DE860558C

DE860558C - Verfahren und Anordnung fuer den Modellversuch im Windkanal an Strahlrohrtriebwerken

Info

Publication number: DE860558C
Application number: DEL8655A
Authority: DE
Inventors: Rene Leduc
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-03-12
Filing date: 1951-04-01
Publication date: 1952-12-22
Also published as: GB664055A; GB694150A; FR66701E; FR1117104A; US2618972A

Description

Wie allgemein bekannt ist, sind Versuche an verkleinerten Flugzeugmodellen im Windkanal äußerst aufschlußreich. Leider ist es bei den thermodynamischen Strahlrohrtriebwerken unmöglich, die zur Erzielung einer guten Verbrennung erforderliche Wegstrecke der Brennstoffteilchen, d. h. die Abmessungen des Strahlrohrs, nach Belieben zu verkürzen.

Diese Schwierigkeit ist hauptsächlich durch die Unmöglichkeit bedingt, die Abmessungen der Brennstofftröpfchen herabzusetzen. Es wäre jedoch sehr wichtig, im Windkanal den besten Kompromiß zwischen der inneren Thermodynamik und der äußeren Aerodynamik durch systematische Versuche über die Formen des Strahlrohrs zu ermitteln.

Die Erfindung hat demgemäß ein Verfahren zum Gegenstand, das dje Durchführung dieser Versuche gestattet, ohne daß es notwendig wäre, die Verbrennung mit heranzuziehen, jedoch auf eine solche Weise, daß sowohl die positiven wie die negativen Kräfte, die gemessen werden, genau denjenigen identisch sind, die ao man mit dem Strahlrohr unter Verbrennung erhalten würde. Die Erfindung hat ferner Vorrichtungen zum Gegenstand, die sich zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens eignen.

Das Verfahren nach der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß im Innern des Strahlrohrs ein gleichachsiger Körper angeordnet wird, der vom Strahlrohr hinsichtlich der Verbindungen unabhängig ist und

der sich achteraus bis zu einer im Verhältnis zu den Abmessungen des Strahltriebwerkes großen Entfernung, wo er auf jede geeignete Weise befestigt ist, erstreckt und solche Formen besitzt, daß die Gasmasse, die in jeder Sekunde durch das Strahlrohr hindurchtritt, derjenigen gleich ist, die durch das Strahlrohr hindurchtreten würde, wenn es unter Verbrennung arbeiten würde.
Um eine größere Übereinstimmung zwischen den

ίο gemessenen tatsächlichen Schüben und den rechnerisch ermittelten Schüben zu erhalten, sieht die Erfindung vor, in dem Strahlrohr einen zusätzlichen Druckabfall zu schaffen, dadurch, daß zu dem axialen Kör» per ein geeignetes Element, z. B. ein Gitter, hinzugefügt wird, das den Druckabfall nachbildet, der sich bei tatsächlicher Verbrennung ergeben würde.

Gemäß einer anderen Anordnung nach der Erfindung, die weiter unten erläutert wird, erfüllt die Form des gleichachsigen Körpers vorzugsweise die

ao Beziehung

ω ~Q

-Vh

Hierin bedeutet ω den Querschnitt des' gleichachsigen Körpers in einem bestimmten Punkt, Q den inneren Querschnitt des Strahlrohrs an derselben Stelle, y' das spezifische Gewicht des heißen Gases bei richtiger Verbrennung, γ das spezifische Gewicht des kalten Gases.

Durch mathematische Überlegung läßt sich die genaue Übereinstimmung der Kräfte zwischen dem Strahlrohr mit wirklicher Verbrennung und dem Strahlrohr mit fiktiver Verbrennung nach dem obigen Verfahren nachweisen. Doch kann der Beweis auch durch die nachstehende einfache Überlegung erbracht werden, die auf die schematischen Darstellungen in der Zeichnung Bezug nimmt, die die Erfindung veranschaulichen sollen. Es zeigt

Fig. ι einen Achsschnitt durch ein thermisches Strahlrohrtriebwerk,

Fig. 2 einen Schnitt durch dasselbe Strahlrohrtriebwerk, das erfindungsgemäß für die Versuche abgeändert ist,

Fig. 3 das Strahlrohrtriebwerk nach Fig. 2, das mit einem Gitter für den Druckabfall ausgerüstet ist.

Bei einem thermischen Strahlrohrtriebwerk od. dgl. hat die Verbrennung einfach die Wirkung, daß ein korrektes Abströmen möglich ist, mit einem Austrittsquerschnitt, der größer als der Eintrittsquerschnitt ist. An Hand der Fig. 1 beispielsweise, in der das Strahlrohr ι einen Eintrittsdiffusor 2, eine Austrittsdüse 3 und ein Heizorgan 4 aufweist, kann man sich klar machen, daß den durch Projektion auf die Waagerechte (oder auf die Achse des Strahlrohres) und nach vorn erhaltenen Komponenten der Drücke 5 auf den Eintrittsdiffusor 2, welche Drücke zwischen den Querschnitten Q₀ und Q₁ wirksam sind (von denen der letztere durch die Beziehung Q₁ = Q₃ festgelegt ist) nicht durch entsprechende nach rückwärts gerichtete Kräfte das Gleichgewicht gehalten wird, da der Querschnitt Q₀ kleiner als der Querschnitt Q₃ ist.

In zwei homologen Querschnitten, wie ^₁' und Q₂ (wobei Q₁ = Q₂), die durch die Wärmequelle 4 getrennt sind, sind ferner die Drücke achteraus von der Wärmequelle kleiner als die voraus von der Wärmequelle herrschenden Drücke, nämlich wegen der größeren Geschwindigkeit des Strömungsmittels.

Die waagerechte Resultierende aller dieser Drücke ist gleich der Vortriebskraft bzw. dem Schub der Düse.

Das Verfahren nach der Erfindung besteht nun darin, gemäß der Darstellung in Fig. 2 im Innern des Strahlrohrs ι einen axialen Körper 6 anzuordnen, der verbindungsmäßig von dem Strahlrohr 1 unabhängig ist und der sich bei 7 bis zu einer im Verhältnis zu den Abmessungen des Strahltriebwerkes großen Entfernung erstreckt und eine solche Form hat, daß die Luftmasse, die die so abgeänderte Strahldüse je Sekunde durchströmt, der im Falle der Verbrennung hindurchtretenden Masse gleich ist.

Denn es ist ohne weiteres verständlich, daß, wenn die in jedem Augenblick durch das abgeänderte Strahlrohr strömende Masse der bei Verbrennung hindurchtretenden gleich ist, die Verteilung der Drücke sich nicht verändert und infolgedessen die Vortriebskraft derjenigen gleichkommt, die mit der Wärmequelle bei der Strahldüse nach Fig. 1 erhalten wird.

Der gleichachsige Körper stellt also eine Nachbildung der Verbrennung dar; die vordere Form des Körpers hängt von der Art und Weise ab, in der die Wärmezufuhr bei der entsprechenden Strahldüse erfolgt.

Erfindungsgemäß erhält der gleichachsige Körper eine Form, die mathematisch durch die Formel '4

•j- _^

dargestellt ist, in der bedeutet ω den Querschnitt des gleichachsigen Körpers in einem gegebenen Punkt, Q den inneren Querschnitt des Strahlrohrs an derselben Stelle, γ' das spezifische Gewicht der warmen Luft bei der wirklichen Ausführung, γ das spezifische Gewicht der kalten Luft.

Diese einfache Beziehung bringt tatsächlich die nachgebildete Verbrennung in Übereinstimmung mit der wirklichen Verbrennung und ermöglicht die exakte Lösung der oben ausgesprochenen Bedingung bezüglich der durch die Versuchsdüse strömenden Luftmasse.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß der gleichachsige Körper in einer im Verhältnis zu den Abmessungen no des Strahltriebwerkes großen Entfernung durch jedes geeignete Mittel festgehalten oder befestigt wird. Da nämlich das Strahlrohr einer Vortriebskraft unterworfen ist, ist der zentrale Körper im Gegenteil einer in demselben Sinne wie der Luftstrom gerichteten Kraft unterworfen und muß also befestigt sein.

Andererseits ist bekanntlich der Vortriebskoeffizient Cm einer Strahldüse durch den Ausdruck gegeben:

Cxt — ~c [A (o_s — O)₀).

