-
Antriebsvorrichtung eines Luftfahrzeuges Die Erfindung bezieht sich
auf eine Antriebsanlage eines Luftfahrzeuges, welche mindestens einen Brennkraftdruckgasierzeuger
umfaßt, dessen Druckgase einen Verbraucher, vorzugsweise eine Turbine, speisen,
die ihrerseits eine Propellerschraube antreibt. Insbesondere kommt die Erfindung
bei Antriebsanlagen dieser Art- für solche Flugzeuge in Frage, die dazu bestimmt
sind, in großen Höhen zu fliegen, so daß es bei ihnen erforderlich ist, die Drehzahl
der Propellerschraube an die Fluggeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Flughöhe
anzupassen.
-
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei Verwendung
eines Druckgaserzeugers mit Freiflugkolben das Verdichtungsverhältnis der gesamten
Verdichteranlage in Abhängigkeit von der Flughöhe, vorzugsweise selbsttätig, regelbar
ist. Zweckmäßig wird diese Regelung derart vor-' genommen, daß die von dem Druckgaserzeuger
gespeiste Verbrauchsmaschine ein im wesentlichen gleichbleibendes Verhältnis zwischen
der Fluggeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit der Propellerschraube sichert.
.
-
Die Erfindung erschöpft sich nicht in dem vorstehend genannten ' Hauptgedanken,
sondern erstreckt sich noch auf weitere Einrichtungen, die vorzugsweise zugleich
mit dem Hauptgedanken der Erfindung angewendet werden. Gemäß einer dieser weiteren
Einrichtungen besteht die Verdichteranlage aus einem zu dem eigentlichen Brennkraftdruckgaserzeuger
gehörenden Verdichterteil mit von der Flughöhe im wesentlichen unabhängigen Verdichtungsverhältnis
und einem vorzugsweise dem genannten Verdichterteil vorgeschalteten Hilfsverdichter,
dessen Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von der-Flughöhe derart regelbar ist,
daß der Förderdruck des Hilfsverdichters mindestens in einem bestimmten Höhenbereich
gleichbleibt.
-
Zum Antrieb des Hilfsverdichters, der vorzugsweise ein umlaufender
Verdichter ist, `dient -zweckmäßigerweise eine Hilfsturbine, die . von den Abgasen
der die Propellerschraube antreibenden Hauptturbine gespeist
wird.
Dabei ist die Anordnung derart ge= troffen, daß sich die Treibgase in der Hauptturbine
immer auf einen gleichbleibenden Druck entspannen, so daß sie sich in der Hilfsturbine
von diesem gleichbleibenden Auslaßdruck .der Hauptturbine auf den mit der Flughöhe
veränderlichen Außendruck entspannen können. Der Auslaßdruck der Hauptturbine wird
hierbei zweckmäßigerweise derart gewählt, daß das Verhältnis zwischen diesem Auslaßdruck
und dem äußeren Druck immer etwa gleich dem Verdichtungsverhältnis in dem Hilfsverdichter
ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird in die Druck- oder
Treibgase hinter dem Motorzylinder des Treibgaserzeugers, gegebenenfalls erst in
die durch die Treibgase angetriebene Turbine selbst, eine zusätzliche, veränderliche
Brennstoffmenge eingeführt. Durch diese Brennstoffmenge, die in dem Treibgas verbrennt,
läßt sich die in den Treibgasen steckende Leistung regeln. Hierbei empfiehlt es
sich, eine in Abhängigkeit von ,der Temperatur der Treibgase vorzugsweise selbsttätig
arbeitende Steuervorrichtung vorzusehen, mit deren Hilfe die Menge des zusätzlich
in die Treibgase eingespritzten Brennstoffes begrenzbar oder regelbar ist, derart,
daß die Temperatur der Treibgase immer noch mit einem guten Arbeiten der durch die
Treibgase gespeisten Anlage vereinbar bleibt.
-
Die Erfindung-ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. i in Ansicht von vorn, mit teilweise fortgebrochenen Teilen,
ein mit einer Antriebsanlage gemäß der Erfindung ausgerüstetes Flugzeug.
-
Fig. z ist ein Schaubild zur Erläuterung des Verständnisses der Erfindung.
-
Fig. 3 stellt eine erfindungsgemäß ausgebildete Antriebsanlage für
die Propellerschraube eines Flugzeuges für sich herausgezeichnet,, teils in Ansicht,
teils im Schnitt, dar.
-
Fig q. ist eine Darstellung einer abgüänderten, erfindungsgemäß ausgebildeten
Antriebsanlage der Propellerschraube eines Flugzeuges.
-
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antriebsanlage eines
Flugzeuges, während. die Fig.6 und 7 Regelungsvorrichtungen für die Leistung der
Antriebsanlage für sich herausgezeichnet darstellen.
-
Bei den in der Zeichnung - dargestellten Ausführungsformen handelt
es sich um die Ausbildung der Antriebsanlage zum Antrieb der Propellerschraube 2
eines Luftfahrzeuges i, von dem angenommen sei, daß es in großen Höhen fliegen soll.
Diese Propellerschraube wird durch eine Maschine angetrieben, die ihrerseits mit
Druck- oder Treibgasen gespeist wird. Die Antriebsmaschine besteht vorzugsweise
aus einer Treibgasturbine 3. Zur Erzeugung.der Treibgase für die Turbine dient mindestens
ein Brennkrafttreibgaserzeuger, dessen Leistung ;in Abhängigkeit von der Flughöhe
vorzugsweise selbsttätig regelbar ist. Diese Regelung geschieht- beispielsweise
dadurch, daß der Verdichterteil des Treibgaserzeugers durch einen Vorverdichter
gespeist wird, dessen Verdichtungsverhältnis regelbar -ist. Der Treibgaserzeuger
selbst ist- zweckmäßigerweise ein Flugkolbentreibgaserzeuger derjenigen Bauart,
gemäß der die ganze in dem Verdichterteil des Treibgaserzeugers verdichtete Druckluft
oder wenigstens ein Teil derselben durch den Mötorzylinder des Treibgaserzeugers
als Spül- und Ladeluft hindurchgeschickt wird, ehe ,sie zu der von den Treibgasen
gespeisten Turbine gelangt.
-
Ein Treibgaserzeuger dieser Art ist in den Fig. i und 5 beispielsweise
dargestellt. Gemäß diesen Figurenarbeiten in einem Brennkraftzylinder q. zwei Br
ennkraftkolben 51 und 52, die mit zwei Verdichterkolben 61 Lind 62 verbunden sind.
Diese Kolben verdichten Druckluft in Zylindern 7' und 72.
-
Der Verdichterteil des in Fig, i dargestellten -Treibgaserzeugers
ist doppelt wirkend. Die Zylinder 71 und 72 sind mit Einlaßventilen 8 und Druckventilen
9 versehen, während in den Kolben 61, 62 Durchgangsventile io angebracht sind, mit
deren Hilfe die auf der Außenseite der Kolben verdichtete Luft in den auf der Innenseite
der Kolben gelegenen -Raum übertreten kann. Die in den Verdichterzylindern verdichtete
Druckluft gelangt in einen den Brennkraftzylinder 4 dicht umgebenden Behälter ii,
der als Spül- und Ladeluftbehälter dient. In der Wand des Brennkraftzylinders q.
sind Einlaßöffnungen 1a und Auslaßöffnungen 13 angebracht, die von den Brennkraftkolben
in der Nähe ihres äußeren Totpunktes freigegeben werden.: Die Auslaßöffnungen 13
münden, in, einen Sammelbehälter 14-Zur Speisung ein und derselben Turbine
3 können selbstverständlich mehrere Treibgaserzeuger dienen. Gemäß Fig. i sind zwei
solcher Treibgaserzeuger vorgesehen. Diese sind zu beiden Seiten des Flugzeugrumpfes
in den Tragflächen des Flugzeuges angebracht. Selbstverständlich können die Treibgaserzeuger
auch an einem, anderen Ort untergebracht werden, wenn dies aus räumlichen Gründen
oder aus Gründen der Zentrierung des Flugzeuges günstig erscheint. Jeder Treibgaserzeuger
ist an die Turbine 3 durch eine Treibgasleitung 15 angeschlossen, die vorzugsweise
mit
einem elastischen Zwischenstück 16 versehen ist, welches zum Ausgleich der Wärmedehnungen
dient..
-
Gemäß der Erfindung wird die Leistung der zum Antrieb. der Propellerschraube
2 dienenden Anlage derart geregelt, daß man in allen Flughöhen einen sehr günstigen
Wirkungsgrad für die Propellerschraube erhält.
-
Bekanntlich hängt der Wirkungsgrad einer Propellerschraube einzig
und allein von dem Verhältnis der Fluggeschwindigkeit v des Flug zeuges zu der Umfang
sgeschwindigkeit nD der Luftschraube ab (ya = Tourenzahl, D =
Durchmesser
der Propelferschraube). Andererseits ist das Verhältnis
durch die Gleichung gegeben
In dieser Gleichung ist k ein für eine bestimmte Luftschraube gültiger charakteristi=
scher Koeffizient des Flugzeuges, während Cw der Widerstandskoeffizient des Flugzeuges
ist.
-
Aus der vorstehenden Gleichung ist ersichtlich, daß das Verhältnis
und somit der Wirkungsgrad der Propellerschraube nur dann genau gleichbleiben können,
wenn der Wert Cw selbst -gleichbleibt. Es läßt sich ferner bei Berücksichtigung
der bekannten Beziehungen, die für die Tragschraube und das Tragflächenwerk gelten,
ohne weiteres zeigen, daß, wenn Cw konstant bleibt, die der Propellerschraube zugeführte
Leistung ebenfalls gleichbleiben muß.
-
Das in Fig. a enthaltene Schaubild gibt die Beziehungen an, die zwischen
den Werten Cw,
und dem Wirkungsgrad R der Luftschraube bestehen. In dem oberen Teil des Schaubildes
(oberhalb der Achse 0-I) ist eine Polare P - dargestellt, deren Abszissen,
den Werten von Cw und deren Ordinaten den Werten von Ca (Koeffizient des
Auftriebs), entsprechen.
-
Unterhalb der Achse- 0-I sind zwei Kurven B und
B' angegeben, von denen jede für die gleiche Luftschraube, aber für verschiedene
Flugzeuge den Wert
in Abhängigkeit von den Größen von ,Cw, als Abszissen angibt. Die Ordinaten der
Kurven B und BI nehmen von oben nach unten zu.
