DE202009009764U1

DE202009009764U1 - Strahltriebwerk zum Antrieb eines Flugkörpers

Info

Publication number: DE202009009764U1
Application number: DE202009009764U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2019-07-18
Also published as: WO2011006484A3; WO2011006484A2

Abstract

Strahltriebwerk (11) zum Antrieb für einen Flugkörper,
mit einem Eintritt (E) für zu verdichtende Luft (10), mit einem Turboverdichter (4) zum Verdichten der einströmenden Luft (10), mit einer Brennkammer (3) zum Verbrennen eines in die verdichtete Luft (10) eingeleiteten Treibstoffs (T), mit einem Austritt (A) für die aus der Brennkammer (3) abströmenden Verbrennungsgase (10/T) und mit einer Verbrennungs-Kraftmaschine (1) zum Antrieb einer den Turboverdichter (4) antreibenden Antriebswelle (12),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbrennungs-Kraftmaschine (1) als Hubkolben- oder Drehkolbenmotor ausgebildet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Neuerung betrifft ein Strahltriebwerk zum Antrieb für einen Flugkörper, mit einem Eintritt für zu verdichtende Luft, mit einem Turboverdichter zum Verdichten der einströmenden Luft, mit einer Brennkammer zum Verbrennen des in die verdichtete Luft eingeleiteten Treibstoffs, mit einem Austritt für die aus der Brennkammer abströmenden Verbrennungsgase und mit einer Verbrennungs-Kraftmaschine zum Antrieb einer den Turboverdichter antreibenden Antriebswelle.
STAND DER TECHNIK
Bekannte Strahltriebwerke der gattungsgemäßen Art besitzen als Verbrennungs-Kraftmaschine zum Antrieb des Turboverdichters eine mit der Antriebswelle des Turboverdichters unmittelbar gekoppelte Gasturbine. Derartige Gasturbinen sind hochkomplexe und thermisch hochbelastete Maschinen mit hochbeanspruchten Schaufeln hoher Betriebsdrehzahl, wobei ein Totalausfall durch Eintritt vom Fremdkörpern, wie beispielweise Vögeln, nicht auszuschließen ist. Zum Starten eines derartigen Triebwerks müssen besondere Startvorrichtungen vorgesehen werden, da beim Start keine Verbrennungsgase zum Antrieb der Gasturbine zur Verfügung stehen.
Es ist Aufgabe der Neuerung, ein Strahltriebwerk der gattungsgemäßen Art im Aufbau zu vereinfachen, es im Betrieb sicherer zu machen und auf herkömmliche Starthilfen zu verzichten, ohne dass die bisherige grundsätzliche Formgestalt des Strahltriebwerks nennenswert verändert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER NEUERUNG
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Strahltriebwerks sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der grundlegende Lösungsgedanke der Neuerung besteht darin, dass die bislang als Gasturbine ausgebildete Verbrennungs-Kraftmaschine als Hub- oder Drehkolbenmotor (sog. Wankelmotor) ausgebildet ist.
Dabei sieht ein erster Vorschlag vor, dass der Hub- oder Drehkolbenmotor als Dieselmotor ausgebildet ist. Gemäß einem zweiten Vorschlag ist vorgesehen, den Hub- oder Drehkolbenmotor als Ottomotor auszubilden. Da der Treibstoff zur Generierung des Treibstrahls in der Regel leichtentzündliches Kerosin ist, das sich im vorliegenden Falle zum Betrieb des Diesel- oder Ottomotors nicht eignet, ist zum Betrieb des neuerungsgemäßen Hub- oder Drehkolbenmotors entweder Gasöl oder Benzin in einem separaten Treibstofftank mitzuführen. Da die Treibstoffmenge zur Generierung des Treibstrahls um ein Vielfaches größer als die Treibstoffmenge zur Verdichtung der Luft ist, fällt die Bevorratung des Gasöls oder Benzins in einem separaten Tank nicht nennenswert ins Gewicht, zumal die Treibstoffmenge zur Generierung des Treibstrahl ohnehin auf mehrere Tanks aufgeteilt ist. Es ist daher lediglich ein gegenüber den bisherigen Verhältnissen geändertes Treibstoffmanagement erforderlich.
