CH480540A - Triebwerkanlage - Google Patents

Description

      Triebwerkanlage       Die Erfindung betrifft eine     Triebwerkanlage,    haupt  sächlich zum Antrieb von Flugzeugen, umfassend ein  oder mehrere Stahltriebwerke, die mit einem getrennt  angeordneten Gasgenerator, der vornehmlich aus einer  Gasturbine besteht, verbunden sind.  



  Bei den heute bekannten Triebwerken, die aus einem  Gasgenerator mit Turbine und einem koaxial damit  zusammengebauten Bläser bestehen, sogenannte Zwei  stromtriebwerke, besteht zwischen beiden Teilen eine  direkte     Abhängigkeit,    da sie gegenseitig entweder mecha  nisch oder unmittelbar thermodynamisch gekoppelt sind.  Aus diesem Grunde hat eine Leistungsreduktion des  Gasgenerators,     z.B.    aus Temperaturgründen, auch eine       Leistungseinbusse    des Bläsers zur Folge.  



  Die Erfindung bezweckt, zur Behebung dieses Nach  teils, die Möglichkeit zu schaffen, dem Treibgas     des     Gasgenerators im separaten. Triebwerk vor der Turbine       zeitweise    oder dauernd zusätzlich Wärmeenergie zuzu  führen. Damit kann die Leistung desselben in gewissen  Grenzen unabhängig von der Belastung des     Gasgenera-          tors    geregelt werden. Zu diesem Zwecke wird das  separate Triebwerk mit einer Brennkammer für die  Treibgase des Gasgenerators ausgerüstet und zudem von  demselben getrennt angeordnet. Letzteres ermöglicht,  mehrere solche separate Strahltriebwerke einem einzigen  Gasgenerator zuzuordnen.

   Da aber je nach dem Lei  stungsbedarf einer solchen     Triebwerkanlage    die Zwi  schenerhitzung in den Strahltriebwerken in Funktion  gesetzt wird oder nicht, stellen sich für den Betrieb  solcher Brennkammern Bedingungen, die mit den heute  bekannten Konstruktionen nur schwer zu erfüllen sind.  Diese Bedingungen sind einerseits ein kleiner Druck  verlust im     Nichtbetriebsfall    und anderseits ein guter  Verbrennungswirkungsgrad wenn sie in Betrieb stehen.  Aus diesem Grunde konnte man bis jetzt speziell auf dem  Gebiet der Fluggasturbinen von der zeitweisen     Zwischen-          erhitzung    als Mittel zur Leistungssteigerung keinen Ge  brauch machen.  



  Es ist deshalb zur Erfüllung der oben erwähnten  Bedingungen vorzuziehen, die     Brennkammer    so auszubil  den, dass trotz einer grossen absoluten Gasgeschwindig  keit die Verbrennung bei kleinen Relativgeschwindigkei-         ten    zwischen Flammenhalter und Brennluft durchgeführt  wird. Dies kann verwirklicht werden, indem man eine       schraubenlinienförmige    Fläche in den Ringraum zwi  schen der innern und äussern Begrenzung der     Brennkam-          mer    einbaut und die Organe für die Brennstoffeinsprit  zung und Flammenhaltung in dem dadurch entstehenden  Kanal rotieren lässt. Die innere Begrenzung sowie diese  Organe bilden dabei den sogenannten Läufer, welcher  mit der nachfolgenden Turbine mechanisch verbunden  ist.

   Für den Verbrennungsvorgang ist dann nur die  Relativgeschwindigkeit zwischen der     Drallströmung    der  Gase und den rotierenden Organen des Läufers     massge-          bend.    Dieselbe kann so klein gehalten werden, dass  sowohl der Verbrennungswirkungsgrad wie auch die  Strömungsverluste in     annehmbaren    Grenzen gehalten  werden     können.    Diese Verluste werden auch     deshalb     verkleinert, weil die innere Begrenzung der Kanäle sich  vorzugsweise mit der Strömung bewegt.

   Trotz der da  durch geschaffenen Abhängigkeit des Austrittsdralles aus  der Brennkammer von der     Drehzahl    des Läufers können  durch die Wahl des Reaktionsgrades der nachfolgenden  Turbine günstige     Verhältnisse    für den Turbinenwir  kungsgrad geschaffen werden.  



  Bei der Auslegung einer solchen Brennkammer kön  nen noch folgende Punkte berücksichtigt werden:  Zur Verwirklichung einer stabilen und raschen Ver  brennung kann     vorgängig    der Einspritzung eine Verdamp  fung des flüssigen Brennstoffes vollzogen werden. Zu  diesem Zwecke wird vorzugsweise das Innere des Läufers  im Bereich der Brennkammer, der aussen von der  Flamme respektiv heissen Gasen aufgeheizt wird, heran  gezogen.  



