DE857711C - Aircraft engine with gas turbine - Google Patents

Aircraft engine with gas turbine

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DE857711C
DE857711C DESCH2978D DESC002978D DE857711C DE 857711 C DE857711 C DE 857711C DE SCH2978 D DESCH2978 D DE SCH2978D DE SC002978 D DESC002978 D DE SC002978D DE 857711 C DE857711 C DE 857711C
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Ernst Dr-Ing Schmidt
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K3/00Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
    • F02K3/02Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber
    • F02K3/04Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/085Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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Description

Flugzeugtriebwerke, bestehend . aus Gasturbine, Brennkammer und Luftverdichter, sind bekannt, Dabei dient die Gasturbine zum Antrieb des Verdichters, der Luft erhöhten Druckes in eine Brennkammer fördert, in der Kraftstoff verbrannt und so das heiße Gas zum Betrieb der Gasturbine erzeugt wird. Der Vortrieb erfolgt in der Regel nicht durch eine Luftschraube, sondern durch die Reaktion der nach hinten ausgestoßenen Abgase der Turbine. Diese Triebwerke haben nur einen bescheidenen Wirkungsgrad und erfordern im Vergleich zur Nutzleistung große Maschinen, da die zulässige Temperatur der Gase vor der Turbine durch die Warrirfestigkeit des Werkstoffes begrenzt ist und daher mit großem Luftüberschuß verbrannt werden muß, was den Durchsatz großer Luftmengen erfordert. Man hat versucht, die zulässige Gaseintrittstemperatur der Turbine durch Innenkühlung der Schaufeln mit Luft zu steigern, aber durch dieses nur bei einstufigen Turbinen anwendbare Verfahren gelingt nur eine bescheidene Temperatursteigerung. Wesentlich weiter kommt man erst durch Verwendung flüssigkeitsgekühlter Turbinenschaufeln, wie sie bereits vorgeschlagen wurden. Nach diesem Vorschlag ist der hohle Innenraum des Turbinenläufers einer mehr- bis vielstufigen Gasturbine als einbauloser Trommelkessel ausgebildet mit im Innern der Turbinenschaufeln angeordneten Fingerlingsrohren. Der erzeugte Dampf kann dabei aus einer freien Flüssigkeitsoberfläche in das Innere der Trommel ausdampfen. Auf diese Weise wird eine sehr wirksame Kühlung erzielt, die es erlaubt, die Gasturbine mit wesentlich höheren Gaseintrittstemperaturen zu fahren, als es bisher möglich war.Aircraft engines, consisting. from gas turbine, combustion chamber and air compressor, are known, the gas turbine is used to drive the compressor, the air increased Promotes pressure in a combustion chamber in which fuel is burned and so the hot Gas is generated to operate the gas turbine. The advance usually does not take place by a propeller but by the reaction of the rearward ejected Exhaust gases from the turbine. These engines have only a modest degree of efficiency and require large machines compared to the useful power, because the permissible temperature of the gases upstream of the turbine is limited by the resistance to heat of the material and must therefore be burned with a large excess of air, which increases the throughput Requires air volumes. Attempts have been made to reduce the permissible gas inlet temperature of the Turbine can be boosted by internal cooling of the blades with air, but through this Processes that can only be used with single-stage turbines achieve only a modest increase in temperature. You can only get much further by using liquid-cooled turbine blades, as they have already been suggested. According to this proposal is the hollow interior of the turbine rotor of a multi-stage to multi-stage gas turbine as a built-in drum shell formed with fingerstall tubes arranged in the interior of the turbine blades. The steam generated can enter the interior from a free liquid surface evaporate from the drum. In this way a very effective cooling is achieved, which allows the gas turbine to be operated at significantly higher gas inlet temperatures drive than was previously possible.

Die vorliegende Erfindung besteht in der Anwendung der genannten gekühlten Gasturbine auf Flugzeugtriebwerke, wobei sich einige besondere Vorteile gerade für diesen Anwendungszweck ergeben. Durch die Steigerung der zulässigen Gastemperatur vor der Turbine wird es möglich, auch mit höherem Druck in der Brennkammer zu arbeiten, es steigt der Wirkungsgrad, und es vermindert-sich die je Leistungseinheit erforderliche Luftmenge. Damit verkleinern sich aber die Abmessungen der Turbine und des Verdichters, und man erhält eine wesentliche Herabsetzung des Stirnwiderstandes, was für Luftfahrttriebwerke besonders wichtig ist.The present invention consists in the use of the aforesaid refrigerated ones Gas turbine on aircraft engines, with some special advantages especially for result in this application. By increasing the permissible gas temperature in front of the turbine it is possible to work with a higher pressure in the combustion chamber, the efficiency increases and the required per power unit decreases Air volume. However, this reduces the dimensions of the turbine and the compressor, and you get a substantial reduction in frontal drag, what for aircraft engines is particularly important.

Gegenüber der Anwendung in ortsfesten Anlagen ist die Austrittsgeschwindigkeit der Gase aus der Turbine kein Verlust, sondern es wird durch den Rückstoß der nach hinten ausgestoßenen Turbinenabgase Vortrieb erzeugt. , Mit der Steigerung der Leistung je Mengeneinheit der durchgesetzten Luft kann die Turbine mehr Leistung abgeben, als der Lader verbraucht. Man gewinnt daher außer dem Strahlschub auch noch eine Nutzleistung an der Welle, die über eine Luftschraube in Vortrieb verwandelt werden kann. Dazu kommt die aus dem erzeugten Dampf, z. B. in einer Dampfturbine erzielbare Leistung. Bei sehr großen Leistungen, wie sie für solche Triebwerke vorzugsweise in Frage kommen, würde die Luftschraube einen sehr großen Durchmesser bekommen, der ein hohes Fahrgestell des Flugzeuges nötig macht. Man verwendet daher zweckmäßig statt der gewöhnlichen Luftschraube eine in einer Düse angeordnete mehrstufige Schraube, die Luft in einen Raumhöheren Druckes verdichtet, aus dem sie durch eine Düse mit höherer als der Fluggeschwindigkeit nach hinten austritt. Die Durchrechnung eines solchen Entwurfes zeigt, daß man für eine Triebwerksleistung von 8ooo PS mit einem Durchmesser des,Verdichters und der Turbine von weniger als 6o cm auskommt, während die mehrstufige Luftschraube etwa 1,2o m Durchmesser erfordert. Die Stirnfläche eines solchen Triebwerkes hoher Leistung ist also einschließlich der mehrstufigen Luftschraube nicht größer als die Stirnfläche heutiger Triebwerke von looo bis 2oooPS ohne deren Luftschraube.Compared to the application in stationary systems is the exit speed The gases from the turbine are not lost, but rather it is due to the recoil of the after Turbine exhaust gases emitted at the rear generated propulsion. , With the increase in performance the turbine can deliver more power per unit of quantity of air passed through, than the loader consumes. Therefore, in addition to the jet thrust, one also gains another Useful power on the shaft, which is converted into propulsion by a propeller can. In addition, there is the generated steam, z. B. achievable in a steam turbine Power. With very high outputs, as is preferred for such engines come into question, the propeller would get a very large diameter, which makes a high chassis of the aircraft necessary. It is therefore used appropriately instead of the usual propeller a multi-stage propeller arranged in a nozzle, the air is compressed into a room with a higher pressure, from which it is conveyed through a nozzle exits rearward higher than the airspeed. The calculation of a Such a design shows that for an engine power of 8,000 hp with a Diameter of the compressor and the turbine of less than 6o cm gets by while the multi-stage propeller requires a diameter of about four feet. The frontal area such a high performance engine is therefore including the multi-stage Propeller no larger than the frontal area of today's engines from 1,000 to 2,000 HP without their propeller.

Ein solches Triebwerk zeigt als Beispiel die Abbildung; darin ist a der Verdichter, b die Brennkammer, c die Gasturbine mit innerer Kühlung, d die mit ihr auf derselben Welle angeordnete Dampfturbine. k ist ein Elektromotor zum Anwerfen des Triebwerkes. Bei den angegebenen Abmessungen hat das Triebwerk eine so große Leistung, daß sie nicht mehr über eine Luftschraube gewöhnlicher Art abgegeben werden kann. Es ist daher ein mehrstufiges Gebläse g vorgesehen, das über ein bei h angeordnetes Untersetzungsgetriebe angetrieben wird und Luft in den Raum L auf beispielsweise :2 at verdichtet. Aus diesem Raum tritt die Luft dann mit hoher Geschwindigkeit durch die Düse m aus, wobei der Rückstoß die Vortriebskraft erzeugt. Von besonderer Bedeutung ist, daß die bei i aus der Gasturbine austretenden heißen Abgase in den Raum l an einer Stelle münden, wo noch ein höherer Druck herrscht. Auf diese Weise braucht die Gasturbine nur für ein kleineres Druckgefälle bemessen zu werden, und die'heißen Gase können ihre Wärme auf die Luft des Raumes l verteilen, was die Ausnutzung erhöht. Zur weiteren Steigerung der Leistung können in dem Raum L noch Brenner vorgesehen werden, welche die durchströmende Luft zusätzlich heizen und dadurch ihre Austrittsgeschwindigkeit und den Rückstoß steigern.Such an engine is shown in the illustration as an example; therein a is the compressor, b the combustion chamber, c the gas turbine with internal cooling, d the steam turbine arranged with it on the same shaft. k is an electric motor to start the engine. With the specified dimensions, the engine has such a great power that it can no longer be delivered via a conventional propeller. A multi-stage fan g is therefore provided, which is driven via a reduction gear arranged at h and compresses air in the space L to, for example: 2 at. The air then exits this space through the nozzle m at high speed, the recoil generating the propulsive force. It is of particular importance that the hot exhaust gases emerging from the gas turbine at i open into space l at a point where the pressure is still higher. In this way, the gas turbine only needs to be dimensioned for a smaller pressure drop, and the hot gases can distribute their heat to the air in the room 1, which increases utilization. To further increase the output, burners can also be provided in the space L, which additionally heat the air flowing through and thereby increase their exit speed and the recoil.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: i. Flugzeugtriebwerk mit Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer der Gasturbine mit Innenkühlung der umlaufenden Teile als einbauloser Trommelkessel mit im Innern der Turbinenschaufeln gebildeten Fingerlingsrohren ausgestaltet ist. PATENT CLAIMS: i. Aircraft engine with gas turbine, characterized in that the rotor of the gas turbine with internal cooling of the revolving parts is designed as a built-in drum shell with fingerless tubes formed in the interior of the turbine blades. 2. Flugzeugtriebwerk mit Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die den Energiebedarf des Verdichters übersteigende Wellenleistung der Turbine über eine mehrstufige, in einen Düsenkanal angeordnete Luftschraube in Vortrieb verwandelt wird.2. aircraft engine with gas turbine, characterized in that the shaft power of the turbine exceeding the energy requirement of the compressor a multi-stage propeller arranged in a nozzle channel is transformed into propulsion will.
DESCH2978D 1943-10-09 1943-10-09 Aircraft engine with gas turbine Expired DE857711C (en)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1016504B (en) * 1953-05-12 1957-09-26 Napier & Son Ltd Gas turbine engine for aircraft, for example a diesel powered helicopter
DE1201615B (en) * 1962-10-27 1965-09-23 Bmw Triebwerkbau Ges M B H Device for controlling the drive unit for a jet helicopter
DE1233210B (en) * 1963-09-27 1967-01-26 Christian Hoefer Gas turbine jet engine
DE1238724B (en) * 1963-02-21 1967-04-13 Messerschmitt Boelkow Blohm Lifting engine with a blower with an outer turbine ring
DE102023114470A1 (en) 2023-03-24 2024-09-26 MTU Aero Engines AG aircraft engine

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