Eine bevorzugte Ausführungsform des neuerungsgemäßen Strahltriebwerks sieht vor, dass der Hub- oder Drehkolbenmotor, in Strömungsrichtung der Luft gesehen, hinter dem Turboverdichter und innerhalb der ringförmigen Brennkammer angeordnet ist. Dadurch wird die bisherige grundsätzliche Formgestalt des Strahltriebwerks nicht nennenswert verändert.
Um bei dem neuerungsgemäßen Strahltriebwerk eine Drehzahl des Turboverdichters sicherzustellen, die der diesbezüglichen Drehzahl des bekannten Strahltriebwerks entspricht, ist vorgesehen, dass zwischen dem Hub- oder Drehkolbenmotor mit einer Antriebsdrehzahl und der Antriebswelle mit einer Abtriebsdrehzahl mindestens ein einstufiges Getriebe mit einem großen Übersetzungsverhältnis angeordnet ist, wobei das Übersetzungsverhältnis als Verhältnis Abtriebs-/Antriebsdrehzahl definiert ist.
Eine erste vorteilhafte Ausführungsform sieht ein erstes Getriebe in Gestalt eines einstufigen Zahnradgetriebes vor, wobei ein als innenverzahntes Hohlrad ausgebildetes erstes treibendes Zahnrad unmittelbar vom Hub- oder Drehkolbenmotor angetrieben ist und über zwei diametral angeordnete Zwischenräder ein mit der Antriebswelle verbundenes erstes getriebenes Zahnrad antreibt und wobei die Zwischenräder radial außenseits mit dem Zahnrad und radial innenseits mit dem ersten getriebenen Zahnrad im Eingriff sind. Diese symmetrische Anordnung schafft besonders günstige, ausgewogene Kräfteverhältnisse in der Getriebeanordnung.
Eine zweite vorteilhafte Ausführungsform sieht ein zweistufiges zweites Getriebe vor, das in der ersten Stufe als Zahnradgetriebe und in der zweiten Stufe als Riemengetriebe ausgebildet ist, wobei in der ersten Stufe ein außenverzahntes zweites treibendes Zahnrad unmittelbar vom Hub- oder Drehkolbenmotor angetrieben ist und ein auf einer Zwischenwelle angeordnetes zweites getriebenes Zahnrad antreibt und wobei in der zweiten Stufe eine auf der Zwischenwelle angeordnete erste treibende Riemenscheibe über einen Riemen eine mit der Antriebswelle verbundene getriebene Riemenscheibe antreibt. Diese Anordnung weist gegenüber der ersten Anordnung bessere Dämpfungseigenschaften auf.
Eine dritte vorteilhafte Ausführungsform sieht ein drittes Getriebe in Gestalt eines einstufigen Riementriebes vor, wobei eine zweite treibende Riemenscheibe unmittelbar vom Hub- oder Drehkolbenmotor angetrieben ist und über zwei im Abstand voneinander angeordnete Umlenkrollen eine mit der Antriebswelle verbundene getriebene Riemenscheibe antreibt und wobei die Umlenkrollen axialsymmetrisch zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Riemenscheiben angeordnet sind. In diesem Zusammenhang wird weiter vorgeschlagen, dass das dritte Getriebe in zweifacher Anordnung vorgesehen ist, wobei sich die Getriebe diametral in Bezug auf die Riemenscheibe positionieren. Diese symmetrische Anordnung schafft gleichfalls besonders günstige, ausgewogene Kräfteverhältnisse in der Getriebeanordnung bei gleichzeitig guten Dämpfungseigenschaften des Riementriebs.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Neuerung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Während die Neuerung in den verschiedensten Ausbildungsformen realisierbar ist, werden in den Zeichnungen die besonders bevorzugten Ausführungsbeispiele gezeigt und nachfolgend beschrieben unter der Voraussetzung, dass diese nur Beispiele für die Neuerung darstellen, nicht aber die Neuerung auf diese speziell dargestellten Beispiel beschränkt ist. Es zeigen
1 in schematischer Darstellung einen Meridianschnitt durch ein Strahltriebwerk gemäß der Neuerung in einer bevorzugten erste Ausführungsform mit einem ersten Getriebe in Gestalt eines einstufigen Zahnradgetriebes;
2 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus dem Strahltriebwerk gemäß 1 im Bereich des ersten Getriebes;
2a in Ansicht das erste Getriebe gemäß 2 gemäß einer dort mit „Z” gekennzeichneten Blickrichtung;
3 in schematischer und perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführungsform eines das erste Getriebe gemäß den 2, 2a ersetzenden zweistufigen zweiten Getriebes, das in der ersten Stufe als Zahnradgetriebe und in der zweiten Stufe als Riemengetriebe ausgebildet ist;
4 in schematischer Darstellung einen Meridianschnitt durch das zweite Getriebe gemäß 3 und
5 in schematischer Darstellung eine Ansicht einer dritten Ausführungsform eines das erste Getriebe gemäß den 2, 2a ersetzenden drittes Getriebe in Gestalt eines einstufigen Riementriebes.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Strahltriebwerk 11 (1) zum Antrieb für einen Flugkörper besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 1b mit einem Eintritt E für zu verdichtende Luft 10, einem Turboverdichter 4 mit Verdichterschaufeln 4* zum Verdichten der in einem Ringraum 14 innerhalb des Gehäuses 1b strömenden Luft 10, einer Brennkammer 3 zum Verbrennen eines in die verdichtete Luft 10 eingeleiteten Treibstoffs T, vorzugsweise Kerosin, der über eine Treibstoffzufuhr 20 zugeführt wird, einem Austritt A für die aus der Brennkammer 3 abströmenden, einen Treibstrahl 19 bildenden Verbrennungsgase 10/T und einer Verbrennungs-Kraftmaschine 1 zum Antrieb einer die Verdichterschaufeln 4* des Turboverdichters 4 antreibenden Antriebswelle 12. Bei der Verbrennungs-Kraftmaschine 1 handelt es sich neuerungsgemäß um einen Hub- oder Drehkolbenmotor, vorzugsweise einen Diesel- oder Ottomotor, von dem im Ausführungsbeispiel lediglich eine Vielzahl von Kolben 9 und die zugeordnete Kurbelwelle 8 bzw. Drehkolben 9 und die zugeordnete Abtriebswelle 8 dargestellt sind. Ein Abgasaustritt 1a des Hubkolbenmotors 1 führt dessen Verbrennungsgase in den Treibstrahl 19 ab, wobei diese wie der Treibstrahl 19 orientiert sind.
Der Hub- oder Drehkolbenmotor 1 ist, in Strömungsrichtung der Luft 10 gesehen, hinter dem Turboverdichter 4 und innerhalb der ringförmigen Brennkammer 3 angeordnet. Zwischen dem Hub- oder Drehkolbenmotor 1, der mit einer Antriebsdrehzahl n₁ antreibt, und der Antriebswelle 12, die mit einer Abtriebsdrehzahl n₂ umläuft, ist mindestens ein einstufiges Getriebe 15; 15*; 15** mit einem großen Übersetzungsverhältnis i angeordnet, wobei das Übersetzungsverhältnis i mit dem Verhältnis Abtriebsdrehzahl n₂/Antriebsdrehzahl n₁ definiert ist. Der Turboverdichter 4, das Getriebe 15, 15*, 15** und der Hub- oder Drehkolbenmotor 1 sind über Halterungen 2 im Gehäuse des Strahltriebwerks 11 befestigt, wobei die Halterung 2 im Bereich des Turboverdichters 4 eine Lagerung 5 für die Antriebswelle 12 aufweist.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist ein erstes Getriebe 15 in Gestalt eines einstufiges Zahnradgetriebes vorgesehen ist, wobei ein als innenverzahntes Hohlrad ausgebildetes erstes treibendes Zahnrad 7 (s. auch 2 und 2a) unmittelbar vom Hub- oder Drehkolbenmotor 1 angetrieben ist und über zwei diametral angeordnete Zwischenräder 6 ein mit der Antriebswelle 12 verbundenes erstes getriebenes Zahnrad 6a antreibt und wobei die Zwischenräder 6 radial außenseits mit dem Zahnrad 7 und radial innenseits mit dem Zahnrad 6a im Eingriff sind.
