DE3119183A1

DE3119183A1 - "schwenkduese an einem gasleitrohr eines raketentriebwerks"

Info

Publication number: DE3119183A1
Application number: DE19813119183
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. 8014 Neubiberg Rossmanith
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1982-12-02
Also published as: DE3119183C2

Description

Schwenkdüse an einem Gasleitrohr eines Raketentriebwerks
Bei der Erfindung wird von einer Schwenkdüse an einem Gasleitrohr eines Raketengehäuses ausgegangen, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.
Eine derartige Schwenkdüse ist bekannt. Dabei ist die ringförmige Lager schale mit kugelförmiger Außenfläche an dem vorderen Ende der Schwenkdüse angeordnet und der Lager spalt ist mit einer Dichtung versehen, um einen Gasaustritt des im Gasleitrohr unter Druck stehenden Gases über den Lager spalt zu verhindern. Auf den Düsenschlund der Schwenkdüse wirkt etwa der halbe Druck des Gasdrucks im Triebwerk, d.h. auf die Düse wirkt eine beträchtliche Kraft axial nach hinten. Bei Einwirkung dieser Axialkraft würde die Lagerschale an der Düse sich aber in der Lagerschale am Raketengehäuse verkeilen. Um die axial nach hinten wirkenden Kräfte aufzunehmen und so einerseits eine gute Dichtung und andererseits eine Gleitlagerung sicherzustellen, sind daher spezielle Hydraulikzylinder an Raketengehäuse befestigt, die über Zugstangen an der Schwenkdüse angreifen, wobei diese Hydraulikzylinder über Schläucr miteinander kommunizieren.
Durch die zur Entlastung der Schwenkdüse vorgesehenen Bydraulikzylinder wird das Triebwerk jedoch komplizierter, schwerer und voluminöser. Auch tritt die Gewichtserhöhung am hinteren Ende der Rakete auf, was für das Flugverhalten besonders nachteilig ist. Die Volumen- oder Querschnittsvergrößerung hat eine Erhöhung des Stirnwiderstandes zur Folge. Auch ergeben sich durch die speziell zur Entlastung der Schwenkdüse vorgesehenen Hydraulikzylinder Probleme, die zum Antrieb der Schwenkdüse erf orderlichen Hydraulikzylinder unterzubringen. Weiterhin werden derartige Triebwerke häufig über einen längeren Zeitraum gelagert und die Wirkung der zur Entlastung der Schwenkdüse vorgesehenen Hydraulikzylinder kann mit der Zeit jedoch leicht verloren gehen, jedenfalls beeinträchtigt werden, insbesondere durch Hydraulikölverlust und durch Eindringen von Luft.
Eine weitere Schwenkdüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-OS 23 50 103 bekannt. Die ringförmige Schale mit kugelförmiger Außenfläche, die am vorderen Ende der Schwenkdüse angeordnet ist, ist dabei über ein Kugellager oder Gleitringe in der ringförmigen Schale mit kugelförmiger Innenfläche des Raketengehäuses gelagert. Ein Gummigelenk ist vorgesehen, um den Gasaustritt über das Lager nach außen zu verhindern.
Besondere Maßnahmen, um das Lager der Schwenkdüse von Axialkräften zu entlasten, sind jedoch nicht getroffen. Diese Düse erscheint daher kaum funktionsfähig, zumal das Gummigelenk den heißen Verbrennungsgasen unmittelbar ausgesetzt ist.
Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkdüse der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die kompakt aufgebaut ist, einen geringen Stirnwiderstand erzeugt und auch nach längerer Lagerzeit zuverlässig arbeitet.
Die erfindungsgemäße Schwenkdüse wird also über die unter Druck stehende Fettschicht spielfrei gelagert. Die axial nach vorne auftretendeKomponente des Drucks der Fettschicht soll dabei der durch die Schubdüse erzeugten Aktionskraft entsprechen, so daß die Kräfte innerhalb der Lagerung sich in etwa ausgleichen und das Lager leichtgängig arbeitet. Das Lager entspricht daher im großen und ganzen einem hydrostatischen Lager, jedoch wird es statt mit öl mit Fett betrieben.
Das Fett, beispielsweise ein herkömmliches Lagerfett, garantiert eine lange Lagerfähigkeit, dabeispielsweise ein Verharzen oder Ausfließen von öl oder ein Eindringen von Luft in die Fettpresse ausgeschlossen wird. Auf die bei anderen Anwendungen von hydrostatischen Lagern erforderliche Wärmeabführung durch das öl kann hingegen bei der Schwenkdüse verzichtet werden, da einerseits die Laufgeschwindigkeit langsam und andererseits das Lager nur wenige Sekunden in Betrieb ist.
Um zu verhindern, daß das im Gasleitrohr unter Druck stehende Gas die Lagerung beeinträchtigt, haben sich die in den Ansprüchen 10 bis 13 angegebenen Maßnahmen als besonders vorteilhaft erwiesen.
Durch die axial freibewegliche Anordnung des Gasleitrohres und dessen Auslegung derart , daß die an der vorderen Stirnseite des Gasleitrohres angreifenden, aus dem Gasdruck resultierenden Kräfte, die nach hinten wirken, und die am inneren Lager auf die kugelförmige Ring schulter des Gasleitrohres einwirkenden Kräfte sich durch eine entsprechende Bemessung der Wirkflächen so kompensieren, daß zur Abdichtung eine geringe in axialer Richtung nach hinten wirkende freie Axialkraft zustandekommt, wird nämlich sichergestellt, daß das Lager mit der Fettschicht erstens spielfrei und zweitens leichtgängig arbeitet.
Nachstehend ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schwenkdüse anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Darin zeigen: Figur 1 einen tängsschnitt. durch die Schwenkdüse am Gasleitrohr eines Raketentriebwerks; Figur 2 einen Längsschnitt in einem anderen Winkel zur Verdeutlichung des Schwenkantriebes der Schwenkdüse.
Gemäß Figur 1 ist am hinteren Ende eines Gasleitrohres 1 eines Raketentriebwerks 2 eine Schwenkdüse 3 angeordnet.
Am hinteren Ende des Gehäuses 4 der Rakete ist eine ringförmige Schale 5 mit kugelförmiger Innenfläche mittels Bolzen 6 befestigt. Die Schale 5 am Raketengehäuse 4 übergreift eine ringförmige Schale 7 mit kugelförmiger Außenfläche, die an der Schwenkdüse 3 befestigt ist und etwa den Bereich zwischen dem Schlund 8 und dem vorderen Ende der Schwenkdüse 3 überspannt.
Das so gebildete Schwenklager stellt ein Schräg-Schwenklager dar, d.h. der Bogen, mit dem die Laufflächen des Schwenklagers den vorderen Teil der Schwenkdüse 3 überspannen, verläuft derart, daß das Lager neben Radialkräften auch erhebliche Axialkräfte aufzunehmen im Stande ist.
Im Lager spalt zwischen der Lager schale 7 der Schwenkdüse 3 und der Lagerschale 5 des Raketengehäuses 4 befindet sich eine Fettschicht 9, die unter statischem Druck steht.
Zur Druckbeaufschlagung der Fettschicht 9 ist innerhalb des Raketengehäuses 4 eine sich axial erstreckende Fettpresse 10 vorgesehen, die mit der Fettschicht 9 über einen im wesentlichen axial verlaufenden Kanal 11 verbunden ist. Im Kanal 11 ist eine Drossel 12 angeordnet.
Die Fettschicht 9 ist von zwei O-Ringen 13 und 14 eingeschlossen.
Die Eintrittsöffnung 15 des Fettkanals 11 in die Fettschicht 9 ist hinter der Fettaustrittsöffnung 16 vorgesehen, wodurch ein besonders günstiger Druckverlauf in der Fettschicht 9 erreicht wird. Von der Austrittsöffnung 16 fließt dann das Fett beispielsweise über nicht dargestellte Radialbohrungen nach außen.
Die Fettpresse 10 wird durch einen Zylinder 17 mit der Fettfüllung, einen scheibenförmigen Kolben 18 mit einer Axialbohrung und eine sich im Zylinder 17 axial durch die Axialbohrung des Kolbens 18 erstreckende Führungsstange 19 gebildet, entlang welcher der Kolben 18 zur Druckausübung auf die Fettfüllung verschiebbar ist. Der Kolben 18 besteht vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen.