  Die innere respektiv äussere Begrenzung der     Brenn-          kammer    kann von     zylindrischer    respektiv konischer  Form sein. Die     Konizität    kann so gewählt werden, dass in  Richtung der steigenden     Durchmesser    auch die Gasge  schwindigkeit zunimmt. Dadurch kann die Relativge  schwindigkeit zwischen Flammenhalter und Brennluft  selbst dann klein gehalten werden, wenn die Gasge  schwindigkeit infolge Erwärmung und/oder Expansion  der Gase zugenommen hat.

        Bei der Auslegung einer erfindungsgemässen Trieb  werkanlage unter Verwendung der oben beschriebenen  Brennkammer können noch folgende Punkte berücksich  tigt werden:  Die Brennkammer kann im Strahltriebwerk so ange  ordnet werden, dass die Treibgase im Gegenstrom zur       Gebläseluft    strömen. Dies hat den Vorteil, dass die  gegenseitige Anordnung von Gasgenerator und Strahl  triebwerke erleichtert wird und die Vermischungswege  von Treibgas und     Gebläseluft    verlängert werden. Letzte  rer Umstand ist besonders wichtig, weil in den     Umlenk-          kanälen    der Treibgase nach der Turbine eine weitere  Brennkammer angeordnet werden kann.

   Dieselbe be  zweckt eine Erhöhung der Temperatur der Treibgase und  somit auch der     Gebläseluft,    was eine zusätzliche Steige  rung der Schubleistung der Triebwerke ergibt.  



  Die Strahltriebwerke können entweder nur     treibgas-          seitig    oder auch luftseitig an den Gasgenerator ange  schlossen werden. Bei beidseitigem Anschluss besteht die  Möglichkeit die luftseitige Verbindung als Kühler gegen  die Aussenluft auszubilden, so dass der     Gasgenerator     seine Luft in vorverdichteter aber rückgekühlter Form  erhält. Dies bedeutet eine Reduktion des Leistungsbedar  fes des nachfolgenden Kompressors und somit eine       Verbesserung    der Verbrauchszahlen.

   Anderseits kann die       treibgasseitige    Verbindung als     Wärmeaustauscher    zwi  schen vollexpandierten Abgasen des Gasgenerators und  den Treibgasen ausgebildet werden, sofern der Gasgene  rator in dieser Weise ausgebildet ist. Auch dies bedeutet  eine     Verminderung    der Verbrauchszahlen.  



  Die getrennte Anordnung des Gasgenerators von den  Strahltriebwerken erlaubt     ferner,    im Falle dass die Ein  heiten nur     treibgasseitig    verbunden sind, die     Beschaufe-          lun-    der Gebläse der Triebwerke verstellbar zu machen,  wodurch die Einrichtung auch zum Abbremsen von  Flugzeugen durch den Luftstrahl nach     vorne    verwendet  werden kann.  



  Die Zuordnung mehrerer Strahltriebwerke zu einem  zentralen Gasgenerator ergibt einbaumässig im Flugzeug  die Möglichkeit, letzteren     z.B.    im     hinteren    Teil des  Rumpfes unterzubringen, wo er zudem auch während des  Flugs zugänglich bleibt, und seine Strahltriebwerke an  der gleichen Stelle jedoch ausserhalb des Rumpfes anzu  ordnen. Eine Kombination von drei und mehr Strahl  triebwerken in vertikaler Anordnung erlaubt anderseits  den Bau eines Fluggerätes für     vertikalen    Start und  Landung.  



  Die Verwendung eines     Einfachstrom-Gasgenerators     bringt den Nachteil mit sich, dass die Treibgase den  Strahltriebwerken mit sehr hohen Temperaturen zuge  führt werden müssen. Dies bedingt erhebliche     bauliche          Schwierigkeiten.    Zur Vermeidung derselben wird der  Gasgenerator vorteilhaft     doppelströmig    vorgeschlagen,  wobei die Sekundärluft oder die überschüssige Luft des  Kompressors als Treibgas den Strahltriebwerken zuge  führt wird.  



  Im folgenden ist ein     Ausführungsbeispiel    einer     erfin-          dungsgemässen        Triebwerkanlage    beschrieben und an  hand einer Skizze dargestellt. Der Aufbau und die  Funktionsweise     sind    folgendermassen:  Die     Triebwerkanlage    besteht aus dem Strahltriebwerk  1, den Luft- und gasseitigen Verbindungen 16 und 18  sowie dem Gasgenerator 17, der nur schematisch darge  stellt ist.  



