DE3120902C1

DE3120902C1 - Ablationsschicht sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE3120902C1
Application number: DE19813120902
Authority: DE
Inventors: Helmut 8011 Siegertsbrunn Henkel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-05-26
Filing date: 1981-05-26
Publication date: 1983-01-27
Also published as: GB2103349A; FR2506901B1; FR2506901A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ablationsschicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie hat auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dieser Ablationsschicht zum Gegenstand.

Die zylindrische Innenwand der Brennkammer eines Flugtriebwerks, beispielsweise einer Staustrahlbrennkammer, wird gegen die Verbrennungsgase mit einer Ablationsschicht aus einem Ablationsmaterial auf Silikonbasis geschützt. Dazu wird das Ablationsmaterial durch eine geeignete Methode, z. B. durch Schleudern, in flüssigem Zustand auf die Innenwand aufgetragen und ausgehärtet, wobei es sich in der Brennkammer verspannt.

Während der Ablation der Ablationsschicht in der Brennkammer erfolgt auch eine Pyrolyse von in dem Ablationsmaterial enthaltenem kohlenstoffhaltigem Material. Durch die Pyrolyse wird das Ablationsmaterial spröde und brüchig, so daß es den hohen mechanischen Beanspruchungen, denen es insbesondere durch die Beschleunigungskräfte ausgesetzt ist, nicht mehr standhält, d. h. es kommt zu einem Ausbrechen von pyrolysiertem Ablationsmaterial aus der Ablationsschicht.

Um eine zusätzliche Befestigung zu erreichen, ist bereits eine Ablationsschicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekanntgeworden. Dabei besteht der Draht, der das Ablationsmaterial durchsetzt, aus einem Drahtgitter, das an den Berührungsstellen mit der Brennkammerwand durch Punktschweißen verbunden wird. Nachteilig ist das Gewicht und die hohe Wärmeleitung des Drahtes. Darüber hinaus führt die Punktverschweißung zu einem Schmelzen, also einer Gefügeänderung des Materials der Brennkammerwand, wodurch deren Festigkeit herabgesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ablationsschicht insbesondere für die Innenseite einer Brennkammerwand eines Flugtriebwerks anzugeben, die ohne Beeinträchtigung der Festigkeit der Brennkammerwand eine geringe Wärmeleitung und ein geringes Gewicht aufweist und während der Ablation fest mit der Innenwand verbunden bleibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst. Die Ansprüche^ bis 8 umreißen ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ablationsschicht,

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und die Ansprüche 9 bis 12 eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt jeweils schematisch

F i g. 1 einen Teil einer Brennkammerwand mit der erfindungsgemäßen Ablationsschicht im Querschnitt und in stark vergrößerter Wiedergabe;

F i g. 2 und 3 einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt durch die Vorrichtung zur Herstellung der Ablationsschicht;

F i g. 4 in vergrößerter Wiedergabe einen Ausschnitt von zwei mit ihren Längskanten aneinanderliegenden Ringsegmenten der Vorrichtung; und

F i g. 5 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit darauf aufgebrachtem Netz aus Faserstoff und Drahtspirale. )

Gemäß F i g. 1 ist die zylindrische Innenseite der Brennkammerwand 1 eines Flugtriebwerks mit einer Ablationsschicht 2 aus einem Ablationsmaterial auf Siliziumsbasis versehen, welche von einem Draht 3 und einem Netz 4 aus einem hochwarmfesten Faserstoff durchsetzt ist, vorzugsweise aus Kohlenstoff, Siliciumkarbid- oder keramischen Fasern.

Der Draht 3 ist spiralförmig ausgebildet, d. h. durch Auseinanderziehen einer Drahtspirale verformt und durch die Maschen des Netzes 4 hindurchgefädelt. Die radial äußeren Bereiche des Drahtes 4 stehen mit der einen Seite der Brennkammerwand 1 in Berührung. An den Berührungsstellen 5 des Drahtes 3 mit der Innenseite der Brennkammerwand 1 ist der Draht 3 vorzugsweise mit einem Lot mit der Brennkammerwand 1 verbunden.

Gemäß Fig.2 und 3 besteht die Vorrichtung zur Herstellung der Ablationsschicht 2 aus einer teilbaren zylindrischen Form, nämlich aus einem Innenkonus 6 und drei um den Innenkonus 6 herum angeordneten Ringsegmenten 7, 8 und 9, die zum Innenkonus 6 komplementäre Innenflächen aufweisen. Durch Verschiebung des Innenkonus 6 gegenüber den Ringsegmenten 7 bis 9 läßt sich also der Umfang der Vorrichtung verändern.

Damit sich die Ringsegmente 7 bis 9 nicht gegeneinander in Längsrichtung verschieben können, weist jedes Ringsegment 7 bis 9 gemäß F i g. 4 an einer Längskante einen Vorsprung 10 auf, der in eine entsprechende Ausnehmung 11 in der Längskante des benachbarten Ringsegments 7 bis 9 eingreift.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ablationsschicht wird der Durchmesser der teilbaren Form aus einem Innenkonus 6 und den Ringsegmenten 7 bis 9 durch Verschieben des Innenkonus 6 gegenüber den Ringsegmenten 7 bis 9 etwas geringer eingestellt als der Innendurchmesser der mit der Ablationsschicht 2 zu versehenden Brennkammerwand 1 ist. Auf die so eingestellte Form wird dann das Netz 4 aus hochwarmfestem Faserstoff mit einander etwas überlappenden Enden gelegt und provisorisch befestigt, beispielsweise mittels eines Klebestreifens.

