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Rückströmdrossel Es sind schon verschiedene Ausführungsformen von
Rückströmdrosseln vorgeschlagen worden, d. h. von Leitungen, die derart ausgebildet
sind, daB ihr Widerstand gegen das Durchlassen eines Gases in der einen Richtung
viel geringer als in der entgegengesetzten Richtung ist. Solche Leitungen können
als Rückschlagventile verwendet werden. Sie sind frei offen, d. h. weisen keine
beweglichen Teile auf, und vermeiden so die Nachteile, die solchen Teilen anhaften.
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Solche Rückströmdrosseln eignen sich besonders zur Regelung der Zufuhr
frischer Luft zu intermittierend arbeitenden Brennkammern (die sich in Resonanz
oder außer Resonanz befinden können), wenn es sich um Brennkammern von Vorrichtungen
handelt, die als intermittierende Strahltriebwerke bezeichnet werden und bei denen
die Drossel die Aufgabe hat, den Zutritt von Außenluft zwischen den aufeinanderfolgenden
Verpuffungen zu gestatten, aber das Entweichen der Verbrennungsgase in der entgegengesetzten
Richtung zu unterbinden, oder wenn es sich um Brennkammern handelt, die zur Speisung
von Turbinen bestimmt sind, wobei die Drossel meistens zwischen die Ausgangsseite
eines Luftverdichters und jede Brennkammer geschaltet wird und ihre Aufgabe -darin
besteht, den Durchgang der Luft vom Verdichter zu der entsprechenden Kammer zu gestatten;
aber das Rückströmen der Gase von der Kammer zum Verdichter zu unterbinden.
Die
Rückströmdrossel, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, gründet
sich auf die Beobachtung, d'aß der Viskositätskoeffizient (innere Reibung) von Gasen
hoher Temperatur, die bei einer Verbrennung entstehen, viel größer ist als derjenige
der Frischluft, d. h. der Außenluft oder der vom Verdichter gelieferten Luft.
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Zum Beispiel beträgt bei einem intermittierenden Strahltriebwerk der
Unterschied zwischen der Temperatur der heißen Gase, welche die Rückströmdrossel
zurückhalten soll, und der Temperatur der Frischluft ungefähr 2ooo°. In diesem Fall
hat das Verhältnis der absoluten Viskositätskoeffizientender heißen Gase und der
Frischluft einen Wert von ungefähr 3,8.
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Gemäß der Erfindung wird die Rückström,drossel durch eine Vielheit
von kleinen parallel angeordneten Einzelleitungen gebildet, deren Gesamtquerschnitt
die gewünschte Gasmenge in der Richtung des freien Strömens durchläßt, wobei jede
dieser Einzelleitungen jedoch einen genügend kleinen Querschnitt hat, .so daß der
Strömungswiderstand für ein Gas hoher Temperatur beträchtlich größer als für ein
verhältnismäßig kühles Gas ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
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Fig. i -ist ein axialer Schnitt einer Ausführungsform einer Rückströmdrossel
gemäß der Erfindung in ihrer Anwendung bei einem intermittierenden Strahltriebwerk;
Fig. 2 ist ein Querschnitt in größerem Maßstab nach der Linie II-II der Fig. i ;
Fig.3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Rückströmdrossel ; Fig. 4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Rückströmdrossel; Fig. 5 zeigt eine Einzelheit
der Ausführungsform gemäß Fig. q. in größerem Maßstab.
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Fig. 6 ist ein axialer Schnitt in größerem Maßstab einer Ausführungsform
einer einzelnen Leitung. Bei der in Fig. i dargestellten Ausführungsform 'ist mit
i die Verbrennungskammer eines intermittierenden Strahltriebwerkes, mit 2 -die die
Außenluft einlassende Öffnung, die im allgemeinen gegen die Vorderseite des anzutreibenden
Fahrzeuges gerichtet ist, und mit 3 die Düse bezeichnet, in welcher sich die Verbrennungsgase
entspannen, um einen nach hinten gerichteten Antriebsstrahl zu liefern.
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Die Vorrichtung ist mit einem Brennstoffinjektor (nicht dargestellt)
und einer Zündvorrichtung, beispielsweise einer Zündkerze, versehen, die nur zum
Anlassen dient, wenn es sich um eine in Resonanz arbeitende Vorrichtung handelt,
bei der sich die Frequenz der aufeinanderfolgenden Verpuffungen von selbst auf die
Frequenz des Schallrohres einstellt, das von der Umhüllung der Vorrichtung gebildet
wird, wobei dann ,die Zündung bei jeder Verbrennung durch die Berührung der frischen
Brennstoffmischung mit den Rückständen aus der vorangegangenen Verbrennung erfolgt.
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Bei ,4 ist ;die Rückströmdrossel angeordnet, die einen geringen Widerstand
gegen den Durchgang von Luft von 2 nach i, aber einen hohen Widerstand gegen das
Rückströmen der Verbrennungsgase von i nach 2 haben soll.
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Bei dem Beispiel gemäß Fig. i wird die Drossel von einer verhältnismäßig
dicken Platte 5 gebildet, durch die eine Vielzahl von Kanälen 6 gebohrt ist, die
einen genügend kleinen Durchmesser haben, :damit infolge des Unterschiedes der Viskositäten
der kalten Luft und der .bei idier Verbrennung entstehenden Gase hoher Temperatur
der Strömungswiderstand für die heißen Gase viel größer ist als der Strömungswiderstand
für die kalte Luft, wodurch das Strömen der Gase von der Kammer i zur Öffnung 2
praktisch verhindert wird.
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Nimmt man an, daß die Temperatur der heißen Gase 228o' K beträgt und
die Strömungsgeschwindigkeit der heißen Gase unter hohem Druck durch die Kanäle
6 hindurch bleich der Schallgeschwindigkeit bei dieser Temperatur, z. B. ungefähr
750 m/s, ist, so zeigt die Rechnung, daß gute Ergebnisse erzielt werden,
wenn man dem Durchmesser eines jeden Kanals 6 einen Wert gibt, der kleiner als
ist, wobei P der maximale statische Druck in der Kammer i während,der Verbrennung
ist. Das entspricht einer Reynoldschen Zahl der heißen Gase, die kleiner als 2000
ist.
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Die Anzahl der vorzusehenden Kanäle 6 ist natürlich so zu wählen,
daß sie die gewünschte Menge an Speiseluft abzugeben gestatten.
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Viele andere Ausführungsformen sind im Rahmen der Erfindung möglich,
die sich auf irgendwelche Bündel von Einzelkanälen erstreckt, deren jeder einen
derart kleinen Leitungsquerschnitt hat, daß Reibungskräfte erhalten -werden, die
für heiße Gase größer sind als für Gase geringerer Temperatur.
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So wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 die Rückström.dros:sel
von einem Bündel nebeneinanderliegender zylindrischer Rohre 7 von kleinem Durchmesser
gebildet. Diese Rohre können unter sich durch eine Bindung 8 aus. Eisendraht vereinigt
sein, und dieses Gebilde, das in Fig.3 schaubildlich dargestellt ist, kann zwischen
der Lufteinlaßöffnung 2 und der Kammer i eingebaut sein. Es ist nicht notwendig,
die Zwischenräume zwischen den zylindrischen Rohren zu verstopfen, es ist sogar
zweckmäßig, dies zu unterlassen, da diese Zwischenräume ebenfalls Einzelkanäle von
kleinerem Querschnitt darstellen.
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Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform im Querschnitt (entsprechend
dem der Fig.2). Die Einzelkanäle sind hier zwischen parallel zur Achse der Kammer
i übereinandergesetzten Platten 9 geschaffen. Diese Platten werden dadurch in einem
geringen Abstand voneinander gehalten, daß jede zweite Platte (Fig. 5) mit einer
Wicklung io aus Draht von kleinem Durchmesser versehen ist, wobei d°r Wicklungsschritt
derart festgelegt ist, daß der gewünschte geringe Querschnitt für jeden Einzelkanal
erhalten wird, welcher durch zwei benachbarte Platten 9 und zwei benachbarte Windungen
der Wicklung io begrenzt wird.
Viele andere Ausführungen sind natürlich
möglich.
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Vorstehend wurde der Querschnitt eines Kanals vom einen Ende zum anderen
Ende als konstant angenommen. Da jedoch der Druck der heißen Gase, die durch die
Einzelkanäle zu entweichen suchen, wie auch die Reynoldsche Zahl von der Kammer
aus kleiner wird, so steht dem nichts entgegen, daß der Querschnitt eines jeden
einzelnen Kanals mit zunehmender Entfernung von der Kammer größer wird.
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So zeigt Fig. 6 den Querschnitt eines von einer Umdrehungsfläche gebildeten
Einzelkanals, der von der Kammer i zur Eintrittsöffnung :2 für die Außenluft hin
divergiert. Man könnte auch jedem Kanal eine konische Gestalt oder irgendeine andere
Form mit von der Kammer nach außen hin zunehmendem Querschnitt geben.
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Natürlich ist die Anwendung der Erfindung auf Strahltriebwerke nur
als Ausführungsbeispiel angegeben, d. h. die Erfindung ist in keiner Weise darauf
beschränkt.
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Die Erfindung läßt sich in allen Fällen anwenden, in denen man das
Strömen von Gas von verhältnismäßig geringer Temperatur in einer Richtung zulassen,
aber in entgegengesetzter Richtung den Durchgang von Gas von viel höherer Temperatur
unterbinden will.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, intermittierend arbeitende Verbrennungskammern
für die Speisung von Gasturbinen zu verwenden.
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In diesem Fall wird die Rückströmdrossel zwischen der Abgabeseite
des Luftverdichters und dem Eingang in die Brennkammer oder in die Brennkammern
angeordnet, deren Ausgang die Turbine speist. Die Speisung der Verbrennungskammer
mit Druckluft gibt dann etwas weniger günstige Bedingungen als die Speisung mit
Luft von Atmosphärendruck, da das Verhältnis der Viskositätskoeffizienten bei konstantem
Temperaturunterschied abnimmt, wenn der Druck steigt. Diese Wirkung ist jedoch bei
für die Luftfahrt bestimmten Turbinen wenig störend, da die Höhenzunahme im entgegengesetzten
Sinne wirkt.