DE3242585C2

DE3242585C2 - Verschlußeinrichtung für einen in die Brennkammer von Staustrahl-Raketentriebwerken einmündenden Lufteinlaufkanal

Info

Publication number: DE3242585C2
Application number: DE19823242585
Authority: DE
Inventors: Herbert 8000 München Engel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-11-18
Filing date: 1982-11-18
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE3242585A1

Abstract

Einrichtung zum Beseitigen des Verschlusses eines in die Brennkammer von Staustrahltriebwerken einmündenden Lufteinlaufkanales, nach dem Ausbrand eines Starttreibsatzes, der in der für den Start- und Marschbetrieb gemeinsamen Brennkammer angeordnet ist. Diese Einrichtung besteht mindestens aus einem im Mündungsbereich des Lufteinlaufkanales in Richtung gegen die anströmende Stauluft auf Anschlag fixierten Differenzdruckzylinder, der gegen Ende der Startphase durch den Brennkammerdruck mit Brenngasen aufgeladen wird und ferner aus einem unmittelbar vor dem Mündungsverschluß angeordneten Differenzdruckkolben, der einen gegenüber dem vollen Querschnitt des Mündungsverschlusses reduzierten wirksamen Querschnitt aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschlußeinrichtung für einen in die Brennkammer von Staustrahl-Raketentriebwerken einmündenden Lufteinlaufkanal, der mit einer in dem Lufteinlaufkanal axial verschieblich angeordneten Verschlußvorrichtung, die in Richtung gegen die anströmende Stauluft durch einen Anschlag festgelegt ist und die nach dem Ausbrand eines Startreibsatzes, der in der für den Raketeit- und Staustrahlbetrieb gemeinsamen Brennkammer angeordnet ist, aufgrund dor auf ihre freien Oberflächen .wirkenden Druckdifferenz in Richtung Brennkammer dera* t verschieblich ist, daß der Lufteinlaufkanal frei wird.

Bei Staustrahl-Raketentriebwerken ist es, wie aus der US-PS 39 01 028 hervorgeht, bekannt, für die Startbzw. Raketenphase einen festen Treibstoff in einer für den Start- und den Marsch- bzw. Staustrahlbetrieb geirsinsamen Brennkammer vorzusehen, der den Flugkörper auf die für den Staustrahlbetrieb erforderliche hohe Fluggeschwindigkeit bringt, die geeignet ist, genügend Luftmengen mit einem ausreichenden Dnjck für den Marschbetrieb zur Verfügung zu stellen. Während desselben werden Luftsauerstoff und durch einen Festbrennstoff erzeugte brennstoffreiche Gase in einer Brennkammer zur Reaktion gebracht. Um während der Startphase die in die Brennkammer einmündenden Lufteinlaufkanäle noch verschlossen zu halten, sind an deren Einmündungen Deckel aus leicht zerbrechlichem Material vorgesehen, die nach Beendigung der Startphase und zu Beginn tr er Marschphase durch Fremdeinwirkung zerstört werden, so daß dann die Lufteinlauföffnungen frei sind. Durch den anstehenden Staudruck der Luft werden dann die Deckeltrümmer nach hinten über die Brennkammer und die Schubdüse hindurch ins Freie ausgestoßen.

Ferner zeigt die US-PS 31 15 008 ein auf dem Zentralkörper des Uberschallufteinlaufes eines Staustrahl-Raketentriebwerkes in arialer Richtung nach hinten beweglich gelagertes Verschlußstück, das während der Startphase sich in seiner vordersten Stellung befindet, wobei es in Gegenrichtung zur einströmenden Luft auf Anschlag fixiert ist und dort durch dn Brennkammerdruck gehalten wird. Wenn dann am Ende der Startphase der Brennkammerdruck unter den Druck der anstehenden Stauluft sinkt, wird das Verschlußstück durch letzteren nach hinten geschoben, so daß dann der Weg für die Stauluft in die Brennkammer frei wird.

