DE544834C - Rueckstossantriebsvorrichtung mit geschlossener Brennkammer - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
29. FEBRUAR 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46 d GRUPPE

Wilhelm Goldau in Duisburg-Meiderich

Rückstoßantriebsvorrichtung mit geschlossener Brennkammer

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Oktober 1930 ab

Rückdruckantriebsvorrichtungen, in welchen während der Fortbewegung der Staudruck in stets offenen Düsen zur Verdichtung von Gasladungen verwendet werden soll, können aus dem Grunde keine günstige Wirkung haben, weil hierbei nur ein schwingender Verdichtungszustand eintritt, bei welchem ein Ein- und Austreten der Luft in rascher Folge stattfindet. Dieser immerwährende Zustand vor der Staudüse bringt einen bedeutenden Arbeitsverlust infolge des DruckabfaEes mit sich. Dieser Nachteil soll durch die vorliegende Erfindung vermieden werden. Die Erfindung besteht darin, daß sowohl die Verdichtung des Gemisches als auch die Ausspülung der Verbrennungsgase absatzweise durch den bei der Fortbewegung entstehenden, durch eine von einem Kolbenventil gesteuerte Düse in die Brennkammer geleiteten Luftstrom erfolgt, und daß während der Zeit des Startens die Ausspülung durch die saugende Wirkung von in der Ausströmdüse sich entspannenden Gas- oder Dampfmengen herbeigeführt wird.

Der Verdichtungsdruck soll also dadurch entstehen, daß eine durch eine langgestreckte Brennkammer strömende Luftmenge, welche zugleich die ganze oder teilweise Spülluftmenge darstellt, durch den Abschluß des Auslaßventils auf einen höheren Druck plötzlich aufgestaut wird. Es entsteht somit ein verhältnismäßig hoher Druck im Auslaßteil und ein Unterdruck unter die Atmosphäre im Einlaßteil der Brennkammer. Die Folge des Unterdruckes im Emlaßteil ist ein verstärktes Nachströmen der Außenluft. Ist der höchste Druck in der Brennkammer erreicht, so wird der Einlaß geschlossen, und die eingeschlossene Luftmenge pendelt so lange hin und her, bis die Einzeldrücke und -temperaturen sich ausgeglichen haben. Der Endzustand der Ladung ergibt dann eine Verdichtungsenergie, welche annähernd der Beschleunigung des Ladungsgewichtes von der Geschwindigkeit Null auf die des Flugzeuges entspricht.

Die Verbrennung des Gemisches soll hierbei nach bekannter Weise bei geschlossenen Absperrventilen erfolgen. Um dem Flugzeug überhaupt die Möglichkeit des Aufsteigens zu geben, soll, da ja zu Anfang des Startes noch kein Staudruck vorhanden ist, für die gesamte Startzeit ein Dampf- oder Luftstrahl während der Öffnungszeit des Auslaßventils freigegeben werden, wodurch in der Brennkammer ein Unterdruck bzw. eine Saugwirkung entsteht.

Die Verdichtung des Gemisches ist zu Anfang des Startes also gleich Null und wächst dann mit zunehmender Fluggeschwindigkeit so lange, bis die vorgesehene Geschwindigkeit erreicht ist. Die erforderliche Dampfoder Luftmenge ist eine verhältnismäßig kleine, da der Start in wenigen Minuten beendet ist. Aus diesem Grunde fällt auch das Gewicht der Anlasseranlage, die aus einem Dampfkessel, einem Tank für flüssige Luft oder auch einer Verdichteranlage bestehen

kann, verhältnismäßig klein aus. Bei der Verwendung von flüssiger Luft müßte diese vorher einem Verdampfer zugepumpt werden, von wo sie bei ihrer völligen Entspannung in einer injektorartigen Düse mit Außenluft zu vermengen wäre, um zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades mit großer Menge und möglichst kleinem Druck in der Ausströmdüse zu wirken. Da das verwendete Mittel ίο vor der Entspannung in dem Kolbenventil erwärmt wird, wird eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt.

