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Intermittierend arbeitendes Strahlrohrtriebwerk Bei den bekannten
intermittierend arbeitend--n Strahlrohrtriebwerken wird das Einlußorgan der Verbrennungskammer
durch den Staudruck geöffnet und durch .den Verbrennungscdruck geschlossen, während
der Auslaß aus der Verbrennungskammer nicht gesteuert, sondern dauernd offen ist.
Dadurch geht ein großer Teil der einströmenden Luft, mit Kraftstoff vermengt, für
die Verbrennung verloren, und die Verbrennung erfolgt bei verhältnismäßig niedrigem
Druck. Außerdem besteht die Möglichkeit eines bedeutenden Verlustes infolge unvollständiger
Verbrennung des Ge-
misches, da -diese erst nach dem Verlassen des kohres
beendet ist. Wegen der großen Abm-essungen der Verbrennungskammer ergeben sich auch
für die Einlaßorgane verhältnismäßig große Abmessungen, was eine relativ langsame,
unter 15 Hertz liegende Betriebsfrequenz bedingt, da die Massenträgheit des Einlaßorgans
eine höhere Frequenz nicht zuläßt.
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Die erfindungsgemäße Bauart beseitigt -diese Mängel dadurch, daß auch
der Auslaß durch ein Organ gesteuert ist, das durch den Verbrennungsdruck geöffnet
und durch. Fsderwirkun.g geschlossen wird. In der Verbrennungskammer kann daher
bei der Füllung ein wesentlich höherer Druck erzielt werden, und Verluste von Brenngemisch
können nicht mehr auftreten. Dann muß hervorgehoben
werden, d'aß
durch diese Anordnung der wesentliche Vorteil erreicht wird, @daß die Verbrennung
bei konstantem Volumen erfolgt, wodurch eine wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades
des Triebwerks erzielt wird. Verluste an Brenngemisch können nicht mehr eintreten.
Vorzugsweise weist das Triebwerk eine Mehrzahl von Verbrennungskammern mit gesonderten
Ein- und Auslaßorganen von solcher 7-Jasse auf, daß sie mit einer Frequenz von mindestens
15 Hertz betrieben werden können. Die rohrförmigen Verbrennungskammern können entweder
bündelartig oder in Reihenform angeordnet werden. Zur Verbesserung der Gemischbildung
ist zweckmäßig die der Verbrennungskammer zugewandte Seite des Auslaßorgans mit
Umlenkflächen für die einströmende Luft zu versehen. Die Verbrennungskammern werden
vorzugsweise zentrisch symmetrisch um eine Achse angeordnet; wobei ihre Auslaßöffnungen
in eine gemeinsame, zentrisch angeordnete Arbeitsdüse münden und jeweils zwei diametral
gegenüberliegendeVerbrennungskammern gleichzeitig arbeiten, um keine unsymmetrisch
angreifenden Kräfte zu erhalten. In der Arbeitsdüse wird ferner zweckmäßig ein Widerstandskörper
angeordnet, der durch seine hohe Temperatur noch unverbrannte Gemischteile entzündet
oder auf Entzündungstemperatur bringt. Der Vortrieb kann schließlich in weiterer
Ausgestaltung dadurch gesteigert werden, daß die Arbeitsdüse injektorartig in eine
sie zentrisch umgebende Zusatzluftführung mündet, um hierdurch die für die restlose
Verbrennung noch nötige Luft zuzuführen und so die größtmögliche beschleunigte Masse
zu erzielen.
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Die Zeichnung zeigt in [den Fig. i bis 4 bei-sPielsweise und schematisch
Längsschnitte von vier verschiedenen Ausführungsarten des Erfindungsgegenstandes;
Fig. 5 ist ein Schnitt einer Variante.
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Gemäß Fig. i sind in einem metallischen Gehäuse i vier oder mehr gleichartige
Verbrennungskammern 2 zentrisch symmetrisch angeordnet. Im Kopfteil einer jeden
Verbrennungskammer ist ein Einlaßorgan 3 in Form eines regelbaren Rückschlagventils
eingebraut, das in der Schließlage @dargestellt ist. Durch seitlich angeordnete
Düsen 4 wird der Kraftstoff eingespritzt. Zur Zünidung rIes Gemisches ist eine Zündvorrichtung
5, z. B. eine Zündkerze, vorgesehen. Das Auslaßorg.n 6 ist durch einen als Schieber
wirkenden Kolben gebildet und mit Umlenkflächen 7 für die einströmende Luft ausgestattet.