Der Draht 3, der durch Auseinanderziehen einer Drahtspirale erhalten worden ist, wird dann durch die Maschen des Netzes 4 derart hindurchgefädelt, daß um die zylindrische Form mehrere Windungen 12 bis 16 gelegt werden, wie in F i g. 5 veranschaulicht. Um die Positionierung der Windungen 12 bis 16 zu erleichtern, ist in der Außenseite der Ringsegmente 7 bis 9 eine den Windungen 12 bis 16 entsprechende spiralförmige Nut 17 vorgesehen.

Nach dem Entfernen der provisorischen Befestigung, also beispielsweise des Klebestreifens, wird die teilbare zylindrische Form mit dem Netz 4 und der Drahtspirale aus den Windungen 12 bis 16 in die Brennkammer geschoben. Durch Einschieben des Innenkonus 6 in die Ringsegmente 7 bis 9 werden die Drahtwindungen 12 bis 16 an die Brennkammerwand 1 gedrückt und können nun daran befestigt werden.

Das Befestigen kann durch Punktschweißen erfolgen. Auch hat sich gezeigt, daß durch eine galvanische Abscheidung an den Berührungsstellen 5 des Drahtes 3 mit der Brennkammerwand 1 eine Befestigung möglich ist. Besonders vorteilhaft hat sich jedoch das Anlöten des Drahtes 3 mit einem hochschmelzenden Lot erwiesen, und zwar in der Weise, daß zunächst galvanisch oder mittels eines Tauchverfahrens das Lot auf die Innenseite der Brennkammerwand 1 aufgebracht wird und dann durch den Draht 3 ein elektrischer Strom geschickt wird, so daß eine Widerstandserwärmung resultiert, die zum Schmelzen des Lotes an den Berührungsstellen 5 des Drahtes 3 mit der Brennkammerwand 1 führt. Statt der elektrischen Widerstandserwärmung des Drahtes kann auch der Brennkammerwand 1 Wärme zugeführt werden, um das Lot zu schmelzen.

Alsdann wird der Durchmesser der teilbaren zylindrischen Form durch Herausziehen des Innenkonus 6 verkleinert und die teilbare zylindrische Form aus der Brennkammer entfernt. Das Netz 4 aus hochwarmfestem Faserstoff wird nun durch den eingefädelten Draht 3 sicher an der Innenseite der Brennkammerwand 1 gehalten. Anschließend erfolgt das Beschichten der mit dem Netz 4 mit dem darin eingefädelten Draht 3 versehenen Brennkammerwand 1 mit dem Ablationsmaterial, wie vorstehend geschildert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Ablationsschicht aus einem von Draht durchsetzten Ablationsmaterial auf Siliziumbasis an der Innenseite eines Metallzylindermantels, insbesondere an der Innenseite der Brennkammerwand eines Flugtriebwerks, wobei der das Ablationsmaterial durchsetzende Draht verformt und zumindest an einem Teil der Berührungsstellen mit dem Zylindermantel bzw. der Brennkammerwand verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablationsmaterial außerdem von einem Netz (4) aus hochwarmfesten Faserstoffen durchsetzt ist und der Draht (3) in Form einer Drahtspirale (12 bis 16) in die Maschen dieses Netzes (4) eingefädelt ist.

2. Verfahren zur Herstellung der Ablationsschicht nach Anspruch 1, wobei der verformte Draht an zumindest einem Teil der Berührungsstellen mit dem Zylindermantel bzw. der Brennkammerwand durch Verlöten, Verschweißen oder durch galvanische Abscheidung verbunden und dann das Ablationsmaterial im flüssigen Zustand aufgetragen und ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verbinden des Drahtes (3) mit dem Zylindermantel bzw. der Brennkammerwand (1) das Netz (4) aus hochwarmfesten Faserstoffen auf einer Vorrichtung zu einem Zylinder von geringfügig kleinerem Durchmesser als der Durchmesser des Metallzylinders bzw. der Brennkammerwand (1) angeordnet, der verformte Draht (3) durch das zylinderförmig angeordnete Netz (4) gefädelt, die Vorrichtung mit dem zylinderförmig angeordneten Netz (4) und dem darin eingefädelten Draht (3) in den Metallzylinder bzw. die Brennkammer geschoben und dann die Vorrichtung aus dem Metallzylinder bzw. der Brennkammer entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Vorrichtung zylinderförmig angeordnete Netz (4) mit dem darin eingefädelten Draht (3) nach dem Hineinschieben in den Metallzylinder bzw. die Brennkammer aufgeweitet und an den Metallzylindermantel bzw. die Brennkammerwand (1) gedrückt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden des auf der Vorrichtung zylinderförmig angeordneten Netzes (4) überlappt angeordnet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (3) durch Auseinanderziehen einer Drahtspirale verformt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verlöten des Drahtes (3) mit dem Zylindermantel bzw. der Brennkammerwand (1) die Innenseite des Zylindermantels bzw. der Brennkammerwand (1) mit einem hochschmelzenden Lot versehen wird, das durch elektrische Widerstandserwärmung des Drahtes (3) oder Erwärmung des Metallzylinders bzw. der Brennkammerwand (1) zum Schmelzen gebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot galvanisch oder durch ein Tauchverfahren aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lot mit einer Schmelztemperatur zwischen 800 und 1000° C verwendet wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer teilbaren zylindrischen Form besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die teilbare zylindrische Form aus einem Innenkonus (6) und mehreren um diesen herum angeordneten Ringsegmenten (7—9) mit zum Innenkonus (6) komplementärer konischer Innenfläche besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ringsegment (7 bis 9) an einer seiner beiden Längskanten einen Vorsprung (10) aufweist, der in eine entsprechende Ausnehmung (11) in der Längskante des benachbarten Ringsegments (7 bis 9) eingreift.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenseite der Ringsegmente (7 bis 9) eine spiralförmige Nut (17) eingearbeitet ist.