DE4214088C2

DE4214088C2 - Treibstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Treibstoff in einen Überschall-Luftstrom

Info

Publication number: DE4214088C2
Application number: DE4214088A
Authority: DE
Inventors: Melvin J Bulman
Original assignee: Aerojet General Corp
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Inc
Priority date: 1991-04-29
Filing date: 1992-04-29
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: DE4214088A1; IL101578A0; JP2553280B2; US5220787A; FR2675850B1; JPH0681713A; IL101578A; GB9208312D0; FR2675850A1; GB2255628A; GB2255628B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Einspritzen von Treibstoff in einen Überschall-Luftstrom, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.

Auf vielen Gebieten ist es notwendig, einen Treibstoff in ein Fluid, beispielsweise Luft, so einzuspritzen, daß die Mi schung und Verbrennung des Treibstoffes in hinreichend kurzer Zeit und auf hinreichend kleinem Raum erfolgt. Wenn der Luftstrom sich relativ zum Treib stoffeinspritzpunkt bewegt, tritt häufig das Problem auf, daß der Treibstoff nicht einwandfrei über eine Strecke in den Luftstrom eindringt, die für das Vermischen des Treib stoffes mit der Luft bis zum Zeitpunkt, an dem der Luft strom die Verbrennungskammer verläßt, ausreicht.

Bei Überschallstaustrahltriebwerken (Scramjet), bei denen der Treibstoff in einen Überschall-Luftstrom eingespritzt werden muß, wird das Problem besonders kritisch, da das Vermischen und Verbrennen des Treibstoffes und der Luft ex trem schnell stattfinden muß, bevor der Treibstoff die Verbrennungskammer verläßt.

Ein zweites Problem bei der Treibstoffverbrennung in Strahlantriebsgeräten und insbesondere Scramjets besteht darin, daß bei derartig hohen Geschwindigkeiten die Maschine extrem empfindlich vom Wirkungsgrad der Komponenten abhängt. Wenn beispielsweise der Eingangsluft strom zusätzlich 1% der zur Verfügung stehenden kineti schen Energie (der Wirkungsgrad der kinetischen Energie sinkt von 98% auf 97%) verliert, ist es sehr wahrschein lich, daß die Maschine keinen nutzbaren Schub mehr produziert. Jede Komponente, die Verluste beim Verbrennungsprozeß einführt, kann auch schnell das Schuberzeugungsvermögen der Maschine herabsetzen. Daher ist die Art der Treibstoffeinführung in den Luftstrom von äußerster Wichtigkeit.

Es wurden Verfahren für das Treibstoffeinspritzen entwickelt, die diese Probleme berücksichtigen sollten, jedoch nicht die gewünschten Ergebnisse brachten. Das naheliegen ste Verfahren, mehr Treibstoff in den Luftstrom zu bringen, war einfach das Pumpen von größeren Mengen unter Druck stehen den Treibstoffes in den Luftstrom von der Seite her aus einer großen Öffnung. Für das Luft/Treibstoff-Mischen ist es je doch nicht optimal, wenn einige wenige große Einspritzer vorgesehen sind, weil das Ergebnis ein Bereich mit starkem Treibstoffüberschuß ist, der von einer mit Treibstoff un terversorgten Luft umgeben ist.

Wenn es beim Einspritzen von Treibstoff von der Wand der Ver brennungskammer her nur um das Eindringen in den Luftstrom geht, besteht eine Lösung darin, Einspritzer an allen Seiten so anzubringen, daß jeder Einspritzer weit genug eindringt, beispielsweise 1/4 der Rohrweite. Wenn der Treibstoff ein mal in den Luftstrom ausgetreten ist, vermischen sich Treibstoff und Luft so, daß die gesamte umgebende Luft Treibstoff auf nimmt. Die Art der Vermischung hängt von dem Abstand zwi schen den Treibstoffahnen ab. Der Begriff "Lücke" wird im allgemeinen benutzt, um den Abstand zwischen den Treibstoff-Einspritzfahnen zu bezeichnen. Er wird häufig verwendet, um die relative Strecke, über die sich der Treibstoff vor seiner adäquaten Vermischung mit der Luft bewegt, zu beschrei ben (die Verbrennung erfolgt im wesentlichen direkt nach dem Vermischen). Es wurde jedoch gefunden, daß bei Verwendung von herkömmlichen sonischen Einspritzern, die durch eine Lücke "G" voneinander getrennt sind, der Treibstoff in den supersonischen Luftstrom eintritt und parallel zum Luftstrom abgelenkt wird und ein Abstand von vielleicht 60×G erforderlich ist, um eine signifikante Vermischung zu er zielen. Dies führt zu dem Wunsch nach Einspritzern, die nä her beieinander liegen, um die erforderliche Länge der Verbren nungskammer zu reduzieren. Das zusätzliche Vorsehen von mehr Einspritzstellen (näher beieinander) würde je doch dazu führen, daß eine zusätzliche Treibstoffmenge ein gespritzt würde, die den Maschinenwirkungsgrad infolge der unvollständigen Verbrennung reduzieren würde. Eine Verringe rung des Treibstoffstromes auf die gewünschte Menge (durch Reduzieren des Zuführdruckes oder der Größe der Einspritz öffnung) führt zu geringerem Eindringen des Treibstoffes, so daß Luft in der Mitte der Verbrennungs kammer ohne ausreichenden Treibstoff für die Verbrennung bleibt.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, für die Maschi nenkonstrukteure Treibstoffeinspritzer zur Verfügung zu stellen, die gegenüber dem bekannten Treibstoffeinspritzern ein besseres Eindringen des Treibstoffes in den Luftstrom aufweisen, damit es möglich wird, eine große Anzahl von Einspritzern (Reduzierung des Mischspaltes) zu verwenden, ohne daß Treibstoff verlorengeht oder die Mitte des Kanals unterversorgt bleibt. Fig. 1 veranschaulicht das gewünschte Er gebnis, wobei die Treibstoff-Fahnenformen von herkömmlichen sonischen Einspritzern (Fig. 1a und 1b) mit den Treibstoffah nenformen von Einspritzern gemäß der vorliegenden Erfindung (Fig. 1c und 1d) verglichen werden. In allen vier Ansichten der Fig. 1 repräsentiert "I" den jeweiligen Einspritzer. Fig. 1a und 1b zeigen, daß mit sieben sonischen Einspritzern, welche Treibstoffahnen erzeugen, die eine Mischlücke G haben, eine Verbrennungskammernlänge von etwa 60 G er forderlich ist, während der verbesserte Einspritzer mit der gleichen Eindringanforderung mehr Einspritzstellen (beispiels weise hierbei 15) mit einer Mischlücke von g ermöglicht, der eine verringerte Verbrennungskammernlänge von 60 g erforderlich macht, wobei g < G ist.

Eine primäre Verbesserung bei den vorliegend beanspruchten Treibstoff-Einspritzern ist das erhöhte relative Eindringen des Treibstoffstrahls. Wenn Treibstoff in einen hierzu quer strömenden Luftstrom eingespritzt wird, tritt eine aero dynamische Wechselwirkung auf, bei der der Treibstoffstrahl so lange abgelenkt wird, bis er parallel zum Luftstrom läuft. Der Punkt, an dem der Treibstoffstrahl parallel zur Rohr wandung wird, ist der Punkt des maximalen Eindringens. Die Strecke, über die der Treibstoffstrom eindringt, wird durch die Bahnkurve des Treibstoffstrahls bestimmt. Die Bahnkurve wird durch zwei konkurrierende Faktoren bestimmt. Der erste Faktor ist der Impuls des Treibstoffstrahls rechtwink lig zum Luftstrom. Dieser Impuls kann verschieden ausge drückt werden, beispielsweise ρ_jV_j ² sin Θ_j, wobei ρ_j die Treibstoffstrahldichte, V_j die Strahlgeschwindigkeit und Θ_j der Einspritzwinkel ist. Der entgegenwirkende Faktor ist die Schleppkraft, der der Treibstoffstrahl durch die Luft, die mit einer Geschwindigkeit von M_a ankommt, ausgesetzt ist. Diese Schleppkraft, die auf diesen "Körper" wirkt, kann durch die normale Formel D = C_D A q_a berechnet werden, wobei C_D der Strömungskoeffizient (eine Funktion der Form des Objektes), A der projizierte Querschnitt des Treibstoffstrahls und q_a der dynamische Druck der Luft, er rechnet aus der Gleichung q_a = 1/2 ρ_a V_a ², ist. Fig. 2 zeigt eine modifizierte Darstellung aus dem Artikel "A Unified Analysis of Gaseous Jet Penetration", aus der Zeit schrift "American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal", Band 9, Nr. 6, Juni 1971, S. 1048-1058, von Billig, F. S., Orth, R. C., Lasky, M., zur Erläuterung dieses Eindringvorganges. Für eine gegebene Treibstoff- Triebkraft wird ein schmalerer oder mehr stromlinienförmiger Treibstoffstrahl eine geringere Strömungsschleppkraft pro Einheit der Strömungsstrecke (Y) ergeben. Wenn eine geringere Ablenkkraft auf den Treibstoffstrahl wirkt, wird dieser weiter in den Luftstrom strömen, bevor seine Bewe gung nach außen gebremst wird. Es ist ein Ziel der vorlie genden Erfindung, einen schmalen Treibstoffstrahl mit niederem Strömungswiderstand zu erzeugen, der diese und andere Vor teile erzielen kann.