-
Die Kurve C schließlich zeigt die Werte von R in Abhängigkeit von
an. Die Ordinaten
der Kurve C stimmen mit den Ordinaten der Kurden B und. BI überein, während die
Abszissen der Kurve C, welche auf der Achse-0'-1' angegeben-sind, von rechts nach
links zunehmen.
-
Es ' sei zuerst beispielshalber der übliche Fall eines Flugzeuges
betrachtet, bei dem sich aus den Betriebsbedingungen die Notwendigkeit ergibt, daß
das Verhältnis zwischen der größten und kleinsten Geschwindigkeit in der Größenordnung
von 4. : i liegt: In diesem Fall besteht zwischen dem zu der größten Geschwindigkeit
gehörenden Auftriebskoeffizienten imd dem größten Wert, den dieser Auftriebskoeffizient
auf der Polare des betreflenden Flugzeuges haben kann, ein Verhältnis gleich i :
16. Daraus fölgt, daß der Wert von Ca, der beim Flug mit größter Gesch-,vindigkeit
Anwendung findet, im allgemeinen gering ist; so daß diesem Wert von Ca ein Wert
von Cw entspricht, der dem Geringstwert von Czu nahe kommt.
-
In dem Schaubild der Fig. _ ist der vorstehend betrachtete Fall durch
die Punkte i" und il, bestimmt. Der Punkt i" gibt die Werte Czo und Ca an., die
für den Flug n iit größter Geschwindigkeit in der Nähe des Bodens gelten, während
der Punkt il, die entsprechenden Werte,für den Flug in ziemlich bedeutender Höhe,
beispielsweise in einer Höhe von io ooo in, angibt.
-
Aus der Kurve B, die zu einem dem betrachteten Fall entsprechenden
Flugzeug gehört, ist ersichtlich,, daß bei geringfügigen und sich in der Nähe des
kleinsten Wertes von Cw bewegenden Änderungen des genannten Koeffizienten die Werte
nur in geringfügigere Maße abnehmen, sa daß auch. infolgedessen die Änderungen `des
Wirkungsgrades R _ geringfügig sind und sich in der unmittelbaren Nähe des größten
Wertes der Kurve C.' halten. Infolgedessen kann also in dem betrachteten Fall der
Einfluß der Änderungen von Czu auf den Wirkungsgrad praktisch vernachlässigt
werden.
-
Gemäß der Erfindung wird nun in dem betrachteten Fall, der der praktisch
wichtigste Fall ist" der Wirkungsgrad der. Propellerschraube, die von einer mit
dem Treibgaserzeuger nicht mechanisch gekuppelten Antriebsmaschine- angetrieben
wird, bei Änderung der Flughöhe dadurch praktisch gleichbleibend gehalten, daß die
Leistung der Antriebsmaschine der Propellerschraube gleichbleibend gehalten wird,
indem in entsprechender Weise auf den Treibgaserzeuger, der die Antriebsmaschine
speist, eingewirkt wird.
-
Was nun die Treibgaserzeuger reit Flugkolben anbelangt,. so hängt
bekanntlich der Druck der Treibgase bei einer bestimmten Menge von in den Motorzylinder
eingespritztem
Brennstoff von dem Speisedruck, des Treibgaserzeugers
ab. Andererseits hängt die Hubzahl des Treibgaserzeugers ' von dem Treibgasdruck
ab, dessen Höhe seinerseits, wie gesägt, durch den Speisedruck bestimmt ist. Die
der Antriebsmaschine (Turbine 3) gelieferte Leistung, welche das Ergebnis aus dem
Druck und, der Menge des Treibgases ist, hängt also ausschließlich von dem Speisedruck
des Treibgaserzeugers ab. -Eine erste Ausführungsform der Regelungsvorrichtung gemäß
der Erfindung, die den vorstehenden Betrachtungen entspricht, ist in Fig. 3 veranschaulicht.
In dieser Figur sind die beiden Treibgaserzeuger der Fig. i beispielsweise durch
einen einzigen Treibgaserzeuger G dargestellt.
-
Um die Leistung gleichbleibend zu- halten, die der Turbine 3, welche
die Propellerschraube 2 über ein Untersetzunggsgetriebe 20 antreibt, zugeführt wird,
wird bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Menge und das Entspannungsverhältnis
der Treibgase in der Turbine 3 gleichbleibend gehalten. Zu diesem Zweck werden die
Verdichterräume des Treibgaserzeugers G durch einen Vorverdichfer 17 gespeist; der
Luft vom äußeren Druck ansaugt und diese Luft bis auf einen gleichbleibenden Druck
verdichtet. Die so verdichtete Luft gelangt durch eine Leitung 2i in einen Sammelbehälter
21' und von dort in den Treibgaserzeuger G.
-
Der Vorverdichter 17 wird durch eine Hilfsturbine 18 angetrieben,
die in Reihe mit der Hauptturbine 3 hinter dieser angeordnet ist. In -der Hilfsturbine
i8 entspannen sich die mit gleichbleibendem Auslaßdruck aus der Hauptturbine 3 austretenden
Motorgase bis zu dem äußeren Druck, welch letzterer um so geringer wird, je größer
die Flughöhe ist.