Es wird also zur Erzeugung der Schubkraft kein ständiger, sondern ein unterbrochener Gasstrahl verwandt. Um einen möglichst gleichmäßigen Rückdruck zu erhalten, ist die Anzahl der Brennkammern so groß zu wählen, daß zwischen den einzelnen Ausströmungen keule Schließungszeit irgendeines Auslaßventils vorkommt. Die infolge der plötzlichen Öffnung des Auslasses entstehenden harten Stöße werden dadurch abgeschwächt, daß das zurückweichende Kolbenventil in seiner Endlage auf eine Feder oder auf einen Glycerinpuffer trifft. Die Übertragung sämtlicher Reaktionskräfte erfolgt also in einer annähernd stoßfreien und unmittelbaren Weise auf die Kolbenventile, die in ihrer Endlage ein elastisches Widerlager haben. Zur Erläuterung der Beschreibung dienen die Abb. I bis IV. Und zwar stellt dar:

Abb. I den Schnitt durch eine Brennkammer,

Abb. II ein mit mehreren Rückdruckantriebsvorrichtungen ausgerüstetes Flugzeug, Abb. III die Anordnung einer Brennkammer in einer Tragfläche,

Abb. IV die Steuerungsvorrichtungen für die Brennkammer.

Bei der in Abb. I dargestellten Brennkammer bedeutet 1 einen aus gewalztem hochwertigem Baustoff hergestellten Mantel, an dessen Enden je ein gegossener Kammerkopf 2 und 3 mit den Steuerungsteilen befestigt ist. Innerhalb der Kammerköpfe befinden sich durch Rippen getragene Zylinder 4 mit Kühlwassermänteln 5. Das Kühlwasser wird an den Stellen 6 zu- und an den Stellen 7 abgeführt. Innerhalb der Zylinder 4 bewegen sich die mit Öl geschmierten Kolbenventile 8 und 9 mit den Kolbenventilstangen 10 und 11. Die Führung der Kolbenventilstangen erfolgt in einer Stopfbüchse 12 in der in den Kammerkopf eingegossenen Innenwand 13. Die Steuerung für den Einlaß ist nun folgende: Durch die Drehung des Einlaßnockens 14 führt der Winkelhebel 15, welcher mit einem Schenkelende an der Kolbenventilstange 11 angreift, die Freigabe des Einlaßquerschnittes herbei, indem das Kolbenventil 9 in der Abbildung nach links bewegt wird, wobei die Feder 16 zusammengedrückt wird. Der infolge der Saugwirkung durch Dampf oder Druckluft oder durch den Staudruck hervorgerufene Unterdruck in der Brennkammer ermöglicht jetzt eine Einströmung durch die in den Kammerkopf eingeschraubte Staudüse 17. Diese Staudüse kann auch gleichzeitig als Sitz für das Kolbenventil 9 beim Abschluß ausgebildet sein. Die Zuführung des unter hohem Druck stehenden Brennstoffes erfolgt derart, daß die Brennstoffleitung 18 zu dem Hohlraum 19 der Stopfbüchse 12 geleitet wird, von wo in der äußersten Offnungsstellung die Weiterleitung durch Schlitze 20 der durchbohrten Kolbenventilstange 11 zu dem Überdruckventil 21 stattfindet. Das Überdruckventil 21 lagert unter dem Druck der Feder 22 in der einschraubbaren Kolbenventilspitze 23 und verschließt während der übrigen.Zeit der Nockendrehung die Zerstäuberdüsen 24. Es ist wesentlich, daß das Überdruckventil 21 so kurz wie möglich vor den Zerstäuberdüsen 24 liegt, da sonst die in der Kolbenventilstange 11 ruhende Brennstoffmenge infolge der Saugwirkung durch die den geöffneten Auslaß verlassende Spülluftmenge mitgerissen würde.

