DE1929954B2

DE1929954B2 - Vorrichtung zur Erzeugung von verdichteten Verbrennungsgasen

Info

Publication number: DE1929954B2
Application number: DE1929954A
Authority: DE
Inventors: Brian Draycott Derby Edwards (Grossbritannien)
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1968-06-14
Filing date: 1969-06-12
Publication date: 1973-12-20
Also published as: DE1929954C3; GB1213551A; DE1929954A1; US3588298A; FR2011521A1

Description

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- 35 oder nicht.

kennzeichnet, daß die Mischkammer (16) mit Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Oxydationsmittel und Brennstoff von konzen- Vorrichtung zur Erzeugung verdichteter Verbrentrisch angeordneten Speiseleitungen (22, 23) aus nungsgase zu schaffen, die eine kontinuierlich fortversorgt wird. schreitende Detonationswelle nach sich zieht und ge-

. .. . · .5 , 40 währleistet, daß eine frische Brennstoff-Oxydations-

''^{! Λ} mittel-Mischung exakt genau zu dem richtigen Zeit-

"■■■' ' punkt innerhalb des sehr kurzen Zeitabschnitts ein

geführt wird, der hierfür zur Verfügung steht.

^: Gemäß der Erfindung wird'diese Aufgabe dadurch

·"■ ¹H!.; '■■■'■■: 45 gelöst, daß die Brennkammer ständig mit der Brenn-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeu- stoffquelle in Verbindung steht, deren Druck gung von verdichteten Verbrennungsgasen, mit einer dauernd unter dem der Oxydationsmittelquelle liegt, mit einer Oxydätionsmittelquelle ständig in Vexbin- Das Wesen der Erfindung besteht demgemäß

dung stehenden Brennkammer, die periodisch mit darin, daß Druckdifferentiale benutzt werden, um zu einem detonationsfähigen Gemisch aus gasförmigem 5° gewährleisten, daß die Luft in die Brennkammer einOxydationsmittel und Brennstoff gespeist wird und tritt, bevor der Brennstoff dorthin gelangt, und daß in dev wenigstens eine kontinuierlich fortschreitende, auf diese Weise eine Barriere bzw. Grenzschicht zwidie Verbrennung einleitende Detonationswelle er- _r,schen der Detonationswelle und dem Brennstoff gezeugt wird, mit"einem Brennkärnmeräbschnitt, dem schaffen wird.

periodisch zwischen dem Durchlauf aufeinanderfol- 55 Weiter bringt die Erfindung den Vorteil, daß eine gender Detonationswellen nur, Oxydationsmittel zu- Vorzündung vermieden werden kann, ohne daß komgeführt wird, wobei der Druck der Oxydationsmittel- plizierte Ventile benutzt werden müssen, deren Bequell? dauernd unter dem Maximaldruek der Deto- herrschung bei den vorkommenden Drücken und nationswelle liegt. Temperaturen schwierig ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Erzeugung 60 Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfinvon verdichteten Verbrennungsgasen wird eine dung ist die Brennkammer ringförmig und im Axial-Brennkammer periodisch mit. einer detonierbaren schnitt stromlinienförmig gestaltet.
Mischung eines gasförmigen Oxydationsmittels und Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfin-

Brennstoff gespeist, wobei eine kontinuierlich sich dung steht die Brennkammer ständig mit einer bewegende, die Verbrennung einleitende Detona- 65 Mischkammer in Verbindung, die ihrerseits ständig tionswelle in der Brennkammer erzeugt wird. Hierbei nach der Oxydationsmittelquelle und der Brennstotfsmd zwei Kammern vorgesehen, die anfänglich mit quelle hin offen ist.
Luft und einem detonationsfähigen Gemisch gefüllt Dabei wird die Mischkammer vorzugsweise mit

^!ί

dem Oxydationsmittel und dem Brennstoff von kon- Brennkammer 12 entsprechen. Dieser Druck steigt

zentrisch angeordneten Speiseleitungen aus versorgt, fast augenblicklich auf den Maximalwert. 25 an,

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Er- wenn die Druckwellen A, B vorbeilaufen. Dann fällt

findung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der der Druck in einem expotentiellen Kurvenabschnitt

Zeichnung zeigt 5 26 auf den Basisdruck ab, bevor die nächste Welle

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht der erfin- vorbeiläuft. Auf diese Weise laufen die sich kontinu-

dungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von ver- ierlich bewegenden Detonationswellen A, B -durch,

dichteten Verbrennungsgasen, die Brennkammer 12 hindurch und erzeugen in je-

F i g. 2 eine graphische Darstellung, die die Druck- dem gegebenen Bereich der Brennkammer aufeinan-

änderungen in einer Brennkammer veranschaulicht, io derfolgende Spitzendrücke, denen graduell absin-

die einen Teil des Aufbaus nach F i g. 1 bildet. kende Drücke folgen.

