EP1896718A1 - Antriebsvorrichtung auf basis gelförmigen treibstoffs und verfahren zur treibstoff-förderung - Google Patents

Antriebsvorrichtung auf basis gelförmigen treibstoffs und verfahren zur treibstoff-förderung

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Publication number
EP1896718A1
EP1896718A1 EP06762104A EP06762104A EP1896718A1 EP 1896718 A1 EP1896718 A1 EP 1896718A1 EP 06762104 A EP06762104 A EP 06762104A EP 06762104 A EP06762104 A EP 06762104A EP 1896718 A1 EP1896718 A1 EP 1896718A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
gel
drive device
radiation
combustion chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06762104A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Konrad Ciezki
Klaus Madlener
Oskar Haidn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP1896718A1 publication Critical patent/EP1896718A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/72—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid and solid propellants, i.e. hybrid rocket-engine plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44—Feeding propellants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/70—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using semi- solid or pulverulent propellants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2210/00—Working fluids
    • F05D2210/10—Kind or type
    • F05D2210/13—Kind or type mixed, e.g. two-phase fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling

Definitions

  • the invention relates to a drive device based on gel fuel, in particular for a missile, comprising at least one tank for gel fuel, a combustion chamber and a supply means of fuel to the combustion chamber.
  • the invention further relates to a method for fuel delivery in a drive device.
  • Gel-shaped fuels have the advantage that they are solid under normal conditions and are flowable under shear stresses. Because of these characteristics, an adjustable drive device can be provided. In comparison, solid propellants are storable and have good handling, but the combustion after ignition is no longer stoppable and usually corresponding engines are also not regulated. In turn, liquid engines are controllable, but the sensitivity to leaks is very high and a lot of effort is required in terms of production. By driving devices based on gel fuels, the positive properties of solid and liquid drives can be combined.
  • the invention has for its object to provide a drive device of the type mentioned above, which is simple in construction.
  • Gel-shaped propellants show a non-Newtonian flow behavior, ie the shear viscosity is shear rate-dependent and the extensional viscosity is strain-dependent.
  • a radiation application device and / or heating device is provided, via which by non-mechanical means Energy input the shear viscosity and / or Dehnviskostician of the fuel is reducible. This improves its flow behavior. It can thus optimize the promotion of fuel, the jet breakup and possibly also its evaporation and combustion. In turn, the fuel processing and / or Oxidatoraufwung can be optimized to achieve an optimized combustion management.
  • the reduction of the extensional viscosity becomes relevant, for example, with pipe constrictions.
  • the viscosity of a fuel delivery can be achieved with lower discharge pressures. This reduces the overall mass of the application (such as a missile).
  • the tank can be formed with a smaller wall thickness.
  • fuel consumption can be reduced or longer ranges can be achieved. It is also possible to provide drive devices with small dimensions, such as for an ejection seat.
  • the temperature in the gel fuel can be increased in order to lower its viscosity.
  • Radiation exposure via electromagnetic radiation can be broken with appropriate frequency selection bonds in the gelling agent scaffold to lower the viscosity.
  • an energy input from the outside can be carried out without contact and directly. It can be done within short delivery times and within a short period of time achieve a viscosity reduction. In turn, lead times can be lowered. For example, radiation is applied immediately before or at the start of an application such as an airborne body.
  • a carrier of the missile provides the energy for the radiation or heating of the gel fuel.
  • the wearer may himself be mobile and in particular himself a flying body.
  • the carrier can also be stationary.
  • the energy generating device is arranged to provide the energy for exposing or heating the gelatinous fuel in the missile.
  • the gel fuel may be a gel fuel and / or a gelled oxidizer. It may also be a combination of different fuels, of which at least one is gel-like or a combination of different oxidizing agents, at least one of which is gel-like.
  • At least one radiation application device and / or at least one heating device is assigned to the at least one tank.
  • the viscosity can be reduced in a correspondingly large volume range of gelatinous fuel.
  • the at least one radiation application device and / or at least one heating device is arranged on the at least one tank.
  • radiation exposure or heating of gel fuel in the tank can be achieved in a simple manner. In this case, the entire volume of the tank can be subjected to radiation or heated or only a partial area.
  • At least one radiation application device and / or at least one heating device is assigned to one or more supply lines of the at least one tank to the combustion chamber. This can facilitate the promotion of the tank to the combustion chamber. It can thereby also supply fuel to the combustion chamber, which has improved spraying and evaporation properties.
  • At least one radiation application device and / or at least one heating device is arranged on one or more supply lines of the at least one tank to the combustion chamber.
  • the viscosity of fuel guided in the at least one supply line can be reduced in a simple manner.
  • At least one radiation application device and / or at least one heating device is assigned to an injection region for fuel in the combustion chamber. This can reduce the viscosity of fuel injected into the combustion chamber. This makes it possible to optimize the spraying behavior and the evaporation behavior and, concomitantly, the combustion behavior.
  • at least one radiation application device and / or at least one heating device is arranged at an injection region for fuel into the combustion chamber in order to allow an energy input into the gel-shaped fuel in order to reduce the viscosity.
  • the at least one radiation application device and / or at least one heating device is designed so that a volume range of gel fuel can be acted upon by electromagnetic radiation and / or heated. As a result, the viscosity in the gel-like fuel can be effectively reduced.
  • the supply device comprises at least one piston device for conveying gel-type fuel from the at least one tank to the combustion chamber.
  • the radiation of the at least one radiation application device is adjusted in terms of frequency and / or intensity so that the temperature in the gel-shaped fuel can be increased.
  • a temperature increase is usually accompanied by a reduction in the viscosity.
  • the radiation of the at least one radiation application device is admitted in terms of frequency and / or intensity in such a way that the yield point in the gel-shaped fuel can be lowered. As a result, the conveying properties of the fuel can be improved. It may also be favorable if the radiation of the at least one radiation application device is adjusted in terms of frequency and / or intensity so that bonds in the gelling agent framework can be broken. Also in this way the viscosity can be lowered. This is particularly advantageous if the corresponding gel-like fuel is a low
  • Temperature sensitivity has. Through targeted frequency adjustment, resonance frequencies in the gel can be stimulated to break up intermolecular bonds.
  • the at least one radiation application device comprises at least one transmitter.
  • the electromagnetic radiation emitted by the transmitter makes it possible to lower the viscosity in the gel-like fuel.
  • the at least one radiation application device radiates in the microwave range, that is to say in a wavelength range between approximately 1 mm and 30 cm (in the frequency range from 1 GHz to 30 GHz).
  • the viscosity in the gel fuel can be reduced.
  • the gel-shaped fuel comprises one or more polar substances.
  • Gelled propellants are usually formed by gelling a precursor with a gelling agent.
  • the starting material (the "actual” fuel) may itself be a polar substance or the gelling agent may comprise a polar substance or adjuvants of poiar character may be provided.
  • gaseous propellants which comprise one or more polar substances, it is generally possible to achieve a high temperature sensitivity, that is to say a reduction in viscosity on heating.
  • the invention is further based on the object to provide a method for fuel delivery in a drive device.
