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Stoßwellenverdichter, insbesondere für Luftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf Stoßwellenverdichter, wobei dieser Ausdruck im folgenden alle Verdichter
umfaßt, die wenigstens teilweise axial sind und eine hohe Drehgeschwindigkeit haben,
bei welchen in dem axialen Teil wenigstens ein. Teil der Verdichtung von der Bildung
von Stoßwellen zwischen den Schaufeln wenigstens einer .beweglichen Beschaufelung
herrührt, deren Vorderseite einer Relativströmung mit Überschallgeschwindigkeit
ausgesetzt ist, und betrifft im besonderen, da dies ihr interessantester Anwendungsfall
zu sein scheint, jedoch nicht ausschließlich, von diesen Vorrichtungen die für Turbinenstrahl-
und Propellerturbinentriebweike für Luftfahrzeuge.
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Sie bezweckt insbesondere, diese Triebnverke so auszubilden, daß sie
besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen.
| Sie besteht hauptsächlich darin, die betreffenden |
| Triebwerke mit wenigstens einem axialen Schaufel- |
| rad auszurüsten, dessen Vorderseite einer Relativ- |
| Strömung mit Überschallgeschwindigkeit äuske= |
| setzt ist, und diesen Schaufeln einen solchen -An= |
| stellwinkel zu geben, daß die an der Ei`ntrttskante |
| einer jeden Schaufel entstehende schräge StoßWelle |
| sich hauptsächlich zwischen der Dreckseite dieser |
| Schaufel und der Saugseite der: vdrhergehendetr |
| Schaufel, in der Drehrichtung.des 'Rades 'g@eseheü |
| entwickelt, wobei die die verschiedenen Schaufeld |
| trennenden Abflußkanäle vorzugsweise . so ` ausge= |
| bildet sind, daß die obige schräge Stoßw@Ile inerk-# |
| lieh auf die Austritt'skarite der SaivgseifeAet vor- |
| hergehenden Schaufel trifft. |
| Sie umfaßt außer dieser Idaüptmäßnahme ge- |
| wisse weitere Maßnahmen, welche #rörzugsvveise |
gleichzeitig benutzt werden, und von denen weiter unten ausführlicher
die Rede sein wird, insbesondere eine zweite Maßnahme, welche darin besteht, die
Schaufeln wenigstens eines axialen Rades der betreffenden Triebwerke so auszubilden,
daß jede dieser Schaufeln! durch Flächen mit geraden Erzeugenden begrenzt wird,
woraus sich eine leichte Bearbeitung und insbesondere die Möglichkeit ergibt, die
durch die Scheibe und die Beschaufelung gebildete Anordnung in Form eines einzigen
Blocks herzustellen. Eine dritte Maßnahme besteht darin; den Schaufeln wenigstens
eines axialen Rades der betreffenden Triebwerke eine solche Form zu geben, daß jede
Schaufel an ihrem Ende ein dreieckiges Profil und an ihrer Wurzel ein viereckiges'
Profil aufweist, wodurch unter Beibehaltung .der Überschallprofile der Schaufeln
ihre Wurzel verstärkt wird.
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Das Verständnis der Erfindung wird jedenfalls durch die nachstehende
ergänzende Beschreibung sowie durch die Zeichnung erleichtert werden, wobei Beschreibung
und Zeichnung wohlverstanden hauptsächlich beispielshalber angegeben sind.
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Fig.. i dieser Zeichnung zeigt abgewickelt einen Teil des Leitrades
und ödes umlaufenden Rades eines erfindungsgemäßen axialen Stoßwellenverdichters;
Fig. 2 ist das Vektordiagramm der Geschwindigkeiten dieses Verdichters; Fig.3 bis
5 zeigen schließlich in Seitenansicht bzw. sm.Schnitt.längs .der Linien IV-IV und
V-V der Fig. 3 eine Schaufel dieses Verdichters.
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Nachstehend ist die Erfindung beispielshalber in ihrer Anwendung auf
einen axialen Stoßwellenverdichter für LuftfahrzeAge beschrieben, wobei dieser Verdichter
z. B. als erste Stufe eines Axialverdichters dient, dessen umlaufende Teile unmittelbar,
d. h. ohne Untersetzungsgetriebe, auf die Welle der Turbine des Triebwerkes aufgesetzt
sind.
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Man versieht diese Verdichter in der üblichen Weise mit einem Leitrad
i mit festen Leitschaufeln, welche den Geschwindigkeitsvektor des Luftstromes mit
dem axialen Anfangswert ho in einen geneigten Vektor des Wertes Y, umwandeln, dessen
Modul vorzugsweise größer als-der von V, ist.
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Hierauf ordnet man hinter dem Leitrad i und gleichachsig zu demselben
ein axiales Schaufelrad 2° mit Schaufeln 2 an, welches sich in einem solchen Surn
dreht, daß die aus diesem Leitrad mit der Absolutgeschwindigkeit h, austretenden
Luftstromfäden in Gegenbewegung von den Schaufeln 2 erfaßt werden, wobei die Tangentialgeschwindigkeit
U des Rades 2° selbst so bestimmt .ist, daß die Relativgeschwindigkeit W, der Luftstromfäden
eine Überschallgeschwindigkeit ist, so daß eine Stoßwelle an der Eintrittskante
einer jeden Schaufel 2 entsteht.
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In Fig. 2 ist mit W1 U h, das Geschwindigkeitsdreieck am Eintritt
des axialen Rades 2" und mit W= U Y= das. Geschwindigkeitsdreieck am Austritt
desselben dargestellt.
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Gemäß 'dem Hauptkennzeichen der Erfindung gibt man den Schaufeln 2
einen solchen 'A.nstel;lwinkel, daß die an der Eintrittskante A" jeder Schaufel
entstehende schräge Stoßwelle, welche in Fig. i durch die Gerade O; schematisch
angedeutet ist, sich hauptsächlich zwischen der Druckseite I.
dieser Schaufel
und der Saugseite E"_1 der vorhergehenden Schaufel, in der Drehrichtung des Rade_
s 2a gesehen, entwickelt.
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Diese Anordnung gestattet, zwischen zwei aufe.inanderfolgenden Schaufeln
einen geringeren Abstand vorzusehen, als bei .der bekannten Lösung, bei welcher
die Stoßwelle sich hauptsächlich von der Saugseite einer Schaufel zur Druckseite
der folgenden Schaufel entwickelte. Die Reichweite der Stoßwellen wird so verkürzt,
so daß ihre Beherrschung erleichtert wird.
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Hierfür kann, man zweckmäßig einerseits in jedem Querschnitt ein solches
Schaufelprofil wählen, daß die Saugseite merklich geradlinig wird, und andererseits
diese Saugseite so legen, daß sie normalerweise parallel zu der Relativgeschwindigkeit
W, ist, wenigstens in der Nachbarschaft der Eintrittskante der Schaufel.
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Man sieht ferner, daß es zur Vergrößerung der Gesamtdruckerhöhung
in einem zwei aufeinanderfolgende Schaufeln trennenden Kanal zweckmäßig ist, die
schräge, reflektierte Stoßwelle O, zu benutzen, welche dann eine zweite Druckerhöhungsschwelle
darstellt.
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Hierfür sieht man in dem hinteren Teil der Druckseite einer jeden
Schaufel einen Knick B., B"_, usw. vor und bestimmt die charakteristischen Winkel
des Schaufelprofils, d. h. also auch die Lage des Knicks, derart, daß bei einer
Schaufel mit .dem Index " die reflektierte Stoßwelle 0t auf den Knick B" trifft
und daß die Relativgeschwindigkeit W2 der Strömung hinter dieser Stoßwelle
O, parallel zu dem Abschlußteil B", F" der Druckseite I. ist, wobei
diese Geschwindigkeit noch eine Überschallgeschwindigkeit ist.
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In diesem Fall bestimmt man vorzugsweise die Länge der Schaufelprofile
derart, daß die von der Druckseite 1" kommende Stoßwelle O, auf die Saugseite E..,
der vorhergehenden Schaufel in der Nähe der Austrittskante F"_, derselben trifft,
so daß die Strömungsstörungen, welche von der plötzlichen Druckerhöhung herrühren
und in dem-Gebiet- auftreten, in welchem sich die Wirkungen der beidm von, den Wellen
0i bzw. O,. herrührenden Druckerhöhungsschwellen addieren, in die Zone hinter der
Beschaufelung verlegt werden.
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Obwohl man unter Berücksichtigung des obere Gesagten verschiedene
Abwandlungen bei der Ausbildung der Schaufeln 2 vorsehen kann, scheint es vorteilhaft,
diese Schaufeln gemäß einem besonderen Kennzeichen der Erfindung auszubilden, wonach
die Schaufeln durch Flächen mit geraden Er-.zeugenden begrenzt werden, welche leichter
zu bearbeiten sind und gestatten, die Räder praktisch so auszuführen, daß sie mit
ihren Schaufeln einen einzigen Block bilden.
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Beispielshalber ist in Fig. 3 bis 5 eine Ausführungsform einer solchen
Schaufel dargestellt, bei
welcher noch ein weiteres Kennzeichen
der Erfindung angewandt ist, welches darin besteht, für jede Schaufel an ihrem Ende
ein Dreieckprofil (Fig. 5) und an ihrer Wurzel ein Viereckprofil (Fig. 4) zu wählen,
wobei ein derartiges Profil eine Verstärkung dieses Teils der Schaufel bewirkt,
welcher infolge der hohen Umfangsgeschwindigkeiten großen Fliehkräften ausgesetzt
ist.
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Man sieht, daß bei dieser Ausführungsform die Schaufel durch vier
Flächen begrenzt wird, .die gerade Erzeugende haben und in Fig.3 bis 5 ,durch die
Buchstaben M, N, O, P bezeichnet sind.
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Man erhält so einen Stoßwellenverdichter, in welchem Erscheinungen
auftreten, deren Ablauf aus der obigen Beschreibung hinreichend klar hervorgeht,
so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden .braucht.
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Jedenfalls besitzt ein solcher Verdichter zahlreiche wirkliche Vorteile,
und zwar sowohl hinsichtlich seines Wirkungsgrades, wie auch hinsichtlich der Einfachheit
seines Aufbaus und seines geringen Platzbedarfs für eine gegebene Leistung.
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Wie es selbstverständlich ist und wie es übrigens bereits aus obigem
hervorgeht, ist die Erfindung keineswegs auf die im besonderen angegebenen Anwendungsformen
oder Ausführungsformen ihrer verschiedenen Teile beschränkt, sondern umfaßt im Gegenteil
auch alle Abwandlungen.