SE461995B

SE461995B - SUPPORT STRUCTURE FOR THE WATER-COOLED EXPANSION COUNTERS

Info

Publication number: SE461995B
Application number: SE8702012A
Authority: SE
Inventors: M Lechner
Original assignee: Messerschmitt Boelkow Blohm
Priority date: 1986-05-28
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1990-04-23
Also published as: DE3618038C2; SE8702012D0; FR2599429B1; SE8702012L; DE3618038A1; FR2599429A1

Description

10 15 20 ZS 30 35 40 461 995 fjädrande eftergivligt tvärsnitt (cirkel, ellips etc.). Temperatur- betingade, kraftigt avvikande måttändringar för förstyvningsele- menten å ena sidan.och munstycksstrukturen å andra sidan kan där- vid i huvudsak kompenseras endast medelst elastiska deformationer av de små kylrörens tvärsnitt. 10 15 20 ZS 30 35 40 461 995 resilient resilient cross-section (circle, ellipse, etc.). Temperature- conditional, strongly deviating dimensional changes for stiffening and the nozzle structure on the other hand can at is mainly compensated by means of elastic deformations of the cross section of the small cooling pipes.

Vid stor, relativt stel munstycksstruktur av ungefärligen rek- tangulära kylrör är en direkt förbindning med stela förstyvnings- eller stödelement ej tillrådlig, eftersom de vid kontaktställena _ uppträdande, höga spänningarna skulle leda till kvarstående defor- mationer eller till brott på strukturen.In the case of a large, relatively rigid nozzle structure of approximately tangular cooling pipes are a direct connection with rigid stiffening or support elements are not advisable, as they at the contact points _ behavior, high voltages would lead to residual or to breach of the structure.

Uppfinningen har därför till uppgift att åstadkomma en lätt och enkel stödstruktur för en på en raketförbränningskammare pá- länsad, vätskekylt expansionsmunstycke med en relativt stel mün- stycksstruktur, vilken väsentligt höjer den mekaniska belastnings- förmågan för munstycksstrukturern och tillåter långtgående ohind-_ rade temperaturbetingade måttförändringar för munstyckstrukturen.The object of the invention is therefore to provide an easy and simple support structure for one on a rocket combustion chamber drained, liquid-cooled expansion nozzle with a relatively rigid nozzle piece structure, which significantly increases the mechanical load the ability of the nozzle structure and allows far-reaching unhindering. temperature-related dimensional changes for the nozzle structure.

Denna uppgift löses medelst i patentkravet 1 angivna känne- tecknen.This object is solved by means of the features specified in claim 1. the signs.

Stödstrukturen;består således av en stel, burliknande del med i längs- och perifeririktningen anordnade element, vilken omfattar munstycksstrukturen.över åtminstone en del av dess längd, samt av elastiska itjämningselement för kraftöverföring och för kompensa- tion av temperaturbetingade relativförskjutningar mellan munstyc- ke och stödbur - Kraftöverföringen mellan munstycket och stödstruk- turen sker vid flera över periferi och längd för munstycket förde- lade ställen iiwervägande radiell riktning, så att munstycksstruk- turen uppdelas i små, genom munstycksinnertrycket väsentligen böj- ningspåkända ytelement mellan kraftöverföringsställena. Bnsidigt på munstycksstrukturen verkande påkänningar, t ex vid munstyckets svängande, uppfångas åtminstone delvis som stödstrukturen.och förs vidare via anslutningsringen till den stabila flänsförbindningen för förbränningskammaren. Elasticiteten för utjämningselementen reducerar visserligen de på stödstrukturen överförbara krafterna, de undviker emellertid också otillåtna, lokala spänningstoppar i munstycksstrukturen och gör därigenom användningen av en stel stödstruktur överhuvudtaget möjlig.The support structure thus consists of a rigid, cage-like part with elements arranged in the longitudinal and circumferential direction, which comprises the nozzle structure.over at least part of its length, and of elastic equalizing elements for power transmission and for compensating temperature-related relative displacements between nozzles and support cage - The power transmission between the nozzle and the support structure takes place at several over periphery and length of the nozzle distributed places in predominantly radial direction, so that the nozzle structure the tour is divided into small, substantially bent by the nozzle inside pressure. surface elements between the power transmission points. Bnsidigt stresses acting on the nozzle structure, for example at the nozzle oscillating, is captured at least in part as the support structure.and carried further via the connecting ring to the stable flange connection for the combustion chamber. The elasticity of the leveling elements although reduces the forces transferable to the support structure, however, they also avoid unauthorized, local voltage peaks in the nozzle structure, thereby making the use of a rigid support structure at all possible.

