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Raketenbrennkammer Die Erfindung betrifft eine Raketenbrennkammer
mit einem im Meridianschnitt sich entlang der Längsachse ändernden Durchmesser.
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Für viele Zwecke werden Raketenbrennkammem mit einem sich von einem
Ende zum anderen Ende verändernden Durchmesser benötigt, und es ist bekannt, solche
Kammern aus Stangen oder Rohren auszubilden, wobei der Querschnitt dieser Stangen
oder Rohre trotz Änderungen des Kammerdurchmessers nicht geändert zu werden braucht.
Neben einer Verbilligung der Fertigung durch Verwendung von Stangen oder Rohren
praktisch gleichbleibenden Querschnittes liegt bei der Verwendung von Rohren der
Vorteil darin, daß sich der freie Durchf(ußquerschnitt für das in den Rohren fließende
Kühlmittel praktisch nicht ändert.
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Bei einer bekannten Konstruktion werden die Schwierigkeiten, welche
sich durch die Änderung des Kammerdurchmessers ergeben, dadurch behoben, daß eine
Windung der verwendeten Rohre mit verschiedenen Steigungen um die Kammerlängsachse
gelegt wird. Eine andere bekannte Raketenbrennkammer mit veränderlichem Durchmesser
besteht aus in axialer Richtung nebeneinander verlaufenden Rohren, die an Stellen
größeren Durchmessers der Brennkammer in Umfangsrichtung miteinander fluchtend oval
gedrückt sind, mit der größeren Achse in Umfangsrichtung, so daß sie mit benachbarten
Rohren noch etwa in Berührung kommen können, während an Stellen kleineneren Durchmessers
der Kammer die Rohre mit Kreisquerschnitt belassen werden.
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Mit der Erfindung wird die zuletzt genannte Konstruktion verbessert,
und die Erfindung betrifft somit eine Raketenbrennkammer mit einem im Meridianschnitt
sich entlang der Längsachse ändernden Durchmesser, deren Begrenzungswand aus in
axialer Richtung verlaufenden, nebeneinander angeordneten Stangen gebildet wird,
die an Stellen größeren Kammerdurchmessers in Umfangsrichtung miteinander fluchten
und mit den benachbarten Stangen in Berührung stehen.
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Gegenstand der Erfindung ist, daß die Stangen an Stellen kleineren
Kammerdurchmessers in radialer Richtung aus der in Umfangsrichtung fluchtenden Lage
heraus versetzt sind. An Stelle der Stangen können auch Rohre verwendet werden,
wenn diese zum Durchfluß eines Kühlmittels erforderlich sind.
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Der erzielte technische Vorteil liegt darin, daß stets Stangen oder
Rohre mit jeweils gleichbleibender geometrischer Gestalt verwendet werden können
und somit das Stauchen der Rohre an Stellen größeren Durchmessers der Brennkammer
wegfällt. Dies wirkt sich u. a. günstig auf den Preis der fertigen Brennkammer aus.
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Die Erfindung läßt sich dadurch verwirklichen, daß die erste, dritte,
fünfte usw. Stange bzw. Rohr eine radial außerhalb der übrigen Stangen bzw. Rohre
liegende, diese berührende Reihe bilden. Ebenso kann jeweils die erste, dritte,
fünfte usw. Stange bzw. Rohr einen kleineren Durchmesser besitzen als die übrigen
Stangen bzw. Rohre. Bei Verwendung von Stangen oder Rohren mit kleinerem Durchmesser
können diese eine radial innerhalb der übrigen Stangen oder Rohre liegende Reihe
bilden.
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Bei Verwendung von Rohren an Stelle von Stangen sind die einander
benachbarten Enden nebeneinanderliegender Rohre zwecks Bildung eines Strömungskanals
für das Kühlmittel miteinander verbunden. Hinzuweisen ist darauf, daß dieses Merkmal
für sich allein von einer anderen Raketenbrennkammer her bekannt ist.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beschrieben. Dabei
ist Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine Düse nach der Erfindung, Fig. 2 ein Teil-Querschnitt
in größerem Maßstab entlang der in Fig.1 eingetragenen Linie 2-2, Fig. 3 ein der
Fig. 2 entsprechender Schnitt entlang der in Fig. 1 eingetragenen Linie 3-3,
Fig.
4 ein der Fig. 2 entsprechender Schnitt entlang der in Fig. 1 eingetragenen Linie
4-4, Fig. 5 ein der Fig. 2 entsprechender Schnitt entlang der in Fig. 1 eingetragenen
Linie 5-5, Fig. 6 ein entlang der in Fig. 1 eingetragenen Linie 6-6 abgewickelter
Längsschnitt, Fig. 7 eine Abwandlung im Schnitt entsprechend Fig. 2.
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Die Erfindung wird beschrieben in Verbindung mit einer Rakete, die
eine Brennkammer 2 aufweist, deren Wand 4 auf einem Teil ihrer Länge zylindrisch
ist und sodann bei 6 in Richtung auf das Einlaßende 8 der Düse kegelstumpfförmig
verläuft. Strömungsabwärts des Einlaßendes verläuft die Wand 10 der Düse divergierend
in Richtung auf das Auslaßende 12 der Düse.
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Die dargestellte Wand ist aus axial verlaufenden Rohren
14 und 16 gebildet, wobei der Durchmesser der Rohre 14 etwas
größer ist als der der Rohre 16,
und zwar zu einem weiter unten geschilderten
Zweck. Obgleich die Bauteile 14 und 16 als Rohre dargestellt und beschrieben sind,
können an Stelle dieser Rohre, falls keine Kühlung der Düsenwand erforderlich ist,
auch Stangen verwendet werden; in beiden Fällen werden aber jeweils zwei Gruppen
von Stangen oder Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet.
