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Strahltriebwerk Die bekannten' Strahltriebwerke lassen sich in drei
Klassen einteilen, nämlich erstens in die als Turbinenstrahltriebwerke bzw. Strahltriebwerke
mit Brennkraft-Kolbenmaschinenbetrieb bezeichneten Triebwerke mit umlaufendem Luftkompressor,
je nachdem, ob der Antrieb des Kompressors durch eine Turbine oder einen Kolbenmotor
erfolgt, zweitens in die Staustrahltriebwerke (nach Art der Lorin-Düsen), die auf
einem einfachen thermodynamischen Prinzip beruhen und bei denen der relativ zum
Vorschub des Flugzeuges entstehende, auf Grund einer sinnreichen Form des Einlaßrohres
wieder komprimierte Luftstrom durch Verbrennung eines geeigneten Brennstoffes eine
zusätzliche Energie erhält, um schließlich mit einer Geschwindigkeit ausgestoßen
zu werden, die größer als die Einlaßgeschwindigkeit ist, und drittens in die intermittierenden
Strahltriebwerke, die eine für stoßweise erfolgende Verbrennungen eingerichtete
Kammer und eine dieGase periodisch ausstoßende Düse aufweisen.
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Die Strahltriebwerke der ersten Art weisen den Nachteil auf, daß sie
einen verwickelten Aufbau haben, teuer sind und verhältnismäßig schnell unbrauchbar
werden.
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Die Staustrahltriebwerke, die bedeutend einfacher im Aufbau und weniger
kostspielig sind, weisen dagegen, wenn sie auch eine gute Antriebsleistung bei höheren
Geschwindigkeiten haben, den Nachteil auf. daß sie keinerlei Standschub liefern
und
infolgedessen verschiedener Kunstgriffe bedürfen, um das anzutreibende Flugzeug
vorwärts zu bewegen.
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Die intermittierenden Strahltriebwerke schließlich, die gleichfalls
einfache und billig herzustellende Geräte sind, waren bisher nur für verhältnismäßig
geringe Fluggeschwindigkeiten an-«-endbar.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer besonderen Kombination
aus einem Staustrahltriebwerk und wenigstens einem intermittierenden Strahltriebwerk,
durch welche mittels des intermittierenden Strahltriebwerkes ein beträchtlicher
Standschub und infolgedessen die Selbständigkeit des Startes des angetriebenen Flugzeuges
erhalten werden kann, während die Antriebsleistung des Staustrahltriebwerkes bei
höheren Geschwindigkeiten ausgenutzt wird.
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In dieser Kombination ist das oder sind die intermittierenden Strahltriebwerke
innerhalb des Staustrahltriebwerkes derart angeordnet, daß die Speisung des intermittierenden
Strahltriebwerkes in der verlangsamten Luft erfolgt, die durch die Einlaßdüse des
Staustrahltriebwerkes hindurchgegangen ist. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß
die Verbrennung im Innern des intermittierenden Strahltriebwerkes sich weniger nach
hinten ausbreitet, als in dein Fall, in welchem das intermittierende Strahltriebwerk
sich unmittelbar aus dem relativ zum Vorschub des Flugzeuges entstehenden Luftstrom
versorgt. Die Einlaßrohre der intermittierenden Strahltriebwerke sind vorzugsweise
von der Art einer Rückströmdrossel, d. h. sie sind frei offen und haben keine mechanischen
Ventile. Weiterhin liegt die Verbrennungskammer der intermittierenden Strahltriebwerke
vollkommen in dem Staustrahltriebwerk in dessen mittlerem Teil (d. h. in dem Bereich,
in welchem bei den gewöhnlichen Staustrahltriebwerken der Zutritt des Brennstoffes
erfolgt und die Verbrennung stattfindet), so daß die Wärme, .die durch die Wandung
der Verbrennungskammer des oder der intermittierenden Strahltriebwerke hindurch
abgeleitet wird und die gewöhnlich verlorengeht, ausgenutzt werden kann, um die
im Arbeitskreislauf des Staustrahltriebwerkes verwendete Luft zu erwärmen. Schließlich
i(st die Gasauslaßöffnung des interrnittierenden Strahltriebwerkes in bezug auf
die Auslaßöffnung des Staustrahltriebwerkes derart angeordnet, daß die Gase unmittelbar
auf die Außenluft wirken oder, was im Fall des Vorhandenseins mehrerer intermittierender
Strahltriebwerke möglich ist, der Ausstoß dieser Gase unter dem aerodynamisch geformten
Körper des Staustrahltriebwerkes etwas vor dessen Auslaßöffnung erfolgt.
