DE1099805B - Brennkammer, insbesondere fuer Raketentriebwerke - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer, insbesondere für Raketentriebwerke.

Es ist bereits eine Brennkammer bekannt, bei der der Verbrennungsraum von einer schraubenförmigen Rohrschlange oder aus geraden, zueinander parallelen Einzelrohren gebildet ist, durch die eine Kühlflüssigkeit geschickt werden kann. Die Windungen der Rohrschlange bzw. die Einzelrohre, die kreis- oder rechteckförmigen Querschnitt haben können, sind dicht aneinandergelegt und unter Verwendung von Schweißgut so miteinander verschweißt, daß sie eine glatte Innenfläche bilden. Es ist ferner bei einer Brennkammer mit sich über die Länge änderndem Querschnitt bekannt, die Kammerwand aus durch einen Füllstoff verbundenen Kühlrohren aufzubauen, die um die Brennkammer herumlaufen und einen stetig variierenden Querschnitt besitzen. Bei einer anderen bekannten Brennkammer dieser Art sind die um die Kammer laufenden Kühlkanäle von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt durch ein inneres mantelförmiges Bauteil mit niedrigen Rippen und äußeren Wandringen gebildet. Die Wandringe sind mit ihren Kammern und den die Seitenwände der Kanäle bildenden Rippen verschweißt.

In Umfangsrichtung verlaufende Kühlrohre haben den Nachteil eines großen Druckgefälles in dem Kühlsystem. Dieser Nachteil läßt sich durch in axialer Richtung verlaufende Kühlrohre vermeiden. Bei Brennkammern mit sich über die Länge änderndem Querschnitt treten hierbei jedoch erhebliche Schwierigkeiten in der Anordnung undAusbildung der Rohre auf. In diesem Zusammenhang wurde bereits in einer Druckschrift die Möglichkeit erwähnt, zur Verkürzung des Strömungsweges und zur besseren Wärmealigabe an das Kühlmittel Brennkammern mit veränderlichem oder konstantem Querschnitt aus flachen Rohren herzustellen, die parallel zur Brennkammerachse nebeneinander verlaufen und seitlich miteinander verschweißt sind. Praktische Vorschläge zur Realisierung einer solchen Anordnung sind jedoch nicht bekanntgeworden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, für eine Brennkammer mit veränderlichem Querschnitt und parallel zur Kammerachse angeordneten Kühlrohren eine Anordnung und Ausbildung der Kühlrohre zu schaffen, mit denen den variierenden Querschnitts- und Strömungsverhältnissen entlang der Kammerwand auf sehr einfache und zuverlässige Weise Rechnung getragen werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedes Rohr einen rechteckigen Querschnitt aufweist, den ein inneres sowie ein äußeres plattenähnliches Bauteil und deren Seitenkanten je eine niedrige Seitenwand umfassen, wobei der Verlauf wenig-Brennkammer, insbesondere für
Raketentriebwerke

Anmelder:
D. Napier & Son Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 13. Februar 1958

Percy William Pugh, Dunstable, Bedfordshire,
Philip Hawkes, Luton, Bedfordshire,

und Alan Leslie Roy Fletcher,

Stopsley, Luton, Bedfordshire (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

stens an einer der Seitenkanten ein solches Profil aufweist, daß die Breite der plattenähnlichen Teile jeweils über die Länge der Kammer hin im selben Verhältnis zu- bzw. abnimmt wie der sich mit dem Kammerquerschnitt ändernde Kammerumfang und wobei mindestens ein Teil jeder Seitenwand durch eine an der Kante eines der plattenähnlichen Teile vorgesehene Rippe gebildet wird, die mit der benachbarten Kante oder Rippe des anderen plattenähnlichen Bauteils durch Schweißen od. dgl. verbunden ist.

Gegenüber den Brennkammern mit ring- oder spiralförmig verlaufenden Kühlrohren bietet die Anordnung gemäß der Erfindung den Vorteil wesentlich besserer Strömungs- und Druckverhältnisse. Dieser Vorteil kommt aber erst dadurch zur Geltung, daß mit der Erfindung offenbar zum erstenmal ein in der Praxis in einfacher Weise zu realisierender Vorschlag für die Ausbildung der die axialen Kühlkanäle bildenden Elemente gemacht wird, der die durch den variierenden Querschnitt der Brennkammer entstehenden Schwierigkeiten mit einfachen Mitteln überwinden läßt.

Da der Erfindung entsprechend alle Rohre parallel zur Achse der Brennkammer verlaufen, können alle gleich ausgebildet sein und serienmäßig, d. h. verbilligt, hergestellt werden.

Die Kühlrohre können auch in der Weise ausgebildet sein, daß eines der plattenähnlichen Bauteile T-för-

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migen Querschnitt aufweist, das andere aus zwei Teilen besteht, deren einander zugekehrte Kanten mit dem Steg des ersten Bauteils durch Schweißen od. dgl. verbunden sind und deren andere Kanten nach dem Breitenprofil verlaufen und einander spiegelbildlich gleich sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise als Schnitt gezeichnete Seitenansicht eines mit einem flüssigen Brennstoff arbeitenden Raketentriebwerks, das mit einer erfindungsgemäßen Brennkammer ausgerüstet ist;

Fig. 2 ist ein vergrößert gezeichneter Querschnitt einer der die Wandung der Brennkammer bildenden Röhren;

Fig. 3 zeigt im Grundriß eines der ein Teil des Rohrs bildenden plattenförmigen Bauteile bei Betrachtung in Richtung der Pfeile III, III in Fig. 2;

Fig. 4 und 5 sind Fig. 2 entsprechende Querschnitte abgeänderter Ausbildungsformen erfindungsgemäßer Rohre.

Das in Fig. 1 gezeigte Raketentriebwerk umfaßt eine Katalysatorkammer 10, die Katalysatorpakete 11 enthält, in denen Wasserstoffsuperoxyd zersetzt wird, sowie einen zentralen Kanal 12 zum Zuführen eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffs, und einen Brenner, in dem der Brennstoff mit dem Oxydationsmittel gemischt und der Brennkammer zugeführt wird.

Die Brennkammer besitzt die übliche Form und umfaßt einen zylindrischen Abschnitt 14, der die eigentliche Brennkammer bildet, hinter welcher sich der Durchmesser der Kammer fortlaufend verringert, bis in Strömungsrichtung hinter der Brennkammer eine venturirohrähnliche Einschnürung 15 erreicht ist, von der aus sich die Wand nach außen kegelstumpfförmig erweitert, um die Austrittsdüse 16 zu bilden.

Die Umfassungswand des vollständigen Brennkammer- und Düsenaggregats setzt sich aus einem Satz von sich allgemein in der Längsrichtung des Ag-gregats erstreckenden flachen Rohren 17 zusammen. Die radiale Abmesung jedes dieser Rohre ist über dessen ganze Länge im wesentlichen konstant, während die Quer- oder Umfangsabmessung nur längs des zylindrischen Abschnitts des Aggregats konstant ist und sich dann fortlaufend verkleinert, bis die Einschnürungsstelle erreicht ist, woraufhin sie sich über die Länge des Austrittskonus wieder vergrößert, wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Jedes der Rohre 17 besteht aus inneren und äußeren plattenähnlichen Teilen, und bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel besitzt das innere plattenähnliche Bauteil 18 gemäß Fig. 2 einen E-förmigen Querschnitt, dessen Hauptfläche in einem Ausführungsbeispiel etwa 50 mm ist, während die seitliehen Flansche 19 und 20 sowie die zentrale Rippe 21 verhältnismäßig niedrig sind, wobei ihre radiale Höhe bei der genanten Ausführung etwa 2,5 mm nicht überschreitet. Das äußere Bauteil jedes Rohrs setzt sich aus zwei allgemein flachen plattenähnlichen Bauteilen 22 und 23 zusammen, die jeweils längs ihrer Außenkante 24 bzw. 25 eine niedrige Rippe tragen. Die einander benachbarten Kanten der Teile 22 und 23 liegen an der zentralen Rippe 21 des inneren Bauteils 18 an und sind mit ihr verschweißt, während die äußeren Längskanten mit den Rippen bzw. den niedrigen Flanschen 19 und 20 an den Längskanten des inneren Bauteils 18 verschweißt sind.

Jedes der so ausgebildeten rohrförmigen Bauteile umfaßt somit zwei parallele Strömungskanäle 26 und 7a 27 von flacher Querschnittsform, und es ist ersichtlich, daß die beschriebene Konstruktion außerdem zahlreiche zum Übertragen von Beanspruchungen dienende Verbindungen zwischen den innenliegenden und den außenliegenden Wänden jedes Rohrs vorsieht. Die inneren und äußeren Bauteile sind an ihren Längskanten so profiliert, daß sie sich durch entsprechende Änderungen ihrer Querabmessung den Änderungen des Durchmesers des Brennkammeraggregats anpassen, wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist; jedoch ist die zentrale Rippe 21 des innenliegenden Bauteils im wesentlichen geradlinig ausgebildet, und die einander benachbarten Längskanten der beiden plattenähnlichen Bauteile 22 und 23 sind daher ebenfalls gerade, so daß nur eine Kante jedes dieser Teile profiliert zu sein braucht. Hierdurch wird die Herstellung vereinfacht.

Jedes der rohrförmigen Bauteile ist außerdem so gebogen oder anderweitig geformt, daß es sich dem Profil des Brennkammeraggregats in einem die Längsachse des Aggregats enthaltenden Schnitt (Fig. 1) anpaßt. Diese Formgebung erfolgt vorzugsweise, nachdem die einzelnen Rohre zusammengebaut und ihre Teile miteinander verschweißt worden sind. Danach werden fünfzehn solche Rohre an der Außenseite eines Schablonenkörpers zusammengebaut, und ihre einander benachbarten Kanten werden so miteinander verschweißt, daß ein vollständiges Brennkammeraggregat entsteht. Mit den entgegengesetzten Enden des so hergestellten Aggregats werden ringförmige Strömungsmittelzuführungs- und -austrittskanäle 28 und 29 verbunden, so daß diese Kanäle mit den einzelnen durch die beschriebenen Rohre gebildeten Strömungskanälen 26 und 27 in Verbindung stehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das flüssige Wasserstoffsuperoxyd dem Kanal 28 zugeführt, so daß es beim Passieren der Kanäle 26 und 27 als Kühlmittel wirkt, woraufhin es über einen Kanal in der Wand der Katalysatorkammer 11 in diese eingeleitet wird.

Bei der aus Fig. 4 ersichtlichen Abwandlung wird die Brennkammer aus einzelnen Rohren aufgebaut, die jeweils ein inneres Bauteil 31 in Form eines U-Profils geringer Tiefe, wie es bei 31 angedeutet ist, umfassen sowie ein flaches plattenähnliches äußeres Bauteil 32, wobei die beiden Teile an ihren Längskanten miteinander verschweißt werden, woraufhin die so hergestellten Rohre in der beschriebenen Weise zusammengebaut werden. In Fig. 5 ist eine Ausbildungsform dargestellt, bei der die einzelnen Rohre durch Verschweißen von zwei Platten mit L-förmigem Querschnitt hergestellt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brennkammer, insbesondere für Raketentriebwerke, von sich über die Länge änderndem Querschnitt, deren Außenwand von mehreren sich in Achsrichtung erstreckenden, an ihren Schmalseiten aneinander befestigten Rohren mit flachem Querschnitt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr einen rechteckigen Querschnitt aufweist, den ein inneres sowie ein äußeres plattenähnliches Bauteil und deren Seitenkanten je eine niedrige Seitenwand umfassen, wobei der Verlauf wenigstens an einer der Seitenkanten ein solches Profil aufweist, daß die Breite der plattenähnlichen Teile jeweils über die Länge der Kammer hin im selben Verhältnis zu- bzw. abnimmt wie der sich mit dem Kammerquerschnitt ändernde Kammerumfang und wobei mindestens ein Teil jeder Seitenwand durch eine an der Kante eines der platten-

ähnlichen Teile vorgesehene Rippe gebildet wird, die mit der benachbarten Kante oder Rippe des anderen plattenähnlichen Bauteils durch Schweißen od. dgl. verbunden ist.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der plattenähnlichen Bauteile T-förmigen Querschnitt aufweist und das andere aus zwei Teilen besteht, deren einander zugekehrte Kanten mit dem Steg des ersten Bauteils durch Schweißen od. dgl. verbunden sind und

deren andere Kanten nach dem Breitenprofil verlaufen und einander spiegelbildlich gleich sind.

3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rohre in Abmessung und Form gleich sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 716175, 568 050; schweizerische Patentschrift Nr. 140212; »Flight«, Bd. 69, H. 2460 (16. 3. 1956), S. 299, 300.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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