Das Eindringen und Vermischen von Treibstoffstrahlen in Querströme wurde ausgiebig 1960 von Billig und anderen un tersucht. Die in dieser frühen Arbeit unternommenen Versuche hatten nur begrenzten Erfolg. Die Eindringzahl, wie sie bei Scramjet-Treibstroffeinspritzern verwendet wird, ist wie folgt definiert:

P = Y/D_* _j

wobei
P = dimensionslose Eindringzahl,
Y = das tatsächliche Eindringen, und
D_* _j = der Einschnürungsdurchmesser einer äquivalenten sonischen Einspritzerdüse ist.

Billig und andere haben gezeigt, daß die Eindringzahl etwa um 8% verbessert wird, wenn ein einziger Hyperschall-Ein spritzer (konvergierend - divergierend) im Gegensatz zu einem einzigen sonischen Einspritzer (konvergierend) bei glei chem Treibstoffstrom verwendet wird (Billig, F. S., Orth, R. C., Lasky, M., "A Unified Analysis of Gaseous Jet Pene tration", American Institute of Aeronautics and Astronau tics Journal, Band 9, Nr. 6, Juni 1971, S. 1048-1058). Die ses Ergebnis kann als die Konsequenz daraus angesehen wer den, daß der Einspritzer-Ausgangsdruck an einen mittleren Gegendruck, welcher den Treibstoffstrahl umgibt, angepaßt ist. Die Anpassung des Austrittsdruckes erzeugt einen Strahl mit der geringsten Breite und dem höchsten Impuls. Die Fig. 3 bis 5 zeigen Treibstoffstrahlen, die in eine ruhende Atmosphäre austreten. Fig. 3 zeigt einen sonischen Einspritzer 10, der Treibstoff 12 aus einer Vertei lerleitung erhält. In der Fig. 3 übersteigt der Druck des Treibstoffes am Ausgang (P_e) den Druck der Umgebung (P_a). Da Druck zur Verfügung steht, der für zusätzliche Expan sion und Beschleunigung des Treibstoffes verwendet werden könnte, wird diese Düse, wie dem Fachmann bekannt, als "un terexpandiert" bezeichnet. Wenn der Strahl an dieser sonischen Düse austritt, hat er die geringste Breite, die für eine kreisförmige Düse mit einer einem vorgegebenen Zu führdruck und einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit möglich ist. Wenn das Gas erst einmal von dem Einschluß der Düse befreit ist, kann es frei radial nach außen bis auf eine Breite W expandieren, um den Überdruck auszugleichen. Hierdurch werden zwei unerwünschte Effekte erzeugt. Die un kontrollierte, radiale Expansion erzeugt einen geringeren Anstieg des Strahlimpulses bei der Normaldüse als bei der idealen Düse. Es entwickelt sich eine große radiale Ge schwindigkeit, die bewirkt, daß sich der Strahl über den Wert für einen ideal expandierenden Strahl hinaus ausweitet. Der Strahl ist nun überexpandiert und fällt dann in sich zusammen, und erzeugt dabei ein starkes System von Stößen, inklusive einer Mach′schen Scheibe, was zu ernst haften Stoßverlusten und Temperaturanstieg führt. Diese Strömungsstruktur ihrerseits führt zu einem Strahl mit niedriger Dichte mit signifikant größerer Breite und nie drigem Impuls.

Fig. 4 zeigt eine de Laval-Düse mit einem Ausgangsdruck P_e, der an den Luftdruck P_a angepaßt ist. Das Expandieren des Treibstoffes auf den vorherrschenden Gegendruck in der de Laval-Düse erzeugt einen Hyperschall-Strahl mit einer hohen Geschwindigkeit und nahezu parallelen Strömungslinien. Da der Treibstoffdruck an die Umgebungsatmosphäre angepaßt ist, kann der Treibstoffstrahl seine Breite W über eine signifikante Distanz über den Einspritzer hinaus aufrechterhalten.

Fig. 5 zeigt eine "überexpandierte" de Laval-Düse (P_e klei ner als P_a). In diesem Fall wird der Treibstoff auf eine noch höhere Geschwindigkeit beschleunigt und seine Strö mungslinien können am Austritt nahezu parallel sein, der höhere umgebende Luftdruck P_a ändert jedoch den Austritts strom. Schräge Stöße am Austritt bewirken, daß der Strom nach innen auf sich selbst zu abgelenkt wird. Wenn der Strom an der Mittellinie konvergiert, lenken zusätzliche Stöße die Gase zurück in die parallele Richtung und lassen den Druck über den Druckwert der Umgebung ansteigen, was eine explosive Reexpansion ähnlich der am Ausgang des Schallein spritzers auslöst. Wie bei dem sonischen Einspritzer (unter expandiert), hat der überexpandierte Strahl eine niedrigere Geschwindigkeit und ist breiter als der Strahl mit ange paßtem Druck.

Eine andere Bestätigung des Vorstehenden kann durch die Verwendung der Kontinuitätsgleichung erhalten werden, die die Massenströmungsgeschwindigkeit, Geschwindigkeit, Dichte und Querschnittsfläche des Treibstoffs zueinander in Beziehung setzt:

_j = ρ_j V_j A_j

mit
_j = Massenströmungsgeschwindigkeit (4,59 kg/sec)
ρ_j = Massendichte (4,59 kg/ft³)
V_j = Strömungsgeschwindigkeit (ft/sec)
A_j = Strömungsquerschnittsfläche (ft²)
= π/4 W²
W = Düsendurchmesser (Breite).

Die Kontinuitätsgleichung kann mit dem idealen Gasgesetz kombiniert werden und die Düsenbreite als eine Funktion des Druckes und der Geschwindigkeit ausgedrückt werden, so daß:

W² = _jRT/π P_jV_j

mit
T = Temperatur des Treibstoffstrahls (°R)
R = Universalgaskonstante
P_j = Treibstoffstrahldruck.

Bei den unter- und überexpandierten Strömen reduzieren die Stöße die Geschwindigkeit und heben die Treibstofftempera tur an, was zu einem breiteren Treibstoffstrahl führt.

Beim Übertragen dieser Physik auf die Situation mit einer Querströmung wurde der Begriff "effektiver Gegendruck" P_eb definiert als der mittlere Druck, der um den Strahl herum vari iert (hoch an der Vorderseite, mittel an den Seiten und niedrig an der Rückseite). Bei den frühen Versuchen wurde unterschiedlich das 2/3- oder 0,8fache des Normalstoß druckes verwendet, um P_eb zu definieren.

Eine andere Taktik zur Verbesserung des Eindringens wurde von Billig und anderen versucht, indem nicht kreisförmige Düsen für die Schalleinspritzer verwendet wurden, um die aerodynamischen Eigenschaften zu verbessern, d. h. die Schleppkraft auf den Treibstoffstrahl zu reduzieren, indem ein engerer Strahl erzeugt wird. Fig. 6 zeigt eine normalisierte Skizze der Strahlfeinstruktur, die aus drei unterschiedlichen Formen deduziert wurde, und aus einem Seminar des Johns Hopkins Applied Physics Laboratory entnommen wurde. Obwohl die Form des Einspritzers die Form der Feinstruktur des un terexpandierten Sekundärstrahls beeinflußt, wurde das Ein dringen durch die Verwendung der nichtkreisförmigen Düsen nicht signifikant verbessert. Obwohl dieses Ergebnis zu dieser Zeit überraschend war, erläutert die folgende Dis kussion einen möglichen Grund für dieses Ergebnis. Das Strömen eines kreisförmigen Strahls in ruhige Luft wurde vorstehend diskutiert. In diesem Fall war der Gegendruck auf den austretenden Strahl entlang dem Umfang des Strahls gleichförmig. In einem querfließenden Strom variiert der Druck entsprechend der Position um den Austritt der Düse. Der gleiche Effekt kann bei einer nichtkreisförmigen Düse erwartet werden. Für den Fall einer langgestreckten Düsen form, deren Hauptachse mit dem Luftstrom fluchtet (eine Form mit offensichtlich niederem Strömungswiderstand), wird der Druck an der Vorderseite des Einspritzers am größten sein, dort wo die Luft infolge der durch den Strahl erzeugten Un terbrechung zur Ruhe gebracht wird. Der Druck an den Seiten des Strahls wird nahe dem Wert der freien Strömung sein. Dies erzeugt einen hoch unterexpandierten Zustand für den Strom an den Seiten dieses Strahls. Unter diesen Bedingun gen kann erwartet werden, daß der Treibstoffstrahl sich sehr viel schneller in Seitenrichtung ausdehnt, wodurch der Strahl in seiner Querschnittsform mehr kreisförmig wird, wenn er sich von der Düse entfernt. Obwohl Billig und an dere den Vorteil der angepaßten Druckbedingung erkannten, wandten sie diese nur im gewöhnlichen Sinn an. Das Anwenden des angepaßten Druckzustandes lokal um den Umfang eines nichtkreisförmigen Strahls wird es erlauben, dessen Form auch weiter weg vom Austritt der Düse aufrechtzuerhalten.