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Wie Fig. 2 zeigt, sind die Rohre oder Stangen 14
am Einlaßende
der Düse, d. h. also an derjenigen Stelle, an der der Düsendurchmesser am kleinsten
ist, in Form eines Umfangsringes, in Umfangsrichtung nebeneinander und aneinander
anliegend, angeordnet. An dieser Stelle bilden die Rohre oder Stangen 16 einen fortlaufenden,
auf der Innenseite der Rohrreihe 14 liegenden Ring, dessen einzelne Rohre
ebenfalls in Umfangsrichtung nebeneinander- und aneinanderliegen. Die Rohre 14 und
16 liegen gegenseitig auf Lücke, wie Fig. 2 zeigt, so daß an dieser Stelle die Düse
durch eine Doppelwandkonstruktion gebildet wird, die aus einer Innenwand in Form
des aus den Rohren 16 gebildeten Ringes und einer Außenwand in Form des aus
den Rohren 14 gebildeten Ringes besteht. Die gesamte Anordnung ist zu einer
einheitlichen Einheit zusammengelötet. Die Rohre 16 liegen innerhalb der zwischen
den nebeneinanderliegenden Rohren 14 gebildeten Vertiefungen.
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Bei Vergrößerung des Düsendurchmessers, beispielsweise bei der Schnittlinie
3-3, divergieren die nebeneinanderliegenden Rohre 14 gegeneinander, so daß
sie in einem gewissen gegenseitigen Abstand zueinander verlaufen, wie Fig. 3 zeigt.
In gleicherWeise divergieren auch die die innere Reihe bildenden Rohre 16 gegeneinander.
Jedes Rohr 16 ist in Umfangsrichtung gegenüber dem außenliegenden Rohr 14 versetzt,
so daß jedes Rohr 16 weiterhin in der Vertiefung liegt, die sich zwischen den benachbarten,
gegenseitig divergierenden Rohren 14 befindet. Dementsprechend bilden die
Rohre 14 und 16 gemeinsam nach wie vor eine ununterbrochene Düsenwand, wobei die
aufeinanderfolgenden Rohre der Düse, beispielsweise die Rohre 14, einen radial
außerhalb des aus unter einem gegenseitigen Abstand verlaufenden Rohren 16 gebildeten
Ringes liegenden Außenring bilden.
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In Fig. 4 ist ein Teil der Düsenwand dargestellt, der einen noch größeren
Durchmesser aufweist; hier liegen die Rohre 14 in Umfangsrichtung noch weiter voneinander
entfernt, und die Rohre 16 sind nach wie vor in Berührung mit den Rohren 14 und
diesen gegenüber in Umfangsrichtung versetzt, so daß die Rohre 14 in den Zwischenräumen
18 liegen und beide Rohrgruppen weiterhin eine ununterbrochene Düsenwand bilden.
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Gemäß Fig. 5, die einen Querschnitt an derjenigen Stelle zeigt, an
der die Düsenwand den größten Durchmesser aufweist, liegen die Rohre 14 hier noch
weiter voneinander in Umfangsrichtung der Düse entfernt, und die Rohre 16 fluchten
in Umfangsrichtung mit den Rohren 14. Die Rohre 16 haben also die gleiche Umfangserstreckung
wie der Schlitz zwischen einander benachbarten Rohren 14, so daß die Rohre 16 an
der in Fig. 5 gezeigten Stelle mit den Röhren 14 zusammen eine durchlaufende Düsenwandung
bilden.
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Nach Beendigung des Zusammenbaues der Rohre 14 und 16 wird, wie dargestellt,
die gesamte Einheit zusammengelötet, wodurch eine fertige Düsenwand gebildet wird,
die aus zwei Gruppen von Rohren oder Stangen besteht, von denen jede infolge der
versetzten Anordnung über die gesamte Länge der Düse konstante Durchmesser aufweisen
kann.
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Die Strömung des Kühlmittels durch die Rohre 14 und 16 kann in. jeder
beliebigen Weise erfolgen. Vorzugsweise wird die Anordnung jedoch derart getroffen,
daß das Kühlmittel durch die Rohre 16 in Richtung stromabwärts der Düse fließt und
die Rückströmung des Kühlmittels durch den äußeren Rohrring 14 erfolgt. Um dies
zu ermöglichen, ist jedes Rohr 16 am strömungsunteren Ende, wie in Fig. 6 dargestellt,
durch Endkappen 20 mit dem benachbarten Rohr 14 verbunden. Auf diese Weise strömt
das Kühlmittel zuerst durch die dünnere Rohrreihe 16, wobei das Kühlmittel die niedrigste
Temperatur aufweist und daher die stärkste Wirkung hat. Der Rückfluß des Kühlmittels
erfolgt durch die einen größeren Durchmesser aufweisenden Rohre 14.
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Um den Durchmesser des Düseneinlasses zu verringern, kann es wünschenswert
sein, die Rohre auch zusätzlich in bekannter Weise in elliptische oder ovale Form
abzuflachen, die in Fig. 7 dargestellt ist, wobei die Hauptachse des Querschnittes
radial liegt, so daß mehr Rohre eines bestimmten Durchmessers am Düseneinlaß untergebracht
werden können. In ähnlicher Weise können die Rohre auch an der Stelle des größten
Durchmessers in entgegengesetzter Richtung abgeflacht werden, um an dieser Stelle
einen größeren Durchmesser verwirklichen zu können.