-
Verfahren und Vorrichtung zur Bildung eines strömungsdynamischen Flammhalters
in Strahltriebwerken Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vormichtung
zur Bildung eines strömungsdynamischen Flammhalters in Strahltriebwerken von Flugkörpern
mit hoher Überschallgeschwindigkeit.
-
Früher wurden aus festen Stoffen bestehende Flammihalter verwendet.
Diese stellen jedoch einen erheblichen Strömungswiderstand dar. Wesentlich vorteilhafter
sind strömungsdynamische Fl'ammhalter. Bei einer bekannten Vorrichtung wird durch
eine seitliche Öffnung der Brennkammer zusätzliches Gas zu dem in der Kammer strömenden
Gasstrom eingeblasen. Dadurch soll eine der Wirkung eines festen Flammhalters gleichkommende
Wirkung sowie eine Flammenstabilisierung erreicht werden. Als eingeblasenes Gas
wird ein die Verbrennung unterhaltendes Gays, vorzugsweise Druckluft, verwendet.
Flüssiger oder Gasförmiger Brennstoff kann vor, an oder hintar der Einblassstelle
der Druckluft eingespeist werden. Die ganze zur Bildung des Flammhalters, d. h.
zur zweckentsprechenden Verformung der Hauptströmung nötige Energie stammet .aus
der Luft der Hauptströmung selbst oder, im wirksameren Fall, aus der Kompressorluft
des Triebwemks. Diese Luft mit einer durch den Kompressor zugeführten Energie wird
der Turbine entzogen, was einen unerwünschten Verlust bedeutet.
-
Es fit auch bekannt, die Energie der Luft zu erhöhen, indem sie an
den zu kühlenden Flugkörperteilen entlanggeführt wird und dort Wärme aufnimmt. Zur
Kä!Mang heißer Flugkörperteile ist es jedoch wirkungsvoller, mindestens einen Teil
des Brennstoffs zu benutzen. Es ist ebenfalls bekannt, Brennstoff an den heißen
Flugkörperteilen entlangzuführen, der den heißen Teilen die zu seiner Verdampfung
notwendige Verdampfungswärme entzieht. Die Oberflächen des Flugkörpers werden dabei
gekühlt. Dieser Kühlung kommt besondere Bedeutung bei sich mit hoher überschallgesahwindigkeit
bewegenden Flugkörpern zu, da durch die Kühlung die Tragflügelgrenzschicht viel
länger laminar gehalten werden kann. Der Widerstand des Flugzeugs isst mit laminarer
Grenzschicht wesentlich kleiner als bei Auftreten von Turbulenz. Durch die Verdampfung
des Brennstoffs wird die Energiebilanz des Flugzeugs erhöht.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die der bekannten Vorrichtung anhaftenden
Nachteile zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur strömungsdynamischen
Flammhalterbildung zu schaffen, bei der die notwendige Energie nicht der Turbine
entzogen wird.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoff
an den zu kühlenden Teilen des Triebwerks oder der Außenhaut des Triebwerks oder
des Flugkörpers unter derartig hohem Druck entlanggeführt wird, daß er während der
Aufheizung flüssig bleibt und d,aß der Brennstoff danach durch Düsen rechtwinklig
oder schiefwinklig zur Achse des die Brennkammer durchströmenden Sauerstoffträgerstromes
in diesen Sauerstoffträgerstrom eingespeist wird, wo. er einen Strahl großer Dichte
bÜdet, der mit hoher Geschwindigkeit in den Sauerstoffträgerstrom eindringt und
einen aus dem Brennstoff bestehenden Flammhalter bildet.
-
Durch die Unterdrucksetzung des Brennstoffs ist dieser in der Lage,
eine wesentlich größere Wärmemenge pro Gewichtseinheit von den heißen Flugkörperteilen
aufzunehmen, ohne zu verdampfen, als es bisher mit unter Normaldruck strömendem
Brennstoff möglich war. Weiterhin ist die Unterdrucksetzung des Brennstoffs eine
wesentliche Voraussetzung für die Bildung des strömungsdynamischen Flammhalters,
wenn im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung nicht zum größten Teil die Luft,
sondern der Brennstoff verwendet wird. Beim Verfahren und der Vorrichtung gemäß
der Erfindung wird fast die gesamte zur Flammhalterbildung dienende Energie aus
dem Energieinhalt des mit hoher Temperatur
strömenden Brennstoffs
genommen, der sieh seinen hohen Energieinhalt bei der notwendigen Kühlung von Triebwerk-
oder anderen Flugkörperteilen angeeignet hat. Die Aufheizung des Brennstoffs erfolgt
erfindungsgemäß ohne zusätzlichen Energieaufwand. Die Gesamtenergiebilanz des Flugzeugs
wird dadurch erhöht.