(I)

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Hierin bedeutet S die Oberfläche des Flugzeuges, CO₃ den Querschnitt der Gase (wirklicher Querschnitt bei wirklicher Verbrennung; Querschnitt der kalten Luft -f- Querschnitt des axialen Körpers bei der nach-

gebildeten Verbrennung), ω₀ den Querschnitt des in das Strahlrohr eintretenden Luftstroms, A das Verhältnis

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worin y₃ und γ₀ die spezifischen Gewichte des Strömungsmittels hinter und vor dem Strahlrohr und V₃ und V₀ die Strömungsgeschwindigkeiten am Austritt bzw. Eintritt des Strahlrohrs bedeuten. Die Größen

ίο kann aus dem Ausdruck (II) durch zwei Messungen des Gesamtdruckes in den in der Zeichnung mit ^₁ und p_z bezeichneten Zonen bestimmt werden.

Die Größe A kann ferner aus dem Ausdruck (I) durch eine Messung des Schubs des Strahlrohrs im Windkanal bestimmt werden.

Im allgemeinen ist der aus dem Ausdruck (I) abgeleitete Wert von A kleiner als der mit Hilfe des Ausdrucks (II) gemessene Wert.
Das schematisch in Fig. 3 veranschaulichte Merkmal der Erfindung besteht darin, daß im Strahlrohr ein Druckabfall (^₁ — ^₂) durch Einbau eines Gitters 3 od. dgl. erzeugt wird, das auf jede geeignete Weise an dem gleichachsigen Körper 2 befestigt wird.

Die Abmessungen des Gitters 2 sind derart festgelegt, daß die Werte der Größe A sowohl bei ihrer Ableitung aus dem Ausdruck (I) als auch aus dem Ausdruck (II) identisch sind. Es läßt sich zeigen, daß in diesem Falle der Druckabfall (ft_x — p₂) derselbe wie im Falle der wirklichen Verbrennung ist.

Es ist wichtig, daß das Gitter 3 keine Verbindung mit dem Strahlrohr 1 hat. Ein ausreichendes Spiel wird zwischen dem Gitter 3 und dem Strahlrohr 1 vorgesehen, derart, daß keine Reibungskraft die am Strahlrohr vorgenommenen Messungen stören kann.

Claims

PatentANSPBOCHE:

i. Verfahren für den Modellversuch, im Windkanal an thermischen Strahltriebwerken od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Strahlrohrs ein gleichachsiger, vom Strahlrohr verbindungsmäßig unabhängiger Körper angeordnet wird, der sich nach rückwärts bis zu einer im Verhältnis zu den Abmessungen des Strahltriebwerkes großen Entfernung erstreckt, wo er auf geeignete Weise befestigt ist und solche Formen besitzt, daß die in jedem Augenblick durch das mit dem Körper ausgestattete Strahlrohr hindurchtretende Masse des Strömungsmittels der bei Verwendung des Strahlrohrs mit Verbrennung hindurchtretenden Masse gleich ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichachsige Körper eine Form hat, die durch die mathematische Formel

-VS-

festgelegt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Strahlrohrs ein Druckabfall entsprechend demjenigen bei wirklicher Verbrennung hervorgerufen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall mittels eines Gitters od. dgl. erzeugt wird, das an dem gleichachsigen Körper befestigt ist und keine Verbindung mit dem Strahlrohr besitzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiel zwischen dem Gitter und der Innenwand des Strahlrohrs vorgesehen ist.
6. Anordnung für den Modellversuch an Strahlrohrtriebwerken im Windkanal, dadurch gekennzeichnet, daß ein gleichachsiger Körper im Strahlrohr ohne Verbindung mit diesem angeordnet ist, der sich achteraus bis zu einer im Verhältnis zu den Abmessungen des Strahltriebwerkes großen Entfernung erstreckt, wo er auf geeignete Weise befestigt ist und solche Formen besitzt, daß die in jedem Augenblick durch das mit dem Körper ausgestattete Strahlrohr hindurchtretende Strömungsmittelmasse der bei Verwendung des Strahlrohrs unter Verbrennung hindurchtretenden gleichkommt.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des gleichachsigen Körpers festgelegt ist durch die mathematische Formel
8. Anordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichachsige Körper mit einem Gitter versehen ist, das keine Verbindung mit dem Strahlrohr hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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