-
Es empfiehlt sich, zwischen dem Druckabfall in der Turbine 18 und
dem Verdichtungsverhältnis in dem Verdichter 17 ein bestimmtes gegenseitiges Verhältnis
zu wahren. Bei Verdichtern und Turbinen mit gutem Wirkürigsgradkann dieses. Verhältnis
etwa gleich i gewählt -werden. Hierbei ist darauf hinzuweisen, daß die aus dem Wirkungsgrad
der beiden Maschinen Tierrührenden Verluste fast vollständig durch den Energieüberschuß
ausgeglichen werden, den die durch die Hilfsturbine 18 hindurchgebenden Treibgase
gegenüber der durch den Hilfsverdichter 17 hindurchgehenden reinen Luftmasse haben
und der darauf beruht, daß die Luftmasse kälter ist als die Treibgrimasse.
-
Der Hilfsverdichter 17 kann an sich eine beliebige Bauart haben. Zweckmäßigerweise
wird jedoch ein umlaufender Verdichter angewendet. Ein solcher Verdichter hat den
Vorteil, daß durch Erhöhung der Drehzahl der Hilfsturbine 18, die den Hilfsverdichter
antreibt, der Druck und die Menge der von dem Hilfsverdichter gelieferten und den
Treibgä,serzeuger G speisenden Luft selbsttätig bei Änderung der Flughöhe gleichbleibend
gehalten werden können.
-
Mit den genannten Regelungsmitteln können also auch die Leistung der
ganzen Antriebsanlage des Luftfahrzeuges und somit auch der Wirkungsgrad der Propellerschraube
bei jeder Höhe im wesentlichen gleichbleibend gehalten werden. Es ist hierbei nur
darauf zu achten, daß auch die Wirkungsgrade der Turbinen tind des Hilfsverdichters
ständig wenigstens annähernd-gleichbleibend gehalten werden.
-
Um letzteres zu erreichen, werden zweckmäßigerweise die Schaufeln
der Antriebsturbine 3, welche ständig mit etwa gleichbleibendem Druckabfall arbeitet,
derart ausgebildet, daß die geringe Änderung des Funktionswinkels, die mit der Vergrößerung
der Drehgeschwindigkeit des Propellers bei steigender Flughöhe verbunden ist, den
Wirkungsgrad.der Turbinen nur wenig beeinflußt. Man wählt also für die - Schaufeln
der Turbine Winkel und Querschnitte, die nur wenig von den Änderungen der Geschwindigkeit
beeinflußt werden.
-
Was die Wirkungsgrade der Turbine 18 und des Verdichters 17 anbelangt,
so bleiben diese befriedigend, weil bei ihnen die Änderungen der Drehzahl mit einer
Änderung der Druckverhältnisse zusammenfallen.
-
Was die räumliche Anordnung der genannten Teile zueinander anbelangt,
so empfiehlt es sich, den Hilfsverdichter 17 derart anzuordnen, daß seine Saugseite
der Turbine zugewandt ist. Bei einer solchen Anordnung kann das aus den Turbinen
3 und 18 und dem Verdichter 17 bestehende Ganze im Innern einer stromlinienförmigen
Umhüllung angebraclYt werden, wie dies in Fig. 3 bei ig angedeutet ist.
-
Eine abgeänderte Ausführungsform ist in Fig. q. dargestellt. Bei dieser
Ausführungsform wird der Hilfsverdichter 17 durch eine Hilfsturbine 18'. angetrieben,
die parallel zu der Hauptturbine 3 'geschaltet ist. In diesem Fälle müssen die für
die Geschwindigkeit und die Leistung der Turbine i8' maßgebenden Größen in Abhängigkeit
von der Flughöhe verändert werden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß die
Menge des Treibgases, das der Turbine 18' zufließt, in Abhängigkeit von der Flughöhe
gesteuert wird. Hierzu dient gemäß Fig. q. eine Klappe 23, die, von einer
unter' dem äußeren atmosphärischen Druck stehenden barometrischen Kapse122 verstellt
wird und im Innern der Speiseleitung 24 der Hilfsturbine i8' angeordnet ist.
Gemäß
einer anderen in Fig. 5 veranschaulichten Ausführungsform wird der Hilfsverdichter
17 durch die Turbine 3 selbst mechanisch angetrieben. Bei der Ausführungsform nach
Fig. 5 ist außerdem angenommen, daß der Freiflugkolbengaserzeuger G nur eine Verdichtungsstufe
aufweist. Im übrigen werden die Verdichterzylinder 71 und 7'. über eine Leitung
2i und einen Sammelbehälter 2i' ebenso von dem Vorverdichter 17 gespeist, wie bei
den im vorstehenden behandelten Ausführungsformen.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 müssen bestimmte Regelglieder
für den Förderdruck des Hilfsverdichters 17 vorzugsweise selbsttätig gesteuert werden:
Denn die Drehgeschwindigkeit der Turbine 3 nimmt mit steigender Flughöhe nicht genügend
zu, um den-Hilfsverdichter so rasch anzutreiben, daß der Förderdruck des Hilfsverdichters
gleich bleibt.
-
Eine besonders zweckmäßige qEinrichtung zur Steuerung des Förderdruckes
des Hilfsverdichters 17 ist in.Fig. 6 dargestellt. Gemäß dieser Figur ist
eine Steuervorrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe die Speiseleitung 21 der Verdichterzylinder
des Treibgaserzeugers G finit der einen oder mit der anderen der aufeinanderfolgenden
Druckstufen des Hilfsverdichters 17 in Verbindung gesetzt werden kann. Die genannte
Steuervorrichtung, besteht beispielsweise aus mehreren Kurzschlußleitungen z51 bis
254, die durch einen Schieber 26 gesteuert werden.
-
'Dieser Schieber 26 wird vorzugsweise selbsttätig in Abhängigkeit
von der Flughöhe verstellt. Hierzu dient beispielsweise eine Barometerkapsel
27, die der Wirkung des atmosphärischen Druckes ausgesetzt ist. Ferner ist
eine Rückführfeder 28 vorgesehen, die das Bestreben hat, immer niedrigere
Druckstufen kurzzuschließen, je höher der Atmosphärendruck ist, d. h. also je geringer
die Flughöhe-ist.
-
Zweckmäßigerweise wird dafür gesorgt, daß der Verdichter 17 iii der
j enigen Flughöhe, die die im praktischen Betriebe am häufigsten vorkommende Flughöhe
ist, seinen. besten Wirkungsgrad hat, und daß der Wirkungsgrad vom Boden bis zu
der genannten Flughöhe zunimmt.
-
Es ist ohne weiteres klar, daß es mit Hilfe der beschriebenen Maßnahmen
möglich ist, den Speisedruck des Treibgaserzeügers und die von der Turbine 3, an
die Luftschraube übermiftelte Energie, bis zu einer bestimmten Flughöhe wenigstens
annähernd gleichbleibend zu halten.
-
In dem vorstehend behandelten Fall werden die charakteristischen Größen
der Turbine 3 gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorzugsweise derart
gewählt, daß die Turbine ihren besten Wirkungsgrad in der am häufigsten vorkommenden
Flughöhe und . somit bei der am häufigsten vorkommenden Geschwindigkeit hät, so
daß die Turbine bei dieser Flughöhe das Höchstmaß an Antriebsleistung auf den Verdichter
17 - übertragen kann.
-
Bei niedrigeren Flughöhen kann dann eine bestimmte Zahl von Niederdruckstufen
der Turbine kurzgeschlossen werden, ähnlich wie das schon im vorstehenden mit Hinblick
auf den Hilfsverdichter 17 angegeben- worden- ist. Es ist aber auch angngig, daß
sich das Antriebsmedium in allen Stufen der Turbine ausdehnt, deren Zahl, wenn sie
auch überflüssig groß ist, dem Wirkungsgrad nicht schadet, selbst wenn das Entspannungsverhältnis
abnimmt. -Schließlich kann nlan auch die in die Turbine eingelassene Treibgasmenge
unterhalb der am häufigsten vorkommenden Flughöhe vermindern.
-
Bisher ist der am häufigsten vorkommende Fall betrachtet worden, gemäß
dem das Luftfahrzeug derart ausgebildet ist, daß der Wirkungsgrad seines Propellers
im wesentlichen gleich bleibt, wenn die Antriebsleitung des Propellers ebenfalls.gleichbleibend
gehaltenwird, was dadurch erreicht wird, daß der Speisedruck des oder der Treibgaserzeuger
gleichbleibend gehalten wird. Unter diesen Bedingungen braucht die Menge des in
den Treibgaserzeugern verbrannten Brennstoffes nicht geändert zu werden, vbenn die
Temperatur der Speiseluft der Treibgaserzeuger gleichbleibt. Dieses Ergebnis läßt
sich praktisch bei Verwendung von Verdichtern mit gutem Wirkungsgrad bis zu einer
bestimmten Flughöhe erreichen, und zwar ist diese Flughöhe diejenige Höhe, unterhalb
der die Außentemperatur mit steigender Höhe schnell abnimmt. Unter diesen Umständen
wird nämlich die Verringerung der Außentemperatur durch die Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses
in dem Hilfsverdichter 17 oder, genauer gesagt, durch Erhöhung der Verdichtungswärme
in dem -Verdichter ausgeglichen.
-
Oberhalb der -genannten Flughöhe ändert sich jedoch die Außentemperatur
nur noch . wenig, so daß die Temperatur der durch den Hilfsverdichter 17 verdichteten
Luft gleichzeitig mit der-Zunahme des Verdichtungsverhältnisses zunimmt.
-
Den nachteiligen Einfluß, den die Zunahme der Temperatur der vorverdichteten
-Luft haben würde, kann inan dadurch ausgleichen, daß man die vorverdichtete Luft
von der genannten kritischen Flughöhe an in einem Kühler kühlt, um auf diese Weise
nicht nui den Druck der Speiseluft des Treibgaserzeugers
oder der
Treibgaserzeuger, sondern auch die Temperatur dieser Luft gleichbleibend zu halten.
Ein noch einfacheres Hilfsmittel besteht jedoch darin, die vorverdichtete Luft in
den oder die Treibgaserzeuger mit einer Temperatur eintreten zu lassen, die von
der genannten kritischen Flughöhe ab mit weiter steigender Höhe- zunimmt und den
Leistungsverlost, der sich aus der Verringerung der Luftmasse ergibt, welche durch
den Treibgaserzeuger strömt, durch eine entsprechende Erhöhung der einzuspritzenden
Brennstoffmenge auszugleichen.