Es ist gegen Wirkung einer Schraubenfeder 8 in Richtung der Auslaßschlitze längs
verschiebbar. Die Verbrennungskammern stehen durch die Auslaßschlitze 9 mit -der
gemeinsamen Arbeitsdüse io in Verbindung, in der ein Widerstandskörper i i eingebaut
ist. Die Arbeitsdüse io ragt zentrisch in die :dahinter angeordnete Zusatzluftführung
13 ein, die mittels Rippen 12- am Gehäuse i sitzt.
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Die Wirkungsweise des Strahlrohrtriebwerks (ausgehend von den Vorgängen
in einer der Verbrennungskammern während oder Fahrt) ist folgende: Infolge des von
der Fahrtgeschwindigkeit abhängigen Staudrucks vor dem Kopf der Verbrennungskammer-ä
öffnet sich das Einlaßorgan 3. Die Luft strömt ein, staut sich amAuslaßorgan6 an
und wird von den Flächen 7 um i8o° umgelenkt, wobei sie mit dem nun durch die Düsen
4. eingespritzten Kraftstoff durchwirbelt wird. Nach Einleitung des Verbrennungsvorganges
durch die Zündung schließt der entstehende Überdruck das Einlaßventil 3, sobald
er die Höhe des Staudrucks überschritten hat, und wird am Ende des Verbrennungsvorganges
so groß, daß er gegen die Wirkung der Feder 8 das Auslaßventil 6 öffnet, so daß
die Abgase in die Arbeitsdüse to strömen. Durch die dabei eintretende Druckverminderung
in der Verbrennungskammer _ schiebt die Feder 8 den Kolben 6 wieder vor und schließt
somit diie Auslaßöffnung. Dann beginnt das Spiel von neuem. Inder Arbeitsdüse io
wird -die Druckenergie d er Brenngase in kinknsche Energie umgesetzt. Der .dabei
zum Glühen gebrachte Widerstandskörper i i führt zur Verbrennung noch unverbrannter
Gemischteilchen und erhitzt überschüssige Kraftstoffreste so hoch, daß sie durch
den Zutritt von Luft in der Zusatzluftführung 13 entflammen und eo die größtmögliche
Masse beschleunigt wird.
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Der Öffnungsvorgang des Einlaßorgans der Verbrennungskammer kann durch
eine vorgeschaltete Druckfeder beschleunigt werden, wodurch die Frequenzzahl der
Arbeitsprozesse gesteigert wird.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist im Gehäuse r eine Verbrennungskammer
2 gebildet mit einem Einlaßorgan 3 und einem Auslaßorgan 6. Das Einlaßorgan3 ist
stromlinienförmig ausgebildet und gleitet auf einem Kalben: 14, welcher auf einem
in Führungen 15 längs verschiebbaren: Rohr 16 sitzt und mit ihm starr verbunden
ist. Das Rohr 16 bildet die Spindel des hohlen Ventilkopfes 6. Der Kolben 14 und
das Einlaßorgan 3 sind gegeneinander durch die Feder 17 abgefedert.
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Bei 4 und 5 sind die Einspritzdüsen bzw. die Zündorgane angedeutet.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführungsart ist folgende: Bei der Luftfüllung
wird das Einlaßorgan 3 durch den, Staudruck nach rückwärts, d. h. in das Innere
der Kammer 2 verschoben. Dieser Bewegung folgt das Auslaßorgan, 6 mit Spindel 16
und Kolben 14, durch seine Massenträgheit verzögert, nach. Die Stärke der das Einlaßo,rgan
3 und das. Auslaßorgan 6 gegeneinander abfedernden Feder 17 wird so gewählt,
daß der Ventilkopf 6 erst dann für die AbschluBstellung gelangt, wenn, aus der Verbrennungskammer
2 die Brenngase au.sgeschoben worden sind. Beim Einsetzen des isochoren Verbrennungsprozesses
wird das: Einlaßorgan3 in, folge seiner großen Angriffsfläche schlagartig in seine
Schlie3stellunig -gebracht. Das, Auslaßo@r'gan 6 folgt dieser Bewegung nach, was
durch eine gegenseitige Abstimmung der D@ruckwirkungsflächen 14' auf den Kolben
14 und 6' auf den Ventilkopf 6 geregelt werden kann.
