DE2657497A1

DE2657497A1 - HEAT EXCHANGER, IN PARTICULAR REGENERATIVELY COOLED COMBUSTION CHAMBER WITH THROTTLE NOZZLE FOR LIQUID ROCKET ENGINES

Info

Publication number: DE2657497A1
Application number: DE19762657497
Authority: DE
Inventors: Karl Butter; Kuno Dipl Ing Knauer; Gunther Dipl Ing Pulkert; Albert Dipl Ing Seidel; Dietmar Dipl Ing Wolf
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1976-12-18
Filing date: 1976-12-18
Publication date: 1978-06-22
Also published as: IT1088833B; FR2374520A1

Description

Wärmetauscher, insbesondere regenerativ gekühlte Brennkammer mit Schubdüse für FlüssigkeitsraketentriebwerkeHeat exchanger, in particular regeneratively cooled combustion chamber with thrust nozzle for liquid rocket engines

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere eine regenerativ gekühlte Brennkammer mit Schubdüse für Flüssigkeitsraketentriebwerke, bestehend aus einem metallischen einstückigen Grundkörper mit durchlaufenden, zur Grundkorperaußenseite hin offen ausgebildeten Kanälen für mindestens ein Kühlmedium, insbesondere eine Treibstoffkomponente, die durch eine auf den Grundkörper aufgalvanisierte Außenwand abgedeckt sind.The invention relates to a heat exchanger, in particular a regeneratively cooled combustion chamber with a thrust nozzle for Liquid rocket engines, consisting of a metallic one-piece base body with continuous, for The outside of the base body, openly designed channels for at least one cooling medium, in particular a fuel component, which is galvanized onto the base body by a Outer wall are covered.

Bei einem aus der DT-PS 1 751 691 bekannten Wärmetauscher LO eingangs genannter Gattung in Form einer regenerativ gekühlten Brennkammer mit Schubdüse für Flüssigkeitsraketentriebwerke besteht der einstückige Grundkörper aus sauer-In a heat exchanger LO of the type mentioned at the beginning, known from DT-PS 1 751 691, in the form of a regeneratively cooled one Combustion chamber with thrust nozzle for liquid rocket engines, the one-piece base body consists of acidic

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stofffreiem Kupfer oder gleichwertigem Material, wie Silber oder Molybdän. Zur Abdeckung der KühlJcanäle ist in diesem Fall auf den einstückigen Grundkörper eine dünnwandige Zwischenschicht und auf letztere ein verhältnismäßig dickwandiger Druckmantel aufgalvanisiert« Als Werkstoffe kommen dabei für die Zwischenschicht ebenso wie für den einstückigen Grundkörper sauerstofffreies Kupfer, Silber oder Molybdän, für den Druckmantel Nickel ziur Aufzählung.material-free copper or an equivalent material such as silver or molybdenum. To cover the cooling channels, a thin-walled one is placed on the one-piece base body in this case Intermediate layer and a relatively thick-walled pressure jacket galvanized onto the latter for the intermediate layer as well as for the one-piece base body, oxygen-free copper, silver or molybdenum, for the pressure jacket nickel for listing.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen für niedrige und mittlere Betriebsdrücke hervorragend geeigneten Wärmetauscher eingangs genannter Gattung zu entwickeln, der bei gleichen äußeren Abmessungen wesentlich leichter ausfällt als der vorbeschriebene bekannter Bauart.The object of the present invention is to find one that is excellently suited for low and medium operating pressures To develop heat exchangers of the type mentioned at the beginning, which turns out to be much lighter with the same external dimensions than the known type described above.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von Grundkörper und Außenwand zumindest ersterer aus Reinaluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem Aluminium-Dispersionsmaterial besteht.This object is achieved according to the invention in that at least the first of the base body and the outer wall consists of pure aluminum, an aluminum alloy or an aluminum dispersion material.

Wie sich herausgestellt hat, kann auf einen einstückigen Grundkörper erfindungsgemäßer Beschaffenheit zur Bildung einer als Druckmantel fungierenden Außenwand u.a. Kupfer oder gleichwertiges Material sowie Nickel oder gleichwertiges Material, und zur Bildung einer vergleichsweise dünnwandigen Zwischenschicht zum nachfolgenden Aufgalvanisieren eines Druckmantels u.a. auch Edelmetall, wie Gold, oder eine Edelmetallegierung, wie Goldlegierung, mit einer die Festigkeit des Grundkörpermaterials übersteigenden Bindefestigkeit galvanisch abgeschieden werden. Geschieht dies, sind das Resultat für niedrige und mittlere Betriebsdrücke hervorragend geeignete Wärmetauscher. Diese zeichnen sich gegenüber der in den Ausführungen zum Stand der Technik gewürdigten Ausführungsform durch einen Vorteil aus, der vor allem bei einer Ausbildung als Brennkammer mit Schubdüse für Flüssigkeitsraketentriebwerke zum Tragen kommt. Mit besagtem VorteilAs it turned out, can be a one-piece Base body according to the invention for the formation of an outer wall functioning as a pressure jacket, including copper or equivalent material such as nickel or equivalent material, and to form a comparatively thin-walled Intermediate layer for the subsequent electroplating of a pressure jacket, including precious metals such as gold, or a Noble metal alloy, such as gold alloy, with a binding strength that exceeds the strength of the base body material are electrodeposited. If this happens, the results are excellent for low and medium operating pressures suitable heat exchangers. These stand out compared to those acknowledged in the statements on the state of the art Embodiment is characterized by an advantage that is particularly evident when it is designed as a combustion chamber with a thrust nozzle for liquid rocket engines comes into play. With said advantage

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ist das wesentlich geringere Baugewicht gemeint.· Besteht nämlich der einstückige Grundkörper statt - wie bekannt aus Kupfer, aus Reinalurainium, einer Aluminiumlegierung oder einem Aluminium-Dispersionsmaterial, bringt dies von vornherein bei sonst gleichen Grundkörperabmessungen eine Gewichtsreduzierung im Verhältnis der spezifischen Gewichte, d.h. also in der Größenordnung von rund 66 % mit sich. Zu dieser Gewichtsexnsparung gesellt sich noch eine weitere, und zwar als positive Begleiterscheinung einer Maßnahme, mit welcher der im Vergleich zu Kupfer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäß für den Grundkörper verwendeten Materials Rechnung getragen wird. Bei der ange~ sprochenen Maßnahme handelt es sich um eine Reduzierung der Kühlkanalhöhe,, mit dem Ziel, bei vorgegebenem sekundlichen Kühlmitteldurchsatz auf dem Wege einer Erhöhung der Kühlmittelgeschwindigkeit die aus dem vorerwähnten Unterschied der Wärmeleitfähigkeiten resultierende Beeinträchtigung des Wärmedurchgangs zu kompensieren.If the one-piece base body consists of copper, pure aluminum, an aluminum alloy or an aluminum dispersion material instead of copper, as is known, this brings about a weight reduction in relation to the specific weights from the outset with otherwise the same base body dimensions, i.e. in of the order of around 66 % . In addition to this saving in weight, there is another one, namely as a positive side effect of a measure with which the lower thermal conductivity of the material used according to the invention for the base body compared to copper is taken into account. The mentioned measure is a reduction of the cooling duct height, with the aim of compensating for the impairment of the heat transfer resulting from the aforementioned difference in the thermal conductivity by increasing the coolant flow rate for a given secondary coolant throughput.

In Ausgestaltung der Erfindung besteht nicht nur der einstückige Grundkörper, sondern auch die auf diesen aufgalvanisierte Außenwand aus Reinaluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem Aluminiura-Dispersionstnaterial, was zu einer weiteren Abnahme des, wie aufgezeigt, ohnehin niedrigen Baugewichts führt.In an embodiment of the invention, there is not only the one-piece base body, but also the one electroplated onto it Outer wall made of pure aluminum, an aluminum alloy or an aluminum dispersion material, resulting in a leads to a further decrease in the already low structural weight, as shown.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es aeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. There are:

Fig. 1 einen Wärmetauscher in Form einer regenerativ gekühlten Brennkammer mit Schubdüse für ein Flüssigkeitsraketentriebwerk, und zwar im Längsschnitt,1 shows a heat exchanger in the form of a regeneratively cooled combustion chamber with a thrust nozzle for a Liquid rocket engine, namely in longitudinal section,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1 undFig. 2 is a section along line II-II in Fig. 1 and

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Fig. 3 einen gegenüber Fig. 1 abgewandelten Wärmetauscher, und zwar im gleichen Schnitt wie in Fig. 2.FIG. 3 shows a heat exchanger modified compared to FIG. 1, specifically in the same section as in FIG. 2.

Fig. 1 und 2 geben eine regenerativ gekühlte Brennkammer 1 mit Schubdüse 2 für ein Flüssigkeitsraketentriebwerk' vom Niederdrucktyp wieder. Die Baueinheit Brennkammer 1 mit Schubdüse 2 besteht im wesentlichen aus einem einstückigen Grundkörper 3 aus reinem oder legiertem, vorzugsweise dispersionsgehärtetem Aluminium. Besagter Grundkörper 3 kann aus einem Block in herkömmlicher Weise durch Schmieden vorgefertigt (im Gefüge verfestigt) und durch spanabhebende Weiterbearbeitung fertiggestellt sein. Aus dera einstückigen Grundkörper 3 werden in Längsrichtung verlaufende Kühlkanäle 4 herausgearbeitet, zviischen denen Stege 5 verbleiben. Zur Kühlkanalabdeckung ist beim in Rede stehenden Ausführungsbeispiel auf den Grundkörper 3 eine nur dünnwandige Zwischenschicht 6 und auf letztere eine dickwandige, als Druckmantel fungierende Außenwand 7, beispielsweise aus dispersionsgehärtetem Kupfer oder aus Nickel, aufgalvanisiert. Die Art der Zwischenschicht 6 hängt dabei vom speziellen Anwendungsfall ab.Fig. 1 and 2 give a regeneratively cooled combustion chamber 1 with thrust nozzle 2 for a liquid rocket engine 'from Low pressure type again. Combustion chamber 1 with exhaust nozzle 2 consists essentially of a one-piece base body 3 made of pure or alloyed, preferably dispersion-hardened Aluminum. Said base body 3 can be prefabricated from a block in a conventional manner by forging (solidified in the structure) and by further machining be completed. From the one-piece base body 3, cooling channels 4 running in the longitudinal direction are worked out, between which webs 5 remain. For cooling duct cover is in the embodiment in question on the base body 3 an only thin-walled intermediate layer 6 and on the latter a thick-walled outer wall 7 functioning as a pressure jacket, for example made of dispersion-hardened copper or made of nickel, electroplated. The type of intermediate layer 6 depends on the specific application.

Wird wegen der chemischen Aggressivität des zur Verwendung gelangenden Kühlmittels besonderer Uert auf einen Korrosionsschutz der Außenwand 7 aus galvanisch abgeschiedenem Kupfer oder Nickel gelegt, empfiehlt sich als Material für die Zwischenschicht beispielsweise Aluminium, Gold oder eine Goldlegierung· Kommt als Kühlmittel Flüssigwasserstoff zum Einsatz, ist es im Fall einer Außenwand 7 aus Wickel angebracht, letztere durch Verwendung von Kupfer für die Zwischenschicht 6 vor Versprödungserscheinungen zu schützen.Is applied due to the chemical aggressiveness of the entering for use coolant particular UERT a corrosion protection of the outer wall 7 of electroplated copper or nickel, is recommended as a material for the intermediate layer, for example aluminum, gold or a gold alloy · Comes as a coolant liquid hydrogen is used, it is mounted in the case of an outer wall 7 of the winding, the latter to protect against embrittlement by use of copper for the intermediate layer. 6

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die Außenwand 7 unter Weglassung der Zwischenschicht G direkt auf den Grundkörper 3 aufgalvanisiert. Sie besteht beispielsweise aus Kupfer oder ebenso wie der Grundkörper 3 aus Reinaluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem Aluminium-Dispersionsmaterial. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the outer wall 7 is electroplated directly onto the base body 3 , omitting the intermediate layer G. It consists, for example, of copper or, like the base body 3, of pure aluminum, an aluminum alloy or an aluminum dispersion material.

Patentansprüche:Patent claims:

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Claims

PATENT CLAIMS

1. \ Heat exchanger, in particular regeneratively cooled combustion chamber with thrust nozzle for liquid rocket engines, consisting of a metallic one-piece base body with continuous channels open to the base body for at least one cooling medium, in particular a propellant component, which are covered by an outer wall galvanized onto the base body , characterized in that at least the first (3) of the base body (3) and outer wall (7) consists of pure aluminum, an aluminum alloy or an aluminum dispersion material.

Heat exchanger according to claim 2, characterized in that g e k e η η that the one-piece base body (3) made of pure aluminum, an aluminum alloy or one Aluminum dispersion material and the outer wall (7) made of electrodeposited, preferably dispersion hardened Copper or equivalent material.

Heat exchanger according to claim 1, characterized

draws

that the one-piece base body (3) made of pure aluminum, an aluminum alloy or one Aluroinium-Disperslonsmatorial and the outer wall (7) electrodeposited nickel or equivalent Material.

-G--G-

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Heat exchanger according to claim 2 or 3, characterized in that between the base body (3) Made of pure aluminum, an aluminum alloy or an aluminum dispersion material and the outer wall (7) made of electrodeposited copper, nickel or the like. a comparatively thin-walled intermediate layer (6) mechanically adhering to these two components (3, 7) is arranged from electrodeposited material.

Heat exchanger according to Claim 1, characterized in that both the one-piece base body (3) and the galvanized outer wall (7) made of pure aluminum, an aluminum alloy or a Consist of aluminum dispersion material.

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