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Alan erhält auf diese Weise einen vollkommenen und selbständig arbeitenden
Gruppenantrieb, der einen beträchtlichen Standschub und eine gute Charakteristik
des Vorschubes als Funktion der Geschwindigkeit ergibt.
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Die beschriebene Kombination ist vorzugsweise mit verschiedenen besonderen
Einrichtungen ausgestattet, die einen Höchstwert der Vorteile und die technische
Wirkung, die von ihr erwartet werden kann, zu erzielen gestatten.
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Zunächst ist es von Vorteil, den Ausstoß des intermittierenden Strahltriebwerkes
durch eine zur Verdünnung dienende Düse hindurchgehen zu lassen, welche die Luft
in den aerodynamisch geformten Körper des Staustrahltriebwerkes einzieht und welche
so ausgebildet ist, daß diese Luft einen Teil der Bewegungsgröße der aus der Verbrennungskammer
der intermittierenden Strahltriebwerke entweichenden Gase aufnimmt. Auf diese Weise
wird der durch diese Triebwerke erzeugte Vorschub erhöht, und dadurch wird das selbständige
Arbeiten des kombinierten Strahltriebwerkes verbessert. Diese Maßnahme liefert bei
der vorliegenden Kombination außerdem das Ergebnis, daß die Anpassung des oder der
intermittierenden Strahltriebwerke an große Fluggeschwindigkeiten verbessert wird
und daß ihnen dadurch gestattet wird, ihreWirkung lange Zeit derjenigen des Staustrahltriebwerkes
hinzuzufügen.
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Eine zur Verdünnung dienende Vorrichtung ist in dieser Beziehung von
besonderem Interesse, da sie gestattet, die Verdünnungsluft in der Strömungsrichtung
der Gase aufzunehmen und Geschwindigkeitsumkehrungen zu vermeiden, die entstehen
würden, wenn die Verdünnungsluft durch die Auslaßöffnung des intermittierenden Strahltriebwerkes
eingeführt würde.
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Praktisch durchgeführte Versuche an intermittierenden Strahltriebwerken
haben gezeigt, daß an den Wandungen der Verbrennungskammer eines solchen Strahltriebwerkes
Wärme nach außen abgezogen werden kann, ohne die Arbeitsweise der Vorrichtung zu
beeinträchtigen oder den erzeugten Vorschub zu vermindern. Es können so 40 '/0,
und sogar 6oA/o der gesamten Wärmeenergie, die durch die Verbrennung des in das
intermittierende Strahltriebwerk eingeführten Brennstoffes entwickelt wird, abgenommen
werden. Dieser Umstand wird gemäß der Erfindung dazu benutzt, die das Staustrahltriebwerk
durchströmende Luft zu erwärmen. Diese Erwärmung kann noch dadurch erhöht werden,
daß die Außenwand der intermittierenden Strahltriebwerke mit Rippen versehen wird.
Die Ausrüstung der intermittierenden Strahltriebwerke mit Rückströmdrosseln ohne
mechanische Ventile hat einen besonderen Vorteil, der darin besteht, daß in wechselnder
Bewegung befindliche Organe völlig vermieden werden. Der Nachteil, welchen die Rückströmdrosseln
gewöhnlich aufweisen und welcher darin besteht, daß sie einen Teil der Gase entweichen
lassen, ist bei der Kombination gemäß der Erfindung nicht vorhanden, weil sie ermöglicht,
zur Erwärmung der Luft des Staustrahltriebwerkes die Kalorien auszunutzen, welche
durch die in der entgegengesetzten Richtung entweichenden Gase mitgeführt werden.
Vor jedem Einlaßrohr der intermittierenden Strahftrieb-,verke kann ein gekrümmtes
Rohr angeordnet werden, welches die heißen Gase in den Luftstrom des Staustrahltriebwerkes
leitet.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen
Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
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Abb. i ist ein axialer Schnitt durch eine Ausführungsform einer kombinierten
Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Staustrahltriebwerk und vier intermittierenden
Strahltriebwerken; Abb. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie II-II der Abb. i ;
Abb.3 und q. sind Querschnitte von zwei abgeänderten Ausführungsformen mit drei
intermittierenden Strahltriebwerken bzw. einem intermittierenden Strahltriebwerk;
Abb. 5 ist ein Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform, bei welcher das
Staustrahltriebwerk eine flache Form besitzt und mehrere in Linie liegende intermittierende
Strahltriebwerke enthält, deren Achsen in derselben Ebene liegen; Abb. 6 ist ein
Querschnitt nach der Linie VI-VI der Abb. 5 ; Abb.7 zeigt im Schnitt das Auslaßende
einer weiteren Ausführungsform.
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Bei der in den Abb. i und 2 wiedergegebenen Ausführungsform des kombinierten
Triebwerkes ist mit i der aerodynamisch geformte Körper des Staustrahltriebwerkes
bezeichnet, der bei dem dargestellten Beispiel kreisförmigen Querschnitt besitzt
und dessen Einlaßöffnung mit 2 und dessen Auslaßöff.nung mit 3 bezeichnet ist. Der
Körper i enthält vier intermittierendeStrahltriebwerkepl,p2, p3, p4, die
Seite an Seite im Innern des Körpers i angeordnet sind. Der Hauptspant und die Anzahl
der intermittierenden Strahltriebwerke sind zweckmäßig als Funktion des Querschnittes
des Staustrahltriebwerkes derart gewählt, daß Zwischenräume zwischen den intermittierenden
Strahltriebwerken sowie zwischen diesen und der Innenwand des Körpers i des Staustrahltriebwerkes
vorhanden sind, um zu ermöglichen, daß der Luftstrom des Staustrahltriebwerkes ganz
um die intermittierenden Strahltriebwerke herumläuft und außerdem die von den intermittierenden
Strahltriebwerken nach außen abgegebene Wärme in dem Luftstrom des Staustrahltriebwerkes
gut verteilt wird.
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Jedes der intermittierenden Strahltriebwerke umfaßt folgende Elemente:
ein Lufteinlaßrohr .4., welches einen Teil der Luft in dem Staustrahltriebwerk an
der Stelle entnimmt, wo diese Luft, die durch die Öffnung 2 mit der Geschwindigkeit
des relativ zum Vorschub des Flugzeuges entstehenden Luftstromes eintritt, verlangsamt
worden ist, d. h. hinter dem divergierenden Teil 5 des Körpers i ; einte Verbrennungskammer
6, in welcher die stoßweise erfolgende Verbrennung eines Brennstoffes stattfindet,
der in den vor dieser Kammer liegenden Teil oder, allgemeiner gesprochen, am Ende
des Rohres q. in bekannter Weise dauernd eingeführt wird, wobei sich die intermittierende
Verbrennung selbsttätig auf die Frequenz des von der Wandung des intermittierenden
Strahltriebwerkes gebildeten Schallrohres einstellt; ein Rohr 7, welches die bei
jeder Verbrennung entstehenden Gase ausstößt und ihnen eine Geschwindigkeit erteilt;
eine Düse, die zum Verdünnen und Ausströmenlassen der Gase in die Atmosphäre dient,
wobei diese Düse einen divergierenden Teil 8 aufweist, der sich unmittelbar an das
Rohr 7 anschließt, aber von ihm durch eine ringförmige Öffnung 9 mit konvergierendem
Einlaßteil getrennt ist, um die Verdünnungsluft einzulassen; dabei füllt sich diese
Düse auf Grund des Druckabfalles, der nach jedem Gasausstoß entsteht, mit Luft,
und diese Luft wird durch die bei der darauffolgenden Verbrennung entstehenden Gase
vorwärts gestoßen, die auf die Luft einen Teil ihrer Bewegungsgröße übertragen,
um den Vorschub zu vergrößern, wobei dieser zusätzliche Vorschub durch den divergierenden
Teil 8 unterstützt wird.
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Die durch die ringförmige Öffnung 9 eintretende Verdünnungsluft wird
hier dem Innern des Staustrahltriebwerkes entnommen. Die Auslaßöffnumg io für die
Gase und die Verdünnungsluft liegt etwas jenseits der Auslaßöffnung 3 des Staustrahltriebwerkes,
so daß der endgültige Ausstoß der intermittierenden Strahltriebwerke unmittelbar
in die Atmosphäre erfolgt. Auf diese Weise wird die Eigenschaft der intermittierenden
Strahltriebwerke ausgenutzt, im Stillstand wirken zu können, um sie beim Start den
gesamten Vorschub erzeugen zu lassen, den zu leisten sie ohne die Gefahr der Dämpfung
fähig sind, die eintreten könnte, wenn der Ausstoß der intermittierendenStrahltriebwerke
im Innern des Körpers i des Staustrahltriebwerkes vor sich gehen würde.
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Die Verbrennungskammer 6 der intermittieren.-den Strahltriebwerke
liegt in demjenigen Teil des Körpers i des Staustrahltriebwerkes, in dem bei den
üblichen Staustrahltriebwerken gewöhnlich die Zerstäubung und Verbrennung des Brennstoffes
stattfindet: Die Wärmequelle der kombinierten Vorrichtung wird so durch denjenigen
Teil der in den Verbrennungskammern 6 der intermittierenden Strahltriebwerke entwickelten
Wärme gebildet, der durch die Wand dieser Kammern durchgelassen wird. Wie bereits
eingangs erwähnt, kann diese durchgelassene Wärme sehr beträchtlich sein ohne daß
das Arbeiten der intermittierenden Strahltriebwerke nachteilig beeinflußt wird.
Die Wärmeübertragung auf die in dem Staustrahltriebwerk umlaufende Luft kann durch
Rippen i i (Abb. 2) verbessert werden, die an der Außenseite der Kammern 6 angeordnet
sind, wobei gewisse dieser Rippen Scheidewände 12 bilden können, welche die interrizittierenden
Strahltriebwerke unter sich verbinden und sie außerdem an der Innenwand des Körpers
i befestigen.
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Die Lufteinlaßrohre q. der intermittierenden Strahltriebwerke sind
vorzugsweise frei offen und besitzen kein mechanisches Ventil. Sie haben im Innern
eine Ausbildung, die ihnen eine gute Durchlässigkeit in Richtung des Füllens der
Kammern 6 und eine weniger große Durchlässigkeit in entgegengesetzter Richtung gibt.
Es sind verschiedene Arten solcher Rohre bekannt, die mit Rückströmdrosseln bezeichnet
werden. Da solche Rohre immer einen
Teil der heißen Gase, die bei
jeder Verbrennung in der Kammer 6 entstehen, entweichen lassen, ist es von Vorteil
diese Gase zum Erwärmen der Luft des Staustrahltriebwerkes auszunutzen. Zu diesem
Zweck kann vor jedem der Rohre 4 ein Rohrabschnitt 13 angeordnet sein, der um i8o°
gebogen ist, um die Gase in den Luftstrom des Staustrahltriebwerkes zurückzuführen.
Diese Wärmeausnutzrohre 13 haben im allgemeinen einen kleineren Durchmesser
als die Einlaßrohre 4 und sind in einem gewissen Abstand von diesen Rohren angeordnet,
um nicht den Lufteinlaß durch die Rohre 4 zu behindern.
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Die so ausgebildete Vorrichtung bildet ein vollkommenes und selbständig
arbeitendes Triebwerk von beachtlicher Einfachheit. Ein mit einer oder mehreren
solchen Vorrichtungen ausgerüstetes Flugzeug ist fähig, sich von selbst, d. h. ohne.
zusätzliche Starthilfe vom Boden zu lösen. Bei höheren Fluggeschwindigkeiten wird
die beträchtliche Vorschubkraft des Staustrahltriebwerkes ausgenutzt, während die
intermittierenden Strahltriebwerke eine wesentliche Vorschubleistung auf Grund der
Verdünnungsdüsen 8 behalten.
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Es sind zahlreiche Änderungen an der beschriebenen Ausführungsform
möglich. So ist insbesondere die Anzahl der intermittierenden Strahltriebwerke in
keiner `'eise beschränkt. An Stelle von vier intermittierenden Strahltriebwerken,
wie dies in den Abb. i und a angenommen ist, kann auch eine größere oder kleinere
Anzahl solcher Triebwerke angewendet werden.
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Abb. 3 zeigt ein Triebwerk mit drei intermittierenden Strahltriebwerken
und Abb. 4 eine andere Ausführungsform mit nur einem intermittierenden Strahltriebwerk.
Bei einer gegebenen Form des Körpers i des Staustrahltriebwerkes ist es zu-,v-eilen
vorteilhafter, eine große Zahl von kleinen intermittierenden Strahltriebwerken an
Stelle eines einzigen intermittierenden Strahltriebwerkes von großem Durchmesser
zu verwenden, weil je größer die Anzahl der Batterie von intermittierenden Strahltriebwerken
bei gleichem Raumbedarf im Querschnitt ist, um so größer die Gesamtoberfläche der
Verbrennungskammern wird, was günstig für eine gute Übertragung der Wärme auf die
Luft des Staustrahltriebwerkes ist. Die Verwendung von frei offenen Rohren oder
Rückströmdrosseln ohne mechanische Ventile für die Speisung der intermittierenden
Strahltriebwerke ist in dieser Beziehung von Vorteil, weil sie die Anwendung von
intermittierenden Strahltriebwerken kleinen Querschnittes begünstigt.
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Die Form des Querschnittes des Staustrahltriebwerkes kann gleichfalls
geändert werden. Man kann insbesondere eine flache Form verwenden, die gestattet,
die intermittierenden Strahltriebwerkve längs einer oder mehrerer paralleler Linien
anzuordnen.
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Die Abb. 5 und 6 zeigen diesen Fall eines Staustrahltriebwerkes mit
sehr flachem aerodynamisch geformtem Körper i, der eine Batterie von in Reihe liegenden
intermittierenden Strahltriebwerken p1, p2 ... p; enthält. Ein derartiges
Staustrahltriebwerk kann in einen Flugzeugflügel so eingebaut werden, daß sein Lufteinlaß
an der Vorderkante des Flügels und sein Auslaß nahe der Hinterkante des Flügels
liegt.
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Auf Grund von Versuchen ist andererseits gefunden worden, daß, wenn
sich mehrere intermittierende Strahltriebwerke in dem Körper des Staustrahltriebwerkes
befinden, sieh diese intermittierenden Strahltriebwerke selbsttätig derart kuppeln,
daß ihre Verpuffungen in regelmäßigen Intervallen aufeinanderfolgen.Zwei
intermittierende Strahltriebwerke kuppeln sich beispielsweise in Phasenopposition,
drei intermittierende Strahltriebwerke mit i2o°' und schließlich :2p + i
intermittierende Strahltriebwerke mit (eine ungerade Zahl vorn intermittierenden
Strahltriebwerken ist vorzuziehen). Die Verwendung mehrerer intermittierender Strahltriebwerke
gestattet somit, einen quasi permanenten, wenn auch veränderlichen Ausstoßstrom
zu erzielen. '. Es ist dann möglich, .die Ausstoßöffnungen dieser intermittierenden
Strahltriebwerke unter den Körper des Staustrahltriebwerkes etwas vor dessen:Auslaßöffnung
zu verlegen, wobei weder das Arbeiten der intermittierenden Strahltriebwerke und
die Erzielung eines Standschubes noch das Arbeiten des Staustrahltriebwerkes bei
hohen Geschwindigkeiten beeinträchtigt wird.
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Eine Ausführungsform dieser Art ist in Abb. 7 wiedergegeben. Die Auslaßöffnung
3 des Staustrahltriebwerkes ist derart bemessen daß sie den zusammengesetzten-'Ausstoßstrom
der intermittierenden Strahltriebwerke und den Strom des Staustrahltriebwerkes gleichzeitig
hindurchgehen läßt.
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Diese Kupplungserscheinung der intermittierenden Strahltriebwerke
wird durch das Fehlen mechanischer Ventile und die Speisung der intermittierenden
Strahltriebwerke durch Rückströmdrosselrn begünstigt, wobei die letzteren nicht
den Nachteil der Eigenfrequenz mechanischer Ventile besitzen. Die Kupplung der intermittierenden
Strahltriebwerke erfolgt dann durch die Zusammensetzung der veränderlichen Druckfelder
sowohl an der Stromabwärtsseite als auch an der Stromaufwärtsseite des Strahltriebwerkes.
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Es ist ersichtlich, daß im Rahmen der Erfindung in dem Staustrahltriebwerk
zusätzliche Heizmittel, wie z. B. Brennstoffbrenner, vorgesehen werden können. Diese
zusätzlichen Heizmittel können augenblicklich in Wirkung gebracht werden, um im
Bedarfsfall eine zusätzliche Vorschubkraft bei größeren Fluggeschwindigkeiten zu
erhalten. Sie können insbesondere bei - einem Jagdflugzeug von Nutzen sein.