DE878584C

DE878584C - Thermodynamic propulsion nozzle

Info

Publication number: DE878584C
Application number: DEL9514A
Authority: DE
Inventors: Rene Leduc
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-08-05
Filing date: 1951-07-08
Publication date: 1953-06-05

Description

Thermodynamische Vortriebsdüse Der aerodynamische Widerstand eines Überschallflugzeuges hängt in der Hauptsache von der Frontalfläche des Apparates ab; wenn die Vortriebsvorrichtung in thermodynamischen Düsen besteht, ist es also wichtig, deren Hauptmoment so stark wie möglich herabzusetzen:.Thermodynamic propulsion nozzle The aerodynamic drag of a The supersonic aircraft depends mainly on the frontal surface of the apparatus away; if the propulsion device consists of thermodynamic nozzles, so it is important to reduce their main moment as much as possible:

Umgekehrt gesehen, wird bei derartigen Düsen der beste Wirkungsgrad durch Verwendung einer Verbrennungskammer erzielt, deren Querschnitt erheblich größer als der Eintritts- und Austrittsquerscbnitt der Düse ist. Die Verkleinerung der Verbrennungskammer im Hinblick auf eine Herabsetzung des aerodynamischen Widerstandes führt demzufolge zu einem bedeutenden Energieverlust, der in einem schwächeren Vortrieb und einem höheren spezifischen Kraftstoffverbrauch zum Ausdruck kommt.Seen the other way around, the best efficiency is achieved with such nozzles achieved by using a combustion chamber, the cross-section of which is considerably larger than the inlet and outlet cross-sections of the nozzle. The downsizing of the Combustion chamber with a view to reducing aerodynamic drag consequently leads to a significant loss of energy, which results in a weaker propulsion and a higher specific fuel consumption.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile durch gewisse Verbesserungen an den thermo-,dynamischen Vortriebsdüsen und insbesondere an ihrer Verbrennungskammer behoben.According to the invention, these disadvantages are addressed by certain improvements on the thermodynamic, dynamic propulsion nozzles and in particular on their combustion chamber Fixed.

Gemäß einem Kennzeichen der Erfindung ist die Verbrennungszone hinter einer Wirbelschicht angeordnet, die schräg zur Richtung des Gasstromes liegt und diesen ablenkt.According to one characteristic of the invention, the combustion zone is behind arranged in a fluidized bed which is inclined to the direction of the gas flow and this distracts.

Unter Wirbelschicht wird eine Schicht verstanden, in der die Wirbel der Strömung nicht Null sind. Eine solche Schicht kann beispielsweise durch ablenkende Schaufeln, durch Blasen oder durch Saugen erzeugt werden; bei Überschallgeschwindigkeiten ist es durchaus möglich, eine stabile Wirbelschicht unabhängig von, jedem besonderen Hilfsmittel auszubilden; die bei diesen Geschwindigkeiten zu beobachtenden Stoßwellen können solchen erfindungsgemäßen Wirbelschichten gleichgesetzt werden.A fluidized bed is understood to be a layer in which the eddies the flow are not zero. Such a layer can for example by deflecting Scooping, blowing, or sucking; at supersonic speeds It is entirely possible to have a stable fluidized bed regardless of any particular one To train aids; the shock waves observed at these speeds can be equated with such fluidized beds according to the invention.

Durch das Vorhandensein einer solchen schrägen Wirbelschicht vor der Verbrennungszone wird, wie im einzelnen noch dargelegt wird, hinsichtlich der Verbrennung,der gerade Querschnitt der Düse durch einen schrägen Querschnitt ersetzt, d. h. der Querschnitt der Verbrennungskammer wird beträchlich erhöht, ohne daß das, Hauptmoment der Düse gesteigert wird.Due to the presence of such an inclined fluidized bed in front of the Combustion zone becomes, as will be explained in detail below, with regard to the combustion, the straight cross-section of the nozzle through an oblique cross-section replaced, d. H. the cross-section of the combustion chamber is increased considerably without that the main torque of the nozzle is increased.

Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist eine zweite schräge Wirbelschicht hinter der Verbrennungszone angeordnet, um die StrömungsfädeA wieder auszurichten.According to a further characteristic of the invention, a second is inclined Fluidized bed placed behind the combustion zone to restore the flow threads align.

