DE8906875U1

DE8906875U1 - Triebwerk oder Gasgenerator, insbesondere Steuertriebwerk für Raumflugkörper

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Publication number: DE8906875U1
Application number: DE8906875U
Authority: DE
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik 2800 Bremen De GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik 2800 Bremen De GmbH
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1989-10-19

Description

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ERNO RAUMFäHRTTECHNIK GMBH

Triebwerk oder Gasgenerator, insbesondere Steuertriafeverk für Raumflugkörper

Die Erfindung betrifft ein Triebwerk oder Gasgenerator, insbesondere zur Steuerung von Raumflugkörpern,, gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Ein derartiges Triebwerk, das insbesondere zur Bahn- und Lageregelung von Satelliten eingesetzt wird, ist bereits aus der DE-PS 31 41 354 bekannt. Bei diesem Triebwerk wird Treibstoff in Form eines flüssigen Energieträgers, vorzugsweise Hydrazin (No¹¹A^ elektrothermisch oder katalytisch in die gasförmigen Bestandteile NH., N. und H- zersetzt. Die auf diese Weise erzeugten Treibgase treten durch die Expansionsdüse oder Adapter ins Freie und erzeugen den für Bahn- und Lagekorrekturen erforderlichen Schub. Die Zersetzungsreaktion läuft dabei als exotherm/endothermer Vorgang unter erheblicher Wärmeentwicklung ab.

Bei derartigen Triebwerken oder Gasgenerator besteht das Problem, daß die maximale erreichbare Laufzeit unter Umständen dadurch erheblich eingeschränkt sein kann, daß es schon nach relativ kurzer Betriebsdauer im

g Einniündungsbereich des Einspritzrohres in die Zer-

setzungskassner zu Ablagerungen kommt, die ein allmäh-

fl liches Zuwachsen bzw. vollständiges Verstopfen des

&idiagr;&iacgr; Einspritzrohres nach sich ziehen. Hierdurch gelangt

■; kein oder nicht genügend Treibstoff mehr in die Zer-

•jv setzungskamn»er und das Triebwerk wird funktionsunfähig.

K- Um ein derartiges Verstopfen des Einspritzrohres zu

% vermeiden, hat man auftretende Ablagerungen untersucht

f und festgestellt, daß diese teilweise von Verunreini-

/^; gungen in Form von nicht flüchtigen Bestandtt-ilen im

Hydrazin herrühren. Ausgehend von dieser Erkenntnis

wurde dann auf hochreines Hydrazin zurückgegriffen, das

jedoch erheblich teurer als normales Hydrazin ist.

Um auch ohne die Verwendung hochreiner und damit entsprechend teurer Treibstoffe ein Verstopfen des Ein- % spritzrohres zu vermeiden, schlägt die DE-PS 31 41 354

den Einsatz eines rohrförmigen Adapters zwischen dem Einspritzrohr und der diesem zugewandten Kopfplatte der Zersetzungsketmmer vor, wobei der Innendurchmesser des Adapters größer als derjenige des Einspritzrohres gewä]?It ist. Durch die Zwischenschaltung eines Adapters zwischen dem Einspritzrohr und der Zersetzungskanuner wird der empfindliche Bereich des Einspritzrohres aus der heißen Zone der Zersetzungskammer in einen kälteren Bereich verlegt. Mit dieser Maßnahme wird zwar bereits eine wesentliche Verringerung von thermisch bedingten Ablagerungen erreicht, die jedoch noch weiter verbessert werden kann.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Triebwerk

oder Gasgenerator der eingangs genannten Gattung zu ;'

schaffen, daß die Vorzüge einer einfachen Montage und ^:'j|

einer zuverlMssigen Vermeidung thermisch bedingter *

Ablagerungen der Treibstoffaustrittsöffnung veroiniyt. ■:

Neuerungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Schutz- \ anspruch 1 bzw. im Schutzanspruch 4 bzw. im Schützen- j spruch ö gekennzeichneten Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Neuerung sind den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die neuerungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen wird in vorteilhafter Weise ein in» Bereich des Adapters vereinfacht montierbares Triebwerk oder Gasgenerator geschaffen, bei dem thermisch bedingte Ablagerungen der Treibstoffaustrittsöffnung zuverlässig dadurch vermieden werden, daß günstige Wärmeübergangsverhältnisse im Verbindungsbereich zwischen Adapter und Kopfplatte realisiert werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß entweder durch einstückige Ausbildung des Adapters mit der Kopfplatte oder mit dem Einspritzrohr bzw. durch kontaktflächenvergrößernde Maßnahmen im Verbindungsbereich zwischen Adapter und Kopfplatte, wobei gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung die Kopfplatte wenigstens eine nutförmige Ausnehmung in die Umgebung des Befestigungsbereichs aufweist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Neuerung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Triebwerks gemäß dem Stand der Technik;

Fig. la eine Schnittdarstellung eines Gasgenerators gemäß dsm Stand der Technik;

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Fig. 2 erstes AusfUhrungsbeispiel in einer Ausschnittsdarstellung gemäß Einzelheit II der Fig. 1;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Triebwerks in einer Darstellung gemMß Fig. 2;

Fig. 4 ein drittes Äusführungsbeispiel in einer Darstellung gemäß Fig. 2;

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel in' einer Darstellung gemäß Fig. 2;

Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel in einer Darstellung gemäß Fig. 2;

Fig. 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel in einer Darstellung gemäß Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 und la ist der Aufbau eines vorbekannten kätalytischen oder eiektrothermischen Hydrazintriebwerkes oder Gasgenerators, das beispielsweise für die Bahn- und Lageregelung von Satelliten eingesetzt wird, dargestellt, um das Verständnis der neuerungsgemäßen Maßnahmen zu erleichtern. Identische bzw. einander entsprechende Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das dargestellte Triebwerk oder Gasgenerator weist eine Zersetzungskammer auf, die über ein Einspritzrohr 2 mit einem hier nicht näher dargestellten Hydrazintank verbunden ist. Das Einspritzrohr 2 ist an seinem einen Ende durch ein hier ebenfalls nicht dargestelltes elektrisch betätigbares und steuerbares Ventil vom Treibstofftank getrennt* Das andere Ende des

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Einspritzrohres 2 ist über einen Adapter 3 mit einer zentrischen Bohrung in einer Kopfplatte 4 der Zersetzungskaininer 1 verbunden.

Der Zersetzungskaininer 1 ist eine Austritts- bzw. Expansionsdüse 5 oder Adapter 5' nachgeschaltet, in die ein Druckmeßrohr 6 integriert ist. Das Innere der Zersetzungskammer I enthält ein poröse Füllung 7 eines aufheizbaren Materials/ das mittels einer an der Außenwand der Zersetzungskammer 1 vorgesehenen, hier nicht dargestellten Heizvorrichtung erhitzt werden kann und dessen Wärmekapazität der Einleitung der Zersetzung des flüssigen Hydrazins dient,, Diese Füllung besteht aus Platin-/Rodiumkugeln oder aus einem Katalysator.

Das Triebwerk oder Gasgenerator besitzt ferner ein Hitzeschild 8, der zwischen der Kopfplatte 4 der Zersetzungskammer 1 und einer Frontplatte 9 des Ventils angebracht ist und das Einspritzrohr 2 sowie den Adapter 3 umgibt. Der Innendurchmesser des Adapters 3 entspricht in etwa dem Außendurchmesser des Einspritziönifes 2.

