DE3803876A1 - Strahltriebwerks-kombination - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine für den mehrfachen Über­ schallflug bestimmte Triebwerks-Kombination aus verschiede­ nen und im einzelnen bekannten Triebwerksarten, welche ver­ eint als Flugzeugtriebwerk im Unter-und Überschallbereich funktionieren soll.

In der amerikanischen Flugzeitschrift "SAE-Journal", 65. Band, Juli 1957, Seite 35 bis 39, sind Kombinationen aus Gasturbinen- Strahltriebwerken und Staustrahltriebwerken erläutert, welche als Flugzeugtriebwerke für Überschallflug oberhalb von Mach 4 geeignet sind. Verschiedene Anordnungen für die Strahl­ turbine und das Staustrahltriebwerk sind abgebildet und be­ schrieben. Die Strahlturbine kann sowohl separat neben dem Staustrahltriebwerk, als auch gleichmittig mit ihm, als Mantel­ triebwerk, angeordnet sein, wobei das Staustrahltriebwerk immer einen größeren Strömungsquerschnitt hat.

In der deutschen Flugzeitschrift "Flug-Revue", Februar 1986, sind auf Seite 50 Kombinations-Triebwerke für Hyperschall­ flugzeuge für Fluggeschwindigkeiten bis Mach 8 beschrieben, und zwar Kombinationen aus Gasturbinenstrahltriebwerk mit Rakete und Staustrahltriebwerk, wobei die einzelnen Trieb­ werke in der vorgenannten Reihenfolge nacheinander in Funk­ tion treten und somit in allen gewünschten Geschwindigkeits­ bereichen ständigen Schub erzeugen.

In den vorgenannten Kombinations-Strahltriebwerken ist für den Start, Steigflug und Reiseflug bis zur Fluggeschwindig­ keit Mach 3 das Gasturbinenstrahltriebwerk vorgesehen. Diesem sind aber wegen seiner Schaufelkränze bei einer bestimmten Wärmezufuhr und Fliehkraftbelastung Leistungsgrenzen gesetzt.

Im Mantelstrom-Triebwerk ist zwar unter Umgehung der Turbi­ nenräder ein Niederdruck-Luftstrom bis in die Schubdüse des Triebwerks geführt, vor welcher ihm mit Nachbrennern zusätz­ liche Brennstoffenergie zugeführt wird, sodaß in der Schub­ düse eine zusätzliche Steigerung der Brenngasaustrittsge­ schwindigkeit und somit mehr Schub erzeugt wird.

Mit dem niedrigen Druckverhältnis des Luftmantelstromes ist aber die Möglichkeit einer weiteren wesentlichen Schubstei­ gerung der Gasturbine erschöpft.

Aufgabe der Erfindung war es, ein Triebwerk der eingangs ge­ nannten Art vorzuschlagen, welches mit dem Gasturbinen-Ver­ dichter eine größere Brenngas-Austrittsgeschwindigkeit und einen wesentlich größeren Luftmassendurchsatz ermöglicht und bei Fluggeschwindigkeiten über Mach 3 die Beschaufe­ lung des Gasturbinenstrahltriebwerkes vor Überhitzung durch den Stauluftdruck schützt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Die Abbildung 1 ist die prinzipielle Darstellung dieses Triebwerks als halber Längsschnitt. Die Stufenzahl der Ro­ toren entspricht nicht den erforderlichen Rechnungswerten.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem Hochdruckverdichter 1 und dem Mantelstromkanal 2 ein längerer drucksteigernder Dif­ fusor 3 angeordnet. Am Ende des Mantelstromkanales 2 sind Hochtemperatur-Brennkammern 4 mit unmittelbar anschließenden Laval-oder Glockendüsen 5 angeordnet. In letzteren soll das beispielsweise 2000 Grad Celsius heiße Brenngas stufenlos in eine entsprechend große Brenngas-Ausströmgeschwindigkeit mit dem daraus resultierenden größeren Standschub umgesetzt werden.

Die Laval-oder Glockendüsen 5 sind mit einem bestimmten Ab­ stand in der Einlaufdüse 6 des Staustrahltriebwerks 7 ange­ ordnet, wobei der Außendurchmesser des Mantelstromkanales 2 und der Innendurchmesser des Staustrahltriebwerkes 7 gleich sind, sodaß der aus den Laval-oder Glockendüsen 5 kommende Brenngasstrom das Staustrahltriebwerk 7 gradlinig durch­ strömen und dabei Außenluft als zusätzlichen, den Standschub vergrößernden Luftmassenstrom in das Triebwerk einbringen kann. Das Staustrahltriebwerk 7 ist als ringförmiges und mit Ein-und Auslaufdüsen profiliertes Triebwerk die Verlängerung des Mantelstromkanales 2 und damit funktionsmäßig optimal in die Kombination Gasturbine-Staustrahltriebwerk integriert.

Im Heck der Gasturbine 8 ist in bekannter Weise ein Raketen­ triebwerk 9 als Triebwerk für den Fluggeschwindigkeitsbe­ reich bis Mach 30 vorgesehen. Es ist für die Wasserstoff- Sauerstoff-Verbrennung eingerichtet, wie schon bekannt ist.

Falls der Einlaufkegel des Triebwerks die Luftströmung bei Fluggeschwindigkeiten über Mach 3 nicht vom Eindringen in den Verdichter ableiten kann, ist vor dem Verdichter 1 ein Kegelstumpf-Drehschieber 10 mit einem stumpfen Kegelwinkel vorgesehen, wobei der Kegelstumpf-Drehschieber 10 und seine Lagerung als Feingußteil hergestellt sein können.

Der mit dieser Erfindung erzielbare Fortschritt besteht in der erheblichen Steigerung des Standschubes, was auch einen entsprechend größeren Brennstoffverbrauch rechtfer­ tigt.

Die Verwendung dieses Triebwerkes soll als Schubmotor für Überschall-Flugzeuge mit Fluggeschwindigkeiten bis Mach 30 erfolgen.

Claims (2)

1. Strahltriebwerks-Kombination aus einer Mantelstrom-Gastur­ turbine, einem die Gasturbine teilweise umhüllenden Stau­ strahltriebwerk und einem Raketentriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochdruckverdichter (1) und dem Mantelstrom­ kanal (2) ein längerer Diffusor (3) und am Ende des Mantel­ stromkanales (2) Hochtemperatur-Brennkammern (4) mit unmittel­ bar anschließenden Laval-oder Glockendüsen (5) angeordnet sind, welche mit einem bestimmten Abstand in der Einlauf­ düse (6) des Staustrahltriebwerkes (7) enden, wobei der Außen­ durchmesser des Mantelstromkanales (2) und der Innendurch­ messer des Staustrahltriebwerkes (7) gleich sind, und das Stau­ strahltriebwerk (7) als ringförmiges Triebwerk die Verlän­ gerung des Mantelstromkanales (2) ist, welches der aus den Laval-oder Glockendüsen kommende Brennstoffgasstrom gradlinig durchströmen und dabei größere Mengen Außenluft als zu­ sätzlichen Luftmassenstrom schubverstärkend in das Trieb­ werk einbringen kann.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verdichter (1) ein Kegelstumpf-Drehschieber 10 mit einem stumpfen Kegelwinkel angeordnet ist, welcher bei Fluggeschwindigkeiten über Mach 3 den Außenluftzustrom in den Verdichter verschließen kann, wobei dann das Staustrahl­ triebwerk den Triebwerks-Schub leistet.