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Kraftstoff-Förderanlage für Luftfahrzeuge Die Erfindung betrifft Kraftstoff-Förderanlagen
für Luftfahrzeuge, welche von einer Mehrzahl Triebwerksgruppen angetrieben werden,
die mit Abstand voneinander vorgesehene Wirklinien bzw. Vortriebsmittelachsen (im
nachfolgenden »Wirklinien« genannt) aufweisen.
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Die Anwendung der Erfindung erfolgt insbesondere, aber nicht ausschließlich
bei »Strahl-Klappen«-Luftfahrzeugen, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentschrift
1021249 beschrieben sind.
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Derartige »Strahl-Klappen«-Luftfahrzeuge weisen in den Flügeln eine
Anzahl von Strahltriebwerken auf, die Antriebsstrahlströme nach hinten über Strahldüsen
ausstoßen bzw. ausblasen, wobei die Strahltriebwerke in Spannrichtung entlang der
Flügel angeordnet und derart ausgebildet sind, daß die Strahlströme die Flügelhinterkante
als ein langer flacher, sich in (Flügel-) Spannrichtung erstreckender Flächenstrahl
verlassen. Dieser Flächenstrahl kann nach unten abgelenkt werden und bildet eine
»Strahl-Klappe«, welche auf solche Weise auf die Hauptstrom-Strömung, die über den
Flügel weg verläuft, einwirkt, daß der auf die Flügel zur Einwirkung kommende aerodynamische
Auftrieb stark vergrößert wird.
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Um den Vorteil der »Strahl-Klappe« voll auszunutzen, ist es erwünscht,
daß sich der Flächenstrahl kontinuierlich über den Hauptteil der Flügelspannweite
erstreckt, und zwar vorzugsweise von einer Stelle, die möglichst dicht bei der Flügelspitze
liegt, bis nach der Flügelwurzel oder -ansatzstelle, soweit es sich mit den baulichen
Erfordernissen vereinbaren läßt. Wenn eine der Triebwerke versagt, besteht die Tendenz
einer Unterbrechung des Flächenstrahls mit einer sich daraus ergebenden starken
Verminderung des Auftriebs, und weiterhin kann die entstehende Asymmetrie der Schubkraftverteilung
entlang der Flügelspannweite Schwierigkeiten mit sich bringen.
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Es können auch asymmetrische Schubkraftschwierigkeiten bei Luftfahrzeugen
anderer Bauart auftreten, z. B. bei Luftfahrzeugen mit üblichen Turbostrahltriebwerken
oder Propellerantrieb, deren Wirklinien mit Abstand über die Flügelspannweite hinweg
verteilt sind, oder bei Gruppen oder Batterien von Auftriebstriebwerken, deren Wirklinien
mit Abstand entweder in Spannrichtung oder in Flugzeug-Längsrichtung vorgesehen
sind.
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Durch die Erfindung wird eine Kraftstoff-Förderanlage für ein Luftfahrzeug
geschaffen, welches von einer Mehrzahl von Triebwerken mit mit Abstand voneinander
vorgesehenen Wirklinien angetrieben wird. Die Erfindung wird dabei in erster Linie
darin gesehen, daß für jede Triebwerkgruppe mindestens eine Kraftstoffpumpe vorgesehen
ist, die von allen Triebwerken der entsprechenden Gruppe gemeinsam angetrieben und
an die Kraftstoff-Förderleitung so angeschlossen ist, daß sie wenigstens ein Triebwerk
jeder Triebwerksgruppe mit Kraftstoff versorgt.
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Bei einer derartigen Anordnung sind bei Versagen einer Pumpe die Triebwerke,
welche aussetzen bzw. zum Stehen kommen, über die Flügelspannweite verteilt, so
daß die asymmetrischen Schubkraftwirkungen stark verringert werden.
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Jede Pumpe kann in Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens über
ein mechanisches Getriebe von ihrer entsprechenden Triehwerksgruppe her angetrieben
werden, wobei das Getriebe von jedem Triebwerk her nach der Pumpe eine Freilaufeinrichtung
aufweisen kann. Andere Antriebsarten können jedoch zur Anwendung kommen. Demgemäß
kann die Pumpe, einem anderen Erfindungsmerkmal folgend, durch eine Turbine angetrieben
werden, welche ihrerseits durch von allen Triebwerken der Gruppe abgezapften Luft
oder Gase angetrieben wird, welche der Turbine über ein Rückschlagventil zugeführt
werden. In beiden Fällen wird die Anordnung so getroffen, daß jedes beliebige Triebwerk
aussetzen kann, ohne den Betrieb der restlichen Triebwerke der Gruppe nachteilig
zu beeinflussen.
