DE2211711A1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-INQ. H. FINCKE a München a, 1 O. MRZ. 1972

DIPL.-ING. H. BOHR Müllerstraße 31

-IPL.-ING. S. STAEQER

Fe r η r u fi ·26 6060

Mappe WO
Case GER -

ERW Inc. Redondo Beach, California, USA

Verbrennungsmotor Priorität; 10.5.1971 - USA Darstellung des Standes der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf die Kühlung von Verbrennungsmotoren und auf die akustische Dämpfung des Lärms, der durch die Verbrennungsgase erzeugt wird.

Die Verwendung eines Flüssigkeitsfilms zum Schütze der Wandungen eines Raketenmotors begann mit dem deutschen Raketenmotor der V-2. Seit dieser Zeit bestand ein Bedarf für ver-

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besßorbe Kühltechniken, und zwar wegen der hohen Energie der Treibmittel, der hohen Kammerdrücke und der Notwendigkeit einer langen Lebensdauer des Wotors. KühlWirkungen von mehr als 3C% wurden in Laborwärmeübergang3Vörauchen selten erreicht, da der Flüssigkeitsfilm starken Scherspannungen unterworfen ist, wodurch der FJ.üssigkeitsfilm in Form von Wellen abgestreift wird, wie sie typisch in einem Baketenmotor anzutreffen sind. Dieses wellenförmige Abstreifen hat die Bildung von Bergen und Tälern im Film zur Folge, wodurch die Kühlwirkung zusammenbricht« Die Kühlung durch flüssige Filme wird bei Raketenmotoren im allgemeinen als ein unwirksames Verfahren zum Schütze der Wandungen der Verbrennungskammer angesehen. In der Verbrannungezone eines Haketenmotors werden strenge Betriebsbedingungen angetroffen, weshalb der thermische Schutz äußerst wichtig ist. Die hier ar»gegeLene Erfindung kann auch auf andere Verbrennungsmotoren aage·wendet werden.

Der Düsenmotor ist ein wichtiges Beispiel für einen Verbrennungsmotor, der eine Kühlung ;ia der Verbrennungszone und/oder im Abgaskanal braucht. Die Technik der Kühlung eines Haketenmotors, wie sie hier diskutiert wird, ist auch auf Düsenmotoren und auf den Auspuff von Kolbenmotoren anwendbar.

Neben dem thermischen Problem bei der Verbrennung besteht auch das Problem der Lärmerzeuguag durch den Verbrennungsprozeß und die damit verbundenen Bewegungsmechanismen. Die Lärmverringerung in der Luftfahrt ist in der letzten Zeit sehr wichtig geworden. Die Zunahme des Luftverkehrs und der Verstärkung der Motoren hat eine Zunahme des Lärmproblems mit sich gebracht. Das theoretische Verständnis der Quelle dieses Lärms hat sich verbessert. Bei Versuchen, dem Lärmproblen beizukommen wurden Mehrfachdüsen, Spikedüsen, Schlitzdüsen und akustisch innerlich behandelte Kanäle verwendet. Ein Beispiel

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eines weiteren Versuchs, diesem Problem beisukomraen, besteht darin Sekundärluft einzuspritzen» um die scherendes Schichten z\} mischen. Ein anderer Versuch, den Düeenlärm zu verringern* bestand darin* Wasaer und feste Teilchen in den Düsenauspuff einzuspritzen. Die Resultate haben, gemessen an der Menge des eingespritzten Hateriale, keine ausreichende Lärnnrerringerung mit sich gebracht.