F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung Wenn eine frische Mischung von Brennstoff und von verdichteten Verbrennungsgasen mit einem Ge- Oxydationsmittel in die Brennkammer 12 unmittelliäuse 11, in dem eine ringförmige Brennkammer 12 bar nach dem Vorbeilaufen einer Detonationswelle ausgebildet ist, die einen aerodynamischen Quer- 15 eingefügt wird, dann erzeugen die heißen Verbrenschnitt besitzt. Die Brennkammer 12 ist an diametral nungsgase, die durch die Detonationswelle erzeugt gegenüberliegenden Seiten mit einem Einlaßkanal 13 werden, eine Vorzündung der Mischung aus Brennbzw, einem Auslaßkanal 14 versehen, und diese Ka- stoff und Oxydationsmittel, was zur Folge hat. daß näle 13, 14 stehen ständig mit der Brennkammer 12 die Brennkammer schnell au^fhört, eine sich konstant in Verbindung. ao hindurchbewegende Detonauonswelle zu besitzen.

Eine Zündvorrichtung 15, z.B. eine Hochspan- Gemäß der Erfindung wird jedoch diese Gefahr nungszündvorrichtung, wie sie bei Gasturbinenstrahl- durch die Tatsache vermieden, daß die Brennkamtriebwerken benutzt wird, leitet am Anfang die Ver- mer dauernd nach dem aus der Leitung 23 zuzufühbrennung innerhalb der Brennkammer 12 ein. Im readen Oxydationsmittel hin offen ist, und der Druck Betrieb laufen die Detonationswellen jedoch konti- 35 des Oxydationsmittels in der Leitung 23 steht auf nuierlich durch die Brennkammer 12 hindurch, so einem Wert, der geringer ist als der Maximalwert 25, daß die Zündvorrichtung 15 nur beim Start benötigt jedoch höher ist als der Druck des Brennstoffs. Demwird. gemäß tritt das Oxydationsmittel in diesen Bereich

Der Einlaßkanal 13 steht dauernd mit einer ein, wenn eine der Wellen A, B durch diesen Bereich

Mischkammer 16 in Verbindung, die ihrerseits stan- 30 hindurchgetreten ist und der Druck darin auf den

dig über Ringkanäle 20, 21 mit Ringspeiseleitungen Druck des Oxydationsmittels innerhalb der Zufüh-

22, 23 in Verbindung steht. Die Speiseleitung 22, die rungsleitung 23 abgefallen ist. Kurz danach, wenn

konzentrisch um die Speiseleitung 23 herumgelegt ist, der Druck in diesem Bereich weiter abgefallen ist,

enthält gasförmigen Brennstoff, z. B. gasförmiges dann tritt das Oxydationsmittel-Brennstoff-Gemisch

Äthylen. Es können jedoch auch andere gasförmige 35 in diesen Bereich ein. Demgemäß wirkt die Zufüh-

Brenns^offe, z. B. Methan oder Wasserstoff, benutzt rung von Oxydationsmittel, das in den Bereich ein-

werden, und es ist außerdem möglich, einen zer- tritt, bevor eine explosive Mischung von Oxydations-

stäubten, flüssigen Brennstoff, z. B. zerstäubtes Kero- mittel und Brennstoff zugeführt wird, als Sperr-

sin zu benutzen. Die Ringleitung 23 enthält ein gas- schicht zwischen den heißen Verbrennungsgasen und

förmiges Oxydationsmittel für diesen Brennstoff. 40 der Mischung, so daß eine Vorzündung vermieden

Dieses Oxydationsmittel ist vorzugsweise Luft, oder wird, wie oben erwähnt.

mit Sauerstoff angereicherte Luft, es kann jedoch, Die Erfindung ermöglicht so die Vermeidung einer falls erforderlich, auch reiner Sauerstoff Verwendung Vorzündung, ohne daß komplizierte Ventile benutzt finden. Der Druck des Oxydationsmittels in der werden, und es wird die Möglichkeit geschaffen, eine Ringleitung 23 ist größer als jener des Brennstoffes 45 frische Brennstoff-Oxydations-Mischung zu genau in der Ringleitung 22, und zwar aus Gründen, die aus dem richtigen Zeitpunkt in dem sehr kurzen Zeitinnachstehenden Ausführungen sich ergeben. tervall einzuführen, der hierfür zur Verfügung steht.