  • This object is achieved in that the flow behavior of the fuel is influenced by non-mechanical energy input.
  • the method according to the invention has the advantages already explained in connection with the drive device according to the invention.
  • the non-mechanical energy input can improve the flow behavior of a fuel with Newtonian or non-Newtonian behavior.
  • the temperature is increased in the example gel-shaped fuel. This can be done for example by thermal heating or by Strahlungsbeierschlagung.
  • the shear viscosity and / or elongational viscosity is lowered by the non-mechanical energy input.
  • a good delivery behavior can be achieved, in particular under reduced delivery pressures.
  • the energy input erfoigt by electromagnetic radiation.
  • the admission can be fast and within a short time Period so that the activation is controllable.
  • By appropriate radiation adjustment it is possible to excite certain frequencies in order to break up bonds in the gelling agent framework.
  • the energy input is by microwave radiation to lower the viscosity.
  • non-mechanical energy input into the fuel takes place in a supply line from a tank to a combustion chamber.
  • the promotion of fuel in the supply line can be improved.
  • the fuel is a gel fuel.
  • Under fuel is generally understood fuel and / or Oxidationsmittei. The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawings for a more detailed explanation of the invention. Show it:
  • Figure 1 is a schematic representation of a missile with an embodiment of a drive device according to the invention
  • FIG. 2 shows the curve of the dynamic shear viscosity ⁇ versus the shear rate ⁇ of a paraffin gel at different temperatures
  • Figure 3 shows the deformation ⁇ of a paraffin gel as a function of the applied shear stress ⁇ for different temperatures (yield point) and
  • Figure 4 shows the temperature dependence of the viscosity of pure paraffin.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a drive device according to the invention, which is shown schematically in FIG. 1 and designated therein by 10, is arranged on a missile 12 such as a rocket.
  • the driving device 10 which is particularly a thrust generating device, is a gel-propelled gel-based gel driving device.
  • the fuel may be the fuel and / or the oxidizer.
  • the gel fuel may comprise a single fuel component (monopropellant) or it may be a composition of several fuel components (such as a bi-propellant).
  • the fuel may be monergol, diergol, triergol etc. or hypergol.
  • a tank 14 is provided, is received in the gel-shaped fuel 16.
  • a corresponding number of tanks may be provided.
  • the drive device 10 comprises a combustion chamber 18, in which, if the fuel is gel-shaped, this gel-shaped fuel is burned with the introduction of an (optionally gel-shaped) oxidizing agent.
  • the combustion chamber 18 may be associated with an ignition device (not shown in the drawing).
  • the combustion chamber 18 has an injection region 20, via which fuel can be injected into the combustion chamber 18. Furthermore, oxidizing agent can be injected into the combustion chamber 18 via the injection region 20.
  • the drive device 10 comprises a supply device, designated as a whole by 22, for supplying fuel to the combustion chamber 18 via the injection area 20.
  • This supply device 22 has one or more supply lines 24, which between the (at least one) tank 14 and the injection area 20 of FIG Combustion chamber 18 are arranged.
  • the feeder 22 further includes a conveyor 26 for conveying the fuel from the tank 14 to the combustor 18.
  • the conveying device 26 has a piston device 28 with a piston 30 which is movable in the tank 14.
  • the piston 30 allows fuel to be pressed into the supply line 24 and pressed through the supply line 24 to the combustion chamber 18.
  • the piston 30 of the piston device 28 is driven by a drive 32.
  • the combustion chamber 18 may be arranged downstream of a thruster 34.
  • the drive device 10 works with gel fuel; the drive device 10 is a gel engine.
  • a gel is a medium that has a colloidal structural network that has a continuous matrix and completely penetrates the liquid phase.
  • Gels are non-Newtonian fluids; Theological behavior is shear rate dependent and / or strain rate dependent as well as thixotropic.
  • Strahlungsbeetzschungs coupled 36 and / or heating means is provided, via which the viscosity in gelförmigem fuel is herabiedrig to optimize the flow behavior of the gel fuel in particular with regard to promotion and / or Strahizerfall and / or evaporation and / or combustion.
  • an increase in the temperature in the gel-type propellant to reduce the viscosity takes place via the radiation-applying device 36 and / or the heating device.
  • FIG. 2 shows the behavior of the dynamic shear viscosity ⁇ versus the shear rate ⁇ for an example of a gel-type fuel, namely paraffin gel.
  • the paraffin gel is composed of paraffin, 7.5% thixatrol ST and 7.5% methyl isoamyl ketone (MIAK).
  • MIAK methyl isoamyl ketone
  • the curve of the dynamic shear viscosity is shown for different temperatures; the upper curve 38 shows the course at a temperature of 25 ° C, the lower curve 40 the course at a temperature of 80 0 C and the middle curve 42 the course at a temperature between these two temperatures.
  • the shear-thinning behavior of the gel is first recognized: As the shear rate ⁇ increases, the dynamic shear viscosity decreases.
  • the Strahlungsbeaufschlagungs worn 36 comprises a microwave transmitter, which, for example, microwave radiation with
  • Wavelengths in the range of about 12 mm (frequency of about 2.5 GHz) radiates.
  • a volume region of the tank 14 is subjected to radiation.
  • the volume range may be the total intake volume of the tank 14 or a portion thereof.
  • supply line or supply lines 24 are acted upon by a radiation application device 44 and / or by a heater in order to reduce the viscosity of fuel guided therein.
  • the injection area 20 is exposed to radiation or a heater is provided.
  • the Strahlungsbeaufschlagungs spur 26 and 44 transmits electromagnetic radiation. It is thus possible to penetrate a large volume range in the gel-shaped fuel and thus to lower the viscosity in a large volume range.
  • a heating device for direct thermal loading of the gel-form fuel or for induction heating to be provided.
  • the associated increase in temperature can reduce the viscosity (in particular the shear viscosity and / or extensional viscosity).
  • bonds in the gelling agent framework of the fuel can be broken up by the radiation application and / or, for example, direct thermal heating. This also leads to a lowering of the viscosity. This mechanism is particularly relevant if the gel fuel has low temperature sensitivity.
  • the radiation of the radiation impinging device 36 or 44 is adjusted in terms of frequency and / or intensity so that specific bindings are specifically excited in order to break them up.
  • a non-mechanical energy input takes place via radiation exposure and / or heating (for example via direct thermal heating or by induction heating, when the gel-shaped fuel can be heated in this way) into the gel-shaped fuel from outside.
  • this non-mechanical energy input can be performed without contact and directly. It can act on a large volume range of the gel fuel and thus a large
  • Heat volume area can break bonds in the gel framework. Overall, the viscosity can be reduced. This in turn reduces the effort for liquefying the gel by means of mechanical shear forces (FIG. 2). It will cause lower delivery pressure losses.
  • the conveyor 26 can be formed with less power. In addition, the design effort is reduced because, for example, walls of the tank 14 can be formed with a smaller thickness.
  • the viscosity reduction according to the invention and the concomitant delivery pressure reduction make it possible to realize a weight saving. This results in the missile 12 to lower fuel consumption and larger flight ranges.
  • the reduction in viscosity in particular by exposure to radiation, has the advantage that it can take place within a short time.
  • the reduction in viscosity can be carried out, for example, immediately before use or at start-up and even in short periods. This allows a high level of operational readiness for the missile 12.
  • the yield point for certain gels can also be lowered.
  • the yield point is the value or range of shear stress to which a gel behaves as a solid.
  • the flow limit must be exceeded.
  • FIG. 3 shows the deformation ⁇ for the above-mentioned paraffin gel as a function of the applied shear stress ⁇ for different temperatures.
  • the temperature values are indicated on the respective curves. It can be seen that the yield point at 0 ° C. is about 78 Pa, whereas it is about 0.1 Pa at 80 ° C. Increasing the temperature of this gel reduces the flow limit (which is defined here by the shear stress at the bend in the curve).
  • paraffin The basic building material of the above-mentioned paraffin gel is paraffin, which is, to a good approximation, a Newtonian fluid.
  • the paraffin gel as a gel fuel is achieved by gelling the paraffin with a gelling agent.
  • Liquid paraffin shows a strong temperature dependence of the viscosity ⁇ ( Figure 4). As the temperature increases, the viscosity decreases.
  • a method for fuel delivery in a drive device for example on the basis of a fuel with non-Newtonian deformation and flow properties, in which the viscosity of the fuel is reduced by non-mechanical energy input.
  • the non-mechanical energy input takes place in particular by exposure to electromagnetic radiation.
  • a drive device can be provided which is in particular controllable.
  • This drive device 10 or thrust generating device can be used in connection with missiles 12, underwater rockets and the like. It can be used for hybrid rockets in which only one component is gelled, or for ramjet drives. It can also be used in conjunction with thrust vector control engines, bearing control engines (which, for example, generate thrust), and so on.
  • the process according to the invention can also be used in connection with solid cryogenic drives (slushed hydrogen, etc.).
  • ejection seats can also be equipped with a corresponding drive device. It can also equip other systems that require a variable thrust.
  • the energy for the irradiation and / or heating is provided by an energy generating device, which may be integrated into the missile 12 or is arranged externally.
  • the energy generating device is provided on a support for the missile 12. This carrier may be stationary or mobile.
  • the corresponding energy is then coupled into the drive device 10 before the start, in order to improve the flow behavior of the gel-form fuel for the start and for the flight phase following the start.

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Abstract

Um eine Antriebsvorrichtung auf Basis gelförmigen Treibstoffs, insbesondere für einen Flugkörper, umfassend mindestens einen Tank für gelförmigen Treibstoff, eine Brennkammer und eine Zuführungseinrichtung von Treibstoff zur Brennkammer, bereitzustellen, welche einfach aufgebaut ist, wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung zur Beaufschlagung von gelförmigem Treibstoff mit elektromagnetischer Strahlung und/oder mindestens eine Heizeinrichtung zur Erwärmung von gelförmigem Treibstoff vorgesehen ist, um das Fließverhalten zu verbessern.

Description

Antriebsvorrichtung auf Basis gelförmigen Treibstoffs und Verfahren zur Treibstoff-Förderung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung auf Basis gelförmigen Treibstoffs, insbesondere für einen Flugkörper, umfassend mindestens einen Tank für gelförmigen Treibstoff, eine Brennkammer und eine Zuführungseinrichtung von Treibstoff zur Brennkammer.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Treibstoff-Förderung bei einer Antriebsvorrichtung.
Aus der US 5,133,183 A ist ein Antriebssystem bekannt, bei dem ein gel- förmiges Oxidationsmittel eingesetzt wird.
Aus der US 3,032,979 ist ein Raketenmotor bekannt, welcher mittels eines gelatineartigen Mono-Brennstoffs angetrieben ist.
Gelförmige Treibstoffe und ihre Anwendungen sind in den Artikeln "An Over- view of Investigations on Gel Fuels for Ramjet Applications" von H. K. Ciezki und B. Natan, International Symposium on Airbreathing Engines, ISABE 2005, München, zur Veröffentlichung vorgesehen im September 2005, "Theoretical approaches on the influence of non-linear material properties of gel propellants on the flow in injectors" von H. K. Ciezki et al., 33"* International Annual
Conference of ICT, Karlsruhe, 2002 oder "The Status of gel propellants in year 2000" von B. Natan und S. Rahimi, in Combustion of Energetic Materials, Editors K. K. Kuo, L. deLuca, Boca Raton, 2001 beschrieben. Gelförmige Treibstoffe haben den Vorteil, dass sie unter Normalbedingungen fest sind und unter Scherspannungen fließfähig sind. Aufgrund dieser Eigenschaften lässt sich eine regelbare Antriebsvorrichtung bereitstellen. Im Ver- gleich dazu sind Feststoff-Treibstoffe lagerungsfähig und weisen eine gute Handhabung auf, jedoch ist die Verbrennung nach dem Zünden nicht mehr stoppbar und üblicherweise sind entsprechende Triebwerke auch nicht regelbar. Flüssigkeits-Triebwerke wiederum sind regelbar, jedoch ist die Sensitivität gegenüber Lecks sehr groß und es ist ein großer Aufwand bezüglich der För- derung notwendig. Durch Antriebsvorrichtungen auf der Basis von Gel-Treibstoffen lassen sich die positiven Eigenschaften von Feststoff- und Flüssigkeitsantrieben verbinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der ein- gangs genannten Art bereitzustellen, welche einfach aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird bei der oben genannten Antriebsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungs- einrichtung zur Beaufschlagung von gelförmigem Treibstoff mit elektro- magnetischer Strahlung und/oder mindestens eine Heizeinrichtung zur Erwärmung von gelförmigem Treibstoff vorgesehen ist, um das Fließverhalten zu verbessern.
Gelförmige Treibstoffe zeigen ein nicht-newtonsches Fließverhalten, das heißt die Scherviskosität ist scherratenabhängig und die Dehnviskosität ist dehn- ratenabhängig. Erfindungsgemäß ist eine Strahlungsbeaufschlagungseinrich- tung und/oder Heizeinrichtung vorgesehen, über die durch nicht-mechanischen Energieeintrag die Scherviskosität und/oder Dehnviskosität des Treibstoffs verringerbar ist. Dadurch verbessert sich dessen Fließverhalten. Es lässt sich so die Förderung des Treibstoffs, der Strahlzerfall und unter Umständen auch seine Verdampfung und Verbrennung optimieren. Dadurch wiederum lässt sich die Brennstoffaufbereitung und/oder Oxidatoraufbereitung optimieren, um eine optimierte Verbrennungsführung zu erreichen. Die Verringerung der Dehnviskosität wird beispielsweise bei Rohrverengungen relevant.
Durch die Viskositätsverminderung lässt sich eine Treibstoff-Förderung mit niedrigeren Förderdrucken erreichen. Dadurch lässt sich die Gesamtmasse der Anwendung (wie beispielsweise eines Flugkörpers) verringern. Insbesondere lässt sich beispielsweise der Tank mit geringerer Wanddicke ausbilden. Dadurch wiederum lässt sich der Treibstoffverbrauch verringern bzw. es lassen sich größere Reichweiten erreichen. Es lassen sich auch Antriebsvorrichtungen mit kleinen Abmessungen wie beispielsweise für einen Schleudersitz bereitstellen.
Durch die Strahlungsbeaufschlagung und/oder Heizung (insbesondere direkte thermische Heizung oder Induktionsheizung) lässt sich die Temperatur im gel- förmigen Treibstoff erhöhen, um dessen Viskosität zu erniedrigen. Durch
Strahlungsbeaufschlagung über elektromagnetische Strahlung lassen sich bei entsprechender Frequenzwahl auch Bindungen im Gelbildner-Gerüst aufbrechen, um die Viskosität zu erniedrigen.
Durch Strahlungsbeaufschlagung lässt sich ein Energieeintrag von außen berührungslos und unmittelbar durchführen. Es lässt sich dadurch innerhalb kurzer Bereitstellungszeiten und innerhalb einer kurzen Zeitspanne eine Viskositätsverringerung erreichen. Dadurch wiederum lassen sich Einsatzvorlaufzeiten erniedrigen. Beispielsweise erfolgt eine Strahlungsbeaufschlagung unmittelbar vor oder beim Start einer Anwendung wie beispielsweise eines Flug- körpers.
Es ist beispielsweise möglich, dass ein Träger des Flugkörpers die Energie für die Strahlungsbeaufschlagung oder Heizung des gelförmigen Treibstoffs bereitstellt. Der Träger kann selber mobil sein und insbesondere selber ein Flug- körper sein. Der Träger kann auch stationär sein.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Energieerzeugungseinrichtung zur Bereitstellung der Energie zur Strahlungsbeaufschlagung bzw. Heizung des gelförmigen Treibstoffs in dem Flugkörper angeordnet ist.
Bei dem gelförmigen Treibstoff kann es sich um einen gelförmigen Brennstoff und/oder um ein gelförmiges Oxidationsmittel handeln. Es kann sich auch um eine Kombination verschiedener Brennstoffe handeln, von denen mindestens einer gelförmig ist bzw. um eine Kombination verschiedener Oxidationsmittel, von denen mindestens eines gelförmig ist.
Günstig ist es, wenn mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder mindestens eine Heizeinrichtung dem mindestens einen Tank zugeordnet ist. Dadurch lässt sich in einem entsprechenden großen Volumen- bereich an gelförmigem Treibstoff die Viskosität verringern. Dies wiederum ermöglicht es, den Förderdruck für die Förderung von Treibstoff zur Brennkammer zu verringern. Insbesondere ist die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder mindestens eine Heizeinrichtung an dem mindestens einen Tank angeordnet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Strahlungsbeauf- schlagung bzw. Heizung von gelförmigem Treibstoff im Tank erreichen. Es kann dabei das gesamte Volumen des Tanks strahlungsbeaufschlagt werden bzw. geheizt werden oder nur ein Teilbereich.
Ferner ist es günstig, wenn mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungs- einrichtung und/oder mindestens eine Heizeinrichtung einer oder mehreren Zuführungsleitungen von dem mindestens einen Tank zur Brennkammer zugeordnet ist. Dadurch lässt sich die Förderung von dem Tank zur Brennkammer erleichtern. Es lässt sich dadurch auch Treibstoff der Brennkammer zuführen, welcher verbesserte Versprühungs- und Verdampfungseigenschaften hat.
Insbesondere ist mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder mindestens eine Heizeinrichtung an einer oder mehreren Zuführungsleitungen von dem mindestens einem Tank zur Brennkammer ange- ordnet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise die Viskosität von in der mindestens einen Zuführungsleitung geführtem Treibstoff verringern.
Es kann auch vorgesehen sein, dass einem Injektionsbereich für Treibstoff in die Brennkammer mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder mindestens eine Heizeinrichtung zugeordnet ist. Dadurch lässt sich die Viskosität von in die Brennkammer injiziertem Treibstoff verringern. Dadurch lässt sich das Versprühverhalten und das Verdampfungsverhalten und damit einhergehend das Verbrennungsverhalten optimieren. Insbesondere ist an einem Injektionsbereich für Treibstoff in die Brennkammer mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder mindestens eine Heizeinrichtung angeordnet, um einen Energieeintrag in den gelförmigen Treibstoff zur Herabsetzung der Viskosität zu ermöglichen.
Günstigerweise ist die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung und/oder mindestens eine Heizeinrichtung so ausgebildet, dass ein Volumenbereich an gelförmigem Treibstoff mit elektromagnetischer Strahlung beauf- schlagbar ist und/oder erwärmbar ist. Dadurch lässt sich auf effektive Weise die Viskosität im gelförmigen Treibstoff herabsetzen.
Bei einer einfachen Ausführungsform umfasst die Zuführungseinrichtung mindestens eine Kolbeneinrichtung zur Förderung von gelförmigen Treibstoff von dem mindestens einen Tank zu der Brennkammer.
Günstig ist es, wenn die Strahlung der mindestens einen Strahlungsbeauf- schlagungseinrichtung bezüglich Frequenz und/oder Intensität so eingestellt ist, dass die Temperatur im gelförmigen Treibstoff erhöhbar ist. Bei tempera- tursensitiven Gelen geht in der Regel eine Temperaturerhöhung mit einer Absenkung der Viskosität einher.
Es kann auch günstig sein, wenn die Strahlung der mindestens einen Strah- lungsbeaufschlagungseinrichtung bezüglich Frequenz und/oder Intensität so eingesteht ist, dass die Fließgrenze im gelförmigen Treibstoff erniedrigbar ist. Dadurch lassen sich die Fördereigenschaften des Treibstoffs verbessern. Es kann auch günstig sein, wenn die Strahlung der mindestens einen Strah- lungsbeaufschlagungseinrichtung bezüglich Frequenz und/oder Intensität so eingestellt ist, dass Bindungen im Gelbildner-Gerüst aufbrechbar sind. Auch auf diese Weise lässt sich die Viskosität erniedrigen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der entsprechende gelförmige Treibstoff eine niedrige
Temperatursensitivität aufweist. Durch gezielte Frequenzeinstellung lassen sich Resonanzfrequenzen im Gel anregen, um zwischenmolekulare Bindungen aufzubrechen.
Insbesondere umfasst die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungs- einrichtung mindestens einen Sender. Über die von dem Sender abgestrahlte elektromagnetische Strahlung lässt sich die Viskosität im gelförmigen Treibstoff erniedrigen.
Insbesondere strahlt die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrich- tung im Mikrowellenbereich ab, das heißt in einem Wellenlängenbereich zwischen ca. 1 mm und 30 cm (im Frequenzbereich 1 GHz bis 30 GHz). Dadurch lässt sich die Viskosität im gelförmigen Treibstoff verringern.
Günstig ist es, wenn der gelförmige Treibstoff einen oder mehrere polare Stoffe umfasst. Gelförmige Treibstoffe sind üblicherweise durch Vergelung eines Ausgangsstoffs mit Vergelungsmittel gebildet. Der Ausgangsstoff (der "eigentliche" Treibstoff) kann selber ein polarer Stoff sein oder das Vergelungsmittel kann einen polaren Stoff umfassen oder es können Hilfsstoffe mit poiarem Charakter vorgesehen sein. Bei geiförmigen Treibstoffen, welche einen oder mehrere polare Stoffe umfassen, lässt sich in der Regel eine hohe Temperatursensitivität erreichen, das heißt eine Viskositätserniedrigung bei Erwärmung. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Treibstoff- Förderung bei einer Antriebsvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Fließverhalten des Treibstoffs durch nicht-mechanischen Energieeintrag beeinflusst wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung erläuterten Vorteile auf. Durch den nicht-mechanischen Energieeintrag lässt sich das Fließverhalten eines Treibstoffs mit newtonschem oder nicht-newtonschem Verhalten verbessern.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung erläutert.
Durch den nicht-mechanischen Energieeintrag wird insbesondere die Temperatur im beispielsweise gelförmigen Treibstoff erhöht. Dies kann beispielsweise durch thermisches Heizen oder durch Strahlungsbeaufschlagung erfolgen.
Insbesondere wird die Scherviskosität und/oder Dehnviskosität durch den nicht-mechanischen Energieeintrag erniedrigt. Dadurch lässt sich ein gutes Förderverhalten insbesondere unter reduzierten Förderdrücken erreichen.
Günstig ist es, wenn der Energieeintrag durch elektromagnetische Strahlung erfoigt. Dadurch iässt sich berührungsios und unmittelbar ein großer Volumenbereich beaufschlagen, um in diesem Volumenbereich die Viskosität zu verringern. Die Beaufschlagung Iässt sich schnell und innerhalb eines kurzen Zeitraums durchführen, so dass die Aktivierung steuerbar ist. Durch entsprechende Strahlungseinstellung ist es möglich, bestimmte Frequenzen anzuregen, um Bindungen im Gelbildner-Gerüst aufzubrechen.
Beispielsweise erfolgt der Energieeintrag durch Mikrowellenstrahlung, um die Viskosität zu erniedrigen.
Günstig ist es, wenn ein nicht-mechanischer Energieeintrag in den Treibstoff in einem Tank erfolgt. Dadurch lässt sich die Viskosität von im Tank befindlichen Treibstoff erniedrigen, um so wiederum die Förderung von Treibstoff vom Tank zu einer Brennkammer zu erleichtern.
Es kann auch vorgesehen sein, dass ein nicht-mechanischer Energieeintrag in den Treibstoff in einer Zuführungsleitung von einem Tank zu einer Brenn- kammer erfolgt. Dadurch lässt sich die Förderung von Treibstoff in der Zuführungsleitung verbessern. Weiterhin ist es möglich, das Versprühungsverhalten und Verdampfungsverhalten des Treibstoffs bei der Einkopplung in die Brennkammer positiv zu fördern.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn ein nicht-mechanischer Energieeintrag in Treibstoff in einem Injektionsbereich für die Injektion von Treibstoff in die Brennkammer erfolgt.
Insbesondere ist der Treibstoff ein Gel-Treibstoff. Unter Treibstoff wird dabei allgemein Brennstoff und/oder Oxidationsmittei verstanden. Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Flugkörpers mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung;
Figur 2 den Verlauf der dynamischen Scherviskosität η über der Scherrate γ eines Paraffin-Gels bei unterschiedlichen Temperaturen;
Figur 3 die Verformung γ eines Paraffin-Gels in Abhängigkeit der anliegenden Schubspannung τ für verschiedene Temperaturen (Fließgrenze) und
Figur 4 die Temperaturabhängigkeit der Viskosität von reinem Paraffin.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, welches in Figur 1 schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, ist an einem Flugkörper 12 wie beispielsweise einer Rakete angeordnet.
Die Antriebsvorrichtung 10, welche insbesondere eine Schuberzeugungsvorrichtung ist, ist eine Gel-Antriebsvorrichtung auf der Basis gelförmigen Treibstoffs. Bei dem Treibstoff kann es sich um den Brennstoff und/oder den Oxidator handeln. Der gelförmige Treibstoff kann eine einzige Treibstoff- komponente umfassen (Monopropellant) oder es kann sich um eine Zusammensetzung mehrerer Treibstoffkomponenten (wie beispielsweise ein Bi- propellant) handeln. Der Treibstoff kann monergol, diergol, triergol usw. oder hypergol sein. Zur Speicherung des gelförmigen Treibstoffs ist (mindestens) ein Tank 14 vorgesehen, in dem gelförmiger Treibstoff 16 aufgenommen ist. Bei mehreren Treibstoffkomponenten können eine entsprechende Anzahl von Tanks vor- gesehen sein.
Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst eine Brennkammer 18, in welcher, wenn der Brennstoff gelförmig ist, dieser gelförmige Treibstoff unter Zuführung eines (gegebenenfalls gelförmigen) Oxidationsmittels verbrannt wird. Der Brenn- kammer 18 kann eine Zündeinrichtung zugeordnet sein (in der Zeichnung nicht gezeigt).
Die Brennkammer 18 weist einen Injektionsbereich 20 auf, über den Treibstoff in die Brennkammer 18 injizierbar ist. Ferner ist über den Injektionsbereich 20 Oxidationsmittel in die Brennkammer 18 injizierbar.
Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst eine als Ganzes mit 22 bezeichnete Zuführungseinrichtung zur Zuführung von Treibstoff zu der Brennkammer 18 über den Injektionsbereich 20. Diese Zuführungseinrichtung 22 hat eine oder meh- rere Zuführungsleitungen 24, welche zwischen dem (mindestens einen) Tank 14 und dem Injektionsbereich 20 der Brennkammer 18 angeordnet sind.
Die Zuführungseinrichtung 22 umfasst ferner eine Fördereinrichtung 26, um den Treibstoff von dem Tank 14 zu der Brennkammer 18 zu befördern. Bei- spieisweise hat die Fördereinrichtung 26 eine Kolbeneinrichtung 28 mit einem in dem Tank 14 beweglichen Kolben 30. Durch den Kolben 30 lässt sich Treibstoff in die Zuführungsleitung 24 drücken und durch die Zuführungsleitung 24 zu der Brennkammer 18 drücken. Der Kolben 30 der Kolbeneinrichtung 28 ist durch einen Antrieb 32 angetrieben.
Der Brennkammer 18 kann eine Schubdüse 34 nachgeordnet sein.
Die Antriebsvorrichtung 10 funktioniert mit gelförmigem Treibstoff; die Antriebsvorrichtung 10 ist ein Gel-Triebwerk.
Ein Gel ist ein Medium, welches ein kolloidales strukturelles Netzwerk aufweist, das ein kontinuierliche Matrix hat und die flüssige Phase vollständig durchdringt.
Auf der Basis von gelförmigem Treibstoff können schubregelbare Triebwerke bereitgestellt werden. Insbesondere lassen sich kleine Triebwerke bauen. GeI- förmige Treibstoffe verhalten sich unter normalen Umgebungsbedingungen wie Feststoffe und lassen sich deshalb einfach lagern und handhaben. Unter Druck und Scherspannungseinfluss werden sie fließfähig; dies ermöglicht es, eine Durchsatzsteuerung durchzuführen, über die wiederum eine Schubsteuerung möglich ist. Weiterhin erlauben gelförmig Treibstoffe im Gegensatz zu Flüssigtreibstoffen eine Mehrfachzündung. Gelförmige Treibstoffe können verhältnismäßig gefahrlos gehandhabt werden und es lässt sich eine hohe Insensibilität beispielsweise gegenüber Leckage oder Beschuss erreichen. Antriebsvorrichtungen, welche auf gelförmigen Treibstoffen beruhen, weisen Vorteile von Feststoffantrieben und von Flüssigantrieben auf.
Gele sind nicht-newtonsche Fluide; das Theologische Verhalten ist scherraten- abhängig und/oder dehnratenabhängig sowie thixotrop. Erfindungsgemäß ist (mindestens eine) Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 36 und/oder Heizeinrichtung vorgesehen, über welche die Viskosität in gel- förmigem Treibstoff erniedrigbar ist, um das Fließverhalten des gelförmigen Treibstoffs insbesondere bezüglich Förderung und/oder Strahizerfall und/oder Verdampfung und/oder Verbrennung zu optimieren.
Insbesondere erfolgt über die Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 36 und/oder Heizeinrichtung eine Erhöhung der Temperatur im gelförmigen Treib- stoff zur Herabsetzung der Viskosität.
In Figur 2 ist für ein Beispiel eines gelförmigen Treibstoffs, nämlich Paraffin- Gel, das Verhalten der dynamischen Scherviskosität η über der Scherrate γ gezeigt. Das Paraffin-Gel setzt sich zusammen aus Paraffin, 7,5 % Thixatrol ST und 7,5 % Methylisoamylketon (MIAK). Der Verlauf der dynamischen Scherviskosität ist für verschiedene Temperaturen gezeigt; die obere Kurve 38 zeigt den Verlauf bei einer Temperatur von 25°C, die untere Kurve 40 den Verlauf bei einer Temperatur von 800C und die mittlere Kurve 42 den Verlauf bei einer Temperatur zwischen diesen beiden Temperaturen. Man erkennt zunächst das scherverdünnende Verhalten des Gels: Mit Vergrößerung der Scherrate γ nimmt die dynamische Scherviskosität ab.
Weiterhin erkennt man den Temperatureinfluss auf die dynamische Scherviskosität: Bei höheren Temperaturen liegt bei gleicher Scherrate die Viskosität niedriger. Die Temperaturerhöhung im gelförmigen Treibstoff lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass über die Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 36 eine Mikrowellen-Strahlungsbeaufschlagung des gelförmigen Treibstoff im Tank 14 erfolgt. Dazu umfasst die Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 36 einen Mikrowellensender, welcher beispielsweise Mikrowellenstrahlung mit
Wellenlängen im Bereich von ca. 12 mm (Frequenz von ca. 2,5 GHz) abstrahlt.
Es wird dabei ein Volumenbereich des Tanks 14 strahlungsbeaufschlagt. Bei dem Volumenbereich kann es sich um das gesamte Aufnahmevolumen des Tanks 14 handeln oder um einen Teil davon.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Zuführungsleitung oder Zuführungsleitungen 24 durch eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 44 und/oder durch eine Heizeinrichtung beaufschlagt werden, um die Viskosität von darin geführtem Treibstoff zu erniedrigen.
Aus dem gleichen Grund kann es vorgesehen sein, dass der Injektionsbereich 20 strahlungsbeaufschlagt wird bzw. eine Heizung vorgesehen ist.
Die Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung 26 bzw. 44 sendet elektromagnetische Strahlung. Es ist dadurch möglich, einen großen Volumenbereich im gelförmigen Treibstoff zu durchdringen und damit in einem großen Volumenbereich die Viskosität zu erniedrigen.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass über eine Heizeinrichtung eine direkte thermische Beaufschlagung des gelförmigen Treibstoffs erfolgt oder es kann eine Induktionsheizung vorgesehen sein. Es kann eine Temperaturerhöhung im gelförmigen Treibstoff durch Strahlungsbeaufschlagung oder durch thermische Beheizung erfolgen. Bei temperatursensitiven Gelen lässt sich durch die damit einhergehende Temperatur- erhöhung die Viskosität (insbesondere die Scherviskosität und/oder Dehnviskosität) verringern.
Es ist auch möglich, dass durch die Strahlungsbeaufschlagung und/oder beispielsweise direkte thermische Heizung Bindungen im Gelbildner-Gerüst des Treibstoffs aufgebrochen werden. Dies führt ebenfalls zu einer Erniedrigung der Viskosität. Dieser Mechanismus ist besonders relevant, wenn der gel- förmige Treibstoff eine niedrige Temperatursensitivität aufweist.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Strahlung der Strahlungs- beaufschlagungseinrichtung 36 bzw. 44 bezüglich Frequenz und/oder Intensität so eingestellt ist, dass bestimmte Bindungen gezielt angeregt werden, um diese aufzubrechen.
Erfindungsgemäß erfolgt ein nicht-mechanischer Energieeintrag über Strah- lungsbeaufschlagung und/oder Heizen (beispielsweise über direktes thermisches Heizen oder durch Induktionsheizung, wenn der gelförmige Treibstoff so erwärmt werden kann) in den gelförmigen Treibstoff von außen. Über elektromagnetische Bestrahlung lässt sich dieser nicht-mechanische Energieeintrag berührungslos und unmittelbar durchführen. Es lässt sich ein großer Volumen- bereich des gelförmigen Treibstoffs beaufschlagen und damit ein großer
Volumenbereich erhitzen. Durch gezielte Anregung lassen sich Bindungen im Gel-Gerüst aufbrechen. Insgesamt lässt sich die Viskosität verringern. Dadurch wiederum ist der Aufwand zur Verflüssigung des Gels über mechanische Scherkräfte (Figur 2) verringert. Es werden dadurch geringere Förder- Druckverluste bewirkt. Die Fördereinrichtung 26 lässt sich mit geringerer Leistung ausbilden. Außerdem ist der konstruktive Aufwand verringert, da beispielsweise Wände des Tanks 14 mit geringerer Dicke ausgebildet werden können.
Durch die erfindungsgemäße Viskositätsverminderung und die damit einher- gehende Förderdruckreduktion lässt sich eine Gewichtseinsparung realisieren. Dies führt bei dem Flugkörper 12 zu geringerem Treibstoffverbrauch bzw. größeren Flugreichweiten.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass bei oder unmittelbar vor einem Injek- tionsvorgang an einem Injektionsbereich 20 eine Viskositätsverminderung über Strahlungsbeaufschlagung und/oder direkte thermische Heizung erfolgt. Dadurch lässt sich die Startvorbereitungszeit für den Flugkörper 12 reduzieren.
Die Viskositätsverminderung insbesondere über Strahlungsbeaufschlagung hat den Vorteil, dass diese innerhalb einer kurzen Zeit erfolgen kann. Die Viskositätsreduktion lässt sich beispielsweise unmittelbar vor dem Einsatz oder beim Start durchführen und auch in kurzen Zeiträumen durchführen. Dies ermöglicht eine hohe Einsatzbereitschaft für den Flugkörper 12.
Durch Temperaturerhöhung in einem Gel (beispielsweise durch Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung oder durch thermische Heizung) lässt sich für bestimmte Gele auch die Fließgrenze erniedrigen. Die Fließgrenze ist derjenige Wert oder Wertebereich für die Scherspannung, bis zu dem sich ein Gel wie ein Feststoff verhält. Um Gel zum Fließen zu bringen, muss die Fließgrenze überschritten werden.
In Figur 3 ist die Verformung γ für das oben erwähnte Paraffin-Gel in Abhängigkeit von der angelegten Schubspannung τ für verschiedene Temperaturen gezeigt. Die Temperaturwerte sind an den jeweiligen Kurven angegeben. Man erkennt, dass die Fließgrenze bei 00C bei ca. 78 Pa liegt, während sie bei 800C bei ca. 0,1 Pa liegt. Durch Temperaturerhöhung wird bei diesem Gel die Fließ- grenze (welche hier definiert wird durch die Schubspannung am Knick in der Kurve) verringert.
Dies bedeutet, dass bei diesem Gel durch Temperaturerhöhung die Fließgrenze signifikant reduziert wird. Auch aus diesem Grund lassen sich die Fließeigen- schatten in gelförmigem Treibstoff durch Strahlungsbeaufschlagung bzw. direkte Heizung verbessern.
Der Grundbaustoff des oben genannten Paraffin-Gels ist Paraffin, welches in guter Näherung ein newtonsches Fluid ist. Das Paraffin-Gel als gelförmiger Treibstoff wird durch Vergelung des Paraffins mit einem Vergelungsmittel erreicht. Flüssiges Paraffin zeigt eine starke Temperaturabhängigkeit der Viskosität η (Figur 4). Mit steigender Temperatur nimmt die Viskosität ab.
Diese Temperaturabhängigkeit der Viskosität des Gel-Grundstoffes trägt auch dazu bei, dass die Viskosität des Gels bei Temperaturerhöhung abnimmt. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Treibstoff-Förderung bei einer Antriebsvorrichtung (beispielsweise auf der Basis eines Treibstoffs mit nicht- newtonschen Verformungs- und Fließeigenschaften) bereitgestellt, bei dem die Viskosität des Treibstoffs durch nicht-mechanischen Energieeintrag erniedrigt wird. Der nicht-mechanische Energieeintrag erfolgt insbesondere durch Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung.
Es lässt sich im wesentlichen über den gesamten Scherratenbereich die Viskosität verringern. Insbesondere ist diese Viskositätsverringerung durch eine Temperaturerhöhung verursacht. Für bestimmte Gele lässt sich auch die Fließgrenze verringern. Insgesamt lässt sich der Förderaufwand für den gel- förmigen Treibstoff verringern, wodurch wiederum die Gesamtmasse des Flugkörpers 12 verringerbar ist.
Erfindungsgemäß lässt sich eine Antriebsvorrichtung bereitstellen, welche insbesondere regelbar ist. Diese Antriebsvorrichtung 10 bzw. Schuberzeugungsvorrichtung lässt sich im Zusammenhang mit Flugkörpern 12, Unterwasserraketen und dergleichen einsetzen. Sie lässt sich für Hybridraketen einsetzen, bei denen nur eine Komponente vergelt ist, oder für Staustrahlantriebe ein- setzen. Sie lässt sich auch im Zusammenhang mit Schubvektorsteuerungs- triebwerken, Lagerregelungstriebwerken (welche beispielsweise Querschübe erzeugen) usw. einsetzen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch im Zusammenhang mit Festcryoantrieben (slushed hydrogene usw.) eingesetzt werden. Beispielsweise lassen sich auch Schleudersitze mit einer entsprechenden Antriebsvorrichtung ausrüsten. Es lassen sich auch weitere Systeme ausrüsten, welche einen veränderbaren Schub benötigen. Die Energie für die Strahlungsbeaufschlagung und/oder Heizung wird durch eine Energieerzeugungseinrichtung bereitgestellt, welche in den Flugkörper 12 integriert sein kann oder extern angeordnet ist. Beispielsweise ist die Energieerzeugungseinrichtung an einem Träger für den Flugkörper 12 vorgesehen. Dieser Träger kann stationär oder mobil sein. Insbesondere wird dann vor dem Start die entsprechende Energie in die Antriebsvorrichtung 10 eingekoppelt, um das Fließverhalten des gelförmigen Treibstoffs für den Start und für die dem Start nachfolgende Flugphase zu verbessern.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Antriebsvorrichtung auf Basis gelförmigen Treibstoffs (16), insbesondere für einen Flugkörper (12), umfassend mindestens einen Tank (14) für gelförmigen Treibstoff (16), eine Brennkammer (18) und eine Zuführungseinrichtung (22) von Treibstoff zur Brennkammer (18), dadurch gekennzeichnet , dass mindestens eine Strah- lungsbeaufschlagungseinrichtung (36; 44) zur Beaufschlagung von gel- förmigem Treibstoff (16) mit elektromagnetischer Strahlung und/oder mindestens eine Heizeinrichtung zur Erwärmung von gelförmigem Treibstoff (16) vorgesehen ist, um das Fließverhalten zu verbessern.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung (36; 44) und/oder mindestens eine Heizeinrichtung dem mindestens einen Tank (14) zugeordnet ist.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungseinrichtung (36; 44) und/oder mindestens eine Heizeinrichtung an dem mindestens einen Tank (14) angeordnet ist.
4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungsein- richtung (44) und/oder mindestens eine Heizeinrichtung einer oder mehreren Zuführungsleitungen (24) von dem mindestens einen Tank (14) zur Brennkammer (18) zugeordnet ist.
5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungsein- richtung (44) und/oder mindestens eine Heizeinrichtung an einer oder mehreren Zuführungsleitungen (24) von dem mindestens einen Tank (14) zur Brennkammer (18) angeordnet ist.
6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Injektionsbereich (20) für Treibstoff in die Brennkammer (18) mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungsein- richtung (44) und/oder mindestens eine Heizeinrichtung zugeordnet ist.
7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Injektionsbereich (20) für Treibstoff in die Brennkammer (18) mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungsein- richtung (44) und/oder mindestens eine Heizeinrichtung angeordnet ist.
8. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungs- einrichtung (36; 44) und/oder mindestens eine Heizeinrichtung so ausgebildet ist, dass ein Volumenbereich an gelförmigem Treibstoff mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagbar ist und/oder erwärmbar ist.
9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungseinrichtung (22) mindestens eine Kolbeneinrichtung (28) zur Förderung von gelförmigem Treibstoff von dem mindestens einen Tank (14) zu der Brennkammer (18) umfasst.
10. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung der mindestens einen Strahlungs- beaufschlagungseinrichtung (36; 44) bezüglich Frequenz und/oder Intensität so eingestellt ist, dass die Temperatur im gelförmigen Treibstoff (16) erhöhbar ist.
11. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung der mindestens einen Strahlungs- beaufschlagungseinrichtung (36; 44) bezüglich Frequenz und/oder Intensität so eingestellt ist, dass die Fließgrenze im gelförmigen Treibstoff (16) erniedrigbar ist.
12. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung der mindestens einen Strahlungs- beaufschlagungseinrichtung (36; 44) bezüglich Frequenz und/oder Intensität so eingestellt ist, dass Bindungen im Gelbildner-Gerüst des gelförmigen Treibstoffs aufbrechbar sind.
13. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungs- einrichtung (36; 44) mindestens einen Sender umfasst.
14. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsbeaufschlagungs- einrichtung (36; 44) im Mikrowellenbereich abstrahlt.
15. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gelförmige Treibstoff einen oder mehrere polare Stoffe umfasst.
16. Verfahren zur Treibstoff-Förderung bei einer Antriebsvorrichtung, bei dem das Fließverhalten des Treibstoffs durch nicht-mechanischen Energieeintrag beeinflusst wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Treibstoff durch nicht-mechanischen Energieeintrag erhöht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherviskosität und/oder Dehnviskosität durch den nicht-mechanischen Energieeintrag erniedrigt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag durch elektromagnetische Strahlung erfolgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag durch Mikrowellenstrahlung erfolgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht-mechanischer Energieeintrag in den Treibstoff in einem Tank erfolgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht-mechanischer Energieeintrag in den Treibstoff in einer Zuführungsleitung von einem Tank zu einer Brennkammer erfolgt.
23. Verfahren nach einem Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht-mechanischer Energieeintrag in den Treibstoff in einem Injektionsbereich für die Injektion von Treibstoff in eine Brennkammer erfolgt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff ein Gel-Treibstoff ist.
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WO (1) WO2007003270A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105020052A (zh) * 2015-06-29 2015-11-04 南京理工大学 以固体推进剂为动力源的膏体推进剂供给装置

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007036881B3 (de) * 2007-08-04 2009-01-22 Bayern-Chemie Gesellschaft Für Flugchemische Antriebe Mbh Anzündvorrichtung für gelförmige Treibstoffe
DE102007036883B4 (de) * 2007-08-04 2010-11-04 Bayern-Chemie Gesellschaft Für Flugchemische Antriebe Mbh Raketenmotor
DE102008025217B4 (de) * 2008-05-27 2013-08-22 Bayern-Chemie Gesellschaft Für Flugchemische Antriebe Mbh Kraftmaschine
DE102008029150B4 (de) * 2008-06-19 2011-06-30 Bayern-Chemie Gesellschaft für flugchemische Antriebe mbH, 84544 Gasgenerator
CN103485934B (zh) * 2012-06-11 2016-03-09 中航商用航空发动机有限责任公司 一种用于发动机的推力增进系统和方法
US9453480B2 (en) * 2012-10-22 2016-09-27 Escape Dynamics, Inc. Externally powered hybrid propulsion system
FR3096414B1 (fr) * 2019-05-23 2021-06-04 Arianegroup Sas Système de vaporisation amélioré pour un lanceur spatial
CN110318885B (zh) * 2019-07-11 2024-03-01 南昌航空大学 一种液压驱动式粉末燃料输送装置
IL309595A (en) 2021-09-26 2024-02-01 Deutsches Zentrum F?R Luft Und Raumfahrt E V Use of rocket propellant, rocket propellant propulsion device and underwater transport device
DE102021124815A1 (de) 2021-09-26 2023-03-30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verwendung eines Raketentreibstoffs, Antriebsvorrichtung mit einem Raketentreibstoff und Unterwassertransportgerät
CN113882967B (zh) * 2021-11-05 2023-01-20 北京航空航天大学 一种应用含固体颗粒凝胶燃料的冲压发动机系统
CN119222064B (zh) * 2024-03-11 2025-09-23 中国人民解放军国防科技大学 一种金属基凝胶推进剂爆震发动机
DE102024127467A1 (de) * 2024-09-23 2026-03-26 Rheinmetall Waffe Munition Gmbh Mittels Mikrowellen anzündbare Treibladung und Verfahren zum Anzünden einer solchen Treibladung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4815279A (en) * 1985-09-27 1989-03-28 The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Hybrid plume plasma rocket

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3046736A (en) * 1958-02-10 1962-07-31 Thompson Ramo Wooldridge Inc Direction control for gelatin monopropellant rocket engine
US3032979A (en) * 1959-01-02 1962-05-08 Thompson Ramo Wooldridge Inc Controlled feed rocket engine
US3732693A (en) * 1970-11-27 1973-05-15 Chin Chu Ju Controllable solid propulsion system
DE3433580A1 (de) 1984-09-13 1986-03-20 Agfa-Gevaert Ag, 5090 Leverkusen Verfahren und vorrichtung zum aufschmelzen von erstarrten gelmassen, insbesondere von fotografischen emulsionen
US5133183A (en) * 1991-03-01 1992-07-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Gel/solid bipropellant propulsion system with energy management capability
JPH04333041A (ja) 1991-05-09 1992-11-20 Konica Corp 写真用組成物ゲルのゾル化方法
US5152136A (en) 1991-08-05 1992-10-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Solid fuel ducted rocket with gel-oxidizer augmentation propulsion
US5636513A (en) * 1993-10-06 1997-06-10 Olin Corporation Two stage pressurization system for aerospace applications
SI9400154A (en) 1994-03-29 1995-12-31 Igor Urban Reaction rocket engine with synthetic fuel
JPH09195854A (ja) 1996-01-16 1997-07-29 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd １液式ゲル燃料用ガス発生器
JPH10252560A (ja) * 1997-03-13 1998-09-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ゲル化推進薬の供給方法及びその装置
JP4075133B2 (ja) 1998-05-01 2008-04-16 株式会社Ｉｈｉ ゲル化推進薬の供給方法及び供給装置
DE19917672A1 (de) 1999-04-19 2000-10-26 Fraunhofer Ges Forschung Raketentreibsatz
DE19949674C1 (de) * 1999-10-14 2001-06-07 Fraunhofer Ges Forschung Treibladungsanordnung für Rohrwaffen oder ballistische Antriebe
AU2003223043A1 (en) * 2002-03-01 2003-09-16 Ecoheat (Pvt) Ltd. Fuel gel
US7138960B2 (en) * 2004-08-27 2006-11-21 United Technologies Corporation Deployable electromagnetic concentrator

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4815279A (en) * 1985-09-27 1989-03-28 The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Hybrid plume plasma rocket

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105020052A (zh) * 2015-06-29 2015-11-04 南京理工大学 以固体推进剂为动力源的膏体推进剂供给装置

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