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Die Verbrennungskammer 2 könnte auch an ihrem Auslaßende voir der
Au.slaßöf'fnun,g eingeschnürt werden, um sicher eine vollständige Verbrennurig
bei
möglichst konstantem Volumen im Innern der Kammer zu erreichen.
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Bei bündelförmiger Anordnung der Verbrennungskammer 2 kann man auch
vorsehen, da,ß der Luftein.laß und der Gasaustritt durch in üblicher Weise angetriebene
rotierende Schieber gesteuert wird., welche an Stelle der Ventile 3 und 6 die Enden
der Verbrennungskammer 2 steuern, d. h. öffnen oder schließen.
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Durch die Hohlspindel 16 zieht ein Luftstrom, durch welchen sie sowie
der Ventilkopf 6 gekühlt werden. Diese Luftmasse findet in der Arbeitsdüse io als
Zusatzausschubmasse Verwendung.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführun.gsfo,rm, bei welcher eine Anordnung getroffen
ist, gemäß welcher das AuslaßoTgan 6 während der Verbrennung in der Schließstellung
.gehalten wird und beim Erreichen. des Endverbrennungs.druckes spontan zur Öffnung
gebracht wird.
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Die allgemeine Anordnung entspricht derjenigen der P'ig. 2, doch ist
in dseser Ausführungsform das Einlaßorgan 3 mit Bohrungen. 18 versehen, welche in
eine Ringnut i9 ausmünden:. Hinter dieser Nut i9 weist der Kolben 14 ebenfalls eine
ringförmige Aussparung 2o auf, anschließend an welche sich sein: Durchmesser im
Teil 2,1 vergrößert, welcher der Feder 17 als Stütze dient.
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Bei dieser Ausführung ist die Druckwirkungsfläche 6' des Auslaßorgan@s
6 größer gehalten als die hintere Fläche des Kolbens 14.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Bis zum Einsetzen der Verbrennung
ist die Fläche 6' größer als die Fläche iq@. Wenn das Einlaßorgan 3 durch den Verbrennungsdruck
in der Kammer :2 nach vorn in seine Schließstellung bewegt wird', lassen die Bohrungen:
18 über d'er Ringnut i9 die Druckgase auf den, erweiterten, Teil 21 des Kolbens
14 wirken, so daß, dieser Kolben schlagartig das Auslaßorgan 6 von seinem Sitz abreißt.
Diese Bewegung erfolgt infolge des Überschusses der auf den Kolben 14 wirkenden
Kraft gegenüber derjenigen, welche auf .das AuslaBo,rgan 6 wirkt.
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Bei der Ausführungsart gemäß Fi,g.4 sind die Verbrennungskammern:
2, bündelförmig angeordnet. Die Zeichnung zeigt nur eine Hälfte von. zwei einander
gegenüberstehenden Teilen, des Bündels. Das stromlinienförmig ausgebildete Einlaßo,rgan:3
ist auf einer feststehenden Achse 22 gleitbar gelagert. An: seinem hinteren Ende
weist es eine konische Öffnung 23 auf. Im Ende der Achse 22 befindet sich die Einspritzdüse
24 für den B!renustoff, welche über den Kanal 25, die Leitung 26 durch eine Pumpe
27 intermittierend gespeist wird. Der Antrieb der Pumpenwelle 28 erfolgt durch eine
auf ihrem Ende befestigte Luftschraube 2.9, so- daß die Pumpe 27 in. Abhängigkeit
der Fahrgeschwindigkeit betätigt wird. Die Zündung erfolgt durch die Zündvorrichtung
30 und wird durch einen: auf der Pumpenwelle 28 angebrachten. Zündverteiler
31 gesteuert.
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An ihrem Auslaßende ist die Kammer 2 durch ein durch ein. Ventil gebildetes
Ausla.ßorgan.6, verschlossen, welches durch eine auf einer Welle 33 sitzende Nockenscheibe
34 gesteuert wird. Der Körper des Ventils: 6 trägt eine gleitbare Hülse 35, auf
welche die Nockenscheibe 34 wirkt. Zwischen der Hülse 35 und dem Ventilkörper 6
ist eine Feder 36 angeordnet, so daß die Nockenscheibe das Ventil federnd nachgiebig
auf seinen Sitz drückt. .
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Das durch die Teile 6, 35 und 36 gebildete Ventil gleitet in feststehende
Führungen 35a. Die Welle 33 wird durch die Welle 218 über ein Zahnrad.getriebe
37 betätigt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Durch den Verbrennungsdruck in der
Kammer 2 wird das: Einlaßo,rgan 3 nach vorn. bewegt und in seine Schließstel-lung
gebracht. Das Ausla.ßorgan 6 wird! erst nach Erreichung des Verbrennungsenddruckes
geöffnet. Die durch die Nackenscheibe 34 gesteuerte Öffnung erfolgt rasch und vollständig,
um die Verbrennungsgäse zur Entspannung in die Düse io freizugeben.
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NachErreichung des vollen-Verbrennungsdruckes in der Kammer 2 gibt
die Nackenscheibe 34 über eine steile Auslaßbahn :das Ventil 6 frei, wobei gleichzeitig
der Teil 6 sich im Teil 35 nach. hinten verschiebt, so@ daß das Druckgas ohne unerwünschte
Dro,s@selung in die Düse io übertreten kann.
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Nach Vollendung des Auslaßvo,rganges wird durch den Staudruck das.
Einlaßo,rgarn 3 wieder geöffnet, so, daß Luft mit hoher Geschwindigkeit die Verbrennungskammer
:2 füllt und. die nach vorhandenen Brenngase nach rückwärts ausstößt. Das Ventil
6 wird dann durch die Nockenscheibe 34 wieder in seine Schließstellung gebracht.
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Der Antrieb der Pumpenwelle 28 in Abhängig= keit der Fahrgeschwindigkeit
könnte z. B. auch über einen Elektromotor erfolgen, dessen Drehzahl in Abhängigkeit
des Staudruckes geregelt wird.
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In der Fig. 5 ist ein Auslaßorgan dargestellt, mit welchem das gleiche
Ziel erreicht werden kann wie in der vo@rbeschriebenen Ausführungsfoirm.
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Der Ventilkörper ist als Kolben ausgebildet und besteht aus zwei ineinander
gleitenden Teilen. 6a und 6b. Der Teil 6a gleitet in seiner Führung! 38 und ist
durch die Feder 39 belastet, welche ihn: auf die Sitzfläche 4o drückt. Die Sitzfläche
4o un.d die Stirnfläche 40a des Teiles 6a sind ungleich geneigt und bilden zusammen,
einen in Richtung des. Teiles 6b offenen Winkel. Die Feder 39 stützt sich gegen
eine in: der Führung 3& eingeschraubte Stütze 42 ab. Der mittlere Teil des Ventilteiles
6a ist zylindrisch ausgebohrt undbildet für den Teil 611
eine Führung. Dieser
Teillib untersteht der- Wirkung einer Feder 43, welche sich Regent eine einstellbare
Stütze 44 abstützt, welche selbst in der Stütze 42 eingeschraubt ist.
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Diese Ausführungsart arbeitet wie folgt: Bei Erreichung des Verbrennungsdruckes
in der Verbrennungskammer 2 wird der Teil 6b gegen den Druck seiner Feder 43 von
seinem Sitz abgehoben. Dadurch kommt der Verbrennungsdruck auf die viel größere
Fläche 40a des Teiles 6a zur Wirkung, so. daß auch er von seinem Sitz entgegen der
Wirkung seiner Feder 39 abgehoben wird. Durch eine richtige Einstellung der durch
die Federn 39 und 43 ausgeübten Drucke erreicht man, mit dieser Anordnung
ebenfalls
eine spontane vollständige Freigabe der Gasaustrittsöffnung, sobald ein bestimmter
Verbrennungsdruck in der Kammerz erreicht ist.
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Die vorliegende Erfindung bietet folgende Vorteile, wie es aus denvorbeschriebenenBeispielen
einwandfrei hervorgeht: a) die Verbrennungskammer wird stets vollständig mit Frischgas
gefüllt und nachher vollkommen ausgespült; b) man erreicht eine praktisch stets
isachoze Verbrennung und' v ermeidet Verluste an, Verbrennungsgemisch; c) durch
das spontane oder mechanisch gesteuerte rasche und vollständige Öffnen der Aus_laßöfnung,
wenn: ein bestimmter Verbrennungsdruck erreicht ist, wird eine Drosselung der Gase
vor der Düse vermieden.
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Nach den Fig. 2 und 3 wird bei Öffnung des Auslaßo,rgans! 6 das Verhältnis
der Erweiterung der Düse dem jeweiligen Druckgefälle entsprechend angepaßt.