DE3228162A1 - Fluessigkeitsraketentriebwerk in nebenstrombauart fuer den betrieb im luftleeren raum - Google Patents
Fluessigkeitsraketentriebwerk in nebenstrombauart fuer den betrieb im luftleeren raumInfo
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Description
Flüssigkeitsraketentriebwerk in Nebenstrombauart für den Betrieb im luftleeren Raum
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsraketentriebwerk nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Nach der DE-OS 27 43 983 ist ein Flüssigkeitsraketentriebwerk in Nebenstrombauart für den Betrieb im luftleeren Raum
bekannt, im wesentlichen bestehend aus einer Brennkammer mit einem konvergent-divergenten vorderen Schubdüsenteil, aus
einem Vakuumschubdüsenteil, aus Treibstoffpumpen zum Fördern der flüssigen Treibstoffe, insbesondere Sauerstoff und Wasserstoff,
aus einer oder mehreren, zum Antrieb der Treibstoffpumpen dienenden, mit heißen Treibgasen beaufschlagten Turbinen,
deren Abgase über eine Nebenstromdüse ins Freie strömen, wobei die Turbinenantriebsgase aus einer- kleineren Teilmenge
eines flüssigen Treibstoffes, insbesondere des Wasserstoffes,
die durch Kühlkanäle in der Wand des Vakuumschubdüsenteiles strömt und dort aufgeheizt wird, erzeugt werden.
Hierbei entfällt der sonst übliche Gasgenerator zur Erzeugung der Treibgase für die Pumpenantriebsturbine, wodurch insgesamt
eine Verbesserung des Leistungsgewichtes und eine Verbilli gung der Triebwerksanlage erreicht wird.
Die vorerwähnte bekannte Konzeption ist insbesondere für Raketentriebwerke
geeignet, die mit niedrigen und mittleren Druckverhältnissen arbeiten, unter denen auch günstige Betriebs-
zustände erreicht werden. Für hohe Druckverhältnisse ist
diese bekannte Triebwerksanlage weniger brauchbar, da für die Erzeugung hochenergetischer Turbinentreibgase die Wärmezufuhr
nicht ausreichend ist.
Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht,
bei einem Flüssigkeitsraketentriebwerk der eingangs genannten Art für den zur Kühlung der Brennkammer und der Schubdüse
dienenden flüssigen Treibstoff einen Strömungskreislauf zu
schaffen, der den Turbinentreibgasen einen so hohen Wärmeinhalt vermittelt, daß das Triebwerk mit hohen Druckverhältnissen gefahren
werden bzw. mit hoher spezifischer Leistung arbeiten kann.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Triebwerk der eingangs genannten
Art dadurch, daß die Gesamtmenge eines Treibstoffes, insbesondere des Wasserstoffes, am hinteren Ende des vorderen
Schubdüsenteiles eingefördert wird und durch dessen Wand und die Wand der Brennkammer unter Wärmeaufnahme nach vorn strömt,
dort in eine größere Teilmenge als Einspritzmenge für die Brennkammer und in die turbinenseitig genutzte kleinere Teilmenge
aufgeteilt wird, die ihrerseits dann am vorderen Ende des Vakuumschubdüsenteiles in dessen Wand eingefördert wird
und unter zusätzlicher Wärmeaufnahme nach hinten strömt.
Das erfindungsgemäße Kreislaufsystem ermöglicht einerseits die
Erzielung hoher Temperaturen für die Treibgase zur Beaufschlagung der Pumpenantriebsturbine und damit das Betreiben eines
Triebwerks der in Rede stehenden Art mit hohen Druckverhältnissen und hohen spezifischen Leistungen. Erreicht wird dies durch
die Beteiligung der zu diesem Zweck vorgesehenen turbinenseitig genutzten Teilmenge sowohl an der Kühlung des hinteren Schubdüsenteiles
und der Brennkammer als auch an der Kühlung des sogenannten Vakuumschubdüsenteiles. Andererseits ergibt die
vorgeschlagene Maßnahme die Möglichkeit, auf die Kühlung der
-5-
Brennkammer und der Schubdüse günstig Einfluß nehmen zu können, insofern/ als durch die Festlegung der Trennebene
zwischen dem hinteren Ende des vorderen Schubdüsenteiles und dem vorderen Ende des Vakuumschubdüsenteiles, d.h. durch
die Lokalisierung der zwischen beiden Schubdüsenteilen gemeinsamen Trennebene der Wärmehaushalt bzw. die Kühlverhältnisse
des sehr heißen vorderen Schubdüsenteiles und der Brennkammer und des weniger heißen Vakuumschubdüsenteiles bestimmt
und dabei gleichzeitig die Temperatur der größeren Einspritzmenge sowie die Temperatur der Turbinenantriebsgase in grundsätzlicher
Hinsicht gesteuert werden können.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung anhand eines Flüssigkeitsraketentriebwerks in Schema dargestellt.
Das gezeigte Raketentriebwerk in Nebenstrombauart, das mit
flüssigen Treibstoffen, insbesondere Wasserstoff und Sauerstoff, arbeitet, besteht im wesentlichen aus einer Brennkammer
mit Einspritzkopf 2 und einem konvergent-divergenten (vorderen) Schubdüsenteil 3 mit einem Expansionsgrad für den Betrieb am
Boden oder in relativ niedrigen Höhen, aus einem Vakuumschubdüsenteil 4 mit einem Expansionsgrad für den Betrieb im
luftleeren Raum, aus einem Vorratsbehälter 5 für flüssigen Wasserstoff und einem Vorratsbehälter 6 für flüssigen Sauerstoff,
aus einer Pumpe 7 für den Wasserstoff und einer Pumpe für den Sauerstoff, aus einer die beiden vorgenannten Treibstoffpumpen
7 und 8 antreibenden Gasturbine 9 und aus einer Nebenstromschubdüse 10.
Die von der Pumpe 7 geförderte gesamte Wasserstoffmenge H~
wird über eine Leitung 11 einem Zulaufring 12 zugeführt, von
dem aus die einzelnen, in der Wand des vorderen Schubdüsenteiles 3 und in der Wand der Brennkammer 1 verlaufenden Kühlkanäle
gespeist werden, in denen der Wasserstoff unter Kühlung
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der Wände aufgeheizt wird. Eine kleinere Teilmenge H~a der
gesamten Wasserstoffmenge H2 wird in einem im vorderen Bereich
der Brennkammer 1 angeordneten Ablaufring 13 gesammelt
und über eine Leitung 14 einem Zulaufring 15 am vorderen Ende
des Vakuumschubdüsenteiles/zugeführt.
Die größere Teilmenge HLb des Wasserstoffes H- gelangt über
eine Leitung 16 in den Einspritzkopf 2 und wird dann zusammen
mit dem Sauerstoff O2, der über eine Leitung 17 zuströmt/ in
die Brennkammer 1 eingespritzt.
Die in den Zulaufring 15 eingeströmte, bereits aufgeheizte
kleinere Wasserstoffmenge H9a wird von hier auf die einzelnen
Kühlröhrchen, aus der die Wand des Vakuumschubdüsenteiles 4 besteht, verteilt und wird am hinteren Ende des Vakuumschubdüsenteiles
4 in einem Auslaufring 18 gesammelt. Im Vakuum
schubdüsenteil 4 findet eine zusätzliche Aufheizung der kleineren Teilmenge H2a des Wasserstoffes H2 statt. Die heißen Gase
der kleineren turbinenseitig genutzten Teilmenge H2a des Wasserstoffes
gelangen über eine Leitung 19 zur Turbine 9, die sie
antreiben, und treten dann über die Nebenstromschubdüse 10 ins Freie.
Claims (1)
- Messerschmitt-Bölkow-Bl^hin·* "·-' : "■-'Ottobrunn, 26. 7.1 982 Gesellschaft mit BT01-Hn/erbeschränkter Haftung
München 9233Flüssigkeitsraketentriebwerk in Nebenstrombauart für den Betrieb im luftleeren RaumPatentanspruchFlüssigkeitsraketentriebwerk in Nebenstrombauart für den Betrieb im luftleeren Raum, im wesentlichen bestehend aus einer Brennkammer mit einem konvergent-divergenten vorderen Schubdüsenteil und einem daran anschließenden Vakuumschubdüsenteil, aus Treibstoffpumpen zum Fördern der flüssigen Treibstoffe, insbesondere Sauerstoff und Wasserstoff, aus einer oder mehreren zum Antrieb der Treibstoffpumpen dienenden Turbinen, die von heißen Treibgasen beaufschlagt werden, die aus einer Teilmenge (turbinenseitig genutzten Teilmenge) eines Treibstoffes, insbesondere des Wasserstoffes,innerhalb der Schubdüsenwand durch Wärmezufuhr erzeugt werden, dann dieTurbine oder Turbinen durchströmen und als Turbinenabgase über eine Nebenstromdüse ins Freie gelangen, dadurch g e kennzeichnet , daß die Gesamtmenge (H9) einesTreibstoffes, insbesondere des Wasserstoffes, am hinteren Ende des vorderen Schubdüsenteiles (3) eingefördert wird und durch dessen Wand und der Wand der Brennkammer (1) unter Wärmeaufnahme nach vorne strömt, dort in eine größere Teilmenge (H^b) als Einspritzmenge für die Brennkammer (1) und in die turbinenseitig genutzte kleinere Teilmenge (H^a) aufgeteilt wird, die ihrerseits dann am vorderen Ende des Vakuumschubdüsenteiles (4) in dessen Wand eingefördert wird und unter zusätzlicher Wärmeaufnahme nach hinten strömt.
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