Den bekannten Konzeptionen haftet grundsätzlich der Nachteil an, daß der Einsatzzeitpunkt für die Freigabe des Einströmquerschnittes für die Stauluft von der Höhe des Staudruckes bestimmt wird, der bei bestimmten Flugsituationen stark variiert und somit keine konstan te Größe darstellt.

Ein Mangel der in der US-PS 31 15 008 offenbarten Ausführung eines diesbezüglichen Mündungsverschlusses liegt darin, daß der ringförmige Verschluß auch während der Marschphase vor der Brennkammer als aerodynamischer Störkörper für die einströmende Stauluft verbleibt.

Die Aufgabe im Rahmen der Erfindung besteht darin, eine Verschlußeinrichtung zu schaffen, die zunächst unabhängig vom anstehenden Staudruck ein einwandfreies Funktionieren zum richtigen Zeitpunkt garantiert und die bei ihrem Hineinschieben in die Brennkammer vorher den Staudruck unterstützt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Verschlußvorrichtung auf ihrer der Brennkammer abgewandten Seite als Differenzdruckzylinder ausgebildet ist, in welchem ein Differenzdruckkolben gleitend geführt ist, der mit einem an den Starttreibsatz angrenzenden Mündungsverschluß verbunden

ist, daß der wirksame Querschnitt des Differenzdruckkolbens kleiner ist als der wirksame Querschnitt des Mündungsverschlusses, und daD der Dmckraum des Differenzdruckzylinders über ein Rückschlagventil mit dem Druck in der Brennkammer gegen Ende des Ausbrandes des Starttreibsatzes beaufschlagt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung besteht der Differenzdruckzylinder aus einem im Lufteinlaufkanal sitzenden, rohrförmigen Gehäuseteil und aus einer die Stauluft sperrenden Gehäusehaube sowie aus einem durch einen Gehäusekragen gehaltenen koaxialen Führungsrohr. Der Differenzdruckkolben besteht aus einem im Lufteinlaufkanal gelagerten, gegen den Gehäuseteil des Differenzdruckzylinders sich abstützenden Kolbenboden und aus einem innerhalb des Führungsrohres verschieblich gelagerten Kolbenschaft sowie aus einem zentralen, den Kolbenboden und den Mündungsverschluß durchdringenden Oberbrückungsrohr mit einer Verbindungsbohrung, dessen in den Innenraum des Differenzdruckzylinders ragendes Ende durch ein zu diesem Innenraum hin sich öffnendes Rückschlagventil gesteuert wird und dessen brennkammerseitiges Ende offen ist, das in den Starttreibsatz hineinragt

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Mündungsverschluß eine radial nach innen vorstehende Wölbung auf, die in eine Einbuchtung im Starttreibsatz formschlüssig eingreift, wobei das brennkammerseitige Ende des Verbindungsrohres und die brennkammerseitige Fläche des Mündungsverschlusses bündig verlaufen.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Verschlußeinrichtung für den Lufteinlaufkanal besteht darin, daß dir Beseitigung der Verschlußvorrichtung zeitlich exakt in erster Linie von ihr selbst diktiert und im wesentlichen von ihr selber bewirkt bzw. durchgeführt wird, und zwar durch den in der Verschlußvorrichtung gespeicherten Druck in Höhe des Brennkammerdruckes als zusätzliche Hilfskraft, die noch vor dem nachfolgenden Staudruck zum Einsatz kommt

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. I ein Staustrahl-Raketentriebwerk schematisch im Längsschnitt und die

F i g. 2 den Bereich des Anschlusses des Lufteinlaufkanals mit der erfindungsgemäßen Verschlußeinrichtung im Längsschnitt.

Das zum Antrieb eines Flugkörpers dienende Staustrahl-Raketentriebwerk besteht im wesentlichen aus einer für den Start- und Marschbetrieb gemeinsamen Brennkammer 1 mit einem Starttreibsatz 2, aus einer Schubdüse 3, z. B. zwei Lufteinlaufkanälen 4 und 5, einem brennstoffreichen Marschtreibsatz 6 und aus einem Gasleitrohr 7 mit einem Dosierventil 8.

Im Mündungsbereich der Lufteinlaufkanäle 4 und 5 in die Brennkammer 1 sind die erfindungsgemäßen Verschlußeinrichtungen, z. B. eine Verschlußeinrichtung im Lufteinlauifkana] 4 und aus Demonstrationsgründen zwei Verschlußeinrichtungen im Lufteinlaufkanal 5, mit eingesetzten hochwarmfesten Mündungsverschlüssen 9 installiert. Jede Verschlußeinrichtung weist eine Verschlußvonrichtung in Form eines Differenzdruckzylinders 10 auf, in welchem ein Differenzdruckkolben 11 gleitend geführt ist Der Differenzdruckzylinder 10 besteht aus einem im Lufteinlaufkanal 5 in Richtung zum Innenraum 12 der Brennkammer 1 mit Bewegungsfreiheit sitzenden roh. föf'nigen Gehäuseteil 13 und eines die Stauluft sperrenden Gehäusehaube 14 sowie aus einem durch einen GehjM^sekragen 15 gehaltenen koaxialen Führungsrohr 16. Der Differenzdruckkolben 11 besteht aus einem radial außen im Lufteiniaufkanal 5 in Richtung zum Innenraum 12 der Brennkammer 1 hin mit Bewegungsfreiheit abgestützten Kolbenboden 17 und aus einem innerhalb des Führungsrohres 16 verschieblich gelagerten Kolbenschaft 18 sowie aus einem zentralen, den Kolbenboden 17 und den Mündungsverschluß 9 durchdringenden Überbrückungsrohr 19 mit einer Verbindungsbohrung 20. An dem in den Innenraum 2t des Differenzdruckzylinders 10 ragenden Ende 19a des Überbrückungsrohres 19 ist ein Rückschlagventil 22 vorgesehen, das zum Innenraum 21 hin öffnet Dagegen ist das brennkammerseitige Ende 19fa offen. Der Mündungsverschluß 9 weist eine radial nach innen vorstehende Wölbung 9a auf, die in eine Einbuchtung 2a des Starttreibsatzes 2 formschlüssig eingreift. Hierbei verlaufen das Ende 19b des Überbrückungsrohres 19 und die brennkammerseitige Fläche der Wölbung 9a bündig. Um Verschmutzungen des Rückschlagventils 22 durch Feststoffanteile in den Brenngasen zu vermeiden, ist vor dem brennkammerseitigen bide 196 des Überbrückungsrohres 19 ein Schutzgitter 23 und in der Verbindungsbohrung 20 ein Filter 24 vorgesehen.
Der Differenzdruckzylinder 10 ist in Richtung zum Lufteiniaufkanal 5 hin durch einen Anschlagring 25 axial fixiert der sich auf einen Sprengring 26 abstützt.

Die erfindungsgemäße Verschlußeinrichtung funktioniert wie folgt: Gegen Ende des radial von innen nach außen erfolgenden Abbrandes des als Innenbrenner ausgeführten Starttreibsatzes 2 erreicht die Abbrandfront A die vorstehende Wölbung 9a des Mündungsverschlusses 9, wodurch Brenngase über die Verbindungsbohrung 20 und das Rückschlagventil 22 in den Innenraum 21 des Differenzdruckzylinders 10 gelangen, d. h.

der Innenraum 21 wird noch vor dem Abbrandende des Starttreibsatzes 2 auf de;i Brennkammerdruck gebracht. Das Rückschlagventil 22 sorgt dafür, daß dort dieser Druck zunächst gespeichert bzw. aufrechterhalten bleibt.

