DE2253390A1

DE2253390A1 - Brenneinrichtung, insbesondere fuer nachbrenner in flugzeugstrahltriebwerken

Info

Publication number: DE2253390A1
Application number: DE2253390A
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1971-11-01
Filing date: 1972-10-31
Publication date: 1973-05-10
Also published as: US3817690A; JPS4875915A; GB1376319A; FR2169784B1; FR2169784A1

Description

M. 528

Augsburg, den Jl-. Oktober 1972

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government' of the United Kingdom of Great Britain and

Northern Ireland, Whitehall, London, S.W.i», England

Brenneinrichtung, insbesondere für Nachbrenner in Flugzeugstrahltriebwerken

Die Erfindung betrifft eine Brenneinrichtung, insbesondere für Nachbrenner in Flugzeugstrahltriebwerken, bei welchen ein Flammenhalter zur Erzeugung einer Flammenstabilisierungszone in einem schnell strömenden Gasstrom angeordnet ist.

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Bei Flugzeugstrahltriebwerken kann durch Verbrennen zusätzlichen Brennstoffes in einem Nachbrenner zusätzlicher Schub erzielt werden. Bei derartigen Einrichtungen ist es seit langem üblich, feststehende Leitbleche zur Erzeugung fester Wirbelzonen in ihrem Nachstrom zu verwenden, in welch letzteren sich die Flammen selbst erhalten. Derartige Leitbleche bieten aber während der Zeit, während welcher der Nachbrenner nicht in Betrieb ist, einen unerwünscht hohen Strömungswiderstand. Eine gebräuchlichere Ausführungsform eines feststehenden Leitbleches ist eine V-förmige Rinne, deren Scheitel stromaufseitig angeordnet ist. Die äußerste Einfachheit dieser Anordnung neigt dazu, deren Nachteile wieder aufzuwiegen. Durch eine Anordnung der beiden Schenkel der V-förmigen Rinne, bei welcher der eingeschlossene Winkel im Bereich von 45° oder je nach der Strömungsgeschwindigkeit etwas darunter liegt, ist ein vernünftiges Optimum zwischen Strömungswiderstand und der Erzeugung geeigneter Wirbelzonen erreichbar.

Trotzdem kann der Leitblechwiderstand hinsichtlich einer Begrenzung des verwendbaren Gesamtmaßes der Nachverbrennung kritisch sein. Außerdem ist ein Nachbrennsystem wünschenswert, das einen geringeren Druckverlust bedingt, wenn es nicht in Betrieb ist, vorausgesetzt, daß die aus anderen Gründen entstehenden Nachteile nicht zu schwerwiegend sind.

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Im Hinblick auf dieses Ziel sind, bereits verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden, von denen viele aerodynamische Mittel verwenden. Eine der üblicheren Anordnungen weist einen Körper auf, dessen Profil normalerweise einen kleinen Luftwiderstand aufweist, und welcher eine Aufteilung der .Strömimg durch aus diesem Körper quer zur Hauptstromrichtung ausströmende Luft oder anderes Gas bewirkt, wenn •eine Nachverbrennung stattfinden soll. Es ist auch beispielsweise aus der GB-PS 1 218 122 bekannt, einen Körper mit normalerweise großem Luftwiderstand und dem daraus folgenden turbulenten Nachstrom zu verwenden> und, wenn keine Nachverbrennung, stattfinden soll, die Grenzschicht der diesen Körper umströmenden Strömung im Sinne einer Verminderung der Turbulenz zu beeinflussen. Die Erfindung ist dieser Anordnung ähnlich, jedoch wird die Verminderung der Turbulenz auf andere" Weise erzielt.

' Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Brenneinrichtung der eingangs dargelegten Art so zu verbessern, daß der durch die Brenneinrichtung verursachte Druckverlust vermindert wird, wenn sie nicht in Betrieb ist.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgäbe ist'eine solche .Brenneinrichtung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Plammenhälter eine im Querschnitt breite Form aufweist

und an seiner stromaufseitlgen Stirnseite aerodynamische günstig ausgebildet ist sowie stromabseitig einen stufenförmigen Querschnittsübergang zu einer im wesentlichen ebenen, achssenkrechten Stirnseite aufweist und daß an der stroraabseitigen Stirnseite Mittel zur Beeinflussung des den Flammenhalter umströmenden Gasstromes im Sinne einer Erzeugung stehender Wirbelausbildung angeordnet sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch das Innere des Flammenhalters ein Sog im Bereich des stufenförmigen Qfuerschnittsüberganges erzeugt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende schematische Zeichnung, die einen Axialschnitt durch einen Nachbrennkanal mit einem Flammenstabilisator nach der Erfindung darstellt, beispielsweise beschrieben.

Der in der Zeichnung dargestellte Nachbrennkanal weist ein zwischen einem nicht gezeichneten Turbinenauslaß und einer ebenfalls nicht gezeichneten Schubdüse verlaufendes zylindrisches Gehäuse 1 auf, das in Richtung der Pfeile von einem Gasstrom durchströmt wird. Ein in diesem Nachbrennkanal koaxial angeordneter, ringförmiger und rohrförmiger Flammenhalter 2 weist an seiner stromaufseitigen Stirnseite ein

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Tragflächenprofil auf und schließt stromabseitig mit einer ebenen, mit Bezug auf den Nachbrennkanal achssenkrechteri Stirnfläche ab, wobei zwischen den beiden Stirnflächen ein stufenförmiger Querschnittsübergang auftritt. An den Umfangsrändern des Flammenhalters 2 sind jeweils im Bereich des Querschnittsübergange's zwischen den beiden Stirnflächen 3 und 4 ringförmige Mündungsöffnungen 5 und 6 angeordnet.

Die durch den Nachbrennkanal strömenden Gase· umströmen die gekrümmte Stirnfläche 3 des Flammenhalters 2 bis zu dem genannten Querschnittsübergang. Beim Fehlen äußerer Einflüsse trennt sich die Strömung am Querschnittsübergang des Flammenhalters 2 auf und bildet hinter dem Flammenhalter 2 turbulente Wirbelzonen, wie sie im oberen Teil der Zeichnung dargestellt sind. In den Nachbrennkanal eingeleiteter und entzündeter flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff verbrennt in dieser Wirbelzone, wobei durch die Turbulenz eine Flamme aufrechterhalten wird.

Wenn keine Nachverbrennung stattfinden soll, wird die Brennstoffzufuhr abgestellt und im Innenraum des Flammenhalters wird ein Sog erzeugt. Dieser Sog wirkt über-die Mündungsöffnungen 5 und 6 auf die den Flammenhalter 2 umströmende Strömung, wie durch die Pfeile S. im unteren Teil der Zeichnung angedeutet ist, und erzeugt an der stromabseitigen Stirnfläche

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des Flammenhalters 2 Wirbel V. Wenn der Sog so stark ist, daß er eine Drehung dieser Wirbel V mit einer Geschwindigkeit aufrechterhält, die etwa der Strömungsgeschwindigkeit im Nachbrennkanal entspricht, so wird dadurch bewirkt, daß die Strömung durch den Nachbrennkanal innerhalb einer sehr kurzen Entfernung ein stabiles, stromlinienförmiges Strömungsbild aufweist, wodurch sich eine Verminderung des Strömungswiderstandes des Flammenhalters 2 ergibt.

Der genaue Mechanismus, durch welchen dieser Effekt erzielt wird, ist noch nicht vollständig erforscht. Man glaubt jedoch, daß die anfängliche Erzeugung eines Soges eine Ablenkung der Strömungsgrenzschicht bedingt, wodurch ein Wirbel eingeleitet wird. Dabei wird ein Teil der sich drehenden Wirbelströmung durch den Sog abgesaugt, bis ein Stadium erreicht wird, in welchem der Hauptstrom plötzlich seine Richtung ändert, in der Art eines bistabilen Fluidikschalters. Die Trennschicht der die gekrümmte Stirnfläche des Flammenhalters 2 umströmende Strömung reißt nicht wie bisher ab, sondern geht statt dessen hauptsächlich in die wirbelströmung über und der Wirbel wird während der Zeit der Aufrechterhaltung des Soges stabilisiert, wobei ein Teil der Grenzschicht durch die öffnungen 5 und 6 abgesaugt wird.

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Die offnungen 5 und β können entweder als im wesentlichen ununterbrochene Schlitze, welche rund um den _: Flammenhalter 2 verlaufen, öder als eine Reihe kürzerer Schlitze oder auch als eine Reihe von Bohrungen ausgebildet sein. - - ■: -

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Strömungsteiler 7 vorgesehen^, der sich, von der stromabseitigen Stirnfläche 4 des Flammenhalters 2 ausgehend in den Nachbrennkanal erstreckt, wie in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet ist, um die Wirbel voneinander getrennt und im gleichen Größenbereich zu halten, da sonst die Möglichkeit einer gegenseitigen Beeinf-lussung besteht.

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Claims

Patentansprüche:

( 1.jBrenneinrichtung, insbesondere für Nachbrenner in Plugzeugstrahltriebwerken, bei welchen ein Flammenhalter zur Erzeugung einer Flammenstabilisierungszone in einem schnell strömenden Gasstrom angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenhalter (2) eine im querschnitt breite Form aufweist und an seiner stromaufseitlgen Stirnseite (j5) aerodynamisch günstig ausgebildet ist sowie stromabseitig einen stufenförmigen Querschnittsübergang zu einer im wesentlichen ebenen, achssenkrechten Stirnseite (4) aufweist und daß an der stromabseitigen Stirnseite Mittel (5, 6) zur Beeinflussung des den Flammenhalter umströmenden Gasstromes im Sinne einer Erzeugung stehender Wirbelausbildung angeordnet sind.

2. Brenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (5, 6) zur Beeinflussung des den Flammenhalter (2) umströmenden Gasstromes Saugmittel aufweisen, und daß im Inneren des Flammenhalters ein niedriger Druck zur Erzielung eines auf den, den Flammenhalter umströmenden Gasstrom wirkenden Soges erzeugt wird, so daß an der stromabseitigen Stirnseite (4) des Flammenhalters eine stehende Wirbelausbildung hervorgerufen wird.

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2. Brenneinrichtung nach Anspruch^,- dadurch gekennzeichnet, daß der Sog durch mindestens eine öffnung (5, 6) an den stufenförmigen Querschnittsübergängen an den beiden Rändern der stromabseitigen Stirnseite des Flammenhalters (2) erzeugt wird. - ' . ■

4. Brenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen stromab der stromabseitigen Stirnseite (4) des Flammenhalters (2) angeordneten Strömungs- teiler (7), durch welchen die an den stufenförmigen Querschnitt süber gangen an den beiden Rändern der stromabseitigen Stirnseite des Flammenhalters entstehenden Wirbel _f voneinander getrennt werden.

5· Anwendung einer Brenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem, in einem Gasströmungskanäl angeordneten Brennsystem.

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