Ein Beispiel für die Einspritzung von Flüssigkeiten in die Verbrennungsgase von Düsenmotoren ist in der US-Patentschrift 2 92? 423 zu finden. Ein jüngerer Versuch zur Lösung des Lärmproblems ist in der IIS-Patentschrift 3 442 350 behandelt, gemäß welcher sich eine Verzweigungsleitung radial rund um den Abstand vom Abgaaausti-itt des Hotors eines Flugzeugs befindet. Luft wird mit; Seifenwasser gemischt, um eine ringförmige Blasenschicht i,u bilden, welche die Abgase umgibt. Sie Blasenschicht ist zu Beginn von den Abgasen getrennt, weil Umgeblimgsluft zwischen die Verzweigungsleitung und den Abgaskanal gezogen wird. Die in der US-Patentschrift 3 442 350 beschriebene Erfindung hat zwar einen wesentlichen Beitrag zur Lärmbekämpfung gebracht, aber durch die vorliegende Erfindung werden noch beträchtlich weitgehendere Verbesserungen, in der LärmTerringerung erzielt.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und eines Mechanismus zum thermischen Schutz und zur akustischen Lärmdämpfung bei Verbrennungsmotoren, welche nicht die Nachteile dee Standes der Technik aufweisen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und eines ffecnanismus zur Schaffung einer PiImkühlung zwecks thermischen Schutz und akustischer Lärmdämpfung bei Verbrennungsmotoren, wobei ein flüssiger Schaum in die Gasgrenzzone der Verbrennungsprodukte eingespritzt wird.

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Ein weiteres 'ΜοΛ der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur akustischen Dämpfung des durch die Abgasprodukte von Verbrennungsmotoren erzeugten Lärms*

Die Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren als auch eine Vorrichtung zur Filmkühlung der Wandungen in Abgaskanal von Verbrennungsmotoren wie auch zur akustischen Dämpfung des Lärms des Verbrennungsprozesses. Anmeldungsgemäß wurde gefunden, daß verschiedene .flüssige Schäume eine vorzügliche thermische Isolation und akustische Dämpfung geben, wenn sie in die Gasgrenzzone der Verbrennungsgase eingespritzt werden, und »war entweder in die Grenzschicht oder in der Nähe der Verbrennuugsfroat oder in die freie Strahlgrenzschicht. Die Vorrichtung besitzt einen chemischen oder mechanischen Schaumerzeuger zur Erzeugung einer Schaumlösung mit einer geeigneten Zusammensetzung. Gemäß der Erfindung wird weiterhin eine Einrichtung zum Einspritzen der Schaumlcaurg direkt in die Gasgrenzzone der Verbrennungsgas« geschaffen. Diese Einrichtung kann eine Verzweigungsleitung und eine Anzahl von Kanälen aufweisen, die im wesentlichen in der Gasgrenzzone enden. Die Verzweigungsleitung und die Kanäle oder öffnungen können an verschiedenen Stellen entlang des Flusses der Verbrennungsgase eingeführt werden, und zwar entweder in die Verbrenuungszone des Rotors selbst, in den Abgaskanal oder unmittelbar hinterhalb des Abgaaaustritts.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Teilschnitt eines Raketenmotors, in welchen in der Nähe des Einspritisbereichs eir.e Schaumschicht ο luge-

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spritzt wird, die von einem Schaumerzeuger gemäß den Prinzipien de.t' Erfindung zugeführt wird.

Fig. 1 a ist ein schema bischer Teilschnitt, der eine alternative Aus führ ungs form einer Einrichtung zur Erzeugung und zum Einspritzen einer Schaumlöaung in einen Raketenmotor zeigt.. Fig. 1 b zeigt eine gegenüber den Fig. 1 und 1 a abgewandelte Ausführungsform der Art und V/eise der Erzeugung und des Sin- £pr.itaeas der Schaumlösung.

Fig. 2 ist ein schematiseher Teilschnitt, der eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt, bei welcher der Schaum in den Abgaskanal eines Motors eingespritzt wird. Fig. 3 ist ein schematischer Teilschnitt, welcher eine zweite alternative Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt, die bei einem Gasturbinenmotor verwendet werden kann. Fig. 4 ist ein schematischer Teilschnitt einer dritten alternativen Ausführungsform gemäß der Erfindung» die sich besonders zur akustischen Dämpfung von Abgasen eignet.

Fig. 1 zeigt einen Baketenmotor 10 mit einem Düsenabschnitt 11, einem Halsabschnitt 12, einem Verbrennungsabschnitt 13 und einer Einspritzeinrichtung 14. Die Einspritzeinrichtung 14 besitzt ein zentrales Verteilungsrohr 15» durch welches der Brennstoff in eine Verbrennungszone 16 eingeführt wird, wo er radial durch ein Ablenkelement 17 nach außen verteilt wird. Das Verteilungsrohr 15 und eine äußere Wand 18 der Einspritzeinrichtung 14 bilden eine ringförmige Passage, durch welche ein Oxidationsmittel in die Verbrennungszone 16 eingeführt werden kann, wo es sich mit dem Brennstoff zwecks Verbrennung mischt. Eine Einspritzeinrichtung dieser Art wird gewöhnlich al3 CoaxJLa !einrieb, feung bezeichnet. Der beschriebene Raketenmotor ist ein Beispiel einer Verbrennungsmaschine, bei welcher die Erfindung angewendet werden kann.

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Fig. 1 fctfigfc weiter einen Einspritzet-, der oine '-ist ;;ei lungeleitung 20 aufweist, die über eine ßeihe von Öffnungen 21 mit der Verbrenmmgszone 16 in Verbindung steht. Fig. 1 zeigt weiter einen Schaumerzeuger, der eine Gas zufuhr'«mg 27t aufweist-Das Gas kann einem Flüssigkeitei/orratstank 23 und oinem Schäummitte !vorratstank 24 zugeführt werden, welche beide mit einer Mischkammer 25 verbunden sind, worin das Gas, die !flüssigkeit und das Schäummittel vereinigt werden, so daß eine Schaumlösung entsteht, die der Verteilungsleitung 20 zugeführt und dann unter Druck durch die Öffnungen 21 eingeblasen wird. Der Scbauin wird durch dia Verbrenmmgsgase auf dio Wandungen getragen xinä dabei wirksam ia die Gasgrenzzone der Vorbrennungsgase eingeführt. Der hier verwendete Ausdruck "Gasgrenzzone" bezieht sich sowohl auf die Srsassohi^b- des Gaeeii, wie sie zwischen dem Gas und einer kosten Gviü-ze, wifo z.B. den Wandungen dös ßaksbenmotors, vorIi.^δ, als auch auf die freie Strahlgrenze der Abgase. M;· ^trösnmgsgeachwindi^keifc der Schaumlösung beim Einap^itsen wird so eingestellt, daß ein kontinuierlicher Film äs? cdiawmlösung auf den Wandungen des Haketenmotors gosch^ffe?;. viva. Bor Vorteil der Verwendung einer Seaaumlösung gegenüber dar Verwendung einer reinen Flüssigkeit als JttlmkBhlmit^el bexahfc darauf, daß die Schaumlösung eine wesentlich höheta Viskosität aufweist und damit der Scherwirkung durch die Varbrennuagagase widersteht. Außex*dem bssitat sie eine gegenüber der reinen Flüssigkeit stark erhöhte Oberflächenspannung, so daS rie nicht Ib Wellenform weggeblasen wird.

Versuche, die an einem fiaketenmotor lüit einem Schub von 4-5 kp durchgeführt wurden, zeigten effektiv, daß, wenn Schaum in der Gegend des Sndes der Einspritzeinrichtung auf der Wandung der Verbrennungskammer vorlag, wie β3 in Fig. 1 gezeigt ist, der Schaum durch den Unterschallbereich, den Schallbereich

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und den Überschallbereich der Düse getragen wurde. Es wurde auch beobachtet, daß die Ifeage des Brennstoffe, die zur Filmkühlung diente, wesentlich verringert wurde.. Bei Raketenmotoren, bei denen der Rotibrennstoff entlang den Verbrennungswandungen eingeführt wird, so daß er als Filmkühlmittel dient, werden normalerweise 30 bis 40 Gew.-% des Brennstoffe benötigt, um beim Motor eine wirksame Filmkühlung zu erzielen. Die obigen Versuche zeigen, daß die Verwendung von 3 bis 5 Gew.-% Brennstoff als Flüssigkeit für den Schaumerzeuger ausreicht®. Ein Phänomen, das bei Raketenmotoren auftritt, ist die Verbrennungsrauhigkeit, die durch Verbrennungsdruckschwankungsiü oder Druckwellen verursacht wird. Die Verbrennraigsrauhigkeit läßt sich leicht an Änderungen des Lärmpegels erkennen, die beim Arbeiten des Raketenmotors beobachtet werden können. Bei den obigen Versuchen wurde der Raketenmotor sowohl mit als auch ohne Schauinkühlmittel betrieben. Bei Verwendung von Schaum auf den Wandungen des Raketenmotors war eine nahezu 40%ige Verringerung der Rauhigkeitsveränderungen von Spitze zu Spitze zu beobachten, was beweist, daß der Schaum als akustische Auskleidung diente.

Fig. 1 a zeigt eine alternative Ausführungsform des obigen Konzepts und zeigt einen anderen Weg,wie die SchauralösMHg erzeugt werden kann.

In Fig. 1 a wird der Schaum unter Verwendung einer coaxialen Einspritzeinrichtung erzeugt, wobei das Schäummittel direkt in die Hauptbrennst of fztifuhr eingeführt wird. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform fließt der Brennstoff samt dem Schäummittel in die Verbrennungszone, wo sie auf das Oxidationsmittel treffen, das durch das Verteilungerohr 15 der Einspritzeinrichtung fließt und eine Flammenfront 26 erzeugt. Die Strömungsgeschwindigkeiten des Treibmittels werden so eingestellt, daß ein Teil der Mischung aus Schaummittel und Brennstoff über die primäre Reaktionszone öder Flammen-

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front 2b und zur Wandung der Verbreni'.ungszone fließt, wo die Mischung aus Brennstoff und Schäummittel mit verhältnismäßig kühlen Gasen in Berührung kommen. Diese kühlen Oase werden in der Flüssigkeit eingefangen, wobei eine Schauwlösung entsteht;, die dann entlang der Wandung der Verbrennungszone fließt.

Fig. 1 b zeigt eine weitere Abwandlung des grundlegenden Konzepts. Bei dieser Abwandlung werden ein Schäummittel und eine Flüssigkeit, die aus Raketentreibstoff bestehen kann, durch eine Reibe von öffnungen 21 eingeführt. Einer jeden öffnung 21 ist ein Ansaugrohr 27 zugeordnet, durch welches verhältnismäßig kühle Gase in dia öffnungen 21 geführt werden, wo die Gase in dje .fließende Flüssigkeit aufgenommen werden, wobei das Schäummittel die Schaumlösung stabilisiert. Wie bei der Aueführungsform von Fig. 1 wird die Schaumlösung entlang der Wandungen der Verbrennungskammer 16 eingespritzt* All» diese Ausführungsformen verwenden das grundlegende Konzept der Erzeugung einer Schaumlösung, die dann in die Gasgrenzzone der Verbrennungsgase eingeführt wird, so daß ein wirksames Mittel geschaffen wird, durch welches die Wandungen des Raketenmotors gekühlt wird und welches einen akustischen Absorber darstellt, so daß akustische Instabilitäten, die bei der Verbrennung auftreten, eliminiert werden. Die obigen Konzepte sind nicht auf die Anwendung auf Raketenmotoren beschränkt, sondern sie sind auf alle Formen von Verbrennungsmaschinen anwendbar, die anstelle des in den Figuren gezeigten Raketenmotors verwendet, werden können.

Fig. 2 zeigt eise alternative Aueführungsform gemäß den Prinzipien der Erfindung an Hand eines Düsenmotors. Der Düsenmotor 30 besitzt eine .in der Technik allgemein bekannte Bauart. Er weist einen Abgaskanal y\ auf, durch welchen die Abgase, die beim Betrieb des Düsenmotors entstehen, abgeführt werden. Der

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Abgaskanal 31 weist eine Vert ei lunge leitung 32 au.f, die ihrerseits über eine Zuführleitung 33 mit einem Schaumerzeuger 3^ verbunden ist. Der Schaumerzeuger kann die verschiedenen an Hand von Fig. 1 beschriebenen Komponenten aufweisen.

Eine durch den Schaumerzeuger erzeugte Schaumlösung wird durch die Leitung 33 zur Verteilungsleitung 32 und dann durch eine Reihe von öffnungen 35 geführt. Eine in dieser Weise augeführte Schaumlösung wird wirksam in die Gasgrenzzone der Abgase eingespritzt, während sie durch den Abgaskanal y\ hindurchströmen. Eine in der in Fig. 2 gezeigten Welse eingeführte Schaumlosung stellt ein wirksames Mittel zur Abkühlung des Abgaskanals wie auch zur akustischen Dämpfung des beim Betrieb des Düsenmotors auftretenden Lärms dar« Es ist deshalb klar, daß der Düsenmotor 30 durch einen Kolbenmotor oder durch einen anderen Verbrennungsmotor ersetzt warden kann.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsformen, die sich besonders für die akustische Dämpfung des Lärms eignen, der beim Betrieb von Verbrennungsmotoren auftritt. In Fig. 3 ist ein Düsenmotor 30 mit einem Abgaskanal 31 gezeigt. Er weist einen Schaumerzeuger yv auf, der dazu verwendet werden kann, eine Schaumlösung durch eine Leitung 33 la eine Verzweigungsleitung 36 zu führen. Die Verzweigungsleitung 36 besitzt bei dieser Ausführungsform eine ringförmige öffnung, die stromabwärts auf den Weg dar den Düsenmotor verlassenden Verbrennungsgase gerichtet ist, se daß, wenn eine Schaumlösung durch die ringförmige öffnung gedruckt wird, die Schaumlösung in die Gasgrenzzone der Abgase gespült wird. Bei dieser Anordnung wird die Schaumlösung in die Strahlgrenze der freien Abgase gerichtet. Wenn Schaum auf diese Weise mit einer verhältnismäßig niedrigen Ausspritzgeschwindigkeit ausgespritzt wird, dann besteht die Neigung, daß der Schaum in die Abgase aufgenommen •wird, so daß drjs akustische Dämpf vermögen gestört wird. Ein Weg,um dieee iJchwiorigkeit zu beseitigen besteht darin, ein

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Gittereleiiient 37» das die Form eines hohlen Zylinders exif weist, vorzusehen, wobei der hohle Zylinder aa Ende &e3 Äbgaskanels angeordnet ist und dort euaen Fortsatz bildöb. fXn irlfcrer nit einem Kaschenabstand von etwa 2,5 nun ist für diesen Zweck geeignet. Der Schaum wird dabei durch die Verzweigungsleitung 35 und durch die daran anschließende ringförmige öffnung ausgepreßt, und zwar außerhalb des Gitterelements, sind gelangt vrm dort aus in die Grenzzone. Die Verwendung eines Gittßröxoaaents stellt einen wirksamen Weg dar, eine verhältnismäßig große Menge Schaum direkt in die Strahlgrenze der Abgase ejLpisuspritzen. Versuche, die von der Anmelderic durchgeführt wurden, zeigen, daß zur wirksamen Verringerung de3 Lärms von Gasstrahlen, das Absorptionsmedlum bsw. der Schaum kontinuierlich in die Scherschicht des Strahls (die Strahlgrenzaone) eiii&tsführt werden muß und die ersten ssv/ei bis vier Dar. jismesser bedecken muß, bevor er aufgebrochen und in die. Abgase eingemischt wird. Der am stärksten bemerkbare -Sriekt des Schaums besteht iariu, daß er den Geräuschpegel im Frequenzband von 400 bi3 200C Herta verringert. Die gesamte lärmverringerung beträgt ic. typischer Weise 3 bis 6 db.

4 iseigt ein wirksames Schema sum Ausspritzen des Schaums mit einer hohen Geschwindigkeit, so daß er die ersten zwei bis vier Durchmesser der Abgase bedeckt. Gemäß Fig. 4 wird der Schaumerzeuger *$· und die Ausspanneinrichtung bei einem Raketenmotor 38 verwendet. Die Ausspanneinrichtung, welche eine Verteilungsleitimg 40 aufweist, die das Austrittsende der Raketendüae umgibt, besitzt einen Schaumausspriuzweg '+1, der die Form von mehreren öffnungen oder diei'orm einer ringförmigen öffnung aufweisen kann. Der Ausspritzweg 41 kann durch einen zweiten Ausspritzweg umgeben sein, der radial außerhalb des ersten Ausspritzwegs angeordnet ist und ebenfalls die Form von Löchern oder die Form einer ringförmigen öffnung besitzen kann. Beiia Betrieb diet**; der ernte Weg 41 alo Mittel, mit dem Schaum direkt in die Strahlgrenze der Abgase

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e ing© epr it's t. i-;e:v^!dsii kenn, wenn sie vom Raketenraotor austreten. Der aweite Ausspritzweg 42 5 st so angeordnet, daß er die Strahlgrenze in einem vorgewählten Abstand stromabwär^J;& dos Abßesaustritts schneidet und dadurch Schaum direkt in die Gasßz'snzsr-on« einspritzt. Die Verwendimg des zweiten oder äußeren Aus sprit zwegs stellt ein. wirksames Mittel dar, eine kontinuierliche Decke von Schaum entlang mehreren Durchmessern stromabwärts des Abgaßf-ustritts zu schaffen*

Die Technik dor Schauicerzeugucß ist seit vielen Jahren beirannt. Die Hauptanwen&u&g von iiehäuinen lag ia den letzten Jahren bei der Feuerbekäaipiun«;, Und der Hauptteil der Literatur bezieht sich auf diese ÄroiGndi.»i3g. Eei der Technik der Schaumerseugung spielen die Oberflächenchöiaie und die mechanischen Kräfte zusammen, welche den Schaum entweder zusammenhalten oder zusammenbx^ecien iac sen» Die Art des Scliättmusgsmittels, die Konzentration des SchäumungsmSttels, das Expansionsverhältnis des Schaums, die Scherkräfte vnä der Gasbestandteil stellen die Variablen bei der Herstellung von »Schäumen dar; sie mussel* für praktische Zwecke empirisch für die jeweilige Anwendung beschrieben werden.

Studien der Deformation und des Flusses, wie sie für Schaumlösungen typ:.scb sind, zeigen, daß die Viskosität von Schäumen gegenüber der Viskosität von Flüssigkeiten stark erhöht ist. Die thermische Leitfähigkeit des Schaums ist gegenüber der Ausgangsflüssigkeit ebenfalls verringert, und zwar wegender eingeschlossenen Gas© niedriger Leitfähigkeit, wodurch eine isolierend© Decke? gebildet wird. Die effektive ,.-Oberflächenspannung des Schp.ums ist gegenüber derjenigen der Flüssigkeit stark erhöht., and zwar auf Grund der Form der festgehaltenen

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Blasen und der mechanischen Verzahnung derselben. Dia Dichte des Schaums iat viel geringer als diejenige der Ausgangsflüssiglreit. Die verschiedenen Eigenschaften des Schaums führen zu einer stark verbesserten Stabilität des Schaums und Widerstandsfähigkeit gegen Abstreifen durch strömende Gase. Wegen dieser günstigen Eigenschaften ist die Materialmenge* die zum Schutz von Wärmeübergang erforderlich ist, beträchtlich geringer als bei Verwendung eines reinen flüssigen filmförmigen Kühlmittels; die nötigen Mengen stehen nahezu in eine» direkten Verhältnis zu den Dichten. 30 bis 4-0 Gew.-% des Brennstoffs werden bei kleinen Raketenmotoren normalerweise für eine wirksame Flüssigkeitefilmkühlung benötigt. Bei Schaum sind nur 3 bis 5 Gew.-% des Brennstoffs für die Kühlung erforderlich.

Hinsichtlich der akustischen Dämpfung wird angenommen, daß der Energieveraohr zweifacher Art ist. Erstens bedeutet das Aufbrechen der Schaumgasblaeen auf der Oberfläche des Schaums eine gewisse volumetrische Inderungsarbeit sowie eine Oberflächenausdehnungsarbeit, und zweitens wird zusätzliche Energie durch die Viskosität aufgezehrt, da das Material komprimierbar 1st und viskos zusammenhängt. Es ist bekannt, daß eine Gasblase im Schaum versucht, die Form einer Kugel anzunehmen. Es muß also Arbeit aufgewendet werden, um ihre Oberfläche zu vergrößern und um die Oberflächenenergie zu erhöhen. ExperimentielIe Resultate haben auch gezeigt, daß eine resonierende Blase in einer Flüssigkeit durch eine heftige Aktivität gekennzeichnet ist, wenn durch die Flüssigkeit eine Intensive Schallwelle hindurchgeht. Daraus läßt sich ableiten, daß resonierende Blasen eine dominierende Rolle bei der Bestimmung der Eigenschaften der akustischen Dämpfung spielen. Bezüglich der Auswahl von Schäumen läßt eich allgemein sagen, daß das Expansionsverhältnis des Schaums so gewählt werden sollte, daß die durchschnittliche Blasengröße bei der interessierenden überwiegenden Frequenz resoniert. Auch sollten die effektiven Viskositäten' maximal

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sein, und außerdem sollte der Schaum in der Nähe der Lärmquelle angeordnet sein. Die wichtigste Schäummitteltyp© besteht aus einem Proteirihydrolysat, welches aus Materialien wie Huf- und Hornmehl, Soyabohnen und Tierblut hergestellt wird. Ändere Typen von Schäummittel wurden entwickelt und sind auf dem Markt, wie z.B. polymere Filme, die durch Rühren einer Lösung eines niedrigmolekularen Polymers in Wasser mit Luft erzeugt werden, wobei dieses niedrigmolekulare Polymer in Gegenwart von Luft durch einen Katalysator zur Reaktion gebracht wird. Dieser Schaum wurde speziell zur Bekämpfung von Bränden entwickelt. Weitere wichtige Schäummittel sind synthetische Detergenzien, die, wenn sie Wasser zugesetzt werden, einen stark expandierten Schaum bilden können, der annähernd 1000 Volumteile Luft auf einen Teil Flüssigkeit enthält.

Die Konzentration' des Schäummlwtels beeinflußt die Stabilität und die Wärmebeständigkeit des Schaums. Die grundlegende Wirkung des Schäummittels besteht darin, daß es die Oberflächenspannung der Flüssigkeit verringert. Das Verhältnis des Volumens des Schaums zum Volumen der Flüssigkeit ist ein weiterer wichtiger Parameter, der als Expansionsfaktor bezeichnet wird. Physikalische Eigenschaften, wie z.B. die thermische Leitfähigkeit und die Schaumviskosität, verändern sich stark mit dem Expansionsfaktor. Die Größe der Gasblasen bei einem gegebenen übcpansionsverhältnis bestimmt die Scherspannung, welche ein Ifeiß für die Widerstandsfähigkeit des Schaums, unter statischen Bedingungen zu fließen, ist. Die Wärmebeständigkeit des Schaums nimmt anscheinend merklich mit einer Erhöhung der Scherspannung zu. Xn von der Anmelderin durchgeführten Versuchen wurde bestimmt, daß ein Expansionsverhältnis von annähernd 16:1 eine optimale Wärmebeständigkeit ergibt.

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Schlußfolgerungen

Sowohl die Studien über den Wärmeübergang als auch die Studien über die Lärmverringerung haben positive Resultate der Schaumeinspritzung gezeigt. Die innere akustische Absorption als auch die äußere Absorption scheinen praktische Vege für die Erzielung einer akustischen Dämpfung zu Bein. In Düsenmotoren sind die Anwendungsmöglichkeiten zahlreich. Bezüglich des Kompressorheulens scheint das Aufbringen von Schaum auf die Innenoberfläche ein gangbarer Weg. Der Schaumerzeuger kann automatisch geregelt werden, so daß die Geräuschverminderung des Düsenmotors nur beim Starten, Landen oder Fliegen in geringer Höhe in der Nahe von bewohnten Gegenden stattfindet, wodurch die Flüssigkeitsmenge gering verringert wird, die an Bord des Flugzeugs für die Schaumerzeugung mitgeführt werden muß. Wie bereits erwähnt, wurde anmeldungsgemäß sowohl ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung zum thermischen Schutz als auch ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung zur akustischen Dämpfung des Lärms von Verbrennungsmotoren geschaffen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Λ\ Verbrennungsmotor, welcher einen Abgasabschnitt besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes aufweist:

   a. einen Schaumerzeuger für die Herstellung einer Schaumlösung; und

   b. eine Spritzeinrichtung am Abgaaabschnitt zum Einspritzen des Schaums direkt in die freie Strahlgasgrenze der Verbrennungsgaee.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1_t dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzeinrichtung folgendes aufweist:

   a. ein Gitterelement in Form eines hohlen Zylinders, welches am Austritt des Abgasabschnitts angeordnet ist und einen Fortsatz zu diesem Abschnitt bildet;

   b. eine Verzweigungsleitung, die das genannte Gitter außen und am stromauf wertigen Ende desselben umgibt, wobei die Verzweigungsieltung mindestens einen Weg aufweist, der vom Inneren der Verzweigungsleitung zur äußeren Oberfläche des Gitterlements führt; und

   c. eine Einrichtung, mit welcher der genannte Schaumerzeuger und die Verzweigungeleitung verbunden sind, damit Schaum von Schaumerzeuger in die Verzweigungsleitung gespritzt werden kann, wodurch Schaum aus dem Erzeuger auf den äußeren Oberflächen des Gitterelements verteilt werden kann, um durch das Gitterelement in die freie Strahlgasgrenze zu gelangen.

   3« Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- "s, daß die Spritzeinrichtung folgendes aufweist: e.« eine Reihe von Düsen, wobei der Austritt einer jeden Düse in der N8b.e der Abgase liegt, wenn diese Gase den Verbrennungsmotor verlassen, wobei die genannten Düsen so

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   orientiert sind, daß a.i$ Schaum direkt in die Strahlgrenze richten; und

   b. eine Einrichtung, welche die genannten Düsen mit den Schaumerzeuger verbindet, damit Schaum durch die Düsen und entlang der Strahlgrenee gerichtet «erden kann·

   4t Verbrennungemotor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Gruppe von Düsen vorgesehen ist, die so angeordnet sind, daß sie den durch sie ausgesprlteen Schaum so richten, daß er die Abgase stromabwärts des Funktee trifft, wo Schaum durch die ersten der genannten Düsen auegespritst wird.

   5. Verfahren zur Schallabsorption von Verbrennungsgasen bei Verbrennungsmotoren, dadurch gekennaeichnet, daß man

   a. eine Schaumlösung auf flüssiger Basis erzeugt; und

   b. die Schaumlösung direkt in die freie Strahlgrenee der Abgase einspritzt.

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