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Brennkraftrakete oder -rückstoßvorrichtung Die bekannten Strahl- (Raketen-
oder Rückstoß-) Antriebe haben den Nachteil, daß die Auspuffgeschwindigkeit der
Verbrennungsgase nicht hoch genug ist, um einen genügend starken Vortrieb der Rakete
zu erreichen. Dies hat folgenden Grund: Bei Gasen und Gasgemischen tritt bekanntlich
hei hohen Temperaturen, z. B, etwa 2;0o° C -für Wasserdampf oder Wasserstoff und
Sauerstoff, eine atomare Aufspaltung der Gasmoleküle, die Dissoziation, ein, die
einen aucierordentlich hohen Verbrauch an Wärmeenergie erfordert. Diese Dissoziation
erfolgt bei den bisher gebauten Raketenantrieben im Raketenofen, da in diesem infolge
der Explo->ionen hohe Temperaturen herrschen. Die dem Gasgemisch innewohnende chemischthermische
Energie wird infolgedessen im Raketenofen nicht in die gewünschte Bewerungsenergie
der Gasmoleküle, also nicht in Druck und große Ausströmgeschwindigkeit übergeführt,
sondern durch den Wärmebedarf der Dissoziationserscheinung wieder aufgezehrt. Erst
am Ende der Düsenöffnung wird die vorher durch die Dissoziation verlorengegangene
Wärme infolge der nunmehr durch die Abkühlung stattfindende Assoziation der Atome
zu Molekülen wieder zurückgewonnen, d. h. die Heizwertenergie der Gase in Gastemperatur,
Gasdruck und Gasgeschwindigkeit umgewandelt. An dieser Stelle können sich aber diese
frei gewordenen Energien nicht mehr in genügendem Maße als Vortrieb für die Rakete
auswirken.
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Man hat nun durch Anwendung hoher Drucke, durch Brennstoffe mit entsprechend
niedriger Verbrennungstemperatur, durch Beimengung nicht mitverbrennender Gase oder
durch bestimmte Formgebung der Düse versucht, die Dissoziationserscheinung herabzumindern.
jedoch
ohne nennenswerten Erfolg.
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Zur Vermeidung der erwähnten Nachteile kennzeichnet sich die Vorrichtung
gemäß vorliegender Erfindung dadurch, daß das Gasgemisch beim Eintritt in den Raketenofen
durch eine besondere Wärmequelle dissoziiert wird. so daß infolge der im Austrittsteil
des Ofens stattfindenden Assoziation der Atome zu Molekülen neben der Warme des
exothermen Oxydationsvorganges der Moleküle auch die wieder frei werdende Dissoziationswärme
zur Erzeugung des Gasdruckes ausgenützt wird. Die j@'ärmequelle wird dabei vorzugsweise
durch einen elektrischen Lichtbogen gebildet. dessen Zündung ohne Ziehen durch einen
Ionisator in Form eines dem L ichtbogenstromkreis überlagerten Hochfrequenzstromkreises
bewirkt wird. Zur Sicherstellung der erwähnten Wirkung ist der Austrittsteil des
Ofens, d. h. die Assoziationsstelle, von einer Kühlung von Kanälen, die ein Kühlmittel
durchströmt, umgeben.
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Der obenerwähnte Nachteil der Dissoziation wird also zu einem Vorteil,
'indem die Brenngase gleich am Eingang des Ofens in den dissoziierten Zustand gebracht
werden. Die Kraftstoffe werden wohl verbrannt; doch wird die bei dem stark exothermen
Oxydationsvorgang frei werdende Wärme nicht wiederaufgezehrt in Form von Dissoziationsenergie.
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Die Zeichnung i,eranschaulicht die Er-Findung in einem Ausführungsbeispiel.
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Fig. i ist ein Längsschnitt durch die Rakete und Fig. _ ein Schaltbild
der elektrischen Einrichtung für die Erzeugung des Lichtbogens. Im Vorraum d des
Raketenofens b sind zwei schräg gelagerte Wolframelektroden c und d angeordnet.
Diese stehen in einem Abstand.von 2 bis 3 mm einander gegenüber. Bis nahe an die
Elektroden werden zwei Wolfram- oder Zirkonoxydrohre e und f geführt,
durch die Wasserstoff und Sauerstoff bis unmittelbar an den elektrischen Lichtbogen
herangeführt werden, der zwischen den Wolframelektroden entsteht. Unter Umständen
kann auch das Sauerstoffrohr f ganz wegfallen, so daß nur mit Wasserstoff gearbeitet
wird. Beim Eintritt des Wasserstoffs und Sauerstoffs in den Lichtbogen werden diese
Gase infolge der außerordentlich hohen Temperatur des Lichtbogens dissoziiert, d.
h. die Moleküle H_ und 02 werden in zwei Atome H + H und O + O gespalten. Es wird
atomarer Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Der große Ofen b gestattet die Ausdehnung
der dissoziierten Gase. Wäre der Ofen b zu klein, dann würde durch den mangelnden
Raum die Dissoziation eingeschränkt, denn hoher Druck behindert sie. In der dem
Lichtbogen abgewandten Zone j des Ofens, also vor der Düsenöffnung h, assoziieren
die Atome der Gase wieder zu Molekülen, da dort die Wärmezufuhr aufhört. Dort geben
die sich wiedervereinigenden Atome die große Dissoziationsenergie, die im Lichtbogen
=kn sie hineingeführt wurde, wieder ab. Der @nolekulare Wasserstoff oxydiert an
der Stelle g des Ofens dann noch zu H; O, und es wird außerdem noch die Oxydationswärme
des stark exothermen Vorganges frei. Durch eine Kühlung i, die um die Zone g und
die Düse k herumgeführt ist, wird dieser Vorgang sichergestellt.
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Vor der Düsenöffnung k wird demnach eine außerordentlich große Wärmemenge
frei, und diese äußert sich in Gasdruck und Geschwindigkeit der Moleküle. In der
entsprechend geformten langen Düse «-erden die austretenden Gase beschleunigt, da
sie sich dort adiabatisch entspannen können; als Rückwirkung ergeben sie den Vortrieb
der Rakete.
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Vor der Vorkammer a ist ein seitlich bewegliches Ventil l angeordnet,
das zwangsläufig gesteuert wird und durch das Spülluft in den Ofen oder die Düse
eingelassen wird.
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Die zeitliche Vorgangsfolge ist folgendermaßen: i: Das Ventil l wird
geöffnet. Spülluft streicht durch den Ofen.
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2. Das Ventill wird geschlossen.
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3. Ein dem Lichtbogenstrom überlagerter Hochfrequenzstrorn (s. Fig.
2) wird geschlossen. Er ionisiert die Luft- oder Gasstrecke zwischen den Elektroden.
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d.. Zwischen den feststehenden Elektroden bildet sich ohne Ziehen
ein Lichtbogen von selbst.
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5. Der Hochfrequenzstromkreis wird unterbrochen.
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6. Die Zuleitungen für die Brenngase werden geöffnet. Die Gase strömen
in den Lichtbogen, werden dort dissoziiert und gelangen in den Ofenraum b.
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i. Der Lichtbogenstromkreis wird unterbrochen. Der Lichtbogen erlischt.
Die Brenngaszufuhr wird abgesperrt.
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B. In der Ofenzone g assoziieren die Atome zu Molekülen und geben
dabei die Dissoziationswärme und die Oxydationswärme frei. Die Gasmoleküle erhalten
durch die frei werdende Wä rrne eine große Beschleunigung beim Austritt durch die
Düse 14.
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9. Das gentil l wird geöffnet. Der Vorgang beginnt von neuem.
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Das Offnen und Schließen des Ventils l und das Öffnen und Absperren
der Gaszufiihrungen e, f erfolgt z. B. mittels -Nockenantrieb durch den Antriebsmotor
für den
Wechselstromerzeuger m (Fig. 2). Letzterer ist die Stromquelle
sowohl für den Licl:tbogenstrom als auch für den überlagerten Hochfrequenzstroin.
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Die Spülluft streicht infolge tle: durch die Fluggeschwindigkeit erzeugten
Staudrucke: der Außenatmosphäre von selbst durch (len Ofen und die Düse. Bei zu
-geringem Staudruck in großen Höhenlagen oder beim Start kann mit Preßluft durchgespült
werden.
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Da die Wolframelektroden (Scllnlelzpullkt 337o° C) für den Lichtbogen
zwecks Vermeidung technischer Schwierigkeiten innerhalb des Ofens feststehend angeordnet
sein müssen, wird also unter Vermeidung der zum Zünden des Lichtbogens sonst notwendigen
Berührung der Elektroden mit darauffolgenden Ziehen ein Ionisator in Form eine.
über die Elektroden und die zwischen denselben befindliche Luftstrecke hinwegfließenden
Hochfrequenzstromes zur Zündung des Lichtbogens verwendet. Der Hochfrequenzstrom
wird ebenso wie der Lichtbogenspeisungsströln durch Unterbrecher gesteuert. die
mit den Steuerorganen für das Ventil I und die Gaszuführungen e. f in der
notwendigen Zeitfolge zusammenarbeiten. Die Stromquelle für den Lichtbogen.tromkreis
ist ein Wechselstromerzeuger in. Der Hochfrequenzstromkreis ist dein Lichtbogenstronlkreis
überlagert. Durch Drosselspulen o im Lichtbogenstromkreis wird verhindert, daß die
Hochfrequenzströme in den Stromerzeuger in gelangen. Beide Stromkreise werden durch
Parallelverzweigung vonl Wechsel-,_ :Lrolller7eu,er in gespeist (s. Fig. =).
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Zweck: Verbesserung de: Wirkungsgrade: der hiise s wird Luit als -"-tützma;:e
durch Düsen )I tnltbeschletull-t.