DE1240747C2 - Strahlschubduese fuer heisse gase mit strahlablenkung durch einfuehren eines hilfsstroemungsmittels - Google Patents

Description

ten Abstand von der Wandung eine gemeinsame Leitung haben, eingespeist. Die Expansionszone der Hilfsströmungsmittel läßt sich dadurch in genauer Weise örtlich begrenzen. Weil die Reaktion reaktiver Hilfsströmungsmittel von der Temperatur und bzw. oder von den chemischen Bestandteilen abhängig ist und diese Reaktionen auch in der Zuführungsleitung (ζ. B. wenn diese sich durch Wärmeleitung erhitzt, während die Ablenkvorrichtung nicht benutzt wird) ablaufen können und dabei die Leitung beschädigen können, ist es günstig, das eine Lnde der Zuführungsleitung als Rohrbündel mit schwachem Querschnitt dtr einzelnen Rohre auszubilden. Als Vorteil ergibt sich, daß eine Beschädigung einzelner dünner Rohre im Gegensatz zur Beschädigung einer einzigen starken Leitung nicht zum Ausfall der gesamten Anlage führt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 und 1 a stellen schematisch in einem Radial- und Querschnitt eine Düse dar, die mit einer Ablenkvorrichtung, welche zwei reaktive Flüssigkeiten verwendet, ausgestattet ist;

F i g. 2 gibt eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer zusammengesetzten Düse wieder, die mit einer mit zwei Flüssigkeiten arbeitenden Ablenkvorrichtung versehen ist. von der

Fi g. 3 eine Einzelheit genau darstellt;

Fig. 4 ist im größeren Maßstab ein Radialschnitt durch eine der Einspritzdüsen nach F i g. 2;

Fig. 5 zeigt in schematischer Weise im Schnitt einen Teil einer Düsenwandung, die mit zwei Leitungen zum Zuführen von Ergolen versehen ist, und außerdem die verschiedenen zugeordneten Strömungsmittelzorien;

F i g. 6 stellt in gleicher Art ein Wandungsteil dar, das in Abwandlung mit zwei zueinander benachbarten Leitungen zur Zuführung der Ergole versehen ist;

F i g. 7 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Raketendüse, die mit einem perforierten Einsatzstück zur Zuführung eines Ergol ς ausgestattet ist;

Fig. 8 zeigt in derselben Weise eine Düse, die mit einem perforierten Zuführungseinsatzstück versehen M, um zwei Ergole an einer Vielzahl von einander •nachbauen Punkten einer Wandung nzuleiten;

Fig. 9 ist ein schematischer Schmu eines Wandungsteils, das aus porösem Material hergestellt ist.

Eine Anordnung, die in den Fig. 1 und la dargestellt ist, wo mehrere Flüssigkeiten unter sich reagieren, um die lokalisierte, die Düse blockierende Expansion zu schaffen, gestattet, mit großer Genauigkeit den Ort in der Düse festzulegen, wr sich diese Expansion ergibt, und die Aufenthaltszeit eines Ergols in der Düse zu verlängern.

!Eine erste Reihe von Einspritzdüsen 7 ft, die durch eine Leitung 8 ft gespeist werden, mündet z. B. ein wenig stromab vom Hals 5 und mit einer Ausrichtung stromabwärts in die Düse. Eine zweite Reihe von Einspritzdüsen 7 r, die etwas stromab von den Einspritzdüsen 7 ft gelegen sind, wird durch eine Leitung 8c gespeist und mündet in die Düse mit einer Ausrichtung stromaufwärts, was jedoch immer nur beispielsweise sein soll. Diese Einspritzdüsen werden über Räume 15, 16, die an den Verbindungsstellen zwischen den Auskleidungsblöcken 2, 3 und einem dritten Block 14 angeordnet sind, gespeist.

Das erste Ergol wird somit in der Grenzschicht der Hauptströmung verteilt, was den Zweck hat, diese zu verdicken und zu verlangsamen, während dieses Ergol sich erhitzt.