In den 3 und 4 ist ein zweistufiges zweites Getriebe 15* dargestellt, das in der ersten Stufe als Zahnradgetriebe und in der zweiten Stufe als Riemengetriebe ausgebildet ist. In der ersten Stufe ist ein außenverzahntes zweites treibendes Zahnrad 7* unmittelbar vom Hub- oder Drehkolbenmotor 1 angetrieben und es treibt seinerseits ein auf einer Zwischenwelle 16 angeordnetes zweites getriebenes Zahnrad 6* an. In der zweiten Stufe ist auf der Zwischenwelle 16 eine erste treibende Riemenscheibe 17 angeordnet, die über einen Riemen 13 eine mit der Antriebswelle 12 verbundene getriebene Riemenscheibe 18 antreibt.
In 5 ist ein drittes Getriebe 15** in Gestalt eines einstufigen Riementriebes vorgesehen ist, wobei eine zweite treibende Riemenscheibe 7** unmittelbar vom Hub- oder Drehkolbenmotor 1 angetrieben ist und über zwei im Abstand voneinander angeordnete Umlenkrollen 16* eine mit der Antriebswelle 12 verbundene getriebene Riemenscheibe 18 antreibt, wobei die Umlenkrollen axialsymmetrisch zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Riemenscheiben angeordnet sind. Dabei ist das dritte Getriebe 15** in zweifacher Anordnung vorgesehen ist, wobei sich die dritten Getriebe 15** diametral in Bezug auf die Riemenscheibe 18 positionieren.
Aus dem oben Genannten wird verständlich, dass verschiedene Modifikationen und Varianten realisiert werden können, ohne vom Geist und dem neuen Konzept der vorliegenden Neuerung abzuweichen. Dies ist so zu verstehen, dass keine Beschränkung auf die beschriebenen Ausführungsformen beabsichtigt ist, welche hier dargestellt und beschrieben oder nur beschrieben worden sind. Die Offenbarung soll alle solchen Modifikationen umfassen, die sich innerhalb des von den Ansprüchen beanspruchten Schutzumfangs befinden.

1: Verbrennungs-Kraftmaschine (Hub- oder Drehkolbenmotor (sog. Wankelmotor); als Diesel- oder Ottomotor)
1a: Abgasaustritt des Hubkolbenmotors
1b: Gehäuse
2: Halterung
3: Brennkammer
4: Turboverdichter
4*: Verdichterschaufel
5: Lagerung
6: Zwischenrad
6*: zweites getriebenes Zahnrad (Abtrieb)
6a: erstes getriebenes Zahnrad (Abtrieb)
7: erstes treibendes Zahnrad (innenverzahntes Hohlrad)
7*: zweites treibendes Zahnrad (außenverzahnt)
7**: zweite treibende Riemenscheibe
8: Kurbelwelle/Abtriebswelle
9: Kolben oder Drehkolben
10: Luft
11: Strahltriebwerk
12: Antriebswelle
13: Riemen
14: Ringraum
15: erstes Getriebe
15*: zweites Getriebe
15**: drittes Getriebe
16: Zwischenwelle
16*: Umlenkrolle
17: erste treibende Riemenscheibe
18: getriebene Riemenscheibe
19: Treibstrahl
20: Treibstoffzufuhr
i: Übersetzungsverhältnis
n₁: Antriebsdrehzahl
n₂: Abtriebsdrehzahl
A: Austritt für Verbrennungsgase der Brennkammer
E: Eintritt für zu verdichtende Luft
T: Treibstoff

Claims

Strahltriebwerk (11) zum Antrieb für einen Flugkörper, mit einem Eintritt (E) für zu verdichtende Luft (10), mit einem Turboverdichter (4) zum Verdichten der einströmenden Luft (10), mit einer Brennkammer (3) zum Verbrennen eines in die verdichtete Luft (10) eingeleiteten Treibstoffs (T), mit einem Austritt (A) für die aus der Brennkammer (3) abströmenden Verbrennungsgase (10/T) und mit einer Verbrennungs-Kraftmaschine (1) zum Antrieb einer den Turboverdichter (4) antreibenden Antriebswelle (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungs-Kraftmaschine (1) als Hubkolben- oder Drehkolbenmotor ausgebildet ist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub- oder Drehkolbenmotor (1) als Dieselmotor ausgebildet ist.
Stahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub- oder Drehkolbenmotor (1) als Ottomotor ausgebildet ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub- oder Drehkolbenmotor (1), in Strömungsrichtung der Luft (10) gesehen, hinter dem Turboverdichter (4) und innerhalb der ringförmigen Brennkammer (3) angeordnet ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hub- oder Drehkolbenmotor (1) mit einer Antriebsdrehzahl (n₁) und der Antriebswelle (12) mit einer Abtriebsdrehzahl (n₂) mindestens ein einstufiges Getriebe (15; 15*; 15**) mit einem großen Übersetzungsverhältnis (i) angeordnet ist, wobei das Übersetzungsverhältnis (i) mit dem Verhältnis Abtriebsdrehzahl n₂/Antriebsdrehzahl n₁ definiert ist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Getriebe (15) in Gestalt eines einstufiges Zahnradgetriebes vorgesehen ist, wobei ein als innenverzahntes Hohlrad ausgebildetes erstes treibendes Zahnrad (7) unmittelbar vom Hub- oder Drehkolbenmotor (1) angetrieben ist und über zwei diametral angeordnete Zwischenräder (6) ein mit der Antriebswelle (12) verbundenes erstes getriebenes Zahnrad (6a) antreibt und wobei die Zwischenräder (6) radial außenseits mit dem Zahnrad (7) und radial innenseits mit dem Zahnrad (6a) im Eingriff sind.
Strahltriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweistufiges zweites Getriebe (15*) vorgesehen ist, das in der ersten Stufe als Zahnradgetriebe und in der zweiten Stufe als Riemengetriebe ausgebildet ist, wobei in der ersten Stufe ein außenverzahntes zweites treibendes Zahnrad (7*) unmittelbar vom Hub- oder Drehkolbenmotor (1) angetrieben ist und seinerseits ein auf einer Zwischenwelle (16) angeordnetes zweites getriebenes Zahnrad (6*) antreibt und wobei in der zweiten Stufe eine auf der Zwischenwelle (16) angeordnete erste treibende Riemenscheibe (17) über einen Riemen (13) eine mit der Antriebswelle (12) verbundene getriebene Riemenscheibe (18) antreibt.
Strahltriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Getriebe (15**) in Gestalt eines einstufigen Riementriebes vorgesehen ist, wobei eine zweite treibende Riemenscheibe (7**) unmittelbar vom Hub- oder Drehkolbenmotor (1) angetrieben ist und über zwei im Abstand voneinander angeordnete Umlenkrollen (16*) eine mit der Antriebswelle (12) verbundene getriebene Riemenscheibe (18) antreibt, wobei die Umlenkrollen (16*) axialsymmetrisch zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Riemenscheiben (7**, 18) angeordnet sind.
Strahltriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Getriebe (15**) in zweifacher Anordnung vorgesehen ist, wobei sich die Getriebe (15**) diametral in Bezug auf die Riemenscheibe (18) positionieren.