CH243957A - Rückstossantrieb für Fahrzeuge, insbesondere Flugzeuge. - Google Patents

Description

      Rückstossantrieb    für Fahrzeuge, insbesondere     Flugzeuge.       Die     Erfindung        betrifft    einen     Rückstossan-          trieb    für Fahrzeuge, insbesondere Flugzeuge,  bei welchem aus der Umgebung angesaugte  Luft verdichtet wird, um anschliessend     durch     mindestens eine Düse in die Umgebung aus  zuströmen.  



  Bei einem bekannten     Rückstossantrieb     dieser Art durchströmt die gesamte Luft  menge, welche angesaugt wird, sowohl ein  Turbogebläse als auch eine     Turbine.    Um  dabei für den Antrieb einen guten thermischen  Wirkungsgrad zu erhalten, muss bekanntlich  das Druckverhältnis des Gebläses gross ge  wählt werden. Dies hat aber     zur    Folge, dass  die Geschwindigkeit der aus der Ausstossdüse  strömenden Gase gross und der     Strahlwir-          kungsgrad    infolgedessen     schlecht    ist.

   Will  man anderseits mit einem guten     Strahlwir-          kungsgrad    arbeiten, so kann     dies    nur auf  Kosten des thermischen Wirkungsgrades des  Antriebes erzielt werden. Da aber dessen Ge  samtwirkungsgrad bekanntlich gleich dem  Produkt aus thermischem Wirkungsgrad und       Strahlwirkungsgrad    ist, so ist     dieses    Produkt    bisher erheblich unter dem Wert geblieben,  der sich theoretisch erreichen lassen sollte.  



  Ferner ist ein     Rückstossantrieb    bekannt,  bei dem eine in einen Düsenkörper eintre  tende grosse     Fahrtwindmenge    von einem Ver  dichter erfasst und nach erfolgter Verdichtung  in zwei Teilströme     unterteilt    wird, von denen  der eine durch eine Düse austritt und der  andere in einem weiteren Verdichter weiter  verdichtet     wird.    Nach einem Vorschlage wird  dieser zweite Teilstrom, nachdem er durch  Einführen von Brennstoff brennfähig gemacht  und in ein Treibgemisch umgewandelt worden  ist, in einer Turbine, welche den zweitge  nannten Verdichter antreibt, entspannt.

   Die  Abgase dieser Turbine gelangen in eine Ab  gasturbine, welche den die einströmende Fahrt  windmenge erfassenden     Verdichter    antreibt,  um sich schliesslich mit dem andern Teilstrom  zum Treibstrahl zu vereinigen. Nach einem  andern Vorschlag wird der zweite Teilstrom,  nachdem er auf höheren Druck gebracht  worden ist, seinerseits unterteilt, wobei der  eine dieser Teile von     eineue    Kolbenmotor an-      gesaugt wird, welcher den den zweiten Teil  strom verdichtenden     Verdichter    antreibt, und  der andere Teil als Treibmittel für eine Ab  gasturbine dient, welche den die Fahrtwind  menge erfassenden Verdichter antreibt und  in die auch die Abgase jenes Motors ge  langen.

   Dabei geben die Abgase dieser Ab  gasturbine ihren Energierest in einer     Aus-          strömdüse    ab. Diesen Vorschlägen haftet der  Nachteil an, dass für den Antrieb der zwei  vorhandenen Verdichter zwei Turbinen     bezw.     eine Turbine und ein Verbrennungsmotor vor  gesehen sind. Das bedeutet nicht nur zusätz  liches Gewicht, sondern bedingt auch eine  kompliziertere und mehr Raum beanspruchende  Anlage, da zusätzliche Kanäle, Leitungen und  häufig auch Getriebe eingeschaltet sind.  



       Uin    die erwähnten Nachteile zu beheben  und gleichwohl einen     Rückstossantrieb    zu  erhalten, der mit gutem Gesamtwirkungs  grad arbeitet, zeichnet sich der Rückstoss  antrieb gemäss der Erfindung dadurch aus,  dass     ein    Teil der angesaugten Luftmenge nach  erfolgter Verdichtung erwärmt wird und hier  auf     in    einer Turbine expandiert, welche die  Leistung sowohl zur Verdichtung dieser Luft  menge als auch zur Verdichtung des übrigen,  unter Umgehung der Turbine in die Umge  bung ausströmenden Teils der total angesaug  ten Luftmenge abgibt.

