Verfahren und Anlage zum Antrieb eines Luftfahrzeuges. Es ist bereits mehrfach vorgeschlagen worden, den Rückstoss ausströmender Gase zum Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen, zu verwenden.
Der Wirkungsgrad der bekannten derar tigen Anlagen ist aber ausserordentlich schlecht; die Anlagen arbeiten unwirtschaft lich. Insbesondere waren Raketenflugzeuge, bei denen durch Abbrennen von Explosiv stoffen die Triebwirkung erreicht werden sollte, unbrauchbar, da das Mitführen des im Explosivstoff bereits vorhandenen Verbren nungssauerstoffes neben dein eigentlichen Brennstoff eine mehrfache Gewichtserhöhung bedeutet.
Werden aber anderseits die heissen Druck gase für den Antrieb durch eine Verbren nung im Flugzeug selbst erzeugt, so muss, wenn eine nutzbare Mehrleistung über den Kompressionsaufwand hinaus erreicht wer den soll, zwischen der Kompression und Ex pansion der komprimierten Luft eine Erwär mung durch Zuführung der Verbrennungs- wärme erfolgen (Prinzip der Gleichdruck- Gasturbinen). Die heute normalen Verluste in der Kompressions- und der Expansions maschine bringen es mit sich, dass ein guter Wirkungsgrad nur denn erwartet werden kann, wenn gleichzeitig einerseits ein sehr hoher Verdichtungsdruck gewählt wird (z. B.
30 ata wie im Dieselmotor) und wenn ander seits sehr hohe Erwärmung der Luft durch die Verbrennung zwischen Kompression und Expansion erzielt wird. Die Ausnutzung dieser heissen Druckluft in einer Turbine oder auch in einer Rückstossdüse führt aber zu Material- und Kühlschwierigkeiten und ent sprechenden Verlusten.
Wollte man gleichwohl auf die genannte Weise mit gutem Wirkungsgrad die Druck gase herstellen, so würden diese mit so ho hem Druck für :die Expansion zur Verfügung stehen, dass sie bei Verwendung in einer Ex- pansionsdüse auf Ausströmgeschwindigkeiten kommen, würden, die das Vielfache der erziel ten Fluggeschwindigkeit betragen.
Der Wir- kungsgrad des Strahlantriebes. sinkt aber ganz unzulässig tief, sobald eine wesentlich höhere als etwa die doppelte Ausströmge- schwindigkeit gegenüber der Fluggesehwin- digkeit angewendet wird. Eine Übertragung der zu hohen Geschwindigkeitsenergie auf eine grössere Luftmenge aber, die zum Bei spiel in einem Ejektor beschleunigt würde, ist im Wirkungsgrad schlecht. Wird aber die Kompression nur auf entsprechend geringe Beträge getrieben und dann die Verbren nungswärme zugeführt, so ist nach obigem der Wirkungsgrad der Druekgaserzeugung wiederum schlecht.
Erfindungsgemäss sollen nun diese Schwie rigkeiten dadurch vermieden sein, dass als Treibgas das Auspuffgas einer Verbren nungskraftanlage, welche dieses Gas unter solchem Druck ausstösst, dass sich bei Ex pansion auf Aussendruck eine gegenüber der Fluggeschwindigkeit wenigstens annähernd nur doppelte Ausströmgeschwindigkeit ergibt, vermischt mit verdichteter Luft verwendet wird.
Die Anlage gemäss der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass von einem mit einer Verbrennungsmaschine zusammenarbeitender Verdichter Druckluft erzeugt wird, welche hierauf teilweise den Rückstossdüsen und teil weise der Verbrennungsmaschine zugeführt wird, deren Arbeitsprozess zwecks wirtschaft licher Erzeugung der Druckluft auf höher als 30 at liegende Verdichtungsdrücke führt, und wobei die Auspuffgase dieser Verbren nungsmaschine den Rückstossdüsen ebenfalls zugeführt werden.