  Beim Strahltriebwerk 1 ist     vorne    ein ein- oder  mehrstufiges Gebläse 2 eingebaut, welches durch die  Turbine 13 angetrieben wird. Ein Teil der durch dieses    Gebläse geförderten Luft wird durch einen Ringkanal 3  abgezweigt und durch den Stutzen 15 und das Verbin  dungsrohr 16, welches als Luftkühler ausgebildet ist,  einem Gasgenerator 17 zugeführt. Derselbe ist als Dop  pelstrommaschine dargestellt, wobei die Sekundärluft als  Treibgas verwendet wird, während die Primärluft durch  den Gasgenerator strömt und auf     Umgebungsdruck    ex  pandiert wird.

   Sie gibt ihre     restliche        Wärme    in einem       Wärmeaustauscher    18 an das Treibgas ab.     Dasselbe    wird  dem Strahltriebwerk durch den Stutzen 10 wieder zuge  führt und gelangt durch eine Spirale 8 von hinten in die  Brennkammer 6.     In    derselben wird das Treibgas, wenn  gewünscht, erhitzt und in der nachfolgenden Turbine 13  die zum Antrieb des Gebläses erforderliche mechanische  Leistung entzogen.

   Die     Brennkammer    6 besteht aus dem  äusseren Gehäuse 11 mit den     schraubenlinienförmigen     Kanälen und dem Läufer 5, welcher die Organe für  Brennstoffeinspritzung und Flammenhaltung 7 trägt.     In     der dargestellten     Ausführung    erstreckt sich der Läufer 5  auch auf den     stromabwärtsseitigen    Teil der     Turbine    13.  Das durch dieselbe nach vorne gelangende Treibgas wird  in den     Umlenkorganen    14 durch eine weitere     Brennkam-          mer    4     geführt,    wo es wenn gewünscht noch einmal erhitzt  wird.

   Darauf wird das Treibgas der restlichen     Gebläseluft     beigemischt. Das Gemisch strömt im Ringkanal 12 zur  Schubdüse 9, welche einen unveränderlichen oder variab  len Querschnitt aufweisen kann.     In    derselben wird das  Gasgemisch auf     Umgebungsdruck        expandiert    und somit  der Schub der     Triebwerkanlage    erzeugt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Triebwerkanlage, insbesondere zum Antrieb von Flugzeugen, umfassend ein oder mehrere Strahltriebwer ke in Verbindung mit einem getrennt angeordneten Gasgenerator, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Strahltriebwerke mit einer zusätzlichen Brennkammer ausgerüstet sind, die zur zeitweisen oder dauernden Zwischenerhitzung der vom Gasgenerator gelieferten Treibgase dient.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Triebwerkanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Brennkammer aus ein oder mehreren schraubenlinienförmigen Kanälen be steht, welche um einen rotierenden Läufer angeordnet sind, der die Organe für Flammenhaltung und Einsprit zung des Brennstoffs trägt. 2. Triebwerkanlage nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Läufer sich beidseitig der mit ihm zusammengebauten Turbine erstreckt und in seinem Innern als Verdampfer des Brennstoffs dient.

   3. Triebwerkanlage nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenlinienförmigen Kanäle bei konischem Läu fer so ausgebildet sind, dass die Gasgeschwindigkeit in ihnen in Richtung der steigenden Durchmesser des Läufers zunimmt. 4. Triebwerkanlage nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Brennkammer für die Treibgase so ange ordnet ist, dass dieselben im Strahltriebwerk stromauf wärts zur Gebläseluft strömen.

   5. Triebwerkanlage nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Umlenkkanälen für die Treibgase nach der Turbine eine weitere Brennkammer angeordnet ist. 6. Triebwerkanlage nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Strahltriebwerke nur treibgasseitig oder auch luftseitig an den Gasgenerator angeschlossen sind.

   7. Triebwerkanlage nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der luftseitige Anschluss der Strahltriebwerke an den Gasgenerator als Wärmeaustauscher gegen die Umge bungsluft ausgebildet wird. B. Triebwerkanlage nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der treibgasseitige Anschluss der Strahltriebwerke an den Gasgenerator als Wärmeaustauscher gegen die Abgase des Gasgenerators ausgebildet ist.

   9. Triebwerkanlage nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines nur treibgasseitigen Anschlusses der Strahltriebwerke an den Gasgenerator die Beschaufelung des Gebläses im Strahltriebwerk zwecks Schubumkehr verstellbar ausgeführt wird. 10. Triebwerkanlage nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator zweiströmig ausgebildet ist, wobei hauptsächlich der Sekundärstrom als Treibgas für das oder die Strahltriebwerke verwendet wird.