DE3141354A1

DE3141354A1 - "triebwerk, insbesondere steuertriebwerk fuer raumflugkoerper"

Info

Publication number: DE3141354A1
Application number: DE19813141354
Authority: DE
Inventors: Manfred 2863 Rittehude Steenborg
Original assignee: Erno-Raumfahrttechnik 2800 Bremen GmbH; Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: STEENBORG, MANFRED, 2863 RITTERHUDE, DE
Priority date: 1981-10-17
Filing date: 1981-10-17
Publication date: 1983-04-28
Also published as: DE3141354C2

Description

Triebwerk, insbesondere Steuertriebwerk für Raumflugkörper
Die Erfindung geht aus von einem Triebwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und in der DE-AS 27 o6 679 beschriebenen Art.
Triebwerke dieser Art, die überdies auch bereits aus der GB-PS 1 473 749 bekannt sind, werden insbesondere zur Bahn- und Lagerege-Lung von Satelliten eingesetzt. Als Treibstoff in Form eines flüssigen Energieträgers findet in erster Linie Hydrazin (N2H4) Verwendung, das entweder katalytisch oder, wie im Fall der genannten Schriften, elektrothermisch in die gasförmigen Bestandteile NH3, N2 und H2 zersetzt wird. Die auf diese Weise erzeugten Treibgase treten durch die ExpanslonsdUse ins Freie und erzeugen den für Bahn- und Lagerkorrekturen erforderlichen Schub. Die Zersetzungsreaktlon läuft als exotherm/endothermer Vorgang unler erheblicher Wärmeontwicklung ab.
Die maximal erreichbare Laufzeit derartiger Triebwerke kann unter Umständen dadurch erheblich eingeschränkt s@in, daß es schon nach rela- tiv kurzer Betriebsdauer Im Etnmündungsbereich des Einspritzrohres in die Zersetzungskammer zu Ablagerungen kommt, die ein allrnähliches Zuwachsen bzw. vollständiges Verstopfen des Einspritzrohres nach sich ziehen. Dies führt dazu, daß kein bzw. nicht genügend Treibstoff mehr in die Zersetzungskammer gelangt und das Triebwerk nicht mehr funktionsfähig ist. Wie die metallurgische Untersuchung dieser Ablagerungen zeigt, handelt es sich bei ihnen unter anderem um Stoffe, die teilweise als Verunreinigungen in Form von nicht flüchtigen Bestandteilen im Hydrazin vorkommen.
Um derartige Erscheinungen zu mindern, muI3-deshalb im allgemeinen auf hochreines Hydrazin ("Low-Carbon-Hydrazine") zurückgegriffen werden, das jedoch erheblich teurer als normales Hydrazin ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebene Triebwerk so zu gestalten, daß auch ohne die Verwendung hochreiner und damit entsprechend teurer Treibstof-fe ein Verstopfen des Einspritzrohres vermieden wird Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen. Darüber hinaus sind in den Unteransprüchen im Hinblick auf die Aufgabenstellung förderliche und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
Durch die erfindungsgemäße Zwischenschaltung eines Adapters zwischen dem Einspritzrohr und der Zersetzungskammer wird der gorährdete Bereich dcs Einspritzrohres aus der heißen Zone der Zersetzungskamfrer in einen kältoren Bereich verLegt. Dadurch entstehen keine bzw. nur geringfügige thermisch bedingte Ablagerungen, die die Austrittsöffnung dieses Rohres verstopfen könnten. Die Lebensdauer des Triebwerks wird dadurch erheblich vergrößert.
Die in den Unteransprüchen vorgeschtagenen Maßnahmen zur weiteren Steigerung der Funktionstüchtigkeit des erfindungsgemäßen Triebwerks erhöhen zum einen die Stabilität der Anordnung, vor allem aber tragen sie dazu bei, die Temperatur im Mündungsbereich des EinsprTtzrohrcs noch weiter herabzusetzen. Dies wird einerseits durch Kühlung der Innenwandung des Adapters mit dem flüssigen Treibstoff bei der Einspritzung sowie während des Beiriebos bewirkt und andererseits durch die Schaffung einer neglichst großen abstrahlenden Oberfläche.
Triebwerke, die entsprechend diesen Maßnahmen ausgestaltet waren, wiesen Laufzeiten von über 350 Stunden bei einem Gesamtdurchsatz von mehr als 84 kg Hydrazin auf, wobei der Vakuumschub derartiger Triebwerke zwischen o,o6 und o,25 N liegt.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten AusführungSbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Triebwerks, Fig. 2 einen Ausschnitt gemäß II aus Fig. T, Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Triebwerks, Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Triebwerks.
In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung handelt es sich um ein elekt;olhermisches Hydrazintriebwerk, wie es beispielsweise für die Bahn-und Lageregelung von Satelliten eingesetzt werden kann.
Das Tri@@werk umfaßt eine Zersetzungskammer 1, die über ein Einspritzrohr 2 mit einem hier nicht ndher dargestellten Tank verbunden ist, in dem sich ein flfissiger Energieträger, im vorliegenden Fall Hydrazin, be- findet. Das Einspritzrohr 2 ist an seinem einen Ende durch ein hier ebenfalls nicht dargestelltes, elektrisch betätigbares und ansteuerbares Ventil vom Treibstofftank getrennt. Das andere Ende des Einspritzrohres 2 mündet in einen Adapter 3, der seinerseits in der Kopfplatte der Zersetzungskammer gehaltert ist.
Der Zersetzungskammer 1 ist eine Austritts- oder Expansionsdüse 5 nachgeschaltet, in die ein Druckmeßrohr 6 integriert ist. Das Innere der Zersetzungskammer 1 enthält eine poröse Füllung 7 eines aufheizbaren Materials, das mittels einer an der Außenwandung der Zersetzungskamner vorgesehenen, hier nicht dargestellten Heizvorrichtung erhitzt werden kann und dessen Wärntekapazität der Einleitung der Zersetzung des flüssigen Hydrazins dient. Diese Füllung bcsteht im vorliegenden Fall aus Platin-/Rhodiumkugeln.
Schließlich umfaßt die Anordnung einen Hitzeschild 8, der zwischen der Kopfplatte 4 der Zersetzungskammer 1 und der Frontplatte 9 des Ventils angebracht ist und das Einspriizrohr 2 sowie den Adapter 3 umgibt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der rohrförmige Adapter 3 in eine zentrische Bohrung der Zersetzungskammer 1 eingetötet. Der Innendurchmesser des Adapters 3 ist so gewählt, daß er dem Außendurchmesser des Einspritzrohres 2 entspricht. Letzteres ist bis zu einem Anschlag 10 in den Adapter 3 gesteckt und im Übergangsbereich ebenfalls durch Löten in diesem fixiert. Wie aus der Figur weiterhin hervorgeht, ist die Außenwandung des Adapters 3 durch ein spezielles Verfahren bearbeitet werden, wodurch die für die thermische Abstrahlung zur Verfügung sieioende wirksame Oberfläche vergrößert und damit die erzielbare Wrm@abstrahlung zusätzlich erhöht wird.
Bei den in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen A@@@dnung ist der Ad@pter 3' bzw. 3'' jeweils @@@@@@@ich noch mit ei@@@. @@@@@ @ing@@@migen Ansatz 11 bzw. 12 zur weiteren Verbesserung der Wärwcsbstrahlung. verschen. Die Ansätze 11 bzw. 12 sind jeweils im Mündungsbereich des Einspritzrohres 2 angeordnet, ihre Außenseiten sind in den der Zersetzungskammer abgewandien Bereichen ebenfalls speziell Oberflächenbehandelt worden.
Den in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Anordnungen ist gemeinsam, daß sie den im Hinblick auf das Entstehen der eingangs geschilderten Ablagerungen kritischen Bereich des Einspritzrohres 2 aus der Zone hoher Temperatur, der Zersetzungskammer 1, in ein Gebiet niedrigerer Temperatur verlagern. Wird das Triebwerk durch Aufheizen der Zersetzungskammer 1 und Offnen des Ventils für die Hydrazinzufuhr in Betrieb genommen, so tritt das Hydrazin, wie in den Figuren 2 bis 4 angedeutet, zunächst als Strahl aus dem relativ kühlen Mündungsbereich des Einspriizrohres 2 in den Innenraum des Adapters 3 ein, wo es zunehmend vernebelt bzw. verwirbelt wird und bereits teilweise dampfförmig den Bereich der Einmündung des Adapters 3 in die Zersetzungskammer 1 erreicht. Hierdurch und infolge des relativ großen Innendurchmessers des innengekühlten Adapters wird ein Verstopfen bzw. Verblocken der Einspriizrohrmündung infolge des Entstehen von Ablagerungen während des Betriebes über die gesamte Laufzeit des Triebwerks vermieden bzw. entscheidend gemindert.