In einer anderen Studie zum Verbessern der Stromlinienför migkeit des Treibstoffstrahls wurde auch festgestellt, daß die Bildung mehrerer sonischer Strahlen in einer Linie parallel zum Luftstrom, wie in den Fig. 7a und 7b dargestellt, das Eindringen etwas verbessert. In der Fig. 7a wurde das Ein dringen für einen einzelnen sonischen Einspritzer 32 mit dem Ein dringen 34 für fünf Schalleinspritzer verglichen, die in einer Linie in der Richtung X angeordnet waren. Es wurde herausgefunden, daß mit X/D_* _j=7.5 ungefähr 20% Erhöhung des Eindringens, verglichen mit einem einzelnen Schall strahl mit gleicher Treibstoffströmung, erfolgte. Das Ein dringen wurde am 60%-Konzentrationspunkt gemessen (Wagner, J. P., Cameron, J. M., Billig, F. S., "Penetration and Spreading of Transverse Jets of Hydrogen in a Mach 2.72 Airstream", NASA CR-1794, März 1971).

Weil bei Hyperschall-Luftströmungsbedingungen die Strömung der Luft sehr organisiert ist, kann diese nicht leicht um den Treibstoffstrahl herumströmen. Der Luftstrom reagiert mit dem Hindernis und erzeugt einen Stoß ähnlich dem in den Fig. 8a bis 8c gezeigten, wenn eine sonische Düse verwendet wird. In diesen Figuren sind erste und zweite Strahlungskeulen der Treibstoffstrahlfahnen 18 und 20, die durch die Mach′sche Scheibe D getrennt sind, ge zeigt. Ein äußerer Stoß 22 entwickelt sich zusammen mit einem Grenzschicht-Trennstoß 24. Die Hyperschall-Strömung an Stel len entfernt von der Wand kann eine große Änderung des Win kels tolerieren; die Grenzschicht in der Nähe der Wand strömt jedoch sehr viel langsamer (subsonisch) und kann nicht die Druckerhöhung aufnehmen und trennt sich daher wie dargestellt, so daß eine Rückführung 26 stattfindet, die eine Trennblase bildet. Diese Rück führungszone erzeugt einen Bereich 28 mit sehr hoher Tem peratur an der Wand der Verbrennungskammer. Dies wurde auch in der Veröffentlichung "The Possibility of Blowing a Gas Jet into a Supersonic Flow Without the Formation of a Three Dimensional Boundary Layer Seperation Zone" von Masyakin, N. E. und Polyanskii, M. N., übersetzt aus der Izvestiya Akadenii Nauk SSSR, Mekhanika Thadkosti i Gaza, Nummer 3, Seiten 162-165, Mai-Juni 1979 veröffentlicht. Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diesen heißen Punkt zu verringern oder zu beseitigen.

Andere Treibstoffeinspritzvorrichtungen sind durch die US-PS-35 81 495, US-PS-36 99 773, US-PS-48 21 512, US-PS-49 03 480 und US-PS-49 51 463 bekannt.

Eine Treibstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus DE-OS 18 00 611 bekannt. Ihre Einspritzöffnung liegt bündig in der Kanalwand und stellt als solche kein Strömungshindernis für den Luftstrom dar, der aus ihr austretende Treibstoffstrahl stellt jedoch durch seine Form und Breite ein erhebliches Strömungshindernis für den Luftstrom dar, so daß die vorstehend ausführlich erörterten Nachteile auftreten.

Aus den inhaltsgleichen DE 39 21 894 A1 und US 4 903 480 ist eine Treibstoffeinspritzvorrichtung bekannt mit in den Luftströmungskanal vorspringenden keilförmigen Einspritzdüsenkörpern, an deren abströmseitiger Stirnfläche eine Reihe von Einspritzöffnungen ausgebildet ist. Diese vorspringenden Einspritzdüsenkörper verursachen eine erhebliche aerodynamische Störung des Luftstroms, und die in ihnen ausgebildeten Einzelöffnungen, die alle gleiche Breite haben, erzeugen keinen aerodynamisch optimal gestalteten Treibstoffstrahl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzvorrichtung der angegebenen Art so auszubilden, daß eine möglichst wirksame Einmischung des Treibstoffs in den Überschall- Luftstrom bei möglichst geringer aerodynamischer Störung dieses Luftstroms durch den eingespritzten Treibstoff erzielt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer in Längsrichtung des Luftströmungskanals ausgerichteten Einspritzöffnung, deren Breite in Luftströmungsrichtung zunimmt, ist der in den Luftströmungskanal eintretende Treibstoffstrahl besonders strömungsgünstig geformt, d. h. er bietet dem Luftstrom eine sehr schmale angeströmte Vorderkante dar und verbreitert sich dann in Richtung des Luftstroms. Es wurde gefunden, daß hierdurch eine sehr wirksame Einspritzung des Treibstoffs in den Luftstrom über eine große Strecke bei gegebenem Einspritzdruck möglich ist. Der Luftstrom wird durch den Treibstoffstrahl nur in sehr geringem Maße gestört. Es stellt sich eine örtliche Anpassung des Drucks des Treibstoffstrahls an den Luftstromdruck über den Umfang der Einspritzöffnung ein. Die günstige Gestaltung des eingespritzten Treibstoffstrahls bietet die Voraussetzung, eine größere Anzahl von Einspritzstellen vorzusehen, wodurch die Lücken zwischen den eingespritzten Treibstoffahnen verringert werden. Aufgrund der besseren Mischungswirkung kann die Verbrennungskammer mit geringerer Länge als bei bekannten Einspritzvorrichtungen ausgebildet sein.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1a-d einen schematischen Vergleich von sonischer Ein spritzung (Fig. 1a, 1b) und Einspritzung mit kleiner Strömungsablenkung (Fig. 1c, 1d), zur Erläuterung des Hauptziels der vorliegenden Erfindung, der Verringerung von Länge und Gewicht eines Scramjet-Triebwerks;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des physikalischen Vorganges bei einem Einspritzer gemäß dem Stand der Tech nik;

Fig. 3 einen üblichen sonischen (unterexpandierten) Treib stoffeinspritzer in Seitenansicht, der Treibstoff in ein ruhendes Medium einspritzt;

Fig. 4 einen im Druck angepaßten, konvergierenden-diver gierenden, Hyperschall-Treibstoffeinspritzer beim Einsprit zen von Treibstoff in ein stillstehendes Medium in Seitenansicht;

Fig. 5 eine überexpandierte Treibstoffahne aus einem Hy perschall-Treibstoffeinspritzer, der Treibstoff in ein stillstehendes Medium einspritzt, in Seitenansicht;

Fig. 6 die Auswirkung unterschiedlicher sonischer Einsprit zer-Düsenformen auf das Eindringen des Treibstoffes in einen Hyperschall-Luftstrom;

Fig. 7a die Ergebnisse des Vergleichs der Treibstoffein dringung bei einem sonischen Einspritzer mit der Treibstoffeindrin gung aus fünf sonischen Einspritzern, die in X-Rich tung hintereinander angeordnet sind; während

Fig. 7b die Anordnung der fünf sonischen Einspritzer zeigt;

Fig. 8a-c im Längsschnitt, Querschnitt und Draufsicht einen sonischen Einspritzer, der Treibstoff in einen Hyperschall-Luftstrom einspritzt;

Fig. 9a, 9b jeweils eine schematische Darstellung zum Vergleichen des Strömungswiderstandes an Gegenständen in Über schallströmung, wobei der Gegenstand in der Fig. 9a die Strahlfahne repräsentiert, welche an einem kreisförmigen Einspritzer (hoher Strömungswiderstand) austritt, und der Gegenstand in der Fig. 9b die Strahlfahne repräsentiert, welche an einem länglichen Einspritzer (niederer Strömungs widerstand) austritt;

Fig. 10a-d einen Einspritzer mit geformtem Schlitz ge mäß der Erfindung in Seitenansicht, im Quer schnitt am Abström- und Anströmende und in der Draufsicht;

Fig. 11a-d eine Überschall-Treibstoffeinspritzerkaskade gemäß der Erfindung in Seitenansicht, in Querschnitten am Abström- und Anströmende sowie in Draufsicht;

Fig. 12a-d einen Überschall-Gegenstrom-Treibstoffein spritzer gemäß der Erfindung in Seitenan sicht, im Schnitt am Abström- und Anströmende und in Draufsicht;

Fig. 13a-d jeweils verschiedene Abmessungen von Einspritzern mit Keilschlitz (Fig. 13a und 13b in Draufsicht und im Schnitt) und mit Öffnungskaskade (Fig. 13c und 13d in Draufsicht und Seitenansicht);

Fig. 14 eine schematische Seitenansicht des Strahlaus trittsvorganges beim Kaskadeneinspritzer;

Fig. 15a eine schematische Draufsicht auf das Strömungs feldmuster um eine stromlinienförmige Überschall-Treib stoffeinspritzer-Fahne, die an einem profilierten Schlitz austritt;

Fig. 15b einen Teilschnitt entlang der Mittellinie der Strahlfahne gemäß Fig. 15a; und

Fig. 15c einen Schnitt durch das abströmseitige Ende der Strahlfahne gemäß der Fig. 15a und 15b;

Fig. 16 einen Vergleich zwischen dem vorhergesagten Ein dringen aus einem einzelnen sonischen Treibstoff-Einspritzer und dem Eindringen, das mit einem Überschall-Treibstoffeinspritzer mit Schlitz gemäß der Erfindung erzielt wird;

Fig. 17 eine graphische Darstellung des Triebwerksverhal tens in Abhängigkeit von der Flugmachzahl, zur Erläuterung der Vorteile der Mehrfacheinspritzung;

Fig. 18 eine alternative Ausführungsform eines Kaskaden- Überschall-Treibstoffeinspritzers; und

Fig. 19 eine alternative Ausführungsform eines Überschall-Treibstoffeinspritzers mit profiliertem Schlitz.

In der Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung sollen bestimmte Ausdrücke die im folgenden definierten Bedeutungen haben.

Die Begriffe "anströmseitig" und "abströmseitig" bezeichnen die in der X-Richtung am weitesten strom auf liegende bzw. in der X-Richtung am weitesten stromab liegende Position im Bereich des Einspritzers. Der Begriff "Einspritzöffnungen" umfaßt Treibstoffeinlaßöffnungen mit zahlreichen Formen, Längen und inneren Oberflächenkonturen. Der Begriff soll langge streckte Eingangsöffnungen mit einer Innenfläche mit abneh mendem Querschnitt umfassen, um die Druckverluste bei dem Zuführen von Treibstoff in den Einspritzer zu vermindern. Die Treibstoffeinlaßöffnungen können an verschiedenen Stellen angeordnet sein. Der Begriff "direkt unter der Verbrennungskammerwandoberfläche" bedeutet, daß die Austrittskammer im wesentlichen pa rallel zu und unter einer relativ dünnen Verbrennungs kammerwand liegt, so daß die Austrittskammer platzsparend zwischen der Verbrennungskammerwand und anderen Maschinenbauteilen, wie beispielsweise elektrischen Bauteilen etc. liegt. Weiterhin kann eine Austrittskammer eine Reihe von Kammern mit gleichen oder unterschiedlichen Größen aufweisen, die in Reihe oder pa rallel angeordnet sind, wobei die Abmessungen der verschie denen Kammern mit D_* _j bezeichnet sind. Die Einspritzöffnungen haben vor zugsweise glattkonturierte Innenflächen, um Stöße oder an dere Verlustmechanismen bei der Ausdehnung des Treibstoff stromes zu eliminieren oder zu reduzieren. Eine unsauber geformte Innenfläche des Einspritzers würde starke Srömungsstöße erzeugen, wodurch die Einspritzge schwindigkeit verringert würde. Eine Einspritzöffnung kann eine Reihe von Kammern mit der gleichen oder unterschiedli chen Weite, die mit D_* _j bezeichnet ist, aufweisen. Der Be griff "Einschnürung" bedeutet die kleinste Querschnittsflä che, welche der Treib stoff direkt hinter der Austrittskammer und direkt vor der Einspritzöffnung durchströmt. Dies wird auch als de Laval-Düse bezeichnet. Die Form, Länge, Kontur, Grad der Glätte der inneren Oberfläche, die Anordnung und die ver schiedenen Weiten und Durchmesser, die mit D_* _j bezeichnet sind, sind alle darauf hin konstruiert, daß sich der Treib stoff wirksam auf den vorherrschenden örtlichen Druck von der Auslaßstelle expandieren kann. Die Düsenkontur soll so konstruiert sein, daß sie einen Treibstoffstrahl mit nahezu parallelen Stromlinien (minimaler Geschwindigkeitsdiver ganz) erzeugt.

Verbrennungskammerwände, in welchen die Treibstoffeinsprit zer gemäß der Erfindung positioniert sind, ha ben im allgemeinen glatte Oberflächen, können jedoch Ober flächenunregelmäßigkeiten oder erhabene Teile aufweisen, an welchen die Einspritzer bündig positioniert sind; d. h. die Einspritzerkörper-Oberfläche muß weder genau rechtwinklig zu den Ebenen XY, XZ und ZY liegen, noch muß der Treib stoffstrahl in den Luftstrom rechtwinkelig zu einer dieser Ebenen eintreten. Die Form der Wand kann von der rechtwin keligen, quadratischen, ovalen oder kreisförmigen Form ab weichen, wobei alle Wandformen in irgendeiner Form von der Ausführungsform oder Kombination der Ausführungsformen der verwendeten Treibstoffeinspritzer, der erforderlichen Ge schwindigkeit des Triebwerks und des Fahrzeuges, dem Druck verhältnis, dem Schub etc., abhängen. Die Einspritzer kön nen in diesen Wänden in mehr als einer möglichen Anordnung angeordnet sein, wobei sie unterschiedliche Mischlücken aufweisen können. Die Mischlücke ist definiert als der Ab stand zwischen benachbarten Treibstoff-Einspritzfahnen. Obwohl gleiche oder ähnliche Ausführungsformen der Treibstoffeinspritzer bei einer Verbrennungskammer verwen det werden können, ist dies nicht erforderlich und es ist möglich, eine Kombination von Einspritzerausführungsformen in einer oder mehreren Verbrennungskammerwänden zu verwen den, so daß die Gesamtausführungsform und das Gesamtgewicht der Maschine optimiert werden können.

Die beanspruchten Treibstoffeinspritzer können mit großem Vorteil beim Einspritzen verschiedener Arten von Treibstoff in Luftströme verwendet werden. Die Hauptanforde rung besteht darin, daß der Treibstoff einen hohen Wärmein halt und ein hohes Kühlvermögen hat. Der Teibstoffstrom ist vorzugsweise gasförmig. Typische Treibstoffe sind Wasser stoff, JP5, Methan, Propan, Methylcyclohexan (MCH), Pentaboran etc. und Gemische derselben, wobei vorzugsweise Wasserstoff verwendet wird. Die Begriffe "Schall" und "Über schall" werden hier in ihrer allgemein üblichen Art verwendet, d. h. "Schall" bedeutet im allgemeinen eine Geschwindigkeit gleich der örtlichen Geschwindigkeit von Schall im Gas, während "Überschall" eine Geschwindigkeit größer als die lokale Schallgeschwindigkeit bedeutet. Überschallgeschwindigkeiten des Luftstroms und des Treibstoffstrahls können auch in Machzahlen bezogen auf ihre jeweiligen Schallgeschwindigkeiten bezeichnet werden, wobei beispiels weise zwei Mach die Geschwindigkeit gleich dem Zweifachen der lokalen Schallgeschwindigkeit bedeutet.

Beim Beschreiben der Kontur und des Druckes des Eintretens eines Treibstoffstrahls in einen Schall- oder Hyperschall- Luftstrom werden zahlreiche Begriffe verwendet. Wenn im nachfolgenden der Treibstoffstrahl als "fortlaufend und konturiert" bezeichnet wird, ist damit gemeint, daß der Treibstoffstrahl grundsätzlich ein fortlaufender Strom mit einem schmalen vorderen Querschnitt ist und nicht in einzelne Teilströme unterteilt ist, und daß er so geformt ist, daß der Treibstoffstrahl in den Luftstrom so eintritt, daß keine merkbar starken Stöße auf das Triebwerk übertragen werden. Die austretende Treibstoffahne kann als ein Körper behandelt werden, der in den Luftstrom ragt, um die die ihn umgebenden Drücke zu berechnen. Es ist in der Literatur gut bekannt, daß der Strömungswiderstand in einem Über schall-Luftstrom am niedrigsten ist, wenn der Körper schlank ist und eine scharfe Vorderkante mit gleichmäßig zunehmender Breite hat. Die Fig. 9a, 9b zeigen die Strömungswiderstandskraft auf zwei Körpern mit der glei chen Projektionsfläche A_P (das heißt in einer Ebene paral lel zu der Rohrleitungswand) von 6,45 cm², der bei diesem Beispiel einer Überschallströmung ausgesetzt ist. Fig. 9a zeigt die Form einer kreisförmigen sonischen Einspritzfahne als ein aufrechter Kreiszylinder. Die Ähnlichkeit mit Fig. 8c ist offensichtlich. In Fig. 9a, 9b nähert sich die Luft den Körpern mit 4 Mach bei einem statischen Druck P_a von 1,827 · 10⁵ Pa und dem dynamischen Druck von q_a von 20,477 · 10⁵ Pa. Der abgestumpfte Körper der Fig. 9a erzeugt eine starke Stroßstruktur 22 und einen hohen Druck an der Vor derseite des Körpers P_p von ungefähr 34,680 · 10⁵ Pa bei einen Druck an den Seiten P_s von 2,068 · 10⁵ Pa und einem Druck von P_d am abströmseitigen Ende von sehr viel weniger als 2,068 · 10⁵ Pa. Es kann gezeigt werden, daß infolge einer Fahnenweite von un gefähr 2,87 cm und einem Strömungswiderstandskoeffizienten C_D von ungefähr 1,0 die Strömungskraft auf diesen Kör per ungefähr 5,37 kg pro cm projizierter Höhe beträgt. Der in der Fig. 9b gezeigte Körper kann als eine typische Form für Überschall-Objekte, wie beispielsweise Projektile, Fern lenkkörper und Flugzeuge, erkannt werden. Bei diesem Bei spiel beträgt die Körperlänge L 7,4 cm und α 10°. Die scharfe Vorderkante bewirkt, daß der Überschalluftstrom am Körper mit nur einem kleinen Abweichungswinkel und Druckanstieg vorbeiströmt. Die Strömungswiderstandskraft auf den Kör per in der Fig. 9b ist ungefähr 0,3035 kg/cm projizierter Höhe mit einem Strömungswiderstandskoeffizienten C_D von 0,11. Dies ist das Ergebnis der kombinierten Wirkungen des niedereren Druckes, der auf den Körper ausgeübt wird (P_p = 4,550 · 10⁵ Pa und seiner geringeren Breite (W = 1,29 cm) infolge des halben Winkels α = 10°. Der Druck am Tangentenbe rührungspunkt T P_T beträgt 1,861 · 10⁵ Pa, während P_d 0,896 · 10⁵ Pa be trägt. Andere Formen können ausgewählt werden, die mehr oder weniger Strömungswiderstand erzeugen. Die gewählte ex akte Form wird von anderen Konstruktionsbedingungen, wie beispielsweise Beschränkungen des für den Einspritzer zur Verfügung stehenden Raums, abhängen. Bei einer extrem engen Strahlform (weniger als 3° halber Winkel α) kann erwartet werden, daß diese Form unter einem größeren Viskositätseffekt leidet (nicht in der vorstehenden Vergleichsanalyse enthal ten), der das Eindringen reduziert. Wenn einmal eine Strahlform wie beispielsweise in der Fig. 9b gewählt worden ist, wird der Druck um ihren Umfang errechnet, wie bei spielsweise durch das bekannte Stoßexpansionsverfahren.

Die interne Expansion des Treibstoffes wird dann so berech net, daß der Treibstoff mit lokalem Gegendruck austritt. Bei dem vorliegenden Beispiel muß der Treib stoff an der Vorderkante mit einem P_p von 4,571 · 10⁵ Pa austreten. Wenn der Treibstoff mit 103,420 · 10⁵ Pa zugeführt wird, würde das Dü sen-Expansions(flächen)-Verhältnis ε ungefähr 3,12 zu 1 sein, was eine Treibstoffmachzahl von 2,68 (vertikal nach oben) am anströmseitigen Ende ergeben würde. Am abströmseitigen Ende des Einspritzers in der Nähe der Tangente T hat sich der örtliche Druck P_T auf 1,833 · 10⁵ Pa verringert, während der Druck P_d im Nachlauf ungefähr 0,896 · 10⁵ Pa beträgt. Wenn der Treibstoffzuführdruck der gleiche wäre, würde ein örtliches Düsenexpansionsverhältnis (ε) bei T von ungefähr 5,52 zu 1 erforderlich sein, um eine Anpas sung an den lokalen Druck zu erzielen. Die lokale Ein spritz-Machzahl würde dann 3,29 betragen. Die Außenfläche des Treibstoffstrahls, welcher in den Überschalluftstrom eintritt, ist somit so konstruiert, daß sie den Mindestströmungswiderstand in Berührung mit dem Luftstrom erzeugt und eine lokale Druckanpassung zwischen dem in den Luftstrom eintretenden Treibstoff und der Luft, welche an der Treibstoffstrahlfahne vorbeiströmt, erzielt wird. Der Begriff "lokal", wie er bei der lokalen Druckanpassung ver wendet wird, bedeutet, daß der Druck an diskreten Punkten an der Außenfläche des Treibstoffstrahls an den Druck ange paßt ist, der in dem Luftstrom herrscht, welcher an dem Treibstoffstrahl vorbeiströmt, so daß der Treibstoffstrahl mit im wesentlichen parallelen Strö mungslinien strömt. Falls an der Wand eine merkliche Grenz schicht existiert, sollten die lokalen Strömungsbedingungen in der Mitte zwischen freier Strömung und den Wandbedin gungen gewählt werden, um eine übermäßige Expansion des Strahls in der Grenzschicht infolge des Impuls defizits in der Grenzschicht zu minimieren.

Auf der Grundlage der vorstehenden Konzepte und Definitio nen werden in der folgenden Diskussion die verschiedenen Ausführungsformen des neuen Treibstoffeinspritzers gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In den Fig. 10, 11 und 12 sind drei Ausführungsformen des Scramjet-Hyperschall-Treibstoffeinspritzers dargestellt. Fig. 10a zeigt eine Seitenansicht eines Treibstoffeinspritzers mit profiliertem Schlitz mit einem Körper 36 mit einer Treibstoffzuführleitung 38, die Treib stoff von einer Treibstoffpumpe oder anderen Quelle, bei spielsweise wie bei einem Überschallflugzeug, erhält. Der Treibstoff läuft durch die Zuführleitung 38 und durch eine längliche Kammer mit größer werdender Breite und durch eine Einschnürung 42, die innerhalb eines langgestreckten Austrittsschlitzes 40 zentriert ist. Der langgestreckte Austritts schlitz 40 erstreckt sich im wesentlichen zwischen den anström- und abströmseitigen Enden der Oberfläche 44 des Einspritzerkörpers. Der Austrittsschlitz 40 hat eine Breite und eine Tiefe, die vom anströmseitigen zum abströmseitigen Ende der Einspritzerkörperfläche größer wird. Fig. 10b zeigt den Querschnitt durch das abströmseitige Ende des Einspritzerkörpers 36 mit der schlitzförmigen Austrittsöffnung 40, der Einschnürung 42 und der Einspritzerkörperoberfläche 44, während der Schnitt durch das anströmseitige Ende in der Fig. 10c dargestellt ist. Durch Vergleich von Fig. 10b und 10c ist zu ersehen, daß die Einschnürung in der Breite langsam zu nimmt, während die schlitzförmige Austrittsöffnung in der Breite schneller zunimmt. Das Verhältnis der Aus trittsbreite zur Einschnürungsbreite bestimmt das örtliche Querschnittsverhältnis. Das Querschnittsverhältnis seiner seits bestimmt den Austrittsdruck und die Einspritzge schwindigkeit. Die Austrittskontur wird so ausgewählt, daß sie eine Fahnenform mit niederem Strömungswiderstand mit einem bekannten Oberflächendruck erzeugt. Bei bekanntem örtlichen Außendruck wird die Einschnürungskontur so ausgewählt, daß sie eine Korrektur des Querschnittsverhält nisses erzeugt, um den örtlichen Druckanpassungszustand zu erzielen, bei dem der Treibstoffstrahl, der am Treibstoff einspritzer am anströmseitigen Ende (Fig. 10c) austritt, eine geringere Geschwindigkeit und daher einen höheren Druck hat, während der Treibstoffstrahl, der nahe dem Abströmende (Fig. 10b) austritt, eine höhere Geschwindigkeit und einen niedrigeren örtlichen Druck hat. Fig. 10d zeigt in der Draufsicht des Einspritzers den profilierten Schlitz 40 und die Einschnürung 42.

Die Fig. 11a-d zeigen verschiedene Ansichten eines Kaska den-Einspritzers gemäß der Erfindung. Der in der Fig. 11a gezeigte Einspritzerkörper 36 hat eine Reihe von rechteckigen Austrittsöffnungen 40, die in Reihe angeordnet sind und mit der Körperoberfläche 44 fluchten. Die Zuführleitung 38 versorgt eine Anzahl von Einschnürungen 42 in den Austrittsöffnungen 40. Wie anhand der Fig. 11b und 11c zu sehen ist, ist die Treibstoffleitung 38 grob betrachtet ein Kanal mit konstanter Breite; die diskreten Einschnürungen 42 und Austrittsöffnungen 40 bilden jedoch konvergierende und diver gierende Düsen mit verschiedenen Expansions graden, die zur Erzeugung der örtlichen Druckanpassung gewählt sind. Fig. 11d zeigt eine repräsentative Draufsicht auf den Einspritzer gemäß Fig. 11a-c. Wie leicht zu ersehen ist, haben die rechteckigen Treib stoffaustrittsschlitze 40 Querabmessungen, die vom anströmseitigen zum abströmseitigen Ende der Körper oberfläche 44 hin größer werden (siehe auch Fig. 13c). Eine Reihe von im wesentlichen parallelen Rippen 46, die quer zum Luftstrom liegen, verbinden die einander gegen überliegenden Seiten der Einspritzeroberfläche 44. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer kompakteren Bauart als bei dem durchgehenden Schlitz, da die Treibstoffzuführleitung 38 eine ziemlich flache Tiefe hat und Treibstoff aus einem Verteiler erhalten kann, derart, daß im Triebwerk und im Flugzeug Platz eingespart wird.

Die Fig. 12a-d zeigen in vier Ansichten einen Gegenstrom- Überschall-Einspritzer gemäß der Erfindung. Fig. 12a zeigt in einer Seitenansicht eine ein zige Treibstoffzuführleitung 38 und Einschnürung 42. Diese Ausführungsform hat einen dreidimensional konturierten Aus trittsschlitz 40, der eine Kombination aus Prandtl-Meyer- Expansion und Kompressionswellen erzeugt, um die gewünschte örtliche Druckanpassung und Treibstoffstrahlkontur zu er zeugen. Wie in Fig. 12a dargestellt, tritt der Treib stoff im Gegenstrom aus der Leitung 38 ein und läuft durch die Einschnürung 42 und den pro filierten Austrittsschlitz 40 in einen Luftstrom, der in der Richtung X strömt. Die Fig. 12b-d zeigen den Querschnitt durch das anströmseitige bzw. das abströmseitige Ende sowie eine Draufsicht. Die Fig. 12b und 12c zeigen, wie die Austritts öffnung dreidimensional konturiert ist, um die nach oben gerichtete Umlenkung des Treibstoffes in den Luftstrom zu er zeugen. Der Treibstoffstrahl wird durch Umlenken des ent gegenströmenden Treibstoffs nach außen mittels einer Kombination aus Prandtl-Meyer-Expansion und Kompressionswellen in der dreidimensional konturierten Düse erzeugt. Diese Aus führungsform ist für bestimmte Konstruktionen der Brenn kammer und des inneren Zubehörs für Überschalltriebwerke günstig, aber es ist zu erwarten, daß sie von den drei Ausführungs formen die geringste Leistung hat.

Im folgenden wird auf die Fig. 13a-d Bezug genommen, die typische Abmessungseinzelheiten der verschiedenen Treib stoff-Einspritzer-Ausführungsformen zeigen, die von Inter esse sind. Fig. 13a zeigt eine keilförmige Ausführungsform eines Profilschlitz-Einspritzers in Draufsicht. Die keilförmige Aus führung ist die einfachste Form des Profilschlitzes. Diese Ausbildung ermöglicht eine einfache Kon struktion und Herstellung. Diese Vorteile rühren hauptsäch lich von dem konstanten Oberflächen-Halbwinkel α her, der entlang der Seite des Einspritzers einen im wesentlichen konstanten Druck liefert. Der angepaßte Druckzustand wird somit mit einem festen Expansionsverhältnis ε und einer fe sten Einspritz-Machzahl erreicht (viele Einzelheiten wur den der Klarheit wegen in Fig. 13a-d weggelassen). Für die keilförmige Einspritzerausführung wird wie folgt ein Berechnungsvorgang empfohlen. Ermitteln der ge wünschten Eindringung für den Einspritzer. Veranschlagen der Treibstoff-Strömungsgeschwindigkeit, die notwendig ist, um das gewünschte Eindringen bei einem vorgegebenen Luft strom und vorgegebenen Treibstoffzuführbedingungen zu er zielen. Der Referenz-Einschnürungsquerschnitt wird dann berechnet:

A_t = m_fC*/gP_i

mit
m_f = Treibstoffströmungsgeschwindigkeit in g/sec
g = Erdbeschleunigung 980,66 cm/sec²
P_i = Einspritzzuführdruck in Pa
C* = (gRT_f/γ[2/(γ+1)] ⁽ ^γ ^+1)/( ^γ ^-1)1/2
T_f = Treibstoffzuführtemperatur in °C
γ = Verhältnis der spezifischen Wärmen.

Wenn der Einführungsquerschnitt bekannt ist, kann der Durchmesser einer äquivalenten kreisförmigen Einschnürung (D_j*) leicht errechnet werden. D_j* dient als Referenzabmes sung zum Beschreiben der verbleibenden Geometrie des Ein spritzers, auch wenn die Einschnürungen nicht kreisförmig sind. Der nächste Schritt ist das Auswählen des Halbwinkels α des anströmseitigen Endes. Wenn dieser Winkel größer als ungefähr 10° ist, kann eine Grenzschichttrennung auftreten, die zu einem extremen Aufheizen an der Vorderseite des Strahls führt. Diese Empfehlung stimmt überein mit der erwähnten Arbeit von Masyakin und Polyanskii. Wenn der Winkel zu klein wird (weniger als un gefähr 3°), wird der Einspritzer extrem lang, und die Viskose effekte können die Vorteile des Eindringens verringern. Mit dem gewählten Winkel (in der Fig. 13a 7,4°) wird der örtliche Druck errechnet. Da der keilförmige Einspritzer im wesentlichen einen konstanten Umgebungsdruck entlang seiner Länge aufweist, ist das Expansionsverhältnis ε ebenfalls im wesentlichen konstant. Bei diesem Beispiel beträgt der er forderliche Austrittsdruck 3,640·10⁵ Pa. Mit einem Zuführdruck von 103,420·10⁵ Pa beträgt das Expansionsverhältnis ε zum Herab senken des Druckes auf 3,640·10⁵ Pa ungefähr 3,6 : 1, was eine Machzahl von 2,83 ergibt. Der Austrittsquerschnitt wird dann aus der Formel

A_e = εA_t = ε π D_j*/4

ermittelt, da der keilförmige Austrittsquerschnitt L×W/2 ist. Das Lösen der geometrischen Gleichungen ergibt eine Länge von 4,67 D_j* und eine Breite von 1,21 D_j*.

Bei der zweiten Ausführungsform (Fig. 13c, Kaskade), tritt der Treibstoff aus einer Reihe von diskreten Einspritzöffnungen aus, die innerhalb einer stromlinienförmigen Kontur ange ordnet sind. Entsprechend den jeweiligen Randbedingungen kann diese Kontur keilförmig oder eine andere Form mit niederem Strömungswiderstand sein. Bei diesem Beispiel wird die in der Fig. 9b gezeigte Kontur verwendet. Der vorstehend beschriebene Vorgang wird modifiziert, um den variablen Austrittsdruck von vorne nach hinten berücksichtigen zu können. Dieser Vorgang führt zu einem Einspritzer mit einer Länge von 5,12 D_j* und einer Breite von 0,89 D_j*. Diese Kontur wird nur ungefähr die Hälfte des Strömungswiderstan des der keilförmigen Kontur erzeugen, da sie in der Breite stark reduziert ist. Die einzelnen Düsen liegen so nahe als möglich nebeneinander, wobei die Breite der Rippen 46 so klein als möglich ist, um die Strömungsverluste beim Vermi schen der Strahlen, wie in Fig. 14 gezeigt, zu reduzie ren. Die einzelnen Auslässe 40 sind in der Fig. 13c rechteckig dargestellt, angefangen mit einer Breite, die so eng ist, als es das Herstellverfahren erlaubt, mit dann zunehmender Breite in Anpassung an die gewünschte Kontur. Das Querschnittsverhältnis ε jeder Düse ist variiert, um den Treibstoff auf das örtliche Druck niveau (nachdem die Strahlen sich vermischt haben) zu expan dieren. Bei dem vorliegenden Beispiel werden die Einschnü rungslängen L_T auf dem gleichen Wert (L_T = 0,07 D_j*) gehalten mit Ausnahme der anströmseitigen Düsenein schnürung, die so konstruiert sein muß, daß sie dem vollen Stagnationsdruck entspricht. In diesem Beispiel L_T = 0,2 D_j* für die anströmseitige Düse. Die Verwendung der gleichen Einschnü rungslänge bei allen Düsen bis auf die anströmseitige Düse ermöglicht die Wiederholung der gleichen Düsenkontur, die bei unterschiedlichen Expansionsverhältnissen endet, wodurch die Herstellung verbilligt wird. Der Hauptvor teil ist die flache Tiefe der ersten Düsen, die zum abströmseitigen Ende hin zunehmend tiefer unter die Oberfläche reicht. Dies führt zu einer natürlich enger werdenden Zuführleitung nahe der Oberfläche. Eine enger werdende Verteilerleitung hat geringere Strömungsverluste und eine kompaktere Bauweise der Einspritzer zur Folge. An dere Konstruktionseigenschaften können ohne Abweichung von den Konzepten der Erfindung angewendet werden.

Alle vier Ausführungsformen des neuen Treibstoff-Einsprit zers gemäß Fig. 10, 11, 12 und 13 erzeugen ein er höhtes Treibstoffeindringen in den Überschall-Luftstrom, eine schnellere Vermischung von Treibstoff und Luft und schnellere nachfolgende Verbrennung des Treibstoffes und eine Verminderung der Triebwerkstoßverluste, verglichen mit den bekannten Überschall- und sonischen Treibstoffeinspritzern, eine Verringerung der Wärme verluste der Verbrennungskammer oder an den Verstrebungs wänden, und eine kompaktere Unterbringung.

Das primäre Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erzeu gung einer stromlinienförmigen Treibstoffstrahlfahne zur Reduzierung des Strömungswiderstandes und Erhöhung ihres Eindringvermögens in den Luftstrom. Die bis hierher geführte Diskussion hat sich mit der Form der Fahne beschäftigt, wie sie anfänglich aus der Rohrwand austritt. Die Fig. 15a-c zeigen in der Draufsicht, im Schnitt und in An sicht vom abströmseitigen Ende her die Strömungsform eines Über schall-Treibstoffstrahls, der an einem Einspritzer gemäß der vorliegenden Erfindung emittiert wird. Fig. 15a zeigt einen Schnitt durch die Treibstoffstrahlfahne in einem ge wissen Abstand zur Wand. Da der Treibstoff von der Wand wegströmt, wird die Vorderkante der Fahne, welche dem Luftstrom ausgesetzt ist, abgestumpft und zerfranst. Die abgestumpfte Form der Führungskante nimmt zu, wenn der Druck an der Grenzfläche 48 zwischen Luft und Treibstoff steigt. Der hohe Druck an der Vorderkante der Strahlfahne wird auf den Rest der Strahlfahne mittels einer inneren mittleren Stoßwelle 54 übertragen, wie dies in der Fig. 15b dargestellt ist, die einen Schnitt längs der Mittelebene der Strahlfahne zeigt. Der Treibstoff, der durch die innere Stoßfront 54 hindurchtritt, wird teilweise in die Strömungsrichtung (X) abgelenkt. Der Treibstoff zwischen der inneren Stoßfront 54 und der Grenzfläche 48 expandiert dann infolge seines hohen Druckes nach außen, wo er dann, wie in der Fig. 15a gezeigt, nach unten entlang der Seiten des immer noch mit Überschallgeschwindigkeit strömenden Kerns der Strahlfahne entlang streicht.