Die Steuerungsvorgänge beim Auspuff sind denjenigen des Einlasses sehr ähnlich. Auch g₀ hier ist die Kolbenventilstange 10 durchbohrt. Hierbei wird jedoch der Stopfbüchsenhöhlung 25 das vorerwähnte Mittel zum Ansaugen der Frischluft während des Startes durch die Druckleitung 26 zugeführt. Ein besonderes Überdruck- oder Sicherheitsventil erübrigt sich hier, da die Mengen in den Hohlräumen ohne weiteres sich zu entspannen vermögen und die Absperrung durch die Schlitze 27 ja auch durch besondere, mit Nocken gesteuerte Absperrorgane frühzeitiger erfolgen kann. Der Auslaßnocken 29 zeigt bereits durch sein Profil an, daß der Auslaß nur kürzere Zeit, und zwar nur während des Verdichtungs- und Verbrennungsvorganges, geschlossen bleibt. In der restlichen Zeit kommt das zu verwendende Mittel an den Strahldüsen 28 zur Ausströmung. Die Übertragung der Reaktionskraft geht nun so vor sich: Das durch die Ventilfeder 30 auf seinen Sitz gedrückte Kolbenventil 8 öffnet sich nach stattgefundener Verbrennung im allgemeinen nicht selbsttätig. Es bedarf vielmehr eines leichten Anstoßes durch den Steuernocken 29. Sobald es sich jedoch um eine Kleinigkeit von seinem Sitz gehoben hat, rufen die sich entspannenden Gase durch das Vorbeiströmen an der Kolbenventilspitze eine Aktionswirkung hervor, die eine sofortige Rückwärtsbewegung des Kolbenventils 8 unter Zusammendrücken der verhältnismäßig schwachen Ventilfeder 30 bewirkt. Da diese Aktionskraft eine bedeutende

ist, geht das Kolbenventil 8 über den vorgesehenen Hub hinaus und überträgt den Anprall auf eine besonders starke Ausgleichsfeder 31. In diesem Augenblick ist der ganze Auslaßquerschnitt freigegeben, und die in der Auspuffdüse32 frei strömenden Gase übertragen jetzt ihre Reaktionskraft auf das Kolbenventil. Die Arbeit zur Rückwärtsbewegung des Kolbenventils wird also nicht der Steuerungswelle, sondern dem Arbeitsvermögen der ausströmenden Gase entnommen.

In der Abb. II ist die Ansicht eines Flugzeuges mit mehreren Rückdruckantriebsvorrichtungen dargestellt. Da die Vorrichtungen in die Tragflächen des Flugzeuges eingebaut sind, ist der Gesamtwiderstand geringer als bei den gewöhnlichen Flugzeugen. Außerdem vereinfacht sich der Aufbau wesentlich. Die Lage der Staudüsen ist mit 17, die der Auspuff düsen mit 32 bezeichnet. In der Mitte über dem Tragdeck befindet sich die an dieser Stelle zusammengezogene Kühleroberfläche 34 für das gesamte Kühlwasser.

In den Abb. III und IV ist im Schema der Einbau einer Rückdruckantriebsvorrichtung in die Tragfläche 3 5 eines Flugzeuges dargestellt. Die Einlaßnockenwelle 36 dreht sich entgegengesetzt zur Auslaßnockenwelle 33. Die Verbindung beider Wellenstränge erfolgt durch eine geteilte und durch eine verstellbare Kupplung 37 verbundene Zwischenwelle 38. Die Zwischenwelle 38 wiederum steht über eine Kupplungswelle 39 mit dem Steuerungsmotor 40 in Verbindung. Während die Verbindung zwischen Zwischenwelle 38 und Kupplungswelle 39 durch Stirnräder 41 erfolgt, ist die Zwischenwelle durch Schneckengetriebe 42 mit den Nockenwellen 33 und 36 verbunden. Da sich infolge dieser Anordnung die ganze Steuerungseinrichtung in Reichweite des Führers befindet, so ist eine gute Betriebsüberwachung gewährleistet.

