DE4436112C1 - Triebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Triebwerk auf der Basis der katalytischen und/oder thermischen Zersetzung eines flüssigen Energieträgers, insbesondere Hydrazin, bei dem der flüssige Energieträger über ein Einspritzrohr aus einem Vorratsbehälter in eine Zersetzungskammer gefördert wird und bei dem das Einspritzrohr einen gekrümmten Bereich aufweist.

Triebwerke dieser Art sind sowohl aus der US 4 288 982 als auch aus der Firmenschrift der Fa. MBB ERNO, "Monopropellant Hydrazine Propulsion Technology", Sept. 1988, Nr. 9/88/5000, bekanntgeworden. Bei diesen bekann­ ten Triebwerken, deren gekrümmte Einspritzrohre einen Halbbogen bzw. einen vollen Kreisbogen aufweisen, be­ stehen in der Regel nur eingeschränkte Möglichkeiten, den Massenstrom des zur Schuberzeugung eingesetzten flüssigen Energieträgers zu verändern und auf diese Weise eine nachträgliche Korrektur des Schubverhaltens zu erreichen. Eine mögliche Maßnahme besteht in einer austauschbaren Blende, die zwischen dem Einspritzrohr und einem diesem vorgeschalteten Einspritzventil, das den Vorratsbe­ hälter für den flüssigen Energieträger verschließt, angeordnet ist. Durch den Austausch dieser Blende gegen eine solche mit einer größeren oder kleineren Durchlaß­ bohrung kann eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Massenstromes erreicht werden. Wird jedoch bei einem Triebwerk eine derartige Korrektur des Durchsatzes vorgenommen, so ist die neue Blende als Neuteil anzu­ sehen, und es muß ein Teil des Tests wiederholt werden, die der ursprünglichen Zulassung des Triebwerkes vor­ ausgegangen sind. Der gleiche Nachteil ergibt sich, wenn, wie bei anderen bekannten Triebwerken, austausch­ bare Durchflußbegrenzer, sogenannte Flowlimiter, ver­ wendet werden. In diesem Fall ist allerdings der Aus­ tausch einfacher als bei der Verwendung von Blenden.

Da die Spezifikationen für Hydrazintriebwerke üblicher­ weise nur ein sehr enges Toleranzband bezüglich des mit dem Triebwerk erzielbaren Schubes zulassen, stellen die solchermaßen eingeschränkten Möglichkeiten einer nach­ träglichen Korrektur des Massendurchsatzes und damit des Schubes einen erheblichen Nachteil dar, der vor allem einer Serienproduktion derartiger Triebwerke entgegensteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Triebwerk der eingangs genannten Art so auszubilden, ohne daß hierzu ein Austausch von Teilen erforderlich wäre.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Triebwerk mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan­ spruches 1. Wird bei dem erfindungsgemäßen Triebwerk beispielsweise eine Unterschreitung des zugelassenen Minimalschubes registriert, so kann ohne den Austausch von Teilen allein durch die Verringerung der Krümmung des Einspritzrohres der Druckverlust im Einspritzrohr verringert und damit der Treibstoffdurchsatz erhöht werden. Auf diese Weise kann eine Nachkalibrierung des Schubes in Richtung auf die Einhaltung des vorgegebenen Schubbandes vorgenommen werden, ohne daß erneute Zulassungstests wegen des Einbaus von Neuteilen er­ forderlich werden. Lediglich der zuvor durchgeführte Feuerversuch muß wiederholt werden, bevor das Triebwerk einsatzbereit ist. Entsprechend einfach ist auch die Verringerung des Massendurchsatzes und damit des Schubes zu erreichen. Somit wird es möglich, den Aus­ schuß bei der Serienfertigung von Hydrazintriebwerken signifikant zu reduzieren, da auch größere Abweichungen im Treibstoffdurchsatz, insbesondere solche, die außer­ halb des vorgegebenen Toleranzbandes liegen, durch eine Nachjustage korrigiert werden können, die in der End­ phase der Triebwerksabnahme vorgenommen wird. Günstig­ ster Zeitpunkt hierfür ist das sogenannte Run-in- fixing, das man auch als Abnahmefeuern bezeichnen kann. Durch eine sorgfältige Durchführung der Nachkalibrie­ rung lassen sich auch extrem eng tolerierte Anwender­ spezifikationen realisieren.

Die Erfindung ist in gleicher Weise für Triebwerke geeignet, bei denen das Einspritzrohr einen Halbbogen bildet, wie auch für solche mit einem vollen Rohrbogen. Lediglich die Art, in der die Korrektur vorzunehmen ist, ist bei diesen beiden Triebwerkstypen unterschied­ lich. In beiden Fällen gilt, daß eine Vergrößerung des Krümmungsradius zu einem verringerten Druckverlust und damit zu erhöhtem Treibstoffdurchsatz führt, während eine Verkleinerung des Krümmungsradius den Druckverlust erhöht und damit den Treibstoffdurchsatz verringert.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Teil eines Hydrazintriebwerkes,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Anord­ nung aus Fig. 1,

Fig. 3 und 4 die Anordnung gemäß Fig. 1 in zwei unter­ schiedlichen Justierpositionen,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Teil eines zweiten Hydrazintriebwerkes und

Fig. 6 und 7 die in Fig. 5 dargestellte Anordnung in verschiedenen Justierpositionen.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung stellt den Einspritz­ bereich eines Hydrazintriebwerkes dar. Hierin angeord­ net ist ein Einspritzrohr 1, das einen Vorratsbehälter für einen flüssigen Energieträger, in diesem Fall Hydrazin, mit einem Einspritzkopf 2 verbindet, über den der flüssige Energieträger in eine Zersetzungskammer 3 eingebracht wird, die mit einem Katalysatorbett gefüllt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung ist der Vorratsbehälter, der sich in der Zeichnung auf der linken Seite an das Einspritzrohr 1 anschließt, nicht mit dargestellt.

Das Einspritzrohr 1 ist am einlaßseitigen Ende in einer Druckplatte 4 gehaltert, in diesem ist es in die Platte eingelötet, die sich ihrerseits an einem Montageflansch 5 abstützt und, wie nachfolgend noch ausgeführt wird, zu Justagezwecken beweglich an diesem gehaltert ist. Das Einspritzrohr 1 ist durch eine zentrische Bohrung 6 des Flansches 5 sowie durch einen Dichtring 7 hindurch längsverschieblich geführt. Es weist in seinem mittle­ ren, von einem Hitzeschild 8 umgebenen Teil einen gekrümmten, flexibel ausgebildeten Bereich 9 auf.

Wie insbesondere aus der Darstellung gemäß Fig. 2 ersichtlich ist, die eine Draufsicht auf die Druck­ platte 4 darstellt, ist diese Druckplatte 4 durch drei Schrauben 11 bis 13, die in entsprechende Gewinde­ bohrungen des Flansches 5 eingeschraubt sind, in an diesem gehaltert. Drei weitere Schrauben 14 bis 16, die äquidistant und auf dem gleichen Teilkreis zwischen den Schrauben 11 bis 13 angeordnet sind, stützen sich auf der Flanschoberfläche ab. Die Schrauben 11 bis 16 stellen zusammen mit der beweglichen Führung des Einspritzrohres 1 im Bereich des Flansches 5 sowie dem flexibel ausgebildeten gekrümmten Bereich 9 des Ein­ spritzrohres 1 ein System zur nachträglichen Kalibrie­ rung des Durchsatzes an flüssigem Energieträger durch die in Fig. 1 gezeigte Anordnung und damit zur Beein­ flussung des mit dem hier beschriebenen Hydrazintrieb­ werkes erzielbaren Schubes dar. Dies wird anhand der Fig. 3 und 4 verdeutlicht:

Um zu einer Schuberhöhung des in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Hydrazintriebwerkes zu gelangen, wird der in Fig. 1 existierende Zwischenraum 10 zwischen dem Flansch 5 und der Druckplatte 4 verringert bzw., wie bei der Abbildung gemäß Fig. 3 geschehen, vollständig beseitigt. Zu diesem Zweck werden die drei Schrauben 14 bis 16, bei denen es sich im Fall des hier gezeigten Ausführungsbeispiels um Madenschrauben handelt, weitestgehend aus der Druckplatte 4 herausgedreht, während die drei übrigen Schrauben 11 bis 13 in den Flansch 5 hineingedreht werden. Auf diese Weise wird das Einspritzrohr 1 gestreckt und seine Krümmung ver­ ringert. Da ein Teil des Druckabfalls zwischen dem Vorratsbehälter und der Zersetzungskammer 3 durch die Krümmung des Einspritzrohres 1 bewirkt wird, führt diese Verringerung der Krümmung zu einer Reduzierung des Druckverlustes und damit zu einer Vergrößerung des Treibstoffdurchsatzes und zu einer Schuberhöhung.

Um andererseits den mit diesem Triebwerk erzielbaren Schub zu reduzieren, wird, wie in Fig. 4 dargestellt, die Krümmung des Einspritzrohres 1 vergrößert. Hierzu werden die Madenschrauben 14 bis 16 weitgehend in die Druckplatte 4 hineingedreht, während die drei Schrauben 11 bis 13 aus dem Flansch 5 herausgedreht werden. Der flexible Bereich des Einspritzrohres 1 wird dadurch gestaucht und sein Krümmungsradius verringert. Dies führt zu einem erhöhten Druckverlust im Einspritzrohr 1, wodurch sich der Treibstoffdurchsatz vermindert und der Schub auf den spezifizierten Sollwert reduziert wird.

Das Einspritzrohr 1 gleitet bei diesen Justierarbeiten durch die zentrale Bohrung 6 des Montageflansches 5 hindurch, wobei die eingepreßte Dichtung 7 das Auf­ treten von Leckagen verhindert.

Auf analoge Weise läßt sich, wie in den Fig. 5 bis 7 dargestellt, der Schubwert eines Hydrazintriebwerkes nachträglich verändern, bei dem das Einspritzrohr 21 einen flexiblen Bereich 29 mit einem Vollkreis auf­ weist. Auch hier kann durch eine Veränderung des Abstandes 30 zwischen der Druckplatte 24 und dem Montageflansch 25 eine Stauchung oder Streckung des Einspritzrohres in seinem flexiblen Bereich 29 erzielt werden. Anders als bei der vorangehend beschriebenen Anordnung führt in diesem Fall jedoch eine Stauchung, d. h. eine Vergrößerung des Abstandes 30 zwischen Druck­ platte 24 und Montageflansch 25, zu einem größeren Krümmungsradius und damit, wegen des verringerten Druckabfalles, zu einer Schuberhöhung. Dieser Fall ist in Fig. 6 gezeigt. Dementsprechend reduziert sich durch eine Streckung des Einspritzrohres 21, wie in Fig. 7 dargestellt, der Krümmungsradius des Kreisbogens 29 und damit verringert sich auch, wegen des vergrößerten Druckabfalles, der mit diesem Triebwerk erzielbare Schub.

Nach Beendigung der Einstellarbeiten an den Triebwerken und der nun korrekten Durchsatz- und Schubwerte, werden die Schrauben in ihrer Position festgesetzt. Hierzu erfolgt eine Verdrehsicherung der Schrauben, wie durch eine Drahtsicherung, oder eine Festsetzung mit einem im Volumen beständigen Kleber-Araldit.

Claims (5)

1. Triebwerk auf der Basis der katalytischen und/oder thermischen Zersetzung eines flüssigen Energieträgers, insbesondere Hydrazin, bei dem der flüssige Energieträger über ein Einspritzrohr aus einem Vorratsbehälter in eine Zersetzungskammer gefördert wird und bei dem das Einspritzrohr einen gekrümmten Bereich aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß das Einspritzrohr (1, 21) in seinem ge­ krümmten Bereich (9, 29) flexibel ausgebildet ist und daß Mittel (4, 11-16, 24) zur Veränderung des Krümmungsradius des Einspritzrohres (1, 21) vorge­ sehen sind.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzrohr (1, 21) mit seinem einlaß­ seitigen Endbereich in einer Druckplatte (4, 24) befestigt ist, die ihrerseits mit veränderlichem Abstand an einem Montageflansch (5, 25) gehaltert ist und daß das Einspritzrohr (1, 21) in einer Bohrung (6) des Montageflansches (5, 25) gleitend verschieblich geführt ist.

3. Triebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Druckplatte (4, 24) vom Montage­ flansch (5, 25) über Schrauben (11-16) veränderbar ist.

4. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzrohr (1) einen Halbbogen (9) aufweist.

5. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzrohr (21) einen vollen Kreisbogen (29) aufweist.