DE2058392A1 - Wasserstrahltriebwerk - Google Patents

Wasserstrahltriebwerk

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DE2058392A1
DE2058392A1 DE19702058392 DE2058392A DE2058392A1 DE 2058392 A1 DE2058392 A1 DE 2058392A1 DE 19702058392 DE19702058392 DE 19702058392 DE 2058392 A DE2058392 A DE 2058392A DE 2058392 A1 DE2058392 A1 DE 2058392A1
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gas
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thrust
flow
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Dipl-Ing Maydell Wladimir Von
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Description

  • Wasserstrahl triebwerk Die Erfindung bezieht sich auf ein Wasserstrahltriebwerk mit einem Schubkanal, in welchem dem einströmenden Wasser auf dem Wege vom Kanaleinlaß zum Kanalauslaß durch Druckgase Energie zugeführt wird.
  • Bei einem bekannten Wasserstrahltriebwerk der eingangs genannten Gattung sind ein konvergierender Rohrabschnitt, ein kavitationsbildender Rohrabschnitt, ein divergierender Rohr abschnitt und ein weiterer konvergierender Rohrabschnitt in der genannten Reihenfolge zu einem Schubkanal vereinigt. Das in den rohrförmigen Schubkanal einströmende Wasser erfährt auf dem Wege durch den einlaßnahen konvergierenden Rohrabschnitt eine solche Druckabsenkung, daß es im sich anschließenden Rohrabschnitt -wie bereits angedeutet - zur Bildung von Kavitatiorlshohlräumen kommt. In diesen Kavitationshohlräumen werden kontinuierlich zugeführte gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe mit Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen verbrannt. Daraus resultiert ein beträchtlicher Druck an stieg im darauffolgenden Rohrabschnitt. Letzterer wirkt infolge seines divergierenden Querschnittsverlaufs gleichzeitig verbrennungsstabilisierend. Schließlich wird im auslaßnahen konvergierenden Rohrabschnitt die auf den vorerwähnten Verbrennungsvorgang zurückgehende hohe Druckenergie in der Kanal strömung teilweise in kinetische Energie umgewandelt.
  • Zu den Nachteilen des bekannten Wasserstrahltriebwerks zählen u.a. die große Schubkanallänge und die durch die vorgesehene Verbrennung in den Kavitationshohlräumen mit ihrer verbrennungsfeindlichen Umgebung wesentlich erschwerte Brennstoffwahl. Als weiterer Nachteil kommen die Zündschwierigkeiten in den Kavitationshohlräumen hinzu, deren Beseitigung im Aufbau komplizierte und somit störanfällige Zündermechanismen erforderlich macht. Darüber hinaus besteht wegen des hohen Verbrennungsdruckes im Schubkanal stets die Gefahr einer zum Kanaleinlaß gerichteten Gegenströmung, wenn zwischen Kanaleinlaß und kavitationsbildendem Rohrabschnitt keine entsprechende Regeleinrichtug vorgesehen ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile ein vielseitig verwendbares, in der Wahl der Brennstoffe für die Druckgaserzeugung unabhängiges Wasserstrahltriebwerk der eingangs genannten Gattung mit hoher spezifischer Leistung und ausgezeichneter Anpassungsfähigkeit an verschiedene Betriebs- bzw.
  • Reaktionsbedingungen zu entwickeln.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Schubkanal mindestens ein Gasgenerator mit in Strömungsrichtung divergierender Außenkontur angeordnet ist und der Gasgenerator derart bemessen ist, daß sich stromabwärts seiner dem Kanaleinlaß abgewandten Basis in der Kanal strömung ein Kavitationshohlraum bildet, in den eine oder mehrere, in der Gasgeneratorbasis vorgesehene Auslaßdüsen für die im Gasgenerator erzeugten Druckgase einmünden.
  • Beim erfindungsgemäßen Wasserstrahltriebwerk findet im Gegensatz zum bekannten die Druckgaserzeugung nicht in Kavitationshohlräumen der Kanal strömung statt sondern in vorgeordneten Gasgeneratoren, in deren zu den Kavitationshohlräumen führenden Gasauslaßdüsen die Druckenergie der erzeugten Zerfall- bzw. Brenngase zum überwiegenden Teil in kinetische Energie umgewandelt wird. Aus vorgenannter Tatsache resultieren mehrere Vorteile: Einmal werden die bei der Druckgaserzeugung auftretenden Druck- und Temperaturspitzen von der Schubkanalwandung ferngehalten, was in geringen Kanalwandstärken und geringen Wärmeverlusten seinen positiven Niederschlag findet. Zum anderen werden zum Kanal einlaß gerichtete Gegenströmungen im Schubkanal unterbunden, ohne daß es hierzu komplizierter Regeleinrichtungen bedarf. Außerdem treten die beim bekannten Wasserstrahltriebwerk vorhandenen Schwierigkeiten bei der Brennstoffwahl und Zündung nicht mehr in Erscheinung, da die Druckgaserzeugung nicht in einer verbrennungsfeindlichen Umgebung sondern in vollwertigen Gasgeneratoren erfolgt. Aus diesem Grunde erübrigt sich auch der beim bekannten Wasserstrahltriebwerk zum Zwecke einer Stabilisierung des Verbrennungsvorgangs zwischen kavitationsbildendem Rohrabschnitt und auslaßnahem konvergierendem Rohrabschnitt angeordnete Rohrabschnitt mit divergierendem Querschnittsverlauf, so daß der Schubkanal wesentlich kürzer ausfällt, Schließlich ist noch die wirkungsgradmäßig günstige Beschleunigung des in den Schubkanal einströmenden Wassers zu erwähnen, das auf dem Wege vom Kanaleinlaß zum Kanalauslaß durch die Kavitationsbildung stromabwärts des oder der Gasgeneratoren in eine oder mehrere Wasserschichten mit im Vergleich zum örtlichen Kanalquerschnitt geringem Querschnitt bzw. Gesamtquerschnitt aufgegliedert wird. Letztgenannter Vorteil beruht auf der Tatsache, daß die erzeugten Zerfall- bzw.
  • Brenngase mit hohen Geschwindigkeiten in den oder die Kavitationshohlräume einströmen und auf ihren definierten Bahnen zum Kanalauslaß von einer oder beiden Breitseiten her in die Wasserschicht oder -schichten eindringen. Diese Art der Beschleunigung ermöglicht ohne besonderen Aufwand eine Variierung der Rückstoßkräfte in weiten Grenzen, was in Verbindung mit einer - bei entsprechender Treibstoffwahl - unauffälligen Antriebs spur und dem ebenfalls ortungserschwerenden multispektralen Geräuschpegel vor allem für Wasserfahrzeuge militärischer Art wie U-Boote, Torpedos, waffenbestückte Unterwassersilos mit eigenem Antrieb oder dergleichen von großem Nutzen ist.
  • Die Querschnittsformen des oder der Kavitationshohlräume und der durch die Kavitationsbildung in der Kanal strömung entstehenden Wasserschicht bzw. -schichten hängen im wesentlichen von den Querschnitten des Schubkanals und des oder der darin angeordneten Gasgeneratoren ab. Letztere sind in Ausgestaltung der Erfindung bei a) kreisringförmigem Schubkanal im Querschnitt kreis- oder kreisringförmig, wobei die in ihren Basen vorgesehenen Gasauslaßdüsen bei kreisförmiger Basisgestalt als zentrale kreisrunde und/oder periphere kreisringförmige Düsen ausgebildet sind, während sie bei kreisringErmiger Basisgestalt sowohl bei zentraler als auch bei peripherer Anordnung im Querschnitt kreisringförmig sind und b) bei rechteckigem Schubkanal im Querschnitt ebenfalls rechteckig, was auch für die im Zentrum und/oder an der Peripherie ihrer Basen vorgesehenen Gasauslaßdüsen gilt.
  • Die vorerwähnte querschnittsmäßige Anpassung des oder der Gasgeneratoren an den zugeordneten Schubkanal ist sowohl konstruktiv als auch strömungstechnisch von Vorteil. Einmal vereinfacht sich auf diese Weise die Gasgeneratorabstützung im Schubkanal. Zum anderen lassen sich dadurch ohne besonderem Aufwand zur Kanallängsachse symmetrische Kavitationshohlräume und Wasserschichten verwirklichen.
  • Wasserschichten kreisringförmigen Querschnitts entstehen beispielsweise bei derjenigen Ausführungsform der Erfindung, bei der die Mantelfläche eines in Strömungsrichtung divergierenden Gasgenerators kreis- oder kreisringBrmigen Querschnitts, die konisch, konvex oder konkav ausgebildet sein kann, mit dem koaxialen Mantel eines kreisförmigen Schubkanals bzw. benachbarten Gasgenerators kreisringförmigen Querschnitts einen in Strömungsrichtung konvergierenden Ringspalt bildet. Wasserschichten rechteckigen Querschnitts ergeben sich dagegen bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der ein in Strömungsrichtung divergierender Gasgenerator rechteckigen Querschnitts mit seinen Stirnflächen an den Schmal- bzw. Breitseiten eines rechteckigen Schubkanals anliegt; während seine beispielsweise konischen, konvexen oder konkaven Seitenflächen mit den Schubkanalbreitseiten bzw. -schmal seiten oder den Seitenflächen benachbarter Gasgeneratoren gleichen Aufbaus jeweils in Strömungsrichtung konvergierende Spalte rechteckigen Quer schnitts bilden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der engste Querschnitt jedes in Strömungsrichtung konvergierenden und einerseits von der Schubkanalwandung, andererseits von einem Gasgenerator bzw. beiderseits von einem Gasgenerator begrenzten Ring spaltes bzw. Spaltes rechteckiger Querschnittsform jeweils durch axiales Verschieben von Schubkanal und Gasgenerator bzw. beider Gasgeneratoren gegeneinander in der Größe veränderbar, und zwar zwischen Null und einem Maximalwert. Diese Maßnahme ermöglicht einen einwandfreien Triebwerksanlauf und während des Betriebs eine Anpassung der den Schubkanal passierenden Wassermengen an wechselnde hydrostatische und hydrodynamische Drücke in der Triebwerksumgebung.
  • Bei hohen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit empfiehlt es sich mitunter, das erfindungsgemäße Wasserstrahltriebwerk zwei- oder mehrstufig auszubilden, d.h. in seinem Schubkanal zwei oder mehrere, in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Gruppen aus einem oder mehreren parallelgeschalteten Gasgeneratoren bereits erwähnter Art vorzusehen und die Gasgeneratoren der jeweils nachgeordneten Gruppe gegenüber den Gasgeneratoren der jeweils vorgeordneten Gruppe seitlich zu versetzen.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der stromabwärts des oder der Gasgeneratoren gelegene Schubkanalabschnitt durch eine oder mehrere Trennwände in zwei oder mehrere, in Strömungsrichtung konvergierende Strömungsräume unterteilt. Trennwände der vorerwähnten Art, deren primäre Aufgabe es ist, den Wirkungsgrad beeinträchtigende Wirbelbildungen in der Kanal strömung zu unterbinden, können zur zusätzlichen Abstützung des bzw. der vorzugsweise mittels seitlicher Streben im Schubkanal abgestützten Gasgeneratoren herangezogen werden. Darüberhinaus kommen sie - ebenso wie die seitlichen Stützstreben - für die Durchführung der Treibstoffleitungen in Betracht.
  • Für die Druckgaserzeugung finden zweckmäßigerweise solche Treibstoffe Verwendung, die st Wasser hypergol reagieren, wie Natrium- Kalium-Verbindungen, Metallalkyle oder Alanate. Ermöglicht wird die Verwendung derartiger Treibstoffe, die wegen ihrer leichten Verfügbarkeit, ihres Energiereichtums, des Fortfalls von Zündeinrichtungen und der sich erübrigenden Mitführung von Oxydatoren äußerst interessant sind, erst durch die erfindungsgemäße Verlegung der Druckgaserzeugung aus dem oder den wasserumspülten Kavitationshohlräumen in den bzw. die Gasgeneratoren.
  • Diese Verlegung gestattet nämlich eine Zufuhr definierter Wassermengen in den Reaktionsraum, was für die Aufrechterhaltung der gaserzeugenden Reaktion, für eine gezielte Beeinflussung der Reaktionstemperatur und für eine Variierung der Strömungsgeschwindigkeiten in der oder den Gasauslaßdüsen von Bedeutung ist. In Ausgestaltung der Erfindung wird diese Wasserzufuhr jeweils mittels eines Stellglieds in Abhängigkeit vom Staudruck und hydrostatischen Druck in der Triebwerksumgebung geregelt.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung können den in den Zeichnungen schematisch dargestellten und nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispielen entnommen werden. Es zeigen: Fig. la im Längsschnitt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Wasserstrahltriebwerks, Fig. Fig. lb einen Querschnitt durch das Wasserstrahltriebwerk gemäß Fig. 2a, und zwar entlang der Linie Ib-Ib und Fig. 2a im Längsschnitt eine andere Ausführung des erfindungsgemäßen Wasserstrahltriebwerks und Fig. 2b einen Querschnitt durch das Wasserstrahlbiebwerk gemäß Fig. 2a, und zwar entlang der Linie IIb-IIb.
