DE1097764B - Raketenantrieb - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Raketenantrieb, der mit flüssigem Kraftstoff und konzentriertem Wasserstoffsuperoxyd betrieben wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Raketenantrieb, bei dem am stromaufwärts gelegenen Brennkammerende eine Katalysatoreinheit zur Zersetzung von der Brennkammer zugeführtem Wasserstoffsuperoxyd vorgesehen ist, die sich stromabwärts auf einer den Abzug der Zersetzungsprodukte ermöglichenden Trageinrichtung abstützt, und bei dem die Kraftstoffdüsen die Strahlen flüssigen Kraftstoffs quer über den Weg der Zersetzungsprodukte am Eintritt der Brennkammer spritzen.

Derartige Raketenantriebe sind bereits bekannt. Sämtlichen Ausführungen ist jedoch gemeinsam, daß das gesamte Wasserstoffsuperoxyd zersetzt und der Brennkammer gasförmig zugeführt wird. Dabei sind die Kraftstoffdüsen für den flüssigen Kraftstoff gegeneinandergerichtet und liefern den Kraftstoff in den Raum, durch den die Zersetzungsprodukte strömen.

Der Druckverlust beim Durchströmen der Katalysatoreinheit ist verhältnismäßig groß, so daß die Trageinrichtung sehr kräftig ausgebildet werden muß, wenn sie die auftretenden Belastungen aufnehmen soll. Jede Vergrößerung des Raketenmotors erfordert, wenn das gesamte Wasserstoffsuperoxyd zersetzt werden soll, eine Vergrößerung der Katalysatoreinheit und damit eine kräftigere Ausbildung der Trageinrichtung, so daß das steigende Gewicht des Raketenantriebs schließlich die maximale Größe begrenzt. Ein Katalysator, der die gesamte Menge Wasserstoffsuperoxyd zersetzen soll, besitzt einen Querschnitt, der größer als der größte Brennkammerquerschnitt ist, und nimmt in der Länge etwa die Hälfte des gesamten Aggregats ein.

Ziel der Erfindung ist es, einen Raketenantrieb zu schaffen, bei dem die Katalysatoreinheit verhältnismäßig klein gehalten werden kann, so daß das Gewicht der Einheit keine entscheidende Rolle mehr spielt.

Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß höchstens 40% des insgesamt zuzuführenden konzentrierten Wasserstoffsuperoxyds über die Katalysatoreinheit geleitet und zersetzt wird, während der übrige Teil unzersetzt als Flüssigkeit aus Einspritzdüsen jeweils gegen die Strahlen flüssigen Kraftstoffs aus den Kraftstoffdüsen in den Weg der vom Katalysator zur Brennkammer strömenden Zersetzungsprodukte gespritzt wird.

Bei dieser Ausbildung ist nur ein verhältnismäßig kleiner Katalysator erforderlich, jedoch wird auch das flüssige zugeiührte Wasserstoffsuperoxyd dadurch sehr schnell zersetzt, daß es gemäß der Erfindung in den Bereich gespritzt wird, in dem der flüssige KraftRaketenantrieb

Anmelder:

Bristol Siddeley Engines Limited,
Bristol (Großbritannien)

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore

und Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte,

Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Sidney Allen, Coventry, Warwickshire

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

stoff mit dem bereits katalytisch zersetzten Teil des Wasserstoffsuperoxyds reagiert, so daß die auftretende Verbrennungswärme sofort zum Zersetzen des Hauptteils des Wasserstoffsuperoxyds zur Verfügung steht. Nach einem weiteren Merkmal sind die Kraftstoffdüsen und die Einspritzdüsen für den flüssigen Teil des Wasserstoffsuperoxyds gegeneinander gerichtet.

Vorzugsweise wird das insgesamt zugeführte Wasserstoffsuperoxyd zunächst zur an sich bekannten Kühlung der Brennkammer durch einen Mantel der Kammer geleitet, bevor der kleinere Teil im Katalysator zersetzt und der übrige Teil den Einspritzdüsen zugeführt wird. Vorzugsweise ist der Mantel aus einer Mehrzahl von abwechselnd angeordneten Vorlauf- und Rücklaufkanälen aufgebaut, die sich in an sich bekannter Weise in Längsrichtung der Brennkammer erstrecken, wobei die Vorlaufkanäle mit einer Zuführleitung für das Wasserstoffsuperoxyd an den stromaufwärts gelegenen Enden und an den stromabwärts gelegenen Enden mit einer Sammelleitung in Verbindung stehen und wobei die Rücklaufkanäle das Wasserstoffsuperoxyd von der Sammelleitung zu einer Kammer zurückfördern, aus der die Katalysatoreinheit und die Einspritzdüse versorgt werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt und wird im folgenden im einzelnen erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Raketenantriebs, bei der einige Teile weggebrochen sind;

Fig. 2 ist ein Axialschnitt durch das stromaufwärts gelegene Ende des in Fig. 1 dargestellten Raketenantriebs ;

009 699/143

Fig. 3 zeigt einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt durch eine abgeänderte· Ausführungsform.-

Der in Fig. 1 dargestellte Raketenantrieb besitzt ein stromaufwärts gelegenes Ende 11, in dem die Katalysatoreinheit liegt,. einen Brennkammerteil 12,' einen engsten Querschnittl3 und eine divergente Düse 14. Die Brennkammer, der engste Querschnitt und die Düse haben eine gemeinsame Wandung, die einen Kreisquerschnitt besitzt und aus nebeneinandergelegten Rohren 15 besteht, welche an ihren zusammenstoßenden Seiten abgeflacht sind und eine sich ändernde Breite (auf dem Umfang des Raketenmotors) besitzen, so daß die Querschnittsänderungen des Motors ausgeglichen werden. Diese Rohre sind in ihrer richtigen Lage entlang ihrer äußeren Kanten verschweißt und durch Stahldraht, der bei 16 angedeutet ist, verbunden, dessen Enden, von denen eines bei 16 a dargestellt ist, in geeigneter Weise, z. B. durch Schweißen, am Raketenantrieb befestigt sind. Die stromabwärts gelegenen Enden dieser Rohre stehen mit einer kreisringf örmigen Sammelleitung 17 in Verbindung, die koaxial mit dem Austrittsende der Düse verbunden ist. Die stromaufwärts gelegenen Enden der Rohre sind, wie im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wird, derart angeschlossen, daß die stromaufwärts liegenden Enden abwechselnder Rohre Wasserstoffsuperoxyd zur Sammelleitung leiten, während die dazwischen liegenden Rohre das Wasserstoffsuperoxyd aus der Sammelleitung zum stromaufwärts gelegenen Ende des Antriebs zurückleiten.

Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß die stromaufwärts gelegenen Enden der Rohre 15 dichtend innerhalb der Dicke eines Befestigungsringes 18 festsitzen, an dem mit Hilfe von nicht dargestellten Schrauben eine nach außen gewölbte Endplattel9 befestigt ist. Der Befestigungsring 18 ist mit einem nach außen aufgeweiteten, äußeren Teil 18a (siehe Fig. 1) versehen, der in die Krümmung des stromaufwärts gelegenen Endes der Brennkammer übergeht. Sein innerer Umfang ist am stromabwärts gelegenen Ende mit einer in radialer Richtung nach innen vorspringenden Lippe 18 & versehen. Die Rohre 15 fassen abwechselnd dichtend in Durchgangslöcher 20 des Befestigungsringes ein, während die dazwischenliegenden Rohre in Blind- *5 löchern 21 des Ringes enden. Ein axialer Flansch der Endplatte ist, wie bei 23 dargestellt, gegenüber jedem Durchgangsloch 20 ausgenommen, so daß die in diesen Löchern liegenden Rohre 15 mit einem Raum an der Innenseite der Endplatte in Verbindung stehen.

Die Endplatte ist mit einem in der Mitte liegenden Loch versehen, in dem unter Zwischenschaltung einer Dichtung 24 das äußere Ende einer rohrförmigen Wandung 25 befestigt ist, die einen Teil einer Katalysatoreinheit bildet. Das stromaufwärts Hegende Ende der Wandung 25 ist innen bei 26 derart ausgebildet, daß es dichtend eine nicht dargestellte Zuführleitung für den flüssigen Kraftstoff aufnehmen kann.

Das stromabwärts liegende Ende der Wandung 25 sowie einer in radialer Richtung außerhalb in Abstand von dieser liegenden, koaxialen, rohrförmigen Wandung 27 sind aus einem Stück mit einem glockenförmigen Teil 28 hergestellt, das mit radial gerichteten, integralen Speichen 29 versehen ist, die fest mit einem auf dem Umfang liegenden Rand 30 verbunden sind, der an der Lippe 18 & anliegt. Der äußere Umfang dieses Randes ist im Querschnitt konkav gekrümmt, so daß zusammen mit dem inneren Umfang des Ringes 18, an dem der Rand dichtend anliegt, ein kreisringförmiger Satnmelraum 31 gebildet wird. Das glockenförmige Teil wird durch eine aus einem Stück bestehende, im wesentlichen konische Wandung 32 verschlossen, deren konkave Fläche stromabwärts gerichtet ist.

In das stromaufwärts liegende Ende des Ringes 18 ist im Abstand von der Endplatte 19 liegend eine kegelstumpfförmige Platte 33 eingepaßt, welche die stromaufwärts liegende Wandung der Katalysatoreinheit darstellt. Die Platte 33 ist, wie bei 34 dargestellt, gelocht und faßt dicht um das stromaufwärts liegende Ende der rohrförmigen Wandung 27 herum, auf der sie in einer Richtung mit einem Sprengring 35 axial festgelegt ist. Der Kegelwinkel der Platte 33 ist der gleiche wie der der stromaufwärts liegenden Kanten der Speichen 29. Zwischen diesen und der Platte wird ein Stapel Silber- oder silberplattierter Nickelgaze gehalten, der bei 36 angedeutet ist. Zur besseren Darstellung sind an jedem Ende des Stapels nur einige dieser Gazelagen dargestellt; der ganze Stapel wirkt als Katalysator.

Aus einer Sammelleitung 37., die außen auf dem Befestigungsring 18 angebracht ist, wird das konzentrierte Wasserstoffsuperoxyd durch öffnungen 38 im Befestigungsring in jedes der Blindlöcher 21 geleitet, von wo aus es in flüssiger Form durch die zugehörigen Rohre 15 und in die Düsensammelleitung 17 strömt. Das flüssige Wasserstoffsuperoxyd kehrt dann durch die dazwischenliegenden Rohre 15 aus der Sammelleitung 17 zurück und wird in den Raum zwischen der Endplatte 19 und der konischen Platte 33 gefördert. Von hier aus tritt ein Meiner Teil des Wasserstoffsuperoxyds durch die Löcher 34 und die Gaze, wird zersetzt und Hohlräumen zugeführt, die zwischen den Speichen 29 liegen. Das zersetzte Wasserstoffsuperoxyd strömt durch einen verengten Auslaß, der durch den Rand 30 und das glockenförmige Teil 28 gebildet wird und die Strömung beschleunigt, stromabwärts, und trifft auf Kraftstoffstrahlen, die durch nach außen gerichtete, kleine Öffnungen 39 austreten, die mit dem Raum innerhalb des glockenförmigen Teils und der Wandung32 in Verbindung stehen; das zersetzte Wasserstoffsuperoxyd und ein Teil des Kraftstoffs verbrennen spontan, während der übrige Teil des Wasserstoffsuperoxyds aus dem Raum zwischen der Endplatte 19 und der konischen Platte 33 zwischen die Wandungen 25 und 27 eintritt, von wo aus er ■ durch Kanäle 40 in denjäpeichen zu der kreisringförmigen Sammelleitung 31 strömt. Diese ist mit einer Anzahl von konvergierenden, feinen Öffnungen 41 versehen, durch die das nicht zersetzte Wasserstoffsuperoxyd in die Zone der spontanen Verbrennung und schräg gegen die Kraftstoffstrahlen gerichtet wird, wobei es von der beschleunigten Strömung des zersetzten Wasserstoffsuperoxyds aufgehalten wird, so daß es derart zerstäubt wird, daß es zersetzt wird und mit dem restlichen Kraftstoff verbrennt.

Es ist zu erkennen, daß nur ein kleiner Teil des Wasserstoffsuperoxyds in der' Katalysatoreinheit zersetzt wird, so das nur eine kleine Katalysatoreinheit benötigt wird. Es ist weiterhin zu erkennen, daß der Raketenantrieb dadurch gekühlt wird, daß das gesamte zugeführte Wasserstoffsuperoxyd durch die Rohre 15 strömt.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform, bei der gleiche Teile mit den bereits benutzten Bezugszeichen bezeichnet sind, weicht von der Ausführungsform der Fig. 2 in der Hauptsache darin ab, daß die Zufuhr des Kraftstoffs zur Brennkammer in Abhängigkeit vom Druck des zugeführten Kraftstoffs geregelt wer-

den kann. Aus 'diesem Grunde ist die konische Wandung 32 α getrennt von dem glockenförmigen Teil 28 a. hergestellt und besitzt einen Schaft 42, der in Lagern 43 geführt ist, welche durch Streben 43 a von der Wandung 25 getragen werden. Die Öffnungen 44 zwisehen den Streben ermöglichen den Durchtritt des Kraftstoffs. Das entfernt liegende Ende des Schaftes ist mit Gewinde versehen und nimmt eine Sicherungsmutter 45 auf. Diese Mutter hält auf dem Gewindeteil des Schaftes einen Federteller 46 für das eine Ende einer Feder 47 fest, die gegen die Strebe 43 drückt und die konische Wandung 32 α dichtend gegen das benachbarte Ende des glockenförmigen Teils preßt, wenn kein Kraftstoff druck vorhanden ist. Wenn jedoch Kraftstoff zugeführt wird, drückt dieser gegen die konische Wandung32a, so daß diese sich gegen die Wirkung der Feder von dem glockenförmigen Teil entfernt. In diesem Fall sind die aneinander anliegenden Flächen des glockenförmigen Teils und der konischen Wandung glatt und bilden im offenen Zustand eine kreisringförmige Öffnung39a, die als Kraftstoffzuführung zur Brennkammer wirkt. Wenn der Druck des zugeführten Kraftstoffs zunimmt, wird die Feder 47 weiter zusammengedrückt, so daß die Breite der öffnung 39 α um einen Betrag vergrößert wird, der dadurch begrenzt ist, daß ein Ende einer Hülse 46 α, die mit dem Federteller 46 aus einem Stück besteht, gegen das angrenzende Lager 43 stößt. Durch Einstellung der Mutter 45 kann die erforderliche Einstellung der Öffnungsgröße 39 α vorgenommen werden.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Raketenantrieb, der mit flüssigem Kraftstoff und konzentriertem Wasserstoffsuperoxyd betrieben wird und bei dem am stromaufwärts gelegenen Brennkammerende eine Katalysatoreinheit zur Zersetzung von der Brennkammer zugeführtem Wasserstoffsuperoxyd vorgesehen ist, die sich stromabwärts auf einer den Abzug der Zersetzungsprodukte ermöglichenden Trageinrichtung abstützt, und bei dem die Kraftstoffdüsen die Strahlen flüssigen Kraftstoffs quer über den Weg der Zersetzungsprodukte am Eintritt der Brennkammer spritzen, dadurch gekennzeichnet, daß höchstens 40% des insgesamt zuzuführenden konzentrierten Wasserstoffsuperoxyds über die Katalysatoreinheit geleitet und zersetzt wird und daß der übrige Teil des Waserstoffsuperoxyds unzersetzt als Flüssigkeit aus Einspritzdüsen (41) jeweils gegen die Strahlen flüssigen Kraftstoffes aus den Kraftstoffdüsen (39) in den Weg der vom Katalysator zur Brennkammer strömenden Zersetzungsprodukte gespritzt wird.

2. Raketenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffdüsen (39) und die Düsen (41) für den übrigen Teil des konzentrierten Wasserstoffsuperoxyds gegeneinander gerichtet sind.

3. Raketenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das insgesamt zugeführte konzentrierte Wasserstoffsuperoxyd zunächst zur an sich bekannten Kühlung der Brennkammer (12) durch einen Mantel (15) der Brennkammer geleitet wird, bevor der verhältnismäßig kleine Teil des Wasserstoffsuperoxyds der Katalysatoreinheit (36) und der übrige Teil den Einspritzdüsen (41) zugeführt wird.

4. Raketenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einer Mehrzahl von abwechselnd angeordneten Vorlauf- und Rücklaufkanälen (15) besteht, die sich in an sich bekannter Weise in Längsrichtung der Brennkammer (12) erstrecken, und daß die Vorlaufkanäle mit einer Zuführleitung (37) für das Wasserstoffsuperoxyd an den stromaufwärts gelegenen Enden und an den stromabwärts gelegenen Enden mit einer Sammelleitung (17) in Verbindung stehen, wobei die Rücklaufkanäle (15) das Wasserstoffsuperoxyd von der Sammelleitung (17) zu einer Kammer (19, 33) zurückfördern, aus der die Katalysatoreinheit (36) und die Einspritzdüsen (41) versorgt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 953 206, 568 050;
österreichische Patentschrift Nr. 144 809;
britische Patentschriften Nr. 793 689, 727 720;
USA.-Patentschriften Nr. 2 544 419, 2 217 649.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 699/143 1.