Zweckmässig wird die Vorverdichtung zu nächst nur auf den für den Strahlantrieb günstigen, verhältnismässig geringen Druck getrieben, worauf aber die Luft einem mit diesem Druck aufgeladenen Verbrennungs motor zur weiteren Verdichtung übergeben wird, wobei auch der Auspuffgegendruck dieses Motors höchstens um einen für den Durchtritt der Gase durch den Motor nötigen Druckabfall geringer ist als der Vorverdich tungsdruck und wobei die ganze verfügbare Motorleistung im wesentlichen nur zur Vor- verdichtung Verwendung findet. Die unter Druck austretenden heissen Auspuffgase wer den dann den Rückstossdüsen zugeführt.
Man erreicht dadurch gleichzeitig den guten Wir kungsgrad der Drueklufterzeugung entspre chend der hohen Kompression im Motor und ferner den guten Wirkungsgrad des Strahl antriebes entsprechend dem geringen Druck gefälle in den Rückstossdüsen.
Die Anlage kann auch so ausgeführt sein. dass zunächst die Luft durch ein Turboge bläse zum Beispiel auf den Strahlantriebsdruck vorverdichtet wird, worauf von einem vom Motor angetriebenen Kolbenverdichter weiter (zum Beispiel auf das 4- bis 8fache des Au ssendruckes) verdichtet und so dem Motor zu geführt wird. Die ganze Motorleistung kann in der Hauptsache zum Beispiel für diese zweite Verdichtung verwendet werden. Die aus dem Motor austretenden Druckgase wer den zunächst in einer Turbine bis auf den Rückstossdruck verarbeitet, wobei die Tur- binenleistung zum Beispiel zur Erzeugung der ersten Verdichtung im Turbogebläse ver wendet wird.
Dem Turbogebläse kann dabei unter Rückstossdruck eine gewisse Luftmenge abgezapft werden, die unmittelbar zu den Rücks.tossdüsen geleitet wird und die sich vor dem Austritt mit den Druckgasen der Tur bine vermischen kann.
In der beiliegenden Zeichnung sind in den Fig. 1 bis 6 einige beispielsweise Ausfüh- ringsformen des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
In Fig.1 ist eine ein- oder mehrzylindrige Kolbenmaschine im Schnitt gezeigt, bei der der Kolben 1 der Verbrennungsmaschine 2 ,starr mit dem Kolben 3 des Kompressors 4 verbunden ist. Durch geeignete Ausbildung der Kompresso@rzylinder und Steuerung des Motors ist es hierbei möglich, einen Arbeits- ausgleich für jeden einzelnen Hub zu errei chen.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung ist der Kompressor 4 doppelt wirkend, wes halb an beiden Enden Gruppen von Ventilen 5 angeordnet sind. Durch diese Ventile. 5 kommt. das vorkomprimierte Gas durch die Leitungen 6 teilweise in den Zylinder der Verbrennungsmaschine 2, teilweise durch die Leitung 7 in die zu den Rückstossdüsen füh renden Kanäle. Die Brennstoffeinspritzdüse ist mit 8 bezeichnet.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eben falls im Schnitt dargestellt, bei der die Kol ben in bekannter Weise gegeneinander laufen. Ansaugen und Ausstossen sowie etwaige Spü lung erfolgt durch die Schlitze 9 und 10. Auch bei dieser Ausführung sind die Kolben 1 der Verbrennungsmaschine 2 mit den Kol- ben 3 des Kompressors starr verbunden, und der Kompressor 4 ist doppelt wirkend. Die Anordnung der Ventile 5 und Kanäle 7 ist gleich wie bei der Ausführung nach Fig. 1.
Die Spülung kann bei dieser Maschine äusserst wirksam gestaltet werden, da durch die Schlitze 9 die verdichtete Luft ein- und durch die Schlitze 10 ausströmen kann. Die Pfeile deuten den Weg der Gase und der komprimierten Luft an. Im einzelnen ist der Vorgang wie folgt: Der Kolbenkompressor der Antriebsanlage s liefert seine verdichtete Luft, die in genügen der Menge hergestellt wird, teils zur Spülung und Aufladung des Motorzylinders, wobei ein Teil dieser Luft entsprechend erwärmt und mit den Auspuffgasen des mit einem Verdichtungsdruck von über 30 at arbeiten den Motors vermischt zur Rückstossdüse ge leitet wird, teils unmittelbar in die Leitung zur Rückstossdüse.
Beide Teilmengen vermi schen sich, bevor sie zur Rückstossdüse ge langen, und erhalten damit gleichen Gesamt druck und annähernd gleiche Temperatur, derart, dass die Ausströmgeschwindigkeit gleich der doppelten Fluggeschwindigkeit ist. Die Trennung der verdichteten Luft auf beide eben charakterisierten Teile kann kon struktiv zum Beispiel so erfolgen, dass ein Zylinder des Kompressors als Spülstufe ver wendet wird, dagegen der andere als reiner Drucklufterzeuger für den Antrieb. Ausser- d dem spart man für, diese zweite Teilmenge den Druckabfall bei der Spülung.
Die Ver mischung von beiden Teilmengen kann auch in einem besonders dazu vorgesehenen Ge- häuseteil des Motors erfolgen, wobei in die sem gemeinsamen Gehäuseteil der Ausgleich des Druckes und der Temperatur stattfindet. Ein Teil der für die Spülung des Zylinders vorgesehenen. Luft kann auch zur Kühlung des Zylinders abgezapft werden, wobei diese Luft ausserhalb des Motorzylinders direkt (ohne in den Zylinder einzudringen) zum Auspuff strömt, um dann mit den andern Luftteilen vermischt zu werden.
In Fig. 2 ist in der Mitte des Zylinders eine Wand 11 dargestellt, die direkt am Zy- linder eine Öffnung 12 besitzt, durch,die die zur Kühlung dienende, am Zylinder vorbei streichende Luft, das heisst also, der Teil der Druckluft, der nicht durch die Schlitze 9 in den Zylinder eingetreten ist, von dem Raum 13 in den Raum 14 gelangen kann.
Im Raum 14 wird dieser Teil der Druckluft wieder mit der aus den Schlitzen 10 austretenden Druck- luft und den Auspuffgasen vermischt und in die Sammelleitung 16 geführt.
In der Anlage nach Fig. 2 kann der dar- gestellte Motor ohne Schwierigkeit durch einen Freikolbenmotor ersetzt sein, dessen Kolben unter Wegfall des, Kurbeltriebes ebenfalls mit den Kolben des Kompressors kombiniert bezw. verbunden sind. Infolge der Ähnlichkeit einer solchen Anlage mit der in Fig. 2 gezeigten, wurde auf eine besondere Darstellung verzichtet.
Der grosse Vorteil der beschriebenen An triebsanlage soll auch darin bestehen, dass zwar mehrere Motor-Kompressorgeneratoren als Kraftmaschinen verwendet werden, je doch nicht alle ständig im Betrieb zu stehen brauchen und ein bezw. mehrere von diesen Generatoren als Reservekraftquellen dienen können, wobei sie durch eine Abschlussklappe 17 (Fig. 3) von der Sammelleitung abge trennt werden können.
In Fig. 3 ist eine solche Anlage mit meh reren Einheiten 15 gezeigt, die alle mit einem Sammelrohr 16 in Verbindung stehen, in wel chem siowohl die Auspuffgase wie auch die verdichtete, zur Spülung und Kühlung ver wendete oder auch die nur verdichtete Luft gesammelt wind. Im Falle, dass nun nicht alle Einheiten arbeiten, also etwa bei Teillastbetrieb, muss der Druck des Rückstossmediums reguliert werden.
Diese Regulierung kann zum Bei spiel so erfolgen, dass die Durchlassquer- sehnitte der Rüekstossdüsen in Abhängigkeit vom Druck der Rückstossgase verändert wer den, oder dass eine oder mehrere Rückstoss düsen je nach Bedarf ganz geschlossen oder ganz geöffnet werden.
Als Regulator kommt zum Beispiel ein Ventil 18 mit einer in der Austrittsmündung axial verschiebbaren Dü sennadel 19 mit Entlastungskolben in Frage, wobei je nach dem im Sammelrohr 16 der sämtlichen Generatoren herrschenden Druck der Entlastungskolben des Ventils gegen eine Feder 20 verstellt wird und so den Durch- lassquersehnitt verändert. Die Vorspannung dieser Feder 20 kann im Betrieb verändert werden.