F i 3. 2 zeigt eine graphische Darstellung um die In einem speziellen Fall betrugen die Drücke am Fluktuationen des Druckes in einem speziellen Be- Maximalwert 10,56 kg/cm«, und in diesem Falle war reich der Brennkammer 12 darzustellen, wenn zwei 50 ss zweckmäßig, den Einlaßdruck des Oxydationsmitaufeinanderfolgende Wellen A,B durch diesen Be- tels auf etwa 4,22 kg/cm² festzulegen, während der reich hindurchwandern. Wie ersichtlich, besitzt die Brennstoffdruck in diesem Fall etwa 2,11 kg/cm² beKurve Abschnitte 24, die dem Basisdruck in der trug.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 .2 werden, wobei in die kleinere Kammer eine Einsprit- Patentansprüche: zung über eine Düse erfolgt. Bevor Luft und Brenn- stoffgemisch über eine Einschnürung zwischen den

1. Vorrichtung zur Erzeugung von verdichteten beiden Kammern hindurchgelangen, erfolgt eine De-Verbrennungsgasen, mit einer mit einer Oxyda- 5 tonation, und eine Detonationswelle läuft nach der tionsmittelquelle ständig in Verbindung stehen- größeren Kammer. Infolge der Massenträgheit der den Brennkammer, die periodisch mit einem de- der Detonationswelle folgenden Gase fällt der Druck tonationsfähigen Gemisch aus gasförmigem Oxy- ander kleineren Kammer unter den Umgebungsdruck, dationsmittel und Brennstoff gespeist wird und in und auf diese Weise wird Luft durch öffnungen einder wenigstens eine kontinuierlich fortschrei- io gesaugt

tende, die Verbrennung einleitende Detonations- Der "Hauptteil der Detonationswelle wird bei der

welle erzeugt.wird, mit einem Brennkammerab- bekannten Vorrichtung von der Stirnwand der größeschnitt, dem periodisch zwischen dem Durch- ren Kammer reflektiert und läuft so nach der kleinelauf aufeinanderfolgender Detonationswellen nur ren Kammer. Wenn die reflektierte Welle durch die Oxydationsmittel zugeführt wird, wobei der is öffnungen hindurchgelaufen ist, zieht der hierdurch Druck der Oxydätionsmittelquelle dauernd unter erzeugte Sog weitere Luft nach, die in der kleineren dem Maximaldruek der Detonationswelle liegt, Kametnr komprimiert ist, und zwar zusammen mit dadurch gekennzeichnet, daß die einer weiteren Ladung von Brennstoff, der durch die Brennkammer ständig mit der Brennstoffquelle in Düse eingespritzt wird. Diese Mischung detoniert, Verbindung steht, deren Druck dauernd unter 20 und eine weitere Detonationswelle läuft von der kleidem der Oxydationsmittelquelle liegt. neren Kammer, nach der größeren Kammer, um den

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Zyklus zu wiederholen.

kennzeichnet, daß die Brennkammer (12) ringför- Auf diese Weise läßt sich jedoch eine kontinuier-

mig und im Axialschnitt stromlinienförmig ge- Hch fortschreitende Detonationswelle erlangen. Da staltet ist. 25 sich die Ausbrei! ungsrichtung der Welle am Ende

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- der großen Kammer umkehrt, muß sie augenblicklich durch gekennzeichnet, daß die Brennkammer(12) anhalten. Die Detonationswelle ist im bekannten Fall torusförmig gestaltet ist. auch nur auf die kleine Kammer begrenzt, denn beim

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- Erreichen der großen Kammer schreitet sie in einem durch gekennzeichnet, daß ά'.τ Brennkammer(12) 30 Gas fort, das aus Luft besteht und keinen Brennstoff ständig mit einer Mischkammer (16) in Verbin- enthält. Es handelt sich demgemäß im bekannten

: dung steht,,die Ütrerseit.s ständig nach der Oxy- Fall um eine Stoßwelle und nicht um eine Detonadationsmittelquelle und der Brennstoffquelle of- tionswelle, wobei es mehr oder weniger dem Zufall fen ist. überlassen bleibt, ob diese die Verbrennung einleitet