Die Wirbelschichten sind alsdann Kräften unterworfen, :deren Resultierende einen beträchtlichen Druck nach vorn ausübt, d. h. entgegengesetzt zur Richtung des Luftstromes. Auf diese Weise ist es möglich, :einen Schub auf die, Düse zu erzielen, der demjenigen sehr nahe kommt, der erzielt würde, wenn der Querschnitt der Verbrennüngskämmer unbegrenzt b.zw. unendlich wäre.The fluidized beds are then subjected to forces: their resultant exerts considerable forward pressure, d. H. opposite to the direction of the air flow. In this way it is possible to: get a thrust on the nozzle, which comes very close to that which would be obtained if the cross-section of the combustion combs unlimited or would be infinite.

Diese sowie weitere Kennzeichen werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben, in diesen zeigen Fig. i und 2 schematische Darstellungen dem Anordnungen nach der Erfindung, Fig. 3 in. schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Teil einer thermodynamischen Vortriebsdüse, die mit den Anordnungen der Erfindung ausgestattet ist, Fig. 4, 5 und 6 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.These and other marks are shown below with reference to the drawings described in more detail, in these FIGS. i and 2 show the schematic representations Arrangements according to the invention, Fig. 3 in. A schematic representation of a section through part of a thermodynamic propulsion nozzle associated with the assemblies of the invention, Figs. 4, 5 and 6 show different embodiments of the Invention.

Wie den Figuren, in denen die entsprechenden Teile mit denselben: Bezugszeichen versehen sind, zu entnehmen ist, hat die Luft vor der Verbrennungskammer eine Geschwindigkeit P" wobei .die Bewegungsrichtung mit der Wirbelschicht i einen Winkel a bildet. Nach dem Durchgang durch .die Wirbelschicht hat (die Luft eine Geschwindigkeit von T12, die viel kleiner als V1 ist und mit der Schicht ii einen Winkel ß bildet. Die Erhitzung der Luft erfolgt bei 3 auf jede geeignete Weise, wie Verbrennung, Korvvektion, Kernenergiezuführung usw. Di.ei Verbrennung bzw. Erhitzung in einem verlangsamten Luftstrom hat die gleiche Wirkung, wie wenn der Querschnitt der Düse sehr viel größer wäre. Vor der Verbrennungszone können TurbulenZflügel 4 angeordnet sein, um den Wärmeaustausch zu verbessern: ' ` Auf .diese Weise wird ein Gesamtvortrieb erzielt, der im Verhältnis sinß/siria gesteigert ist, ohne daß. der Querschnitt der Düse erhöht worden' wäre.Like the figures in which the corresponding parts with the same: Reference numerals are provided, it can be seen, has the air in front of the combustion chamber a speed P "where .the direction of movement with the fluidized bed i one Forms angle a. After passing through the fluidized bed (the air has a Speed of T12, which is much smaller than V1 and one with layer ii Forms angle ß. The air is heated at 3 in any suitable way, such as incineration, corvection, nuclear energy supply, etc. In the event of incineration or heating in a slowed air flow has the same effect as when the cross section the nozzle would be much larger. Turbulence wings can be placed in front of the combustion zone 4 to improve heat exchange: '' In this way a total propulsion achieved, which is increased in the ratio sinß / siria, without. the cross-section of the nozzle would have been increased '.

Wie aus Fig.2 ersichtlich, passieren die Gase nach der Energiezuführung 'die. Wirbelschicht 2, aus der sie mit einer Geschwindigkeit V3 austreten, die der Geschwindigkeit T11 parallel, jedoch viel größer ist. Durch dieses Richten wird ein beideutender Energiegewinn verwirklicht.As can be seen from Figure 2, the gases pass after the energy supply 'the. Fluidized bed 2, from which they emerge at a speed V3 that of the Speed T11 is parallel, but much greater. Through this judging becomes a two-way energy gain is achieved.

Die Anwendung dieser Anordnung bei einer thermodynamischen Düse. ist in: Fig. 3 schematisch dargestellt. Im Innern dieser Düse mit der Wandung ii und der Achse 13 ist beispielsweise die Steuerkabine 12 oder irgendein ariderer =Körper angeordnet. Die Wirbelschichten i und 2 sind bei diesem Beispiel in Form von Kegeln gleichachsig zur Düse angeordnet. Wichtig ist, daß .die zweite Wirbelschicht keineswegs unerläßlich für die Verwirklichung der Erfindung ist, diese zweite Schicht dient nämlich der Ausrichtung der Strömungsfäden, die auch selbsttätig erfolgen oder auf andere Weise bewirkt werden kann.The application of this arrangement to a thermodynamic nozzle. is in: Fig. 3 shown schematically. Inside this nozzle with the wall ii and the axis 13 is, for example, the control cabin 12 or some other = body arranged. The fluidized beds i and 2 are in the form of cones in this example arranged coaxially to the nozzle. It is important that the second fluidized bed by no means It is essential for the realization of the invention that this second layer is used namely the alignment of the flow threads, which also take place automatically or on other ways can be effected.

- Wesentlich ist die Querschnittsvergrößerung der Verbrennungszone ,durch eine Ablenkung der Strömungsfällen vor ihrem Durchgang durch diese Zone mittels einer schräg zur Achse angeordneten Wirbelschicht.- The enlargement of the cross-section of the combustion zone is essential , by deflecting the flow falls prior to their passage through this zone by means of a fluidized bed arranged obliquely to the axis.

Die zweite Wirbelschicht hat außerdem den Vorteil, daß sie einen bedeutenden Energiegewinn gewährleistet, und aus diesem Grunde ist ihre Anwendung vorzuziehen.The second fluidized bed also has the advantage of being a significant one Energy gain is guaranteed and for this reason it is preferable to use it.

Die Wirbelschicht kann auf jede geeignete Weise verwirklicht werden. Die Erfindung sieht hierfür besonders die Verwendung von ablenkenden Schaufeln :bzw. Leitschaufeln vor.The fluidized bed can be implemented in any suitable manner. The invention provides for this purpose in particular the use of deflecting blades: or. Guide vanes in front.

Es ist nämlich bekannt, daß ein Profil nach Art des Profils 5 in Fig. 5, :das so vorgelagert ist, daß es Kräften Z unterworfen ist, der Sitz eines von Null verschiedenen Wirbels @7 = f vds ist, wobei sich dieses Integral auf den Umriß des Profils erstreckt.It is known that a profile of the type of profile 5 in FIG. 5,: which is upstream in such a way that it is subjected to forces Z, is the seat of a non-zero vortex @ 7 = f vds, this integral being extends the outline of the profile.

Eine Aufeinanderfolge von in geeigneter Weise ausgerichteten: Profilen 5 ist also einer Wirbelschickt gleichwertig.A succession of appropriately aligned: Profiles 5 is therefore equivalent to a vortex send.

In Fig.4 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die dem Fall der Fig. i entspricht. Hier ist eine einzige Reihe von Schaufeln 5 vorgesehen, die dem Gasstrom um den Winkel ß - a ablenken.In Figure 4, an embodiment of the invention is shown, which corresponds to the case of FIG. A single row of blades 5 is provided here, which deflect the gas flow by the angle β - a.

Als Verlängerung der Schaufeln 5 sind Zwischenwände ia tvorgesehen:, die durch senkrecht ,dazu angeordnete Turbulenzflügel 8 verbunden sind. Die Brenner sind bei 7 angedeutet. Durch die Stellung .der Flügel 8 senkrecht zu den Trennwänden 12 wird eine Aufeinanderfolge von einzelnen Verbrennungskammern 13, 14 usw. gebildet, die gegeneinander versetzt sind. Die auf jede Seite ein und derselben Trennwand ausgeübten Drücke p1 und p2 sind demzufolge verschieden groß (p2 kleiner als p1), und ihre Resultierende ist ein Vortrieb bzw. Druck nach vorn.Partition walls are generally provided as an extension of the blades 5: which are connected by vertically arranged turbulence vanes 8. The burners are indicated at 7. The position of the wing 8 perpendicular to the partition walls 12 a succession of individual combustion chambers 13, 14 etc. is formed, which are offset from one another. The one on each side of the same partition The exerted pressures p1 and p2 are therefore of different sizes (p2 smaller than p1), and its resultant is a propulsion or pressure forward.

Gemäße Fig.l5 weist die Verbrennungskammer vor den Brennern 7 eine Reihe von Leitschaufeln 5 auf, die in geeigneter Weise ausgerichtet und in einer in bezug auf die Strömung schrägen Schicht angeordnet sind, sowie hinter der Verbrennungs-zone eine zweite Reihe von Schaufeln 9, die ebenfalls in einer Schicht schräg zur allgemeinen Richtung .dieser Strömung angeordnet und einzeln derart ausgerichtet sind, daß die Strömung wieder gerichtet wird. Die beiden Schaufelreihen bilden die Wirbelschichten i und 2.According to Fig.l5, the combustion chamber in front of the burners 7 has a series of guide vanes 5 which are suitably aligned and arranged in a layer inclined with respect to the flow, and behind the combustion zone a second series of vanes 9 which also arranged in a layer at an angle to the general direction of this flow and are individually aligned in such a way that the flow is directed again. The two rows of blades form the fluidized beds i and 2.

Vorteilhaft sind Flügel 8 vorgesehen, um die Turbulenz in der Nachbarschaft der Brenner zu steigern.Wings 8 are advantageously provided to avoid the turbulence in the neighborhood to increase the burner.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß in der Strömung sowie im thermischen Vorgang nichts geändert wird, wenn die vor der Wärmequelle angeordneten, Flügel bzw. Schaufeln durch Wände io mit den hinter der Wärmequelle angeordneten Schaufeln verbunden sind. Die Verbrennung geht alsdann in regelrechten kleinen Düsen vor sich, die schräg im Luftstrom angeordnet sind (vgl. Fig 6).It is readily apparent that in the flow as well as in the thermal The process is not changed if the wings are arranged in front of the heat source or shoveling through walls ok with those arranged behind the heat source Blades are connected. The combustion then proceeds in downright small nozzles in front of them, which are arranged obliquely in the air stream (see. Fig. 6).

Die! Winkel a und fl sind nicht notwendigerweise längs der Wirbelschicht oder -schichten konstant. Sie werden derart festgelegt, daß der Wirkungsgrad des Ganzen den günstigsten Wert hat; insbesondere können sie in der Nachbarschaft der Wandungen nach Null neigen. (Fig.3). Dieser Punkt ist wichtig, um Ablösungen in der Nachbarschaft -der Wandungen hinter der Verbrennungskammer zu vermeiden, ohne sich .die Vorteile der Erfindung entgehen, zu lassen.The! Angles a and fl are not necessarily along the fluidized bed or layers constant. They are determined in such a way that the efficiency of the Whole has the cheapest value; in particular, they may be in the neighborhood of the Tilt walls towards zero. (Fig. 3). This point is important for replacements in the vicinity of the walls behind the combustion chamber without to miss the advantages of the invention.

Die hinter der Wärmequelle angeordneten Flügel bzw. Schaufeln 9 werden auf eine sehr hohe Temperatur gebracht. Um ihre mechanische Haltbarkeit zu gewährleisten, werden sie vorteilhaft als Hohlkörper ausgebildet, in denen ein Kühlmittel umläuft. Sie können auch mit einem feuerfesten Stoff überzogen sein, der einen geringen Wärmeleitwert besitzt.The blades or blades 9 arranged behind the heat source are brought to a very high temperature. To ensure their mechanical durability, they are advantageously designed as hollow bodies in which a coolant circulates. They can also be covered with a fireproof material that has a low thermal conductivity owns.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und vor allem nicht auf die dargestellten Einzelheiten beschränkt. Insbesondere können die Wirbelschichten im Rahmen der Erfindung auf jede andere Weise verwirklicht werden.The invention is not limited to the described and especially not limited to the details shown. In particular, the fluidized beds be realized in any other way within the scope of the invention.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Thermodynamic propulsion nozzle, characterized in that that a fluidized bed inclined to the direction of the gas flow in front of the heating zone is trained. z. Nozzle according to claim i, characterized in that one of the gas stream re-directing fluidized bed is formed behind the heating zone. 3. nozzle according to claims i and a, characterized in that the fluidized bed consists of a A plurality of profiles, such as blades or the like., Is made in a suitable manner aligned and arranged according to the desired shape of the fluidized bed are. q .. Nozzle according to claim i, characterized in that turbulence blades, grids Od. Like. Are arranged at the outlet of the fluidized bed. 5. Nozzle according to claim d., characterized in that the wings or the like extend between the blades Partitions at such an angle, e.g. B. 9o °, are arranged that they are mutually exclusive lie offset. 6. Nozzle according to claims i and: 2, characterized in that the inclination of the fluidized beds is variable, especially in the direction of the gas flow decreases. 7. Nozzle according to claims i and 2, characterized in that the two Fluidized beds through partition walls or the like. Verbun: the are. B. nozzle according to claim 3, characterized in that the blades or the like. Provided with cooling devices. are.