Die Tatsache, dass die das Sammelrohr durchströmenden Rückstossgase für die wei tere Verbrennung des Brennstoffes genügende Mengen Sauerstoff enthalten und da ferner die Temperatur dieser Gase relativ niedrig (Grössenordnung rund 200 C) ist, erlaubt, in diesen Gasen zusätzlich weiteren Brenn stoff zu verbrennen, um zusätzliche Leistung zu erhalten, dies zwar mit schlechtem Wir kungsgrad, jedoch aber wichtig in allen Fäl len, wo sonst die Überlastung des Motors in Frage kommt (Start, Aufstieg, Erhöhung der Geschwindigkeit etc.).
Die Brennkammern für diese zusätzliche Verbrennung des Brenn stoffes können zum Teil im Sammelrohr 16 vor dem engsten Querschnitt der Rückstoss düsen als Kammern 21 und zum Teil in spe ziell für diese Zwecke vorgesehenen Brenn- kammern 22 nach den Regulierorganen an geordnet sein, um letztere vor den hohen Temperaturen zu schützen.
Dabei ist eine Brennstoffeinspritzdüse 23 vorgesehen, sowie Zündkörper 24, da eine Selbstzündung nicht mehr in Frage kommt.
Das Sammelrohr 16 selbst kann, wie in Fig. 4 gezeigt, um eine Gewichtsersparnis des Flugzeuges zu erzielen, als Tragkonstruk tionsteil für die Flügel oder als Versteifungs- konstruktionsteil der Zelle ausgebildet sein. Der Vorteil einer solchen Ausbildung liegt bei Anordnung vorn in den Flügeln darin, dass die Vereisungsgefahr damit wirksam ver mieden wird, da die normalen Wärmeverluste des Sammelrohres vollauf genügen, die Ver eisung von Flügeln und Zelle zu vermeiden.
Die Rückstossdüsen 25 selber können nach Fix. 5 neben ihrem eigentlichen Hauptzweck, nämlich dem Ausstoss von Treibgasen zur Förderung des Flugzeuges, auch erfüllen. Durch Einbau von verstell baren Richtungsplatten 26 kann ein Steuer effekt erzielt werden. Steuereffekte können aber auch durch Schliessen und Öffnen ein- zelner Düsengruppen oder durch Richten,der ganzen Düsen erreicht werden.
So können beispielsweise nach unten gerichtete Düsen gruppen vorgesehen sein, die einen Auftriebs effekt beim Landen oder raschen Aufsteigen bewirken.
In der Fig. 6 ist schliesslich eine schema tische Darstellung einer Anlage mit Turbo gebläse gegeben.
Die Einheit 15, bestehend aus einem mit einer Verbrennungsmaschine kombinierten Kompressor, steht mit einem Turbogebläse 27 in Verbindung, welches wiederum auf glei cher Welle mit einer Abgasturbine 28 läuft. Die Arbeitsweise dieser Anlage ist folgende: Das Turbogebläse 27 komprimiert Luft vor und gibt einen Teil dieser Luft an die Einheit 15 weiter, wo sie in der beschriebenen Weise verarbeitet. wird. Es wird ferner ein Teil dieser verdichteten Luft durch die Lei tung 29 direkt den Düsenkanälen zugeführt.
Die aus der Einheit. 15 austretenden Gase werden in der Abgasturbine 28 bis auf den notwendigen niedrigen Druck für die Rüek- stossdüsen verarbeitet und werden dann noch anschliessend mit der nicht. der Einheit zu geführten, dem Gebläse abgezapften Luft menge vermischt und dem Sammelrohr 16 zu geführt. Die Leistung .der Abgasturbine 28 genügt dabei vollauf für den Antrieb des Turbogebläses 27.
Es liegt im Wesen der Erfindung, dass,die angegebenen Ausführungsbeispiele den Er- findungsgedanken nicht erschöpfen. Viel mehr lassen sich leicht weitere Möglichkeiten in der Anordnung der einzelnen Aggregate angeben, ohne dass der Erfindungsgedanke verlassen wird.