DE1045180B

DE1045180B - Zusatzbrenner eines Strahltriebwerks fuer Flugzeuge

Info

Publication number: DE1045180B
Application number: DEG16537A
Authority: DE
Inventors: John A Benson; Gilbert W Crosby
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1954-02-23
Filing date: 1955-02-21
Publication date: 1958-11-27
Also published as: GB802370A; GB803813A; BE535906A; CH335303A; DE1021208B; CH331332A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Steigerung des Schubes eines Strahltriebwerks für Flugzeuge, insbesondere auf eine mit Luftschlitzen versehene Auskleidung zur Kühlung der Wandung des Auspuffrohres eines Zusatzbrenners und anderer heißer Teile des Triebwerks.

In einem Strahltriebwerk passiert eine große Menge unverbrannten Sauerstoffes die Turbinenschaufeln und gelangt über den Auspufikegel ins Freie. Es wurden bereits viele Versuche unternommen, durch Verbrennung des unverbrannten Sauerstoffes in einem Zusatzbrenner zusätzlichen Schub zu erzielen. Durch Verbrennung dieses Sauerstoffes in einem Zusatzbrenner werden jedoch heiße Gase von sehr hoher Temperatur erzeugt, die den Zusatzbrenner selbst zerstören. Gemäß der Erfindung werden daher Mittel zur Kühlung der Wandung des Zusatzbrenners vorgesehen, die dessen Zerstörung verhindern und dadurch eine Steigerung des Schubes ermöglichen.

Bei einer Verbrennungskammer ist bereits vorgeschlagen worden, das Flammrohr am Umfang mit Luftschlitzen zu versehen, welche Kühlluft in das Flammrohr lenken. Die Luftschlitze sind so ausgebildet, daß ein Teil des Flammrohrs nach außen gewölbt ist, während ein entgegengesetzter, stromaufwärts liegender Teil von gleicher Größe und Form nach innen gewölbt ist.

Das Flammrohr einer anderen bekannten Verbrennungskammer ist mit Luftschlitzen versehen, welche zwecks Einführung von Kühlluft längs der Innenfläche des Flammrohrs an im Abstand voneinander liegenden Stellen des Umfanges angeordnet sind. Die Luftschlitze werden durch nach außen gewölbte Teile des zylindrischen Flammrohrs gebildet, so daß sie in den Kühl luftstrom hineinragen.

Die Erfindung bezieht sich jedoch auf die Auskleidung des Zusatzbrenners eines Strahltriebwerks und nicht auf das Flammrohr einer primären Verbrennungskammer. Bei einem Zusatzbrenner sind ganz andere Probleme zu lösen, die sich in einer primären Verbrennungskammer überhaupt nicht stellen. Der Hauptzweck der Verbrennungskammer besteht darin, zur Erzielung einer guten Verbrennung für eine ausreichende Mischung des Brennstoffes mit dem Treibmittel Sorge zu tragen. Im Gegensatz hierzu ist der Hauptzweck eines Zusatzbrenners, dem Strahl Energie zuzuführen, ohne daß die in den Zusatzbrenner eintretenden heißen Gase wesentliche Verluste an kinetischer Energie erfahren. Diese Verluste werden selbstverständlich durch die während des Betriebes des Zusatzbrenners zugeführte Energie verringert. Wenn jedoch der Zttsatzbrenner nicht arbeitet, bleiben die dorch dessen bauliche Ausbildung sich ergebenden Verluste bestehen, und es ist daher äußerst wichtig, Zusatzbrenner eines Strahltriebwerks
für Flugzeuge

Anmelder:

General Electric Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)

ίο Vertreter:

Dr.-Ing. A. ν. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald,

Dipl.-Chem. Dr. phil. H. Siebeneicher
und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,
Köln. 1, Deichmannhaus

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. März 1954

John A. Benson, Nahant, Mass.,

und Gilbert W. Crosby, Saugus, Mass. (V. StA.),

sind als Erfinder genannt worden

diese Verluste auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Aus diesem Grunde ist es unmöglich, in einem Zusatzbrenner Konstruktionen zu verwenden, die in einer primären Verbrennungskammer zufriedenstellend arbeiten.