-
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Rahmen der
Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch in an sich bekannter
Weise konvergent-divergent ausgebildete Düsen für die Einspeisung des aufgeheizten
Brennstoffs in den die Brennkammer durchströmenden Sauerstoffträgerstrom, deren
Ausströmöffnungen in oder in der Nähe der Brennkammer rechtwinklig oder schiefwinklig
zur Achse dieses Sauerstoffträgerstromes ausgerichtet sind. Es ist n" lä'oh die
wichtigste Aufgabe einer Vorrichtung zur Durchführung des erfmdun@gs@germäßen Verfahrens,
den aufgeheizten Brennstoff strahlartig mit einer den Umgebungsverhältnissen (Brennkammergröße
und Geschwindigkeit des Saucrstoffträgerstromes) angemessenen Geschwindigkeit in
dem Sauerstoffträgerstrom einzubringen. Diese Geschwindigkeit soll unter Umständen
sehr hoch sein. Die Lösung dieser vorstehenden Aufgabe wird durch die genannten,
in an sieh bekannter Weise konvergent-divergent ausgebildeten Düsen, deren Ausis:trömöffnungen
nicht parallel, sondern im Winkel zur Achse des Sauerstoffträgerstromes ausgerichtet
sind, erreicht.
-
Bei den im Rahmen der Erfindung möglichen Ausführungsarten sind je
nach der Art der Brennkammer und der besonderen Anordnung der Düsen verschiedenartige
Ausströmgeschwindigkeiten des Brennstoffs aus den Düsen erwünscht. Durch eine stark
konvergent-divergent ausgebildete Form wird eine hohe Ausströmgeschwindigkeit erreicht.
Die Ausströmgeschwindigkeit des Brennstoffs wird geringer, wenn die Düse weniger
divergent ist. Es ergibt sich dann ein. breiter Strahl geringer Eindrmgtiefe, der
in. bestimmten Fällen gewünscht wird. Als Grenzfall einer Verringerung der Divergenz
kann eine zylindrische Form angesehen werden.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsart nach der Erfindung ist eine solche
Düse der oben gekennzeichneten Vorrichtung zusammen mit einem umgebenden Düsenrahr,
an das eine Luftzufuhrleitung angeschlossen ist, nach der Art einer Strahlpumpe
ausgebildet und angeordnet, wobei das Düsenrohr die schließliehe. Ausströmöffnung
besitzt.
-
In Welterbildlung der Erfindung ist der Rand der Ausströmöffnung einer
solchen genannten Düse bzw. des Düsenrohres derart ausgebildet, daß der in bezug
auf die Strömung des die Brennkammer durchströmenden Sauerstoffträgers strömungsabwärts
bzw. die Anströmseite entfernt gelegene Randalyschnitt, bezogen auf eine Ebene senkrecht
zur Düsenausströmrichtung, niedriger ist als der strömungsaufwärts bzw. an der Anströmseite
gelegene Randabschnitt. Dadurch, daß der Randabschnitt der Ausströmöffnung der Düse
bzw. des Düsenrohres in dieser besonderen Weise ausgebildet ist, wird erreicht,
daß an derjenigen Düsenseite, die in bezug auf die Strömung des Sauerstoffträgers
stromabwärts gerichtet ist, eine tote Zone entsteht, im der eine Zündvorrichtung
unter günstigen Bedingungen arbeiten kann. Zur Bildung einer solchen toten Zone
ist der austretende Düsenstrahl in erster Linie von Einfluß. Deshalb muß das genannte
Niedrigersein des stromabgelegenen Randabschnittes auf die Düsenausströmrichtung
bezogen werden.
-
In Weiterbildung der vorstehenden Verbesserung liegen der höhere Randabschnitt
und der niedrige Randabschnitt der Düse bzw. des Düsenrohres jeweils etwa quer zur
Düsenachse und sind durch einen; Absatz voneinander getrennt. Bei einer besonders
bevorzugten Ausführungsart liegt dabei der strömungsaufwärts gelegene Randabschnitt
der Düse bzw. des Düsenrohres in einer Flucht mit einer die Ausströmöffnung umgebenden,
von dem Sauerstoffträgerstrom angeströmten Wandung, und in dieser Wandung ist um
den strömungsabwürts liegenden, niedrigeren Randabschnitt eine Ausnehmung angebracht,
in der eine Zündeinrichtung angeordnet ist. Eine Verbesserung wird dabei dadurch
erreicht, daß eine Platte frei tragend angeordnet ist, die die strömungsabwärts
gelegene Ausnehsnung überdeckt.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsart springt der strömungsaufwärts
liegende Randabschnitt der Düse bzw. des Düsenrohres gegenüber einer die Ausströmöffnung
umgebenden, von dem Sauerstoffträgerstrom angeströmten Wandung vor.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungart sind die Düsen auf an sich bekannte
Weise in einem in der Brennkammer liegenden Zentralkörper angeordnet. Während bei
den an erster Stelle genannten Ausführungsarten die Düsen radial in den Brennraum
hineinblasen, findet nach der letztgenannten Ausführungsart die Strömung aus den
Düsen heraus in umgekehrter Richtung, nämlich radial nach außen auf die den Sauerstoffträgerstrom
nach außen begrenzende. Wand hin, statt.
-
Eine andere Weiterbfld'ung der Erfindung wird dadurch erreicht, daß
Düsen verwendet werden, die durch zwei gleichachsige Kegelmäntel, zwischen denen
der Brennstoff zum Teil verdampft, gebildet sind. Derartige Düsen aus zwei gleichachsigen
Kegelmänteln zu bilden, ist bekannt. Hier ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß
die Spitzen der Kegel bei der entweder strömungsaufwärts liegenden Seite oder bei
der strömungsabwärts liegenden Seite der Hauptströmung zugewandt sind und die Kegelmäntel
verschiedene oder gleiche Konizität aufweisen.
-
Es sei hierzu bemerkt, daß es sich bei einer Kegelmanteldüse, auch
wenn die Kegelmäntel gleiche Konizität aufweisen, einwandfrei um eine divergente
Düse handelt, weil der Düsenquerschnitt in Ausätrömrichtung zunimmt. Die Charakteristik
der Düse ist in dieser Hinsicht gleich derjenigen einer divergenten Normaldüse.
Was die Konvergenz anbetrifft, so kann diese unter Umständen ebenfalls den Grenzwert
Null annehmen. Die Kegelmäntel können jedoch auch derart ausgebildet sein, daß der
von ihnen abgegrenzte Raum einen zunächst abnehmenden und hierauf zunehmenden Querschnitt
hat.
-
Im Rahmen der Erfindung ist bei einem Luftfahrzeug mit einem außerhalb
liegenden Staustrahltriebwerk eine besonders vorteilhafte Verwendung von erfindungsgemäßen
Vorrichtungen vorgesehen, und zwar sind solche Brennstoffdüsen in der Wand des Luftfahrzeugs
vor dem Staustrahltriebwerk so angeordnet und dem Eingang desselben zu gerichtet,
daß der Brennstoffstrahl sich mit dem ankommenden Luftstrom mischt und in das Staustrahltriebwerk
eintritt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß es an sich bekannt ist, koaxial
in der Einlaßöffnung eines Staustrahltriebwerks einen Hohlkörper anzuordnen,
der
etwas über die Eingangsöffnung des Triebwerks vorsteht und dort Umfangsöffnungen
besitzt, aus denen Brennstoff austritt, der sich ebenfalls mit der ankommenden Luft
mis.zht, bevor das Gemisch in das Triebwerk eintritt. Auch bei dieser bekannten
Anordnung verdampft mindestens ein Teil des Brennstoffs beim Durchtritt durch die
Düs,-n infolge Entspannung, wobei gleichzeitig ein Strahl gebildet wird.
-
Im Rahmen der Erfindung ist eine weitere vorteilhafte Verwendung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem Luftfahrzeug mit Brennstoffzufuhr an die
Außenseite von Flügel oder Rumpf dadurch vorgesehen, daß die Düse oder Düsen an
der Unterseite des Flügels oder Rumpfes münden. Hierzu sei bemerkt, daß es ebenfalls
im Prinzip bekannt ist, Brennstoff an der Außenseite von Flügel oder Rumpf zuzuführe
n.
-
Ganz allgemein sei zu der erfindungsgemäßen Lehre noch gesagt, daß
neben der zur den Sauerstoffträgerstrom begrenzenden Wand senkrechten Anordnung
der Düsen, die Düsen eine beliebige Neigung bezüglich des Sauerstoffträgerstromes
haben können, wobei die Brennstoffstrahlen auch mit einer Gegenstromkomponente zur
Sauerstoffträgerströmung eingespritzt werden können. Bedingung für die Anordnung
der Düsen ist lediglich, daß der aus der Düse kommende Brennstoffstrahl einen strömungsdynamischen
Flammhalter bildet, sc daß sich die Verbrennung daran selbst unterhält.
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwend'ungsmöglichkeiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den. Zeichnungen,
in denen einige Ausführungsbeispiele dargestelCt sind.
-
Fig. 1 ist ein Scn,nitt eines Teils einer Brennkammer oder Nachbrennkammer
mit einer einen Strahl mit großem Eindringvermögen bildenden Düse; Fig. 2 ist ein
Grundriß der Vorrichtung der Fig. 1; Fig. 3 zeigt -ine AuEführungs.abwandlung der
Fig.1; Fig.4 ist eine Ausführungsabwandlung, bei welcher die Achse der Düse entgegen
dem Hauptstrom geneigt ist; Fig. 5 ist eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, bei welcher
die Düse weriger divergiert, so daß sie einen kurzen breiten Strahl erzeugt; Fig.
5 zeigt die Kombination einer Düse mit einem Strahlrohr zur Ansaugung von Primärluft;
Fig. 7 ist ein halber Längssdiniti des mittleren Teils eines Turbc.stra,hltrie:bwerks,
welcher eine Brennkammer und eine Nachbrennkammer mit Düsen zeigt, welche radial
von außen nach innen gerichtete Stralen erzeugen; Fig. 8 ist ein Schnitt längs d-er
Linie VIII-VIII der Fig. 7; Fig. 9 zeigt eine der Fig. 8 ähnliche Ausbildung, wobei
jedcjh die Düsen in einem zu der Kammer konzentrischen Mittelkörper angeordnet sind;
Fig. 10 ist eine längs der Linie X-X der Fig. 11 geschnittene Teilansicht der ringförmigen
Brennkammer, wobei der Schnitt durch die Achse eines erfindungsgemäßen Brenners
gelegt ist; Fig. 11 ist eine längs des Pfeils F 11 der Fig. 7 und 10 gesehene
Teilansicht der Brenner dieser Kammer; Fig. 12 ist ein abgewickelter Schnitt der
Kammer längs der Linie X11-XII der Fig. 11; Fig. 13 ist eine sehr schematische Ansicht
der Anwendung der Erfindung auf ein mit einem Staustrahltriebwerk ausgerüstetes
Luftfahrzeug; Fig. 14 zeigt in einer sehr schematischen Ansicht die Anwendung der
Erfindung auf die Verbrennung außei@zalb des Flugzeugs unter der Druckseite eines
Dreieckflügels.
-
Fig. 1 zeigt einen Teil einer Brennkammer oder Nachbrennkammer eines
Triebwerks. für Luftfahrzeuge. Diese Kammer wird von einem in der Zeichnung von
links nach rechts mit großer Geschwindigkeit strömenden Gasstrom durchströmt. In
der Wand 1 dieser Kammer ist eine konvergent-divergente Düse 2 angeordnet, welche
an eine Leitung 3 anaesclilossen ist, durch welche der unter Druck stehende heiße
Brennstoff ankommt, nachdem er z. B. einen Kreis zur Kühlung des Motors oder der
Außenhaut des Luftfahrzeugs durchströmt hat. Der divergente Teil 2a der Düse ist
längs einem Halbkreis abgeschnitten, und das entsprechende Ende ist entfernt, so
daß der strömungsaufwärts liegende Abschnitt 4 a des divergenten Teils bündig mit
der Innenfläche der Wand 1 der Kammer längs eines Halbkreises 4b abschließt, während
der strömungsabwärts lieg,nde Abschnitt 4e, der ebenfalls die Form eines Halbkreises
hat, in bezug auf die Innenseite der Kammer tiefer liegt. Die Wand 1 der Kammer
ist mit einer den strömungsabwärts liegenden Abschnitt des divergenten. Teils längs
einem Halbkreis umgebenden Ausnehinung 5 versehen (Fig. 2). Eine Platte 6, welche
die Form eines halbkreisförmigen Kranzes hat, ist an der Wand der Kammer befestigt
und ragt frei traglInd in die Ausnehmung 5 vor. Ferner ist diese Platte bei 7 um
90° nach dem Innern der Ausne.hmung hin umgebogen. In der Ausnehmung 5 ist ein entsprechendes
Zündmittel angebracht, z. B. eine Kerze B. Schließlich gestattet z. B. eine Ventilnadel
9 die Regelung des Durchtrittsquerschnitts des Brennstoffs an der engsten Stelle
der Düse.
-
Nachdem der durch eine Pumpe unter einen hohen Druck und in Umlauf
gesetzte Brennstoff die zu kühlenden Teile durchströmt hat und so eine große Wärmemenge
aufgespeiohert hat, gelangt er durch die Leitung 3 in die Düse 2. In dieser erlangt
der Brennstoff eine große Geschwindigkeit, während sein Druck abnimmt. Der Druckabfall
längs des divergenten Teils bewirkt eine teilweise Verdampfung des Brennstoffs,
während der übrige Teil der Flüssigkeit während der Verdampfung fein zerstäubt wird.
Es ist zu bemerken, daß die Geschwind'igkeits-, Verdampfungs- und Zerstäubungsenergie
hauptsächlich von der von dem Brennstoff bei seiner Berührung mit den heißen Teilen
aufgenommenen Wärmeenergie stammt. Die von der in dem Kühlkreis ang,brachter. Pumpe
herrührende Zunahme der Enthalpie des Brennstoffs ist sehr gering und entspricht
nur etwa 5 % der von thermischen Ursachen herrührenden. Beim Austritt aus dem divergenten
Teil tritt ein Teil des Brennstoffs an dem gegenüber dem Abschnitt 4a versetzten
Abschnitt 4 c aus und verbreitet sich strömungsabwärts in der Ausnehmung 5, wo er
mittels der Kerze 8 gezündet wird. Die Verbrennung wird dann in einer gegen den
Hauptgasstrom geschützten Zone innerhalb der Ausnehmun@g unter der mit einer Randleiste
7 versehenen Platte 6 stabilisiert.
-
Der divergente Teil der Düse ist so ausgebildet, daß der Druck am
Ausgang praktisch gleich dem in der Kammer herrschenden ist, so daß der Brennstoff
in die Kammer mit einer sehr hohen Geschwindigkeit
eintritt. Ferner
hat der Brennstoff infolge seines großen Gehalts an flüssigen Teilchen eine sehr
große Dichte. Der Brennstoff tritt daher in Form eines Strahls ein, welcher eine
große Eindringkraft hat und als Flammhalter für eine Hauptverbrennung dienen kann,
welche im Schutz des von den Strahlen gebildeten »Flammhalters« vor sich geht.
-
Eine derartige Anordnung ist offenbar besonders bei einer Nachbrennkammer
vorteilhaft. Bekanntlich arbeiten in einer derartigen Kammer die Brenner nur während
einer gegenüber der Gesamtbenutzungszeit des Triebwerks verhältnismäßig kurzen Zeit.
Bei den erfindungsgemäßen Brennern bleibt, wenn die Nachverbrennung nicht benutzt
wird, kein einen Strömungswiderstand innerhalb der Kammer erzeugender vorspringender
Teil bestehen.
-
In den während der ganzen Flugdauer des Luftfahrzeugs benutzten eigentlichen
Brennkammern braucht diese Bedingung nicht eingehalten zu werden, und man kann ein
kleines materielles, im Innern der Kammer ständig vorspringendes Hindernis zulassen.
Dies. ist in Fig. 3 dargestellt, welche einen Brenner einfacherer Ausführung zeigt.
In dieser Figur springt die Düse 2 zur Brennstoffeinspritzumg teilweise innen an
der Brennkammer vor. Der divergente Teil der Düse enthält wie oben einen strömungsaufwärts,
liegenden; durch einen Halbkreis 4 b abgeschlossenen, vorspringenden Abschnitt 4a
und einen strömungsabwärts liegenden, ebenfalls durch einen Halbkreis abgeschlossenen,
gegenüber dem Abschnitt 4 a versetzten Abschnitt 4c. In der durch den vorspringenden
Abschnitt 4 a geschützten toten Zone ist eine nicht dargestellte Zündvorrichtung
angeordnet, und man erhält ähnliche Wirkungen wie in der Ausnehmung 5.
-
Die Dfise 2 kann sogar in bezug auf die allgemeine Strömungsrichtung
des Hauptströmungsmittels in der Kammer strömungsaufwärts geneigt sein (Fig. 4),
so daß die Einspritzung teilweise im Gegenstrom erfolgt und die Verbrennung trotzdem
in der toten Zone des vorspringenden Abschnitts 4 a der Düse geschützt werden kann.
-
Die Einspritzdüse kann übrigens vollständig im Gegenstrom angeordnet
sein, was den Vorteil einer Verkürzung der Brennkammer mit sich bringt. Dabei bildet
der im Gegenstrom angeströmte Brennstoffstrahl .einen pilzartigen Schirm, hinter
welchem die Flamme geschützt ist.
-
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform entspricht der der Fig.
1. und ist daher insbesondere für eine Naohbrennkammer geeignet. Die Düse 2' ist
weniger divergent als vorher (ihre Divergenz kann sogar bis zum Wert Null verringert
sein, d. h., die Düse kann sogar als Grenzfall zylindrisch sein), so daß der Druck
am Ausgang erheblich größer als der Druck im Innern der Kammer ist. Der Strahl platzt
auseinander. Die Geschwindigkeit des Brennstoffs ist kleiner, und die Eindringkraft
ist geringer. Der Strahl am Ausgang der Düse ist dann kurz und breit, wie in der
Figur dargestellt.
-
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform saugt die mit heißem
Brennstoff unter Druck durch die Leitung 3 gespeiste und mit einer nahezu zylindrischen,
nachgeschalteten Enddüse 11 kombinierte Düse 2 Luft von einer Leitung 12 an. Die
Düse 2 kann gegebenenfalls durch eine Ventilnadel 9 geregelt werden und liegt praktisch
am Eingang der Enddüse 11. Der stromauf gelegene Endabschnitt 11a dieser Enddüse
schließt bündig mit der Innenfläche der Kammer ab. während der andere, stromab gelegene
Abschnitt 11 b etwas zurück weicht.
-
Der mit großer Geschwindigkeit aus der Düse 2 austretende Brennstoff
erzeugt in der Enddüse 11 eine Luftansaugung. Das aus der Enddüse 11 heraustretende
Gemisch wird durch die Kerze 8 in der Ausnehmung 5 gezündet. Man erhält so am Ausgang
der Enddüse bessere Brennbedingungen. Die Ansaugung der Luft durch den aus der Düse
2 austretenden Brennstoff ergibt nämlich ein Primärgemisch und einen Strahl mit
einer größeren Berührungsfläche mit dem ankommenden Luftstrom der Brennkammer und
wirkt wie ein größerer Fl'ammhalter.
-
Fig. 7 ist ein halber Längsschnitt des mittleren Abschnitts eines
Turbostrahltriebwerks mit einer ringförmigen Brennkammer 13 und einer auf die Turbine
14 folgenden Nachbrennkammer. In die Nachbrennkammer wird der Brennstoff radial
von außen nach innen durch Düsen 2 eingespritzt, welche Strahlen mit großer Eind'ringkraft
erzeugen.
-
Fig. 8 zeigt diese gleichmäßig auf die Wand 1 der Kammer verteilten
Düsen 2, deren Zahl z. B. sechs beträgt. Die Düsen 2 sind mit Düsen 2' kombiniert,
welche gleichmäßig zwischen den Düsen 2 angeordnet sind und kurze, breite Strahlen
ergeben. Man erhält so eine gute Verteilung des Brennstoffs über den ganzen Querschnitt
der Kammer.
-
In Fig. 9, welche ein der Fig. 8 entsprechender Querschnitt ist, erfolgt
die Einspritzung radial von innen nach außen durch gleichartige Düsen 2, welche
in der Wand 15 eines zu der Kammer gleichachsigen Zentralkörpers liegen, welcher
z. B. der auf die Turbine 14 folgende Innenkegel sein kann. Die Düsen erzeugen Strahlen
mit großer Eindringkraft, und man erhält ebenfalls eine gute Verteilung des Brennstoffs
über den. ganzen Querschnitt der Kammer.
-
Eine Düse zur Verdampfung des heißen Brennstoffs kann auch parallel
zu der Hauptluftströmung in einer Brennkammer angeordnet werden. Dies ist in Fig.
10 bis 12 dargestellt, welche in einer Teilansicht einen Brennerhalter in Form eines
Ringes 16 zeigen, welcher am Eingang der ringförmigen Brennkammer 13 liegt, welche
durch eine Außenwand 13 a und eine Innenwand 13 b gebildet wird' und zwischen einer
Außenhülle 1 und einer Innenhülle 1' angeordnet ist. In diesem Ring sind erfindungsgemäße
Brenner mit Düsen 20 und übliche Brenner 18 eingesetzt, weiche gleichmäßig auf den
Umfang des Ringes verteilt sind. Die letzteren Brenner besitzen gewöhnliche Einspritzdüsen
19, so daß sie normal mit kaltem Brennstoff arbeiten können, welcher beim Anlassen
allein verfügbar ist.
-
Die dem erfindungsgemäßen Brenner angehörende Düse 20 ist ein Doppelkegel.
Die Wände 20a und 20 b haben ein solches Profil, daß der von ihnen abgegrenzte Raum
einen zunächst abnehmenden und hierauf zunehmenden Querschnitt hat, so daß wie bei
den vorhergehenden Düsen 2 der zweckmäßige Druck und die zweckmäßige Geschwindigkeit
am Ausgang erhalten werden. Der heiße Brennstoff kommt bei 3 an, tritt mit großer
Geschwindigkeit aus den Düsen aus und verbrennt in der Rückströmzone einer jeden
von ihnen mit der Primärluft, welche der Kammer durch in der Wand 17 dieser Brenner
angeordnete Öffnungen 21 zugeführt wird. Die in Verbrennung begriffene Strömung
mischt sich
strömungsabwärts mit dem zwischen den Armen der normalen
Brenner 18 durchtretenden Anteil der Primärluft. Die Sekundärluft strömt wie üblich
zwischen den Außenwänden 1 und 13a sowie den Innenwänden 1' und 13 b.
-
Die verschiedenen oben beschriebenen Düsen können natürlich in ein
und derselben Brennkammer kombiniert werden. So kann man z. B. hinter den Brennern
mit den Düsen 20 oder den am Eingang der Kammer angeordneten normalen Brennern Düsen
2 oder 2' anordnen, welche in der in Fig. 7 und 8 dargestellten Weise angeordnet
sind. Die Düsen können insbesondere so angeordnet sein, daß an der Turbine eine
bestimmte Temperaturverteilung erzielt wird.
-
Ferner können Düsen der erfindungsgemäßen Brenner in die Außenströmung
eines Luftfahrzeugs gerichtet werden.
-
Bei der Ausführungsform der Fig. 13 weist ein Luftfahrzeug 30 ein
Staustrahltriebwerk 31 mit übersehaRströmung auf. Vor diesem sind Düsen 2 einer
der oben beschriebenen Bauarten angeordnet, welche in die Außenströmung gerichtet
und dem Staustrahltriebwerk zugewandt sind. Der beim Austritt aus der Düse 2 durch
Entspannung zum Teil verdampfende heiße Brennstoff bildet eine überschallströmung,
welche sich mit dem mit überschallgeschwindigkeit strömenden äußeren Luftstrom mit
anhaftender Stoßwelle 32 mischt. Die Verbrennung in dem Staustrahltriebwerk erfolgt
erst durch den plötzlichen Druck-und Temperaturanstieg in der Stoßwelle 32.
-
Bei der Ausführungsform der Fig. 14 münden die Düsen 2 in eine Art
Brennkammer 33 eines äußeren Staustrahltriebwerks, welches nur durch die Innenfläche
34a eines Dreieckflügels 34 begrenzt wird. Die mit übersaha lgeschwindigkeit aus
den Düsen 2 zum Teil dampfförmig austretenden Brennstoffe mischen sich mit der strömenden
Luft, und die außerhalb des Luftfahrzeugs erfolgende Verbrennung vergrößert den
Druck auf der Druckseite 34 a des Flügels, so daß der Auftrieb und der Schub erhöht
werden.