkammer schmelzen durch Wärmeeinwirkung zuerst die Stege zwischen den einzelnen Löchern weg, wodurch die Hilfsdüse zerstört wird und sich in einzelne Bruchstücke zerlegt, die nach hinten wegfliegen.

Ferner ist es bei Raketen-Staustrahltriebwerken zum Antrieb von Flugkörpern bekannt, die für den Start- und Marschflug gemeinsame Brennkammer für die Startphase mit einem festen Starttreibstoff auszufüllen und die angeschlossene Schubdüse durch eine Innenauskleidung der Marschdüse mit Graphit, glasfaserverstärktem Kunststoff oder dergleichen Werkstoffe als kombinierte Schubdüse auszubilden, deren verengte Innenstruktur als Startdüse dient Diese wird nach der Startphase abgesprengt und fliegt als Ganzes oder in Teilen zerlegt nach hinten weg. Die entstehenden Bruchstücke stellen eine große Gefahr für das Trägerflugzeug oder

ίο nachfolgende eigene Flugzeuge dar.

Ferner ist nach der US-PS 33 52 495 eine Schubdüsenkonzeption mit einem mittleren Ablationsring bekannt, der während des Flugbetriebes kontinuierlich abgetragen wird, so daß sich das Schubdüsenverhältnis verändert, und zwar von einem anfänglich niedrigen Verhältnis bis zu einem größten Endverhältnis. Der Zweck dieser Maßnahme besteht darin, unabhängig von der Flughöhe den Düsenschub möglichst groß zu halten. Dazu ist in niedrigen Flughöhen ein kleines Verhältnis zwischen der Düsenaustrittsfläche und der Düsenhalsfläche und in großen Flughöhen ein großes Verhältnis zwischen diesen vorgenannten Flächen erforderlich.

Weiter zeigt die US-PS 30 73 111 eine laminierte Schubdüse, abwechselnd mit Metall- und Kunststoffschichten, wobei letztere ablatierenden Charakter haben und beim Abschmelzen für die benachbarte bzw. darunterliegende Metallschicht kühlend wirken.

Die vorerwähnten bekannten Schubdüsenausführungen haben, sofern sie als kombinierte Start- und Marschschubdüsen zu funktionieren haben, den Nachteil, daß sie während der Startphase zum überwiegenden Teil nicht in ihrem optimalen Auslegungspunkt betrieben werden, worunter der Schubdüsenwirkungsgrad erheblich leidet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Schubdüsenkonzeption vorzuschlagen, die erst am Ende der Startphase die Schubdüsenkonfiguration selbsttätig korrigiert und daher während der Start- und Marschphase dem erzeugten Gasanfall die richtige Düsenkonfiguration „"^bietet, so daß für beide Betriebszustände ein optimaler Schub gewährleistet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Startschubdüse zum Auftragen von Eliminationsschichten und von Zwischenschichten einen düsenförmigen Stützkern mit einer Düsenkontur aufweist, die dem Betriebszustand der zeitlich auslaufenden Startphase entspricht bzw. querschnittsmäßig angepaßt ist und daß dieser Stützkern aus einem gegen Ende der Startphase, d. h. nach Ablation der darüberliegenden Schichten durch Wärmeeinwirkung sehr schnell zerstörbaren bzw. verbrennbaren Werkstoff, wie Hartschaum, besteht.

In Ausgestaltung der Erfindung bestehen die auf dem Stützkern aufgetragenen Eliminationsschichten aus Graphit-, Kunststoff- oder Metallfolien, die durch Zwischenschichten aus durch Wärme zerstörbarem Material, wie Silikonharze, insbesondere aber aus während der Startphase selber verbrennenden Treibstoffen, wie Polybutadien, Polyurethan oder dergleichen Stoffen, fest miteinander verbunden sind.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß bis zum Ende der Startphase die kombinierte Schubdüse gestaltungsmäßig als Startschubdüse fungiert, daß dann diese kombinierte Schubdüse am Ende der Starttphase bzw. zu Beginn der Marschphase schlagartig durch schnellen Abbrand des Stützkerns zur Marschdüse umgewandelt wird, wodurch praktisch während der gesamten Start-

und der Marschphase die Schubdüse bezüglich ihrer Konfiguration den jeweils vorherrschenden Betriebsbedingungen engepaßt ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung anhand eines Längsschnittes durch den Brennkammer- und Schubdüsenbereich eines Raketen-Staustrahltriebwerkes dargestellt

Innerhalb der Brennkammer 1 ist ein Festbrennstoff als Starttreibsatz 2 angeordnet, der als Innenbrenner ausgeführt ist. Am Ende der Brennkammer 1 ist eine kombinierte Schubdüse angesetzt, deren Grundstruktur die Marschdüse 3 bildet Diese ist mit einer Startdüse ausgekleidet, die sich aus einem Stützkern 4 und mehreren aufgetragenen Schichten, sogenannten Eliminationsschichten 5 aufbaut, wie die herausgezeichnete Einzelheit genauer erkennen läßt Diese Eliminationsschichten 5 bestehen werkstoffmäßig insbesondere aus Graphit-, Kunststoff- oder Metallfolien, die durch Zwischenschichten 6 aus durch Wärme zerstörbarem Material, wie Silikonharze, insbesondere aber aus während der Startphase selber verbrennenden Treibstoffen, wie Polybutadien, Polyurethan, fest miteinander verbunden sind.

Zum Starten des Triebwerkes wird der Starttreibsatz 2 gezündet. Die hierbei anfallenden Treibgase strömen unter Schuberzeugung durch die Startdöse ins Freie, wobei unter Wärmeeinwirkung die Schichten 5 und 6 nacheinander aufgelöst werden, sei es, daß sie in kleinsten Stücken nach hinten wegfliegen, sei es, daß ihre Substanz in den gasförmigen Zustand übergeht Dabei sind die Schichten 5 und 6 in einer solchen Anzahl vorgesehen, daß die letzte (radial äußere) Eliminationsschicht 5 gegen Ende der Startphase bzw. kurz vor Brennschluß des Starttreibsatzes 2 aufgelöst wird. Da die Eliminationsschichten 5 (und die Zwischenschichten 6) auf dem düsenförmigen Stützkern 4 aufgetragen sind, ist bis zum Brennschluß die für den Start- bzw. Beschleunigungszustand erforderliche relativ enge Düsenform existent wobei in der Endphase des Startvorganges auch der Stützkern 4 eliminiert wird, und zwar insbesondere durch Abbrand, wenn als Werkstoff brennbares oder durch Wärme leicht zerstörbares Material, z. B. Hartschaum, verwendet wird.

Im Behälter 7 ist ein fester Treibsatz angeordnet, der nach Abbrand des Starttreibsatzes 2 gezündet wird und während der Marschphase br-.:'.nstoffreiche Gase erzeugt, die in der Brennkammer 1 m;: dem Sauerstoff der Luft reagieren, die über Kanäle 8 in die Brennkammer 1 einströmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Startschubdüse für Rückstoßtriebwerke, insbesondere Raketen-Staustrahltriebwerke mit einer für die Startphase und die Marschphase gemeinsamen Brennkammer mit nachfolgender, in ihrer radial inneren Zone aus mehreren übereinander liegenden Ablationsschichten bestehenden Schubdüse, deren Grundstruktur als Marschdüse und deren Innenstruktur als Startdüse dient, die während der Startphase durch Wärmeeinwirkung zerstört wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Startschubdüse zum Auftragen von Eliminationsschichten (5) und von Zwischenschichten (6) einen düsenförmigen Stützkern (4) mit einer Düsenkontur aufweist, die dem Betriebszustand der zeitlich auslaufenden Startphase entspricht bzw. querschnittsmäßig angepaßt ist und daß dieser Stützkern (4) aus einem gegen Ende der Startphase, d. h. nach Ablation der darüberlieginden Schichten (5 und 6) durch Wärmeeinwirkung sehr schnell zerstörbaren bzw. verbrennbaren Werkstoff, wie Hartschaum, besteht.

2. Startschubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Stützkern (4) aufgetragenen Eliminationsschichten (5) aus Graphit-, Kunststoff- oder Metallfolien bestehen, die durch Zwischenschichten (6) aus durch Wärme zerstörbarem Material, wie Silikonharze, insbesondere aber aus während der Startphase selber verbrennenden Treibstoffen, wie Polybutadien, Polyurethan ori?r dergleichen Stoffen, fest miteinander verbunden sind.