Es ist bereits versucht worden, in dem Zusatzbrenner Auskleidungen vorzusehen, die eine entsprechende Kühlung der Wandung des Zusatzbrenners ergeben und dadurch dessen Zerstörung verhindern sollen. Diese Auskleidungen haben sich jedoch nicht als vollkommen zufriedenstellend erwiesen, weil sie nicht die richtigen Kühlverhältnisse schaffen. Diese Verhältnisse erfordern, daß, angrenzend an die Auskleidung, eine Kühlluftschicht gebildet wird, welche das Metall gegenüber dem Bereich der heißen Flammen abschirmt. Ebenso konnte beispielsweise eine feste zylindrische Auskleidung bei den hohen Temperaturen nicht befriedigen, weil ein Ausbeulen erfolgt. Dieses ist auf die heißen Stellen zurückzuführen, die dadurch entstehen, daß die heißen Flammen die Wandung an bestimmten Stellen bestreichen. Das Metall auf der Innenseite der Auskleidung dehnt sich daher nach allen Richtungen und beult sich in der Richtung der hohen Temperaturen aus. Durch diese Ausbeulungen wird bei den sehr hohen Temperaturen die gleichmäßige Luftströmung beeinträchtigt, und das Triebwerk büßt seine Wirksamkeit ein. Außerdem führen

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Claims

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diese Ausbeulungen zur Rissebildung und zur baldigen Raum 23 unmittelbar hinter dem Brenner. An der Zerstörung der Auskleidung. Gemäß der Erfindung ist Wandung 24 des Auspuffrohres 12 sind durch Niete daher eine Auskleidung vorzusehen, welche die Be- od. dgl. mehrere in der Längsrichtung sich erstrekseitigung dieser Schwierigkeiten ermöglicht. kende Tragteile oder I-Träger 26 befestigt, die an

Gegenstand der Erfindung ist daher der Zusatz- 5 einem solchen Punkt beginnen, daß keine heiße brenner eines Strahltriebwerks für Flugzeuge, der Flamme in den Raum zwischen der Auskleidung und aus einer äußeren Wandung und einer im Abstand der Wandung eindringen kann. Im dargestellten Ausvon derselben angeordneten Auskleidung besteht. Das führungsbeispiel sind sechzehn solcher Träger vorkennzeichnende Merkmal dieses Zusatzbrenners be- gesehen, aber es wird auch eine andere gewünschte steht darin, daß die Auskleidung in axialer Richtung io Anzahl die Bedingung erfüllen können, daß der Ab- und in Umfangsrichtung in eine Reihe von Platten stand zwischen den I-Trägern weder zu groß noch zu unterteilt ist, die an axial gerichteten I-Trägern be- klein bemessen ist. An den I-Trägern 26 sind mehrere festigt sind, welche an der äußeren Wandung im Ab- Platten 30 befestigt, welche die ganze Länge der stand voneinander über den Umfang verteilt angeord- I-Träger 26 bedecken und auf diese Weise innerhalb net sind, daß die Platten nach innen gebogen sind, um 15 der Wandung 24 des Auspuffrohres eine Auskleidung eine relative Ausdehnung in der Umfangsrichtung zu bilden. Die Auskleidung, die I-Träger und die Wanermöglichen, daß der Mittelteil der Platten mit Luft- dung des Auspuffrohres bilden zusammen mehrere schlitzen versehen ist, welche Luft zur Kühlung der in der Längsrichtung sich erstreckende Kanäle 29. Da Innenfläche der Auskleidung nach innen lenken, daß der Temperaturunterschied zwischen der äußeren nur die stromaufwärts liegenden Enden der Platten 20 Wandung 24 und der Auskleidung genügend groß an den I-Trägern befestigt sind und daß sich angren- sein kann, um unterschiedliche Wärmeausdehnungen zende Platten in axialer Richtung überlappen, um derselben in axialer Richtung hervorzurufen, übereine relative axiale Ausdehnung zu ermöglichen, wo- lappen sich die Auskleidungen gemäß Fig. 1 in der bei bei die stromabwärts liegenden Enden der Platten einer Dachziegeln bekannten Weise. Hinter dem Brenner 22 Reihe innerhalb der stromaufwärts liegenden Enden 25 ist jede der: - Platten 30 mit einer Anzahl von Lufider Platten der folgenden-Reihe angeordnet sind. schlitzen 32 versehen. Diese weisen einen Ansatz auf,

Von diesen Merkmalen ist die Unterteilung der der in die Längskanäle 29 hineinreicht, um die Luft Auskleidung in axialer Richtung und in Umfangs- zu erfassen zwecks Bildung einer aus Kühlluft berichtung in eine Reihe von Platten, die an axial ge- stehenden Grenzschicht angrenzend an die Ausklei richteten I-Trägern befestigt sind, welche an der 3° dung. Das für Kühlzwecke verwendete Gas oder Meäußeren Wand im Abstand voneinander über den - dium kann von der Turbine oder einer anderen Quelle Umfang verteilt angeordnet sind, an sich bekannt und herkommen, wenn nur seine Temperatur genügend beansprucht daher keinen selbständigen Schutz. Das niedriger als jene der heißen Flammen ist. Jede Platte gleiche gilt für das Merkmal der Luftschlitze, welche 30 ist gemäß Fig. 3 vorzugsweise nach innen gebogen, Luft zur Kühlung der Innenfläche der Auskleidung 35 um eine Ausdehnung der Auskleidung in der Umnach innen lenken. fangsrichtung zu ermöglichen. Anderenfalls würde sie