   Gerade für Flugzeuge,  wo geringes Gewicht und einfacher Aufbau  des Triebwerkes von grosser Bedeutung sind,  bietet ein solcher     Rückstossantrieb    besondere  Vorteile, da nur eine Turbine vorgesehen ist,  welche die gesamte Wellenleistung der An  lage abgibt. Dies ermöglicht nicht nur einen  einfacheren und leichteren Aufbau, sondern  die axiale     Durchtrittsgeschwindigkeit    kann  gesteigert werden, da ein Teil der Luft vor  der Turbine abgezweigt wird: Das ermöglicht  aber, die Abmessungen des     Rückstossantriebes     zu verkleinern.  



  Auf der beiliegenden Zeichnung sind ver  schiedene Ausführungsformen des Erfindungs  gegenstandes in vereinfachter Darstellungs  weise veranschaulicht, und zwar zeigt:       Fig.    1 einen axialen Längsschnitt durch  einen     Rückstossantrieb,    bei welchem einem    die Turbine umgehenden Teilstrom Wärme bei       praktisch    konstantem Volumen zugeführt wird,       Fig.    2 einen axialen Längsschnitt durch  eine Ausführungsform, bei welcher ein die  Turbine umgehender Teilstrom durch die Ab  gase der Turbine erhitzt wird, und       Fig.3    einen Längsschnitt durch     einen          Rückstossantrieb,

      bei welchem der die Turbine  durchgehende Teilstrom in dieser auf den  Druck. der Umgebung expandiert und die  Abgase alsdann einen     Wärmeaustauscher     durchströmen, in welchem sie     ZÄTärme    an den  andern Teilstrom abgeben.  



  In     Fig.    l bezeichnet 1 den     Lufteinlass-          kanal    eines     Rückstossantriebes    für ein Flug  zeug, das sich in Richtung des Pfeils A fort  bewegt. Ferner bezeichnet 2 den Nieder  druck- und 3 den mehrstufigen Hochdruck  teil eines Turbogebläses. Beim Fliegen strömt  die Luft diesem Gebläse durch den Kanal 1  zu, der als     Diffusor    ausgebildet ist, so dass  darin ein Teil der kinetischen Energie der  Luft in Druck umgewandelt und der     Gebläse-          niederdruchteil    mit verminderter Geschwin  digkeit durchströmt wird, wobei eine schwache  Weiterverdichtung erfolgt. Alsdann wird die  ser Luftstrom mit.

   Hilfe mindestens einer  verstellbaren Klappe 4 in zwei Teilströme  unterteilt, und zwar in einen dem Gewicht  nach kleineren, innern Teilstrom und in einen  grösseren, äussern Teilstrom. Der kleinere  Teilstrom wird im     Gehäusehochdruckteil    3  nochmals verdichtet, und zwar auf den am  Eintritt in eine Turbine 5 gewünschten Druck.  Zwischen dem     Gebläsehochdruckteil    3 und  der Turbine S wird diesem Teilstrom in einer       Brennkammer    6 bei praktisch konstantem  Druck dadurch Wärme zugeführt, dass in  denselben durch Vorrichtungen 6' Brennstoff  eingespritzt und das Gemisch hierauf in der       Kammer    6 verbrannt wird.

   Die so erzeugten  Treibgase expandieren in der Turbine 5 auf  den Druck der Umgebung, in die sie durch  eine Düse 13 ausströmen. Die Menge der  durch den Hochdruckteil 3 des Gebläses und  die Turbine     "o    gehenden Luft ist so bemessen,  dass die Turbine 5 die Leistung sowohl zur  Verdichtung der Luftmenge, welche für diese      Turbine bestimmt ist, als auch zur Verdich  tung des übrigen, unter Umgehung der Tur  bine 5 in die Umgebung ausströmenden Teils  der total angesaugten     Luftmenge    abgibt.

    Dieser grössere Teil der durch den Kanal 1  angesaugten Luftmenge gelangt nach     einer     verhältnismässig schwachen Verdichtung im       Niederdruckteil    2 als äusserer, ringförmiger  Teilstrom durch     Rückschlagventile    7 in eine  in nicht gezeigter Weise in eine Anzahl von       Teilkammern    unterteilte Brennkammer B. In  diese wird zwecks Erhitzung des     betreffenden     Teilstromes durch Vorrichtungen 8' Brenn  stoff eingespritzt. Die in den verschiedenen  Teilkammern sich bildenden     Luft-Brennstoff-          gemische    werden zu verschiedenen Zeitpunkten  zur Verbrennung gebracht.