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Die Anzahl der Triebwerke in jeder Gruppe kann ebenfalls erfindungsgemäß
gleich der Anzahl der Gruppen oder größer als die Anzahl der Gruppen sein. Im letzten
Fall können wenigstens einige der Brennstoffpumpen so angeschlossen oder angeschaltet
sein, daß sie Brennstoff nach mehr als einem Triebwerk jeder Gruppe liefern.
Die
Triebwerkgruppen können so angeordnet werden, daß ihre Wirklinien über die Spannweite
des Luftfahrzeugflügels hinweg verteilt sind. Als Triebwerke können dabei Strahltriebwerke
dienen, welche der Flügelspannweite entlang verteilt vorgesehen und so geformt und
angeordnet sind, daß die Ströme nach rückwärts als langer dünner Flächenstrahl ausgeblasen
werden, welcher sich kontinuierlich in Spannrichtung des Flügels erstreckt.
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Die Triebwerke jeder Gruppe können auch ganz oder teilweise zu einer
baulichen Einheit zusammengefaßt werden.
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Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf ein
Luftfahrzeug, Fig.2 eine Draufsicht auf einen Flügel des Luftfahrzeugs aus Fig.
1, wobei die obere Flügelfläche weggelassen ist, um die Innenkonstruktion wiederzugeben,
Fig. 3 einen Schnitt durch den Flügel entlang der Schnittlinien III-III in Fig.
2, Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht der Hinterkante des Flügels, während Fig.
5 ein Schema der Brennstoffanlage des Triebwerkes darstellt.
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Das in Fig.1 gezeigte Luftfahrzeug hat einen Rumpf 1, Flügel 2, die
sich zu dessen beiden Seiten erstrecken, eine Schwanzfläche 3 und eine Schwanzflosse
bzw. Seitenflosse und -steuer 4. An der Hinterkante eines jeden Flügels befindet
sich eine Hinterkanten-Flügelklappe 5. Das Luftfahrzeug wird von zweiunddreißig
Gasturbinenstrahltriebwerken angetrieben, wobei sechzehn Triebwerke in vier Gruppen
von je vier, d. h. A1, A2, A3, A4; B1, B2, B3, B4; Cl, C2, C3, C4; Dl, D2, D3, D4,
in einem Flügel untergebracht sind, wie es in Fig.2 gezeigt ist; ihre Schubkraftwirklinien
liegen parallel und sind mit Abstand voneinander den Flügelspann entlang angeordnet.
Die Triebwerke jeder Gruppe sind dicht beieinander und Seite an Seite angeordnet
und können teilweise oder ganz eine bauliche Einheit bilden, z. B. können die Verdichter-
und/oder Turbinenständer aller vier Triebwerke von Teilen eines einzelnen Gußstückes
oder Gruppen von Gußstücken gebildet werden, und sie sind im Luftfahrzeug von einem
gemeinsamen Gestell oder Rahmen gehalten. Somit kann jede Triebwerksgruppe als ein
einzelner »Vierzylindermotor« angesehen werden.
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Das Gefüge bzw. der Zusammenbau jedes Flügels 2 weist einen hohlen
kastenförmigen Hauptholm 6 auf, der sich etwa über den gesamten Flügelspann erstreckt.
Der Verdichtereinlaß eines jeden Triebwerkes ist mit dem Inneren des Holmes über
einen kurzen Stutzen bzw. eine Leitung verbunden, wie beispielsweise die Leitung
7 in Fig. 3, welche mit einer Öffnung 6 a in der Hinterwand des Holmes genau ausgerichtet
ist. Das Innere des Holmes ist über Öffnungen 6 b, 6 c in seiner Vorderwand und
Luftdurchlässe 8 und 9, welche zwischen einem stromlinienförmigen Bauteil 10 und
der oberen und der unteren Fläche des Flügels 2 gebildet sind, mit einem langen
flachen Lufteinlaßschlitz 11 verbunden, welcher sich entlang der Vorderkante des
Flügels von einer Stelle, die möglichst dicht an der Flügelspitze liegt, bis nach
der Flügelwurzel erstreckt, d. h. so, dicht an die Flügelspitze und an den Rumpf
heranreicht, wie es die baulichen Erfordernisse gestatten. Somit ist jedes Triebwerk
in gemeinschaftlicher Verbindung mit der gesamten Länge des Einlaßschlitzes über
das Innere des Holmes 6, welcher eine Gemeinschaftssammelleitung bildet. Ein Rückschlagventil
12, welches sich aus zwei federgespannten Klappen zusammensetzt, ist in jeder der
Leitungen 7, welche nach den Triebwerkeinlässen führen, vorgesehen.
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Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, weist der Flügelaufbau weiterhin Rippen
oder Versteifer 13, welche sich von Holm 6 nach der Flügelvarderkante erstrecken,
und solche (nicht gezeigten) Konstruktionsteile auf, wie sie normalerweise bei Luftfahrzeugflügeln
erforderlich sind.
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Jedes Triebwerk bläst seinen Abgasstrom durch ein Strahlrohr, wie
beispielsweise das Strahlrohr 14 in Fig.2, aus, welches ein hinteres Teilstück 14a
hat, das allmählich seine kreisförmige Querschnittfläche ändert, um in einer nach
hinten gerichteten flachen länglichen Strahldüse 15 auszulaufen, welche sich in
Spannrichtung gegen das Hinterteil des Flügels erstreckt. Die Strahldüsen aller
Triebwerke grenzen mit ihren Enden aneinander und bilden zusammen eine Düsenöffnung,
welche sich kontinuierlich in Spannrichtung des Flügels erstreckt. Die einzelnen
Düsen 15 verringern sich in Richtung der Flügelspannweite im Verhältnis zur örtlichen
Flügeltiefe, so daß sich die Länge der Düsen in Richtung auf die Flügelspitze hin
vergrößert. Die Mittellinie j eder Triebwerksgruppe, mit Ausnahme der am weitesten
innen gelegenen Gruppe, ist in bezug auf die Mittellinie der entsprechenden Düsengruppen
leicht nach innen versetzt, um der verringerten Flügeldicke in Richtung der Flügelspitze
Rechnung zu tragen.
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Die Tiefe der Klappe 5 verringert sich ebenfalls in Richtung auf die
Flügelspitze hin im Verhältnis zur jeweiligen örtlichen Flügeltiefe. Die Klappentiefe
beträgt nicht mehr als 10'0/o, vorzugsweise 2 bis 5 0/o, der gesamten jeweiligen
Flügeltiefe.
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Der Flügel 2 ist weiterhin mit einer langen flachen, nach hinten gerichteten
Düse 16 (s. Fig. 4) versehen, welche sich in Spannrichtung des Flügels von - einer
Stelle, die so. dicht wie möglich an der Flügelwurzel liegt, bis nach der Flügelspitze
unter den Strahldüsen 15 erstreckt. Diese Düse ist mit einer Gemeinschaftssammelleitung
17 verbunden, welche sich in Spannrichtung den Flügel entlang erstreckt, welche
Sammelleitung mit Luft versorgt wird, welche vom Verdichter jedes Triebwerkes über
Rohrleitungen 18, die Rückschlagventile 19 aufweisen, abgezapft wird. Die Düse 16
kann alternativ mit Luft von einem oder mehreren Hilfsverdichtern bzw. Sekundärverdichtern
versorgt werden.
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Die Strahldüsen 15 sind so angeordnet, daß die Antriebsstrahlströme
von den Triebwerken her nach hinten über die Klappe 5 als ein langer dünner Flächenstrahl
ausgeblasen werden, welcher sich kontinuierlich über die Flügelspannweite von einer
Stelle, die so dicht wie möglich an der Flügelspitze liegt, bis nach der Flügelwurzel
erstreckt. Die Düse 16 bläst Luft aus, deren Menge im Vergleich mit dem Flächenstrahl
gering ist, und zwar als eine Schicht zwischen dem Flächenstrahl und der oberen
Klappenfläche 5. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind die Düsen 15, 16 so ausgerichtet,
daß sie in einem kleinen Winkel von etwa 10, bis 15 0/0 (10 bis 15°) der Horizontalen
ausgeblasen werden, jedoch, wenn sich die Klappe in der gezeigten Ausgangsstellung
befindet, wobei ihre obere Fläche horizontal verläuft, zwingt sie den Flächenstrahl
und die Luftschicht, einem Weg entlang ihrer oberen Fläche zu folgen, so daß sie
in einer rückwärtigen Richtung ausgeblasen werden. Die Klappe sitzt zwecks Drehbewegung
vermittels einer Betätigungsvorrichtung,
z. B. einer hydraulischen
Hebevorrichtung, auf einer Achse 20. Die Klappe kann nach unten gedreht werden,
in welchem Fall der Flächenstrahl und die Luftschicht gezwungen werden, ihrer oberen
Fläche zu folgen, so daß sie in einer abwärts geneigten Richtung ausgeblasen werden.
Der Flächenstrahl wirkt dann als eine »Strahl-Klappe«, welche auf die Strömung am
Flügel auf solche Weise einwirkt, daß die aerodynamische Druckverteilung auf dem
Flügel verändert wird und der darauf zur Einwirkung kommende Auftrieb beträchtlich
erhöht wird. Die Klappe 5 kann ebenfalls so gedreht werden, daß der Flächenstrahl
nach oben abgelenkt wird. Die Klappen 5 in gegenüberliegenden Flügeln des Luftfahrzeugs
können so betätigt werden, daß sie die Flächenstrahlen aufwärts oder abwärts entweder
gemeinsam oder unterschiedlich zueinander durch eine Steueranlage ablenken.
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Vorzugsweise erstrecken sich die Düsen 15, die weitere Düse 16, die
Klappe 5 und der Flächenstrahl von einer Stelle, die so dicht, wie es praktisch
ausführbar ist, an der Flügelspitze liegt, bis nach der Flügelwurzel eines jeden
Flügels, wie es oben beschrieben ist. Jedoch kann es durch Konstruktionserfordernisse
notwendig werden, daß ihre Ausdehnung in Spannrichtung bis zu, aber nicht wesentlich
weniger als auf zwei Drittel der vollen Spannweite beschränkt wird. In jedem Fall
erstrecken sie sich über einen Hauptteil, d. h. mehr als 50 Oh, der Spannweite.
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Wie in Fig. 5 gezeigt, treibt die am weitesten innen gelegene Triebwerkgruppe
Al, A2, A3, A4 in jedem Flügel eine gemeinschaftliche Brennstoffpumpe 21 über Wellen
22a, 22b, 22c, 22d, welche Kegelradgetriebe 23 a, 23 b, 23 c, 23 d tragen,
die mit Kegelradgetrieben 24a, 24b, 24c, 24d kämmen, welche ihrerseits auf einer
gemeinschaftlichen Antriebswelle 25 für die Pumpe 21 sitzen. Jede Welle 22a usw.
weist eine Freilaufvorrichtung 26a, 26 b, 26 c, 26 d auf. Die Pumpe 21 ist so angeschlossen,
daß sie Brennstoff über Rohrleitungen 27, 27 a, 27 b, 27 c, 27 d nach einem Triebwerk
von jeder der vier Gruppen liefert, d. h. nach den Triebwerken A1, B1, C1, D1.
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In ähnlicher Weise betreiben die Triebwerke B1, B2, B3, B4 der zweiten
Gruppe eine Gemeinschaftsbrennstoffpumpe 28, welche die Triebwerke A2, B2, C2, D2
mit Brennstoff versorgt; die Triebwerke Cl, C2, C3, C4 der dritten Gruppe betreiben
eine Gemeinschaftsbrennstoffpumpe 29, welche Brennstoff nach den Triebwerken A3,
B3, C3, D3 schickt, und die Triebwerke Dl, D2, D3, D4 der Außengruppe betreiben
eine Gemeinschaftsbrennstoffpumpe 30, welche den Triebwerken A4, B4, C4, D4 Brennstoff
zuführt.
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Es wird hieraus ersichtlich, daß dann, wenn nur eine Pumpe, z. B.
die Pumpe 21, versagt, vier Triebwerke A1, B1, C1, D1, welche daraufhin aussetzen,
einzeln über den Flügelspann verteilt sind und asymmetrische Schubkraftwirkungen
sehr stark verringert sind. Die diesen Triebwerken entsprechenden Strahldüsen nehmen
jede nur etwa ein Sechzehntel der Flügelspannweite ein, und die Strahlströme, welche
von den Strahldüsen zu ihren beiden Seiten ausgestoßen werden, vermögen sich seitlich
in Richtung aufeinander zu ausdehnen, um dadurch den Spalt oder Zwischenraum, welcher
von den stilliegenden Triebwerken gebildet wird, teilweise oder gänzlich zu schließen.
Die Gefahr, daß sich die Flächenstrahlen am Spalt von der Klappe trennen, ist durch
die von der Düse 16 ausgeblasene Luftschicht verringert, welche von den Verdichtern
der noch laufenden Triebwerke geliefert wird. Somit sind Verluste auf Grund der
Unterbrechungen im Flächenstrahl stark vermindert.
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Es ist weiterhin ersichtlich, daß die Triebwerkeinlässe mit der Gemeinschaftssammelleitung
6 verbunden sind; dadurch ist selbst dann ein Ansaugen über die Gesamtlänge des
Einlasses 11 möglich, wenn einige Triebwerke ausgefallen sind. Die Rückschlagventile
12 in den Einlaßleitungen 7 hindern die in Betrieb stehenden Triebwerke daran, eine
Rückströmung durch die nicht laufenden Triebwerke zu verursachen. In ähnlicher Weise
verhindern die Rückschlagventile 19 in den Rohrleitungen 18, daß Luft von der Sammelleitung
17 nach den Verdichtern der nicht laufenden Triebwerke geleitet wird. Die Freilaufvorrichtung
26a usw. gestattet jedem Triebwerk, auszusetzen, ohne die drei anderen Triebwerke
der Gruppe dadurch nachteilig zu beeinflussen.
