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Einrichtung zur verbesserten Ausnutzung der Energie der Abgase von
Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Luftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf
eine Einrichtung zur verbesserten Ausnutzung der Energie der Abgase von Brennkraftmaschinen
zum Antrieb von Luftfahrzeugen. Bei derartigen Einrichtungen treten die Abgase der
einzelnen Zylinder in entgegengesetzter Bewegungsrichtung des Fahrzeuges über je
einen besonderen Abgaskanal und eine diesem Kanal angeschlossene Entspannungsdüse
ins Freie aus.
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Bei den bisher bekannten Einrichtungen dieser Art hat es sich gezeigt,
daß die äußeren Betriebsbedingungen, insbesondere die Flughöhe und die Geschwindigkeit
des Luftfahrzeuges, von ausschlaggebender Bedeutung für die Gestaltung einer derartigen
Einrichtung sind. Besonders der Druckverlauf in dem Abgaskanal ist von weitgehendem
Elrifluß auf die Wirtschaftlichkeit einer Abgasrückstoßanlage. Dieser Druckverlauf
wird seinerseits von der dem Abgaskanal sekundlich zu- und abströmenden Gasmenge
bestimmt. Durch zweckmäßige Gestaltung der die zu- und abströmende Gasmenge bestimmenden
Querschnitte des Abgaskanals kann der Druckverlauf im Innern des Abgaskanals weitgehend
beeinflußt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur verbesserten
Ausnutzung der Energie der Abgase von Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Luftfahrzeugen,
bei welcher die Abgase
der einzelnen Zylinder entgegengesetzt der
Bewegungsrichtung des Fahrzeuges über je einen besonderen Abgaskanal und eine diesem
Kanal angeschlossene Entspannungsdüse ins Freie austreten und bei welcher den durch
die Flughöhe und die Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges beeinflußten Betriebsbedingungen
durch zweckmäßige Gestaltung Rechnung getragen wird.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der die in
den Abgaskanal einströmende sekundliche Gasmenge bestimmende Querschnitt dem die
aus dem Abgaskanal ausströmende sekundliche Gasmenge bestimmenden Querschnitt verhältig
ist, in der Weise, daß dieses Querschnittsverhältnis mit zunehmender Flughöhe des
Luftfahrzeuges zunimmt und umgekehrt und/oder mit zunehmender Geschwindigkeit des
Luftfahrzeuges abnimmt und umgekehrt, und daß Einrichtungen zur regelbaren Veränderung
dieses Querschnittsverhältnisses vorgesehen sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Veränderung des
Ouerschnittsverhältnisses in Abhängigkeit von den Änderungen einer von der Flughöhe
und/oder der Geschwindigkeit beeinflußten physikalischen Zustandsgröße (Druck, Temperatur
od. dgl.), wobei vorteilhaft die die Änderung dieses Ouerschnittsverhältnisses bewirkenden
@ersteII@ieder in Wirkungsverbindung mit einem an sich bekannten Regler stehen,
der auf Änderungen der Zustandsgröße anspricht.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt
Abb. i eine an das Auslaßventil einer Kolbenbrennkraftmaschine anschließende Abgasrückstoßanlage,
Abb. i a den Verlauf der Ausströmgeschwindigkeit bei gleichbleibendem Ouerschnittsverhältnis
und veränderlicher Flughöhe, Abb. i b den Verlauf der Ausströmgeschwindigkeit bei
gleichbleibender Höhe und verschiedenem Ouerschnittsverhältnis, Abb.2 eine Abgasrückstoßanlage
ähnlich der der Abb. i mit regelbarem Querschnittsverhältnis. Nach Abb. i wird an
das Auslaßventil i des Arbeitszylinders 2 der Kolbenbrennkraftmaschine der Abgaskanal
3 angeschlossen, an dessen Ende sich die der Flugrichtung entgegengesetzt gerichtete
Entspannungsdüse 4 befindet. Am Ende des Arbeitstaktes öffnet sich das Ventil i
des Arbeitszylinders 2, und die Brenngase strömen durch den freigegebenen Ventilquerschnitt
fv in den Abgaskanal 3. Die in den Abgaskanal 3 einströmende sekundliche
Gasmenge ist außer von dem Zustand in dem Brennraum des Arbeitszylinders 2 von dem
Druck p in dem Abgasraum 3 und von dem Ventilquerschnitt fv abhängig. Die durch
die Eintrittsöffnung (Querschnitt fv) des Abgaskanals 3 einströmenden Abgase verlassen
diesen Kanal durch die Entspannungsdüse 4. Maßgebender Querschnitt für die sekundlich
aus der Entspannungsdüse ausströmende Gasmenge ist bei überkritischere Verhältnis
des Druckes p im Abgaskanal 3 und des Außendruckes p2 an der Mündung der Entspannungsdüse
4 der engste Querschnitt derselben. Bei unterkritischem Druckverhältnis P.2 ist
es der Endquerschnitt der Entspannungsdüse 4.. je nach der Wahl des Querschnittsverhäitnisses.fD/fv
wird sich daher in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zustand der Abgase im Brennraum
des Arbeitszylinders 2 und in Abhängigkeit von dem Außendruck p2 ein zeitlich verschiedener
Druck im Innern des Abgaskanals 3 einstellen. Diese zeitliche Änderung des Druckes
im Innern des Abgaskanals wird dadurch hervorgerufen, daß während eines Teiles der
Ausströmperiode des Arbeitszylinders 2 eine größere Abgasmenge sekundlich in den
Abgaskanal 3 strömt, als aus dem Abgaskanal 3 strömen kann. Es erfolgt daher eine
Art zeitlich begrenzte Speicherung der Abgase in den Abgaskanal 3, welche
die Erhöhung des Druckes p hervorruft. Die Ausströmgeschwindigkeit w ist u. a. von
dem Verhältnis des Innendruckes p im Abgaskanal 3 zum Außendruck p2 an derMündungderEntspannungsdüse4abhängig.
