JPS5950865B2 - Thermal propulsion device with super heater - Google Patents

Thermal propulsion device with super heater

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JPS5950865B2
JPS5950865B2 JP50071415A JP7141575A JPS5950865B2 JP S5950865 B2 JPS5950865 B2 JP S5950865B2 JP 50071415 A JP50071415 A JP 50071415A JP 7141575 A JP7141575 A JP 7141575A JP S5950865 B2 JPS5950865 B2 JP S5950865B2
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JP
Japan
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chamber
heater
decomposition
temperature
superheater
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JP50071415A
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JPS5187610A (en
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キルビイ マ−チ チヤ−ルス
ロバ−ト ハンタ− チヤ−ルス
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Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
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TRW Inc
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Publication of JPS5950865B2 publication Critical patent/JPS5950865B2/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/68Decomposition chambers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/411Electric propulsion
    • B64G1/415Arcjets or resistojets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06DMEANS FOR GENERATING SMOKE OR MIST; GAS-ATTACK COMPOSITIONS; GENERATION OF GAS FOR BLASTING OR PROPULSION (CHEMICAL PART)
    • C06D5/00Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
    • C06D5/04Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by auto-decomposition of single substances

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規の改良された推進装置に関するもので、特
に宇宙空間飛行体を操縦するための電熱式推進装置に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a new and improved propulsion system, and more particularly to an electrothermal propulsion system for maneuvering space vehicles.

電気的に加熱されるヒドラジン推進装置は既知で、下記
の文献に説明されている。
Electrically heated hydrazine propulsion devices are known and described in the following documents.

AIAA第8回電気推進装置会議、1970年、7〇−
1161号。
AIAA 8th Electric Propulsion Systems Conference, 1970, 70-
No. 1161.

AIAA/SAE第8回推進装置専門家総会、1972
年、72−1152号。
AIAA/SAE 8th Propulsion Equipment Experts Meeting, 1972
Year, No. 72-1152.

AIAA第9回電気推進装置会議、1972年、72−
451号米国特許第3081595号。
AIAA 9th Electric Propulsion Systems Conference, 1972, 72-
No. 451 U.S. Pat. No. 3,081,595.

ゴツダード宇宙飛行センタの最終報告NAS5−232
02に掲載のジエイ・ディ・ケンズリ−の論文「電熱式
ヒドラジン推進装置のための一波性推進薬についての研
究J 1973年3月−1974年5月。
Gotsdad Space Flight Center Final Report NAS5-232
J. D. Kensley's paper published in 2002, “Study on single-wave propellants for electrothermal hydrazine propulsion systems J, March 1973-May 1974.

ヒドラジンの特性とエネルギー源としてのヒドラジンの
有力な利用法についての国際会議(ポアテイエ、フラン
ス、1974年10月21日から25日)(こおける「
低推力用途のための電熱式ヒドラジン推進装置の開発」
と題する論文。
International Conference on the Properties of Hydrazine and Potential Uses of Hydrazine as an Energy Source (Poitiers, France, 21-25 October 1974)
Development of electrothermal hydrazine propulsion device for low thrust applications”
A paper entitled.

これらの推進装置は次の機能のうちの1つまたはそれ以
上の機能を有する。
These propulsion devices have one or more of the following functions:

すなわちその機能とは、姿勢制御、初期軌道修正、初期
位置確保、姿勢又は軌道修正、抗力による減速を補償す
る増速、軌道上昇、障害回避操縦の諸機能である。
That is, the functions include attitude control, initial trajectory correction, initial position securing, attitude or trajectory correction, speed increase to compensate for deceleration due to drag, trajectory elevation, and obstacle avoidance maneuvering.

例えば、商業的な通信衛生は、最後の三つの機能を除い
た残りすべての機能を機上の推進システムによって達成
することを必要とする。
For example, commercial communications hygiene requires that all but the last three functions be accomplished by onboard propulsion systems.

軌道重量(orbital weight) 907.
2kg (2000ポンド)の宇宙空間飛行体において
は、7年の使命のものについて、機上の触媒ヒドラジン
システムは約226.8kg(500ポンド)の重さを
もつこととなる。
Orbital weight 907.
In a 2 kg (2000 lb) spacecraft, for a 7 year mission, the onboard catalytic hydrazine system would weigh approximately 226.8 kg (500 lb).

その宇宙空間飛行体の目的に直接関係する観測機器など
の有効搭載量は約181.6kg (約400ポンド)
であり、残りの重量はパワーシステム、構造体、命令装
置、測距装置等に割当てられる。
The effective payload of observation equipment directly related to the purpose of the space vehicle is approximately 181.6 kg (approximately 400 pounds).
The remaining weight is allocated to power systems, structures, command equipment, ranging equipment, etc.

商業通信用人工衛生の外に、操縦能力を必要とする長い
寿命の地球軌道の宇宙空間飛行体の典型的なものとして
軍事用または科学用の宇宙空間飛行体がある。
In addition to commercial communications satellites, military or scientific space vehicles are typical of long-life Earth-orbiting space vehicles that require maneuverability.

推進システムの重量がいくらかでも減少すればそれだけ
有効搭載量は増大し、そのことは極めて望まい。
Any reduction in propulsion system weight increases payload, which is highly desirable.

有効搭載量を増大するということは、通信能力を増大さ
せ、科学的データの蓄積を増大させ、付加的な監視装置
を設けさせるということであり、それにより宇宙空間飛
行体の投下資本に関して大なる利益を与えることとなる
Increasing the payload means increasing communication capabilities, increasing the accumulation of scientific data, and providing additional monitoring equipment, thereby making a significant difference to the invested capital of a spacecraft. It will give you a profit.

最初、アメリカ合衆国における宇宙開発プログラムにお
いては、機上の推進を必要とする事実上総ての宇宙空間
飛行体は約70秒の比推力を生ずる低温ガスシステムに
頼っていた。
Initially, in the United States space program, virtually all spacecraft requiring onboard propulsion relied on cryogenic gas systems that produced a specific impulse of about 70 seconds.

しかし宇宙空間飛行体の使命がより長く且つより複雑と
なると、宇宙空間飛行体に対する要求は厳しくなってく
る。
However, as the missions of spacecraft become longer and more complex, the demands on spacecraft become more demanding.

必要な推進力を増大する時低温ガスは、触媒を使って分
解される過酸化水素によって補足される。
To increase the required propulsion, the cold gases are supplemented by hydrogen peroxide, which is decomposed using a catalyst.

これは複雑性を増大し且つ種々の操作上の困難さを生ず
るが、その代わりに推進装置の重量をかなり減らした。
This increases complexity and presents various operational difficulties, but at the cost of significantly reducing the weight of the propulsion device.

しかし、さらに重量を減らし、そして過酸化水素の操作
における問題のいくつかを排除する、触媒を用いて分解
される無水ヒドラジンの出現により過酸化水素推進装置
は使用されなくなった。
However, hydrogen peroxide propulsion devices have been obsolete with the advent of catalytically decomposed anhydrous hydrazine, which further reduces weight and eliminates some of the problems in operating hydrogen peroxide.

この接触ヒドラジン推進装置は、典型的には、215−
235秒の比推力(安定状態)を与え、このような推進
装置は現在種々の使命の宇宙空間飛行体に対して広く使
用されている。
This catalytic hydrazine propulsion device is typically 215-
Providing a specific impulse (steady state) of 235 seconds, such propulsion systems are currently in widespread use for space vehicles for a variety of missions.

比推力は推進装置の性能に対して普通に使用されている
性能表示数値であって、推進薬の単位流量当りの推力と
定義される。
Specific impulse is a commonly used performance indicator for the performance of a propulsion device, and is defined as the thrust per unit flow rate of propellant.

比推力は推力室内のガスのエネルギー含有量およびこの
室のエネルギーを排気の運動エネルギーに変換するノズ
ル膨張過程の効率によって決定される。
The specific impulse is determined by the energy content of the gas in the thrust chamber and the efficiency of the nozzle expansion process that converts the energy of this chamber into the kinetic energy of the exhaust gas.

室エネルギーと比推力Ispの関係は Jsp−v’i である。The relationship between chamber energy and specific impulse Isp is Jsp-v’i It is.

こ・に、Hは運動エネルギーに変換されるエネルギーの
部分(エンタルピー)である。
Here, H is the portion of energy (enthalpy) that is converted into kinetic energy.

接触ヒドラジン推進装置において、無水ヒドラジンは2
段階で水素と窒素とに分解すると考えられている。
In a catalytic hydrazine propulsion system, anhydrous hydrazine is
It is thought that it decomposes into hydrogen and nitrogen in stages.

