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Einrichtung für Abgasanlagen von Flugzeugtriebwerken Bekanntgeworden
ist bisher eine große Anzahl von Einrichtungen zur Unterdrückung der Auspuffflamme
an Flugmotoren. Diese haben den Zweck, das Leuchten der Flamme zu verhindern. Das
Ziel wird erreicht, indem entweder dem Abgas durch Wärmeübertragungsflächen Wärme
entzogen und an die Luft abgegeben wird oder indem der Abgasstrahl unterteilt und
mit Luft vermischt wird. Mit diesen Mitteln kann die sichtbare Flamme verkleinert
werden, so daß sie bei Nachtflügen nicht mehr stört.
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Die Erfindung verfolgt weitergehende Ziele. Es soll nicht nur die
leuchtende Flamme beseitigt werden, sondern auch verhindert werden, daß irgendeine
Art von Wärmestrahlung von der Abgasanlage abgegeben wird. Zu diesem Zweck soll
sowohl die Temperatur des Abgases als auch die Temperatur von mit Abgas bespülten
heißen Wänden, die in die Atmosphäre abstrahlen können, nicht höher sein als 4s0°.
Es darf also weder eine heiße, wenn auch nicht leuchtende Flamme außerhalb des Flugzeuges
auftreten, noch dürfen irgendwelche heißen Wandteile der Abgasanlage oder der umgebenden
Flugzeugzelle nach außen abstrahlen.
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Darum wird, wie ebenfalls bekannt, die Mischung des Abgases mit der
Umgebungsluft in einem besonderen, von der Atmosphäre abgeschlossenen Raum bewirkt,
in dem die Mischung und die damit verknüpfte Nachverbrennung vor sich geht. Das
aus diesem Raum austretende Abgasluftgemisch hat
durch die Wahl
eines genügend großen, durch die Rücksicht auf die Nachverbrennung mitbestimmten
Luftgewichtes eine solch niedrige Temperatur, daß keine Wärmestrahlung mehr emittiert
wird. Die Gestaltung des Raumes und der Abgas- und Luftzuführung hat so zu erfolgen,
daß bei zulässigen Abmessungen die Mischung vollständig durchgeführt ist, bevor
die Austrittsöffnung erreicht wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, durch geeignete
Mittel eine möglichst gute Ausnutzung der in den Abgasen steclzendeti Wärme- und
Strömungsenergie zu erzielen.
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Erfindungsgemäß wird der Austrittsquerschnitt des Mischraumes zwecks
Herstellung eines gegenüber der Atmosphäre erhöhten Druckes düsenförmig und zwecks
Herstellung eines gegenüber der Atmosphäre erniedrigtenDruckes diffusorartig ausgebildet.
Ein erhöhter Druck ist zu wählen, wenn die Abgase mit relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten
in den Mischraum eintreten, da die Ausnutzung des Wärmeinhaltes günstiger bei möglichst
hohem Druck erfolgt. Wenn jedoch die Abgase, wie es bei manchen Triebwerken der
Fall ist, mit sehr hoher Geschwindigkeit ausströmen, dann kann es zweckmäßig sein,
um die Impulsverluste durch die Mischung von Luft und Abgasen zu verringern, den
Druck im Mischraum herabzusetzen, da dann die Luft darin mit höherer Geschwindigkeit
strömt. Bei beiden Anordnungen empfiehlt es sich, die Abgase von solchen Zylindern,
deren Ausschubperioden unmittelbar zeitlich aufeinanderfolgen, in einer gemeinsamen
Mischdüse zusammenzufassen. Die Mündungen der Abgasmischdüsen im Mischraum können
durch einzelne Schlitze gebildet werden, die im wesentlichen parallel zur Luftströmung
angebracht sind. Man kann auch in die Mündungen der Abgasmischdüsen Kegel mit einem
Öffnungswinkel von 2o bis 6o° einschieben, welche das Abgas in Form eines Hohlkegels
in den abgeschlossenen Mischraum einströmen lassen. Besonders zweckmäßig ist es,
die Außenwand der Mischdüse am Austritt der Abgase in den abgeschlossenen Raum wellenförmig
zu gestalten. Man kann auch der Luft und dem Abgas durch entsprechende Abgasdüsen-
und Luftführungsausbildung einen Drall über die Strömungsgeschwindigkeiten überlagert
erteilen, der in der Größe oder im Drehsinn oder in beiden verschieden ist.
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Der Erfindungsgedanke wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele schematisch
erläutert. In den Abb. i und 2 sind Mischräume dargestellt, deren Austrittsquerschnitt
düsenförmig ist, während Abb. 5 einen Mischraum zeigt, dessen Austrittsquerschnitt
sich diffusorartig erweitert. Im einzelnen zeigen die Abbildungen folgendes: Abb.
i die Anordnung eines Mischraumes, dem die Abgase über einzelne Abgasmischdüsen
zugeführt werden, Abb.2 die Anordnung eines Mischraumes an einem Triebwerk, dessen
Abgasleitungen so gestaltet sind, daß die Abgase von jeweils drei Abgasleitungen
durch eine gemeinsame Mischdüse in den Mischraum eintreten, Abb. 3 eine Mischdüse
mit Schlitzen, Abb.4 eine Abgasmischdüse mit in den Austrittsquerschnitt eingesetztem
Kegel, Abb. 5 einen Mischraum, dem die Abgase über einzelne Stutzen zugeführt werden,
dessen Austrittsquerschnitt sich diffusorartig erweitert, Abb. 6 eine weitere Ausführungsmöglichkeit
einer Abgasmischdüse.
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Abb. i zeigt eine Einrichtung, bei der Luft und Abgas in den abgeschlossenen
Mischraum im wesentlichen parallel zueinander und entgegengesetzt zur Flugrichtung
strömen. Die Abgase werden dabei durch eine Krümmung der Zuführungsrohre in die
Richtung der Luft abgelenkt. Die Luft tritt bei a ein, Luft und Abgase bei
b aus. Die Abgase werden vom Triebwerk über die Abgasleitung c und an deren
Enden vorgesehene Mischdüsen in den Mischraum d eingeführt.
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Abb. 2 zeigt eine Einrichtung, bei der mehrere Zylinder ihre Abgase
durch eine gemeinsame Mischdüse e in den Mischraum d strömen lassen. Die Zylinder
werden so zusammengefaßt, daß ihre Ausschubhübe unmittelbar aufeinanderfolgen, sich
aber nicht wesentlich überschneiden. Dann tritt aus der Mündung der gemeinsamen
Mischdüse das Abgas nicht in einzelnen Stößen aus, die durch Pausen unterbrochen
sind, sondern das Abgas strömt gleichmäßiger und ohne Unterbrechungen. Man erreicht
dadurch eine gleichmäßigere :Mischung des Abgases mit der Luft. Bei vielen gebräuchlichen
Motorenmustern der Zwölfzy linderreihenbauart sind dann die ersten drei und die
letzten drei Zylinder jedes Blockes zusammenzufassen. Zur Verbesserung der Mischung
sind zwei Mittel vorgesehen. Einmal sollen die Abgase außer ihrer parallel zur Luftgeschwindigkeit
gerichteten Geschwindigkeitskomponente eine senkrecht dazu gerichtete erteilt bekommen,
um die gesamte Abgasmenge jedes Zylinders gleichmäßiger auf die Luftmenge zu verteilen.
Die Austrittsrichtungen des Abgases aus den Zuführungsrohren sind in Abb. i durch
die Pfeile gekennzeichnet. Der zweite Weg besteht darin, daß Abgas und Luft mit
einem gewissen Drall durch den Raum d strömen, um sowohl durch Fliehkraftwirkungen
als auch durch die an der Trennfläche auftretende Turbulenz die Mischung zu beschleunigen.
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Es ist zweckmäßig, die Wände des Mischraumes d, wie bekannt, außen
durch den Flugwind bespülen zu lassen, wie es in Abb. r durch Pfeile angedeutet
ist. Diese Maßnahme dient der Herstellung einer niedrigen Wandtemperatur des Mischraumes,
um so die Abstrahlung nach außen herabzusetzen.
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Die Abgaszuführung in den abgeschlossenen Raum wird so ausgebildet,
daß kein unvermischte, also heißes Abgas die Außenwand erreicht. Zu diesem Zweck
sind entweder die Öffnungen der Zuführungsrohre so auszubilden, daß das Abgas vorwiegend
axial ausströmt, wie es z. B. in den Abb. i und 2 angedeutet ist, oder die Außenwand
des Raumes wird durch die Abschirmbleche k abgedeckt,
die die heißen
Abgase nicht bis zur Außenwand vordringen lassen.
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Zur Vergrößerung der Berührungsfläche von Abgas und Luft und zur Erzielung
einer schnellen Mischung sollen die Mündungen der Abgaszufüh rungsrohre so ausgebildet
werden, daß sie einzelne schlitzförmige freie Querschnitte g aufweisen, sobald der
Abgasstrom unterteilt daraus austritt. Eine entsprechende Ausführung ist in Abb.
3 dargestellt.
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Eine weitere Möglichkeit, die Abgase unter Erhaltung des größten Teils
ihres Strahlschubes mit der Luft zu mischen, ist in Abb. 4 veranschaulicht. In die
Mündung der Abgasmischdüsen wird ein Kegel h, dessen Öffnungswinkel zwischen 2o
und 6o° betragen soll, eingeschoben, der es bewirkt, daß das Abgas in Form eines
Hohlkegels von etwa diesem Öffnungswinkel in die Luftsäule der Mischdüse hinausströmt.
Durch die große Berührungsfläche zwischen Luft und Abgas wird eine kurze Mischstrecke
erzielt. Die Ablenkung des Abgasstrahls gegenüber der axialen Ausströmung kann durch
den Kegel sehr gut eingestellt werden.
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Am Ende des Mischraumes ist in den Ausführungsbeispielen der Abb.
i und 2 eine Düse f, im Ausführungsbeispiel der Abb. 5 ein Diffusor i vorgesehen.
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In Abb. 6 ist eine Ansicht auf die Mündung der Abgasmischdüse dargestellt;
diese zeigt eine besonders günstige Gestaltung der Abgasmischdüse, durch deren Anordnung
die Mischung trotz geringer Strömungsverluste auf besonders kurzem Wege durchzuführen
ist. Die Außenwand i der Mischdüse ist wellenförmig ausgeführt, dadurch bekommt
die Strahloberfläche einen größeren Querschnitt, und die vollständige ,Mischung
mit der Luft tritt auf kürzerem Wege ein, ohne daß eine stärkere Turbulenz des Abgasstrahls
hervorgerufen zu werden braucht, die ja Impulsverluste mit sich bringen würde. Besonders
günstige Verhältnisse werden erzielt, wenn die Erfindungsgedanken der Abb.4 und
6 gleichzeitig angewendet werden, indem in die wellenförmig gestaltete Außenwand
der Mischdüse ein Kegel m eingeschoben wird, der die Wellen innen berührt. Dadurch
wird dann der Abgasstrahl in einzelne Teilstrahlen aufgelöst, die sich besonders
gut mischen. Die durch die Außenwand und den Innenkegel gebildeten Teildüsen besitzen
ein günstiges Verhältnis von Länge zu hydraulischem Radius und ergeben dadurch die
Möglichkeit, gut gerichtete Strahlen zu erzeugen, die die Luft durchdringen, so
daß man das ganze Abgas gleichmäßig über den Luftquerschnitt verteilen kann. Unter
dem hydraulischen Radius versteht man in der Strömungslehre das Verhältnis
2 F : U (F = Querschnitt eines Strömungskanals, U = Umfang eines Strömungskanals).
Es ist der Ersatzradius eines gleich wirkenden kreisrunden Rohres. Die gute Wirkung
einer Düse hängt davon ab, daß ihre Länge im Verhältnis zum hydraulischen Radius
nicht zu klein ist.
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Die Gegenstände der Ansprüche 5 und 6 sollen nur im Zusammenhang mit
dem Hauptanspruch Schutz genießen.