DE1626061C - Mehrteilige Raketenbrennkammer mit Schubdüse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrteilige Raketenbrennkammer mit Schubdüse, deren einzelne Bauteile lösbar miteinander verbunden sind.

Mehrteilige Brennkammern mit Schubdüsen, deren einzelne Bauteile mechanisch starr miteinander verbunden sind, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Die mehrteilige Ausbildung einer Brennkarnmer-Schubdüseneinheit erlaubt Bauteile, die einem hohen Betriebsverschleiß unterworfen sind, auszuwechseln, so daß insgesamt ein rationeller Aufbau erreicht wird. Andererseits bringt jedoch die Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen durch die auftretenden hohen Betrie'osbelastungen Schwierigkeiten mit sich. Eine bekannte Ausführung zeigt z. B. die deutsche Auslegeschrift 1235 674, nach der die den Außenmantel der gesamten Triebwerkseinheit bildenden Brennkammer-Schubdüsenbauteile durch eine Verschraubung und einen Befestigungsring fest miteinander verbunden werden, während innengelegene Bauteile, die den eigentlichen Schubdüsenhals bilden, zwischen Abstufungen des divergenten Schubdüsenbauteils und des konvergenten Schubdüsenbauteils unter Zwischenlage eines Dichtrings gehalten werden. Diese bekannte Ausführung ist durch die Vielzahl ihrer Bauteile nicht nur konstruktiv aufwendig, sondern auch störanfällig, insofern, als sich während des Betriebes durch die zwischen den einzelnen Bauteilen und insbesondere zwischen der Innen- und Außenseite der Brennkammer und Schubdüse auftretenden, örtlich teilweise extremen Wärmedifferenzen starre mechanische Verbindungen, wie Verschraubungen und Verklammerungen, lockern können, wodurch zumindest Undichtigkeiten hervorgerufen werden und ein einwandfreier Raketenbetrieb in Frage gestellt sein kann.

Die französische Patentschrift 1135 050 zeigt ebenfalls eine aus mehreren Bauteilen, und zwar aus einer Brennkammer mit einem konvergenten Schubdüsenteil, aus einem Schubdüsenhals und einem divergenten Schubdüsenteil zusammengesetzte Brennkammer-Schubdüseneinheit, die durch zwei Schraubverbindungen zusammengehalten sind, wobei der Schubdüsenhals mit dem konvergenten Schubdüsenteil durch eine Überwurfmutter und der Schubdüsenhals mit dem divergenten Schubdüsenteil durch eine innenliegende Verschraubung fest miteinander verbunden ist. Auch diese bekannte Ausführung wird in gleicher Weise, wie schon oben erwähnt, als keine wirklich betriebssichere Verbindung angesehen.

• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden und eine unter allen Betriebsbedingungen sichere, dauerhafte Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen einer mehrteiligen Brennkammer-Schubdüseneinheit zu schauen.

Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung durch mindestens eine durch den Druck eines hydraulischen oder pneumatischen Mittels und/oder durch die Kraft einer oder mehrerer mechanischer Federn beaufschlagte Spannvorrichtung zur gegenseitigen Verbindung der einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteile.

Durch die Erfindung ist eine vorteilhafte Lösung des vorliegenden Problems gewährleistet. Die vorf!Lv;cl)laycni.' Verbindung zwischen den einzelnen B renn kam me r-Schubdüsenbau teilen ist hinsichtlich der auftretenden schwankenden Betriebsbclastung, hervorgerufen durch Druck- und Teinperniuiänderungen, optimal einstellbar. Bei Verwendung eines für den Raketenprozeß bestimmten Mediums ist die Verbindung selbstregulierend, da der Betriebsdruck des verwendeten Mediums den Betriebsbelastungen der Brennkammer-Schubdüseneinheit proportional ist. Außerdem ist die vorgeschlagene Verbindung betriebssicher, da sie, im Gegensatz zu den bekannten Verschraubungen, durch lokal auftretenden Wärmeverzug nicht gefährdet und diesen ohne Schäden aufzunehmen imstande ist. Ferner gewährleistet die vorgeschlagene Verbindung ein leichtes Auswechseln von Brennkammer-Schubdüsenbauteilen, deren aneinanderstoßende Endbereiche einfach und damit betriebssicher gestaltet werden können. Dadurch vereinfacht sich auch die Konstruktion und Herstellung der einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteile.