Wird das Triebwerk oder Gasgenerator durch Aufheizen der Zersetzungskammer 1 und öffnen des Ventils für die Hydrazinzufuhr in Betrieb genommen, tritt das Hydrazin, wie in den Fig. 2 bis 7 angedeutet, zunächst als Strahl 13 aus dem relativ kühlen Einspritzrohr 2 in den Innenraum des Adapters 3, wo es zunehmend vernebelt bzw. verwirbelt wird und bereits teilweise dampfförmig den Bereich der Einmündung in die Zersetzungskammer 1 erreicht.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausbildungsform der Erfindung ist ein Adapter 3' dargestellt, der einstückig mit der Kopfplatte 4' durch eine entsprechende

Anformung gebildet ist. Der Adapter 3' besitzt einen t Einsetzanschlag 10 für das vordere Ende des Einspritz-

i^! rohres 2 und ist an seinem dem Mündungsabschnitt

■* entgegengesetzten Ende an dem Einspritzrohr 2, wie

durch die Bezugszahl 11 angegeben, abgedichtet befestigt. Diese Befestigung ist vorzugsweise durch schweißen oder löten vorgesehen.

Das in Fiy. 3 dargestellte Äusführungsbeispiel unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 2 nur darin, daß die Kopfplatte 4¹¹ in dem den Mündungsabschnitt des Adapters umgebenen Bereich eine dem Mündungsabschnitt kreisförmig umgebende nutförmige Ausnehmung 12 aufweist. Diene Ausdehnung dient als Wärmeflußbremse und reduziert den Wärmefluß zum Rohr 2.

In Fig. 4 ist eine Ausbildungsform dargestellt, bei der der Adapter 3¹' einstückig an das Einspritzrohr 2¹ angeformt und bei 11' an der Kopfplatte 4''¹ abgedichtet, beispielsweise durch Löten oder Schweißen, befestigt ist.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung, bei der der Adapter J¹" als separates rohrförmiges Bauteil ausgebildet ist, das in die Kopfplatte 4¹¹· eingesetzt und im Mündungsbereich bei 14 festgeschweißt bzw. festgelötet ist. Entsprechend modifiziert ist auch die Ausnehmung 12' gegenüber der Ausnehmung 12 von Fig. 3, um den Wärmefluß zum Einspritzrohr 2 zu reduzieren.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausbildungsform ist der Adapter 3¹·¹· als separates Bauteil ausgebildet, das in eine Bohrung der Kopfplatte 4 bis zu einem kopfplattenseitigen Absatz 15 eingesetzt und im Eintrittsbereich ;^; der Sopfplatte 4' bei II¹ abgedichtet durch Schweißen

oder Löten befestigt.

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In der in Fig. 7 dargestellten Ausbildungsform ist der als separates rohrförmiges Bauteil 3¹¹¹'¹ ausgebildete Adapter mit einem gestuften Flansch 16 versehen, der mit einem komplementär ausgebildeten Gegenflansch 17 an der Kopfplatte 4¹¹¹¹¹ durch eine umfangseitig vorgesehene Verschweißung oder Lötung verbunden ist.

In nicht dargestellter Heise sind die Außenseiten jedes Adapters, jedes Einspritzrohres und jedes angrenzenden Kopfplattenabschnitts derart bearbeitet, daß zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung eine vergrößerte Oberfläche vorhanden ist.

Jeder Adapter, jedes Einspritzrohr und jede Kopfplatte besteht aus einem metallischen Werkstoff, wobei vorzugsweise jeweils unterschiedliche metallische Werkstoffe für die vorgenannten Bauteile vorgesehen sind.

Claims

89 - 05 '&Lgr; ERNO RAÜMPAHRTTECHNIK GMBH Schutzansprflch e

1. Triebwerk oder Gasgenerator, insbesondere zur Steuerung von Raumflugkörpern, mit einer Vorrichtung zur Zersetzung vorwiegend flüssiger Energieträger in Form einer Zersetzungskammer, der über ein Einspritzrohr flüssiger Treibstoff zuführbar ist, und mit einer an die Zersetzungskammer anschließenden Expansionsdüse oder Adapter für die erzeugten Treibgase, wobei zwischen dem Einspritzrohr und der diesen zugewandten Kopfplatte der Zersetzungskammer ein rohrförmiger Adapter mit einem im Vergleich zum Einspritzrohr größeren Innendurchmesser vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (3',3'') an die Kopfplatte (4',4·') oder an das Einspritzrohr (2¹) angeformt und im Eintrittsbereich des Einspritzrohres (2) in dem Adapter (3·) bzw. des Adapters

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(3") in der Kopfplatte (4^fl1) abgedichtet befestigt ist.