Das zweite Ergol, das ausnahmsweise gasförmigen

Zustands sein kann, wird mit einer verhältnismäßig großen Bewegungsgröße eingespritzt, was den Zweck hat, an der Lokalisierung der Blockierungsstoßwelle 12 zwischen den beiden Reihen von Einspritzdüsen miuuhelfen. Der gasförmige Hauptstrahl löst sich

ίο von der Wandung, indem er eine Wirbelzone 13 bildet, ab.

Die Stoßwelle 12 und die Wirbelzone 13 befinden sich auch auf den vorbeschriebenen Figuren. Die strömungsmitteldynamische Arbeitsweise der Ablenk-Vorrichtung ist in allen Fällen dieselbe. Dabei wird die Steuerung in allen Fällen in gleicher Weise durch die Anwendung von Flüssigkeit erleichtert. Der Bau von Düsen trifft nicht auf besondere Schwierigkeiten, die Einspritzräume 15 und 16 und die Einspritzdüsen 7 können leicht an den Verbindungsstellen ausgebildet werden.

Mit Hilfe der F ι g. 5, die größeren Maßstabs ist, kann die Arbeitsweise einer Vorrichtung nach Art derjenigen nach Fig. 1 genau gezeigt werden. Es sind dort zwei Reihen von Leitungen 37 erkennbar, die nebeneinander senkrecht zur Zeichenebene angeordnet sind (oder zwei einzelne Mündungsrohre, die sich im wesentlichen in dieselbe Richtung erstrecken) und die in der Wandung 31 einer Düse angeordnet sind. Ein erstes Ergol wird durch die stromaufwärts gelegene(n) Leitung(en) 37a, welche die besagten Hilfsleitungen sein können, in die Grenzschicht 32 eingeleitet, wo es sich erhitzt und teilweise verdampft. Das zweite Ergol wird mit einem verhältnismsßig stärkeren Vortrieb und vorzugsweise im Gegenstrom durch die stromabwärts gelegene(n) Leitungen) 37 ft eingespritzt. Diese zweite Einspritzung bewirkt ein wenig stromaufwärts ein Ablösen der Grenzschicht mit Schaffung einer Stoßwelle 38, die den Hauptgasstrom V ablenkt, wobei diese Ablösung eine stromaufwärts gelegene tote Zone 33 begrenzt, in der Strömungen mit einer Geschwindigkeit, die viel schwächer als diejenige des Hauptstromes ist, und sogar Rückströmungen entstehen. Das in die

Grenzschicht strömungsaufwärts von dieser Zone gespritzte Ergol vermischt sich mit dem zweiten Ergol in dieser Zone, wo sich die Mischung entzündet. Sie verbrennt darauffolgend weiter in der Verwirbelung 34, die sich progressiv zum Ausgang der Düse beschleunigt, wodurch das Wiederanliegen der Hauptslrömung verhindert wird. Das stromaufwärts gelegene Mündungsrohr37fl muß von dem stromabwärts gelegenen Mündungsrohr 37 ft weit genug entfernt sein, um eine geeignete Erhitzung des ersten Ergols und ein merkbares Dickerwerden der Grenzschicht 32, die eine wichtige Mischungszone 33 schafft, zu erhalten.

Die F i g. 6 zeigt eine Abwandlung, die in ähnlicher Weise wie die Vorrichtung nach Fig. 5 arbeitet, und gemäß der die der Zuleitung der Ergole dienenden Mündungsrohre nebeneinander angeordnet

Line erste Leitung 37c, die eine gewisse Quercrsireckung besitzt und vorzugsweise der Strömung entgegengerichtet sein kann, leitet ein erstes Ergol in die Grenzschicht ein, wo seine verhältnismäßig große Bewegungsgröße eine Stoßwelle erzeugt und sich durch Bildung einer Verwirbelune 34. vor der

eine stromabwärts gelegene tote Zone 35 liegt, dämpft. Eine zweite Leitung 37 d, die als Hilfsleitung bezeichnet werden kann, mündet stromabwärts von der ersten, und zwar in einem geringen Abstand und derart von dieser, daß die geringen örtlichen Geschwindigkeiten und die Rückströmungen, die in der stromabwärts gelegenen toten Zone35 vorhanden sind, dem zweiten Ergol gestatten, sich in dieser Zone eine Zeitlang aufzuhalten, die mindestens der für das Einleiten der Reaktion notwendigen Zeitverzögerung gleich ist. In anderen Worten, die rein aerodynamische Grenzschicht 32, die durch die Strömung des ersten Ergols gestört ist, setzt sich durch eine tote Zone 35 fest, die sich von einem Punkt 36 an in eine Verwirbelung 34, die unter Überdruck steht und durch die Gase der Reaktion gespeist wird, umformt. Die Strömung ist von dieser Verwirbelung durch eine Grenzfläche getrennt.

Die F i g. 2 bis 4 betreffen eine Ausführungsart, gemäß der die Düse, welche vom zusammengesetzten Typ ist, einen HaIsSa aus Graphit und konvergente Wände 4 α und divergente Wände 6 α umfaßt, die aus einem Material auf der Basis geschichteten Kunststoffes bestehen. Ein metallischer Einfassungsring 17 stützt die verschiedenen Teile der Düse ab und bildet bei 18 einen Anschlußbund zum Raketenkörper hin. Eine doppelte Einspritzung ist als Beispiel dargestellt.

Eine erste Reihe von Einspritzdüsen Id kann (F i g. 2) aus Rohren 8 d bestehen, die mittels eines Kittes unmittelbar in dem cl;n Hals bildenden Graphitblock 5 α eingekittet sind.

Eine zweite Reihe von Einspritzdüsen 7 e, die in einer mit Plastikmaterial ausgekleideten Zone, z.B. dem divergenten Teil6α liegt, besteht aus z.B. vier Einsetzstücken 19 aus Graphit, die mittels eines Kittes 20 mit dem Plastikmaterial fest verbunden sind und deren Querschnitt vorzugsweise trapezförmig ist. Die Zuführungsleitungen 8 e teilen sich in Rohre 8 f. die jeweils in dem Stück 19 verkittet sind oder durch eine Erweiterung an ihrem äußeren Ende gehalten werden. Dieses Stück 19 kann gegen Erosion, die insbesondere auf die Reaktion zurückzuführen wäre, durch einen elektrolytischen Niederschlag eines Metalls mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Wolfram, geschützt werden. Die Flüssigkeit wird um den abgerundeten Rand 21 geleitet und bleib) an der Wandung anhaften.

Die F i g. 7 und 8 zeigen schließlich noch andere Abwandlungen in der Ausführung der Vorrichtung, die es gestatten, in der Grenzschicht eine Zone zu schauen, wo die Geschwindigkeiten gedämpft genug sind, um die physikalische oder chemische Expansion

ίο der eingespritzten Flüssigkeiten zu gestatten.

Gemäß diesen Abwandlungen sind die Leitungin 37 durch eine Vielzahl kleiner Mündungsrohre 39 ersetzt. Diese sind gemäß einem Netz, das in Strömungsrichtung mehrere Reihen bildet, angeordnet, und sie erzeugen vielfache kleine Strahlen, die zunächst durch einfaches Vermischen wirken, um die Grenzschicht zu verzögern und ihr progressives Dickerwerden zu begünstigen. Dann wirken sie durch Expansion der Flüssigkeit mit der Schaffung der

ao Stoßwelle. Diese Expansion findet durch Verdampfung oder Zersetzung eines Ergols, durch Reaktion von zwei Ergolen und bzw. oder sogar durch Reaktion eines Ergols mit den Gasen der Hauptströmung statt.

