JPH0452859B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体ロケツト推進機構を作動させる
ための、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載
の方法およびこの方法を実施するためのロケツト
推進機構に関する。

ドイツ連邦共和国特許公報第2743983号により、
二液式の方法で働く液体ロケツト推進機構が公知
になつているが、この液体ロケツト推進機構にあ
つては加熱された推進ノズル壁および燃焼室壁の
冷却を行いかつこの場合加熱され、蒸発する水素
の一部分がポンプ駆動タービンの駆動に使用され
る。タービン排気ガス内にまだ含まれている作業
能物質は次の二次推進ノズル内で利用される。

この方法の根本的な欠点は、燃焼室冷却および
推進ノズル壁冷却の間水素に関して行われるエネ
ルギーの供給量が比較的僅かな点である。またタ
ービン出力が多重倍になる程充分ではないので達
せられる燃焼室圧力の上限も限られ、現今では約
50バールである。

この欠点は古典的な二液式−ロケツト推進機構
にあつては、一つ或いは多数のポンプ駆動タービ
ンにとつて必要とする出力を、二次燃料流内でロ
ケツト推進剤の部分量によつてエネルギーが与え
られる補助ガス発生器で発生させることによつて
回避された。しかしこの方法では、推進機構燃焼
室が置かれている所望の高いおよび極めて高い圧
力下での補助ガス発生器を作動させるために分岐
される推進剤部分量は、この分岐に伴う推進機構
出力損失が直ちに推進機構燃焼室のより高い圧力
による利得を超過してしまうほど多量となり、従
つてこの改変されたプロセスにあつても全効率は
燃焼室圧力が一定の高さであつてももしくは一定
の圧力高さから再び低下する。その上許容される
タービン羽根の作動温度の点で、補助燃焼室もし
くは二次液体流燃焼室を最良の効果で、即ち化学
量論的に作動させることは不可能である。これに
伴い、推進剤内の作業能物質の著しい部分が二次
液体循環により外へと失われてしまう。

上記の欠点は、例えば上記のドイツ連邦共和国
特許公報に開示されているようないわゆるロケツ
ト主流方法（RaKe tenhauptstromverfahren）
にあつては燃料流に即応して主燃焼室の手前に予
備燃焼室が接続されており、この予備燃焼室内に
おいて例えば前以つて推進ノズル壁冷却および燃
焼室壁冷却により加熱された全水素および酸素の
一部が反応させられ、これにより燃料流に即応し
て次位に設けられたポンプ駆動タービンのために
過剰の水素を含んでいる駆動ガスのなお使用し得
るような温度を発生させることによつて回避され
る。その際タービン排気ガスは次の主燃焼室に流
れ、この主燃焼室内に残余の酸素が化学量論的な
燃焼を生起させるため導入される。

上記主流方法原理のある欠点は、主燃焼室の噴
射ヘツドを酸素の部分流以外に反応工程に関与す
る水素の全量から生じる比較的未だ極めて高熱の
タービン排気ガスが流過することである。この熱
による負荷は噴射ヘツドの構成を著しく困難なも
のにしかつ高価なものにする。更に、酸素部分量
以外に水素全量おも高い噴射圧力に昇圧しなけれ
ばならず、このためにはまた高いポンプ出力を必
要とする。

こう言つたことから本発明の課題は、従来公知
の推進装置の欠点をその利点を同時に保持しつつ
除去し、より高い効率で作動する液体ロケツト推
進機構のための作動方法を造ること、および推進
機構燃焼室の噴射ヘツドのための好都合な構造上
の諸条件を造ることである。

この課題は冒頭に記載した様式のロケツト推進
機構にあつて本発明により以下のようにして解決
される。即ち、前以て推進ノズル壁および燃焼室
壁内で加熱された推進剤、特に水素にこれがター
ビン駆動ガスとして一つ或いは多数のタービン内
に流入する以前に必要なポンプ駆動出力にとつて
必要とする熱を、ロケツト推進剤もしくは水素お
よび酸素の部分量から化学量論的に作動する補助
燃焼室内で発生される燃焼ガスで負荷される熱交
換器により供給し、かつ上記補助燃焼室の排気ガ
スをこの排気ガスの圧力より低い水準の圧力で推
進ノズルの領域内に導入することによつて解決さ
れる。

本発明の枠内において、補助燃焼室を熱交換器
を作動させる燃焼ガスを発生させるために最適な
効率で、即ち、最適な効率が得られるような混合
比率で、かつ化学量論的に作動させること、およ
びこの際タービン駆動ガスを、推進剤給送ポンプ
に必要とする出力が達せられる程度に加熱しかつ
このタービン駆動ガスに作動能力を与えることが
可能である。この場合、出力損失を招くことな
く、タービン排気ガスの温度をタービン駆動ガス
の温度が前以て低いので古典的な二液式方法−こ
の方法にあつてはタービン排気ガスの温度がター
ビン駆動ガスの温度に関連して二次流燃焼室の出
力を考慮して許容される最大のタービン温度にも
たらされる一におけるよりも低く維持することが
可能である。本発明による方法におけるタービン
排気ガスの温度が低いことは推進機構燃焼室の噴
射ヘツドにとつて好都合である。なぜならその際
推進機構燃焼室にあらゆる不利な結果をもたらす
熱による噴射ヘツドの負荷が回避されるからであ
る。

より以上の効率および出力の最適化は本発明に
より、ポンプ駆動タービンの手前に設けられてい
る（補助燃焼室を備えている）熱交換器の手前
に、一方においてここで熱を放出するタービン排
気ガスおよびここで熱を吸収するタービン駆動ガ
スもしくは水素が流過する付加的な熱交換器を接
続することによつて達せられる。

本発明による他の方法段により、タービン駆動
部およびポンプ駆動部の出力水準を推進機構燃焼
室の噴射ヘツドに対して不利な結果を与えること
なく上昇させることが可能である。換言すれば、
付加的な熱交換器によつて達せられた温度の上
昇、従つてタービンの出力の降下−これは他方で
はタービン排気ガスの温度上昇を招く−が流動に
即応して次位に設けられた噴射ヘツドへの不利な
影響を与える熱による作用を及ぼすことがない。
なぜならタービン排気ガスの比較的高い温度がそ
の際本発明により付加的に設けられる熱交換器内
において噴射ヘツドに熱が達する以前に再び降下
させられるからである。最終的な結果として本発
明の枠内において比較的高い全効率および効果的
な出力上昇が可能となる。

以下に添付した図面に図示した実施例につき本
発明を詳細に説明する。

第１図から明瞭であるように、全ロケツト推進
機構は本質的に、噴射ヘツド２と収れん一発散状
態で接続されている推進ノズル３とを備えている
推進機構燃焼室１、液体水素Ｈのための貯蔵容器
４、液体酸素Ｏのための貯蔵容器５、水素給送ポ
ンプ６、酸素給送ポンプ７、この給送ポンプ６を
駆動するためのタービン８、給送ポンプ７を駆動
するためのタービン９および内蔵された熱交換器
１１を備えている補助燃焼室１０とから成る。

水素給送ポンプ６から供給導管１２が推進ノズ
ルの壁と燃焼室１の壁とを冷却の目的で水素Ｈが
流過する。この際水素Ｈは加熱される。水素Ｈの
一部一参照符号Hhで示した一は分岐導管１３を
経て補助燃焼室１０に流れ、この補助燃焼室に導
入される。酸素給送ポンプ７からは供給導管１４
が噴射ノズル２に通じており、この噴射ノズルか
ら分岐導管１５が補助燃焼室１０へと走つてい
る。この燃焼室内に更に酸素Ｏの一部一参照符号
Ohで示した一が導入される。補助燃焼室１０内
で化学量論的に発生された燃焼ガスＢは一方では
熱交換器１１を負荷し、他方この熱交換器を前以
て噴射ノズル壁と燃焼室壁内で初回に加熱されて
いる水素Hwが流過する。

水素Hwは中間供給導管１６を経て熱交換器１
１に供給される。熱交換器１０内で更に加熱され
た水素はタービン駆動ガスHtとして両タービン
８と９を負荷し、そこで推進剤給送ポンプ８と９
を駆動させるために出力を発生する。タービン排
気ガスHeは結合導管１７を経て噴射ヘツド２に
供給される。補助燃焼室の排気ガスABは推進ノ
ズル３内に、しかもこの推進ノズルの圧力水準が
排気ガスABの圧力値以下である領域内に導入さ
れる。

第２図に図示した実施例は第１図に図示した実
施例と以下の点で異なる。即ち、この実施例にあ
つては両導管１６と１７が補助的な熱交換器１８
に通じており、この熱交換器は燃焼室壁で第一回
の加熱が行われ、かつそこを去る水素Hwに二度
目の熱を、しかもタービン排気ガスHe′を放出す
る熱を供給する働きをする点が異なる。既に二回
加熱された水素Hw′は次の熱交換器１０内におい
て三回目の熱が供給される。この熱交換器１０を
去る極めて熱い水素は次いでタービン駆動ガス
Ht′を形成する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による方法および
この方法を実施するためのロケツト推進機構の二
つの実施例を示す図である。 図中符号は、３…推進ノズル、８，９…タービ
ン、１０…補助燃焼室、１１…熱交換器、AB…
排気ガス、Ｂ…燃焼ガス、Ht…タービン駆動ガ
ス、Hh，Hw…水素、Oh…酸素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本質的に収れん−発散状に形成された推進ノ
   ズル、推進剤給送ポンプ、前以て推進ノズル壁お
   よび燃焼室壁を冷却することによつて加熱されか
   つ蒸発させられる両推進剤のうちの一つ、特に水
   素によつて駆動されかつ上記推進剤給送ポンプを
   作動させる一つ或いは多数のタービンとから成
   る、液体推進剤、特に水素および酸素により作動
   されるロケツト推進機構を作動させるための方法
   において、前以て推進ノズル壁および燃焼室壁内
   で加熱された推進剤、特に水素Hwにこれがター
   ビン駆動ガスHtとして一つ或いは多数のタービ
   ン８，９内に流入する以前に必要なポンプ駆動出
   力にとつて必要とする熱を、ロケツト推進剤もし
   くは水素Hhおよび酸素Ohの部分量から化学量論
   的に作動する補助燃焼室１０内で発生される燃焼
   ガスＢで負荷される熱交換器１１により供給し、
   かつ上記補助燃焼室の排気ガスABをこの排気ガ
   スの圧力より低い水準の圧力で推進ノズル３の領
   域内に導入することを特徴とする、上記液体ロケ
   ツト推進機構を作動させるための方法。 ２ 本質的に収れん−発散状に形成された推進ノ
   ズル、推進剤給送ポンプ、前以て推進ノズル壁お
   よび燃焼室壁を冷却することによつて加熱されか
   つ蒸発させられる両推進剤のうちの一つ、特に水
   素によつて駆動されかつ上記推進剤給送ポンプを
   作動させる一つ或いは多数のタービンとから成
   る、液体推進剤、特に水素および酸素により作動
   されるロケツト推進機構を作動させるための方法
   であつて、前以て推進ノズル壁および燃焼室壁内
   で加熱された推進剤、特に水素Hwにこれがター
   ビン駆動ガスHtとして一つ或いは多数のタービ
   ン８，９内に流入する以前に必要なポンプ駆動出
   力にとつて必要とする熱を、ロケツト推進剤もし
   くは水素Hhおよび酸素Ohの部分量から化学量論
   的に作動する補助燃焼室１０内で発生される燃焼
   ガスＢで負荷される熱交換器１１により供給し、
   かつ上記補助燃焼室の排気ガスABをこの排気ガ
   スの圧力より低い水準の圧力で推進ノズル３の領
   域内に導入する上記液体ロケツト推進機構を作動
   させるための方法を実施するためのロケツト推進
   機構において、熱交換器１１および補助燃焼室１
   ０とが一つの構造単位を形成していることを特徴
   とする、上記ロケツト推進機構。 ３ ポンプ駆動タービン８，９の手前に設けられ
   ていてかつ補助燃焼室１０を備えている熱交換器
   １１の手前に、一方においてここで熱を放出する
   タービン排気ガスHe′および他方ここで熱を吸収
   しかつ既に推進ノズル壁および燃焼室壁を流過し
   て来たタービン駆動ガスもしくは水素Hwが流過
   する付加的な熱交換器１８が設けられている、特
   許請求の範囲第２項に記載のロケツト推進機構。