Auf der der Fettfüllung abgewandten Seite ist der Kolben 18 von Hydrauliköl beaufschlagt, das über einen Kanal 20 in einem Innenflansch 21 am Raketengehäuse zugeführt wird, welcher Kanal 20 mit einem (nicht dargestellten) Druckumsetzer kommuniziert, der die Gesamthydraulikdruckversorgung sicherstellt. Der Druckumsetzer ist ein herkömmlicher Umsetzer zur Umsetzung des Gasdrucks im Triebwerk 2 in Hydraulikdruck.
Um sicherzustellen, daß der Raum 22 zwischen Gasleitrohr 1 und Raketengehäuse 4 abgedichtet ist, so daß das Gelenklager mit der Fettschicht 9 dem im Gasleitrohr 1 unter Druck stehenden Gas nicht ausgesetzt ist, ist am hinteren Ende des Gasleitrohres 1 eine Ring schulter 23 mit kugelförmiger Außenfläche vorgesehen, die in einer ringförmigen Schale 24 mit kugelförmiger Innenfläche am vorderen Ende der Schwenkdüse 3 drehbar gelagert ist, wobei in dem so gebildeten Lagerspalt ein O-Ring 25 angeordnet ist.
Weiterhin ist das an seiner Innenfläche mit einer Isolation 26 versehene Gasleitrohr 1 axial freibeweglich angeordnet, um einem Spiel durch die Fettschicht 9 Rechnung zu tragen.
Das Gasleitrohr 1 weist eine vordere Stirnfläche 27 auf, ferner im Lagerspalt zwischen dem hinteren Ende der Ring schulter 23 und dem O-Ring 25 eine Fläche, auf die jeweils die Gasdruckkräfte einwirken. Durch eine entsprechende Bemessung dieser beiden Wirkflächen am Gasleitrohr 1 ist es daher möglich, die an der vorderen Stirnfläche 27 angreifenden axialen Gasdruckkräfte, die nach hinten wirken, und die an der Fläche an der Ringschulter 23 angreifenden axialen Gasdruckkräfte, die nach vorne wirken, so aufeinander abzustimmen, daß eine nach hinten wirkende Axialkraft zustandekommt, die die Abdichtung durch den O-Ring 25 gewährleistet, jedoch die Leichtgängigkeit des Lagers mit der Fettschicht 9 nicht beeinträchtigt.
Die Schale 24 am vorderen Ende der Schwenkdüse 3, in der die Ringschulter 23 gelagert ist, ist im hinteren Bereich des Lagerspaltes mit einer Ausnehmung 28 versehen, die der Aufnahme von Ablagerungen der Verbrennungsgase dient, um zu verhindern, daß diese Ablagerung die Beweglichkeit und Dichtheit des inneren Gelenklagers beeinflussen. Die Schale 24 und die Ausnehmung 28 sind aus der Kohleauskleidung 29 der Schwenkdüse 3 herausgeschliffen.
Der Antrieb der Schwenkdüse 3 erfolgt mittels vier umfangmäßig verteilter Hydraulikzylinder 30, 31, 32, wobei in Figur 2 der vierte Hydraulikzylinder nicht zu sehen ist.
Jeder Hydraulikzylinder 30, 31 bzw. 32 weist einen Kolben 33, 34 bzw. 35 mit einer Kolbenstange 36, 37 bzw. 38 auf. Die Kolbenstangen 36, 37 und 38 sind jeweils über Kugelgelenke 39, 40 und 41 an der Schwenkdüse 3 angelenkt, und die Kolbenstangen 36 und 38 am zugehörigen Kolben 33 und 35 gleichfalls über Kugelgelenke 42 und 43.
Um zu verhindern, daß sich die Schwenkdüse 3 um ihre Längsachse dreht, ist die Kolbenstange 37 des Hydraulikzylinders 31 an einem Querbolzen 44 des Kolbens 34 verschwenkbar angelenkt und in einem Ring 45 in Anlage an der Schwenkdüse 3 geführt, welcher von einer in einer Bohrung im Raketengehäuse 4 axial verschieblichen Stange 46 getragen und durch eine Feder 47 in Anlage an die Schwenkdüse 3 belastet ist.
Die Druckversorgung der Hydraulikzylinder 30, 31 und 32 erfolgt hierbei über Servoventile 48, die mit dem erwähnten Umsetzer über Kanäle 39 kommunizieren. Kanäle 50 dienen dem Rücklauf des Hydrauliköls.
Leerseite

Claims

Schwenkdüse an einem Gasleitrohr eines Raketentriebwerks Patentansprüche Schwenkdüse an einem Gasleitrohr eines Raketentriebwerks, wobei an der Düse eine ringförmige Schale mit kugelförmiger Außenfläche angeordnet ist, die von einer am Raktengehäuse angeordneten, ringförmigen Schale mit kugelförmiger Innenfläche übergriffen und in derselben gleitend gelagert ist, und wobei zur Verschwenkung der Schwenkdüse gegenüber dem Raketengehäuse Hydraulikzylinder vorgesehen sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Lagerspalt zwischen der Lagerschale (7) der Schwenkdüse (3) und der Lagerschale (5) des Raketengehäuses (4) sich eine Fettschicht (9) befindet, die unter statischem Druck steht.
2. Schwenkdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckbeaufschlagung der Fettschicht (9) der Gasdruck.

im Triebwerk (2) herangezogen wird.
3. Schwenkdüse nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Druckbeaufschlagung der Hydraulikzylinder zur Verschwenkung der Schwenkdüse gegenüber dem Raketengehäuse ein Umsetzer vorgesehen ist, durch den der Gasdruck im Triebwerk in Hydraulikdruck umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikdruck zur Druckbeaufschlagung der für die Verschwenkung der Schwenkdüse vorgesehenen Hydraulikzylinder (30, 31, 32) zur Druckbeaufschlagung der Fettschicht (9) herangezogen wird.
4. Schwenkdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikdruck auf eine Fettpresse (10) einwirkt, die mit der Fettschicht (9) über eine Leitung (11) kommuniziert.
5. Schwenkdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) der Fettpresse (10) scheibenförmig ausgebildet und entlang einer Führungsstange (19) verschiebbar ist.
6. Schwenkdüse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (11) zwischen Fettpresse (10) und Fettschicht (9) eine Drossel (12) vorgesehen ist.
7. Schwenkdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettschicht (9) durch Dichtringe (13, 14) abgedichtet wird.
8. Schwenkdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch -gekennzeichnet, daß die Fetteintrittsöffnung (15) in die Fettschicht (9) hinter der Fettaustrittsöffnung (16) aus der Fettschicht (9) angeordnet ist.
9. Schwenkdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (5) des Raketengehäuses (4) und die Lagerschale (7) der Schwenkdüse (3) ein-SchrAg-Gelenklager bilden.
10. Schwenkdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am hinteren Ende des Gasleitrohres (1) eine Ringschulter (23) mit kugelförmiger Außenfläche vorgesehen ist, die in einer an dem vorderen Ende der Schwenkdüse (3) angeordneten ringförmigen Schale (24) mit kugelförmiger Innenfläche gelagert ist, wobei die Lagerstelle mit einer Dichtung (25) versehen ist, um zu verhindern, daß das äußere Lager mit der Fettschicht (9) durch die im Gasleitrohr (1) unter Druck stehenden Gase beeinträchtigt wird.
11. Schwenkdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasleitrohr (1) axial verschieblich angeordnet ist.
12. Schwenkdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die an der vorderen Stirnfläche (27) des Gasleitrohres (1) angreifenden, aus dem Druck des Gases resultierenden Kräfte, die nach hinten wirken, und die aus dem Druck des Gases resultierenden Kräfte, die im Lagerspalt zwischen der Ringschulter (23) des Gasleitrohres (1) und der darin gelagerten Schale (24) am vorderen Ende der Schwenkdüse (3) angreifen und nach vorne wirken, durch entsprechende Bemessung der vorderen Stirnfläche (27) des Gasleitrohres (1) und der Außenfläche der Ringschulter (23) des Gasleitrohres (1) so aufeinander abgestimmt werden, daß das Gasleitrohr (1) mit einer Kraft axial nach hinten gedrückt wird, die zur Wirksamkeit der Dichtung (25) an der Lagerstelle ausreicht.
13. Schwenkdüse nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im hinteren Bereich des Lagerspaltes an der Innenfläche der Schale (24) am vorderen Ende der Schwenkdüse (3) eine ringförmige Ausnehmung (28) vorgesehen ist.