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Brennvorrichtung für Strahltriebwerk Die Erfindung betrifft eine Brennvorrichtung
für ein Strahltriebwerk mit doppelter Strömung, .bei dem die durch einen ringförmigen
Kanal geleitete, kalte, äußere Strömung mittels einer darin weit vor der Mischebene
bzw. -zone der beiden Strömungen angeordneten Brennstoffzuführungsstufe auf die
Temperatur der inneren heißen Strömung gebracht wird.
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Es ist bereits ein Strahltriebwerk mit doppelter Strömung bekannt,
bei dem das von einem Gebläse abgegebene Sekundärströmungsmittel und das aus einer
Turbine austretende Primärströmungsmittel in einem Kanal gemischt werden, der in
einer Schubdüse endet, und bei welchem vor der Mischzone der beiden Strömungsmittel
im Strömungspfad des Sekundärströmungsmittels eine Erhitzungseinrichtung vorgesehen
ist, mittels deren die Temperatur des Sekundärströmungsmittels im wesentlichen auf
die Temperatur des Primärströmungsmittels gebracht werden soll. Geeignete Einrichtungen,
um diese Angleichung der Temperaturen vornehmen zu können, fehlen jedoch. Durch
die Erfindung soll eine Vorrichtung geschaffen werden, bei der die Sekundärströmung
in Abhängigkeit von der Temperatur der heißen Primärströmung wie auch in Abhängigkeit
von der Stellung des Gashebels des Piloten regelbar aufgeheizt werden kann.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß ein unter .der Steuerung
des Gashebels stehender sowie von den Meßwerten der jeweils innerhalb der Strömungen
vor der Mischzone angeordneten Temperaturfühler beeinflußter Regler vorgesehen ist,
der zur Herbeiführung des Temperaturausgleichs die der Brennstoffzuführungs- bzw.
Vorheizstufe wie auch die einer ersten im Ringkanal im Bereich der Mischzone angeordneten
Nachheu- oder Nachverbrennungsstufe zufließende Brennstoffmenge bemißt.
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Die Erfindung kann vorteilhaft dadurch weiter ausgestaltet werden,
daß von der Verbindungsleitung zwischen dem Regler und der ersten Nachverbrennungsstufe
eine Abzweigleitung ausgeht, über die eine weitere Brennstufe mit kleinerem Durchmesser
innerhalb des Ringkanals vor der Nachverbrennungsstufe mit dem erforderlichen Druckabfall
beaufschlagt ist. Auch kann weiterhin der ersten Nachverbrennungsstufe eine zweite
Brennstufe zugeordnet bzw. nachgeschaltet sein, deren Durchmesser zwischen dem der
ersten und demjenigen der dritten, noch kleineren, ebenfalls nachgeschalteten Brennstufe
liegt. Dabei sollen die zweite und die dritte Brennstufe unmittelbar hinter der
Mischebene bzw. Mischzone angeordnet und durch einen zweiten Regler steuerbar sein,
welcher dem ersten Regler parallel geschaltet ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Maßnahmen läßt sich der zur Nachheizung erforderliche Brennstoffverbrauch niedrig
halten und der Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks verbessern.
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In der nachfolgenden Beschreibung wird an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
der Erfndung mit verschiedenen Einzelheiten beschrieben. Die einzige Figur stellt
einen schematisch wiedergegebenen Längsschnitt eines Strahltriebwerkes nach der
Erfindung dar.
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In dem Ausführungsbeispiel besitzt ein Niederdruckkompressor 1 sechs
Stufen und ist nach vorn als Fliehkraftverdichter oder Gebläse 2 mit zwei Stufen
verlängert. Der Rotor wird durch eine Niederdruckturbine 3 mit drei Stufen bewegt.
Der Rotor eines Hochdruckkompressors 4 mit sieben Stufen wird durch eine Hochdruckturbine
5 mit einer einzigen Stufe angetrieben. Zwischen den Kompressor-und Turbinenteilen
befindet sich eine Brennkammer 6, die beispielsweise ringförmig ausgebildet und
mit Einspritzdüsen 7 für die Brennstoffversorgung versehen ist. Die Gasturbine,
welche aus dem mittleren
Teil des Gebläses 2, dem Niederdruckkompressor
1, dem Hochdruckkompressor 4, der Brennkammer 6, der Niederdruckturbine 3 und der
Hochdruckturbine 5 besteht, wird von einer äußeren Verkleidung 9 umgeben, welche
eine Lufteintrittsöffnung 10 und eine Düse 11 des Strahltriebwerkes mit doppelter
Strömung enthält. Der Teil an der _Peripherie der Schaufeln des Gebläses 2 sichert
die Luftströmung des Triebwerkes in dem Ringkanal 8 zwischen der Gasturbine und
der äußeren .Verkleidung 9. In dem Kanal 8 sind eine Erhitzungseinrichtung 12 mit
Brennern in Ringform oder mit Düsen zur Zufuhr des Brennstoffes, eine Zündeinrichtung
und andere zugehörige Teile vorgesehen.
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Durch diese Einrichtungen wird eine Vorerhitzung des kalten Strömungsmittels
erzielt und derart geregelt, daß das Strömungsmittel auf dieselbe Temperatur gebracht
wird wie das Primärströmungsmittel und entlang dem sehr kurzen .Stück gehalten wird,
die es vor seiner Mischung mit dem Primärströmungsmittel aus der Gasturbine zu durchlaufen
hat. Versuche haben gezeigt, daß gleiche Temperaturen und Drücke am Ausgang der
Gasturbine realisiert sind, so daß die Nacherhitzungseinrichtung mit ihrem Brenner
und ihren Stufen zur Brennstoffzufuhr 13, 14 und 15 an dieser Stelle angeordnet
sein ,können, d. h. am Zusammenfluß = der beiden Strömungsmittel.
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. Die Brennstufe 14 besitzt Ringform mit mittlerem Durchmesser. Sie
ist insbesondere bestimmt, die Turbulenz im Zusammenfluß der beiden Strömungsmittel
zu unterstützen, derart, daß die Mischung erleichtert wird.
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Die Stufen 12,13,14 und 15 arbeiten in der Luft allein. Auf dem Erdboden
und bei voller Schubkraft werden die Stufen 16 und 17, welche gewöhnlich keine Flamme
.führen, zusätzlich in Tätigkeit gesetzt, entsprechend einer Vorrichtung, die 4n
der deutschen Auslegeschrift 1133 185 beschrieben ist.
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Die Vorerhitzung des Sekundärströmungsmittels ermöglicht es, über
eine große Strecke für den gemischten und vorerhitzten Strom zu verfügen und dabei
verhältnismäßig geringe axiale Hauptabmessungen beizubehalten.
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Da die Gesamtdrücke der durch den Fliehkraftverdichter strömenden
Luft und der aus der Turbine ausströmenden Gase im wesentlichen gleich sind, hat
die Anpassung der Temperaturen die Wirkung, daß eine Mischung der Strömungsmittel
theoretisch ohne Verluste des Gesamtdruckes und ohne Vergrößerung der Entropie sichergestellt
ist, bevor diese in der Schubdüse entspannt werden. Das Strahltriebwerk hat eine
große Elastizität in der Arbeitsweise. Es kann außer der üblichen »trocknen« und
mit Nacherhitzung arbeitenden Arbeitsweise in einer Zwischenarbeitsweise mit Erhitzung
des Sekundärströmungsmittels und ohne Nacherhitzung des gemischten Strömungsmittels
betrieben werden, was eine mäßige Vermehrung des Schubes bei .akzeptablem Verbrauch
zur Folge hat.
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Bei diesem Triebwerk ist der Verlust des Gesamtdruckes auf ein Minimum
reduziert, verbunden mit einer Stabilität der Verbrennung, die für die Arbeitsweise
bei allen Flugbedingungen akzeptabel ist. Der Gesamtwirkungsgrad des Erhitzungsprozesses
ist größer als derjenige der bei mit einem Mischer arbeitenden Triebwerken. Der
Schub ist für eine bestimmte Gastemperatur hoch und der spezifische Verbrauch gering.
Die Zündgrenzen sind sehr niedrig, da der Brenner für die Erhitzung des Sekundärströmungsmittels
zuerst gezündet wird, was nur wenig Einfluß auf die Arbeitsweise des Fliehkraftverdichters
hat.
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Der Schub steigt bei Zündung nur gering .an. Es ergeben sich erhebliche
Vorteile bezüglich der Veränderung des Schubes. In der Zeichnung ist schematisch
eine Einrichtung angegeben, die es erlaubt, das gewünschte Ergebnis zu erhalten:
Ein Regler R 1 empfängt ein Eingangssignal a, welches von der Stellung des Gashebels
M des Piloten abhängt, ein Eingangssignal 01, welches von einem Temperaturmeßglied
für die Gesamttemperatur des Primärströmüngsmittels oder von einem Temperaturmeßglied
für die Gesamttemperatur im Inneren in der Ebene des Zusammenflusses herrührt, und
schließlich ein Eingangssignal 02, welches von einem Temperaturmeßglied herrührt,
das die Temperatur des Sekundärströmungsmittels mißt oder in gleicher Weise außerhalb
der Ebene des Zusammenflusses angeordnet ist. Der Regler R 1 ist vorgesehen, um
die Temperatur 02, 01 konstant zu halten, indem der Brennstoff, der von einer Pumpe
P gefördert wird, gemäß vorgegebenen Größen verteilt wird, zunächst in der Stufe
12 für die Vorerhitzung, sodann in der Stufe 13. Der Abfall der Temperatur,
der von der Gegenstromeinspritzung der kalten Brennstoffmenge in dieser Stufe herrührt,
wird durch die Verbrennung des Brennstoffes in der Stufe 16 (ohne Brenner) kompensiert.
Der Druckabfall d P der Einspritzdrücke in den Stufen 13 und 16 wird im wesentlichen
konstant gehalten.
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Die Nachverbrennung nach dem Zusammenfluß wird über einen zweiten
Regler R 2 vorgenommen, welcher wie der erste Regler R 1 ein Signal a entsprechend
der Stellung des Gashebels M erhält. Er bestimmt die Einspritzdrücke der Brennstoffe
in den Stufen 14,15 und 17, wobei ein Druckabfall d P in gleicher Weise aufrechterhalten
wird zwischen den Drücken in den Stufen 14 und 17.
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Die Regler R 1 und R 2 bestimmen außer den gewünschten Unterschieden
in der Brennstoffzufuhr den Querschnitt der Düse 11, indem sie die Öldrücke in den
Leitungen bestimmen, welche die Stellglieder für den Querschnitt der Düse beeinflussen.
Dieser neue Parameter erlaubt es, in einfacher Weise die notwendigen Bedingungen
für die Arbeitsweise bei allen Belastungen zu realisieren.