DE767258C

DE767258C - Strahltriebwerk, insbesondere fuer Luftfahrzeuge

Info

Publication number: DE767258C
Application number: DEO24305D
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Pabst Von D Ohain
Original assignee: E H ERNST HEINKEL DR ING
Current assignee: E H ERNST HEINKEL DR ING
Priority date: 1939-09-12
Filing date: 1939-09-12
Publication date: 1952-05-23

Description

Strahltriebwerk, insbesondere für Luftfahrzeuge Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahltriebwerk, das insbesondere zum Antrieb von Luftfahrzeugen dient und aus einer Verdichteranlage, eines Verbrennungsanlage und einer Gasturbine besteht, wobei lediglich ein Teil der verdichteten Arbeitsluft durch die Turbine strömt.
Es. sind Strahltriebwerke bekannt, bei denen die Verdichteiranlage derart unterteilt ist, daß ein Teil der von einem Verdichter verdichteten Luft von einem zweiten Verdichter vor der Aufheizung auf noch höheren Druck gebracht wird. Entsprechend der Unterteilung der Verdichteranlage ist auch der Antrieb der Verdichter unterteilt, d. h. es sind mindestens zwei Brennkraftmaschinen, vorgesehen. Die bekannten Triebwerke dieser Art werden den Forderungen nach einem für Luftfahrzeuge geeigneten Triebwerk größter Einfachheit, bei geringstem Gewicht, einem geringen Luftwiderstand und einem verhältnismäßig guten Wirkungsgrad nicht gerecht. Nachteilig ist vor allem, daß die beiden Antriebsmaschinen, z. B. zwei Turbinen oder eine Turbine und eine Kolbenbrennkraftmasch,ine, einen entsprechend hohen Gewichts- und Raumaufwand und einen vergrößerten und umständlichen Aufwand für die Steuerung sowie für Luft- und Abgasleitungen des Triebwerkes bedingen. Die geschilderten Nachteile «-erden durch die vorliegende Erfindung beseitigt. Nach der Erfindung wird ein Strahltriebwerk vorgeschlagen, bei dem zwei mechanisch gekuppelte Verdichter vorgesehen sind. von denen d. -r eine. an den Einlaß des Strahltriebwerkes unmittelbar anschließende Verdichter vorzugsweise als axial durchströmtes Gebläse ausgebildet ist und die gesamte wirksame Arbeitsluft verdichtet und der zweite, an den ersten anschließende- Verdichter lediglich den Teil der Arbeitsluft weiter verdichtet, welcher durch dis beide Verdichter gemeinsam antreibend° Turbine strömt. Gemäß der weiteren Erfindung werden die Einzelmaschinen, in Strämungsriclittttig gesehen, in der Reihenfolge Gebläse, Verdichter, Verbrennungsanlag- und Turbine gleichachsig in zwei rolirfärmig,-n Ummantelungen angeordnet. von denen die eine. äußere Ummantelung. dein Gebläse, dem Verdichter. der Verbrennungsanlage und der Turbine g, mcinsam ist und von denen die innere Ummantelung vorzugsweise von dem Gehäuse des Verdichters, der Verbrennungsanlage und der Turbine gebildet wird.
Nach einer vorteilhaften Ausfii.hrungsforin «-erdc-it in der äußeren Ummantelung Mittel zur ntierschnittsänderung, insbesondere 'Mittel zur Veränderung des Austrittsquerschnittes vorgesehen. Zum Beispiel wird die äußere Ummantelung im Bereich des Auslasses finit .irrer veraelllrtren Austrittsdüse versehen.
Ferner ist .s zweckmäßig, die äußere U minantelung so auszubilden. daß sie, im Bereich des Auslasses einen Durchmischungsratim aufweist. in dem sich die aus der inneren Unimanteltnig austretenden .X1>gase der Turh.ine mit der nicht durch die Turbine sträniend.en Arbeitsluft vermischen.
Ergibt sich die Notwendigkeit, besonders wärmebeanspruchte Teile der Turbine, vorzugsweise die Turliinetiliescliaufelung, zu kühlen, so wird das Turbinengehäuse oder die innere Ummantelung oder beide mit Öfmingen #-ersch°n, durch die ein Teil der nicht durch die Turbine strömenden Arbeitsluft zu Kühlzwecken einströmen kann.
Damit die aus Verdichter, Verbrennungsanlage und Antriebsturbine bestehende Einrichtung im Innern der Ummantelung einen möglichst geringen Luftwiderstand aufweist, wird gemäil der weiteren Erfindung die Verhrennungsan@age ringförmig zwischen Verdichter und Antriebsturbine angeordnet.
Soll die Einrichtung nach der Erfindung als Flugzeugantrieb benutzt werden, so ist Beim Start eine hohe lJherlasti>arkeit erwünscht. Um diese zti erreichen, kann vorzugsweise in einem Gebiet hohen Drucks, etwa ini hinteren Teil der äußeren Ummantehui-, in der Umgebung der Brennkammer eine zusätzliche Verbrennungsanlage im Strahl des axial durchströmten Gebläses vorgesehen sein. durch die der Luftstrahl zusätzlich geheizt wird.
Die Bemessung der Strömungsquerschnitte der äußeren Ummantelung einschließlich der Querschnitte von Verdichter, Verhrennungsatilage und Turbine erfolgt zur Erzielung eines guten Wirkungsgrade: auch lief hohen Fluggeschwindigkeiten nach der Erfindung derartig, daß keine Überschallgeschwindigkeiten auf dem Wege des Strömungsmittels zwischen Ein- und Austritt auftreten. Zur Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit kann die äußere Ummantelung vor dem axial durchströmten Gebläse mit einer sich in Strömungsrichtung erweiternden Eintrittsdüse versehen sein.
Uni h°i dem vorgeschlagenen Strahltriebwerk eitle Leistungsregelung mit nahezu gleichbleibendem Wirkungsgrad durchführen zu können, sind erfindungsgemäß Mittel vorgeselifn. um die Leistungsaufnahme des axial durchströmten Gebläses unabhängig von der Drehzahl zu verändern.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform dieses Erfindungsgedankens werden Mittel vorgesehen, um die Beaufschlagung de- axial durchströmten Gebläses zu verändern. So kann beispielsweise das axial durchströmte Gebläse mit Leitschaufeln finit verstellbarem Anstellwinkel am Gebläseeintritt zur Änderung der Beaufschlagung versehen sein.
Gemäß der weiteren Erfindung können axial durchströmte Gebläse ttnd Verdichter derartig hintereinander angeordnet sein, daß die zentral gelegenen Teile der Austrittsleitflächen des axial durchströmten Gebläses gleichzeitig als Eintrittsleitflä chen für den Verdichter dienen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben .ich aus der folgenden Beschreibung und den Abbildungen.
In den AN>. I und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele für Strahltriebwerke nach der Erfindung dargestellt.
Ahi>. i -neigt im Längsschnitt ein Strahltriebwerk nach der Erfindung finit einem verstellbaren Lintrittsleitgitter vor dem axial durchströmten Gebläse.
Abh.2 zeigt eine ähnliche Anordnung, eh,#nfalls im Längsschnitt. mit einer verstellhareii Aus-rittsdüse ain hinteren Ende des Rohres.
llei der in Ahly. i dargestellten Einrichtung ist (las Triebwerk in einem nach der Mitte zu :ich erweiterndem Rohr i mit kreisförmig:ni Querschnitt untergebracht, das an seinem vorderen Ende ein. sich in -';,trömungsriclitung erweiternde Eintrittsdüse 2 und an seinem hinteren Ende eine sich in Strömungsrichtu.n:g verengende Austrittsdüse 3 aufweist. Das Triebwerk selbst besteht aus dem Gebläseläufer 4, dem Verdichter 5, der Brennkammer 6 und der Turbine 7, -die in dieser Rei.he,nfo,lge_ gleichachsig in dem, Rohr hi.ntereinanderfiegen. Der Gebläseläufer we li.st am Strömungseintritt . ein verstellbares Leitgitter 8 auf. Die einzelnen radial verlaufenden Schaufeln sind um eine radiale Achse drehbar und von der Nabe aus durch eine gemeinsame . Verstelleinrichtung 9 zu veT-stellen. Die Versteileinrichtung besteht im wesentlichen aus einem quer zur Zeichenebene schwenkbaren Hebel io, der über ein Zahnradgetriebe mit den Leitschaufeln des Eintrittsgitters 8 gekuppelt ist. Hinter denn Gebläseläuferd. liegt ein vorzugsweise festes Leitgitter i i . zur Herabsetzung des Dralles der von dem Gebläse geförderten Luft. Das vordere Ende 12 des Verdichtergehäuses ist bis zur Vorderkantes des Leitgitters i i geführt und kann zur Veränderung des. Verhältnisses der vom Verdichter aufgenommenen Luft zur gesamten vom axial durchströmten Gebläse geförderten Luft verstellbar, z. B. in axialer Richtung verschiebbar, ausgebildet sein. Der innerhalb des Verdichtergehäuses 12 liegende Teil .des Leitgitters ii dient gleichzeitig als Eintrittsleitgitter für die erste Verdichterstufe 13 des mehrsitufigen axial durchströmten Verdichters, 5. Die Leitgitter 8 und ii können auch zur Abstützung des Triebwerkes in dem Rohr mit herangezogen werden.