Der Außendruck p2 ist wieder eine Funktion derFlughöhe.
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Abb. i a zeigt ein Schaubild, bei welchem der zeitliche Verlauf der
Ausströmgeschwindigkeit w bei veränderlicher Flughöhe H und bei gleichbleibendem
Ouerschnittsverhältnis fDlfv dargestellt ist. Als Abszisse wurde die Zeit t in Sekunden,
als Ordinate die Geschwindigkeit w in m/Sek. gewählt. Das Schaubild zeigt, daß bei
einer geringen Flughöhe H3 die Ausströmgeschwindigkeit w3, in dem durch annähernde
gleichmäßige Geschwindigkeit gekennzeichneten Teil I, II geringer ist als bei den
größeren Höhen H2 und Hl. Es zeigt sich außerdem, daß die Dauer der Ausströmperiode
t3, während welcher die Ausströmgeschwindigkeit w3 annähernd gleich groß ist, kleiner
ist als bei den größeren Flughöhen H2 und H1. So beträgt z. B. bei der größeren
Flughöhe Hl der durch die gleichmäßige Geschwindigkeit w1 gekennzeichnete Teil der
Ausströmperiode t,' -Sekunden. Es ist, wie bereits angeführt, die Zeit t1' wesentlich
größer als die Zeit t3 .
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Da man bestrebt ist, während einer möglichst großen Zeitspanne eine
annähernd gleichbleibende Ausströmgeschwindigkeit w1 zu erreichen, muß also das
Ouerschnittsverhältnis fD/fv mit zunehmender Flughöhe ebenfalls zunehmen, wenn die
Rückstoßanlage wirtschaftlich arbeiten soll.
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Abb. i b zeigt den Verlauf der Austrittsgeschwindigkeit ze, bei verschiedenen
Querschnittsverhältnissen fDlfv und bei gleichbleibender Flughöhe H. Es ist
wieder die Zeit t in Sekunden als Abszisse und die Ausströmgeschwindigkeit
w in m/Sek. als Ordinate aufgetragen.
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Es ist bekannt, daß der dynamische Wirkungsgrad eines Strahlantriebes
in einem ganz bestimmten Zusammenhang mit der Vortriebs-"0, eschwindigkeit steht.
Bei zunehmender Vortriebsgeschwindigkeit muß daher auch die Austrittsgeschwindigkeit
w vergrößert werden und umgekehrt. Aus dem Schaubild ist nun ersichtlich, daß für
ein großes Querschnittsverhältnis a 3, wobei a = fD/fv, die Austrittsgeschwindigkeit
zer, klein
ist, während für ein 'kleines Querschnittsverhältnis
a i die Austrittsgeschwindigkeit w1 der Abgase groß ist. Es muß daher das Querschnittsverhältnis
a = fD/fy mit zunehmender Vortriebsgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges kleiner werden,
wenn der dynamische Wirkungsgrad nicht verschlechtert werden soll.
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Gemäß Abb. 2 wird der Austrittsquerschnitt fD der Entspannungsdüse
4 veränderlich gemacht, indem eine Begrenzungswand 5 der z. B. mit rechteckigem
Querschnitt versehenen Entspannungsdüse vierschwenkbar angeordnet ist. Je nach der
Schwenklage der Begrenzungswand 5 wird ein größerer oder kleinerer Austrittsquerschnitt
fD freigegeben. Die vierschwenkbare Wand 5 ist mit einem Hebel 6 in Verbindung,
der über ein VerbindungsstÜck 7 mit der Kolbenstange 8 eines in einem Zylinder g
vierschieblichen Kolbens gelenkig verbunden ist. Der Kolben io steht auf einer Seite
unter der Einwirkung einer Spiralfeder i i. Die andere Seite des Kolbens steht unter
der Einwirkung des Druckes der durch ein Venturirohr 12, das dem Fahrwind ausgesetzt
ist, hindurchströmenden Luft. Hierdurch wird der Kolben io im Zylinder g je nach
der Fluggeschwindigkeit und der Flughöhe verschoben. Diese Verstellbewegung wird
über das Gelenk 7 und den Hebel 6 der verstellbaren Wand 5 der Entspannungsdüse
q. übermittelt. Durch das Verschwenken dieser Wand wird der Querschnitt fo und damit
das Querschnittsverhältnis fD/fvi in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit und
der Flughöhe geregelt.