Durch die gekennzeichnete Ausbildung des Zusatz- sich ausbeulen oder von den I-Trägern losgerissen brenners wird ermöglicht, daß sich die die Ausklei- werden. Die Platten 30 können aber auch nach außen dung bildenden Platten in der Umfangsrichtung und gebogen werden.

in axialer Richtung ausdehnen, so daß eine örtliche 40 Wenn die heißen Gase die Turbinenschaufeln verErhitzung der äußeren Wandung des Zusatzbrenners lassen und den Durchströmraum 18 passieren, haben und infolgedessen eine Beschädigung desselben ver- sie eine Temperatur von etwa 670° C. Dieses Gas hindert wird. kann als Kühlgas angesehen werden, weil die Tempe··

Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausfüh- ratur im Zusatzbrenner annähernd 1925° C beträgt, rungsform des Erfindungsgegenstandes. 45 Die von der Turbine kommende Kühlluft oder die

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Strahl- heißen Gase gelangen in die Längskanäle 29 und wertriebwerk mit einem Zusatzbrenner und einer Aus- den von den Ansätzen der Luftschlitze 32 durch diese kleidung desselben, Schlitze geleitet, um eine aus Kühlluft bestehende

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Teil des Bren- Grenzschicht zu bilden. Der Temperaturunterschied ners und der Auskleidung; 50 zwischen der Innen- und der Außenseite der Ausklei-

Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie 3-3 der dung wird auf einem Mindestmaß gehalten, so daß er Fig. 2, für die Auskleidung selbst unschädlich ist. Dadurch

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der Luftschlitze, wird die Möglichkeit des Ausbeulens, der Rissebil-

Fig. 5 ein Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4. dung und der Zerstörung der Auskleidung aus-Gemäß Fig. 1 ist am Zusatzbrenner 10 ein in einer 55 geschaltet.

Auspuffdüse 14 endendes Auspuffrohr 12 befestigt. Eine der unangenehmen Begleiterscheinungen eines

Der Zusatzbrenner umgibt einen Auspuffkegel 15, der Zusatzbrenners besteht darin, daß beim Erhitzen des zusammen mit der äußeren Wandung 16 einen Aus- Gemisches ein sehr störendes Geräusch auftritt. Diese strömraum 18 bildet, durch den die von der Turbine physikalische Erscheinung ist als »Kreischen« bekommenden heißen Gase hindurchgehen. Im Aus- 60 kannt. Bei Versuchen, die mit der erfindungsgemäßen strömraum 18 sind Zerstäuberdüsen 20 angeordnet, Vorrichtung ausgeführt wurden, ist diese Erscheinung die Brennstoff in die Bahn der heißen Gase zwecks jedoch nicht aufgetreten.
Mischung mit dem unverbrannten Sauerstoff derselben einspritzen. In der Bahn der heißen Gase ist eine Patentanspruch-(nicht dargestellte) Zündvorrichtung zur Zündung des 65

Gemisches vorgesehen. Unmittelbar hinter dem Aus- ' Zusatzbrenner eines Strahltriebwerkes für Flugpuffkegel 15 ist ein Brenner 22 angeordnet, der die zeuge, bestehend aus einer äußeren Wandung und

Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches herabsetzt, einer im Abstand von derselben angeordneten

um dessen Verbrennung zu ermöglichen. Die heißen Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß die

Flammen von hoher Temperatur schlagen in den 70 Auskleidung in axialer Richtung und in Umfangs-

richtung in eine Reihe von Platten unterteilt ist, die an axial gerichteten I-Trägern befestigt sind, welche an der äußeren Wandung im Abstand voneinander über den Umfang verteilt angeordnet sind, daß die Platten nach innen gebogen sind, um eine relative Ausdehnung in der Umfangsriditung zu ermöglichen, daß der Mittelteil der Platten mit Luftschlitzen versehen ist, welche Luft zur Kühlung der Innenfläche der Auskleidung nach innen lenken, daß nur die stromaufwärts liegenden Enden der Platten an den I-Trägern befestigt sind und daß sich angrenzende Platten in axialer

Richtung überlappen, um eine relative axiale Ausdehnung zu ermöglichen, wobei die stromabwärts liegenden Enden der Platten einer Reihe innerhalb der stromaufwärts liegenden Enden der Platten der folgenden Reihe angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 889 240; britische Patentschriften Nr. 703 116, 700004, 247, 635 946, 610641;
USA-Patentschriften Nr. 2 632 299, 2 617 255, 547 619.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen