DE2101919A1

DE2101919A1 - Ruckstoßangetnebenes Flugtnebwerk

Info

Publication number: DE2101919A1
Application number: DE19712101919
Authority: DE
Inventors: Michel Robert Sceaux; Rioux Christian Paul Gilbert Antony; Garnier (Frankreich)
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1970-01-15
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1971-07-22
Also published as: DE2101919C3; GB1341241A; US3678306A; DE2101919B2; FR2085190A1; FR2085190B1

Description

Dr. Ing. H. NegendanV

Dipl. Ing. H, Hauck Dipi. Phys. W. Schmitz ί 5..ί ·ΐοχ« rfs*.-.23 53S0566

Societe National d^rEtude
et de Construction de
Moteurs d'Aviation

150 Boulevard Haussmann

75 - Paris 8e/France 15. Januar 1971

Anwaltsakte M-1455

Rückstoßangetriebenes Plugtriebwerk

Die Erfindung betrifft ein Rückstoßangetriebenes Plugtriebwerk mit mindestens einem mechanischen Verdichter zum Verdichten eines Gasstroms, einer Brenn- oder Heizvorrichtung zum Erhöhen

1 der Temperatur des Gasstroms und einer Strahldüse zum Ausstoßen ' des Heißgasstroms in die Atmosphäre. Ganz allgemein befaßt sich die Erfindung mit einer Verbesserung des Betriebsverhaltens und des Wirkungsgrades solcher Plugtriebwerke.

Die bekannten Flugtriebwerke dieser Bauart besitzen im allgemeinen mindestens einen Luftverdichter, eine oder mehrere Heizoder Brennkammern und mindestens eine Strahldüse. Der Verdichter ist im allgemeinen mit einer Turbine verbunden, die in der Bahn des Heißgasstromes - zwischen der Heiz- oder Verbrennungszone und der Strahldüse - angeordnet ist und dem Heißgasstrom die zum Antrieb des Verdichters erforderliche Energie entnimmt. Die Heißgase können, ehe sie ausgestoßen werden; in einer hinter der Turbine angeordneten Nachheiz- oder Nachbrennkammer nochmals erhitzt werden. - 2 -

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Die Verbesserung des Betriebsverhaltens solcher Plugtriebwerke,

die im allgemeinen unter dem Namen Strahltriebwerke bekannt sind, stößt auf mehrere Schwierigkeiten:

1) Die Turbine, die die gesamte Antriebsenergie des Verdichters liefert und die notwendigerweise hinter der Heiz- oder Brennkammer angeordnet ist, kann nur begrenzten thermischen Belastungen ausgesetzt werden. Insbesondere ist es bis heute nicht möglich, Turbinenschaufeln herzustellen, die Temperaturen von wesentlich mehr als looo°C aushalten. Die Temperatur in der Brennkammer darf daher nicht einen bestimmten Wert überschreiten, der somit den oberen Wert des thermischen Wirkungsgrades der in dem Strahltriebwerk stattfindenden thermischen Vorgänge festlegt.

2) Falls die Gase nacherhitzt werden, können sie zwar in der Nachbrennkammer auf einen wesentlich höheren Wert gebracht werden. Aber das Dichtungsverhältnis der Nacherhitzung und somit auch der thermische Wirkungsgrad sind notwendigerweise niedrig, und zwar aufgrund des großen Druckverlustes in der vor der Nachbrennkammer angeordneten Turbine.

! 3) Die unmittelbare mechanische Verbindung zwischen der Turbine ; und dem Verdichter schließlich bedingt ein festes Geschwindig-' keitsverhältnis dieser Bauteile, so daß die von der Turbir?

■ an den Verdichter abgegebene Leistung nicht - wie dies wün-I

sehenswert wäre - in Abhängigkeit von der Drehzahl geändert werden kann. Dieser Nachteil ist umso schwerwiegender _t Je

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größer die Pluggeschwindigkeiten sind. Dieser Nachteil kann in ^!i seinen Auswirkungen zwar durch verschiedene "Kunstgriffe" ge- · mildert werden, beispielsweise dadurch, daß der Verdichter und die Turbine in verschiedene, mit unterschiedlicher Drehzahl umlaufende Abschnitte aufgeteilt werden oder daß ein Lufteinlaßkanal mit veränderlichem Profil verwendet wird. Diese Kunstgriffe haben jedoch - insbesondere, wenn man ihre unabdingbaren Nachteile in Betracht zieht - nur eine verhältnismäßig begrenzte Wirksamkeit.

Andererseits sind - unter dem Namen "Staustrahltriebwerk oder thermische Antriebsdüse"-rückstoßangetriebene Plugtriebwerke ; bekannt, die keinen mechanischen Verdichter und somit keine Tür- ! bine besitzen. Somit kann in der Heiz- oder Brennkammer eines !solchen Triebwerks eine höhere Temperatur herrschen; die dyna- j mische Verdichtung im Lufteinlaufkanal ist jedoch praktisch nur bei hypersonischen Fluggeschwindigkeiten genügend groß, um einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad zu erhalten. Bei niedrigen Flug- ' geschwlndigkeiten ist der Schub sehr gering, und es müssen dem Staustrahltriebwerk zusätzliche Vortriebsmittel großer Leistung ; zugeordnet'werden, um den großen Geschwindigkeitsbereich zu über- j brücken, in denen das Staustrahltriebwerk selbst funktionsfähig \ ist. !

Zu diesem Zweck sind bereits kombinierte Triebwerke entworfen worden, die mindestens ein Staustrahltriebwerk und ein Turbinen- ! strahltriebwerk in einer einzigen Baueinheit enthalten. Die Kornbination dieser beiden Arten von Triebwerken verringert jedoch

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notwendigerweise das Betriebsverhalten jedes der beiden Triebwerke und begrenzt insbesondere die maximale Pluggeschwindigkeit auf einen Wert, der wesentlich kleiner ist als der Wert, bei dem

; das Staustrahltriebwerk allein besonders wirkungsvoll ist. Abge-

sehen hiervon bringt diese Kombination insofern besonders große Schwierigkeiten mit sich, als die Pluggeschwindigkeitsbereiche, in denen das Staustrahltriebwerk und das Turbinenstrahltriebwerk j einen ausreichenden Schub liefern, verhältnismäßig weit ausein- ; anderliegen, so daß für den Gesamtschub in einem entsprechend großen mittleren Machzahlbereich ein "Loch" vorhanden ist.

Durch die Erfindung soll ein rückstoßangetriebenes Plugtriebwerk geschaffen werden, das die Nachteile der beiden obengenannten Arten von Flugtriebwerken sowie der kombinierten Plugtriebwerke weitgehend vermeidet (und zwar die Nachteile, die im Fall der Turbinenstrahltriebwerke vom Vorhandensein einer Turbine und im Fall der Staustrahltriebwerke vom Fehlen eines mechanischen j Verdichters herrühren). Durch die Erfindung soll insbesondere ; ein Plugtriebwerk mit mindestens einem mechanischen Verdichter zum Verdichten eines Gasstromes und einer Brenn- oder Heizvorrichtung zum Erhöhen der Temperatur des Gasstromes geschaffen werden, bei der zumindest ein Teil der zum Antrieb des Verdich- \ ters erforderlichen Energie dem Heißgasstrom - zumindest in den \ oberen Betriebsbereichen - durch eine Einrichtung entnommen wird, ' die nur fest angeordnete Bauteile enthält und sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sein kann. Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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Ehe Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden,

die scheint es zweckmäßig, den allgemeinen Aufbau und/Funktionsweise eines magnetohydrodynamischen Generators (der im folgenden durch den Ausdruck "MHD-Generator" abgekürzt wird) ins Gedächtnis zurückzurufen.

Unter der Wirkung eines entsprechend gerichteten Magnetfeldes (vgl. Fig. 2) werden die durch teilweise Ionisation eines Gasstroms freigesetzten elektrischen Ladungen einer Kraft, der sogenannten Lorentz-Kraft, ausgesetzt. Der Gasstrom wird durch die Wände eines sogenannten MHD-Umsetzungskanals begrenzt, den

der Gasstrom mit einer Geschwindigkeit V durchströmt. Die Lorentz·}·

i Kraft steht auf der Strömungsgeschwindigkeit und dem Magnetfeld : senkrecht. Wenn man zwei leitende Elektroden, die den Umsetzungskanal seitlich begrenzen, vorzugsweise parallel zu der Ebene der Vektoren B^rrp und V anordnet, entsteht zwischen ihnen eine elektromotorische Kraft, die ihrem Abstand, der Gasgeschwindigkeit

und der Feldstärke proportional ist. Der MHD-Generator verhält j sich somit wie eine übliche elektrotechnische Maschine, deren sich in dem magnetischen Induktionsfeld bewegender Anker nicht aus einer Gruppe von festen Leitungen, sondern aus einem durch Ionisierung leitend gemachten gasförmigen Kontinuum besteht.

Die Leitfähigkeit des Gases hängt im wesentlichen von seinem Ionisierungsverhältnis ab. Die Ionisierung kann auf thermischem Weg erfolgen, und das Gas muß dann auf eine hohe Temperatur in der Größenordnung von 3000⁰K erhitzt werden. Unter gewissen Bedingungen können solche Temperaturen durch Verbrennung eines her-

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kömmlichen Brennstoffs in einem verdichteten Luftstrom erzielt werden. Bei gleicher Temperatur kann das Ionisierungsvertältnis durch Einspritzen chemischer Elemente geringen Ionisierungspotentials vergrößert werden. Zu diesem Zweck kann dem Gasstrom - beispielsweise dureh Einspritzen - stromaufwärts von dem MHD-Kanal eine geringe Menge irgendeines Salzes eines Alkalimetalls, z.B. Kalium, beigemengt werden.

Der Antrieb des Verdichters mit Hilfe der von dem MHD-Generator erzeugten Energie kann durch elektrische Motoren großer Massen leistung erfolgen, beispielsweise durch Gleichpolmotoren, die mit supraleitenden Feldwicklungen versehen sind; insbesondere können zu diesem Zweck Einrichtungen verwendet werden, wie sie in der gleichzeitig angemeldeten deutschen Patentanmeldung ... der Anmelderin beschrieben sind.

Die Erfindung betrifft in gleicher Weise auch andere Anordnungen, die vorzugsweise in Verbindung mit den oben erwähnten Vorrichtungen, jedoch auch unabhängig davon verwendbar sind.

Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Weise einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Triebwerks,

Fign. 2 und 3 in schematischer Weise einen Axialschnitt bzw, ι eine perspektivische Ansicht eines MHD-Umsetzungskanels, der Teil des in Fig. 1 gezeigten Triebwerks bildet, !

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Pig. 4 einen Axialschnitt durch einen Teil des Verdichters des in Pig. I gezeigten Triebwerks,

Fig. 5 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Verdichters, der Teil des in Fig. 1 gezeigten Triebwerks bildet,

Fig. 6 eine mehr ins einzelne gehende Darstellung des Verdichters nach Fig. 5*

Fign. 7a und 7b einen Axialschnitt bzw. eine Draufsicht auf den Anker eines elektrischen Motors, der einer der Stufen des in Fig. 6 gezeigten Verdichters zugeordnet ist,

Fign. 8 und 9 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Triebwerks, bei dem die Antriebsenergie des Verdichters von zwei verschiedenen elektrischen Generatoren geliefert wird, wobei der eine der beiden Generatoren von dem MHD-Generator und der andere Generator von einer oder mehreren durch eine Turbine angetriebenen Maschinen gebildet wird,

Fig. 8 einen Axialschnitt eines Triebwerks, bei dem die beiden verschiedenen elektrischen Generatoren parallelgeschaltet sind,

Fig. 9 einen Axialschnitt insbesondere durch den elektrischen Kreis eines Triebwerks, bei dem die beiden getrennten elektrischen Generatoren unabhängige Kreise speisen, i

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Fig. Io einen mehr ins einzelne gehenden Axialschnitt durch einen

die Turbine
Verdichterteil ,/sowie die Hauptleitungen des elektrischen

Kreises des in Fig. 9 gezeigten Triebwerks,

Fig. 11 ein Detail des Ankers der in Fig. Io gezeigten Turbine im Zylinderschnitt.

Das in Fig. 1 dargestellte rückstoßangetriebene Triebwerk weist ein Gehäuse loo auf, in dem - in Strömungsrichtung gesehen ein Verdichter mit drei Verdichterteilen looa, loob, looc, eine Brennkammer Io2 und ein MHD-Generator angeordnet sind. Der Umsetzungskanal Io3 des MHD-Generators ist bei Io4 mit einer Strahldüse (nicht gezeigt) verbunden. Bei normalem Betrieb wird die Antriebsenergie des Verdichters von dem MHD-Generator erzeugt, der drei elektrische Motoren Io5a, Io5b, Io5c großer Massenleistun^ antreibt, die ihrerseits die Verdichterteile lola, lolb, lolc antreiben. Die Verdichterteile sind mechanisch voneinander unabhängig und können gleich oder verschieden ausgebildet sein. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform wird weiter unten genauer beschrieben. Die Unterteilung des Verdichters in drei unabhängige Teil« ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, und weiter unten wird eine andere, ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform eines Verdichters beschrieben.

Die Brennkammer Io2 ist mit Brennstoffdüsen Io6 und Flammenhaltern Io7 versehen, die im wesentlichen von herkömmlicher Bauart sein können. Die Brennstoffdüsen Io6 sind durch herkömmliche Einrichtungen (nicht gezeigt) mit einem Brennstoffreservoir verbunden. Der Brennstoff _Q

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kann, wie bereits oben erwähnt, ein bei Turbinenstrahltriebwerken üblicherweise verwendeter Brennstoff (Propergol) sein. Damit die Verbrennungstemperatur maximal ist, wird der Durchsatz des Brenn- j stoffs derart gewählt, daß die Verbrennung stöchiometrisch ist. Mit Hilfe von Düsen (nicht gezeigt), die den Brennstoffdüsen Io6 gegebenenfalls zugeordnet werden, kann ein pulverförmiges Salz eines Alkalimetalls, beispielsweise Kaliumkarbonat, in den Gasstrom eingespritzt werden. Wie bereits oben erwähnt, wird dadurch die elektrische Leitfähigkeit der Heißgase beträchtlich erhöht.

Der bei loj schematisch dargestellte MHD-Generator weist einen ringförmigen Kanal auf, der durch eine rotationssymmetrische Innenwand I08 und Außenwand Io9 begrenzt wird, Die Innen- und Außenwand bilden die Elektroden des MHD-Generators, der im übrigen weiter unten genauer beschrieben wird.

Die Ringform des MHD-Kanals hat besondere Vorzüge. Zum einen ist sie zur. Erzeugung einer gedrosselten elektromotorischen Kraft geeignet, wie sie für die von dem MHD-Generator gespeisten elektrischen Motoren zweckmäßig ist. Andererseits besitzt die Ringform eine Geometrie, wie sie bei Triebwerken allgemein gebräuchlich ist. Es sind jedoch auch andere Kanalformen möglich: Der MHD-Generator könnte beispielsweise einen Umsetzungskanal von rechteckigem Querschnitt aufweisen, dessen Elektroden auf entgegengesetzten Seiten des Kanals angeordnet sind.

Die Motoren Io5a, Io5bind Io5c sind einerseits durch Leitungen lloa und Hob miteinander in Reihe geschaltet und andererseits

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durch Leitungen 111 und 112 mit den Elektroden I08 und Io9 des j MHD-Generators verbunden. Die Leitung 111 kann von einem massiven ^; Zylinder gebildet werden, der von dem Gehäuse loo elektrisch isoliert und - beispielsweise durch Radialarme (nicht gezeigt) - j

I mit ihm fest verbunden ist, wodurch die Festigkeit des Triebwerks erhöht werden kann. Die Leitungen lloa und Hob sowie der stromaufwärts liegende Abschnitt der Leitung 112 können von Hohlzylinderstücken gebildet werden, die auf dem mittleren Zylinder 111 sitzen und - beispielsweise mit Hilfe einer Schicht aus Aluminium-i oxyd - von diesem elektrisch isoliert sind. Ein Kranz von fest angeordneten Schaufeln Ilj5 des Verdichterteils lolc kann als den Gasstrom durchquerende Leitung benutzt wecden. Der Abschnitt der ' Leitung 112, der den Schaufelkranz 113 mit der äußeren Elektrode Io9 des MHD-Generators verbindet, kann von dem Gehäuse loo selbst gebildet werden.

Pig. 2 stellt den Aufbau des MHD-Generators der Pig. 1 dar und zeigt insbesondere die Richtung der Ströme und des Magnetfeldes.

Die zylindrischen Elektroden Io8 und Io9 sind koaxial angeordnet und begrenzen den Ringkanal lojjsie können mit Hilfe eines feierfesten, bei hohen Temperaturen leitenden Materials auf Zirkoniumbasis oder irgendeines anderen Mittels hergestellt werden, das die Möglichkeit bietet, hohe Stromdichten bei Berührung des Gas-Stroms auszuhalten. Ein Magnetfeld B^,™, dessen Richtung in .i■;--. ^n Punkt des Kanals loj im wesentlichen senkrecht auf der Achse steht und parallel zu den Wänden verläuft, wird durch Wicklungen 114 erzeugt, durch die ein Induktion «strom I_ln(1 fließt, dessen gesamte gesamte Bahn in Axialebeiien liegt. Die Richtung der Pfeile j ist

1 0 j 8 2 4 / . ... : ^;:

gleich der Richtung des Stromdichtevektors in dem ionisierten Gasstrom, der den angedeuteten Richtungen des durch die Feldwicklung Il4 fließenden Stroms Ι_1τιΛ und des Gasstromes entspricht.

Fig. 3 zeigt in schematischer Weise den Aufbau der Feldwicklungen 114 der Fig. 2. Die Wicklungen weisen zwei parallel und im wesent liehen axial verlaufende Leitungsschichten 115a, 115b auf, die am Außenrand des Gasstroms, in der unmittelbaren Nähe jeder der beiden Elektroden, gleichmäßig verteilt sind. In jeder der beiden! Leitungsschichten sind die Leitungen paarweise und in Rechteckform einander angeordnet. Die axialen Enden jedes Rechtecks der Leitungsschicht 115a sind jeweils durch eine Leitung 116 mit dem entsprechende Ende eines Rechtecks der anderen Leitungsschicht 115b verbunden. Diese Anordnung entspricht einer torischen Wicklung, wobei jedoch die Leitungen 116 in Radialarmen 117 angeordnet werden können. Die Anzahl der Radialarme 117 kann verhältnismäßig gering sein, ohne daß dadurch eine Ungleichförmigkeit des Feldes erzeugt wird, die der Funktionsweise des MHD-Generator|s abträglich wäre.

Um die Abmessungen des MHD-Umsetzungskanals und somit sein Gewicht und die Strahlungsverluste der Wände möglichst gering zu

halten, ist es zweckmäßig, ein möglichst starkes Magnetfeld zu ' verwenden. Zu diesem Zweck kann man supraleitende Feldwicklungen verwenden, die trotz ihrer erforderlichen Tiefsttemperatur-ausbildung wesentlich leichter als die herkömmlichen Elektromagnete mit metallischen Polstücken und durch eine HochdruckflUssigkeit gekühlten Wicklungen sind und den Vorteil eines nahezu vernachlässigbaren elektrischen Verbrauchs haben. Diese Wicklungen

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können beispielsweise von einer Niob- und Titan-Legierung gebildet werden, und sie werden in TiefsttemperatürUmhüllungen angeordnet, in denen flüssiges Helium umläuft; die Umhüllungen ihrerseits können gegebenenfalls von umlaufendem, flüssigem Stickstoff " gekühlt werden.

Fig. 4 zeigt einen Verdichterteil des in Pig. I gezeigten Triebwerks. Der Verdichterteil weist in üblicher Weise eine Reihe von mit dem Gehäuse loo fest verbundenen Schaufelkränzen 118 auf, die mit einer Reihe von umlaufenden Schaufelrädern 119 abwechseln. Die Laufschaufeln 119 sind mit einem Zylinder 12o fest verbunden, der in Lagern 121 und 122 umläuft. ;

Der Zylinder 12o wird von einem elektrischen Gleichpolmotor angetrieben, der eine Gruppe von abwechselnd fest und drehbar angeordneten Scheiben 125 bzw. 124 sowie eine von einem Ring 126 gehaltene Feldwicklung 125 aufweist. Der Ring 126 ist mit der Nabe 1^1 eines fest angeordneten Schaufelkranzes 118 fest verbbunden.

Die Gruppe der beweglichen Scheiben 124 bildet den eigentlichen Anker des Gleichpolmotors. Diese Scheiben sind mit ihrem Außenrand an dem Zylinder 12o befestigt, von diesem jedoch elektrisch isoliert. Die zwischen den beweglichen Scheiben 124 .fest ange-I ordneten Scheiben 123 stellen über Drehkontakte 127, die vorzugsj weise von einem Ring aus flüssigem Metall gebildet werden, eine

elektrische Verbindung zwischen dem eine elektrische Klemme bildenden kreisförmigen Außenrand einer beweglichen Scheibe und dem

; ebenfalls eine elektrische Klemme bildenden kreisförmigen Tnnen-

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1 ο i?! .? η /13 π *

rand der benachbarten beweglichen Scheibe her (diesbezüglich wird auf die bereits erwähnte gleichzeitig eingereichte Patentanmeldung der Anmelderin verwiesen). Schließlich stehen die am Ende angeordneten Scheiben 12j5a und 124a mit zylindrischen Leitungen 128 bzw. 129 in elektrischer Verbindung, zwischen denen eine zylindrische Isolierhülse IjJo angeordnet ist, auf der die Scheiben, abgesehen von der Scheibe 123a, fest angebracht sind.

Die Feldwicklung 125 wird von einer supraleitenden Wicklung gebildet, die von einer Tiefsttemperatürumhüllung umgeben ist. Diese Wicklung wird von koaxial zum Anker verlaufenden Windungen gebildet. Der Pfeil B stellt die Richtung der magnetischen Feldlinien dar, die von der Feldwicklung 125 erzeugt werden. In dem Bereich, der von den Scheiben 124 eingenommen wird, ist das Magnetfeld B im wesentlichen homogen und axial verlaufend. Die Pfeile I stellen den Stromfluß durch den Anker dar. Wie man sieht durchfließt er jede der Scheiben 124 in der gleichen Richtung. Dies hat zur Folge, daß die von dem Magnetfeld D und dem Strom I herrührenden Laplace-Kräfte in jeder der Scheiben 124 elektrodynamische Kräftepaare der gleichen Richtung erzeugen.

Der Aufbau der anderen in Fig. 1 gezeigten Verdichterteile kann dem Aufbau des in Fig. 4 gezeigten, oben beschriebenen Verdichterteils völlig gleichen. Die ringförmige Leitung 129 (Pig· 4) des ersten Verdichterteils lola (Fig. 1) ist somit mit der ringförmigen Leitung 128 (Fig. 4) des zweiten Verdichterteils lolb (Fig. 1) einstückig ausgebildet, und sie bilden gemeinsam die in Fig. 1 schematisch dargestellte Leitung lloa. Die in Fig. 1

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schematisch dargestelte Leitung Hob kann in der gleichen Weise aufgebaut sein. Die ringförmige Leitung 128 (Fig. 4), die zu dem ersten Verdichterteil lola gehört, ruht unmittelbar auf dem Ende^des mittleren Zylinders 111 und bildet somit einen elektrischen Kontakt, der den elektrischen Kreis schließt, in welchem die Anker der Motoren mit den Elektroden Io8 und I09 (Fig. 1) des MHD-Generators in der in Fig. 1 gezeigten Weise in Reihe geschaltet sind.

In Fig. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Verdichters dargestellt, der Teil eines erfindungsgemäßen Triebwerks ist. Wie im vorhergehenden Fall wird der Verdichter von elektrischen Motoren 2o5 großer Massenkraft angetrieben, die durch Leitungen 21 ο miteinander in Reihe geschaltet sind, während die gesamte Gruppe der elektrischen Motoren durch Leitungen 211 und 212 an den Elektroden des MHD-Generators (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Dagegen besitzt der in Fig. 5 gezeigte Verdichter gegenläufige* voneinander unabhängige Schaufelräder, und die elektrischen Motoren 2o5 treiben jeweils ein einziges Schaufelrad an. Die Schaufelräder 219a drehen in der einen Richtung und die Schaufelräder 219b in der anderen Richtung. Die Strömungsrichtung:

ι des Gasstroms ist durch den Pfeil F angedeutet.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform des in Fig. 5 schere tisch dargestellten Verdichters. Der Verdichter· weist beispielsweise acht gegenläufige Schaufelräder 219 auf, die während der Drehung unter Zwischenschaltung von weiter unten beschriebenen Misteln auf dem Hohlzylinder 211 ruhen. Der Hohlzylir.der 211 ist fest angeordnet

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t) 9 8 C j /

und dient sowohl als elektrische Leitung als auch zur Lagerung des Verdichters. Der Hohlzylinder 211 ist beispielsweise mit Hilfe von Radialarmen (nicht gezeigt) am Gehäuse (nicht gezeigt) be-

festigt, das in üblicher Weise den Gasstrom an den Schaufelspitzen !begrenzt.

Jede Verdichterstufe weist einen Kranz von Schaufeln 219 auf, die an einer Nabe 231 befestigt sind. Die Nabe 23I ist mit einer Scheibe 224 fest verbunden, die den Anker des zugehörigen Einpolmotors [bildet. Zu beiden Seiten eines jeden Ankers 224 und koaxial ver-

!laufend dazu sind supraleitende Wicklungen 225 angeordnet, die von einer Tiefsttemperaturumhüllung 225a umgeben sind. Die Tiefst-

i ί

!temperaturumhüllungen 225a, in denen flüssiges Helium umläuft, werfen von fest angeordneten Scheiben 225* 223a, 22Jb getragen, die mit dem Zylinder 211 mecharisch fest verbunden und durch eine Aluminiumoxidschicht (nicht gezeigt) von ihm elektrisch isoliert sind. '

pie Wicklungen 225 werden von Strömen gleicher Richtung durchflossen und erzeugen ein axial verlaufendes Magnetfeld, dessen Magnetlinien durch die Pfeile B schematisch dargestellt sind.

Der kreisförmige Innenrand der Anker 224 (abgesehen von dem des ersten Schaufelkranzes) bildet eine erste elektrische Klemme, die mittels eines Drehkontaktes 227a aus flüssigem Metall auf einem der Seitenränder eines zylindrischen Flansches 228 der fest angeordneten Scheiben 22^a ruht. Die Anker 224 weisen an ihrem Rand eine kreisförmige Schulter 224a auf, die eine zweite elektrische Klemme bildet. Diese Klemme liegt über einen anderen Drehkontakt 227b

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; aus flüssigem Metall an einem leitenden Schleifring 229 an, der ^! mit den fest angeordneten Scheiben 22Jb starr verbunden ist.

j In dem oberen Abschnitt des Bereiches, der zwischen zwei aufeinj anderfolgenden Wicklungen 225 liegt, besitzt das Magnetfeld B eine j nicht vernachlässigbare radiale Komponente. Die Richtung der Anker ' 224 ändert sich somit und weist in dem'entsprechenden Bereich einen ; geneigten Abschnitt 224b auf. Die Meridiankontur der Flächen, die

ι die Drehkontakte 227a und 227b begrenzen, verläuft im wesentlichen parallel zu den benachbarten Feldlinien des Magnetfelds B. Dadurch wird vermieden, daß während der Drehung in dem flüssigen Metall j Störströme entstehen, die beträchtliche Verluste zur Folge hätten.

J Aus Fig. 6 geht ferner hervor, daß die Anker jeweils paarweise

; symmetrisch bezüglich der Mittelebene der fest angeordneten Scheibe

253a bze.w 22j5b angeordnet sind. Die Anordnung der ersten und I letzten Stufe des Verdichters unterscheidet sich von der der mitt- ;leren Stufen insofern, als der Drehkontakt 227'a der ersten Stufe k ^: mit dem mittleren Zylinder 211 unmitteJbar in Berührung steht und I der Zylinderflansch 228' der letzten fest angeordneten Scheibe

¹ 223*a von der Verlängerung einer ringförmigen Leitung212 gebildet i ' en

wird, die die Leitung 211 umgibt. Die Leitung/211 und 212 sind

mit dem MHD-Generator verbunden, beispielsweise auf die in Fig.l i gezeigte Weise, in der die Leitungen 111 und 112 ihr Gegenstück ibilden.

Die Pfeile I in Fig. 6 zeigen schematisch den Stromfluß des den iAnkern 224 zugeführten Stroms. Wie man sieht, spielen die Bauteile 228 und 229 die Rolle der in Fig. 5 schematisch angedeuteten

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Leitungen 210, durch die die Gruppe der Anker elektrisch in Reihe geschaltet sind,; jeweils zwei aufeinanderfolgende Anker werden von Strömen entgegengesetzter Richtung und von einem im wesentlichen axial verlaufenden Magnetfeld gleicher Richtung durchflossen, ^ies hat zur Folge, daß die Laplace-Drehmomente, die auf jeden j

j der Anker ausgeübt werden, entgegengesetztes Vorzeichen haben, was auch für den Drehsinn der hintereinander angeordneten Schaufel*· !räder 219a und 219b gilt, wie bereits oben erwähnt worden ist.

Die Radial- und Axialkräfte, denen jede Verdichterstufe während ι der Drehung ausgesetzt sind, werden nach zwei verschiedenen Prinzipien ausgeglichen. Die Radialkräfte werden von den Drehkontakten aus flüssigem Metall aufgenommen, die die Rolle von zentrierenden Flüssigkeitslagern spielen. Um die Axialkräfte ausgleichen zu können, sind die in Fig. 6 gezeigten Anker 224 (wie in Fign. 7a !und 7b) sowie in der bereits erwähnten rechtzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin gezeigt) mit schräg ver-I laufenden Schlitzen 224c versehen, die in einem Bereich, in dem I das Magnetfeld B eine nennenswerte Radialkomponente B_R besitzt, gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Durch die Neigung der ¹ Schlitze erhält der Stromdichtevektor j eine Tangentialkomponente 'j-, der die erzeugte elektrodynamische Kraft proportional ist. [Die Richtung der Neigung der Schlitze 224c ist diejenige, die dem Ausgleich der aerodynamischen Axialkräfte entspricht, wobei die Richtung des durch den Anker fließenden Stromes E und die Richtung des Magnetfeldes wie in Fig. 6 (Schaufelräder 219a) gezeigt ist.

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Für einen Beobachter, der sich auf der gleichen Seite bezüglich der Schaufelräder des in Fig. 6 gezeigten Verdichters befindet, ist die Richtung der Neigung der Schlitze 224c für die Anker
der gegenläufigen Schaufelräder 219a und 219b die gleiche.

In den Fign. 4 und 6 sind die zur Stromversorgung der supraleitenden Wicklungen der Gleichpolmotoren erforderlichen Einrichtungen nicht dargestellt. Diese Einrichtungen sollen bei geringer Leistung eine verhältnismäßig hohe Feldstärke liefern, und sie können, wie im übrigen auch die Einrichtungen zum Speisen der Induktionsspulen des MHD-Generators von einem elektrischen statischen Wandler gebildet werden, der von Halbleiterelementen, wie sie unter dem Namen "Thyristor" bekannt sind, gesteuert wird. Durch getrennte Regelung der Feldstärke einer jeden Feldwicklung läßt sich die Drehzahl eines jeden Verdichterteils (oder einer jeden Verdichterstufe) einstellen, so daß in sämtlichen Betriebsbereichen ein optimaler Wirkungsgrad und insbesondere ein großes Verdichtungsverhältnis erzielt werden können.

Beim Starten und bei geringen Fluggeschwindigkeiten läßt sich bei Verwendung herkömmlicher Brennstoffe in dem Umsetzungskanal 303 im allgemeinen nicht eine Temperatur erzielen, die so hoch ist, daß der MHD-Generator dem Heißgasstrom die zum Antrieb des Verdichters erforderliche Leistung entnehmen kann. Zur Erhob

jdieser Temperatur kann der Gasstrom vorerhitzt werden, indem
!wärme von dem aus dem Umsstzungskanal ausströmenden Gasstrom
mit Hilfe eines Wärmeübertragers auf den noch kalten Gasstrom
Übertrag en wird. Wenn die Fluggaschwindigkeit groß genug ist,

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wird diese Vorerhitzung durch die dynamische Verdichtung der Luft in dem vor dem Verdichter angeordneten Lufteinlaß-bewirkt.

Sieht man von der Verwendung eines Wärmetauschers ab, ist das erfindungsgemäße Triebwerk einem herkömmlichen Staustrahltriebwerk

;

; insofern vergleichbar, als es erst bei Erreichen einer beträchtli*-

ι chen Fluggeschwindigkeit funktionsfähig ist. Da das erfindungsge-

; mäße Triebwerk jedoch einen mechanischen Verdichter besitzt, hat

das erfindungsgemäße Triebwerk in einem wesentlich größeren Geschwindigkeitsbereich als das Staustrahltriebwerk, insbesondere in dem unteren Geschwindigkeitsbereich, einen großen Schub.

Die Pign. 8 unc 9 zeigen jeweils in schematischer Weise ein Triebwerk, das zwei getrennte Energiequellen besitzt, und zwar den MHD-Generator und eine zusätzliche Energiequelle, die in sämtlichen Plugbereichen, insbesondere beim Starten und bei geringen ^: Pluggeschwindigkeiten, einen Beitrag zur Energieerzeugung leistet^ deren Größe insbesondere von der Pluggeschwindigkeit abhängt. j Diese zusätzliche Energiequelle wird vorzugsweise von einer Tür- ^: bine gebildet, die in den beiden dargestellten AusfUhrungsbeispielen mit dem MHD-Generator in Reihe geschaltet ist.

Das in Pig. 8 gezeigte Triebwerk weist eine Gehäuse 3OO auf, in dem - in Strömungsrichtung gesehen - ein einteiliger Verdichter ^; 301, eine Hilfsbrennkammer 402, eine Turbine 401, eine Hauptbfcennkammer 302 und ein MHD-Umsetzungskanal 303 angeordnet sind. Der Umsetzungskanal 303 ist bei 304 mit einer Strahldüse (nicht gezeigt) verbunden.

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Der Antrieb des Verdichters erfolgt über elektrische Motoren 305, die einerseits mit den Elektroden 308 und 309 des MHD-Generators und andererseits mit den Klemmen eines elektrischen Generators 405 verbunden sind. Der elektrische Generator 405 wird von der Turbine angetrieben, die die zur Verdichtung erforderliche Leistung im sonischen und transonischen Plugbereich liefert.

Die Anordnung des Verdichters entspricht völlig der in Fig. 4 gezeigten Anordnung: Die Laufschaufeln werden von einem Zylinder angetrieben, der mit Lagern 322 versehen und mit dem Anker 305 eines Gleichpolmotors starr verbunden ist. Der Gleichpolmotor weist abgestufte Scheiben auf, die den oben beschriebenen Scheiben 123, 124 (Fig. 4) entsprechen. Bei 325 und 327 ist eine supraleitende Feldwicklung und Drehkontakte aus flüssigem Metall schematisch angedeutet.

Statt eines Verdichters, der einen oder mehrere Verdichterteile j wie der in Fig. 4 gezeigte Verdichter aufweist, kann auch beispielsweise ein gegenläufigerVerdichter, wie in den Fign. 5 und 6 dargestellt, verwendet werden, wobei dann die Leitungen 211 und 212 (Fig. 6) an ihren Gegenstücken 3II und 312 (Fig. 8) unmittelbar vor der letzten Stufe des Verdichters angeschlossen werden.

Die HiI fs brennkammer 402 ist mit Brennstoffeinspritzdüsen 406 versehen. Ihr Aufbau ist im wesentlichen herkömmlicher Bauart, und die Luft, die zumindest in niedrigen Flugbereichen an der Verbrennung teilnimmt, stellt lediglich einen kleinen Teil des den Verdichter durchströmenden Luftdurchsatzes dar. Der in der

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j Hilfsbrennkammer 402 verbrannte Brennstoff ist vorzugsweise von der gleichen Sorte wie der, mit dem die Hauptbrennkammer 302 gespeist wird.

Die Turbine 401 trägt ein Laufschaufelrad 4l9, dem übliche fest j angeordnete Leitschaufelkränze zugeordnet sind. Der Eintritts- J leitschaufelkranz 413 kann verstellbare Schaufeln aufweisen. Mit dem Laufschaufelrad 419 ist der Anker 405 eines Gleichpolgenerators verbunden, dessen Aufbau im wesentlichen dem Motor 305 entspricht. Dieser Gleichpolgenerator ist mit einer supraleitenden Feldwicklung 425 und Drehkontakten versehen, von denen lediglich diejenigen dargestellt sind, die die eigentlichen elektrischen Klemmen 427a und 427b der Maschine bilden. Der Gleichpolgenerator' versorgt die Motoren 305 mit Strom. Die Anzahl und/oder der Durchmesser der beweglichen Scheiben (vgl. Fig. 4), von denen sein Anker gebildet wird, sind im allgemeinen größer als diejenigen der Motoren, damit die elektromotorische Nennkraft an seinen Klemmen 427a und 427b den gewünschten Wert hat.

Die Hauptbrennkammer 302 und der MHD-Umsetzungskanal 303 unter-ί scheiden sich von denen der Fig. 1 nicht wesentlich, abgesehen ' von der Geometrie des Gasstromes, der hier der Verwendung eines MHD-Generators von rechteckigem Querschnitt angepaßt ist, dessen Elektroden 308 und 309 auf den gegenüberliegenden Flächen angeordnet sind. In dem Bereich dieser Flächen wird von vorzugsweise supraleitenden Feldwicklungen (nicht gezeigt) ein senkrecht zur Achse des Triebwerks und parallel zu den Elektroden verlaufendes Magnetfeld erzeugt.

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Die Versorgungsleitungen 3II und 312 des Verdichters sind mit den Elektroden 308 und 309 des MHD-Generators und den Klemmen 427a, 427b des Gleichpolgenerators verbunden. Die mittlere Leitung 311 steht beispielsweise über Radialarme 311a mit dem Gehäuse 300 in Verbindung. Ferner steht sie mit der einen Klemme 427a des Ankers 405 in elektrischer Berührung; in der gleichen Weise ist sie über Arme 311a und über eine oder mehrere Leitungen 311b mit der Elektrode 308 verbunden. Die rohrförmige Leitung 312, die durch eine Aluminiumoxidschicht (nicht gezeigt) gegen die Leitung 311 isoliert ist, steht mit der zweiten Klemme 427b des Ankers 405 in Berührung; ferner ist sie über ein konisches Leitungsstück 312a, ein den Gasstrom durchquerendes Leitungselement (beispielsweise den fest angeordneten Leitschaufelkranz 413) sowie eine oder mehrere Leitungen 312b mit der Elektrode 309 verbunden. Die beiden elektrischen Generatoren, d.h. der MHD-Generator 303 und die mit der Turbine gekoppelte Gleitpolmaschine 405, sind bezüglich der Gruppe der Motoren 305 parallel und bezüglich sich selbst in Reihe geschaltet.

Ein Verfahren zur Steuerung der Beiträge jedes der beiden Generatoren zur elektrischen Gesamtleistung, die auf di-e Antriebsmotoren des Verdichters übertragen werden, besteht darin, die betreffenden Feldstärken der Feldwicklungen.der Gleichpolmaschine 405 und des MHD-Generators zu regeln. Zu dem gleichen Zweck kann man auch auf die Anstellung der Turbinenschaufeln einwirken.

Eine Brennstoffsteuervorrichtung 432 dient zur Steuerung des Brennstoffdurchsatzes und zur Verteilung des Brennstoffs auf die Ein- ■

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¹ spritzdUsen 2θ6 und 4θ6 in Abhängigkeit von den Plugzuständen.Der

Vorteil einer solchen Anordnung leuchtet ein, wenn man die Funk- ' tionsweise des Triebwerks betrachtet:

j :

' Bei geringen Fluggeschwindigkeiten ist es unter Verwendung von

. herkömmlichen Brennstoffen im allgemeinen nicht möglich, im Kanal

303 eine Temperatur zu erzielen, die groß genug ist, damit der : MHD-Generator den Heißgasstrom die zum Antriebdes Verdichters er- ; forderliche Leistung entnehmen kann. Somit wird der größte Teil : dieser Leistung über die Maschine 405 von der Turbine geliefert, • und der Durchsatz des in der Brennkammer 402 verbrannten Brenn-

! stoffs ist genügend groß. Die durch die Verbrennung in der Brenn-1 kammer 302 freigesetzte Energie wird somit unmittelbar zum Antrieb ¹ benutzt, wenn auch mit einem schlechten Wirkungsgrad, deren Ursache oben aufgezeigt worden ist.

; Wenn die Fluggeschwindigkeit zunimmt und im Einlaßkanal des Verjd ichters somit ein merklicher dynamischer Druck entsteht, vergrößert sich aufgrund der Temperaturerhöhung das MHD-Umsetzungs-

verhältnis. Somit wird eine Zwischenbetriebsphase festgelegt, in der die Temperatur des MHD-Kanals so groß ist, daß der MHD-Generator einen bestimmten Bruchteil der Antriebsenergie des Verdichters liefern kann. Der Wirkungsgrad des Triebwerks wächst somit i sehr rasch an. Dadurch, daß dem Umsetzungskanal 303 Energie entnommen wird, kann das Entspannungsverhältnis der Turbine verringert werden, d.h., daß das Entspannungsverhältnis des Gasstromes zwischen seinem Eintritt in die Hauptbrennkammer 302 und seinem Austritt in die Atmosphäre entsprechend erhöht werden kann.

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Bei großen Fluggeschwindigkeiten liefert die dem MHD-Kanal entnomjmene elektrische Leistung den größten Teil oder die Gesamtheit der

Antriebsenergie des Verdichters, und diese Turbine ihrerseits kann - statt dem Gasstrom Energie zu entnehmen - zu einem zusätzlichen Verdichter werden. Dieses Verhalten kann - wie oben angedeutet durch Regelung der Feldstärken der Feldwicklungen der Generatoren \und ggfs. durch Regelung der Schaufelverstellung gesteuert werden.

!Außerdem kann die Brennstoffsteuervorrichtung 4^2 mit einer Regel-

einrichtung gekoppelt werden, die die Temperatur der Turbinenschaufeln auf einem von der Fluggeschwindigkeit im wesentlichen unabhängigen Wert, vorzugsweise auf dem maximal zulässigen Wert, hält, was sich auf den Wirkungsgrad des Triebwerks günstig auswirkt .

Wie ersichtlich, besitzt das Betriebsverhalten des oben beschrie-

jbenen Triebwerks zwei völlig verschiedene Zustände, und zwar je |nachdem, ob die Fluggeschwindigkeit groß oder klein ist, wobei jedoch der Übergang von einem zum anderen Betriebszustand mittels eirier j Zwischenphase in besonders fortschrittlicher Weise erfolgt.

JDie Verwendung eines rotierenden Generators und eines MHD-Genera-

j tors,die parallel geschaltet sind, erfordert, daß die elektromotoriisehen Kräfte der beiden Generatoren im wesentlichen im selben Größenbereich liegen. Es ist jedoch - iwe die Fign.9 und 10 zeigen - möglich, diesesErfordernis zu umgehen, indem jedem der beiden elekitrischen Generatoren ein unabhängiger Nutzkreis zugeordnet wird.

iIm übrigen ist der allgemeine Aufbau des Triebwerks gemäß den

,Fign. 9 und 10 gleich dem Aufbau des in Fig. 8 gezeigten

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Triebwerks. Gleichwohl sieht man, daß es einen ringförmigen MHD-Kanal aufweist, dessen Aufbau dem in den Pign. 2 und 3 angedeute-

ten entspricht.

! Die drei Verdichterteile 501a, 501b und 501c des Verdichters (Fig. 9) werden von elektrischen Gleichpolmotoren 5o5 angetrieben^ die weiter unten beschrieben werden. Die HiIfsbrennkammer 602, die Turbine 601, die Hauptbrennkammer 5o2 und der MHD-Kanal 503 spielen die gleiche Rolle wie die entsprechenden Organe des in Fig. 8 gezeigten Triebwerks. Jeder der Gleichpolmotoren 5°5 weist zwei Anker 5o5a und 5o5b auf, die elektrisch unabhängig voneinander sind. Die Anker 5°5a sind durch Leitungen 51oa und 51ob unter<einander in Reihe geschaltet, und ihre Gesamtheit ist durch Leitungen 511 bzw. 512 an den Elektroden 508 und 509 des MHD-Generators angeschlossen. Die Leitung 512 durchquert beispielsweise mit Hilfe des fest angeordneten Leitschaufelkranzes 613 den Gasstrom. Die Anker 5o5b sind sämtlich durch die Leitungen 611 und 612 mit den Klemmen des Ankers 605 des von der Turbine 60I angetriebenen Gleichpolgenerators parallel geschaltet. Die Leitung ist mit Jeder der Leitungen 505b über die Leitungen 6l2a, 6l2b

j und 6l2c verbunden, die mit Hilfe von Radialarmen bzw. fest an-

! geordneten Leitschaufelkränzen 513a, 513b und 513c den Gasstrom ^; durchqueren.

Die Art der elektrischen Verbindung der oben beschriebenen elektrischen Motoren mit unabhängigen Ankern stellt natürlich nur eine von zahlreichen Möglichkeiten dar, von denen die eine oder andere in einem konkreten Fall zweckmäßiger sein mag. Beisplels-

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weise können die Anker 5o5b zum Gleichpolgenerator 605 in der gleichen Weise in Reihe geschaltet werden, wie die Anker 505a mit dem MHD-Generator verbunden sind.

Fig. 10 zeigt verschiedene Details des in Pig. 9 schematisch dargestellten Triebwerks, wobei der Aufbau der Anker der Motoren und des von der Turbine angetriebenen Generators 605 sowie die Anordnung der Versorgungsleitungen von besonderem Interesse sind.

! Der Aufbau der drei Verdichterteile ist gleich; lediglich der letzte Verdichterteil 5°lc ist somit dargestellt worden. Er wird von einem Gleichpolmotor 505 angetrieben, der eine Feldwicklung 525 und zwei getrennte Anker 505a und 505b aufweist, die beide

j in dem von ihm erzeugten Magnetfeld angeordnet sind.

Der Anker 505a spielt genau die Rolle des Ankers des Motors 105c (Fig. 1), von dem eine Ausfuhrungsform oben beschrieben worden ist (Fig. 4), und kann in der gleichen Weise aufgebaut werden.

wesentlich geringer sein kann,

Der Anker 505b, dessen gegenelektromotorische NennkraftAiat insofern einen ähnlichen Aufbau wie der Anker 5o5a* als er als einstückige bewegliche Scheibe ausgebildet ist. Der Innenrand und ι der Außenrand dieser Scheibe stehen über Drehkontakte, vorzugsweise Gleitkontakte, mit den ringförmigen Leitungen oll und ; in elektrischer Berührung, die sie mit den Drehkontakten 627a bzw. 627b verbinden. Die Drehkontakte 627a und 627b begrenzen den Anker 624 des Gleichpolgenerators 605, der von den Laufschaufeln 619 der Turbine 60I, mit der der Anker fest verbunden ist, ange

trieben wird.

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Ί Der Anker 624 weist einen zylinderförmigen mittleren Bereich 624a und einen scheibenförmigen äußeren Bereich 624b auf. Er ist zwi-

sehen zwei supraleitenden Feldwicklungen 625a und 625b angeordnet, > die von Strömen gleicher Richtung durchflossen werden und im Be-I reich 624b ein im wesentlichen axial verlaufendes Magnetfeld er-

: aeugen. Eine weitere supraleitende Wicklung 625c geringeren Durchs

messers wirdvon einem Strom durchflossen, dessen Richtung der : Richtung desjenigen Stroms entgegengerichtet ist, der durch die ' ; Wicklungen 625a und 625b fließt. Die Wicklung 625c erzeugt unter j Mitwirkung der Wicklung 625a in dem Bereich 624a ein Magnetfeld, I dessen Kraftlinien im wesentlichen radial verlaufen.

j '

j Der Schaufelkranz 619 steht mit den Drehkontakten 627a und 627b

S aus flüssigem Metall unmittelbar in Gleitberührung, wodurch die i

' Radialspannungen aufgefangen werden. Die Axialspannungen werden von einem elektrodynamischen Ausgleichssystem aufgenommen, das

! ι

• dem in Verbindung mit dem Verdichter der Fig. 6 beschriebenen ent-j

ί spricht. Zu diesem Zweck ist der zylindrische Abschnitt 624a mit j

gleichmäßig über den Umfang verteilten Schlitzen versehen, deren ^; Anordnung in Fig. 11 dargestellt istj die Fig. 11 ist ein abgewickelter Zylinderschnitt des Ankers 624. Wenn die Richtung des ■ von den Wicklungen 625a, 625b erzeugten Magnetfeldes und die Richtung der den Anker 624 durchdringenden Feldstärke den Pfeilen B - und i in Fig. IO entsprechen, muß die Richtung der Schlitze wie ; in Fig. 11 sein.

Wie in den Fign. 9 und 10 zu sehen, wird die Übertragungsleitung ; der elektrischen Energie zwischen den Generatoren und den Motoren i

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j über den größten Teil ihrer Länge von drei oder vier koaxialen

j Leitungsstücken gebildet. Die beiden inneren Leitungsstücke 511

i und 512 bilden den Versorgungskreis der Anker 5°5a durch den MHD-

j Generator. Der Stromfluß in dem Versorgungskreis ist durch die

; Pfeile I angedeutet. Der Versorgungskreis unterscheidet sich von

i dem in Verbindung mit den Fign. 1 und 4 beschriebenen nicht, ab-

; gesehen von Anschlüssen 533 (Pig. 10), die den Kreis der Motoren

ι 5o5a schließende radiale Leitungselemente und die elektrische

j Kontinuität der Leitungen 611 sicherstellende axiale Leitungs-

ΐ elemente aufweisen, wobei die axialen Leitungselemente die radia-

: len Leitungselemente durchqueren und von diesen elektrisch iso-

I liert sind. Die beiden anderen Leitungsstücke 611 und 612 bilden den von dem Gleichpolgenerator 605 gespeisten Versorgungskreis der Anker. Der Stromfluß in diesem Versorgungskreis wird durch die Pfeile iangedeutet.

I Eine andere Art der Energieübertragung zwischen der Turbine und } dem Verdichter kann natürlich durch eine mechanische starre Kopp- : lung der beiden erfblgen, beispielsweise mit Hilfe einer Welle, wie dies bei herkömmlichen Gasturbinentriebwerken gewöhnlich der

j Fall ist.

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Claims

Patentanwälte Dr. Ing. H. Negendenk

Dipl. Ing. H. Bond

Dipl. Phys. VV. Schmifz

8MintfiMit5,Mos«rfetr.23

Societe Nationale d¹Etude et de M. 53Mi* Construktion de Moteurs deviation

150, Boulevard Haussmann, 15. Januar 1971

- Paris, France Anwaltsakte M-1455

Patentansprüche

1. kückstoßangetriebenes Plugtriebwerk mit mindestens einem mechanischen Verdichter zum Verdichten eines Gasstroms, einer Brenn- oder Heizvorrichtung zum Erhöhen der Temperatur des Gasstroms

und einer Strahldüse zum Ausstoßen des Heißgasstroms in die Atmosphäre, gekennzeichnet durch einen magnetohydrodynamischen Generator (MHD), dessen Umsetzungskanal (Ioj5) stromabwärts von der Brenn- oder Heizvorrichtung (Io2) angeordnet ist und von dem Heißgasstrom durchströmt wird und der dem Heißgasstrom zumindest einen Teil der zum Antrieb des Verdichters (100) erforderlichem Le iäfcung entnimmt.

j2. Plugtriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungskanal (103) des magnetohydrodynamischen Generators von zwei koaxialen rotationssymmetrischen Wänden (108^109) begrenzt wird, daß der Induktor, der Teil des Generators bildet, mehrere axial und parallel zueinander verlaufende Leitungen aufweist, die in zwei Leitungsschichten (115a,115b) verteilt sind, welche jeweils in der Nähe der beiden Wände angeordnet sind,

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daß die Leitungen innerhalb jeder der Leitungsschichten derart paarweise einander zugeordnet sind, daß sie eine Reihe von Rechtecken bilden, und daß die axialen Enden jedes Rechtecks der einen Leitungsschicht (115a) mit dem entsprechenden axialen Ende eines Rechtecks der anderen Leitungsschicht (115b) verbunden sind.

3. Flugtriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter mindestens ein Bauteil aufweist, das von wenigstens einer als Motor arbeitenden und von dem magnetohydrodynamischen Generator (IO3) gespeisten elektrischen Maschine (Io5a, Io5b, Io5c) antreibbar ist.

4. Plugtriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine eine Gleichpolmaschine ist.

5. Plugtriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Turbine (4ol) und eine übertragungseinrichtung, die zumindest einen Bruchteil der an der Welle der Turbine zur Verfügung stehende Energie an den Verdichter überträgt ,vorgesehen sind.

6. Plugtriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (4ol) mit dem Verdichter (3ol) und der Brenn- oder Heizvorrichtung (3o2) in Reihe geschaltet ist (Fig. 8).

7. Plugtriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (4ol) zwischen dem Verdichter (30I) und der

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j Brenn- oder Heizvorrichtung (3o2) angeordnet ist, und daß zwischen dem Verdichter (5ol) und der Turbine (4ol) eine zusätz-¹ liehe Brenn- oder Heizvorrichtung (4o2) angeordnet ist.

[ 8. Flugtriebwerk nach einem der Ansprüche 5 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung eine mechanisehe Kupplung zwischen der Turbine und mindestens einem Teil

i des Verdichters aufweist.

'■ 9. Plugtriebwerk nach einem der Ansprüche 5 bis J₁ dadurch gekenn- ( zeichnet, daß die Übertragungseinrichtung mindestens eine elektrische Maschine (4o5) aufweist, die mit der Turbine

j (4ol) gekoppelt ist und zumindest bei gewissen Betriebszuständen als Generator arbeitet, und daß diese elektrische Ma-

! schine mit mindestens einer als Motor arbeitenden elektrischen

j Maschine (305) verbunden ist, die zumindest einen Teil des Ver-[ dichters (jjol) antreibt.

j 10. Plugtriebwerk nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß : I mindestens eine der elektrischen Maschinen eine Gleichpolmaschine ist.

11. Plugtriebwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine mindestens einen Schaufelkranz (4135) mit verstellbaren Schaufeln aufweist.

12. Plugtriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung zum Regeln der Brenn-

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I oder Heizvorrichtung (3o2) und/oder der zusätzlichen Brenn-

; oder Heizvorrichtung (4o2), insbesondere in Abhängigkeit von

'■■ einem Betriebsparameter des Triebwerks.

: 13. Plugtriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

' gekennzeichnet, daß der magnetohydrodynamische Generator (303)

I und der von der Turbine (4ol) angetriebene Generator (4o5) zumindest einen gleichen elektrischen Motor (3°5) gemeinsam speisen.

! 14. Plugtriebwerk nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch ge-

j kennzeichnet, daß der magnetohydrodynamische Generator und ; der von der Turbine angetriebene Generator jeweils mindestens einen getrennten elektrischen Motor (5o5a, 5o5b) speisen

j (Fig. 9).

15. Plugtriebwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker der beiden getrennten Motoren drehfest miteinander verbunden sind und in einem gemeinsamen Induktionsfeld umlaufen.

, 16. Flugtriebwerk nach einem der Ansprüche 4 bis I5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mindestens einer der dem Verdichter oder Turbine zugeordneten Gleichpolmaschinen mindestens

j ein drehbares Bauteil mit einem scheibenförmigen Abschnitt

(124) aufweist, der von zwei koaxial zu dem drehbaren Bauteil verlaufenden, kreisförmigen, elektrischen K.1 emmen unterschiedlichen Durchmessers begrenzt wird.

! -33-

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17· Flugtriebwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine Gruppe von starr miteinander verbundenen und in axialem Abstand zueinander angeordneten drehbaren Bauteilen aufweist, von denen jedes einen scheibenförmigen Abschnitt aufweist, der von zwei koaxial zu diesen Bauteilen verlaufenden, kreisförmigen, elektrischen Klemmen unterschiedlichen Durchmessers begrenzt wird, daß diese scheibenförmigen Abschnitte durch fest angeordnete Bauteile (123) und Drehkontakte, vorzugsweise Gleitkontakte (127), derart elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind, daß die Klemme kleineren Durchmessers des einen scheibenförmigen Abschnittes mit der Klemme größeren Durchmessers des nächsten scheibenförmigen Abschnittes verbunden ist, und daß der Induktor der Gleichpolmaschine eine Induktionswieklung (125) aufweist, die koaxial zum Außenrand der Gruppe von drehbaren Bauteilen angeordnet ist und dessen axiale Länge im wesentlichen der axialen Länge der Gruppe von drehbaren Bauteilen entspricht (Fig. 4).

18. Flugtriebwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 15, bei dem der Verdichter oder die Turbine mehrere Laufschaufelräder aufweist, die von in axialem Abstand zueinander angeordneten unabhängigen Rädern getragen werden, dadurch gekennzeichnet,daß jedes der LaufSchaufelräder einen scheibenförmigen Abschnitt (224) aufweist, der von zwei koaxial zu den Laufschaufelrädern verlaufenden, kreisförmigen, elektrischen Klemmen unterschiedlichen Durchmessers begrenzt wird und der den Anker einer dem Laufschaufelrad zugeordneten Gleichpolmaschine bildet, und daß der Induktor diener Gleichpolmaschine zwei beidseitig

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j zu dem Laufschaufelrad und koaxial dazu angeordnete Wicklun-

gen (225) aufweist, die von Strömen gleicher Richtung*durchflossen werden (Fig. 6).

19· Plugtriebwerk nach einem der Ansprüche 4 bis I5, bei dem der Verdichter oder die Turbine mehrere Laufschaufelkränze aufweist, die von in axialem Abstand angeordneten unabhängigen Rädern getragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Laufschaufelräder einen scheibenförmigen Abschnitt (224) auf-

I weist, der von zwei koaxial zu den Laufschaufelrfflern angeord-

i neten, kreisförmigen, elektrischen Klemmen unterschiedlichen i Durchmesser begrenzt wird und den Anker einer dem betreffen-I den Laufschaufelrad zugeordneten Gleichpolmaschine bildet, j daß jedes der LaufSchaufelräder durch eine Induktionswicklung

j (225), die koaxial zu den Lauf Schaufelrädern verläuft und von

! einem fest angeordneten Bauteil (225) getragen wird, von dem

' folgenden Laufschaufelrad getrennt ist, und daß der fest an-

j geordnete Bauteil (22j5b) fest mit einem Ring (229) verbunden

i . ■

j ist, der koaxial zu den Laufschaufelrädern verläuft und

über Gleitkontakte eine kreisförmige Klemme des einen Laufschaufelrades mit der entsprechenden kreisförmigen Klemme des ; Laufschaufelrades, das auf der anderen Seite des fest angeord- ; neten Bauteils vorgesehen ist, elektrisch verbindet (Fig.6).

: 20. Flugtriebwerk nach einem der Ansprüche l6 bis 19* dadurch gekennzeichnet, daß in dem scheibenförmigen Abschnitt schräg verlaufende Schlitze (224c) gebildet sind, derart, daß der Stromdichte-Vektor in dem scheibenförmigen Abschnitt eine Tangentialkomponente erhält.

Λ Λ Λ rt A Λ * 3 Λ A *ϊ ■ *

; 21 O Ί 91 9

: 21. Plugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor des magnetohydrodynamischen Generators und/oder der Induktor mindestens einer Gleichpolmaschine mindestens eine Leitung oder Leitungswicklung aufweist, die in supraleitendem Zustand gehalten wird.

■- 22. Plugtriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor des magnetohydrodynamischen Generators und/oder der Induktor mindestens einer der elektrischen Gleichpolmaschinen wenigstens eine Wicklung aufweist, die von einem Induktionsstrom veränderlicher Starke

durchflossen wird.

j 23· Plugtriebwerk nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Wicklung von einem statischen Wandler gespeist wird,der ' von Halbleiterelementen, insbesondere Thyristoren, gesteuert

wird.

24. Plugtriebwerk nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch

ι eine Steuereinrichtung, mit der sich das Verhältnis der Stromstärken der Ströme, die die Induktionswicklungen des magnetohydrodynamischen Generators und mindestens einer der als

Generator arbeitenden elektrischen Maschinen durchfließen, in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Triebwerks ändern läßt.

25. Flugtriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennr zeichnet durch eine Vorheizeinrichtung, die bzw. der den Gas--'

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strom durch Wärmeaustausch mit dem aus dem Umsetzungskanal des magnetohydrodynamischen Generators ausströmenden Gasstroms vorheizt.

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