Zur Erzielung eines geeigneten Drehzahlunterschiedes zwischen dem axial.durchströmte.n Gebläse d und dein Verdichter 5 kann an dem Nabenteil 14 ein Untersetzungsgetr iebe für das axial durchströmte Gebläse vorgesehen sein. Zur Abstützung der aus Verdichter, Verbrennungsanlage und. Turbine bestehenden Einrichtung dient hauptsächlich der Lagerstern z5 mit windschnittig ausgebildeten, Armen. Das Turbinengehäuse weist ferner an seinem Umfang Öffnungen 16 auf, durch. die ein Teil der kalten Gebläsieluft auf die Turbinenschaufeln zur Kühlung der Turbine strömen kann. Durch das am hinteren Ende offene Turbinengehäuse können die Abgase frei abströmen und sich in der Austrittsdüse 3 gut mit der kühleren Gebläseluft vermischen. In der Umgebung der Brennkainmer is.t eine aus am Umfang des Rohreis verteilt angeordneten Brenndüsen 17 bestehende Verbrennungsanlage zur zusätzlichen Beheizung des Luftstrahles vorgesehen.
Die Wirkungswaise der Einrichtung ist aus der Abbildung ohne weiteres zu ersehen. Um mit der Einrichtung eine Leistungsregelung bei gleichbleibendem Wirkungsgrad: durchzufühlen, wird außer der Brennstoffzufuhr auch noch, das Verstellgitter 8 durch Verschwenken des Hebels io eingestellt.. Die Leistungsaufnahme des axial durchströmten Gebläses 4. ist von dem Anstellwinkel der Schaufel des Gitters 8 abhängig. Für die Leerlaufstellung des Triebwerkes sind die Schaufeln beispielsweise entgegen der Drehrichtung des Gebläses gegen die Blätter des Läufers eingestellt. Mit zunehmender Anstellung der Leitschaufeln kann in einem bestimmten Regelbereich die Leistungsaufnahme der Läufer vergrößert, mit abnehmender Anstellung verringert werden. Die obere Grenze für die Belastbarkeit der Einrichtung bilden einerseits die zulässige Höchstdrehzahl und andererseits die zulässige Höch.sttemperatur für die Verbrennungsgase der Antriebsturhi.ne. Eine weitere Steigerung des Standschubes kann durch die zusätzlichen Brenner i@ erfolgen. Im. Sparflug wird man zweckmäßig die zusätzlichen Brenndüsen' ausschalten und bei verringerter Brennstoffzufuhr das Gitter 8 weniger steil anstellen. Die Einrichtung arbeitet auch hier bei etwa gleichgehaltener Drehzahl m;it einem günstigen Wirkungsgrad. Das Verstellgitter kann auch in anderen Flugzuständen, insbesondere im Höhen- und Sturzflug benutzt werden. Im Höhenflug wird man es derartig einstellen, d'aß bei einer zulässigen Höchstdrehzahl und Höchsttermperatur der Austriusgase ein Höchstmaß an Leistung abgegeben wird. Bei umgekehrter Anstellung des Ve.rstellgitters 8 kann. die, Einrichtung auch als Sturzflugb.re-m'se benutzt werden.
Die Abh. 2 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie Abb. i, jedoch mit einem festen Leitgitter 18 am Eintritt des axial durchströmten Gebläses q.. Zur . Steuerung der Energieaufnahme des axial durchströmten Ge- bläses, dient hier eine am Ende des Rohres i vorgesehene, aus einzelnen Mantelabschnitten bestehende Verstelldüse i g. Durch ein in den Ösen 2o am hinteren Ende der Düse laufendes Drahtseil kann der Austrittsquerschnitt des Rohres in weiten Grenzen verändert werden. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist im übrigen ganz ähnlich derjenigen der Einrichtung nach Abb. i.
An Stelle eines verstellbaren Leitgitters oder einer verstellbaren Austrittsdüse können auch. beide Einrichtungen zusammen zur Unterstützung der Leistungsregelung vorgesehen sein. Man wird dann zweckmäßig beim Start zur Erzielung eines großen Staud:-schubes sowohl das Verstel.lgi.tte,r steil anstellen als auch der Austrittsdüse eine geeignete Öffnung geben. Im Sparflug bei gedrosselter Brennstoffzufuhr wird man jedoch zweckmäßig den Querschnitt der Austrittsdüse unverändert halten und zur Leistungsregelung mit gleichbleibendem Wirkungsgrad das verstellbare Leitgitter heranziehen.
Das erfindungsgemäße Strahltriebwerk zeichnet sich vor allem durch einen sehr geringen Luftwiderstand aus. Auch läßt es sich wegen seiner langgestreckten, tonnenförmigen Gestalt gut in Flugzeugrümpfen oder in oder an den Tragflächen von Flugzeugen unterbringest. So ergibt sich eine aerodynamische besonders günstige Verbindung von Triebwerk und Flügel, wenn das Rohr ganz oder teilweise nn Tragflächenquerschnitt liegt. wobei in bekannter A@-eise durch eine entsprechende Verkleidung ein allmählicher Lbergang zwischen Rohr und Tragfläche gebildet werden kann. Eine Störung der Druckseite ist hier in bekannter Weise weniger schädlich als eine: solche auf der Saugseite. Man wird das Triebwerk also bevorzugt so mit dem Tragflügel verbinden, daß es vorzugsweise auf der Unterseite über die Tragfläche hervorsteht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Strahltriebwerk, bestehend aus einer Verdicht°ranlage, einer Verbrennungsanlage und einer Gasturbine, bei welchem lediglich ein Teil der verdichteten Arbeitsluft durch die Turbine strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichteranlage aus zwei mechanisch gekuppelten Verdichtern (4. j) besteht, von denen der eine. an den Einlaß (2) des Strahltriebwerkes unmittelbar anschließende Verdichter (q.) vorzugsweise als axial durchströmtes Gebläse ausgebildet ist und die gesamte wirksame Arbeitsluft verdichtet und der zweite, all den ersten anschließende Verdichter (5) lediglich den Teil der Arbeitsluft verdichtet, welcher durch die beide Verdichter gemeinsam antreibende Turhine- (;) strömt.
2. Strahltriebwerk nach ,Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelmaschinell, in Strömungsrichtung gesehen, in der Reihenfolge Gebläse (.4), Verdichter (;), Verbrennungsanlage (6) und Turbine (7) gleichachsig in zwei rohrförmigen Ummantelungen angeordnet sind, von denen die eine, äußere Ummantelung (i). dem Gebläse (.l), dein Verdichter (3), der @-erbrennungsanlage (6) und der Turbine (7) gemeinsam ist und von denen die innere Ummantelung vorzugsweise voll dem Gehäuse des Verdichters (5), der Verbrennungsanlage (6) und der Turbine (7) gebildet wird.
3. Strahltriebwerk nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekenlizeichnet, daß die äußerc Uminantelting 0 ) Mittel zur Querschnittsänderung, insbesondere Mittel zur Veränderung des Austrittsquerschnittes aufweist. Strahltriebwerk nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet. daß die äußere Ummantelung (i) im Bereich des Auslasses mit einer verstellbaren Austritrtsdüse (ig) versehen ist. ä. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche i bis .a., dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Ummantelung (i) im Bereich des Auslasses (3) einen Durchmischungsraum aufweist, in dem sich die aus der inneren Ummantelung austretenden Abgase der Turbine (7) finit der nicht durch die Turbine strömenden Arbeitsluft vermischen. 6. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinengehäuse oder die innere Ummantelung oder Turbinengehäuse und innere Ummantelung Oftnungen (16) aufweisen, durch die ein Teil der nicht durch die Turbine (7) strömenden Arbeitsluft in die Turbine zur Kühlung der besonders wärmebeanspruchten Teile derselben. vorzugsweise der Turbinenbeschaufelung, einströmen kann. 7. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet. daß die Verbrennungsanlage (6) ringförmig zwischen Verdichter (3) und Antriebsturbine (7) angeordnet ist. B. Strahltrieb-,verk nach einem der Ansprüche z bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im hinteren Teil der äußeren Ummantelung (i), vorzugsweise in der Umgebung der Brennkammer (6), eine zusätzliche: Verbrennungsanlage (17) im Strahl des axial durchströmten Gebläses (.f) vorgesehen ist. g. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche i bis S. dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Ummantelung (i) vor dem axial durchströmten Gebläse (.4) eine sich in Strömungsrichtung erweiternde Eintrittsdüse (2) aufweist. io. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche i bis 9, dadurch gekeiitizeiclinet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Leistungsaufnahme des axial durchstrÖmten Gebläses (4) unabhängig von der Drehzahl zu verändern. i i. Straliltriehwerk nach einen der .Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein axial durchströmtes Gebläse (4) mit veränderlicher Beatifschlagung, insbesondere mit Leitschaufeln (8) mit verstellbarem Anstellwinkel am Gebläseeintritt. 12. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche i bis i i. dadurch gekentizeichnet, daß die zentral gelegenen Teile der Austrittslei,tiflächen des axial durchströmten Gebläses (4) als Eintrittsleitflächen für den Verdichter (5) dienen. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der .Technik sind. im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden Deutsche Patentschriften Nr. 320 825, 6301624; französische Patentschriften Nr. 741 858, 798 489; USA:-Patentschrift Nr. 2 168 726.