<Desc/Clms Page number 1>
Vorrichtung zur Verhinderung des Abreissens der Strömung in einer Düse mit einem Diffusor
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Die zweitgenannten Düsen benötigen zum Absaugen der Grenzschicht eine Saugpumpe mit Antriebskraft, die beide zusätzliches Gewicht und Kraft- bzw. Brennstoffverbrauch bedingen, was unter Umständen die praktische Verwendung solcher Düsen in Frage stellt, wenn es sich z. B. um düsengetriebene Geschosse, Raketen od. ähnl. Flugkörper handelt.
Die aufgezeigten Nachteile können vermieden werden, indem an Stelle der Teil-Druckdifferenzen zwischen den Zonen höchsten Druckes und solcher geringeren Druckes, die maximal mögliche Druckdifferenz in einer stark erweiterten bzw. stark verlängerten Düse, die zwischen den Ablösungszonen (Ab-
EMI2.1
zum Absaugen der Grenzschicht herangezogen wird.
Dabei sind erfindungsgemäss sämtliche in den Ab- lösungszonen des Diffusors angeordneten Absaugöffnungen durch einen gemeinsamen Absaugraum ausserhalb des Diffusors mit der Zone des niedrigsten Druckes im Düsenhals über darin angebrachte Ansaugöffnungen verbunden, wobei die Querschnitte der Ansaugöffnungen im Düsenhalsveränderbar sind, so dass der Differenz- druckan denAbsaugöffnungen des Diffusors zwischenNull und seinem Maximum einstellbar ist, und dass ein verschiebbarer bzw. verdrehbarer Steuerring am Düsenhals angeordnet ist, der zur Veränderung des Querschnittes der Öffnungen im Düsenhals mit einem Stellorgan verbunden ist, das auf die Druckänderungen eines Höhengebers anspricht, so dass die Ablösungsgrenze im Bereich des Diffusorrandes stationär bleibt.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen Fig. 1 den Strömungsunterschied in einem erweiterten Diffusor, mit und ohne Absaugung der Grenzschicht, Fig. 2 eine erweiterte Düse mit gemeinsamem Absaugraum, Fig. 3 eine erweiterte Düse mit gemeinsamem Absaugraum und vollem Steuerring, und Fig. 4 eine erweiterte Düse mit gemeinsamem Absaugraum und einem mit Öffnungen versehenen Steuerring mit Stellorgan und Höhengeber.
Die in Fig. 1 abgebildete, stark erweiterte Düse soll den Unterschied im Anliegen der Strömung ver-
EMI2.2
in der zweiten Düse (untere Hälfte der Zeichnung) die Ablösungsgrenze sich stark stromaufwärts verschoben hat, z. B. bis zum Punkt a, und dass vom Diffusorrand her Umgebungsmedium in den Diffusor eindringt und die Strömung einengt, wobei heftige Wirbel b auftreten, die auf den Vortrieb bremsend einwirken. In der oberen Hälfte der Zeichnung ist der Absaugvorgang für die Grenzschicht dargestellt. Durch Absaugöffnungen 3 im Bereiche der Ablösestelle a der Diffusorwand 2 wird die Grenzschicht infolge der Druckdifferenz abgesaugt und zu den Öffnungen 4 im Düsenhals 1 geführt, wo sie in die Geschwindigkeitszone (Zone des niedrigsten Druckes der Düse) la eingesaugt und mitgerissen wird. Durch Absaugen der Grenzschicht z.
B. bei a werden frische, energiereiche Mediumteilchen aus der Hauptströmung an die Diffusorwand gebracht, wodurch die Strömung vom Punkt a - C zum Anliegen kommt und ihren Druck auf die Kegelfläche ausübt.
Fig. 2 zeigt schematisch im Schnitt eine auf einen Öffnungswinkel von beispielsweise Cl = 300 erweiterte Düse, die mit einem sowohl den Diffusor 2 als auch den Düsenhals 1 konzentrisch umgebenden, gemeinsamen Absaugraum 6 versehen ist, in welchen alle Absaugöffnungen 3 des Diffusors 2 und 4 des Düsenhalses 1 münden. Intolge des Druckunterschiedes zwischen den Ablösungszonen a, b einerseits und der Geschwindigkeitszone la anderseits, entsteht eine Potentialströmung ausgehend von den Öffnungen 3 im Diffusor 2, zu den Öffnungen 4 im Düsenhals hin, die bewirkt, dass die ermüdeten Teilchen der Grenzschicht abgesaugt und in den Düsenhals mitgerissen werden, wodurch die Strömung an der Diffusorwand 2 zum Anliegen kommt.
Die Strömung, die ursprünglich, wie in Fig. 1 in der unteren Hälfte gezeigt, in Punkt a zur Ablösung kommt, wird durch Absaugen der Grenzschicht durch die Öffnungen 3, die in dieser Zone angeordnet werden, wieder zum Anliegen gebracht, wodurch der Ablösepunkt weiter stromabwärts verschoben wird. Werden nun an der neuen Ablösestelle wieder Absaugöffnungen angebracht, (die zweite Reihe) so kann die Strömung neuerlich, u. zw. bis zum Diffusorrand zum Anliegen gebracht werden.
Die in Fig. 3 gezeigte weitere Ausführungsform einer erweiterten Düse mit gemeinsamem Absaugraum 6 für die Absaugöffnungen 3 des Diffusors 2, und der Öffnungen 4 im Düsenhals 1, auf welchem ein verschiebbarer Steuerring 7 sitzt, bietet die Möglichkeit, durch Verschieben dieses Steuerringes den Querschnitt der Öfinungen 4 im Düsenhals 1 zu verändern und dadurch den Differenzdruck an den Absaugzonen der Öffnungen 3 des Diffusors 2 zwischen Null und seinem Maximum einzustellen, was mit Bezug auf den beispielsweise ver-
EMI2.3
die Ablösungsgrenze möglichst nahe des Diffusorrandes zu halten. Hiedurch wird ein Maximum an Schubkraft sowohl beim Start, als auch während des Fluges durch Medien verschiedener oder wechselnder Dichte erreicht.
Um dieses Maximum oder Optimum an Schubkraft zu erreichen und auf konstanter Höhe zu halten ist es notwendig, dass das Anliegen der Strömung an der Diffusorwand vom barometrischen bzw.
<Desc/Clms Page number 3>
hydrostatischen Gegendruck gesteuert wird. Zu diesem Zwecke ist, wie in Fig. 4 beispielsweise dargestellt, ein Höhengeber 8 (Aneroiddose od. ähnl.) mit Potentiometer als Druckgeber vorgesehen, der die Druckänderungen an ein Stellorgan 9, beispielsweise Stellmotor, übermittelt, welches z. B. einen mit Öffnungen 4a versehenen Steuerring 7 über die Öffnungen 4 im Düsenhals 1 verschiebt und so deren Querschnitt verändert, womit die Druckdifferenz auf einem dem Umgebungsdruck entsprechenden Wert eingestellt wird, so dass die Ablösungsgrenze im Bereich des Diffusorrandes stationär bleibt.
Bei abnehmendem Gegendruck und, beispielsweise bei gleichbleibender maximaler Druckdifferenz, würde die Ablösungsgrenze ausserhalb der Düse liegen und der Gasstrom sich seitlich verbreitern, was einem Schubenergieverlust gleichkäme. Durch das Einwirken des Höhengebers 8 wird der Querschnitt der Öffnungen 4 soweit verkleinert, dass sich der Differenzdruck nur soweit aufbaut, als zum Halten der Ablösungsgrenze am Rande des Diffusors notwendig ist. Bei steigendem Gegendruck setzt die entgegengesetzte Regelwirkung ein.
EMI3.1
erfindungsgemässen Vorrichtungen zur Verhinderung des Abreissens der StrömungDiffusor stellen Ausführungsbeispiele dar, die sich auf alle Düsen und Diffusoren, z. B. Schub- und Expan- sionsdüsen an Flugzeugen, Raketen, Unterwasserschubdüsen, anwenden lassen, wo es auf erweiterte Strömung ankommt, z.
B. auch bei der Einlauftrompete an Wasserkraftwerken und Wasserturbinen, da hier die Grenzschicht ebenfalls abgesaugt und dadurch eine Wirbelbildung verhindert werden kann. Des weiteren bei Wassersprühdüsen und an Diffusoren von Ventilatoren, sowie zur Dämpfung von Auspuffgeräuschen von Verbrennungskraftmaschinen, da durch die Absaugöffnungen bei intermittierender Gasströmung eine geräuschdämpfende Schall-Interferenz auftritt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Verhinderung des Abreissens der Strömung in einer Düse mit einem Diffusor durch Absaugen der Grenzschicht mittels in der Düsenwandung vorgesehener Absaugöffnungen, von denen diejenigen verschiedenen Druckes jeweils miteinander in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche in den Ablösungszonen (a, b) des Diffusors (2) angeordneten Absaugöffnungen (3) durch einen gemeinsamen Absaugraum (6) ausserhalb des Diffusors mit der Zone des niedrigsten Druckes im Düsenhals
EMI3.2