Wie aus der Konstruktion der als Differenzdruckeinrichtung fungierenden Verschlußeinrichtung zu ersehen isi, bewirkt der im Innenraum 21 gefangene Druck in Höhe des Brennkammerdruckes, daß am Kolbenboden 17 des Differenzdruckkolbens 11 in Richtung zum Brennkammerinnenraum 12 hin nur ein reduzierter Druck d am reduzierten Querschnitt q wirksam wird, während am Mündungsverschluß 9 über den vollen Querschnitt Q momentan noch der volle Brennkammerdruck D in Gegenrichtung angreift Zum Ende des Ausbrandes des Starttreibsatzes 2 sinkt der Druck im Innenraum 12 der Brennkammer 1, erreicht schließlich den reduzierten Druck d des Innenraums 21 und unterschreitet dann diesen. 5n diesem Augenblick wird der Oif'-renzdruckkolben 11 zusammen mit dem Mündungsverschluß 9, die beide miteinander verbunden sind und im Lufteinlaui"kanal 5 mit Reibschluß shzen, in den Innenraum 12 der Brennkammer 1 mit nur geringer Beschleunigung hineingeschoben. Sie gelangen dann durch die Schubdüse 3 ins Freie. Anschließend wird durch den sich aufbauenden Staudruck im Lufteinlaufkanal 5 auch der Differenzdruckzylinder in den Innenraum 12 der Brennkammer 1 befördert und dann ebenfalls durch die Schubdüse 3 ausgestoßen.

Hier*.u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verschlußeinrichtung für einen in die Brennkammer von Staustrahl-Raketentiiebwerken einmündenden Lufteinlaufkanal, mit einer in dem Lufteinlaufkanal axial verschieblich angeordneten Verschlußvorrichtung, die in Richtung gegen die anströmende Stauluft durch einen Anschlag festgelegt ist und die nach dem Ausbrand eines Starttreibsatzes, der in der für den Raketen- und Staustrahlbetrieb gemeinsamen Brennkammer angeordnet ist aufgrund der auf ihre freien Oberflächen wirkenden Druckdifferenz in Richtung Brennkammer derart verschieblich ist, daß der Lufteinlaufkanal frei wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußvorrichtung auf ihrer der Brennkammer (1) abgewandten Seite als Differenzdruckzylinder (10) ausgebildet ist, in welchem ein Differenzdruckkolben (11) glek^nd geführt ist, der mit einem an den StsrttreibsstE (lh an^enzenden Mnndun^svcrschluß (9) verbunden ist, daß der wirksame Querschnitt (ajaes Differenzdruckkolbens (11) kleiner ist als der wirksame Querschnitt (Q) des Mündungsverschlusses (9), und daß der Druckraum (21) des Differenzdruckzylinders (10) über ein Rückschlagventil (22) mit dem Druck in der Brennkammer (1) gegen Ende des Ausbrandes des Starttreibsatzes (2) beaufschlagt wird.

2. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruckzylinder (10) aus einem im Lufteinlaufkanal (5) sitzenden, rohrförmigen Gehäuseteil (13) und aei einer die Stauluft sperrenden Gehäusehaube (14) sowie aus einem durch einen Gehäusekragen (15) _fcehaltenen koaxialen Führungsrohr (16) besteht und daß der Differenzdruckkolben (11) aus einem im Lufteinlaufkanal (5) gelagerten, gegen den Gehäuseteil (13) axial sich abstützenden Kolbenboden (17) und aus einem innerhalb des Führungsrohres (16) verschieblich gelagerten Kolbenschaft (18) sowie aus einem zentralen, den Kolbenboden (17) und den Mündungsverschluß (9) durchdringenden Überbrückungsrohr (19) mit einer Verbindungsbohrung (20) besteht, dessen in den Innenraum (21) des Differenzdruckzylinders (10) ragendes Ende (19a,) durch das zu diesem Innenraum (21) hin sich öffnende Rückschlagventil (22) gesteuert wird und dessen brennkarr.merseitiges Ende (19Z^ offen ist, das in den Starttreibsatz hineinragt.

3. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mündungsverschluß (9) eine radial nach innen vorstehende Wölbung (9a) aufweist, die in eine Einbuchtung (2a) im Starttreibsatz (2) formschlüssig eingreift, wobei das brennkammerseitige Ende (\9b) des Überbrückungsrohres (19) und die brennkammerseitige Fläche der Wölbung (9a^des Mündungsverschlusses (9) bündig verlaufen.

4. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem brennkammerseitigen Ende (\9b) des Überbrückungsrohres (19) ein Schutzgitter (23) und/oder in der Verbindungsbohrung (20) ein Filter (24) vorgesehen ist.