Die Erfindung betrifft eine Schubkammer eines Antriebstriebwerks für Satelliten und Transportgeräte für Raumfahrtanwendungen sowie deren Lageregelungs-Antriebssystem, und insbesondere für Transportgeräte, die Satelliten von der Flugbahn der Trägerrakete in die Satelliten-Nutzungsbahn bringen.

Derartige Antriebstriebwerke weisen einen Einspritzkopf auf, durch den die Treibstoffe, die beispielsweise dem Brennstoff MMH (Hydrazin-Verbindung) und einen Oxydator N204 (Stickstofftetrooxyd) in die an dem Einspritzkopf angebrachte Schubkammer mit einer Brennkammer, einen Düsenteil und eine Expansionsdüse eingespritzt werden. Bei der Verbrennung der Treibstoffe treten sehr hohe Temperaturen auf, die im Kern der Schub- kammer, d. h. in den Verbrennungsgasen, im Bereich bis zu 2600° C haben. Dabei wird die Wand des Düsenteils auf eine Temperatur von ca. 1600° C erwärmt. Aus diesem Grund wurden bislang weitgehend Düsenteile verwendet, in deren Wandung Kühikanäle vorgesehen sind, die mit Treibstoff gekühtt werden, der nachfolgend der Verbrennung zugeführt wird. Derartige regenerativ gekühlte Düsenteile sind jedoch aufwendig in der Herstellung und haben Nachteile im Betriebsverhalten beim Zünden und Abschalten der Triebwerke.

Durch Verwendung von Hochtemperatur-Werkstoffen wie Platin-lridium- (Pt-Ir-) Legierun- gen kann auf derartige regenerative Kühlbauweisen verzichtet werden. Ein Nachteil bei der Verwendung solcher Hochtemperatur-Werkstoffe ist, daß diese mit den Materialien, die für die an deren Düsenteil anschließende Brennkammer sowie die Expansionsdüse verwendet werden, z. B. mit Chrom-Nickel-Molybdän-Legierungen, Werkstoffe schweiß- technisch nicht ausreichend verbunden werden können. Durch die Unterschiede in den

physikalischen Eigenschaften, wie Schmelzpunkt, Wärmeausdehnung, spezifisches Ge- wicht, und in den kristallinen Gefügestrukturen von Pt-Ir-und Chrom-Nickel-Molybdän- Legierungen findet beim Verschweißen dieser beiden metallischen Legierungen keine ausreichende kristalline Verbindung statt. Raster-Elektronenmikroskop (REM)- Betrachtungen zeigen in der Schmelzzone eine ausgeprägte kristalline Grenzschicht von wenigen tausendstel Millimetern Dicke (u-Bereich) bei der Platin-Iridium-Legierung auf. Es kann deshalb von einer klassischen Verschmelzung nicht gesprochen werden. Die dabei erzielten Schweißverbindungen weisen deshalb nicht die erforderliche dynamische Festig- keit auf und führen bei Vibrationsbelastungen zum Bruch.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Schubkammer für Satelliten und Raumfahrt- Transportgeräte zu schaffen, bei der die Verwendung von regenerativen Düsenteilen nicht erforderlich ist und bei deren Wandungen eine ausreichende Festigkeit bei Temperaturen bis 1600° C aufweisen.

Diese Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff der Erfindung mit dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Schubkammer hat den Vorteil, daß diese verhältnismäßig einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß sie die An- forderung bezüglich Festigkeit bei sehr hohen Temperaturen erfullt. Ein weiterer Vorteil ist, daß bereits vorhandene Triebwerkskonstruktionen im wesentlichen bestehen bleiben können und mit einfachen Modifikationen die geforderte Betriebsfestigkeit erreicht wer- den kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figur beschrieben, die eine erfin- dungsgemäße Schubkammer zusammen mit einem Einspritzkopf in einer perspektivi- schen Explosionsdarstellung zeigt.

Die Figur zeigt eine Schubkammer 1 und einen Einspritzkopf 2. Die Schubkammer 1 ist rotationssymmetrisch gebildet und ist mit ihrem dem Einspritzkopf 2 zugewandten Ende 3 an einem Flansch 4 des Einspritzkopfs 2 vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung verbunden. Am Einspritzkopf 2 sind Treibstoff-Absperrventile 5,6 jeweils für den Brenn- stoff und den Oxidator angebracht. Über diese Treibstoff-Absperrventile 5,6 werden die Treibstoffe, d. h. der Brennstoff und der Oxidator dem Einspritzkopf zugeführt, von wo die- se drallartig der Schubkammer 1 zugeführt werden.

Von dem Einspritzkopf 2 aus gesehen ist die Schubkammer 1 aus einem Brennkammer- gehäuse 11, einem ersten Zwischenring 12, einem Düsenteil 13, einem zweiten Zwischen- ring 14, einem Adapterring 15 und einem Expansionsdüsenteil 16 gebildet. Der Adapter- ring 15 und Expansionsdüsenteil 16 bilden zusammen eine Expansionsdüse 17.

Die Treibstoffe werden drallartig an die Innenwand des Brennkammergehäuses 11 einge- spritzt und bilden dort einen Küh) fitm aus, der eine Richtungskomponente in axialer und Umfangsrichtung des Brennkammergehäuses 11 aufweist. Im Innern der Brennkammer findet die Verbrennung der Treibstoffe statt, die von dem Küh) fi) m in das Innere der Brennkammer gelangt sind. Auf diese Weise baut sich der Küh) fi) m in axialer Richtung vom Einspritzkopf 2 aus gesehen ab. Dieser Kühifilm ist im Bereich des Düsenteils 13 nicht mehr vorhanden. Hinzukommt, daß durch die Verjüngung des Guerschnitts im Dü- senteil 13 eine Temperaturerhöhung der Verbrennungsgase erfolgt. Aus diesem Grund ist die Wärmebelastung des Düsenteils 13 deutlich höher als die des Brennkammergehäuses 11. Um eine kostengünstige Herstellung der Schubkammer 1 zu ermöglichen, sind daher unterschiedliche Werkstoffe zur Bildung des Brennkammergehäuses 11 und des Düsen- teils 13 vorgesehen. Hinzukommt, daß die Materialien, die für die hohen Temperaturen im Düsenteil 13 geeignet sind, ein um ein 21/2-faches höheres spezifisches Gewicht als die für das Brennkammergehäuse 11 vorgesehenen Werkstoffe haben. Da im Expansionsdüsen- gehäuse 17 ähnliche Temperaturen und Belastungen herrrschen als im Brennkammerge- häuse 11, sind für das Expansionsdüsengehäuse 17 üblicherweise diesselben Werkstoffe vorgesehen als für das Brennkammergehäuse 11.

Erfindungsgemäß ist das Brennkammergehäuse 11 aus einem hochwarmfesten Stahl, vorzugsweise aus einer Chrom-Nickel-Molybdän-Legierung gebildet. Ebenso sind erfin- dungsgemäß der Adapterring 15 und der Expansionsdüsenteil 16 aus einem hochwarm- festen Stahl, insbesondere aus einer Chrom-Nickel-Molybdän-Legierung gebildet.

Der Düsenteil 13 ist aus einer Platin-Iridium-Legierung gebildet. Der zwischen dem Düsen- teil 13 und dem Brennkammergehäuse 11 angeordnete erste Zwischenring 12, ist aus einer Platin-Rhodium-Legierung gebildet. Ebenso ist der zweite Zwischenring 14 aus einer Platin-Rhodium-Legierung gebildet.

Die Bestandteile des Schubkammergehäuses 1 sind miteinander verschweißt. Dadurch ist eine stoßfreie Zusammensetzung des Schubkammergehäuses 1 aus dem Brennkammer- gehäuse 11, dem ersten Zwischenring 12, dem Düsenteil 13, dem zweiten Zwischenring 14, dem Adapterring 15 und dem Expansionsdüsenteil 16 möglich, so daß an der Innen- seite des Schubkammergehäuses 1 keine Unebenheiten auftreten.

Das direkte Verscheißen des Düsenteils 13 aus der Platin-iridium-Legierung mit dem Brennkammergehäuse 11 aus hochwarmfestem Stahl, sowie mit dem Adapterring 15 aus einem hochwarmfesten Stahl ist aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Eigen- schaften dieser Legierungen schweißtechnisch nicht machbar. Jedoch durch das Zwi- schenlagern des ersten Zwischenrings 12 zwischen dem Brennkammergehäuse 11 und dem Düsenteil 13 sowie durch Zwischenlagern des zweiten Zwischenrings 14 zwischen dem Düsenteil 13 und dem Adapterring 15 kann das Schubkammergehäuse 1 aus dem Brennkammergehäuse 11, den Expansionsdüsengehäuse 17, und dem Düsenteil 13 mit- tels den ersten 12 und dem zweiten 14 Zwischenring schweißtechnisch zusammengefügt werden, so daß eine einfache Herstellung des Schubkammergehäuses 1 möglich ist. Au- ßerdem weist das erfindungsgemäße Schubkammergehäuse 1 mit dem ersten Zwischen- ring 12 und mit den zweiten Zwischenring 14 eine ausreichende Festigkeit bei den übli- cherweise im Schubkammergehäuse 1 auftretenden Temperaturen auf. Wesentliche phy- sikalische Eigenschaften, insbesondere die Wärmeausdehnungs-Eigenschaft und, die Elas-

tizität unter mechanischer Belastung sind bei der Platin-Rhodium-Legierung, wie sie für den ersten 12 und den zweiten 14 Zwischenring verwendet werden, zwischen den Werten der Legierungen gelegen, die für das Brennkammergehäuse 11 bzw. des Expansionsdü- sengehäuse 17 und den Düsenteil 13 vorgesehen sind. Dadurch ergibt sich ein verbesser- tes Dehnverhalten der Bereiche, die im Schweißnahtbereich gelegen sind sowie ein Abbau der Streßbelastung bei Vibration.

Die Verschweißung der Teile des Schubkammergehäuses 1 erfolgt vorzugsweise mittels Elektronenstrahl-Schweißung, da dadurch ein geringer Wärmeeintrag in das Schubkam- mergehäuse 1 während der Herstellung desselben erreicht wird.

Das Expansionsdüsenteil 16 ist vorzugsweise aus einem Blech mittels Druckwalzen ge- formt.

Die Schweißverbindungen zwischen den Teilen des Schubkammergehäuses 1 werden vorzugsweise mittels eines dreidimensionalen Ultraschall-Prüfverfah-rens an mehreren Stellen geprüft.