Der anströmende Luftstrom reagiert mit der Treibstoffahne gemäß der Form, zu der sie verformt wurde. Die Fahnenform nä hert sich einer pfeilförmig abgestumpften Flosse. Trotz der Abstumpfung (d. h. der wirksame Radius steigt mit dem stei genden Abstand zur Wand) führen der kleine mittlere Radius und der signifikante Neigungswinkel (ungefähr 45°) immer noch zu einem merklich geringeren Strömungswiderstand als bei dem Stand der Technik. In der Luft wird eine Stoßwelle ausge bildet, wenn diese sich der "flossenähnlichen" Treibstof fahne nähert. Dieses Stoßsystem ist in Fig. 15a und 15b als äußere Stoßfront 22 bezeichnet. Der Druckanstieg in der Luft, die durch diese äußere Stoßfront 22 strömt, muß sich an den Druckanstieg in dem Treibstoff anpassen, der durch die innere Stoßfront 54 strömt. Der Winkel Φ, den die Grenzfläche 48 zur Leitungswand einnimmt, ist durch diese Druckanpas sungsanforderung und durch das Impulsströmungsverhältnis zwischen dem eingespritzen Treibstoff und den Luftströmen bestimmt. Die Impulsströmung eines Stroms wird mit ρu² (herkömmlicherweise das 2fache des dynamischen Druckes) ausgedrückt. Das Verhältnis J der Impulsströmung von Treib stoff zu Luftstrom ist somit definiert durch:

J = [ρ_j (u_jsin Θ_j)²] / [ρ_a u_a²]

mit:
u_j = Geschwindigkeit des Treibstoffes
u_a = Geschwindigkeit der Luft
ρ_j = Treibstoffdichte
ρ_a = Luftdichte
Θ_j = Treibstoffstrahl-Einspritzwinkel

Je höher das Impulsströmungsverhältnis J ist, um so mehr nähert sich der Winkel Φ der Grenzfläche 48 an den Treib stoffstrahl-Einspritzwinkel Θ_j. Wenn J = 1,0 ist und Θ_j = 90° ist, kann gezeigt werden, daß der Grenzflächenwinkel Φ ungefähr 45° ist. Die inneren und äußeren Stöße 54 und 22 werden etwas von dem Winkel der Grenzfläche infolge des An steigens des Radius der Führungskante abweichen.

Das Eindringen des Treibstoffes kann geometrisch aus dem Weg des Innenstoßes 54 ermittelt werden. Wenn dieser Stoß das fernerliegende Ende der Treibstoffahne erreicht, hat er den gesamten Treibstoff "verarbeitet". Obwohl der Treib stoff immer noch eine vertikale Geschwindigkeit aufweist, nachdem er durch den inneren Stoß verarbeitet worden ist, wird er durch den nach unten gerichteten Luftstrom mit ho hem Druck des äußeren Stoßes 22 schnell stromab umgelenkt werden. Diese Analyse gibt die Voraussage, daß das Eindrin gen nur etwas mehr als die Länge des Einspritzers betragen wird (wenn J = 1,0, Θ_j = 90°).

Für sich genommen würde die vorstehende Diskussion zu der Annahme führen, daß die maximale Eindringung mit möglichst großer Einspritzerlänge (X-Richtung) erzielt werden könnten. Die Begrenzung bei der vorstehenden Diskussion liegt darin, daß angenommen wird, daß die viskose Mi schungszone nicht die Mitte des Strahlkerns erreicht hat. Fig. 15c zeigt einen Querschnitt durch die Strahlfahne in der Nähe des fernerliegenden Endes des Einspritzers. Inner halb der Fahne können vier diskrete Strömungsbereiche iden tifiziert werden. In der Mitte befindet sich der nicht vis kose Kern 56. Die Kernströmung erfolgt mit Überschall geschwindigkeit, wobei ihr Geschwindigkeitsvektor nicht durch die Anwesenheit der äußeren Strömungszonen (die rechtwinke lig zur Wand verlaufen) beeinflußt wird. Der Kern ist von Treibstoff 52 umgeben, der den inneren Stoß passiert hat und vom Luftstrom zu den Außenseiten des Kerns abge lenkt worden ist. Dieser Treibstoff bewegt sich im wesent lichen in Richtung der Luft (90° zum Kern). Eine viskose Treibstoff/Treibstoff-Mischungszone 55 entwickelt sich zwi schen dem Treibstoffstrom 52 und dem Treibstoffkern 56. An der Außenseite der Treibstoffahne entwickelt sich eine Treibstoff /Luft-Mischungszone 50 (das letztendliche Ziel des Treibstoff-Einspritzers). Diese Mischungszonen breiten sich in Richtung der Ströme aus (werden dicker). Der Ausbreitungswinkel wird von den Strömungsparametern abhängen, ist jedoch typischerweise ungefähr 6°. Bis die innere Mischungszone 55 die Mittellinie erreicht, bleibt die Kerngeschwindigkeit entlang der Mittellinie unverän dert. Wenn die innere Mischungszone 55 die Mitte des Kerns erreicht, bevor der Kern den inneren Stoß passiert hat, wird der Kernimpuls verringert, wodurch das Eindringen für eine vorgegebene Einspritzerlänge reduziert wird, wodurch der Vorteil des geringen Einspritzer-Halbwinkels α beeinträch tigt wird. Das Strömungsfeld am fernerliegenden Ende wird ebenfalls durch den niederen Druck der Nachlaufzone 58 hin ter dem Strahl beeinflußt (Fig. 15a). Die verschiedenen in den Fig. 15a und 15b gezeigten schrägen Linien 60 reprä sentieren einen Expansionsbereich, in welchem der Treib stoffstrahl eine Expansion in Richtung auf den Nachström bereich erfährt.

Obwohl die Überschall-Treibstoffahne 62 von der in den Fig. 15a-c gezeigten besonderen Form abweichen kann, bei spielsweise wenn sie durch die Kaskaden- oder die Gegenstrom- Ausführung erzeugt wird, ist diese schematische Darstellung re präsentativ für alle Ausführungsformen der Strahlfahne. Beispielsweise kann die Strahlfahne abhängig von der Ge schwindigkeit des Luftstromes, der am Einspritzer vorbei strömt, dem Druck hinter der Strahlfahne, etc. in Y-Rich tung sich weiter erstrecken als in der Fig. 15c darge stellt, oder in Z-Richtung weiter als in der Fig. 15a ge zeigt ist. Die Form der Überschall-Treibstoffahne 62 kann auch durch den Abstand zwischen benachbarten Treib stoffeinspritzern beeinflußt werden. Dichter beabstandete Treibstoffeinspritzer, die bei zahlreichen Verbrennungskam merformen üblich sind, können bewirken, daß die Treibstoffahnen durch ihre äußeren Stoßfronten interagieren, während Treibstoffeinspritzer, die durch einen ausreichend großen Spalt voneinander getrennt sind, individuelle Hyper schall-Treibstoffahnen 62 erzeugen, die wahrscheinlich nicht wesentlich miteinander reagieren. Der op timale Abstand sollte selbstverständlich so vorgesehen sein, daß eine optimale Brennkammerlänge und ein optimales Brenn kammergewicht erreicht werden. Bei allen Beispielen wird die Mischlücke bei den verbesserten Einspritzern geringer sein als bei den Einspritzern gemäß dem Stand der Technik, was zu einer größeren Anzahl an Einspritzstellen für die gleiche Ein dringanforderung führt, wodurch konsequenterweise die Ver brennungskammerlänge verringert wird und daher das Gesamt gewicht des Triebwerks verringert werden kann, wie dies in der Fig. 1 gezeigt wird.

