DE3228162C2

DE3228162C2 -

Info

Publication number: DE3228162C2
Application number: DE19823228162
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr.-Ing. 8028 Taufkirchen De Schmidt
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-07-28
Filing date: 1982-07-28
Publication date: 1987-06-19
Also published as: DE3228162A1; JPH0341668B2; FR2531141A1; JPS5941645A; FR2531141B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsrakententrieb werk nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Nach der DE-OS 27 43 983 ist ein Flüssigkeitsrakententrieb werk in Nebenstrombauart für den Betrieb im luftleeren Raum bekannt, im wesentlichen bestehend aus einer Brennkammer mit einem konvergent-divergenten vorderen Schubdüsenteil, aus einem Vakuumschubdüsenteil, aus Treibstoffpumpen zum Fördern der flüssigen Treibstoffe, insbesondere Sauerstoff und Wasser stoff, aus einer odere mehreren, zum Antrieb der Treibstoff pumpen dienenden, mit heißen Treibgasen beaufschlagten Turbi nen, deren Abgase über eine Nebenstromdüse ins Freie strömen, wobei die Turbinenantriebsgase aus einer kleineren Teilmenge, eines flüssigen Treibstoffes, insbesondere des Wasserstoffes, die durch Kühlkanäle in der Wand des Vakuumschubdüsenteiles strömt und dort aufgeheizt wird, erzeugt werden.

Hierbei entfällt der sonst übliche Gasgenerator zur Erzeugung der Treibgase für die Pumpenantriebsturbine, wodurch insge samt eine Verbesserung des Leistungsgewichtes und eine Verbilli gung der Triebwerksanlage erreicht wird.

Die vorerwähnte bekannte Konzeption ist insbesondere für Rake tentriebwerke geeignet, die mit niedrigen und mittleren Druck verhältnissen arbeiten, unter denen auch günstige Betriebs zustände erreicht werden. Für hohe Druckverhältnisse ist diese bekannte Triebwerksanlage weniger brauchbar, da für die Erzeugung hochenergetischer Turbinentreibgase die Wärme zufuhr nicht ausreichend ist.

Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht, bei einem Flüssigkeitsraketentriebwerk der eingangs genannten Art für den zur Kühlung der Brennkammer und der Schubdüse dienenden flüssigen Treibstoff einen Strömungskreislauf zu schaffen, der den Turbinentreibgasen einen so hohen Wärmeinhalt vermittelt, daß das Triebwerk mit hohen Druckverhältnissen ge fahren werden bzw. mit hoher spezifischer Leistung arbeiten kann.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Triebwerk der eingangs ge nannten Art erfindungsgemäß durch die Kennzeichen der Merkmale des Patentanspruchs.

Das erfindungsgemäße Kreislaufsystem ermöglicht einerseits die Erzielung hoher Temperaturen für die Treibgase zur Beaufschla gung der Pumpenantriebsturbine und damit das Betreiben eines Triebwerks der in Rede stehenden Art mit hohen Druckverhältnis sen und hohen spezifischen Leistungen. Erreicht wird dies durch die Beteiligung der zu diesem Zweck vorgesehenen turbinenseitig genutzten Teilmenge sowohl an der Kühlung des vorderen Schub düsenteiles und der Brennkammer als auch an der Kühlung des sogenannten Vakuumschubdüsenteiles. Andererseits ergibt die vorgeschlagene Maßnahme die Möglichkeit, auf die Kühlung der Brennkammer und der Schubdüse günstig Einfluß nehmen zu können, insofern, als durch die Festlegung der Trennebene zwischen dem hinteren Ende des Vakuumschubdüsenteiles, d. h. durch die Lokalisierung der zwischen beiden Schubdüsenteilen ge meinsamen Trennebene der Wärmehaushalt bzw. die Kühlverhält nisse des sehr heißen vorderen Schubdüsenteiles und der Brenn kammer und des weniger heißen Vakuumschubdüsenteiles bestimmt und dabei gleichzeitig die Temperatur der größeren Einspritz menge sowie die Temperatur der Turbinenantriebsgase in grund sätzlicher Hinsicht gesteuert werden können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfin dung anhand eines Flüssigkeitsraketentriebwerks in Schema dar gestellt.

Das gezeigte Raketentriebwerk in Nebenstrombauart, das mit flüssigen Treibstoffen, insbesondere Wasserstoff und Sauer stoff, arbeitet, besteht im wesentlichen aus einer Brennkammer 1 mit Einspritzkopf 2 und einem konvergent-divergenten (vorderen) Schubdüsenteil 3 mit einem Expansionsgrad für den Betrieb am Boden oder in relativ niedrigen Höhen, aus einem Vakuumschub düsenteil 4 mit einem Expansionsgrad für den Betrieb im luftleeren Raum, aus einem Vorratsbehälter 5 für flüssigen Wasserstoff und einem Vorratsbehälter 6 für flüssigen Sauer stoff, aus einer Pumpe 7 für den Wasserstoff und einer Pumpe 8 für den Sauerstoff, aus einer die beiden vorgenannten Treib stoffpumpen 7 und 8 antreibenden Gasturbine 9 und aus einer Nebenstromschubdüse 10.

Die von der Pumpe 7 geförderte gesamte Wasserstoffmenge H₂ wird über eine Leitung 11 einem Zulaufring 12 zugeführt, von dem aus die einzelnen, in der Wand des vorderen Schubdüsen teiles 3 und in der Wand der Brennkammer 1 verlaufenden Kühl kanäle gespeist werden, in denen der Wasserstoff unter Kühlung der Wände aufgeheizt wird. Eine kleinere Teilmenge H₂ a der gesamten Wasserstoffmenge H₂ wird in einem im vorderen Be reich der Brennkammer 1 angeordneten Ablaufring 13 gesammelt und über eine Leitung 14 einem Zulaufring 15 am vorderen Ende des Vakuumschubdüsenteiles 4 zugeführt.

Die größere Teilmenge H₂ b des Wasserstoffes H₂ gelangt über eine Leitung 16 in den Einspritzkopf 2 und wird dann zusammen mit dem Sauerstoff O₂, der über eine Leitung 17 zuströmt, in die Brennkammer 1 eingespritzt.

Die in den Zulaufring 15 eingeströmte, bereits aufgeheizte kleinere Wasserstoffmenge H₂ a wird von hier auf die einzelnen Kühlröhrchen, aus der die Wand des Vakuumschubdüsenteiles 4 besteht, verteilt und wird am hinteren Ende des Vakuumschub düsenteiles 4 in einem Auslaufring 18 gesammelt. Im Vakuum schubdüsenteil 4 findet eine zusätzliche Aufheizung der kleine ren Teilmenge H₂ a des Wasserstoffes H₂ statt. Die heißen Gase der kleineren turbinenseitig genutzten Teilmenge H₂ a des Wasser stoffes gelangen über eine Leitung 19 zur Turbine 9, die sie antreiben, und treten dann über die Nebenstromschubdüse 10 ins Freie.

Claims

Flüssigkeitsraketentriebwerk in Nebenstrombauart für den Betrieb im luftleeren Raum, im wesentlichen bestehend aus einer Brennkammer mit ei nem konvergent-divergenten vorderen Schubdüsenteil und einem daran an schließenden Vakuumschubdüsenteil, aus Treibstoffpumpen zum Fördern der flüssigen Treibstoffe, insbesondere Sauerstoff und Wasserstoff, aus einer oder mehreren zum Antrieb der Treibstoffpumpen dienenden Turbinen, die von heißen Treibgasen beaufschlagt werden, die aus einer Teilmenge (turbinenseitig genutzten Teilmenge) eines Treibstoffes, insbesondere des Wasserstoffes, innerhalb der Schubdüsenwand durch Wärmezufuhr er zeugt werden, dann die Turbine oder Turbinen durchströmen und als Tur binenabgase über eine Nebenstromdüse ins Freie gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der Turbinentreib gase genutzte, kleinere Teilmenge (H₂ a) zusammen mit der als Ein spritzmenge für die Brennkammer (1) verwendeten, größeren Teilmenge (H₂ b) des einen Treibstoffes in der Wand des vorderen Schubdüsenteils (3) erwärmt wird, bevor sie zur weiteren Erwärmung am vorderen Ende des Vakuumschubdüsenteils (4) in dessen Wand eingeleitet wird.