Die Verwendung einer geteilten Zwischenwelle 38 mit einer Vorrichtung 37 zur Ver-Schiebung der Öffnungszeiten zwischen den Einlaß- und Auslaßventilen ermöglicht eine mehr oder weniger beschleunigtere Spülung infolge der saugenden Wirkung der ausströmenden Restgase, verbunden mit einer veränderlichen Entspannungsdauer. Ebenso ist hierdurch die Möglichkeit zur Regelung der Verbrennungszeit des Gemisches gegeben, wenn die Verbrennungszeit nicht durch eine entsprechende Anzahl von Zündern bestimmt werden soll. Während sich auf der Auslaßnockenwelle 33 die Verteilerscheiben 43 der Doppelzündung 44 und 45 befinden, trägt die Kupplungswelle 39 die Motorkupplung φ, die Brennstoffpumpe 47, die Kühlwasserpumpe 48 sowie den Zündlichtapparat 49.

Die Regelung des Gemisches während der Fahrt läßt sich so erreichen, daß' die Brennstoffkreiselpumpe 47, deren Umdrehungszahl nahezu unveränderlich bleiben soll, mit einem Drosselhahn 50 versehen wird. Der Brennstoff wird also infolge der Anordnung zunächst durch Einspritzung und hierauf infolge Durchwirbelung zerstäubt.

Ein schlingerfreier Rückstoß wird dadurch erreicht, daß zu gleicher Zeit die zu beiden Seiten des Flugzeugrumpfes 51 gleichliegenden Kammern gezündet werden. Besonders große Rückstoßkräfte treten zu Anfang des Startes auf, während nach Erreichung der Höchstgeschwindigkeit der Einfluß der einzelnen Stöße bedeutend geringer ist. Ein wirklich elastischer Vorgang der Stoßübertragung wird jedoch erst durch die eingangs erwähnten Ausgleichsfedern 31 erzielt.

Zur Verbindung der einzelnen Brennkammern können z. B. die Tragflächenholme 52 dienen. Zur Abstützung sind Auflagerböcke vorgesehen. Zur Verringerung des Luftwiderstandes dient die Verkleidung 54.

Bei Verwendung einer größeren Anzahl von Brennkammern innerhalb einer Antriebsvorrichtung würde man den Steuerungsmotor nebst Pumpen usw. in der Mitte der Kammerngruppe unterbringen. Es wäre auch eine Anordnung der Kammern in Sternform möglieh.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Rückstoßantriebsvorrichtung mit geschlossener Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Verdichtung des Gemisches als auch die Ausspülung der Verbrennungsgase absatzweise durch den bei der Fortbewegung entstehenden, durch eine von einem Kolbenventil gesteuerte Düse in die Brennkammer geleiteten Luftstrom erfolgt, und daß während der Zeit des Startens die Ausspülung durch die saugende Wirkung von in der Ausströmdüse sich entspannenden Gas- oder Dampfmengen herbeigeführt wird.
2. 2. Rückstoßantriebsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne Rückstoß auf ein mit einer Ventilfeder belastetes, den Brennkammerauslaß steuerndes Kolbenventil übertragen wird, wobei sich das Kolbenventil im Öffnungssinne über den von der Ventilsteuerung bestimmten Hub hinaus bewegen kann.
3. 3. Rückstoßantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ausströmdüse sich entspannende Mittel entweder einer Verdichteranlage mit Vorratsluftbehälter oder einem vor dem Start angeheizten feuerlosen Dampfkessel _# oder einem Behälter mit flüssiger Luft, nachdem diese unter Mi-
4. schung mit atmosphärischer Luft in einer Mischdüse entspannt ist, entnommen wird. 4. Rückstoßantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßnockenwelle mit der Auslaßnockenwelle über eine Verstellvorrichtung mit einer besonderen Steuerwellenantriebskraftmaschine in Verbindung stehen.
5. 5. Rückstoßantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer aus einem gewalzten, luft- oder wassergekühlten Mantel und aus je 'einem luft- und wassergekühltenKammerkopf sowohl für den Einlaß als auch für den Auslaß besteht, wobei mehrere nebeneinanderliegende Brennkammern blockartig verbunden sind.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen