-
Strahltriebwerk Die meisten der bekannten Strahltriebwerke haben einen
kontinuierlich arbeitenden Gaserzeuger und liefern infolgedessen einen Triebstrahl,
der ebenfalls kontinuierlich strömt.. Das ist namentlich bei Turbinenstrahltriebwerken
und Staustrahltriebwerken der Fall.
-
Andere Triebwerke erzeugen dagegen einen pulsierenden bzw. intermittierenden
Gasstrahl. Dies ist bei Verpuffungsstrahltriebwerken der Fall, die bekanntlich mit
periodischen Verpuffungen oder Verbrennungen arbeiten, welche sich selbsttätig auf
der Frequenz des Rohreg. halten, das von der Brennkammer und der auf sie folgenden
Auspuffdüse gebildet wird. Es ist, bekannt, daß die Leistung solcher Verpuffungstrie_bwerke
sehr erheblich vergrößert werden kann, wenn die Düse derart ausgebildet wird, daß
sie sich zwischen zwei Gasstößen leicht mit Luft füllen kann, wobei-die so eingeführte
Luft durch den folgenden Stoß mit einer Erhöhung der Gesamtbewegungsgröße bei konstanter
kinetischer Energie vorgestoßen wird.
-
Die Erfindung wendet dieses Prinzip der Verdünnung auf Strahltriebwerke
mit kontinuierlichem Strom an und schafft die Mittel, die erforderlich sind, um
den kontinuierlichen Strom zunächst in mehrere intermittierende oder pulsierende
Ströme aufzuteilen.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die aus der
Turbine
eines Turbinenstrahltriebwerkes entweichenden Gase vor ihrem Eintritt in die Strahldüse
zu verdünnen, aber diese Verdünnung, die kontinuierlich erfolgt und von keiner Änderung
des kontinuierlichen Charakters des Gasstromes begleitet ist; ist sehr verschieden
von derjenigen, die gemäß-der Erfindung angewendet wird, -bei welcher der kontinuierliche
Gasstrom in mehrere pulsierende Ströme aufgeteilt wird. Die Düsen, aus denen die
Teilströme austreten, sind so angeordnet und ausgebildet, daß sie sich in den Pulsationsintervallen
mit Luft füllen. Die zwischen den Gasstößen eingeführte Luft wird durch die pulsierenden
Gasstöße wie durch einen Kolben ausgestoßen ur@d bewirkt infolge der Vergrößerung
der Strahlmassen eine Schuberhöhung.
-
In einer einen pulsierenden oder intermittierenden Gasstrahl liefernden
Düse erfolgt die Förderung der zusätzlichen Luft durch Stoß, d. h. mit einer Änderung
der Bewegungsgröße bei konstanter kinetischer Energie (wenigstens theoretisch),
während in einer einen kontinuierlichen Strahl . abgebenden gewöhnlichen Düse die
Förderung des Arbeitsmediums, das von einem besonderen Generator geliefert wird,
auf Grund von Reibung und Viskosität stattfindet, was nichtzurückgewinnbare Energieverluste
zur Folge hat, die zu dem oft bei gewöhnlichen Düsen festgestellten schlechten Wirkungsgrad
führen. Während der Wirkungsgrad von Düsen mit kontinuierlichem Gasstrahl allgemein
in der Größenordnung von io °/o liegt und nur in Ausnahmefällen 15°/, erreicht,
ist es bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Düse mit pulsierendem Gasstrahl
möglich, einen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 50 °/o zu erzielen.
-
Die eigentlichen Mittel zur Aufteilung des kontinuierlichen Stromes
in mehrere intermittierende oder pulsierende Ströme sind zahlreich. Man kann z.
B. die übliche Strahldüse in eine Anzahl. parallel angeordneter Düsen unterteilen
und den Gasstrahl aufein-' andenfolgend gegen diese Einzeldüsen richten, deren jede
mit Mitteln ausgerüstet ist, die gestatten, daß sich die Düse in den Intervallen
zwischen den Auspuffen mit Luft füllt. -Die Steuerung des Gasstrahles, durch- die
er nacheinander gegen die verschiedenen Einzeldüsen gelenkt wird, kann auf verschiedene
Weise erfolgen. So kann beispielsweise das Ablenken der Gasstrahlen durch Hilfsgasströme
oder Hilfsgasschleier erfolgen, oder es kann ein beweglicher Verteiler vorgesehen
sein, der den kontinuierlichen Gasstrahl aufnimmt und sich so verlagert, daß er
den Strahl nacheinander in die zu speisenden Düsen führt.
-
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
-
Fig. i ist ein schematischer Längsschnitt einer ersten Ausführungsform
der Erfindung; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie II-1I der Fig. i ; Fig.
3 und q. einerseits und Fig.5 und 6 andererseits zeigen zwei weiter( Ausführungsformen
in Schnittansichten, die denjenigen der Fig. i dnd 2 entsprechen; Fig. 7 ist ein
Längsschnitt einer vierten Ausführungsform; Fig.8 ist ein schematischer axialer
Schnitt einer fünften Ausführungsform der Erfindung; Fig. 9 ist - ein schematischer
Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. B.
-
Ein in den Zeichnungen mit i bezeichnetes Rohr nimmt die Gase in einem
kontinuierlichen Strom auf, die bei einem gewöhnlichen Strahltriebwerk (Turbinenstrahltriebwerk,
Strahltriebwerk mit Brennkraftkolbenmascbinenantrieb oder Staustrahltriebwerk) zur
Strahldüse gehen- würden, um den gleichfalls kontinuierlichen Antriebsstrahl zu
erzeugen.
-
In Fig. i ist aus Gründen einer guten Übersichtlichkeit nur schematisch
ein Turbinenstrahltriebwerk dargestellt, das dem Rohr r vorangeht und folgende Teile
umfaßt: eine vordere Öffnung 2 für den Eintritt von Außenluft, einen Luftkompressor
3, Verbrennungskammern 4 und eine den Kompressor 3 antreibende Gasturbine 5.
-
Bei einem gewöhnlichen Strahltriebwerk dieser Art würde das Rohr i
unmittelbar mit der Strahldüse verbunden sein.
-
Bei der in Fig. i dargestellten Ausführungsform der Erfindung grenzt
das Rohr i, für das ein kreisförmiger Querschnitt angenommen ist, an eine Düse mit
zwei konzentrischen Wänden, einer äußeren Wand 6 und einer inneren Wand 7, die sich
beide erweitern, von denen aber die durch die innere Wand 7 gebildete Mitteldüse
eine Einlaßöffnung 8 von gleichem oder vorzugsweise etwas größerem Durchmesser als
das Rohr i hat, so daß in den Zeitintervallen, in denen die- weiter unten zu beschreibende
Ablenkeinrichtung nicht arbeitet, der Strahl ohne Behinderung durch die Mitteldüse
entweichen kann. Andererseits ist die äußere Wand 6 so bemessen, daß die ringförmige
Auslaßöffnung 6" zwischen der Wand 6 und der Wand 7 einen Querschnitt gleich demjenigen
der Auslaßöffnung 7" der Wand 7 hat.
-
Die Einrichtung umfaßt demnach eine Mitteldüse und eine ringförmige
Umfangsdüse, die nachstehend mit den Bezugszeichen 7" bzw. 6" ihrer Ausgangsöffnungen
bezeichnet werden sollen.
-
Die Ablenkeinrichtung besteht aus einem aerodynamischen Körper 9 von
kleinen Abmessungen, der in der Achse des Rohres i etwas vor denn Anfang der sich
erweiternden Wand 6 angeordnet ist. Dieser spindelförmige Körper 9 ist hohl und
weist einen kreisförmigen Spalt io auf,- der über den ganzen Umfang des Körpers
verläuft. Die beiden durch den Spalt io getrennten Teile des spindelförmigen Körpers
9 sind in geeigneter Weise, z. B. durch eine innere axiale Stange ii, miteinander
verbunden.
-
Das Innere des aerodynamischen Körpers 9 kann mit Druckluft gespeist
werden, die einer geeigneten Quelle, z. B. einer Zwischenstufe des Kompressors 3,
mittels eines Rohres 12 entnommen wird, welches mit einem Hahn mit rotierenden Küken
ausgerüstet ist. Dieser Hahn ist schematisch durch einen Zylinderkörper 14 dargestellt,
der eine diametrale Trennwand 15 einschließt, welche von einem geeigneten, nicht
gezeigten Motor um die Achse 16 des Zylinders kontinuierlich angetrieben wird. Bei
der in Fig. i dargestellten' Stellung der Trennwand 15 ist der Zustrom von Druckluft
in den Körper 9 unterbrochen,
während bei einer um go° gedrehten
Stellung der Trennwand 15 die Druckluft in den Körper g eingelassen wird.
-
Der Spalt io ist derart gerichtet, daß der aus ihm austretende kegelförmige
Ablenkluftschleier eine Geschwindigkeitskomponente hat, die der Axialgeschwindigkeit
des Gasstromes im Rohr i entgegengerichtet ist, wie dies in Fig. i durch den Pfeil
f angedeutet ist.
-
Bei der in Fig. i gezeigten Stellung der Trennwand 15 wird
der Spalt io nicht mit Druckluft versorgt, so daß der durch das Rohr i strömende
Strahl nicht abgelenkt wird und durch die Mitteldüse 7" austritt, wie dies durch
die der Achse parallelen Pfeile in der unteren Hälfte der Fig. i dargestellt ist.
. In der um go° versetzten Stellung der Trennwand 15 wird der Spalt io mit Druckluft
versorgt, und der aus dem Spalt austretende Luftschleier lenkt den durch das Rohr
i strömenden Gasstrahl ab. Der Gasstrahl schmiegt sich an den sich erweiternden
Teil 61 der Wand 6 an, in welche die Wand des Rohres i allmählich übergeht.
Der Gasstrahl gelangt auf diese Weise in die Ringdüse 6, wie dies die in
der oberen Hälfte der Fig. i eingezeichneten Pfeile andeuten. Ein Gitter von ringförmigen
Schaufeln 17, das am Anfang der Ringdüse 6" zwischen den Wänden 6 und 7 angeordnet
ist, regelt die Strömung des Gasstrahles in dieser Ringdüse.
-
Der in dem Rohr i kontinuierlich fließende Gasstrahl wird also einmal
durch die Mitteldüse 7" und das andere Mal durch die Ringdüse 6" geführt.
-
Auf diese Weise entsteht ein pulsierender Strahl in jeder der Düsen
6. und 7d.
-
Betrachtet man z. B. die Ringdüse 6d, dann ergibt sich, daß in dem
Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden, in diese Düse geleiteten Gasstößen
diese Düse sich mit Außenluft füllt, die von hinten durch die Ausgangsöffnung der
Düse eindringt und durch den jedem Stoß folgenden Unterdruck angesaugt wird. Bei
dem darauffolgenden Stoß wird diese Luft durch die Gase, die auf sie wie ein Kolben
drücken, vorwärts gestoßen. Man erhält dann eine Erhöhung der Bewegungsgröße und
infolgedessen des Antriebsschubes bei konstanter kinetischer Energie.
-
Dasselbe Ergebnis wird für die Mitteldüse erhalten, die sich zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Gasstößen in dieser Düse mit Luft füllt.
-
Um zu vermeiden, daß unter der Saugwirkung, die von dem Gasstrom an
der Stelle ausgeübt wird, an der er aus dem Rohr i in die Ringdüse öd tritt, ein
Teil des dann aus der Ringdüse austretenden Gasstrahles in die Mitteldüse 7d zurückgesaugt
wird, können, um die Düse 7" zwischen zwei Stößen mit Luft zu füllen, Rohre
18 vorgesehen sein, die radial in der Ringdüse 6e angeordnet sind und die Verbindung
zwischen der Außenluft und der Mitteldüse 7" an über die Wand 7 verteilten Stellen
herstellen.
-
Um die Vergrößerung des Antriebsschubes, die sich aus der Erhöhung
der Bewegungsgröße ergibt, besser auszunutzen, ist es vorteilhaft, sowohl der Mitteldüse
als auch der Ringdüse, zumindest an ihrem Anfang, eine divergierende Form zu geben.
-
Auf diese Weise wird die Vergrößerung des Antriebsschubes auf die
Düsen selbst übertragen und der Gasstrom im Strahltriebwerk vor den Düsen nicht
gestört, wie dies auch die Zeichnung erkennen läßt. Wie bereits erwähnt, sind die
Flächen der Ausgangsöffnungen beider Düsen vorzugsweise .gleich. Es ist aber auch
zweckmäßig, daß die Gesetzmäßigkeiten, nach denen sich die Querschnitte der beiden
Düsen zwischen ihrem Einlaß und Auslaß ändern, die gleichen sind, damit die beiden
aus den Düsen austretenden pulsierenden Strahlen gleiche oder angenähert gleiche
Geschwindigkeiten haben und ähnliche Antriebswirkungen erzeugen, was jedoch nicht
durchaus notwendig ist.
-
Bei der abgeänderten Ausführungsform nach den Fig. 3 und q. sind die
beiden Düsen 66 und 7d, durch die der Strahl abwechselnd hindurchgeht, nebeneinander,
anstatt koaxial, wie im Fall der Fig. i und 2, angeordnet. Das Rohr i, welches das
Gas zuführt, und auch die Düsen 6" und 7, die voneinder durch eine profilierte
Zwischenwand 2o getrennt sind, haben bei dieser Ausführungsform 'rechteckigen Querschnitt.
Zwei Spalten ioa und iob zum Einblasen der ablenkenden Hilfsstrahlen sind in zwei
gegenüberliegenden Wänden des Rohres i, die parallel zur Zwischenwand 2o liegen,
vorgesehen. Sie werden über den rotierenden Hahn 1q., 15, der demjenigen der Ausführungsform
nach den Fig. i und 2 entspricht, abwechselnd mit Luft gespeist. Es ist ersichtlich,
daß, wenn der Spalt ioa gespeist wird (der in Fig. 3 dargestellte Fall) der Gasstrom
gegen die Düse 66 abgelenkt wird, während die Düse 7" sich mit Außenluft füllt,
wobei diese Füllung durch den von dem vorangegangenen Stoß erzeugten Unterdruck
unterstützt wird. Wenn umgekehrt der Spalt iob gespeist wird, dann wird der Gasstrom
gegen die Düse 7" abgelenkt, während die Düse 6" sich mit Luft füllt. Die erhaltene
Wirkung ist dieselbe wie bei der vorgehend beschriebenen Ausführungsform. Am Eingang
der beiden Düsen können Leitflächen 21 vorgesehen sein, um den Strom zu regeln.
-
Die abgeänderte Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 unterscheidet
sich von den vorhergehenden Ausführungsformen nur dadurch, daß die durch die Hilfsgasstrahlen
geschaffenen gasförmigen Ablenkhindernisse durch feste Ablenkhindernisse ersetzt
sind. Die festen Hindernisse werden von zwei Stäben 22d, 22b gebildet, die senkrecht
zur Achse des Rohres i, das mit rechteckigem Querschnitt wiedergegeben ist, und
längs zwei gegenüberliegenden Wänden dieses Rohres angeordnet sind. Die Stäbe 22"
und 22b werden mit einer kontinuierlichen Drehbewegung um ihre Längsachse 23" bzw.
23b durch eine Einrichtung angetrieben, die einen Hilfsmotor beliebiger Art (Elektromotor,
Windmotor usw.) aufweisen kann. Die Stäbe sind, wie in der Zeichnung dargestellt,
gegeneinander um go° versetzt, so daß in dem Augenblick, in dem der eine der Stäbe,
z. B. der Stab 22m, mit seiner Oberfläche senkrecht zur Strömungsrichtung der Gase
im Rohr i liegt, die Oberfläche des anderen Stabes parallel zu dieser Richtung verläuft.
-
Die Stäbe lenken also den Gasstrahl abwechselnd gegen die Düsen 66
und 7a, die in der oben beschriebenen Weise angeordnet sind.
Es
ist zweckmäßig, hinter jedem der Stäbe 22a, 22b wenigstens eine Leitfläche 24" bzw.
24b vorzusehen, die dazu dient, den abgelenkten Strom an die gekrümmte Wand anzuschmiegen,
die an jede Düse ä,ngrenzt.
-
Es können auch den Strom regelnde Flächen, wie sie in den Fig. 3 und
4 bei '2i dargestellt sind, vorgesehen sein.
-
Es ist natürlich auch die Anordnung starrer, in den Gasstrom ein-
und ausschiebbarer Hindernisse möglich, um die Ablenkung der Gase bald gegen die
eine und bald gegen die andere Düse zu bewirken-und dadurch einen pulsierenden Strom
in jeder der Düsen mit einem Füllen der Düsen mit Luft in den Pulsationsintervallen
zu verwirklichen.
-
Bei den oben beschriebenen Beispielen wird die Luft in die Düsen während
der Pulsationsintervalle durch die Auspufföffnung der Düsen eingelassen. Der Zutritt
der Luft kann auch durch besondere Öffnungen erhalten werden, die an einer stromaufwärts
liegenden Stelle angeordnet sind und gestatten, den Luftstrom des Fahrwindes auszunutzen
und die Füllung der-Düsen während des Fluges bei großer Fahrgeschwindigkeit zu erleichtern.
-
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform dieser Art, die derjenigen gemäß
Fig. i ähnlich ist, sich von dieser aber durch das Vorhandensein eines ringförmigen
Einlasses 25 unterscheidet, der gegen den Strom gerichtet ist und mit der Außendüse
6" in Verbindung steht. Dieser Einlaß 25 gestattet der Luft des Fahrwindes, während
der Pulsationsintervalle unmittelbar in die Düse 6" zu gelangen.
-
Zur Füllung der Innendüse 7" mit- Luft kann in gleicher Weise- eine
die Luft sammelnde ringförmige Windhutze 26 vorgesehen sein, die mit dem Inneren
der Düse 7" durch eine Anzahl Rohre 27, verbunden ist, die in radialen Ebenen angeordnet
sind.
-
Die obere Hälfte der Fig. 7 zeigt den Fall, in dem der kreisförmige
Spalt io mit Druckluft gespeist wird und den Gasstrahl gegen die Außendüse 6" ablenkt,
während die untere Hälfte von Fig. 7 den Fall betrifft, in dem der Spalt io nicht
gespeist wird und der Strahl daher unmittelbar in die Innendüse 7a tritt.
-
Die oben beschriebenen Einrichtungen arbeiten im ganzen genommen wie
Umschaltörgane.
-
Es können aber auch rotierende Umschaltorgane verwendet werden.
-
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 und 9 gelangen die aus dem
Rohr i kommenden Gase in einen Verteiler 28, der die Form eines Rohres hat, das
derart angebracht ist, daß es sich um die Achse des Rohres i drehen kann. Dieses
Verteilerrohr 28 kann beispielsweise einen Wellenstumpf 29 tragen, der in der Verlängerung
der Achse des Rohres i in einem festen Lager 3o drehbar angeordnet ist.
-
Das Rohr 28 ist derart .gekrümmt, daß bei seiner Drehung sich seine
Ausgangsöffnung 28" vor den Eingangsöffnungen einer Anzahl von Düsen 6a, 6b, 6ü.
. ., die revolverartig angeordnet sind, vorbeibewegt.
-
Auf diese Weise lenkt das Rohr 28, wenn es sich kontinuierlich um
die. Achse des Rohres i dreht, den Gasstrahl aufeinanderfolgend gegen die verschiedenen
Düsen und erzeugt so in =jeder Düse einen pulsierenden Strom, während sich die Düsen
in den Intervallen zwischen den Gasstößen mit Luft füllen, die durch ihre Einlaßöffnungen
frei eintritt.
-
Die Drehung des Rohres 28 kann durch einen geeigneten Antrieb, z.
B. durch einen an der Welle 29. angreifenden Elektromotor 31, herbeigeführt
werden.
-
Diese Drehung kann auch selbsttätig unter der Wirkung des Gasstromes
erfolgen. Dazu genügt es, das Rohr 28 derart zu krümmen, daß die Gase beim Austritt
aus diesem Rohr eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente haben, d. h. eine Komponente,
die bei der in Fig. 8 gezeigten Stellung des Rohres 28 durch den Mittelpunkt der
- Öffnung 28" hindurchgehen. und senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufen würde.
-
Es können natürlich auch andere Ausführungsformen von rotierenden
Umschaltorganen verwendet werden.