Claims

Patentansprüche 1. Triebwerk, insbesondere zur Steuerung von Raumugkörpern, mit einer Vorrichtung zur Zersetzung vorwiegend flüssiger Energieträger in Form einer Zersetzungskammer, der über ein Einspritzrohr flüssiger Treibstoff zuführbar ist, und mit einer sich an die Zersetzungskammer anschließenden Expansionsdüse für die erzeugten Treibgase, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Einspritzrohr t2) und der diesem zugewandten Kopfplatte (4) der Zersetzungskarnmer (1) ein rohrförmiger Adapter (3,3',3'') vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser größer als derjonige des Einspritzrohres (2) gewählt ist und der den Mündungsbereich des Einspritzrohres (2) umfaßt.
2. Triebwerk nach Anspruch i, dadurch g e k zu e n n -z e i c h n e t, daß der Innendurchmesser des Adapters (3,3',3'') in etwa gleich dem Außendurchmesser des Einspritzrohres (2) ist
3. Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gc @ -k e n n z e i c h n e t, daß der A@@@@@@ (3,3'') mit wenigstens einem A@@atz (11,12) zur @@@@@ung der Wä@@@ @strahtung ausgestattet ist.
4. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Ansatz (11,12) als Ringschulter ausgebildet ist.
5. Triebwerk nach Anspruch 4, dadurch 9 e -k e n n z e i c h n e t, daß der Ansatz (12) konisch ausgebildet ist.
6. Triebwerk nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ansatz (11,12) im Mündungsbereich des Einspritzrohres (2) angeordnet ist.
7. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindest ein Teil der Außenflächen des Adapters (3,3',3'') mit einem Verfahren zur Erhöhung ihrer Wärmeabstrahlungsleistung behandelt ist.
8. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Adapter (3,3',3'') durch Einlöten in die Kopfplatte (4) der Zersetzungskammer (l) integriert ist.