DE3028824C2 - Control valve for metering the amount of fuel in adjustable rocket engines - Google Patents
Control valve for metering the amount of fuel in adjustable rocket enginesInfo
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Description
triebssicherheit und die F::ihaltung genauer Steuerzeiten über eine lange Betriebszeit und Lebensdauer garantieren sowie die Grundlage für eine Kompaktbauweise mit reduziertem Baugewichi und einfacherer" Aufbau bilden.operational safety and the F: ihaltung accurate timing over a long operating time and lifetime guarantee, and form the basis for a compact design with reduced Baugewichi and simpler "structure.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das rohrförmige Steuerelement im Triebwerksgehäuse teststeht und zentral innerhalb des rohrförmigen Steuerelementes ein Steuerkolben zum Steuern des radial inneren Zulaufkanals für den einen flüssigen Treibstoff, insbesondere Sauerstoff oder einen Sauerstoff-rager und koaxial außerhalb des rohrförmigen Steuerelements ein mit dem vorgenannten Steuerkolben in Tester Verbindung stehender rohrförmiger Ventilschieber zum Steuern des radial äußeren Zulaufkanals für den anderen flüssigen Treibstoff, insbesondere Brennstoff in axialer Richtung verstellbar angeordnet sind, und der Ringkolben des Ventilschiebers in einem Stellzylinder gleitet, der an dem den radial äußeren Zulaufkanal mit Treibstoff versorgenden Drucksystem mit angeschlossen istThis object is achieved according to the invention in that the tubular control element in the The engine housing is tested and a control piston is located centrally within the tubular control element Controlling the radially inner inlet channel for the one liquid fuel, in particular oxygen or one Oxygen rager and coaxial outside the tubular Control element is a tubular tester connected to the aforementioned control piston Valve slide for controlling the radially outer inlet channel for the other liquid fuel, in particular Fuel are arranged adjustable in the axial direction, and the annular piston of the valve slide in one Adjusting cylinder slides on the pressure system that supplies the radially outer inlet channel with fuel is connected to
Das erfindungsgemäße Steuerventil zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise aus und dadurch, daß es durch seinen direkten Antrieb über eine range Betriebszeit und Lebensdauer exakt arbeitet Auch bei Verwendung hypergol miteinander reagierender Treibstoffe ist diesbezüglich eine absolute Sicherheit gegeben, da ein Übertreten von Leckmengen vom Stellzylinder zum radial äußeren Treibstoffringkanal und umgekehrt völlig ungefährlich ist.The control valve according to the invention is characterized by a compact design and in that it works exactly with its direct drive over a range of operating times and service life The use of hypergolically reacting fuels is an absolute certainty in this regard given, since leakage from the actuating cylinder to the radially outer annular fuel channel is exceeded and vice versa is completely harmless.
Bei Anordnung einer radial inneren Reihe und einer radial äußeren Reihe von Steuernuten vor der Einspritzebene zur Dosierung der Einspritzmengen beider Treibstoffe, wird in Ausgestaltung der Erfindung weiter vorgeschlagen, daß dem radial inneren Steuerring unter Belassung eines geringen radialen Trennspalts einen radial innen gelegenen Distanzring und dem äußeren Steuerring unter Belassung eines geringen radialen Trennspalts einen radial außen gelegenen Distanzring zuzuordnen, wobei beide fest eingespannten Distanzringe in bezug auf die Steuerringe eine etwas größere axiale Länge aufweisen.When arranging a radially inner row and a radially outer row of control grooves in front of the Injection level for metering the injection quantities of both fuels is an embodiment of the invention further proposed that the radially inner control ring leaving a small radial separation gap a radially inner spacer ring and the outer control ring, leaving a small one To assign a radially outer spacer ring radial separation gap, both firmly clamped Spacer rings have a somewhat greater axial length with respect to the control rings.
Dadurch sind die beiden Steuerringe in ihrer radialen Spannebene frei beweglich; sie können also beim Gleitvorgang während des Steuerungsbetriebes leichtgängig arbeiten, ferner funktionieren sie spielfrei und sind als altbewährtes Maschinenteil praktisch störungsfrei. As a result, the two control rings are freely movable in their radial clamping plane; so you can at Sliding process work smoothly during control operation, they also work without play and are practically trouble-free as well-tried machine parts.
Um die bei höheren Leistungen erforderlichen überproportionalen Zunahmen der Treibstoffmengen bewältigen zu können, sind die Steuernuten in Richtung zur Brennkammer mit progressivem Querschnitt ausgeführt. About the disproportionate increases in fuel quantities required for higher performance To be able to cope, the control grooves are designed in the direction of the combustion chamber with a progressive cross-section.
Die feste Verbindung zwischen dem äußeren rohrförmigen Ventilschieber und dem zentralen Steuerkolben erfolgt über einen mit Drallschaufeln versehenen Verteilerpilz zur Anfachung einer Drallströmung innerhalb der Brennkammer, wobei der Verteilerpilz konstruktiv dem zentralen Steuerkolben zugeordnet ist und die Drallschaufeln eine Brücke zwischen dem Mi Verteilerpilz und dem rohrförmigen Steuerschieber bilden,The fixed connection between the outer tubular valve slide and the central control piston takes place via a distributor mushroom equipped with swirl blades to fan a swirl flow inside the combustion chamber, the distributor head being structurally assigned to the central control piston and the swirl vanes form a bridge between the distributor head and the tubular control valve form,
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigtIn the drawing, an embodiment according to the invention is shown. It shows
F i g. 1 ein Flüssigkeitsraketentriebwerk im Bereich tv· des Einspritzkopfes im Längsschnitt,F i g. 1 a liquid rocket engine in the area tv of the injection head in longitudinal section,
F i g. 2 einen Teilaus:,chniti nach F i g. I undF i g. 2 part of:, chniti according to FIG. I and
F i κ. 3 einen Schnitt nach der Linie Ill-Ill der Fi g. 2.F i κ. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2.
Die beiil,.-- Treibstoffe, Sauerstoffträger O und Brennstoff B, werden dem EinspiiizK.O(.v." ί der Brennkammer 2 über zwei koaxial rjemamier engt, ordnete ringförmige Zulaufkanälo S u.iii 4- iugetühri. ^ie gtSvuri.e Ventileinrichtung zur Dosierung der jeweiligen Treibstoifmengen besieht im wesentlichen aus einem f-.;sr rehenden, die beiden ringförmigen Zulaufkanäle ? und 4 trennenden Steuerelement E mit Steuernuten / und 8, aus einem in beiden axialen Richtungen verstellbaren zentralen Steuerkolben K mit seinem Steuerring 5 und aus einem ebenfalls axial beweglichen rohrförmigen Ventilschieber V mit einem Sieuerring 6. Die Steuernuten 7 und 8 sind im rohrförmigen Steuerelement Ean dessen brennkammerseitigem Ende getrennt voneinander eingearbeitet und sind, wie insbesondere die Fig.3 zeigt, in zwei Reihen in Umfangsrichtung angeordnet, wobei ihr Querschnitt in Richtung zur Brennkammer 2 hin progressiv zunimmt (Fig.2). Die beiden Steuerringe 5 und 6 sind als sogenannte Sprengringe aus Federslahl ausgeführt, d. h. sie sind quergeschlitzt und daher in Umfangsrichtung nicht geschlossen. Der radial innere Stellring 5 liegt dabei spannschlüssig an der innenfläche liey Steueriementes Fan, während der radial äußere Steuerring 6 mit Spannschluß auf dem Steuerelement E sitzt. Um den beiden Steuerringen 5 und 6 in radialer Richtung eine geringe Bewegungsfreiheit zu geben, sind ihnen Distanzringe 10 und 11 zugeordnet, die axial in geringen Grenzen länger sind, wobei der radial innere Distanzring 10 gegenüber dem Steuerkolben K mittels einer Schraubenmutter 12 und der radial äußere Distanzring 11 mittels einer Spannhülse 13 gegenüber dem Ventilschieber V fixiert sind. Zwischen den Steuerringen 5 und 6 und den Distanzringen 10 und 11 ist jeweils ein radialer Trennspalt 14 beSassen.The two, - fuels, oxygen carriers O and fuel B, are constricted to the injection K.O (.v. "Ί of the combustion chamber 2 via two coaxially rjemamier, arranged annular inlet channels S u.iii 4- iugetühri. ^ Ie gtSvuri.e valve means for metering the respective Treibstoifmengen shall look essentially of a f -? .; sr rehenden, the two annular feed channels and 4 separated control e with control grooves / and 8, of an adjustable in both axial directions central control piston K with its control ring 5 and of an axially movable tubular valve slide V with a Sieuerring 6. The control grooves 7 and 8 are incorporated separately from one another in the tubular control element E at the end on the combustion chamber side and, as shown in particular in FIG The two control rings 5 and 6 are made of Fed as so-called snap rings erslahl executed, ie they are transversely slotted and therefore not closed in the circumferential direction. The radially inner adjusting ring 5 lies in a tension-locking manner on the inner surface of the control element fan, while the radially outer control ring 6 is seated on the control element E with a tension lock. In order to give the two control rings 5 and 6 little freedom of movement in the radial direction, spacer rings 10 and 11 are assigned to them, which are axially longer within small limits, the radially inner spacer ring 10 relative to the control piston K by means of a screw nut 12 and the radially outer one Spacer ring 11 are fixed with respect to valve slide V by means of a clamping sleeve 13. A radial separation gap 14 is in each case between the control rings 5 and 6 and the spacer rings 10 and 11.
Zur Brennkammer 2 hin ist am Steuerkolben K ein an sich bekannter Verteilerpilz 9 mit Drallschaufeln 15 vorgesehen. Über diese sind der Steuerkolben K und der Ventilschieber Vfest miteinander verbunden. Radial außen weist der Ventilschieber V einen Ringkoiben 18 auf, der in einem Stellzylinder 16 gleitet. Durch Einleiten eines Druckmediums, im vorliegenden Fall des Brennstoffs B, vor oder hinter dem Ringkolben 18 wird dieser angetrieben. Beim Verschließen des Steuerventils zur Brennkammer 2 hin werden die freien Querschnitte der Steuernuten 7 und 8 vergrößert und beim Zurückschieben werden diese Querschnitte verkleinert.Towards the combustion chamber 2, a known distributor mushroom 9 with swirl blades 15 is provided on the control piston K. The control piston K and the valve slide V are permanently connected to one another via these. Radially on the outside, the valve slide V has an annular piston 18 which slides in an actuating cylinder 16. By introducing a pressure medium, in the present case the fuel B, in front of or behind the annular piston 18, the latter is driven. When the control valve is closed towards the combustion chamber 2, the free cross-sections of the control grooves 7 and 8 are enlarged and these cross-sections are reduced when they are pushed back.
Während des Betriebes der Brennkammer 2 findet im Vordrallraum 17 eine Vorvermischung der beiden Treibstoffe Sund Ostatt. Handelt es sich um hypergole Treibstoffe, so erfolgt hier eine Teilreaktion. Das Treibstoffgemisch gelangt dann über die zwischen den Drallschaufeln 15 gelegenen Schaufelkanäle unter Erzeugung einer beschleunigten Drallströmung in die Brennkammer 2.During the operation of the combustion chamber 2, the two fuels Sund O are premixed in the pre-swirl chamber 17. In the case of hypergolic fuels, a partial reaction takes place here. The fuel mixture then reaches the combustion chamber 2 via the vane channels located between the swirl vanes 15, generating an accelerated swirl flow.
Wie aus Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, werden der ringförmige Zulaufkana' 4 und der Stellzylinder «6 mit dem gleichen Druckmedium, nämlich dem Brennstoff B, versorgt. Dabei ist der Brennstoffvorratsbehälter mit 19 und die Förderpumpe mit 20 bezeichnet. Ein Umsteuerventil 21 bewirkt, daß vvechselweise entweder der vor oder der hinter dem Rjngkolben 18 liegende Druckraum des Stellzylinders 16 mit Druckmedium beaufschlagt wird. Die aus dem jeweiligen Druckraum zu verdrängende Flüssigkeit strömt über gesteuerte Rückströrnleitungen 22 und 7\ zum Brennstoffbehälter 19 zurück.As can also be seen from FIG. 1, the ring-shaped inlet duct 4 and the adjusting cylinder 6 are supplied with the same pressure medium, namely fuel B. The fuel storage container is denoted by 19 and the feed pump by 20. A reversing valve 21 has the effect that either the pressure chamber of the actuating cylinder 16 located in front of or behind the ring piston 18 is acted upon with pressure medium. The liquid to be displaced from the respective pressure chamber flows back to the fuel container 19 via controlled return lines 22 and 7 \.
Die A,bdich;ung des Sn iUyIiriders 16 einerseits /:um ringförmigen Zukiiifkanal 4 und andererseits zurThe a , bdich; ung of the Sn iUyIirider 16 on the one hand /: around the annular connection channel 4 and on the other hand to the
Brennkammer 2 muß aus den bereits erwähnten Gründen nicht absolut sein. i:.s können daher einfache Dichtungen 24 verwendet werden, die unvermeidlich gewisse Leckmengen durchlassen, dafür aber kostenmäßig billiger sind.Combustion chamber 2 need not be absolute for the reasons already mentioned. i: .s can therefore easily be used seals 24 which pass inevitably some leakage amounts, but are in terms of costs cheaper.
Hierzu 1 Blatt ZeielmuneciiFor this 1 sheet of Zeielmunecii
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