Underkraven 2 till 6 avser för uppfinningen.Subclaims 2 to 6 refer to for the invention.

Utförandet för utjämningselementen i enlighet med krav Z är visserligen något krävande, mami gmmähíistatiskt avseende särskilt föredragna utföringsformer 10 15 20 25 30 35 40 461 995 gynnsam. Vid lämpligt val av lutningsvinkeln för stödytorna inver- kar temperaturbetingade, instationära måttändringar på munstycks- strukturdiametern praktiskt taget icke på ytterdiametern för ut- jämningselementen. Anordningen av axiella glidytor möjliggör långt- gående ohindrade axiala relatiwﬁnskyitníngar mellan munstycke och stödstruktur.The design of the leveling elements according to claim Z is admittedly somewhat demanding, mami gmmähíistatic with particular regard preferred embodiments 10 15 20 25 30 35 40 461 995 favorable. With the appropriate choice of the angle of inclination of the support surfaces, temperature-related, instationary dimensional changes on the nozzle the structural diameter is practically not on the outer diameter of the the smoothing elements. The arrangement of axial sliding surfaces enables long-distance walking unobstructed axial relatiw sky nskyitníngar between nozzle and support structure.

Utförandæzenligt kraven 2 till 5 är enkla, men till sin stöd- verkan ej så precisa som utförandet i enlighet med kravet 1. Tvär- sníttet för utjämningselamﬁmen har formen av liggande U eller Kl, varvid en skänkel är fast förbunden med munstycksstrukturen, den. andra med dailnmliknæxk delen av stödstrukturen. Därigenom verkar utjämningselementen i axiell riktning som rullmembran.In terms of implementation, requirements 2 to 5 are simple, but effect not as precise as the design in accordance with claim 1. cut for leveling lambs ﬁ but has the shape of horizontal U or Kl, wherein a leg is fixedly connected to the nozzle structure, the. others with dailnmliknæxk part of the support structure. Thereby the compensating elements act in the axial direction as a roll diaphragm.

Delningen av den bürliknande delen av stödstrukturen i enlig- het med kravet 6 möjliggör dess monterande i efterhand vid den fär- diga munstycksstrukturen. Därvid är icke uteslutet, att stödburen vid förbindningen med münstycket sammanlödes eller svetsas till en del.The division of the cage-like part of the support structure into according to claim 6 enables its retrofitting at the the nozzle structure. It is not excluded that the support cage at the connection to the nozzle was soldered or welded to one part.

Uppfinningen beskrivs nedan närmare i anslutning till på rit- ningen visade utföringsexempel. Härvid visar i förenklad avbild- ning, fig_l en perspektivdelvy av den med munstycket förbundna stödstrukturen, fig 2 ett dellängdssnitt genom det av stödstruk- turen omgivna munstycksområdet, fig 3, en delvy motsvarande snit- tet III-III i fig 2, och figurerna 4, 5, 6 olika utföringsformer av utjämningselementen i perspektivdelvy.The invention is described in more detail below in connection with showed exemplary embodiments. In this case, in a simplified image Fig. 1 is a perspective partial view of the one connected to the nozzle the support structure, Fig. 2 is a partial length section through that of the support structure. the surrounding nozzle area, Fig. 3, a partial view corresponding to the section Figures III-III in Figure 2, and Figures 4, 5, 6 show different embodiments of the equalizing elements in perspective partial view.

I fig 1 går blickriktningen snett bakifrån mot yttersidan av ett med en stödstruktur 1 försett expansionsmunstycke eller expan- sionsdysa 13. Den främre, till diametern mindre dysänden är för- sedd med en fläns 15, vilken tjänar som förbindningselement till den icke visade förbränningskammaren. Dessutom tillförs via flänsen 15 kylvätskan och fördelas likformigt till de talrika små kylrören 16 i dysstrukturen 14. Fast förbunden med flänsens 15 baksida är stöd- strukturens 1 anslutningsring 2. Från anslutningsringen 2 utgår flera över dysperíferin fördelade längssträvor 3. Av dessa längs- strävor 3 är för översíktlighetens skull endast en visad, man ser emellertid utformningen som svetsad, böjningsstyv T-balk med vikt- lättande hål. Vid den bakre änden är längssträvorna 3 fast förbund- na med en runt om gående ring 4, så att elementen 2, 3 och 4 bil- dar en relativt stel stödbur för dysstrukturen 14. Medelst ytter- ligare, respektive axiellt åtskilda ringar 4 kan stödburen vara utförd ännu finmaskigare och stabilare. De egentliga kraftöverfö- 10 15 20 25 30 35 40 461 995 ringselementen för dysstrukturen 14 bildar de i perifeririktningen anordnade utjämningselementen 5. Dessa är på sina uppläggnings- ställen fast förbundna medchsstrukturen 14 svetsade eller på an- nat sätt. Från uppläggningsställena sträcker sig parvis samver- kande stödytor 8 snett utåt och är medelst axiella glidytor 10 spetsformigt förbundna. På glidytan 10 för utjämningselementet 5 ligger glidytan 12 för längssträvorna 3, så att axiella rörelser mellan den av 2,-3 och 4 bestående stödmnen och de med dysstruktu- ren 14 förbundna utjämningselementen 5'är möjliga, vilka erhålles i Sﬂmuﬁhet kort efter starten av drivanordningen genom kraftigt olika komponenttemperaturer. Därvid uppträder också det fallet, att ytterhuden för dysstrukturen 14 exempelvis är varmare och ut- vidgar sig kraftigare, än glidytorna 10 för de spetsformiga utjäm- ningselementen 5. Därigenom expanderar de lutade stödytorna 8 kraftigare varvid dessas mot dysytan anliggande ändar avlägsnar sig från varandra och samtidigt vidgas utåt mot den mörre utvidgade dysdiametern. Vid lämpligt val av spännvínkeln för stödytorna 8 blir härvid ytterdiametern, på vilken glidytorna 10 ligger, i det närmaste lika. I fig 1 är utjämningselementen 5 tecknade som genom- gående band. Denna anordning är ändamålsenlig när relativt många längssträvor 10 är för handen. Vid få längssträvor räcker det att anordna separata, i perifeririktningen på avstånd från varandra belägna utjämningselement 5, vilka vardera har en glidyta 10, två stödytor 8 och två dysanliggningsytor. Vid valet av antal och läge för kraftinledningspunkterna är att beakta att dysinnertrycket i närheten av flänsen är som störst och mot dysutloppet avtar kraf- tigt. Utgående härifrån kan det vara ändamålsenligt att förstora det axiella avståndet för utjämningselementet från anslutnings- ríngen 2 mot ringen 4 kontnuerligt och låta stödstrukturen 1 slu- ta redan axiellt före dysutloppet.In Fig. 1, the gaze direction goes obliquely from behind towards the outside of an expansion nozzle provided with a support structure 1 or The front nozzle end, smaller in diameter, is seen with a flange 15, which serves as a connecting element to it did not show the combustion chamber. In addition, it is supplied via the flange 15 the coolant and is uniformly distributed to the numerous small cooling tubes 16 in the nozzle structure 14. Fixed connected to the back of the flange 15 are the support structure 1 connection ring 2. From connection ring 2 is deleted several longitudinal struts distributed over the dysperiferia 3. Of these strives 3 is for the sake of clarity only one shown, one sees however, the design as a welded, flexurally rigid T-beam with lightening holes. At the rear end, the longitudinal struts 3 are fixedly connected. with a revolving ring 4, so that elements 2, 3 and 4 a relatively rigid support cage for the nozzle structure 14. By means of more supportively and axially spaced rings 4 can be support-supported made even finer mesh and more stable. The actual power transmissions 10 15 20 25 30 35 40 461 995 the annular elements of the nozzle structure 14 form those in the circumferential direction arranged the compensating elements 5. These are on their fixedly connected medchs structure 14 welded or otherwise nat way. From the storage sites extends in pairs supporting surfaces 8 obliquely outwards and are by means of axial sliding surfaces 10 pointedly connected. On the sliding surface 10 of the leveling element 5 lies the sliding surface 12 for the longitudinal struts 3, so that axial movements between the supports consisting of 2, -3 and 4 and those with dysstructural pure 14 connected equalizing elements 5 'are possible, which are obtained in S ﬂ mu ﬁ hot shortly after the start of the drive device through strongly different component temperatures. In this case, the case also occurs, that the outer skin of the nozzle structure 14, for example, is warmer and widens more strongly than the sliding surfaces 10 of the pointed smoothing surfaces. The inclined support surfaces 8 thereby expand more strongly whereby their ends abutting against the nozzle surface are removed apart and at the same time widening outwards towards the tender extended dysdiameter. With appropriate selection of the clamping angle for the support surfaces 8 the outer diameter on which the sliding surfaces 10 lie becomes in it nearest equal. In Fig. 1, the equalizing elements 5 are drawn as walking band. This device is useful when relatively many longitudinal struts 10 are at hand. With few longitudinal aspirations, it is enough to arrange separate, in the circumferential direction at a distance from each other located leveling elements 5, each of which has a sliding surface 10, two support surfaces 8 and two nozzle abutment surfaces. When choosing the number and position for the force initiation points is to note that the nozzle inside pressure in the proximity of the flange is greatest and towards the nozzle outlet the force tigt. Based on this, it may be appropriate to enlarge the axial distance of the leveling element from the connection ring 2 against the ring 4 continuously and allow the support structure 1 to take already axially before the nozzle outlet.

Det är också möjligt att förse anslutningsringen 2 och ringen respektive ringarna 4 med ett gemensamt delningsplan. Därigenom kan den krävande dysstrukturen 14 innefattande flänsen 15 tillver- kas komplett och därefter förses med utjämníngselementen 5 och den av 2, 3 och 4 bestående delade stödburen. Möjligheten till delning kan bíbehâllas, genom att alla delar i buren ihopskruvas, man kan emellertid också eliminera delningen, genom att buren svetsas el- ler lödes vid expansíonsdysan 13.It is also possible to provide the connecting ring 2 and the ring respectively the rings 4 with a common division plan. Thereby the demanding nozzle structure 14 comprising the flange 15 can be manufactured complete and then provided with the equalizing elements 5 and the of 2, 3 and 4 consisting of divided support cage. The possibility of sharing can be maintained by screwing all parts of the cage together, you can however, also eliminate the division by welding the cage electrically. was soldered to the expansion nozzle 13.

Fig 2 visar ett radiellt dellängdsnitt i närheten av en längs- sträva 3. Dysstrukumen 14 är för enkelhets skull visad sektionerad 10 15 20 25 30 35 40 461 995 som massiv kropp. Noggrannare satt skulle de skurna små kylrören 16 vara synliga. Väl synlig är det axiella anordnandet av glidytor- na 10, 12 samt slutet för stödstrukturen före den största dysdia- metern. Snittförloppet III-III för till figuren 3, i vilken tyd- ligt tvärsnittet för de små rektangulära rören 16 framgår. Genom det stora antalet för de över dysperiferin fördelade små rören är dysstrukturen 14 invändigt och utvändigt jämn och i det närmaste idealt cirkelformig. g I fig 3 är fyra glidytor 10 på dyssidan visade, men för en- kelhetens skull endast en längssträva 3 med glidyta 12. Glidytorna 10 med sina stödytor 8 är naturligtvis endast meningsfulla där i förbindelse med Jnotglidytor 12 en kraftöverföring är möjlig, i annat fall är det bättre, att avbryta spetsstrukturen för víktsin- sparning. Glidytorna 12 kan för övrigt inte vara anordnade endast på längssträvorna 3 utan också på ringen respektive ringarna 4.Fig. 2 shows a radial partial longitudinal section in the vicinity of a longitudinal section. strive 3. The nozzle structure 14 is shown sectioned for simplicity 10 15 20 25 30 35 40 461 995 as a massive body. The cut small cooling pipes would be more accurate 16 be visible. The axial arrangement of sliding surfaces is clearly visible. 10, 12 and the end of the support structure before the largest dysdiasis meters. The sectional process III-III leads to Figure 3, in which The cross-section of the small rectangular tubes 16 is shown. Through the large number of small tubes distributed over the dysperiphery is the nozzle structure 14 internally and externally smooth and almost ideally circular. g In Fig. 3, four sliding surfaces 10 on the nozzle side are shown, but for one for the sake of simplicity only a longitudinal strut 3 with sliding surface 12. The sliding surfaces 10 with their support surfaces 8 are of course only meaningful there in connection with Jnotglid surfaces 12 a power transmission is possible, i otherwise, it is better to interrupt the tip structure for weight gain. savings. Incidentally, the sliding surfaces 12 cannot be arranged only on the longitudinal struts 3 but also on the ring and the rings 4 respectively.

Fígurerna 4, 5, 6 visar_o1ika utförda utjämningselement 5, 6 och 7. Det spetsformade utjämningselementet 5 i enlighet med fig 4 är redan känt från ovanstående förtydliganden. Enligt en jämför- bar princip arbetar utjämningsehmæntet 6 i fig 5. För kompensation av utvidgningsskilnader~ är här i axiell riktning lutade stödytor 9 anordnade, vilka är vända omväxlande mot den främre och den bak- re dysänden. Till följd av de radiella slitsarna med spänningsre- ducerande ändhål låter sig utjämningselementet framställas av en rak T-profil och relativt enkelt böjas cirkelformig. Den axielè la glidytan 11 går vid denna utföringsform genomgående runt. Lik- som utförandet i enlighet med fig 4 kan .utjämningselementet 6 en- dast överföra radiella tryckkrafter. Andra kraftöverförings- och rörelseförhållanden föreligger vid utjämningselementet 7 i fig 6.Figures 4, 5, 6 show different design equalizing elements 5, 6 and 7. The tip-shaped leveling element 5 according to Fig. 4 is already known from the above clarifications. According to a In principle, the smoothing element 6 in Fig. 5 operates for compensation of expansion differences ~ are here in axial direction inclined support surfaces 9, which face the front and the rear alternately. re dysänden. Due to the radial slots with voltage regulators producing end holes, the equalizing element can be manufactured by a straight T-profile and relatively easily bent circular. The axielè In this embodiment, the sliding surface 11 rotates continuously throughout. Like- as the embodiment according to Fig. 4, the equalizing element 6 can be transmit radial compressive forces. Other power transmission and movement conditions are present at the equalizing element 7 in Fig. 6.

Dettas tvärsnitt har forman av ett liggande U, varvid öppningen mellan de bägge skänklarna kan vara vända mot den främre eller bakre änden av expansionsdysan 13. Till följd av de många, på re- gelbundna avstånd inarbetade, radiella slitsarna med spänningsre- ducerande ändhål låter sig också denna profil böjas cirkelformig och på så sätt bli anpassad till respektive dysdiameter. Den me- delst slitsarna många gånger avbrutna, radiellt inre U-skänkeln är fast förbunden med dysstrukturen 14, den genomgående yttre U- skänkeln med längssträvorna 3 och/eller ringen respektive ringar- na, t ex genom svetsning. Därigenom kan utjämningselementet 7 också i radiell riktning överföra såväl drag-som också tryckkraf- ter. Vid axiella relativförskjutningar mellan de U-skänklarna för- 10 461 995 bundna komponenterna utför U-profilen i sig en avrullande rörelse liknande ett rullmembran, utan att några ytor glider på varandra.Its cross section has the shape of a horizontal U, the opening being between the two legs may be facing the front or rear end of the expansion nozzle 13. Due to the many, on re- gel-bound spaced, radial slits with stress-relieving ducting end holes, this profile can also be bent circularly and thus be adapted to the respective nozzle diameter. The me- partly the slits are often interrupted, radially the inner U-leg is fixedly connected to the nozzle structure 14, the continuous outer U- the leg with the longitudinal struts 3 and / or the ring and the ring na, eg by welding. Thereby, the equalizing element 7 also in the radial direction transmit both tensile and also compressive forces. ter. In the case of axial relative displacements between the U-legs, 10 461 995 bound components, the U-profile itself performs a unrolling movement similar to a roll membrane, without any surfaces sliding on each other.

Príncipiellt skulle det också vara möjligt att utforma en. radiellt yttre U-skänkeln som glidyta och endast förbinda den inre U-skän- kehlfast med dysstrukturen 14. Rörelseförhållandena skulle då va- ra liknade som vid utjämningselementen 5 och 6.In principle, it would also be possible to design one. radially the outer U-leg as a sliding surface and connect only the inner U-leg kehlfast with the nozzle structure 14. The operating conditions would then ra similar to the equalizing elements 5 and 6.

I stället för den liggande U-profilen skulle man likaså kun- na använda en liggande (2-profil. Dennas framställning skulle va- ra möjlig fenom att man - utgående från U-profilen - knäcker dess inre skänkel ungefär rätvinkligt radiellt inåt och dess yttre skänkel ungefär rätvinkligt utåt. Också ett liggande U med en ra- díellt utåt knäckt, yttre skänkel skulle vara tänkbar. Sådana va- riationer rättar sig huvudsakligen efter slaget av förbindning med närbelägna komponenter.Instead of the horizontal U-profile, one could also use a horizontal (2-profile. Its production would be possible phenomenon that you - based on the U-profile - break it inner leg approximately at right angles radially inwards and its outer leg approximately at right angles outwards. Also a horizontal U with a frame díellt outwardly broken, outer leg would be conceivable. Such va- relations are mainly based on the type of connection with nearby components.

Claims

461 995 P a t e n t k r a v

A support structure for a liquid-cooled expansion nozzle flanged at a rocket combustion chamber, which essentially consists of a plurality of adjacent, interconnected small cooling pipes, the shape of the small pipe cross-sections giving a relatively rigid nozzle structure in longitudinal and circumferential direction, in particular for an expansion nozzle produced by spiral winding and welding of rectangular small cooling pipes, characterized in that with the flange (15) on the combustion chamber side of the expansion nozzle (13) a connecting ring (2) is fixedly connected, that from the connecting ring (2) several longitudinal struts (3) distributed over the dysperiferin and adapted to the shape at a radial distance from the surface of the nozzle structure (14) arranged in the direction of the outlet nozzle end, that the longitudinal struts (3) are held together by one or more at axial distance from the connecting space. rings (4) arranged in the circumferential direction in a cage-like manner, and that between the longitudinal struts (3) and / or the ring (4) respectively The rings (4) on the one hand and the surface of the nozzle structure (14) on the other hand are provided with elastic compensating elements (5, 6, 7) for initiating support forces in the nozzle structure (14) and for compensating for temperature-related relative displacements.

Support structure according to Claim 1, characterized in that the leveling elements (5, 6) are coupled to the nozzle structure (14) and are connected to the nozzle structure (14) by means of pairs which cooperate in pairs and at an angle perpendicular to the surface of the nozzle structure (14). (5, 6) which also at the longitudinal struts (3) and / or the ring (4) and the rings (4) respectively are axial sliding surfaces (10, 11, 12) arranged j-. for the absorption of radial support forces.

Support structure according to Claim 1, characterized in that the leveling elements are fixedly connected to the nozzle structure (14) as well as to the longitudinal struts (3) and / or the ring (4) and the rings (4), respectively, and have an axial and radial direction. resilient form.

Support structure according to Claim 3, characterized in that the leveling elements (7) have a U-shaped cross section in the nozzle length direction.

The support structure according to claim 3, characterized in that the leveling element in the nozzle length drawing has a (2-shaped cross-section).

Support structure according to one or more of Claims 1 to 5, characterized in that the connecting ring (2) and the ring (4) and the rings (4), respectively, before joining the nozzle structure (14) are each divided at at least two places on without periphery.