-
Im allgemeinen sind, `wie gesagt; die Flugmaschinen derart -ausgebildet,
daß zwischen ihrer größten und kleinsten Geschwindigkeit ein -Verhältnis von etwa
4. : i besteht. Dies führt,. wie dies ebenfalls dargelegt worden ist, dazu, daß
bei den größten Geschwindigkeiten Anstellwinkel benutzt werden, bei denen der Widerstandskoeffizient
Cw sich. nur wenig mit der Flughöhe ändert. Es gibt jedoch auch Fälle, in denen
der Abstand zwischen der größten und kleinsten Fluggeschwindigkeit durch andere
Mittel, beispielsweise durch Apftriebsklappen, erzielt wird. Ferner kann es auch
vorkommen, daß besondere Betriebsbedingungen des Flugzeuges einen geringeren Abstand
zwischen der größten und kleinsten Geschwindigkeit möglich machen. Solche Betriebsbedingungen
liegen beispielsweise darin vor, wenn das Luftfahrzeug, -wie dies beitransatlantischen
Luftfahrzeugen der Fall ist, erst nach einer wesentlichen Gewichtsverminderung landet.
-
In solchen Fällen kann das Flugzeug derart ausgebildet werden, daß
es bei der hauptsächlich vorkommenden Geschwindigkeit Anstellwinkel benutzt, die
dem mittleren Teil der Polaren .entsprechen. Dieser letztgenannte Fall ist in- F--g.
a durch die Punkte i'" und i'It gekennzeichnet, wobei i', dem Flug in der
Nähe des Bodens und i'i, dem Flug in verhältnismäßig hoher Höhe entspricht.
-
Aus dem Schaubild der Fig. 2 ist ersichtlich, daß sich der Koeffizient
Cw in diesem Fall erheblich finit der Höhe ändert. ' Jedoch ergibt sich aus der
Kurve B', die sich auf ein Flugzeug mit verhältnismäßig geringerem Abstand zwischen
seiner größten und kleinsten Geschwindigkeit bezieht, daß der Wirkungsgrad des Propellers
in der Nähe seines größten, Wertes selbst dann nur ,geringe Veränderungen erfährt,
auch wenn Cw-Änderungen in der Größenordnung von 3b bis ao0/fl erfährt. Jedoch kann
bei derartigen Änderungen von Cw die Antriebsleistung nicht gleichbleiben, sondern
muß mit der Flughöhe nach einem bestimmten Gesetz zunehmen.
-
Um jedoch den Wirkungsgrad der Propelleranlage des. Flugzeuges. gleichbleibend
zu halten, würde es nicht genügen, wenn nur der Speisedruck der Freiflugkolbentreibgaserzeuger
mit der Flughöhe zunähme. Denn die größte Leistung der Treibgaserzeuger ergibt sich
bei einem ganz bestimmten Speisedruck, bei dessen Überschreitung die Leistung der
Treibgaserzeuger nicht weiter zunimmt, so-ndern im Gegenteil wieder abnimmt. Man
könnte allerdings - die Treibgaserzeuger bei niedrigeren Flughöhen- mit eineng verhältnismäßig
niedrigen Speisedruck speisen, der weit . unterhalb des Speisedrucks liegt, der
die größte Leistung des Treibgaserzeugers bewirkt, so- daß ein-Spielraum zur Steigerung
des Speisedrucks zur Verfügung steht. .Diese Lösung hätte jedoch den Machteil, daß
man gezwungen wäre, die Treibgaserzeuger überzubeniessen, was zu einer Verschlechterung
des Verhältnisses Leistung :- Maschineri,gewicht führen würde. Um in dem in Rede
stehenden Fall eine Leistungszunahme finit der Flughöhe zu erzielen, empfiehlt es
sich, ebenso wie dies schon oben für den Fall hoher Flughöhen vorgeschlagen worden
ist, eine zusätzliche Brennstoffmenge, deren Größe von der Flughöhe abhängt, in
die aus deni Treibgaserzeuger und der 'Furbine bestehende Anlage einzuspritzen.
In dieseln Fall wird jedoch durch diese Brennstoffeinspritzung iui Gegensatz zu
dein oben behandelten Fall die in der Turbine 3 verwertbare Antriebsleistung nicht
bei steigender Höhe gleichbleibend- gehalten, sonderli_die Leistung nimmt mit steigender
Höhe zu. Zur Steuerung der zusätzlichen Brennstoffmenge dient vorzugsweise eine
selbsttätige Steuervorrichtung, z. 13. eine barometrische Kapsel 3a, von der noch
weiter unten die Rede sein wird.
-
Wenn der Treibgaserzeuger in dein letztgenannten Fall ebenso wie in
den oben behandelten Ausführungsbeispielen ein Treibgaserzeuger mit unter Druck
stehender.Spülung ist, -so enthalten die Treibgase stets einen erheblichen Spüliuftüberschuß
und somit eine erhebliche Menge nicht gebundenen Sauerstoffes. Infolgedessen kann
die zusätzliche Brennstoffmenge- unmittelbar in das unter Druck stehende Treibgas
eingespritzt werden.
-
Die Einspritzung der zusätzlichen Brennstoffmenge erfolgt zweckmäßigerweise
ununterbrochen. Hierzu dient z. B. eine Pumpe 30 (s. Fig. 5 und 7), die von einer
Druckluftquelle iai betrieben werden kann. Die Hs,upteinspritzung des Brennstoffes
in den Motorzylinder geschieht zweclcmäßigerweise durch eine andere Pumpe, z. B.
durch die-Pumpe zog (s. Fig. 5), die mittels eines Nockens 103
von einem der
Flugkolben aus angetrieben wird.
-
Die zusätzliche, vorzugsweise selbsttätig in Abhängigkeit von der
Flughöhe gesteuerte
Brennstoffeinspritzung kann entweder unmittelbar
in die Turbine 3, beispielsweise zwischen zwei Entspannungsstufen der Turbine, oder
in die Treibgasleitung- zwischen dem Brennkraftzylinder q. und der Turbine 3 oder
nacheinander oder gleichzeitig in den Brennkraftzylinder 4 und in die Turbine 3
oder in den Brennkraftzylinder q. und in die Treibgasleitung vorgenommen werden.
Bis zu einer bestirninten Flughöhe kann es genügen, wenn dein 'Zylinder 4 eine entsprechend
der Flughöhe steigende Brennstoffmenge zugeführt wird, während erst oberhalb einer
'bestirninten Flughöhe zusätzlich auch noch eine Einspritzung von Brennstoff in
das. Treibgas hinter dem Motorzylinder vorgenommen wird. Schließlich kann- auch
die zusätzliche Breiinstoffinenge gleichzeitig in die Turbine 3 und in die Treibgasleitung
zwischen dem Brennkraftzylinder 4. und der Turbine 3 eingespritzt werden, wie dies
in Fig. 5 dargestellt ist. -Es sei darauf hingewiesen, daß die zusätzliche Brennstoffeinspritzung
in das Treibgas hinter dein Brennkraftzylinder q: in großen Flughöhen mit einem
voll befriedigenden Wirkungsgrad geschieht, und zwar liegt dies daran, daß das Entspannungsverhältnis
der Treibgase in der Turbine mit der Flughöhe zunimmt.
-
Durch die vorstehend beschriebene Einspritzung von zusätzlichem Brennstoff
wird unter anderem der Vorteil erreicht, daß die Leistung der gesamten Antriebsanlage
erhöht wird, ohne daß diese überbemessen zu werden braucht. Ferner führt die zusätzliche
Brennstoffeinspritzung auch die Möglichkeit herbei, die Leistung der Anlage bei
jeder Flughöhe und sogar auch auf dem Boden beim Starten zeitweilig zu erhöhen.
Allerdings tritt hierbei der Übelstand auf, daß die Temperatur der '1`reibgase uni
so mehr zunimmt, je größer die zusätzlich eingespritzte Drennstoff.-menge ist. ,
.
-
Wenn es sich um eine starke zeitweilige Erhöhung der Leistung, insbesondere
beim Starten, handelt, wobei diese zeitweilige Leistungserhöhung durch Einspritzung
einer zusätzlichen Brennstoffmenge in das. Treibgas oder durch Erhöhung ides Treibgasdruckes
herbeigeführt werden kann, empfiehlt es sich gemäß einer weiteren Ausbildung der
Erfindung, gleichzeitig auch eine Flüssigkeitsinenge; beispielsweise Wasser, einzuspritzen,
so daß die Verdampfungs- und überhitzüngswärme dieser Flüssigkeit die Temperatur
der Verbrennungsgase unter eine bestimmte Temperaturgrenze senkt, die noch mit der
guten Lebensdauer der Turbinen vereinbar ist.
-
Wie auch immer die- jeweils angewendete Ausfiihrungsform der Erfindung
sei, 'imrner ergibt sich eine solche Regelung der Leistung der aus. dein Treibgaserzeuger
und der Turbine bestehende-Antriebsanlage des Luftfährj zeuges, daß diesee'Leistung
dein in Abhängigkeit von der Flughöhe stehenden Gesetz folgt, welches der Propelleranlage
des Luftfahraeuges seinen besten Wirkungsgrad sichert.
-
Bei Anwendung der Erfindung ist es daher auch nicht notwendig, Luftschrauben
mit verstellbarein Anstellwinkel zu verwenden, sondern es können ohne weiteres Luftschrauben
finit einem festen °Anstellwinkel benutzt werden, was zu einer erheblichen Vereinfachung
führt.
-
.Im folgenden sind noch -weitere zusätzliche Einrichtuzzgen beschrieben,
die gegebenenfalls. auch für sich allein verwendbar sind. Gemäß einer dieser weiteren
Einrichtungen wird auf die zusätzliche, in Abhängigkeit von der Höhe in den Treibfasstrom
eingespritzten Brennstoffmenge eine Berichtigung ausgeübt, die in Ab hä ngigkeit
von der Temperatur der Treibgase steht. Diese Berichtigung arbeitet - in dem Sinne,
daß eine ,Zunahme der Temperatur der Treibgase zu einer Verringerung der zusätzlichen
Brennstoffmenge führt, so daß in der Antriebsanlage, insbesondere in der Turbine,
keine Temperaturen auftreten können,. die für die einwandfreie Wirkungsweise der
Anlage schädlich 'sind.
-
Ein Beispiel für-- die zuletzt genannte Einrichtung ist in Fig.7 dargestellt.