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Bei einer Alternativanordnung wird jede Pumpe 21, 28, 29, 30 durch
eine kleine Luftturbine angetrieben. Eine geringe Menge Luft wird von den Verdichtern
jedes Triebwerkes jeder Gruppe abgezapft und nach derjenigen Turbine, welche die
Gemeinschaftsbrennstoffpumpe für diese Gruppe antreibt, über Rückschlagventile geleitet.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Brennstoffanlagen für Triebwerke
in gegenüberliegenden Flügeln ebenfalls in der beschriebenen Art und Weise quer-
bzw. kreuzverbunden sein können.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform bläst jedes Triebwerk einen
Vortriebsstrahlstrom über eine einzelne Strahldüse 15 aus, jedoch sind bei einer
Alternativausführungsform die Auslässe der vier Triebwerke einer Gruppe miteinander
verbunden, um dadurch durch eine einzelne lange, flache Düse auszublasen. Bei dieser
Anordnung wird sich, selbst wenn ein Triebwerk in jeder Gruppe versagt, der Flächenstrahl
immer noch kontinuierlich über die Flügelspannweite erstrecken. Die Düsen können
einen veränderlichen Flächenbereich haben, um dadurch eine Verringerung der Massenströmung
im Fall eines Versagens des Triebwerkes zu ermöglichen.
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Die Erfindung kann außerdem bei einem Luftfahrzeug zur Anwendung kommen,
welches eine Anzahl Turbinenstrahltriebwerke aufweist, die einzelne Vortriebsstrahlströme
parallel über mit Abstand angeordnete Düsen in der üblichen Art und Weise ausstoßen
bzw. ausblasen. Beispielsweise kann ein Luftfahrzeug durch sechzehn Turbinenstrahltriebwerke
angetrieben werden, wobei acht in jedem Flügel so angeordnet sind, daß die Wirklinien
der Strahlströme von den einzelnen Triebwerken her über die Flügelspannweite verteilt
sind. Die Triebwerke sind in vier Gruppen eingeteilt, nämlich die vier Außen-und
die vier Innentriebwerke in jedem Flügel, wobei jede Gruppe eine Gemeinschafts-Brennstoffpumpe
antreibt und jede Pumpe ein Triebwerk von jeder Gruppe mit Brennstoff versorgt,
und zwar werden die entsprechenden Innen- und Außentriebwerke in gegenüberliegenden
Flügeln von der gleichen Pumpe beliefert. Somit sind dann, wenn eine Pumpe versagt,
die vier aussetzenden Triebwerke symmetrisch über die Flügelspannweite verteilt,
und es entsteht im wesentlichen keine Schubkraftasymmetrie.
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Eine andere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung liegt bei einem Luftfahrzeug
mit Strahltriebwerkgruppen, die so angeordnet sind, daß sie die Strahlströme in
einer Abwärtsrichtung ausblasen, um dadurch einen senkrechten Auftrieb zu erhalten.
Bei einem solchen Luftfahrzeug können die Wirklinien der Triebwerke mit Abstand
voneinander in Längsrichtung
anstatt in Spannrichtung oder zusätzlich
dazu vorgesehen sein.
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Die Erfindung kann außerdem bei Luftfahrzeugen zur Anwendung kommen,
welche durch Propeller betriebene Triebwerke angetrieben werden, deren Wirklinien
parallel zur Flügelspannweite und mit Abstand an diesem entlang liegen.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Anzahl der Triebwerke
in jeder Gruppe gleich der Anzahl der Gruppen, jedoch ist dies nicht notwendigerweise
immer der Fall. Demzufolge können vier Gruppen von je acht Triebwerken vorgesehen
werden, in welchem Falle eine Gemeinschaftsbrennstoffpumpe von jeder Gruppe angetrieben
wird, wobei diese zwei Triebwerke jeder Gruppe versorgt, oder zwei Gemeinschaftsbrennstoffpumpen
werden von jeder Gruppe angetrieben, wobei jede Pumpe ein Triebwerk von jeder Gruppe
versorgt. In einigen Fällen können einige der Brennstoffpumpen Brennstoff an eine
unterschiedliche Anzahl von Triebwerken liefern als andere.