SE516046C2 - Anordning för styrning av värmeöverföringen till munstycksväggen hos raketmotorer av expandertyp - Google Patents

Description

| v a - nu :_ . - b.

.I g Üåö .nal nerna för bränsle- och oxidationsmedelspumparna och sedan ut i brännkammaren där det förbrännes tillsammans med oxidations- medlet. Detta innebär att ju mer bränslet värms upp och expan- derar, desto mer kraft kan utvinnas ur bränslet för drivning av turbinerna, varvid motorns effekt ökar.

Det maximala trycket som kan uppnås i förbränningskamma- ren bestämmes således av hur mycket bränslet värms upp i kyl- medelskanalerna. Man strävar efter att uppnå ett så högt tryck som möjligt i förbränningskammaren, eftersom detta ger den största effekten hos raketmotorn.

För att höja trycket och därmed effekten i expandercykel- motorer är det av största vikt att maximera värmeöverföringen till bränslet för att höja dess temperatur. Även en liten höj- ning av bränslets temperatur har stor betydelse, eftersom mo- torns effekt därigenom ökas.

Olika försök inom den kända tekniken för att öka värme- överföringen till bränslet innefattar bl a ökning av den yta av munstycksväggen, som är vänd mot flamman, t ex genom att tillverka munstycksväggen av rör med halvcirkulärt eller cir- kulärt tvärsnitt. Ett annat sätt har varit att tillverka mun- stycksväggen av ett material med hög värmeledningsförmåga, t ex koppar.

Nackdelarna med den kända tekniken är att munstycksväggar tillverkade av rör med halvcirkulärt eller cirkulärt tvärsnitt uppvisar låg hàllfasthet i tangentiell riktning och därför måste förstärkas på utsidan med olika organ. Detta gör att munstycket blir tungt och man förlorar nyttolastkapacitet. Att tillverka en munstycksvägg av koppar har den nackdelen att koppar är svår att svetsa samt har lägre brotthàllfasthet än t ex stål- och nickelbaserade material, varför ett munstycke av koppar blir tyngre än ett motsvarande av stålmaterial.

Syftet med uppfinningen är att eliminera de ovanstående nackdelarna hos den kända tekniken. coon u | u - . nu s .q ß P s '16 3u4o Detta uppnås enligt uppfinningen genom att, för påverkan av gränsskiktet vid munstycksväggen och för att därigenom öka värmeöverföringen, insidan av munstycksväggen uppvisar en sär- skilt vald, ökad ytråhet.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning som är en sektionerad sidovy av ena halvan av ett raketmunstycke med vidsittande brännkammare enligt uppfin- ningen.

Såsom framgár av ritningen uppvisar insidan av en mun- stycksvägg 1 en särskilt vald, ökad ytråhet. Denna ytråhet skall vara så stor att den penetrerar det viskösa subskiktet av gränsskiktet.

En undre gräns för att ytråheten skall få fullt genomslag på värmeöverföringen kan definieras som: y* = (Cf * u2/2)°'5 * y/v där cf är "skin friction”, u är hastigheten vid gränsskiktets kant, v är viskositeten och y är avståndet vinkelrätt mot vägg- en.

Ytràheten skall vara minst 50 y* som är gräns för att ytråheten säkert skall penetrera det viskösa subskiktet av gränsskiktet.

För ett typiskt expandercykelmunstycke skall ytråheten öka successivt från inloppet till dess utlopp. Vid inloppet skall ytråheten vara ca 0,15 mm och vid utloppet ca 1 mm.

Denna ytråhet på insidan av munstycket kan åstadkommas genom t ex maskinbearbetning, eller såsom slipning, fräsning, genom. avsättning av' material genom flam- eller plasmasprut- ning.

Genom att pà detta sätt öka ytråheten kan man åstadkomma en temperaturhöjning hos kylmedlet (bränslet) av minst 10 K, vilket medför en höjning av kyleffekten av 1% eller mer hos ovannämnda typ av raketmotor.

Claims (3)

0 u u. so. | ø ø - ~ v 0 ' fl' g- ¿_ _] rf\ A _] ...Ir- u n ~~_ _oo_ . 3lO4U4O @¶@Hq§§¿¿ P a t e n t k r a v

1. Anordning för förbättring av värmeöverföringen till kyl- medlet vid insidan av en med kylkanaler försedd munstycksvägg hos raketmotorer av expandercykeltyp, k ä n n e t e c k n a d a v att, för pàverkan av gränsskiktet vid munstycksväggen och för att därigenom öka värmeöverföringen, insidan av munstycks- väggen uppvisar en särskilt vald, ökad och så stor ytrâhet att den penetrerar det viskösa subskiktet av gränsskiktet vid mun- stycksväggen.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att ytråheten ökar successivt från. munstyckets inlopp till dess utlopp.

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att ytràheten varierar från ca 0,15 mm vid munstyckets inlopp till ca l mm vid dess utlopp.