»5 Die verschiedenen Mündungsrohre 39 können in einem Teil 40 der Wandung 31, das mit einer Verteilungskammer 41 (s. F i g. 7) versehen ist, eingelassen sein. Wenn zwei Flüssigkeiten gleichzeitig jedem Punkt des Einspritznetzes (s. F i g. 8) zugeleitet werden sollen, können Rohre 42 konzentrisch zu den Mündungsrohren 39 in gleicher Weise einmünden, indem sie die Kammer 41, die die Mündungsrohre speist, durchqueren. Die Leitungen 39 und 42 können gegen den Strom gerichtet sein.

Schließlich können (F i g. 9) die Öffnungen mikroskopisch und sehr zahlreich sein, wenn das Wandungsteil 40 a aus einem porösen Material, z. B. einem Sintermetall, hergestellt ist, wobei die Kammer 41 α in diesem Fall z.B. zwischen der Auskleidung 43 der Wand 44 der Düse und dieser eigentlichen Wand ausgebildet ist. Die Dichtungen 45 stellen in einem solchen Fall die Abdichtung sicher, aber die Kammer kann gleicherweise einen reiner Teil des Wandungsteils wie nach F i g. 1 ausmachen

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Düsenwand zur Erzeugung einer örtlichen Erweite- Patentansprüche: rung der Grenzschicht, wobei das Hilfsströmungs mittel eine chemische Reaktion eingeht.

1. Strahlschubdüse für heiße Gase mit Strahl- Bei bekannten Strahlschubdüsen dieser Art geht ablenkung durch Einführen eines Hilfsströmungs- 5 das auf der Innenseite der Düsenwand zugeführte mittels auf die Innenseite der Düsenwand zur Hilfsströmungsmittel eine exotherme chemische ReErzeugung einer örtlichen Erweiterung der Grenz- aktion mit dem Gas des Düsenstrahls ein, so daß eine schicht, wobei das Hilfsströmungsmittel eine zusätzliche seitliche Kraftkomponente zur Ablenkung chemische Reaktion eingeht, dadurch ge- des Düsenstrahls und zur örtlichen Erweiterung der kennzeichnet, daß ein zweites Hilfsströ- io Grenzschicht erzeugt wird.

mungsmittel eingeführt wird und die chemische Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die anReaktion zwischen den beiden Hilfsströmungs- gestrebte Düsenstrahlablenkung zu vergrößern. Erfinmitteln erfolgt. dungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein

2. Strahlschubdüse nach Anspruch 1, dadurch zweites Hilfsströmungsmittel eingeführt wird und die gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise 15 chemische Reaktion zwischen den beiden Hilfsströdie Hilfsströmungsmittel Flüssigkeiten sind und mungsmitteln erfolgt.

das Reaktionsprodukt ein Gas ist Die Unabhängigkeit von der Reaktionsfähigkeit

3. Strahlschubdüse nach Anspruch 1 und 2, des Hilfsströmungsmittels mit dem Gas des Düsendadurch gekennzeichnet, daß längs eines Quer- Strahls, die durch die Erfindung erreicht ist, hat den abschnittes der Innenwand der Düse Zuführöff- 20 Vorteil, daß eine freie Auswahl der Hilfsströmungsnungen für die Hilfsströmungsmittel regelmäßig mittel nach dem Gesichtspunkt größter Reaktionsverteilt sind. wirkung erfolgen kann. Ferner können Hilfsströ-

4. Strahlschubdüse nach Anspruch 1 bis 3, mung^mittel Verwendung finden, die sich während dadurch gekennzeichnet, daß für zumindest eines der Zeiten, in denen keine Einspritzung stattfindet, der beiden Hilfsströmungsmittel die Zuführöff- 25 in den Leitungen vor den Düsen nicht zersetzen,
nungen gegen die Strömungsrichtung der heißen Die Ablenkung des Düsenstrahls hängt im starken Gase gerichtet sind. Maße von der Ansprechzeit zur Auslösung der che-

5. Strahlschubdüse nach Anspruch 1 bis 4. da- mischen Reaktion der Hilfsströmungsmittel ab. Für durch gekennzeichnet, daß zumindest eine der bestimmte reaktive Hilfsströmungsmittel oder Ergole Zuführöffnungen aus einem Schlitz besteht, der 30 (unter Ergolen, z. B. Monergolen. Propergolen, nvei Abschnitte einer inneren Auskleidung der Katergolen, Hypergolen, Lithergolen, werden flüssige Düsenwand trennt. oder feste chemische Mittel verstanden, deren Zer-

6. Strahlschubdüse nach Anspruch 1 bis 5, da- setzung die zum Antrieb erforderliche Energie erdurch gekennzeichnet, daß die Kanten, die die zeugt) ist die Ansprechzeit langer als die Aufenthalts-Zuführöffnungen mit der Düseninnenwand bil- 35 zeit in dem Düsenstrahl. Es müssen also Maßnahmen den, abgerundet sind, vorzugsweise stromauf- vorgesehen werden, die den Aufenthalt der Ergole in wärts. dem Düsenstrahl entsprechend verlängern. In weite-

7. Strahlschubdüse nach Anspruch 1 bis 6, da- rer Ausgestaltung der Erfindung wird das dadurch durch gekennzeichnet, daß die Zuführöffnungen gelöst, daß die Ergole gegen die Strömungsrichtung in einer in die Düsenwand eingesetzten Platte 40 der heißen Gase eingespritzt werden. Als Vorteil er-(40) angeordnet sind und von einer gemeinsamen gibt sich eine Verringerung der Geschwindigkeit der Kammer in dieser Platte gespeist werden. heißen Gase längs der Wandung. Ein längeres Ver-

8. Strahlschubdüse nach Anspruch 1 bis 7, da- weilen der eingespritzten Ergole und der wünschensdurch gekennzeichnet, daß poröses Material als werte Ablauf der chemischen Reaktion ist damit Zuführöffnungen dient. 45 sichergestellt. Mit großer Geschwindigkeit im Gegen-

9. Strahlschubdüse nach Anspruch 1 bis 8, da- strom eingespeiste Ergole ergeben aber einerseits durch gekennzeichnet, daß das zweite Hilfs- auch stromaufwärts von dem Einspritzpunkt ein Abströmungsmittel durch Röhrchen (42) in die Düse lösen der Grenzschicht von der Innenseite der Düsengeführt wird, die konzentrisch zu den Zuführ- wand und andererseits stromabwärts eine Wirbelöffnungen des ersten Hilfsströmungsmittels ange- 50 strömung. Dadurch werden zwei »lote« Zonen geordnet sind. schaffen, in die dann vorteilhafterweise ein Teil der

10. Strahlschubdüse nach Anspruch 1 bis 9, Ergole eingespeist werden kann.

dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Zu- Die Schaffung einer Zone, in der die Geschwindig-

führleitung für die Hilfsströmungsmittel aus einem keiten längs der Wandung gering genug sind, damit Bündel (8a) von Rohren mit kleinem Querschnitt 55 die Expansion der Hilfsströmungsmittel stattfindet, besteht, die in einem bestimmten Abstand von ist erfindungsgemäß noch dadurch möglich, daß in der Düsenwand zu einer gemeinsamen Leitung Strömungsrichtung das Hilfsströmungsmittel gestaf-(8) zusammengeschlossen sind. feit eingespeist wird, wodurch die Dicke der Grenz

schicht progressiv zunimmt und die Geschwindigkei! 60 progressiv abnimmt. Diese Hilfsströmungsmittel können mittels Wandelemente der Düse, die mit min-

deslens einem Netz von eventuell mikroskopischen

öffnungen versehen sind, welche durch Sintern odei Perforieren erhalten und mit geeigneten Leitungen 65 verbunden werden, eingeleitet werden.

Die Erfindung betrifft eine Strahlschubdüse für In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden

heiße Gase mit Strahlablenkung durch Einführen reaktive Hilfsströmunfjsmiuel durch ein Bündel vor eines Hilfsströmungsmittels auf die Innenseite der Rohren kleiner Quers:hnitte, die in einem bestimm·