すなわち、下記のような初期分解および最終分解である
That is, the initial decomposition and the final decomposition as described below.

3N2H4→4NH3+N2+144300BTU(発
熱分解) 4NH3→2N2+6H2−79200BTU(吸熱解
離) これらの反応の結果、約870−980℃(1600−
1800°F)の温度でN2、N2、NH3の混合物が
生じる。
3N2H4 → 4NH3 + N2 + 144300 BTU (exothermic decomposition) 4NH3 → 2N2 + 6H2 - 79200 BTU (endothermic dissociation) These reactions result in approximately 870-980°C (1600-
A mixture of N2, N2, and NH3 is produced at a temperature of 1800°F.

これらの分解生成物がノズルを通して等エントロピー膨
張をすることによって210−260秒の比推力(理論
値)が得られる。
Isentropic expansion of these decomposition products through the nozzle provides a specific impulse (theoretical value) of 210-260 seconds.

しかし、種々の性能損失機構(例えば、熱損失、不完全
膨張、ノズルの拡開その他)を考えると、現在のヒドラ
ジン推進装置によって与えられる安定状態の比推力は2
15ないし235秒の範囲にあるのが普通である。
However, considering various performance loss mechanisms (e.g., heat loss, incomplete expansion, nozzle expansion, etc.), the steady-state specific impulse provided by current hydrazine propulsion systems is
A range of 15 to 235 seconds is typical.

室のエンタルピー(および理論的推力)は推進薬の分解
によって解放される正味の化学的エネルギーによって決
まるために、接触ヒドラジン推進装置の性能改良の可能
性は極めて限定されている。
Because the chamber enthalpy (and theoretical thrust) is determined by the net chemical energy released by propellant decomposition, the potential for performance improvement in catalytic hydrazine propulsion devices is extremely limited.

そこで、推進装置または推進薬の重量を殆んど増加させ
ずに、大体一定の供給パワーを維持しながら少なくとも
300Ispに推進装置の能力を増大することか要求さ
れる。
There is therefore a need to increase the propulsion capacity to at least 300 Isp while maintaining a more or less constant power supply without significantly increasing the weight of the propulsion unit or propellant.

本発明の方法と装置はこの要求に応することができ、本
発明の方法を実施する電熱式推進装置は、注入管と、加
熱される室と、この室内に配置されたスクリーンパック
組立体(触媒ベッドを含む)と、スーパヒータと、スー
パヒータの熱源と、排出ノズルとを含む。
The method and apparatus of the present invention can meet this need, and an electrothermal propulsion device implementing the method of the present invention includes an injection tube, a chamber to be heated, and a screen pack assembly ( a superheater, a superheater heat source, and an exhaust nozzle.

ヒータ室は、熱的、触媒的、および準触媒的モードで作
動する。
The heater chamber operates in thermal, catalytic, and quasi-catalytic modes.

熱的モードにおいては、ヒータは室の外周に螺旋形に巻
かれた電気的に作動されるコイル、放射性同位元素源等
となし得る。
In the thermal mode, the heater may be an electrically actuated coil helically wrapped around the chamber, a radioisotope source, or the like.

触媒モードで動作する時には200℃−450℃のスク
リーンパック温度が必要で、450℃をこえると、推進
装置は熱分解モードで操作される。
A screen pack temperature of 200° C.-450° C. is required when operating in catalytic mode; above 450° C., the propulsion device is operated in pyrolysis mode.

これは、大きな電力を必要とするが、推進装置の寿命と
比推力とを改善する。
This requires high power but improves propulsion device life and specific impulse.

スクリーンパック(触媒ベッド)は均一の分解を与える
The screen pack (catalyst bed) provides uniform decomposition.

典型的なスクリーンパックは白金ワイヤでつくられる。A typical screen pack is made of platinum wire.

入口圧力1.724MN/M2でヒドラジンを使用する
場合、直径0.5cm、52メツシユ、ワイヤ直径0.
1mmの60個のスクリーンが適当である。
When using hydrazine with an inlet pressure of 1.724 MN/M2, the diameter is 0.5 cm, 52 meshes, and the wire diameter is 0.5 cm.
60 screens of 1 mm are suitable.

また、複合型のスクリーンと代えてもよい。Moreover, it may be replaced with a composite type screen.

40メツシユでワイヤ直径0.28mmの保持スクリー
ンを使用できる。
A retaining screen with a wire diameter of 0.28 mm can be used with 40 mesh.

スーパヒータは、ヒータ室から放出されるガスに連続的
且つ安定的にエネルギーを与えて、連続定常的に大体一
定の出力を与える。
A superheater continuously and stably provides energy to the gas released from the heater chamber, and provides a continuous, steady, and approximately constant output.

スーパヒータは室のガスの温度を上昇する。The superheater increases the temperature of the gas in the chamber.

渦流スーパヒータであるので、切線方向推進薬注入装置
が径方向に急な温度勾配をつくり、空所の壁の近くに比
較的低温のガス層を生ずる。
As a vortex superheater, the tangential propellant injection system creates a steep radial temperature gradient, creating a relatively cool gas layer near the walls of the cavity.

それ故、必要ならば従来型の絶縁を使用できる。Therefore, conventional insulation can be used if necessary.

推進装置は一波性推進薬(熱により又は触媒により分解
してガス状となる液体推進薬を使用し、典型的な推進薬
は無水ヒドラジン、アンモニア、水、アジ化ヒドラジン
モノメチルヒドラジン、非対称ジメチルヒドラジン、そ
れらの混合物等であるが、ヒドラジンが好ましい燃料で
ある。
Propulsion devices use single-wave propellants (liquid propellants that decompose thermally or catalytically into a gaseous state; typical propellants include anhydrous hydrazine, ammonia, water, hydrazine azide, monomethylhydrazine, and asymmetric dimethylhydrazine. , mixtures thereof, etc., but hydrazine is the preferred fuel.

正味の全体的効果によって生ずるノズルを通る推進薬の
排出温度は、渦流加熱素子の温度に極めて近づき、推進
装置の重量かはパ数オンス増加するだけで推力能力を2
00−235Ispから約300−340Ispに増大
させる。
The net overall effect is that the exit temperature of the propellant through the nozzle is very close to that of the vortex heating element, and the weight of the propulsion system can be increased by only a few ounces to increase thrust capacity by 2.
Increase from 00-235 Isp to approximately 300-340 Isp.

これは、推進薬の必要量を約20−25%減少させるこ
とに相当する。
This corresponds to a reduction in propellant requirements of approximately 20-25%.

例えば、通常226.8kg (500ポンド)の推進
薬を必要とする907.2kg (2000ポンド)の
宇宙空間飛行体の有効搭載量について、本発明の推進装
置はこの推進薬必要量を170−188kg (約37
5i15ポンド)に減少し得る。
For example, for a 907.2 kg (2000 lb) spacecraft payload that typically requires 226.8 kg (500 lb) of propellant, the propulsion system of the present invention reduces this propellant requirement to 170-188 kg. (about 37
5i15 pounds).

本発明は図面から容易に理解されよう。The invention will be easily understood from the drawings.

第1図は円筒形のヒータ室11を有する推進装置を示す
FIG. 1 shows a propulsion device having a cylindrical heater chamber 11. FIG.

ヒータ室の外側に螺接された螺旋形電気素子12によっ
て、熱がヒータ室およびノズルに供給される。
Heat is supplied to the heater chamber and the nozzle by a helical electrical element 12 threaded onto the outside of the heater chamber.

白金のスクリーンパックがヒータ室内に配置され、これ
は電気素子から熱を吸収し、ヒドラジンのような燃料が
室を通過する時にスクリーンパックと接触すると、この
燃料を燃焼させる。
A platinum screen pack is placed within the heater chamber, which absorbs heat from the electrical elements and causes fuel, such as hydrazine, to combust when it comes into contact with the screen pack as it passes through the chamber.

燃料は弁から注入管15を通ってヒータ室に供給される
Fuel is supplied from the valve to the heater chamber through the injection pipe 15.

この管15は孔をあけられた熱的障壁管16を通っての
び、これと接触している。
This tube 15 extends through and is in contact with a perforated thermal barrier tube 16.

所望ならば、弁は適当な手段によって加熱してもよい。If desired, the valve may be heated by any suitable means.

第1図に示すスーパヒータ22はヒータ室11に対して
90°に配置されている。
The super heater 22 shown in FIG. 1 is arranged at 90° with respect to the heater chamber 11.

スーパヒータ22は円筒室の壁23を有し、これはヒー
タ室11の縦軸に対し90°の角度に配置される。
The superheater 22 has a cylindrical chamber wall 23 , which is arranged at an angle of 90° to the longitudinal axis of the heater chamber 11 .

コイル状ヒータ24が室の軸線に沿って配置され、電源
25から加熱される。
A coiled heater 24 is placed along the axis of the chamber and is heated by a power source 25.

所望ならば、分解または過熱或いはその両方をアークプ
ラズマ或いは放電によって行うこともで゛きる。
If desired, decomposition and/or heating can be performed by arc plasma or electrical discharge.

スーパヒータの出口にノズル26が設けられ、これは別
個の要素として形成してもよいし、或いは室壁23の一
体の部分として形成してもよい。
At the outlet of the superheater a nozzle 26 is provided, which may be formed as a separate element or as an integral part of the chamber wall 23.

所望ならば、推進装置とスーパヒータの全体を金属のケ
ーシング27内に収容することもできる。
If desired, the entire propulsion device and superheater can be housed within the metal casing 27.

ヒータ室からの分解された推進薬のガスはスーパヒータ
部の中に切線方向に給送され、さらに加熱されて、付加
的な推進能力を与える。
Decomposed propellant gas from the heater chamber is fed tangentially into the superheater section and further heated to provide additional propulsion capacity.

分解した推進ガスのスーパヒータ内への切線注入はスー
パヒータ内の中心ヒータの周りで゛ヒータと室壁との間
でガスの渦流を生せしめる。
The tangential injection of the decomposed propellant gas into the superheater creates a vortex of gas between the heater and the chamber wall around the central heater within the superheater.

このことにより次の重要な利点が生じる。This results in the following important advantages:

第1に、スーパヒータを通る渦状の推進ガス流は流路長
を増大し、そしてヒータをたパ長手方向にガスが流れる
場合の流路長と滞留時間とに比してスーパヒータ内の流
路長と滞留時間を実質的に増大する。
First, the swirling propellant gas flow through the superheater increases the flow path length, and the flow path length within the superheater increases compared to the flow path length and residence time when the gas flows longitudinally past the heater. and substantially increase residence time.

そのため渦流では、推進ガスに過熱作用をうけさせる時
間、従って過熱作用によりつくられるガスの温度上昇は
実質的に増大せしめられる。
Therefore, in a vortex flow, the time during which the propellant gas is subjected to superheating, and thus the temperature rise of the gas created by superheating, is substantially increased.

第2に、推進ガスの渦流が中心ヒータをスーパヒータの
室の壁との間で生じるので、ガスは中心ヒータから室の
壁に向って放射する熱エネルギーを取り込む。
Second, as a vortex of propellant gas is created between the center heater and the superheater chamber wall, the gas picks up thermal energy that radiates from the center heater toward the chamber wall.

このことによりガスへ移される熱エネルギーとガス温度
は最大となり、室の壁を通る熱損失は最小となる。
This maximizes the thermal energy transferred to the gas and the gas temperature, and minimizes heat loss through the chamber walls.

スーパヒータ内への分解された推進ガスの切線注入と室
の中心にヒータを配置したこと・が一緒になって熱損失
を低減し、そして推進ガスの出口温度を増大し、そして
それにより推進装置の比推力を増大する。
The tangential injection of the decomposed propellant gas into the superheater and the placement of the heater in the center of the chamber together reduce heat loss and increase the exit temperature of the propellant gas, thereby increasing the Increase specific impulse.

第2図は種々の位置決め操縦をするために推進装置を使
用する宇宙空間飛行体30を示す。
FIG. 2 shows a spacecraft 30 that uses a propulsion system to perform various positioning maneuvers.

図示の実施態様においては、本発明による双推進装置3
1.32が北−南操縦のために宇宙空間飛行体の相対す
る側に装着される。
In the illustrated embodiment, a twin propulsion device 3 according to the invention
1.32 are mounted on opposite sides of the spacecraft for north-south maneuvers.

典型的には、約800°F (430℃)の最低室温が
推進装置の操作に必要である。
Typically, a minimum room temperature of about 800°F (430°C) is required for propulsion device operation.

ウオームアツプ時間は、5−8ワツトのヒータ入力で1
0分以下である。
Warm-up time is 1 with a heater input of 5-8 watts.
It is less than 0 minutes.

推進薬の弁は地上の命令によって開かれる。熱交換器2
4を付勢しないと、推進装置の温度は約25秒で平衡し
、そして比推力は200−205秒となる。
The propellant valve is opened by ground command. heat exchanger 2
4, the propulsion device temperature equilibrates in about 25 seconds and the specific impulse is 200-205 seconds.

熱交換器出力は地上の命令によって作動することもでき
るし、或いは制御弁と同時的にスイッチオンすることも
できる。
The heat exchanger output can be activated by ground command or can be switched on simultaneously with the control valve.

全流量の時に渦流スーパヒータの熱的レスポンスは数秒
で、これに対応する過渡的な比推力がある。
At full flow rate, the thermal response of the vortex superheater is several seconds, with a corresponding transient specific impulse.

スーパヒータの熱的レスポンスは、゛や1長い。The thermal response of a superheater is 100% longer.

いずれの形態でも、推進薬の流れなしに熱交換器出力を
適用するのを防止するために命令をインターロックでき
る。
In either configuration, the instructions can be interlocked to prevent application of heat exchanger power without propellant flow.

ヒータ室の出口における好ましい温度レベルは約150
0°F (815℃)ないし2000°F (1093
℃)で、スーパヒータの好ましいノズル温度は約250
0°F(1370℃)以上である。
The preferred temperature level at the outlet of the heater chamber is about 150
0°F (815°C) to 2000°F (1093°C)
), and the preferred nozzle temperature of the superheater is approximately 250°C.
0°F (1370°C) or higher.

好ましいノズル温度範囲は2500°F (1370℃
)ないし5000°F (2760℃)であって、それ
以上では温度上限は選択された構成材料によってのみ制
限される。
The preferred nozzle temperature range is 2500°F (1370°C
) to 5000°F (2760°C), above which the upper temperature limit is limited only by the selected materials of construction.

第3図のグラフでは真空中(宇宙空間)で推進装置が生
じる比推力を左の縦軸に、推進装置がつくる推力0.0
00453kg当りワットで測定した推進装置のヒータ
への入力電力を右の縦軸にとり、ノズル出口で測定した
ガス温度を横軸にとっている。
In the graph in Figure 3, the vertical axis on the left is the specific impulse generated by the propulsion device in vacuum (outer space), and the thrust generated by the propulsion device is 0.0.
The power input to the heater of the propulsion device, measured in watts per kg, is plotted on the right vertical axis, and the gas temperature measured at the nozzle outlet is plotted on the horizontal axis.

矢印は各グラフの曲線を読む縦軸を指している。The arrow points to the vertical axis along which the curve of each graph is read.

第3図のグラフは、実際の比推力とヒドラジンから理論
的に利用可能な比推力とが極めて近接して一致している
ことを示す。
The graph of FIG. 3 shows that the actual specific impulse and the theoretically available specific impulse from hydrazine match very closely.

さらにこのグラフから、いずれの点でも不規則でなく、
比推力が一定していることが判る。
Furthermore, from this graph, there is no irregularity at any point,
It can be seen that the specific impulse is constant.

本発明の推進装置は、搭載量907.2kg (200
0ポンド)の人工衛生において北−重位置固定に十分な
300−340秒の比推力を与えるのみならず、この技
術による装置を使用して215−235比推力(秒)を
生ずるに必要な量に比して約38.5kg〜56.7k
g(約85〜125ポンド)の推進薬を軽減できる。
The propulsion device of the present invention has a payload of 907.2 kg (200
The amount required to produce a specific impulse of 215-235 seconds using a device according to this technology, as well as to provide a specific impulse of 300-340 seconds, sufficient for fixing the north-heavy position in an artificial sanitary vessel of 0 lbs. Approximately 38.5kg to 56.7k compared to
g (approximately 85 to 125 pounds) of propellant can be saved.

ヒータとスーパヒータは数オンスの重さしかないので、
金具の余分の重量は無視し得る。
Since heaters and superheaters only weigh a few ounces,
The extra weight of the fittings is negligible.

この推進薬の重量の軽減という利点は現在の宇宙空間飛
行体にとって著るしく大きい。
This reduced propellant weight advantage is significant for modern space vehicles.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例を示す一部欠切斜視図である。 第2図は北南操縦のために推進装置の2重の組を使用す
る構造を示す人工衛生本体の斜視図である。 第3図は比推力とノズル出口におけるガス温度とヒータ
への電力との変化を示すグラフである。 11・・・・・・ヒータ室、12・・・・・・螺旋形電
気素子、22・・・・・・スーパヒータ、23・・・・
・・円筒室の壁、24・・・・・・コイル状ヒータ、2
5・・・・・・電源、26・・・・・・ノズル、27・
・・・・・金属ケーシング、30・・・・・・宇宙空間
飛行体、31,32・・・・・・推進装置。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the sanitary body showing the structure using dual sets of propulsion devices for north-south maneuvering. FIG. 3 is a graph showing changes in specific impulse, gas temperature at the nozzle outlet, and electric power to the heater. 11... Heater chamber, 12... Spiral electric element, 22... Super heater, 23...
... Wall of cylindrical chamber, 24 ... Coiled heater, 2
5...Power supply, 26...Nozzle, 27.
...Metal casing, 30... Space vehicle, 31, 32... Propulsion device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1−液性推進薬を分解室に供給し; 分解室内の一波性推進薬を分解温度でガス状分解生成物
に分解し; スーパヒータ室の切線方向に前記の分解室から高温のガ
ス状分解生成物を注入してスーパヒータ室内のヒータと
スーパヒータ室の壁との間でヒータの周りでこれに沿っ
てスーパヒータ室を通る渦流としスーパヒータ室内で延
長された停滞時間中ヒータから壁への放射熱を分解生成
物に吸収させ、スーパヒータ室のノズルを通してスーパ
ヒータ室からガス状分解生成物を放出して推力をつくり
;そして 前記の分解生成物が前記のノズルを通って分解温度以上
の温度で放出するような温度で前記のヒータを作動させ
ることを特徴とする推力発生方法。 2 分解する一波性推進薬をうけとるための入口を有す
る分解室; 初期の分解温度でガス状分解生成物に一波性推進薬を分
解するための分解室内の手段; 軸上の一端にノズルを有しそして軸の周りに壁を有する
スーパヒータ室、 スーパヒータ室の壁に対し放射方向に間隔を置いて前記
の軸上でスーパヒータ室内に配置したヒータ; 前記の分解室から前記のスーパヒータ室へ高温分解ガス
を導き、そして前記のスーパヒータ室内へ切線方向に前
記の高温分解生成物を注入する手段を備え前記のヒータ
は前記の分解生成物が前記のノズルを通って分解温度よ
りも高い温度で放出するような温度で作動できることを
特徴とする推力発生装置。
[Scope of Claims] 1- Supplying a liquid propellant to a decomposition chamber; Decomposing the single-wave propellant in the decomposition chamber into gaseous decomposition products at a decomposition temperature; The high temperature gaseous decomposition products are injected into the superheater chamber between the heater and the wall of the superheater chamber, around the heater and along it into a swirling flow through the superheater chamber and away from the heater during an extended stagnation period within the superheater chamber. The radiant heat to the wall is absorbed by the decomposition products and the gaseous decomposition products are released from the superheater chamber through the nozzle of the superheater chamber to create a thrust; and the said decomposition products pass through the nozzle to a temperature above the decomposition temperature. A method for generating thrust, characterized in that the heater is operated at a temperature such that the heater is emitted at a temperature of . 2. a decomposition chamber having an inlet for receiving the single-wave propellant to be decomposed; means within the decomposition chamber for decomposing the single-wave propellant into gaseous decomposition products at an initial decomposition temperature; a nozzle at one end on the shaft; a superheater chamber having a wall around an axis; a heater disposed within the superheater chamber on said axis radially spaced relative to the wall of the superheater chamber; a high temperature from said decomposition chamber to said superheater chamber; The heater includes means for directing cracked gas and injecting the high temperature cracked products tangentially into the superheater chamber, the heater being configured to discharge the cracked products through the nozzle at a temperature above the cracking temperature. A thrust generating device characterized by being able to operate at temperatures such as
JP50071415A 1975-01-22 1975-06-12 Thermal propulsion device with super heater Expired JPS5950865B2 (en)

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US543195 1983-10-18

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JPS5187610A JPS5187610A (en) 1976-07-31
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NL7505797A (en) 1976-07-26
DE2535520A1 (en) 1976-07-29
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JPS5187610A (en) 1976-07-31
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IT1045168B (en) 1980-05-10
DE2535520B2 (en) 1978-04-13
CA999749A (en) 1976-11-16
GB1473749A (en) 1977-05-18
NL174815C (en) 1984-08-16
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