In Fig:7 ist mit ä9 das Steuerglied bezeichnet, von dessen Stellung die Fördermenge
der, die zusätzliche Brennstoffeinspritzung bewirkenden Pumpe So abhängt. Das Steuerglied
2g ist an einen Hebel 31 angelenkt. Auf diesen Hebel 31 wirkt einerseits eine barometrische
Kapsel 32 ein, die unter der Wirkung einer Feder j3 steht. Letztere ist bestrebt;
den Heb#e-1' 3r in demjenigen Sinne zu verschsvenken, bei dem die von der Pumpe
30 geförderte Brennstoff- -menge abnimmt, während gleichzeitig die Kapsel
zusammengedruckt wird, -was mit einer. Verringerung -,der Flughöhe gleichbedeutend
ist. Ferner wirkt auf den Hebel 31
ein Temperaturregler ein, der beispielsweise
aus einer thermostatischen Käpsel-3q. besteht. Diese Kapsel ist im Innern einer
Leitung 35 angeordnet, durch welche die Treibgase fließen. Die -Kapsel 34. stützt
sich beispielsweise mit ihrem einen Ende gegen die Wand der Leitutig.35, während
eine Riickfiihrfeder 36 bestrebt ist, den Hebel 31 -im Sinne steigender Brennstoffeinspritzungen
zu verschwenken, d. h. also im Sinne des in Fig. 7 eingezeichneten, mit einem' +-Zeichen
versehenen Pfeiles, während sich gleichzeitig die Kapsel 34. zusammenzieht.
-
Gemäß einer weiteren-- Ausbildung der Erfindung ist die Menge'des
zusätzlich eingespritzten Brenristolfes in Abhängigkeit von
der
Drehgeschwindigkeit der Turbine 3 und des von der Turbine angetriebenen Propellers
regelbar oder mindestens in -Abhängigkeit von der genannten Drehgeschwindigkeit
begrenzbar. Zu diesem Zweck wirkt ein durch die Turbine angetriebener Fliehkraftregler
37 auf das eine Ende eines Hebels 38 ein, dessen anderes Ende einen Anschlag darstellt,
der in der Lage ist, die Verstellbewegung des Hebels 31 zu begrenzen. ' Es empfiehlt
sich, die letztgenannte Regegeiung in Abhängigkeit von der Flughöhe zu berichtigen,
und zwar 'derart, daß die Grenzgeschwindigkeit der Propellerschraube mit .der Flughöhe
und somit auch mit der Zunahme der Menge des zusätzlich eingespritzten Brennstoffes
ebenfalls zunimmt. Um dies zu erreichen, hängt beispielsweise die Stellung des Punkts,
in welchem der Fliehkraftregler 37 an dein Hebel 38 yangelenkt ist, von dem äußeren
Atmosphärendruck ab.
-
Als Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 7 angegeben, daß der Fliefikraftregler
und der Hebel 38 über.einen Finger 39 Zusammenarbeiten, der unmittelbar unter -der
Wirkung des Fliehkraftreglers 37 steht und gleitbar in einer Kulisse qo des Hebels
38 angeordnet ist. Der Hebel 38 ist etwa in seiner Mitte an das eine Ende eines
Winkelhebels 41 angelenkt, dessen' anderes Ende mit der barometrischen Kapspl3a
zusammenarbeitet. Diese Zusammenarbeit geht derart vor sich, daß sich das Gelenk,
mit dein der Hebel 38 an dem Hebel 4.1 gelagert ist, dem Finger 39 bei steigender
Flughöhe nähert. Infolgedessen nimmt der Ausschlag desjenigen Endes des Hebels 38,
das den Änschlag bildet, bei steigender Flughöhe zu, so. daß auch die obere Grenze
für die Meiige des zusätzlich einzuspritzendenBrennstoffes zunimmt.
-
Gemäß einer weiteren in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform
kann auch der-Zeitpunkt der Einspritzung mit Bezug auf das Arbeitsspiel der Anlage
zugleich mit der Menge der Einspritzung- geändert werden. Letzteres kommt nur dann
in Frage, wenn die zusätzliche Einspritzung nicht, ununterbrochen, sondern absatzweise
vor sich geht.
-
Es sei nochmals darauf hingewiesen, - daß im' vorstehenden nur Ausführungsbeispiele
beschrieben sind, auf welche die Erfindung weder hinsichtlich ihrer, Anwendungsarten
noch hinsichtlich ihrer Ausführungsformen beschränkt ist. So können beispielsweise
die beschriebenen Mittel zur Änderung der Leistung einer Antriebsanlage .für Luftfahrzeuge,
die aus einem Treibgaserzeuger und einer Turbine besteht, auch in Abhängigkeit von
einem anderen Faktor als von der Flughöhe oder nach anderen Gesetzen, als sie im
vorstehenden beschrieben sind, geregelt werden. Auch können einzelne der vorstehend
beschriebenen Einrichtungen zur Veränderung der Leistung einer Antriebsanlage, die
aus mindestens einem Treibgaserzeuger und einer Turbine besteht, in solchen Fällen
benutzt werden, bei denen es sich nicht um den Antrieb eines Luftfahrzeuges handelt.
Dies gilt insbesondere von der zusätzlichen Einspritzung von Brennstoff in das Treibgas
und den verschiedenen Reglungsmitteln, die sich auf diese zusätzliche Brennstoffeinspritzung
beziehen.
-
Schließlich braucht das Treibgas nicht von einem Treibgaserzeuger
im eigentlichen Sinne geliefert zu werden, sondern es kann auch von einem gewöhnlichen
Brennkraftverdichter erzeugt werden, der reine #Drückluft liefert, die dann z: B.
durch einen Teil oder durch die Gesamtheit der aus dem Brennkraftzylinder des Verdichters
stammenden Gase vorgewärmt wird.