In Ausgestaltung der Erfindung besteht die Spannvorrichtung aus einem außer über den Umfang der Brennkammer oder der Schubdüse, z. B. im Bereich

ao des Schubdüsenhalses, sich erstreckenden Ringzylinder und einem darin geführten Ringkolben, die beide einen Druckraum zur Aufnahme des hydraulischen oder pneumatischen Mittels einschließen, wobei der Ringzylinder mit einem der beiden an ihn angrenzenden Brennkammer-Schubdüsenbauteile, z. B. mit der Brennkammer bzw. mit dem mit dieser einstückig ausgebildeten konvergenten Schubdüsenteil, und der Ringkolben mit dem anderen Bauteil, z. B. mit dem divergenten Schubdüsenteil, unmittelbar oder mittelbar verbunden ist.

Ferner können an Stelle der Ausführung mit Ringzylinder und Ringkolben mehrere außen über den Umfang der Brennkammer oder der Schubdüse, z. B. im Bereich des Schubdüsenhalses, verteilte, einzelne als Zylinder-Kolbeneinheiten ausgebildete Spannvorrichtungen vorgesehen werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind bei einer aus drei einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteilen, nämlich aus der eigentlichen Brennkammer mit einem konvergenten Schubdüsenteil, aus einem Düsenhaisteil und einem divergenten Schubdüsenteil bestehenden Raketenbrennkammer-Schubdüseneinheit als Spannvorrichtungen zwei axial hintereinanderliegende, gegeneinander gerichtete, ringkolbenartige Spannkörper vorgesehen, wovon der eine Spannkörper mit seinem axial äußeren Ende mit dem diesem Ende axial benachbarten äußeren Brennkammer-Schubdüsenbauteil bzw. dem konvergenten Schubdüsenteil und der andere Spannkörper mit seinem axial äußeren Ende mit dem diesem Ende axial benachbarten Brennkammer-Schubdüsenbauteil, nämlich dem divergenten Schubdüsenteil, fest verbunden ist, wobei die anderen, zueinander zeigenden, kolbenförmigen Enden der beiden Spannkörper auf dem Düsenhals gleitbar sitzen, und an beiden Enden des Düsenhalses Ringbunde vorgesehen sind, die zusammen mit den kolbenförmigen Enden der Spannkörper Druckräume bilden.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht auch darin, daß die mechanischen Federn im Druckraum der Spannvorrichtung bzw. in den Druckräumen der Spannvorrichtungen eingebaut sind.

Ferner kann als Druckmittel ein für den Raketenbzw. Brcnnkammerprozeß vorgesehenes Medium, i.nsbesondere der bei einer gekühlten Brennkammer-Schubdüseneinheit durch die Brennkammerwand strömende flüssige Sauerstoff bzw. Sauerstoffträger oder Wasserstoff, dienen.

In der Zeichnung ist an Hand von Ausführungsbeispielen die Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Brennkammer-Schubdüseneinheit mit einer einzigen Spannvorrichtung,

Fig. 2 eine Brennkammer-Schubdüseneinheit mit mehreren, über den Umfang verteilten, einzelnen Spannvorrichtungen,

F i g. 3 eine Brennkammer-Schubdüseneinheit mit zwei axial hintereinanderliegenden Spannvorrichtungen,

F i g. 4 eine Brennkammer-Schubdüseneinheit mit einer einzigen Spannvorrichtung in anderer Ausführung.

Gemäß Fig. 1 ist die fliissigkeitsgekühlte Brennkammer.mit Schubdüse "dreiteilig ausgeführt und besteht 'aus der eigentlichen Brennkammer 1 mit einem konvergenten Schubdüsenteil Ια, aus einem Düsenhalsteil 2 und aus einem divergenten Schubdüsenteil 3. In den Wänden der vorgenannten Brennkammer Schubdüsenbauteile 1 bzw. la, 2 und 3 verlaufen Kanäle 4, durch die eine flüssige Treibstoffkomponente (ζ. B. Sauerstoff bzw. ein Sauerstoffträger oder flüssiger Wasserstoff) hindurchgeführt wird. Die zwischen den einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteilen 1 bzw. la, 2 und 3 befindlichen Trennfugen 5 und 6 sind als Zentrierungen ausgebildet. Die Verbindung der einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteile 1 bzw. la, 2 und 3 erfolgt durch eine um den Düsenhaisteil 2 sich erstreckende, durch ein Druckmittel, im vorliegenden Fall durch ein hydraulisches Druckmittel, betriebene Spannvorrichtung 7, die im wesentlichen aus einem Ringzylinder 8 und einem darin geführten Ringzylinder 9 besteht, die beide einen Druckraum 10 einschließen, dem das Druckmittel über eine am Ringkolben 9 angeschlossene Leitung 11 und über eine in diesem verlaufende Bohrung 12 zugeführt wird. Der Ringzylinder 8 ist mit dem konvergenten Schubdüsenteil la über eine Hülse 13 mit im Querschnitt hakenförmigen Enden 13 α und 13 b verbunden, wobei das Ende 13 a am Ringzylinder 8 eingreift, während das Ende 13 b über eine geteilte Schelle 14 am konvergenten Schubdüsenteil la formschlüssig befestigt ist. Der Ringkolben 9 ist über eine Hülse 15 mit hakenförmigen Enden 15 a und ISb mit dem divergenten Schubdüsenteil 3 verbunden. Dabei greift das Ende 15 a am Ringkolben 9 ein, während das Ende 15 b über eine geteilte Schelle 16 am divergenten Schubdüsenteil 3 formschlüssig befestigt ist.