2. Triebwerk oder Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfplatte (4¹¹) in dem dem Mündungs abschnitt des Adapters Vi*) mngebenen Bereich wenigstens eine nutförmige Ausnehmung (12) aufweist.

3. Triebwerk oder Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede nutförmige Austenising \12) "den Mündungsabsehnitt kreisförmig u&gibt«

4. Triebwerk oder Gasgenerator, insbesondere zur Steuerung von Raumflugkörpern, mit einer Vorrichtung zur Zersetzung vorwiegend flüssiger Energieträger in Form einer Zersetzungskammer, der über ein Einspritzrohr flüssiger Treibstoff zuführbar ist, und mit einer an die Zersetzungskaismer anschließenden Expansionsdüse oder Adapter für die erzeugten Treibgase, wobei zwischen dem Einspritzrohr und der diesen zugewandten Kopfplatte der Zersetzungskammer ein rohrförmiger Adapter mit einem im Vergleich zum Einspritzrohr größeren Innendurchmesser vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (3"^&Mgr;,3·"^&Mgr;) in einer einem Einsetzanschlag (15) aufweisenden zentrischen Bohrung der Kopfplatte (4*··',4" " · ·) eingesetzt und im Bereich seines Eintritte in die Kopfplatte (4"^l',4"^lfI) an dieser abgedichtet befestigt ist.

5. Triebwerk oder Gasgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (3·"") im Bereich seines Eintritts in die Kopfplatte (4¹¹"·) einen Flansch (16) aufweist, der komplementär zu

einem an der Kopfplatte (4^iel11) angeformten Flansch (17) ausgebildet ist, wobei die abgedichtete Befesti-gupg (II¹¹) am ümfangsrand der Flansche (16,17) vorgesehen ist.

6. Triebwerk oder Gasgenerator, insbesondere zur Steuerung vors RaussflugKörpi»rn, mit einer Vorrichtung zur Zersetzung vorwiegend flüssiger Energieträger in Form einer Zersetzungskammer, der über ein Einspritzrohr flüssiger Treibstoff zuführbar ist, und mit einer an die Zersetzungskammer anschließenden Expansionsdüse oder Adapter ^Ur die erzeugten Treibgase, wobei zwischen dem Einspritzrohr und der diesen zugewandten Kopfplatte der Zersetzungskammer ein rohrförmiger Adapter mit einem im Vergleich zum Einspritzrohr größeren Innendurchmesser vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (3¹¹·) in dem seinen Mündungsabschnitt umgebenden Bereich an der Kopfplatte (4^fl1) abgedichtet befestigt (14) ist, wobei die Kopfplatte (4·¹¹) wenigstens eine nutförmige Ausnehmung (12') in der Umgebung des Befestigunc,sbereichs aufweist.

7. Triebwerk oder Gasgenerator nach einem der verangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Kopfplatte (4',4^fl) angeformte bzw. als separates Bauteil ausgebildete Adapter (3· , 3 ' ' *, 31111,3111*1) einen Einsetzanschlag (10) für das Einspritzrohr (2) aufweist.

8. Triebwerk oder Gasgenerator nacn einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Adapters (3',3'',3''',3'''',3¹¹¹¹¹J, des Einspritzrohres (2,2') und des angrenzenden Bereichs der Kopfplatte (4·,4'·,4''',4· ' ' · ,4 ' ' " ·)

eine zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung dienende vergrößerte Oberfläche aufweist.