DE768040C - Heissstrahltriebwerk zum Vortrieb von Luftfahrzeugen - Google Patents

Description

• Heißstrahltriebwerk zum Vortrieb von. Luftfahrzeugen Die Erfindung betrifft ein aus einem Verdichter, Brennkammern,. einer den Verdichter antreibenden Gasturbine und einer Rückstoßdüse bestehendes Heißstrahltriebwerk zum Vortrieb von Luftfahrzeugen.
• Heißstrahltriebwerke sind zum Vortrieb von Luftfahrzeugen extrem hoher Geschwindigkeit bestimmt. Der Stirnwiderstand des Luftfahrzeuges, der bekanntlich mit dem Quadrat der Geschwindigkeit wächst, fällt daher bei ihnen besonders ins Gewicht, so daß der Konstrukteur bestrebt sein muß, den Gesamtdurchmesser des Triebwerkes gering zu halben.
• Maßgebend für den Gesamtdurchmesser des Heißstrahltriebwerkes sind die Brennkammern. Diese können jedoch nicht beliebig klein gehalten werden, da in -ihnen das Treibmittel erzeugt wird, das hinsichtlich seiner Menge durch die verlangte Vortriebsleistung bestimmt ist. Je kleiner der Brennkammerdurchmesser gewählt wird, um so, mehr steigt naturgemäß die Geschwindigkeit dieser Treibmittelmenge; bei der Wahl der Treibmittelgeschwindigkeit ist dem Konstrukteur jedoch eine obere Grenze gesetzt, die theoretisch erreicht wird, wenn die Luftgesdhwind..igkedt gleich der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme ist, die aber praktisch, um ein Abreißen der Flamme mit Sicherheit zu vermeiden, wesentlich tiefer liegen muß.
• Es ist bekannt, die Strömungsverhältnisse der Luft an der Brennstelle durch Abzweigung von Teilluftströmen so zu beeinflussen, daß eine einwandfreie Verbrennung ermöglicht wird. Zu diesem Zweck wird die Brennkammer vor der Mündung der Kraftstoffeinspritzdüse oder an den Mündungen der Iiraftstoffeinspritzdüsen durch eineRippe oder deren mehrere in Brennkammerabschnitte geteilt. Da diese Rippen, deren Länge ein bis zwei Drittel des Brennkammerdurchmessers beträgt, den freien Durchtrittsquerschnitt der Brennkammer verengen, andererseits aber der übrigbleibende freie Durchtrittsquerschnitt genügend groß sein muß, um das ungehinderte Abströmen des erzeugten Treibmittels zu ermöglichen, wird naturgemäß der Gesätntdnrehmesser einer solchen unterteilten -Brerfnhämmer um so größer, je mehr Rippen, d: = je mehr Brennkammerteilräume vorgesehen sind. 2Jit den Brennkammerdurchmessern steigt aber -in untragbarer Weise der Stirnwiderstand des Heißstrahltriebwerkes, der dem Streben nach Leistungserhöhung des Triebwerkes eine obere Grenze setzt.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Heißstrahltriebwerk anzugeben, bei welchem die Vortriebsleistung gesteigert werden kann, ohne daß es notwendig ist, den Durchmesser der Brennkammern und damit den Stirnwiderstand des Gesamttriebwerkes wesentlich zu vergrößern.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei oder mehrere voneinander getrennte Brennkammern räumlich hintereinander angeordnet, funktionsmäßig aber parallel geschaltet sind, oder dadurch, daß innerhalb ein und derselben Brennkammer zwei oder mehrere Brennmuffeln räumlich hintereinander angeordnet, funktionsmäßig aber parallel geschaltet sind.
• Zur Durchführung der erfinderischen Lehre eignet sich besonders eine bereits vorgeschlagene Gasturbinenbrennkammer mit Brennmuffel, bei welcher sich an den Brennmuffelstauraum ein Brennmuffelbrennraum und an diesen ein sich verjüngender Brennniuffelaustrittsraum anschließt, der in der Strömungsrichtung durch einen Boden geschlossen ist und an dessen Mantelfläche ein oder mehrere Austrittsschlitze angeordnet sind, durch welche die Brenngase in den Wirbelraum der Brennkammer gelangen. Bei einer derartigen Brennkammer kann die \-ortriebsleistung ohne Vergrößerung dies Brennkammerdurchmessers dadurch erhöht werden, daß der Brennmuffelaustrittsraum der ersten Brennmuffel von dem Mantel des Stauraumes einer hinter der ersten Brennmuffel angeordneten, parallel geschalteten Brennmuffel mit Abstand umgeben wird, derart, daß ein Ringkanal entsteht, der in den Frischluftstrom hineinragt und diesem die für die Verbrennung des in die nachgeschaltete Brennmuffel eingeführten Kraft-Stoffes notwendige Luft entnimmt, und daß die Austrittsschlitze der ersten Brennmuffel in radial angeordnete Austrittskanäle einmünden, «-elche durch den Stauraum der nachgeschalteten Brennmuffel hindurchführen und in den Wirbelraum der Brennkammer ausmünden.
• Zur Verbesserung der Verbrennung innerhalb der Breimmuffel wird erfirdungsgemäß vorgeschlagen, daß die Austrittskanäle der ersten Brennmuffel schraubenförmig verwunden sind, derart, daß dem an ihnen vorbeistreichenden, für die parallel nachgeschaltete Brennmuffel bestimmten Luftstrom eine Drallbewegung erteilt wird und daß im Brennmuffelstauraum der ersten Brennmuffel schraubenförmig verwundene Leitbleche angeordnet sind, derart, daß dem in die Brenninuftel eintretenden Luftstrom eine Drallbewegung erteilt -wird. Für die nachgeschaltete Brennkammer kann eine besondere Zündeinrichtung dadurch erspart werden, daß der Boden der ersten Brennkammer oder Brennmuffel niit Öftnungen vers:a,en ist. derart. dar ein Teil der Feuergase dieser Brennkammer bz-v. Brennmuffel in die nachgeschaltete Brennkammer bzw. Brennmuffel eintritt.
• Der Vorteil der Erfindung liegt in einer gegenüber dem Stand der Technik sprunghaften Vergrößerung der Vortrielisleistung unter Beibehaltung oder nur unbedeutender Erhöhung des Stirnwiderstandes des Luftfahrzeuges.
• In der Zeichnung ist ein @u@iührung@beispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Abb. i den Mittellängsschnitt durch eine Brennkammer gemäß der Erfindung und Abb. 2 einen Querschnitt durch die Brennkammer nach der Linie II-11 der Abb. i.
• Der vom Verdichter i geförderte Druckluftstrom -wird nach seinem Eintritt iii die Brennkammer 2 und nach Gleichrichtung durch die Leitflächen 3 von der im Innern der Brennkammer angeordneten, an sich bekannten Brennmuffel q. geteilt. Ein Teil der Luft gelangt durch die Brennmuffeleintrittsöffnunz in den sich trichterförmig erweiternden Brennmuffelstauraum 6, in welchem die Geschwindigkeit der Luft vermindert und ihr Druck entsprechend erhöht wird. Im Brennmuffelstauraum wird Kraftstoff durch die Israftstoffeinspritzvorrichtung ; eingebracht und das Gemisch mittels der Zündeii:riclitung entflammt. Das einmal entzündete Israftstott-Luft-Gemisch brennt im Brennraum 9 der Brennmuffel meist unter Luftmangel weiter: es ist aber auch möglich, Iiraftstoft- und Luftmenge so zu -wählen, daß bereits im Breimmuffelbrennraum 9 vollständige @-erbrennun@r eintritt. Der Brennraum 9 geht in den Brennmuftelaustrittsraum io über, der in der Strömungsrichtung verjüngt und am Ende mit einem Boden i i verschlossen 'ist. Am 'Umfang der Wandung des Brennmuffelaustrittsraumes io sind Schlitze 12 etwa in Richtung der Längsachse angeordnet, welche in Austrittskanäle 13 einmünden, die (wie aus@Abb.2 ersichtlich ist) -radial und in Richtung von Mitbeillängs,schnitten angeordnet sind, und durch welche die Brenngase in, der. ersten Wirbelraum 14 der Brennkammer 2 geleitet werden Hier mischen sich die Brenngase mit einem Teil derjenigen vom Verdichter i gef5rderten Luft, die infolge ider konischen Form des Bremnmuffelstauraumes 6 ,in den zwischen Brennkammerinnenwand und Brennmuffelaußenwand gebildeten Ringkanal 15 abgedrängt wurde, wobei. gegebenenfalls die Nachverbrennung des im Brennmuffelbrennraum nicht restlos verbrannten Kraftstoffes eintritt.
• Der andere Teil der obenerwähnten abgedrängten Verdichterluft wird von der in den Luftstrom hineinragenden Wandung 16 der zweiten Brennmuffel 17, die den Austritts.-raumio der ersten Brennmuffel ¢ konzentrisch mit Abstand umhüllt, erfaßt, tritt in den von der Wandung 16 und dem Mantel des Austrittsraumes io der ersten Brennmuffel gebildeten Ringkanal 18 ein, kühlt im Vorbeistreichen die schlitzförmigen Austrittskanäle 13 und gelangt in den Stauraum 1g der zweiten Brennmuffel 17. Der durch die Einspritzvorrichtung 2o eingebrachte Kraftstoff wird (teilweise oder vollständig) in dem Brennmuffelbrennraum 21 verbrannt und gelangt in den Brennmuffelaustrittsraum 22, der in ähnlicher Weise wie der erste Brennmuffelaustrittsraum 1o sich in Strömungsrichtung verjüngt, mit einem Boden 23 verschlossen und an seiner Mantelfläche mit Austrittsschlitzen 2q. versehen ist, durch welche die Brenngase der zweiten Brennmuffel in den zweiten Wirbelraum 25 der Brennkammer 2 austreten, wo sie sich mit dem den Ringkanal 26 durchströmenden und von den Leitflächen 27 geführten Brenngas-Luft-Gemisch der ersten Brennmuffel mischen und wo gegebenenfalls die Nachverbrennung ides in der zweiten Brennr Muffel 17 noch nicht restlos verbrannten Kraftstoffes eintritt.
• Zur schnelleren Durchmischung von Kraftstoff und Luft .ist es möglich, dem die Brennmuffeln durchsetzenden Luftstrom eine Drallbewegung zu erteilen, beispielsweise durch Leitbleche 28 oder dadurch, daß die Austrittskanäle 13 leicht soh.raubenförmig verwunden ausgeführt werden.
• Die besondere Zündeinrichtung 29 für die zweite Brennmuffel kann. erspart werden, wenn der Boden i i der ersten Brennmuffel mit (nicht gezeichneten) Öffnungen versehen wird, durch welche ein Teil der brennenden Feuergase aus der ersten Brennmuffel in die zweite übertritt und in dieser die Verbrennung einleitet.
• Es ist selbstverständlich auch möglich, drei oder mehr Brennkammern bzw. Brennmuffeln sinngemäß anzuordnen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Heißstrahltriebwerk zum Vortrieb von; Liftfahrzeugen, bestehend aus Verdichter, Brennkammern, einer den Verdichter antreibenden Gasturhine und einer Rücks.toßdüse, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere voneinander getrennte Brennkammern räumlich hintereinander angeordnet, funktionsmäßig aber parallel geschaltet sind.
2. 2. Heißstrahltriebwerk zum Vortrieb von Luftfahrzeugen, bestehend aus Verdichter, Brennkammern, einer denn Verdichter antreibenden Gasturbine und einer Rückstoßdüse, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb ein und derselben Brennkammer zwei oder mehrere Brennmuffeln räumlich hintereinander angeordnet, funktionsmäßig aber parallel geschaltet sind.
3. 3. Heißstrahltriebwerk nach Anspruch :2 mit einer Brennmuffel, bei welcher sich an den Brennmuffelstauraum ein Brenumuffelbrennraum und an diesen ein sich verjüngender Brenmmuffelaustrittsraum anschließt, der in der Strömungsrichtung durch, einen Boden geschlossen ist und an dessen Mantelfläche ein oder mehrere Austrittsschlitze angeordnet sind, durch welche die Brenngase in den Wirbelraum der Brennkammer gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennmuffelausttittsrauim (io) der ersten Brennmuffel von den. Mantel (16) des Stauraumes. (1g) einer hinter der ersten Brennmuffel angeordneten, parallel geschalteten Brennmuffel (17) mit Abstand umgeben wird, derart, daß ein Ringkanal (18) entsteht, der in den Frischluftstrom hineinragt und diesem die für die Verbrennung des. in: die nachgeschaltete Brennmuffel (17) eingeführten Kraftstoffes notwendige Luft entnimmt, .und daß die Austrittssisahlitze- (12) der ersten Brennmuffel (4) in radial angeordnete Austrittskanüle (13) einmünden, welche durch den Stauraum (1g) der nachgeschalteten Brennmuffel (17) hindurchführen und in den Wirbelraum der Brennkammer ausmünden. q.. Heißstrahltriebwerk: nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittskanäle (13) der ersten Brennmuffel schraubenförmig verwunden sind, derart, daß dem an ihnen vorbeistreichenden, für die parallel nachgeschaltete Brennmuffel (17) bestimmten Luftstrom eine Drallbewegung erteilt wird. 5. Heißstrahltriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß im Br-ennmuffe,l,stauzaum der ersten Brennmuffel schraubenförmig verwundene Leitbleche (28) angeordnet sind, derart, daß dem in die Brennmuffel eintretenden Luftstrom eine Drallbewegung erteilt wird. 6. Heißstrahltriebwerk nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der ersten Brennhammer oder Brennmuffel mit Öffnungen versehen ist, derart, daß ein Teil der Feuergase dieser Brennkammer bzw. Brennmuffel in die nachgeschaltete Brennkammer bz«-. Brennmuffel eintritt. ZurAbgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Französische Patentschrift Nr. 8d.5 3o9: britische Patentschriftr.:@8t 986.