   Die Erhitzung der  Luft erfolgt in diesen     Teilkammern    8 \ bei  praktisch konstantem Volumen, wobei der  Druck proportional der erreichten Temperatur  ansteigt. Der Austritt der Treibgase aus den  Teilkammern der Brennkammer 8 wird von  Ventilen 9 beherrscht, die von Druckfedern  10 so lange gegen ihren Sitz gepresst werden,       i    bis der Druck in der zugeordneten Teilkammer  einen im voraus festgesetzten Wert über  schreitet. Sobald dies der Fall ist, gelangen  die Gase aus der     betreffenden        Teillmmmer    in  eine nachfolgende Düse 11, in welcher der  Gasdruck in eine hohe Geschwindigkeit um  gesetzt wird.

   Die verschiedenen Düsen 11  münden in einen gemeinsamen ringförmigen  Sammler 12,     durch    den die Folgen des stoss  weisen Ausströmens der Gase aus den Teil  kammern der Brennkammer 8 ausgeglichen  und     zusammenhängend    damit bessere Strö  mungsverhältnisse für den nachfolgenden Aus  stoss des ringförmigen Strahls in die Umge  bung geschaffen werden. An den Sammler 12  schliesst sich eine Ausstossdüse 14 an, die in die  Umgebung mündet. Die beschriebenen verschie  denen Teile sind von einem strömungstechnisch  günstig ausgebildeten Mantel 15 umgeben.  



  Die in     Fig.    2 gezeigte Ausführungsform  unterscheidet sich von der in     Fig,    1 gezeigten  vor allem dadurch, dass der im Hochdruckteil  17 des Turbogebläses noch weiterverdichtete  Teilstrom in der     Turbine    - 18 nicht auf den    Druck der Umgebung, sondern nur bis auf  den nach dem     Gebläseniederdruckteil    16 herr  schenden Druck     entspannt        wird,    indem die  Abgase der Turbine 18 durch einen ring  förmigen Kanal 19 nach einer Stelle 20 rück  geführt werden, wo sie sich unter Wärme  abgabe bei konstantem Druck mit dem Teil  strom mischen,

   der     nur    durch den Nieder  druckteil 16 des Turbogebläses hindurchge  gangen ist und die Turbine 18 umgeht. Es  erfolgt also hier die Erhitzung des Nieder  druckteilstromes durch die Abgase der Tur  bine 18. Da unter Umständen eine solche  Erhitzung nicht genügen kann, so kann die  sem Teilstrom mit Hilfe von Vorrichtungen  21 zusätzlich Brennstoff zugeführt werden.  



  In     Fig.    3 ist     schliesslich    eine Ausführungs  form gezeigt, bei welcher die Abwärme der  in einer Turbine 22 entspannten Treibgase  indirekt mit     Hilfe    eines     Wärmeaustauschers     23 an den die     Turbine    22 umgehenden Teil  strom abgegeben     wird,    d. h. an den Teil  strom, der nur durch den N     iederdruckteil    24,  nicht aber auch durch den Hochdruckteil 25  eines Turbogebläses hindurchgegangen ist.  Diese Bauart bietet den Vorteil, dass sich die  Gase in der Turbine 22 bis auf den Druck  der Umgebung     entspannen    lassen.

   In den die       Vortriebsleistung    erzeugenden Teilstrom kann  durch Vorrichtungen 26 zusätzlicher Brenn  stoff eingespritzt werden.  



  Auch bei den Ausführungsformen nach       Fig.    2 und 3 gibt die Turbine 18     bezw.    22  die Leistung sowohl zur Verdichtung der sie  durchströmenden Luftmenge als auch zur  Verdichtung des übrigen Teils der total an  gesaugten Luftmenge, d.     h.    des die Turbine  18     bezw.    22 umgehenden Teilstromes, ab.  



  Bei den beschriebenen     Rückstossantrieben     lässt sich durch Einspritzen von zusätzlichem  Brennstoff in den die     Vortriebsleistung    er  zeugenden, die Turbine umgehenden Teil  strom die Austrittsgeschwindigkeit des Strahls  und damit die     Vortriebsleistung    über den  normalen Wert erhöhen, allerdings unter  gleichzeitiger Einbusse an     Wirkungsgrad.     Diese     Möglichkeit    einer starken Z     berlast-          barkeit    erlaubt, die beschriebenen Rückstoss-      antriebe zu     unterdimensionieren    und damit  eine namentlich     für    Flugzeuge erwünschte  Gewichtsersparnis zu erzielen.  



  Die beschriebenen Bauarten bieten auch  den Vorteil, dass sich die Drehzahl von Tur  bine und Turbogebläse dadurch in einfacher  Weise regeln lässt, dass mit Hilfe verstellbarer  Regulierklappen der durch diese Maschinen  strömende Gewichtsanteil an Luft in bezug auf  den des Teilstromes, welcher zur Erzeugung der       Vortriebsleistung    dient, geändert wird. Durch  entsprechende Einstellung der Regulierklappen  lässt sich in der Turbine eine erhöhte Leistung  erzeugen und damit eine Überlastung des R.ück  stossantriebes erreichen. Es ergibt sich dann hin  sichtlich des ausgestossenen Strahls eine grössere       Austrittsgeschwindigkeit    wegen des höheren  Druckes; dafür ist aber ein schlechterer     Strahl-          wirkungsgrad    in Kauf zu nehmen.

    



  Um eine Anpassung an die verschiedenen       Fluggeschwindigkeiten    zu erreichen, ist es  zweckmässig, wenigstens die     Schaufeln    des       Gebläseniederdruckteils,    der für gewöhnlich  eine oder höchstens nur wenige Stufen auf  weist, verstellbar auszubilden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Rückstossantrieb für Fahrzeuge, insbeson dere Flugzeuge, bei welchem aus der Um gebung angesaugte Luft verdichtet wird, um anschliessend durch mindestens eine Düse in die Umgebung auszuströmen, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Teil der angesaugten Luft menge nach erfolgter Verdichtung erwärmt wird und hierauf in einer Turbine expandiert, welche die Leistung sowohl zur Verdichtung dieser Luftmenge als auch zur Verdichtung des übrigen, unter Umgehung der Turbine in die Umgebung ausströmenden Teils der total an gesaugten Luftmenge abgibt.

   UNTERANSPRüCHE 1. Rückstossantrieb nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch Mittel, durch die sich dem Teilstrom, welcher unter Umgehung der Turbine in die Umgebung gelangt, nach dessen Verdichtung Wärme zuführen lässt. 2. Rückstossantrieb nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Vorkehren getroffen sind, damit die Zu fuhr der Wärme in den die Turbine umgehen den Teilstrom bei konstantem Volumen erfolgt. 3. Rückstossantrieb nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Vorkehren getroffen sind, damit die Zu fuhr der Wärme in den die Turbine umge henden Teilstrom bei konstantem Druckerfolgt.

   4. Rückstossantrieb nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Vorkehren getroffen sind, damit die Er wärmung des unter -Umgehung der Turbine in die Umgebung gelangenden Teilstromes durch Abgase der Turbine erfolgt. 5. R.ückstossantrieb nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche in den unter Umgehung der Turbine in die Umgebung gelangenden Teil strom zusätzlicher Brennstoff eingespritzt wird.

   6. R.ückstossantrieb nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, da.ss der durch die Turbine gehende Teilstrom in dieser auf den Druck der Umgebung expandiert und die Abgase alsdann einen Wärmeaustauscher zur Abgabe von Wärme an den unter U ngehung der Tur bine in die Umgebung gelangenden Teilstrom durchströmen. 7. Rückstossantrieb nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 4 und 6, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche in den unter Umgehung der Turbine in die Umgebung gelangenden Teil strom zusätzlicher Brennstoff eingespritzt wird.

   B. Rückstossantrieb nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich mit Hilfe einstellbarer Regelorgane die Gewichtsmengen der zwei Teilströme in bezug aufeinander verändern lassen. 9. Rückstossantrieb nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die zur Verdichtung des unter Umgehung der Tur bine in die Umgebung gelangenden Teilstromes verwendeten Verdichterstufen mit verstellbarer Schaufelung versehen sind.