  • In Fig. la und Ib ist ein im Querschnitt kreisförmiger Schubkanal 1 eines Wasserstrahltriebwerks gemäß der Erfindung dargestellt0 Der Schubkanal 1, dessen Einlaß mit 2 und dessen Auslaß mit 3 bezeichnet ist, setzt sich aus zwei Abschnitten 42 5 zusammen. Von den beiden Abschnitten weist der den Kanaleinlaß 2 bildende (4) einen konstanten und der den Kanalauslaß 3 bildende (5) einen in Strömungsrichtung konvergierenden Querschnittsverlauf auf. Im erstgenannten Schubkanalabschnitt 4 befinden sich zwei Gasgeneratoren 6, 7 mit in Strömungsrichtung divergierender Außenkontur, und zwar im Zentrum ein Gasgenerator 6 kreisförmigen Querschnitts und ein hierzu koaxialer Gasgenerator 7 kreisringförmigen Querschnitts im Randbereich.
  • Der zentrale Gasgenerator 6, dessen konischer Mantel mit 8 bezeichnet ist, ist durch vier gleichmäßig über seinen Umfang verteilte, seitliche Streben 9a bis d im einlaßnahen Schubkanalabschnitt 4 abgestützt und zentriert. Durch eine (9c) der Stützstreben 9a bis d verlaufen zwei Leitungen lOa, lOb für die Zufuhr von Oxydator (lOa) und Brennstoff (laub) vom entsprechenden Behälter lla bzw0 lib zum Einspritzkopf 12. An die mit 13 bezeichnete Brennkammer schließt sich eine divergierende Öffnung 14 an. Letztere (14) bildet zusammen mit einem von der Gasgeneratorbasis 15 her teilweise in sie hineinragenden Verdrängerkörper 16 eine ringförmige Gasauslaßdüse 17, deren Austrittsquerschnitt an der Peripherie der Gasgeneratorbasis 15 liegt. Am Verdrängerkörper 16 ist eine in Kanallängsrichtung verlaufende Trennwand 18 befestigt, die den zum Kanalauslaß 3 hin konvergierenden Schubkanalabschnitt 5 in zwei gleichgroße Strömungsräume Oa, l9b unterteilt. Hauptzweck dieser Trennwand 18 ist es; Wirbelbildungen in der Kanal strömung zu unterbinden. Gleichzeitig kann sie aber auch zur Abstützung des zentralen Gasgenerators 6 herangezogen werden.
  • Der periphere Gasgenerator 7 stützt sich über seine radial außenliegende zylindrische Mantelfläche 20 an der Wand des einlaßnahen Schubkanalabschnitts 4 ab. Seine radial innenliegende konische Mantelfläche 21 bildet mit dem konischen Mantel 8 des zentralen Gasgenerators 6 einen in Strömungsrichtung konvergierenden Ringspalt 22. Der engste Querschnitt dieses Ringspaltes 22 ist infolge der vorgesehenen axialen Beweglichkeit des peripheren Gasgenerators 7 in der Größe veränderbar, und zwar zwischen Null und dem aus der Zeichnung ersichtlichen Maximalwert. Bewegt wird der periphere Gasgenerator 7 beispielsweise mittels eines außen am Schubkanal 1 angebrachten Stellmotors 23, welcher auf Änderungen des Staudrucks und hydrostatischen Drucks in der Triebwerksumgebung anspricht.
  • Die mit 24 bezeichnete Kolbenstange des Stellmotors 23 greift bei dieser Ausführung an einem radialen Gasgeneratorvorsprung 25 an, der in einem Längsschlitz 26 der Schubkanalwand geführt ist. Durch solch einen Gasgeneratorvorsprung 27 verlaufen auch die mit 28a und 28b bezeichneten Leitungen für Oxydator bzw. Brennstoff zum Einspritzkopf 29 des peripheren Gasgenerators 7, dessen Brennkammer das Bezugszeichen 30 trägt. An die Brennkammer 30 schließt sich wiederum eine divergierende Öffnung 31 an. Letztere (31) bildet mit einem von der Gasgeneratorbasis 32 her teilweise in sie hineinragenden Verdrängerkörper 33 eine ringförmige Gasauslaßdüse 34, deren Austrittsquerschnitt im inneren radialen Randbereich der Gasgeneratorbasis 32 liegt, Das während des Betriebs des vorbeschriebenen Wasserstrahltriebwerks über den Einlaß 2 in den Schubkanal 1 gelangende Wasser erfährt auf dem Wege durch den in Strömungsrichtung konvergierenden Ring spalt 22 eine solche Druckabsenkung, daß sich stromabwärts der beiden Gasgeneratoren 6, 7 an deren Querschnitte angepaßte Kavitationshohlräume bilden, zwischen denen eine Wasserschicht fließt. In diese Wasserschicht dringen die in den Gasgeneratoren 6, 7 erzeugten und rtit hohen Geschwindigkeiten in die Kavitationshohlräume einströmenden Gase auf ihrem Weg zum Kanal aus laß 3 von beiden Breitseiten her ein. Daraus resultiert eine wirkungsgradmäßig günstige Beschleunigung der Wasserschicht, was einen äußerst wirksamen Rückstoß zur Folge hat.
  • In Fig. 2a und 2b ist eine zweistufige Ausführung des erfindungsgemäßen Wasserstrahltriebwerks dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einem Schubkanal rechteckigen Querschnitts 51 und fünf im Querschnitt ebenfalls rechteckigen Gasgeneratoren 56a bis e mit in Strömungsrichtung divergierender Außenkontur. Der Schubkanal 51, dessen Einlaß mit 52 und dessen Auslaß mit 53 bezeichnet ist, setzt sich wiederum aus einem den Einlaß 52 bildenden Abschnitt 54 konstanten Querschnittsverlaufs und aus einem den Auslaß 53 bildenden Abschnitt 55 mit in Strömungsrichtung konvergierenden Querschnittsverlauf zusammen. Sämtliche Gasgeneratoren 56a bis e sind im erstgenannten Schubkanalabschnitt 54 untergebracht, und zwar derart, daß ihre Basen 58a bis e jeweils zum Kanalauslaß 53 zeigen. Die Einspritzköpfe der Gasgeneratoren 56a bis e, die allesamt mit ihren Stirnflächen 59a bis e an den Kanalschmalseiten 60 anliegen, tragen die Bezugszeichen 61a bis e. Ihre Brennkammern sind mit 62a bis e und die sich daran anschließenden, zu den Kanalbreitseiten 64 parallelen Gasauslaßdüsen an der Peripherie der Gasgeneratorbasen 58a bis e mit 63a bis e bezeichnet. Gebildet werden die peripheren spaltförmigen Gasauslaßdüsen 63a bis e jeweils von einer divergent-konvergenten Öffnung 65a bis e, die sich vom hinteren Brennkammerende bis zur Gasgeneratorbasis 58a bis e erstreckt, und von einem in die Gasgeneratoröffnung 65a bis e teilweise hineinragenden Verdrängerkörper, der beispielsweise die Form eines Doppelkeils 66a bis e aufweist.
  • Drei (56a bis c) der insgesamt fünf Gasgeneratoren 56a bis e sind in unmittelbarer Nähe des Kanaleinlasses 52 angeordnet (1. Stufe). Dort bilden sie mit ihren sich gegenüberliegenden, beispielsweise konkaven Seitenflächen 67a bis c zwei in Strömungsrichtung konvergierende Spalten 68a, b gleicher Größe, die von den benachbarten Kanalbreitseiten 64 jeweils gleichweit entfernt sind wie von der zu den letzteren (64) parallelen Symmetrieebene des betreffenden Schubkanalabschnitts 54. Durch eine in dieser Symmetrieebene liegende Wand 69 ist der stromabwärts der drei vorerwähnten Gasgeneratoren 56a bis c befindliche Bereich des im Querschnitt konstanten Schubkanalabschnitts 54 in zwei gleichgroße, achsparallele Strömungsräume 70a, 70b unterteilt. In die dem Kanalauslaß 53 zugewandten Teile dieser Strömungsräume 70a, 70b ragt jeweils einer der beiden restlichen Gasgeneratoren 56d, 56e (2. Stufe), deren Basen 58d, 58e am Übergang der beiden Schubkanalabschnitte 54, 55 liegen, hinein, und zwar derart, daß die zwischen den Kanalbreitseiten 64 bzw. der Trennwand 69 einerseits und den beispielsweise konvexen Seitenflächen 67d, 67e der Gasgeneratoren 56d, 56e andererseits verbleibenden Spalte 71a bis d gleiche Abmessungen besitzen. Die letztgenannten, in Strömungsrichtung ebenfalls konvergierenden Spalte 71a bis d stehen über ihre engsten Querschnitte mit dem auslaßnahen Schubkanalabschnitt 55 in Verbindung, der durch zwei Trennwände 72a und 72b in drei zum Kanalauslaß 53 hin konvergierende Strömungsräume 73a bis c unterteilt ist. Die Wirbelbildungen verhindernde Trennwand 69 im einlaßnahen Schubkanalabschnitt 54 ist an demjenigen Verdrängerkörper 66b befestigt, der dem mittleren Gasgenerator 56b der ersten Stufe zugeordnet ist, und zwar an dem aus der Gasgeneratoröffnung 65b herausragenden Keil. Dieser hat gleichzeitig die Funktion eines Leit- und Ablenkkörpers. Die beiden Trennwände 72a, 72b im auslaßnahen Schubkanalabschnitt 55 sind in der gleichen Weise an den Verdrängerkörpern 66d und 66e der die zweite Stufe bildenden Gasgeneratoren 56d und 56e befestigt.
  • Bei der vorbeschriebenen zweistufigen Triebwerksausführung sind die fünf Gasgeneratoren 56a bis e beispielsweise für den Betrieb mit solchen Treibstoffen ausgelegt, die mit Wasser hypergol reagieren, wie Natrium-Kalium-Verbindungen, Metallalkyle oder Alanate. Treibstoff und Wasser gelangen hierbei - wie bei einem (56d) der Gasgeneratoren 56a bis e zu sehen ist - von Behältern 74 bzw. 75 durch Leitungen 76 bzw. 77, welche den Schubkanal 51 von der Schmalseite her duchdringen, zu den entsprechenden Kammern des Einspritzkopfes 61d. Zu erwähnen ist noch, daß der wasserführenden Versorgungsleitung 77 ein auf Änderungen des Staudrucks und des hydrostatischen Druckes in der Triebwerksumgebung ansprechender Mengenregler 78 zugeordnet ist.
  • Infolge der Dimensionierung und getroffenen Anordnung der fünf Gasgeneratoren ia bis e kommt es beim Durchströmen von Wasser im Schubkanal 51 stromabwärts der Gasgeneratoren 56a bis e jeweils zur Bildung von im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Kavitationshohlräumen und dazwischen befindlichen Wasserschichten gleicher Querschnittsform. Letztere erfahren auf ihrem Wege zum Kanalauslaß 53 durch die st hohen Geschwindigkeiten aus den Gasauslaßdüsen 63a bis e in die Kavitationshohlräume überströmenden und von dort seitlich in sie eindringenden Gase eine große Beschleunigung, was zu einem äußerst wirksamen Rückstoß führt.
  • Patentansprüche:

Claims (10)

  1. Patentansprüche 1. + asserstrahltriebwerk mit einem Schubkanal, in welchem dem dem einströmenden Wasser auf dem Wege vom Kanaleinlaß zum Kanalauslaß durch Druckgase Energie zugeführt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß im Schubkanal (1, 51) mindestens ein Gasgenerator (67; 56a bis e) mit in Strömungsrichtung divergierender Außenkontur angeordnet ist und der Gasgenerator (6, 7; 56a bis e) derart bemessen ist; daß sich stromabwärts seiner dem Kanaleinlaß (2, 52) abgewandten Basis (15, 32; 58a bis e) in der Kanal strömung ein Kavitationshohlraum bildet, in den eine oder mehrere, in der Gasgeneratorbasis (15, 32; 58a bis e) vorgesehene Auslaßdüsen (17, 34; 63a bis e) für die im Gasgenerator (6, 7; 56a bis e) erzeugten Druckgase einmünden.
  2. 2. Wasserstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß bei kreisförmigen Schubkanälen (1) die in Strömungsrichtung divergierenden Gasgeneratoren (6, 7) kreis- oder kreisringförmige Querschnitte aufweisen und die in den Gasgeneratorbasen (15,32) vorgesehenen Gasauslaßdüsen (17, 34) bei kreisförmiger Basisgestalt (15) als zentrale kreisrunde und/oder periphere kreisringförmige Düsen (17) ausgebildet sind, während sie bei kreisringförmiger Basisgestalt (32) sowohl bei zentraler als auch bei peripherer Anordnung (34) kreisringförmig sind.
  3. 3. Wasserstrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Mantelflächen der im Querschnitt kreis- oder kreisringförmigen Gasgeneratoren (6) konisch (8), konvex oder konkav sind und mit dem Schubkanalmantel oder der konischen (21), konvexen oder konkaven Mantelfläche eines benachbarten koaxialen Gasgenerators kreisringförmigen Querschnitts (7) jeweils einen in Strömungsrichtung konvergierenden Ringspalt (22) bilden, der zu der oder den Gasauslaßdüsen (17, 34) in der bzw. den angrenzenden Gasgeneratorbasen (15, 32) koaxial ist.
  4. 4. Wasserstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß bei rechteckigen Schubkanälen (51) die in Strömungsrichtung divergierenden Gasgeneratoren (56a bis e) sowie die im Zentrum und/oder an der Peripherie ihrer Basen (58a bis e) vorgesehenen Gasauslaßdüsen (63a bis e) im Querschnitt rechteckig sind.
  5. 5. Wasserstrahltriebwerk nach Anspruch 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die im Querschnitt rechteckigen Gasgeneratoren (56a bis e) mit ihren Stirnflächen (59a bis e) an den Schubkanalschmalseiten (60) bzw. -breitseiten anliegen, während ihre konischen, konvexen (67d, 67e) oder konkaven (67a bis c) Seitenflächen mit den Schubkanalbreitseiten (64) bzw. -schmalseiten oder den konischen, konvexen oder konkaven Seitenflächen eines benachbarten Gasgenerators jeweils einen in Strömungsrichtung konvergierenden Spalt (68a, 68b; 71a bis d) bilden, der zu der oder den Gasauslaßdüsen (63a bis d) in der bzw. den angrenzenden Gasgeneratorbasen achsparallel ist.
  6. 6. Wasserstrahltriebwerk nach Anspruch 3 oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der engste Querschnitt jedes in Strömungsrichtung konvergierenden und einerseits von der Schubkanalwandung, andererseits von einem Gasgenerator bzw. beiderseits von einem Gasgenerator (6 und 7) begrenzten Ringspaltes (22) oder Spaltes rechteckiger Querschnittsform jeweils durch axiales Verschieben von Schubkanal und Gasgenerator bzw. beider Gasgeneratoren (6, 7) gegeneinander in der Größe veränderbar ist, und zwar zwischen Null und einem Maximalwert.
  7. 7O Wasserstrahltriebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n ze i c h n e t daß bei einer Anordnung mehrerer in Strömungsrichtung divergierender Gasgeneratoren (56a bis e) im Schubkanal (51) die Gasgeneratoren (56a bis e) mindestens zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Gruppen bilden und der bzw. die parallelgeschalteten Gasgeneratoren (56d, 56e) der jeweils nachgeordneten Gruppe gegenüber dem bzw. den parallelgeschalteten Gasgeneratoren (56a bis e) der jeweils vorgeordneten Gruppe seitlich versetzt sind.
  8. 8. Wasserstrahltriebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der stromabwärts des oder der Gasgeneratoren (6, 7; 56d, 56e) gelegene Schubkanalabschnitt (5, 55) durch eine (18) oder mehrere (72a, 72b) Trennwände in zwei (19a, 19b) oder mehrere (70a bis c), in Strömungsrichtung konvergierende Strömungsräume unterteilt ist.
  9. 9. Wasserstrahltriebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der bzw. die Gasgeneratoren (56a bis e) mit solchen Treibstoffen betrieben werden, die mit Wasser hypergol reagieren, wie Natrium-Kalium-Verbindungen, Metallalkyle oder Alanate.
  10. 10. Wasserstrahltriebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, g e k e n n z e i c h ne t durch eine mittels eines Mengenreglers (78) in Abhängigkeit vom Staudruck und hydrostatischen Druck in der Triebwerksumgebung einstellbare Wasserzufuhr zu dem oder den Gasgeneratoren (56d).
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