Fig. 16 zeigt in schematischer Darstellung den Vergleich eines sonischen Treibstoffeinspritzers mit einem Überschall- Treibstoffeinspritzer gemäß der Erfindung. Die Figur vergleicht überlagert das Eindringen, welches durch dieses Verfahren bei einem keilförmigen Einspritzer 36 erzielt wird, mit dem eines einzelnen sonischen Treibstoffeinspritzers 36′. Die Luftströmungsbedingungen sind in der Beschriftung angegeben. Die erste und zweite Treibstoff-Strahlungskeule 18 und 20 der mit Schall geschwindigkeit eingespritzen Treibstoffahne sind mit einer Mach′schen Scheibe D dargestellt. Wie aus der Fig. 16 zu ersehen ist, ist das Eindringmaß in der Y-Richtung (der Luftstrom verläuft in der X-Richtung) für den sonischen Ein spritzer etwa gleich 3,25 D_* _j. Im Gegensatz hierzu hat die Treibstoffahne des keilförmigen Einspritzers, im Quer schnitt mit 64 repräsentiert, ein relatives Eindringmaß in der Y-Richtung von ungefähr 5,2 D_* _j, was ein besonders vor teilhafter Eindringgrad ist. Das Eindringen kann bei dem keilförmigen Einspritzer zwischen ungefähr 4,5 D_* _j bis zu 6,5 D_* _j in Abhängigkeit von der detaillierten Konstruktion variieren. Was mit Bezug auf die Fig. 16 wichtig an zumerken ist, ist die relative Verbesserung beim Eindringmaß des Überschall-Treibstoffstrahls bezogen auf den einzigen sonischen Treibstoffstrahl. Der Grad der zu erwartenden Erhö hung kann erheblich sein, im Bereich von ungefähr 50% bis zu mehr als 100% Verbesserung gegenüber dem einzelnen sonischen Strahl. Die Verbesserung beim Eindringen liegt auch über der des kreisförmigen Überschall-Strahls gemäß dem Stand der Technik, wie vorstehend diskutiert, und über den sonischen Mehrfach strahlen, die axial zum Luftstrom angeordnet sind.

Fig. 16 zeigt auch die relativ konturierte Form des Über schall-Treibstoffstrahls, der von den Einspritzern gemäß der Erfindung erzeugt wird, verglichen mit der des Profils des sonischen Treibstoffstrahls. Diese konturierte Form erlaubt es dem Überschall-Treibstoffstrahl, viel wei ter in den Luftstrom einzudringen, was ein Ergebnis der örtlichen Druckanpassung ist. Die Beschriftung gibt an, daß die Machzahl des Luftstroms unmittelbar vor dem Treibstoffstrahl ungefähr 5, der absolute Druck 1,827·10⁵ Pa und der dynamische Druck q_a 20,477·10⁵ Pa ist. Das Im pulsverhältnis J ist in der Fig. 16 1,0. J liegt vorzugs weise im Bereich von 0,5 bis ungefähr 2,0. Ein niedriger Wert für J (unter 0,5) führt zu dem unerwünschten Zustand, daß der dynamische Druck des Luftstromes größer als der örtliche dynamische Druck des Treibstoffstrahls ist, was bewirkt, daß der Treibstoffstrahl 64 weniger eindringt, als der in der Fig. 16 gezeigte, während ein Wert größer als 1,0 für J zu einer größeren Eindringung als in der Fig. 16 gezeigt führt, jedoch einen höheren Treibstoffeinspritz druck erfordert und stärkere Stöße im Luftstrom erzeugt.

In den vorstehenden Diskussionen wurde die Konstruktions annäherung diskutiert, die zu dem optimalen Triebwerkswir kungsgrad an einem einzigen Punkt führen würde. Bei diesen Bedingungen, die als "Konstruktionspunkt" bezeichnet wer den, erfüllt der Einspritzer alle Anforderungen für den Treibstoffstrom und das Eindringen und die Bedingung der Druckanpassung. Wenn das Triebwerk nur in diesem Zustand betrieben werden soll, wäre die Konstruktionsarbeit beendet. Bei den meisten Anwendungen muß das Triebwerk je doch über einen Bereich von Flugzuständen arbeiten. Wenn das Triebwerk abseits vom Konstruktionspunkt arbeitet, wird dies im allgemeinen als "konstruktiv nicht vorgesehener" Betriebsbereich bezeichnet. Während dem konstruktiv nicht vorgesehenen Betrieb können sich der Treibstoffstrom und die Eindringanforderungen auf unverträgliche Weise ändern, wodurch der Wirkungsgrad verschlechtert wird. In den meisten Systemen dieser Art laufen die Wirkungsgradver schlechterungen langsam, wenn anfänglich eine Entfernung vom Konstruktionspunkt auftritt. Die Geschwindigkeit der Verschlechterung steigt um so mehr, je weiter das Triebwerk vom Konstruktionspunkt entfernt betrieben wird. Beim Zuführen von Einspritztreibstoff durch zwei oder mehr Verteilungs leitungen kann der Konstrukteur zwei oder mehr Konstruk tionspunkte erzeugen. Die Fig. 17 zeigt diese Wirkung mit den Modi A, B und C, die drei unterschiedliche Betriebsmodi repräsentieren, welche mehrere Einspritzzuführ-Verteilungs leitungen verwenden können. Der mittlere Wirkungsgrad bei Einzelzufuhreinspritzen wird, verglichen mit der Ausfüh rungsform mit Mehrfachzuführung, verringert.

Die Fig. 18 und 19 zeigen alternative Ausführungsformen der Kaskaden- und Profilschlitz-Treibstoffein spritzer, bei denen jeweils eine Mehrfach-Treibstoffein spritzung verwendet wird. Fig. 18 zeigt einen Einspritzer körper 36 mit einer Oberfläche 44, die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dem Luftstrom ausgesetzt ist. Bei der in der Fig. 18 gezeigten Ausführungsform sind jedoch zwei Treibstoffleitungen 38a und 38b ge zeigt. Dies erzeugt eine Situation, bei der eine Gruppe von Austrittsschlitzen 40a aus einer Leitung 38a und eine andere Gruppe von Treibstoffaustrittsschlitzen 40b über eine Leitung 38b den Treibstoff erhält. Diese Ausfüh rungsform erlaubt eine Optimierung des Triebwerkswirkungs grades durch Hinzufügen einer zusätzlichen Variablen. Bei spielsweise wird bei höheren Flugmachzahlen weniger Treib stoff für die Verbrennung benötigt. Die reduzierte Treib stoffstromanforderung kann durch Speisen lediglich der anström seitigen Verteilerleitung mit einem höheren Druck er zielt werden. Die wirksame Einspritzerlänge ist kürzer, aber der höhere Zuführdruck (höheres J) hält die Treib stoffeindringung auf dem erforderlichen Wert, ohne Treib stoff zu verschwenden. Die optimale Anzahl der gewählten Modi oder Stufen für das Treibstoffeinspritzen wird durch den Kompromiß zwischen dem Gewinn an Wirkungsgrad und Erhöhung des Triebwerksgewichtes infolge der zusätzli chen Ventile und Verteilungsleitungen bestimmt. Drei Stufen können die praktische Grenze repräsentieren, aber mehrere Stufen können möglich sein, da die hier beanspruchten Ein spritzer nicht auf das Einspritzen in drei Modi begrenzt sind.

Fig. 19 zeigt eine alternative Ausführungsform des Ein spritzers mit Profilschlitz, wobei zwei Zuführleitungen 38a und 38b dargestellt sind, wobei der Treib stoff durch zwei Einschnürungen 42a und 42b und zwei Aus gangsöffnungen 40a und 40b strömt. Wie bei der in der Fig. 18 gezeigten Ausführungsform ist diese Ausführungsform le diglich repräsentativ für einen Einspritzer mit a, b, . . ., n separaten Treibstoffeingangsöffnungen 38 und a, b, . . ., n profilierten Auslaßschlitzen 40. Bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß Fig. 19 sind ähnliche Abhängigkeiten vorhanden, wie bei der alternativen Kaskaden-Ausfüh rungsform gemäß Fig. 18 erwähnt.

Die Materialien, die für die hier beschriebenen Treib stoffeinspritzer verwendet werden, sind im allgemeinen me tallisch, aber es können auch alle Konstruktionsmaterialien verwendet werden, die für Hochtemperaturbetrieb geeignet wären. Beispiele sind Legierungen aus Rhenium und Molybdän.

Claims

1. Treibstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Treibstoff in einen Überschall-Luftstrom, mit einem Luft strömungskanal mit einer Kanalwandung und mit vorgegebener Luftströmungsrichtung, und mit einer in der Kanalwandung bündig mit deren Oberfläche (44) angeordneten Einspritz öffnung (40), die an eine Treibstoffzuführleitung (38) an geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb der Kanalwandung eine langgestreckte, im we sentlichen parallel zur Luftströmungsrichtung (X) angeordnete Austrittskammer vorgesehen ist, die an die Treibstoffzuführleitung (38) angeschlossen ist;
daß die Einspritzöffnung (40) die Austrittskammer mit dem Luftströmungskanal verbindet und eine langgestreckte Form hat, die mit ihrer Längsachse im wesentlichen parallel zur Luftströmungsrichtung ausgerichtet ist, und
daß die Breite der Einspritzöffnung (40), quer zur Luftströmungsrichtung (X) gemessen, in Luftströmungsrichtung (X) zunimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Einspritzöffnung (40) gemäß einer stromlinienförmigen Kontur zunimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge gekennzeichnet, daß die Tiefe der Einspritzöffnung (40) zwischen der Austrittskammer und der Oberfläche (44) der Kanalwandung, in Luftströmungsrichtung (X) zunimmt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnung (40) die Form einer durchgehenden schlitzförmigen Öffnung hat.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnung (40) durch Querstege (46) in eine Reihe von Einzelöffnungen (47) unterteilt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzöffnung (40) oder jede Einzelöffnung (47) eine düsenartige Einschnürung (42) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelöffnungen (47) die Form von rechteckigen Querschlitzen aufweisen, die durch Stege (46) voneinander getrennt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schlitzöffnung (40) bzw. der Einzelöffnungen (47) an dem vom Luftstrom zuerst angeströmten Ende der Einspritzöffnung auf Null zurückgeht.