Während des Betriebes der Brennkammer wird der Druckraum 10 mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagt, wodurch die drei Brennkammer-Schubdüsenbauteile fest zusammengespannt werden. Dabei kann durch einen Druckregler 17 die Druckhöhe im Druckraum 10 den Brennkammerbelastungen entsprechend angepaßt werden.

In Fig. 2 sind an Stelle einer ringförmig um den Düsenhaisteil 2 sich erstreckenden Spannvorrichtung 7 mehrere einzelne, z. B. drei, über den Umfang verteilte Spannvorrichtungen 18 in Form von Zylinder-Kolbeneinheiten angeordnet, deren Druckmittelleitungen 11a über eine gemeinsame Ringleitung 19 versorgt werden.

Gemäß Fig. 3 sind zwei axial hintereinanderliegende Spannvorrichtungen 20 und 21 vorgesehen. Diese bestehen aus zwei gegeneinander gerichteten, ringkolbenartigen Spannkörptrn 22 und 23 und aus Ringbunden 24 und 25, wobei der Ringbund 24 auf einer konischen Fläche 26 sitzt und durch eine Schraubenmutter 27 auf dem Düsenhaisteil 2, gesichert ist, während der Ringbund 25 mit dem Düsenhalsteil 2 einstückig ausgebildet ist. Die Spannkörper 22 und 23 weisen jeweils hakenförmige Enden 22a und 23« auf, die über geteilte Schellen 28 am konvergenten Schubdüsenteil Ια und am divergenten Schubdüsenteil 3 befestigt sind. Die zueinander zeigenden Enden 22 b und 23 b der Spannkörper 22

ίο und 23 sind kolbenförmig gestaltet und sitzen gleitbar auf einer zylindrischen Fläche 29 des Düsenhalsteiles 2. Die Teile 22 b und 24 bzw. 23 b und 25 schließen wiederum Druckräume 30 ein, die über Zweigbohrungen 31 mit den Kühlkanälen 4 verbunden sind. Auf diese Weise werden während des Brennkammerbetriebes die Druckräume 30 mit Druckmittel aus dem Brennkammerprozeß beaufschlagt und dabei die einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteile 1 bzw. la, 2 und 3 fest zusammengespannt. In den Druckräumen 30 sind vorgespannte Druckfedern 32 vorgesehen, die im Beispielsfall neben der Vermehrung des Spanndruckes hauptsächlich dazu dienen, die einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteile auch dann noch zusammenzuhalten, wenn die Brennkammer nicht in Betrieb ist. Wie aus F i g. 4 hervorgeht, ist hier nur eine Spannvorrichtung 33 mit einem Spannkörper 34 vorgesehen, der mit seinem einen Ende 34a über eine geteilte Schelle 28 mit dem konvergenten Schubdüsenteil la fest verbunden ist und der mit seinem kolbenförmigen Ende 34 b auf einer Fläche 35 des divergenten Schubdüsenteils 3 gleitend angeordnet ist, auf dem ein Ringbund 24 fest sitzt und durch eine Schraubenmutter 27 gesichert ist. Der Ringbund 24 bildet zusammen mit dem kolbenförmigen Ende 34 b des Spannkörpers'34 wiederum, wie nach Fig. 3, einen Druckraum 30, der gleichfalls über Zweigleitungen 31 mit den Kühlkanälen 4 verbunden und in dem ebenfalls eine vorgespannte Druckfeder 32

eingebaut ist. ■

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Mehrteilige Raketenbrennkammer mit Schubdüse, deren einzelne Bauteile lösbar miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch mindestens eine durch den Druck eines hydraulischen oder pneumatischen Mittels und/oder durch die Kraft einer oder mehrerer mechanischer Federn beaufschlagte Spannvorrichtung (7 bzw. 20, 18, 21 bzw. 33) zur gegenseitigen Verbindung der einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteile (1 bzw. la, 2 und 3).

2. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (7) aus einem außen über den Umfang der Brennkammer (1) oder der Schubdüse, z. B. im Bereich des Schubdüsenhalses (2) sich erstreckenden Ringzylinder (8) und einem darin geführten Ringkolben (9) besteht, die beide einen Druckraum (10) zur Aufnahme des hydraulischen oder pneumatischen Mittels einschließen, wobei der Ringzylinder (8) mit einem der beiden an ihn angrenzenden Brennkammer-Schubdüsenbauteile, ζ. B. mit der Brennkammer (1) bzw. mit dem mit dieser einstückig ausgebildeten konver-

gcntcn Schubdüsenteil (Ια), und der Ringkolben (9) mit dem anderen Bauteil, z. B. mit dem divergierenden Schubdüsenteil (3), unmittelbar oder mittelbar verbunden ist.

3. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringzylinder (8) und der Ringkolben (9) über Zugglieder, z.B. über Hülsen (13 und 15), mit der Brennkammer (1) bzw. dem konvergenten Schubdüsenteil (la) und dem divergenten Schub- ίο diisenteil (3) verbunden sind.

4. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hnden (13« und 13/> sowie 15« und 15fr) der Hülsen (13 und 15) hakenförmig gestaltet sind und einerseits mit dem Ringzylinder (8) bzw. mit dem Ringkolben (9) unmittelbar und andererseits mit der Brennkammer (1) bzw. dem konvergenten Schubdüsenteil (la) und mit dem divergenten Schubdüsenteil (3) über geteilte Schellen (14 und 16) lösbar verbunden sind.

5. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere außen über den Umfang der Brennkammer (1) oder der Schubdüse. z.B. im Bereich des Schubdüscnhalses (2) verteilte, einzelne, als Zylindcr-Kolbeneinheiten ausgebildete' Spannvorrichtungen (18) vorgesehen sind.

6. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 1, bestehend aus drei einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbauteilen, nämlich aus der eigentlichen Brennkammer mit einem konvergenten Schubdüsenteil, aus einem Düsenhaisteil und einem divergenten Schubdüsenteil, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannvorrichtungen (20 und 21) zwei axial hintereinander liegende, gegeneinander gerichtete, ringkolbenartige Spannkörper (22 und 23) vorgesehen sind, wovon der eine Spannkörper (22) mit seinem axial äußeren Ende (22«) mit dem diesem Ende axial benachbarten Brennkammer-Schubdüsenbauteil bzw. mit dem konvergenten Schubdüsenteil (1«) und der andere Spannkörper (23) mit seinem axial äußeren Ende (23«) mit dem diesem Ende axial benachbarten anderen Brennkammer-Schubdüsenbauteil, nämlieh dem divergenten Schubdüsenteil (3), fest verbunden ist, wobei die anderen, zueinander zeigenden, kolbenförmigen Enden (22 b und 23 b) der beiden Spannkörper (22 und 23) auf dem Düsenhalsteil (2) gleitbar sitzen, und daß an beiden Enden des Düsenhalstsiles (2) Ringbunde (24 und 25) vorgesehen sind, die zusammen mit den kolbenförmigen Enden (22 b und 23 6) der Spannkörper (22 und 23) Druckräume (30) bilden.

7. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach Anspruch 1,-,bestehend aus drei einzelnen Brennkammer-Schubdüsenbaulcilen, nämlich aus der eigentlichen Brennkammer mit einem konvergenten Schubdüsenteil, aus einem Düsenhaisteil und einem divergenten Schubdüsenteil, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannvorrichtung (33) ein einziger ringkolbenartiger Spannkörper (34) vorgesehen ist, der mit seinem einen Ende (34«) mit dem diesem Ende axial benachbarten Brennkammer-Schubdüsenbautcil, z. B. mit der Brennkammer (1) bzw. mit dem mit dieser einstückig ausgebildeten konvergenten Schubdüsenbauteil (1«), fest verbunden ist und dessen kolbenförmiges anderes Ende (34b) auf einer zylindrischen Außenfläche (35) des anderen Brennkammer-Schubdüsenbauteils, nämlich des divergenten Schubdüsenteils (3), gleitbar angeordnet ist.

8. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Federn (32) im Druckraum (10) bzw. in den Druckräumen (30) der Spannvorrichtungen (8 bzw. 20 und 21 bzw. 33) eingebaut sind.

9. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel ein für den Raketen- bzw. Brennkammerprozeß vorgesehenes Medium dient.

10. Raketenbrennkammer mit Schubdüse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit in der Brennkammer- und Schubdüsenwand verlaufenden Kühlkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kühlkanälen (4) zum Druckraum bzw. zu den Druckräumen (30) der Spannvorrichtungen (20 und 21 bzw. 33) führende Zweigbohrungen (31) angeschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen