DE962560C - Verfahren und Einrichtung zum geordneten Ausgleich intermittierender Verbrennungen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum geordneten Ausgleich intermittierender Verbrennungen

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DE962560C
DE962560C DED17617A DED0017617A DE962560C DE 962560 C DE962560 C DE 962560C DE D17617 A DED17617 A DE D17617A DE D0017617 A DED0017617 A DE D0017617A DE 962560 C DE962560 C DE 962560C
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DED17617A
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Dipl-Ing Dr Phil W Trommsdorff
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Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/02Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof the jet being intermittent, i.e. pulse-jet

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Control Of Turbines (AREA)

Description

  • -\Terfahren und Einrichtung zum geordneten Ausgleich intermittierender Verbrennungen Intermittierende Verbrennungen, wi!e sie z.. B. in der Holzwarthturbine und in den intermittierenden Strahltriebwerken benutzt werden, können bei gut geleitetem verpuffungsartigem Verbrennungsvorgang den Vorteil haben, daß ohne zusätzlich zu leistende Verdichberarbeit eine Druckerhöhung im Brennraum bzw. in der Brennkammer oder in den Brennkammern auftritt, die, für sich allein oder zu einer anderweitig schon erzeugten Druckerhöhung hinzugefügt, das Druckgefälle gegen die Umgebung schafft, das zur gewünschten Umsetzung der Wärmeenergie der Verbrennungsgase in mechanische Energie benötigt wird. Das in einem Brennraum oder in einer Brennkammer durch verpuffungsartige Gleichraumverbrennung erzeugte Druckverhältnis (Druck nach der Gleichrau@mverbrennung dividiert durch den Druck vor der Gleichraumverbrennung) kann bis zum Verhältnis der absoluten Temperaturen (nach und vor der Verbrennung gemessen) gesteigert werden.
  • Dieser Vorteil der intermittierenden Gleichraumverbrennung konnte bisher nur in Kolbenmotoren durch die statische Kraftübertragung der Kolbenmaschine ausreichend ausgenutzt werden. Unter »statischer Kraftübertragung« wird eine Kraft- und Energieübertragung verstanden, bei der die Bewegungsenergie des Arbeitsmittels gering bleibt.
  • Einer guten dynamischen Energieumsetzung in nachgeschalteten Düsen bzw. Turbinenlaufrädern widersetzte sich das von einer explosionsartigen Gleichraumverbrennung anfallende gasförmige energiereiche Arbeitsmittel bisher stets deshalb, weil das aus dem Brennraum bzw. der oder den Brennka@mmnern anfallende gasförmige Arbeitsmittel intermnttierend austrat und mit zeitlich stark und schnell wechselndem Druckgefälle und Energiegehalt angeliefert wurde.
  • Richtig gestaltete Düsen oder richtig gestaltete Düsen mit richtig gestalteten Tuirbinenlaufschaufelkränzen verarbeiten aber mit befriedigendem Wirkungsgrad nur gerade das Druckgefä;le und den Wärmeinhalt des Arbeitsmittels, für das sie ausgelegt und konstruiert worden send. Der Wieg, durch regelbar veränderliche Düsen und gar durch regelbar veränderliche Schaufeln von Turbinenlaufschaufelkränzen .eine Anpassung ,an die sehr schnell wechselnden Bedingungen nach intermittierend arbeitenden Brennräumen vornehmen zu wollen, ist technisch' möglich, aber unbefriedigend.
  • Der Erfindung liegt nun folgende Überlegung zugrunde: Das aus intermittierenden verpuffungsartigen Gleichraumverbrennungen anfallende gasförmige Arbeitsmittel mit dein zeitlichen Nacheiirander schnell wechselnder Zustandsgrößen und Energieanhalte soll deinem ordnenden Vorgang derart unterworfen werden, daß daraus ohne ungünstige entropieverm,ehrende Mischung ein geordnetes räumliches Nebeneinander von gasförmigen Arbeitsmittelteilen mit den verschiedenen Zustandsgrößen und Energieinhalten wird.
  • Diese räumlich nach ihrem Energieinhalt, nach ihren Zustandsgrößen und nach anderen physikalischen Kennzeichen, z. B. spezifischem Drehimpuls, geordneten Arbeitsmittelteilen, werden unter Aufrechterhaltung der Ordnung teils vorübergehend gespeichert, teils auf getrennten Wegen geordnet weitergeführt, wobei eine schädliche entropievezmehrende Mischung durch dasselbe ordnende Prinzip weitgehend unterdrückt wird.
  • Auf diesem weiteren Weg wird dem geordneten Arbeitsmittel die jeweils bestmögliche Gelegenheit zur möglichst verlustfreien Umsetzung von Wärmeenergie in mechanische Energie unter völliger oder teil-weiser Ausnutzung des vorhandenen Druckgefälles geboten.
  • Als geeignetes Mittel zum Ordnen wurde die Sonderung in einem Gasstrudel erkannt.
  • Die in einem Gasstrudel auftretenden Effekte, bisher wenig bekannt und untersucht und technisch noch gar nicht ausgenutzt, lassen sich ohne Hilfe mathematischer Formeln anschaulich wie folgt beschreiben Strömt ein Gas längs der Achse eines durch eine drehsymmetrische Umhüllung begrenzten Raumes, und ist der axialen Längsbewegung eine irgendwie geartete Drehbewegung um die Achse überlagert, so soll diese Strömungsform »Strudelströmung<< oder kurz »Strudel« genannt werden. Eile Rohrstrudel, d. h. eine Strudelströmung in einem Rohr, liegt dann vor, wenn die Axialgeschwindigkeit auf der ganzen Längserstreckung des Gebildes konstant ist. Ein Düsenstrudel, d. h. eine Strudelströmung in einer Düse, liegt dann vor, wenn die Axialgeschwindigkeit längs des Gebildes ansteigt. Eine Strudelströmung werde in einem Querschnitt als im Gleichgewicht betrachtet, wenn die örtlichen Zentrifugalkräfte mit dem örtlichen radialen Gasdruckgradienten im Gleichgewicht stehen, wenn also den Gasteilen keine zusätzlichen R,adialbeschleunigungen erteilt werden.
  • Treten in einem solchen Strudel intermitti:erend Gasteile mit zeitlich veränderlichen Energieinhalten und Drehimpulsen ein, so ist die Strudelströmung nach obiger Definition irn Eintrittsquerschnitt als nicht im Gleichgewicht befindlich anzusehen. Je nach der Größe der Drehbewegung, gemessen durch die Machzahlen der Umfangsgeschwindigkeiten, tritt längs der Achse fortschreitend nach einer mehr oder minder kurzen Ordnungsstrecke eine Ordnung der Gasteile ein, die Gleichgewichtszuständen in den folgenden Querschnitten zustrebt.
  • Bei der Untersuchung eines geordneten Gleichgewichtszustandes findet man von der Achse zur Wandung gehend ein Ansteigen des spezifischen Drehimpulses vor. Unter »spezifischer Drehimpuls:: wird der Drehimpuls je Volumenelement verstanden.
  • Verfolgt man längs der Ordnungsstrecke die Bahnen verschiedener Gasteile, die mit einem größeren spezifischen Drehimpuls in den Gasstrudel eintraten, so findet man, daß sie ihren Weg mehr zurr Wandung hin genommen haben, dort ihren Platzeinnehmend, der ihnen ihrem spezifischen Drehimpuls gemäß zukommt. Diejenigen Gasteile aber, die mit einem geringeren spezifischen Drehimpuls eintraten, sind zur Achse hin abgedrängt worden.
  • Eine Möglichkeit, die Gasteile auch nach ihrem Energieinhalt zu trennen, -besteht nun darin, daß die Gasteile beim Austritt aus der Brennkammer so geführt werden, daß das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit und damit des Drehimpulses zur Axialgeschwindigkeit immer dasselbe bleibt. Einfache technische Mittel hierzu sind Leitschaufelaggregate am Brennkammeraustritt oder eine entsprechende Formgebung des Brennraumes oder des Brenmraumaustritts.
  • Unterstellt man ferner, daß am Brennraumaustritt kritische Verhältnisse herrschen, was bei verpuffungsartiger Gleichraumverbrennung sicher ist, dann ist das Quadrat der Gasgeschwindigkeit am Brennraumaustritt immer verhältnisgleich dem gesamten Energiegehalt des jeweils den Brennraumau-stritt passierenden Gasteiles. Mit obiger Forderung des durch die Geometrie am Brennraumaustritt vorgeschriebenen Verhältnisses 'von Umfangsgeschwindigkeit und Axialgeschwindigkeit verbunden ergibt sich, daß das Quadrat des spezifischen Drehimpulses am mit geeignet geformten oder mit einem geeignet geformten Leitschaufelaggregat versehenen Brennkammeraustritt für jedes austretende Gasteil verhältnisgleich dem gesamten Energieinhalt des betreffenden Gasteiles ist. Die Ordnung im Gleichgewichtszustand eines Strudelquerschnitts nach der Größe des spezifischen Drehimpulses der Gasteile bringt so zwangläufig auch eine Ordnung nach der Größe des Energiegehaltes der Gasteile mit sich.
  • In einem Rohrstrudel wird die zur Ordnung nötige Anlaufstrecke länger ausfallen. In einem Düsenstrudel, besonders bei' einer Querschnittsverringerung der Strudeldüse, wird sie kürzer ausfallen. Eine Querschnittsverringerung in der Strudeldüse ist natürlich nur dann möglich, -wenn die Gase nur an einem genügend peripheren Teil des rotationssymmetrischen Düsengebildes eintreten, so daß ihnen bei einer Querschnittsverringerung in axialer Strömungsrichtung genügend Ausweichraum zur Achse hin offen bleibt.
  • Das Strudelrohr bzw. die Strudeldüse leistet aber noch mehr. Sie glättet bei genügend langer Anlaufstrecke und bei genübend großem Speichervolumen die zeitliche Ungleichmäßigkeit des von einem oder mehreren intermittierend arbeitenden Brennkammern zufließenden Arbeitsmittels. Ein mit hoher Energie und mit hohem Drehimpuls an einer Stelle des Umfanges austretendes Arbeitsmittelteil findet man nach kurzer Ordnungsstrecke auf dem ganzen Umfang verteilt wieder, dort seinen Platz einnehmend, der ihm seinem spezifischen Drehimpuls gemäß zukommt und Arbeitsmittelteile geringeren spezifischen Drehimpulses mehr zur Achse hindrängend. Die Teile mit hohem spezifischen Drehimpuls und hoher Energie werden in dem Speicher vor einer Verengung des Querschnitts mehr oder minder aufgestaut und zurückgehalten. Sie können gar nicht durch die achsnaihen Teile. des engsten Querschnitts abfließen und passieren die engste Stelle nur nach und nach am äußersten Umfang. Teile mit geringerem spezifischen Dreh--impuls dagegen finden nahe der Achse freien und ungehinderten Durchgang.
  • Weiber befördert das Strudelrohr bzw. die Strudeldüse in Verbindung mit einem Aggregat von intermittierend brennenden Brennkammern die Füllung der nicht unter Druck arbeitenden Brennkammern mit Frischluft oder frischem Gasgemisch auch dann, wenn sich die gesamte Anordnung gegenüber der Außenluft in Ruhe befindet bzw. wenn kein besonderer Lader vorgesehen ist. Sowie auch nur eine Kammerdes Brennkammeraggregates gezündet hat und ausbläst, beginnt die Rotationsbewegung im Strudelrohr bzw. in der Strudeldüse.
  • Diese Rotationsbewegung schafft in der Umgebung der Achse der Strudeldüse bzw. des 'Strudelrohres einen Unterdruck. So entsteht zwischen Eintrittsseiten und Austrittsseiten der Kammern ein Druckgefälle, das Frischluft in die Kammern fördert.
  • Auch die Entspannung auf den Enddruck geht verlustlos ohne schädliche Entropllevertnehrung vonstatten, da das ordnende Prinzip der Strudeldüse in allen folgenden Querschnitten erhalten bleibt und eine schädliche entropevermehrende Durchmischung verhindert. Bei dieser Entspannung wird die durch die Zustandsgrößen des Arbeitsmittels in der Brennkammer vorgegebene größtmögliche Umsetzung von Wärmeenergie in Bewegungsenergie -erreicht. Die Trennung nach dem Energiegehalt wird hierbei nicht aufgehoben, so daß, wenn das gasförmige Arbeitsmittel ein anschließendes Turbinenlaufrad beaufsch-lagen soll, es durch geeignete Formgebung der Turbinenschaufeln leicht möglich ist, in jedem Achs.abstand die anfallende Bewegungsenergle mit bestem Wirkungsgrad auf den Turbinenrotor zu übertragen.
  • Soll aber die Strudeldüse bzw. das Strudelrohr als Strahltriebwerk arbeiten, so kann am Ende des Rohres oder der Düse der Anteil d-er Bewegungsenergie, der in der Umfangsgeschwindigkeit des Arbeitsmittels für -eine Schuherzeugung' nutzlos steckt, durch geeignet geformte Leith.eche am Ausgang umgelenkt und zu zusätzlicher Schuberzeugung herangezogen werden.
  • Nachstehend werden einige Ausführungsformen und Anwendungsbeispiele der Erfindung an Hand von schematischen Zeichnungen beschrieben unter denn ausdrücklichen Vorbehalt, daß. diese Aufzählung der Anwendungsbeispiele keineswegs vollzählig ist und daß dadurch die weitere und weitergehende Anwendung des Erfindungsgedankens auf die angeführten Beispiele nicht beschränkt wird.
  • Es zeigt Fig. i ein Aggregat von Brennkammern in der Seitenansicht , teilweise geschnitten, Vig. ib einen Schnitt nach der Linie I-I der Fig. i a, Fig. i c einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. i a, Fig. z a ein weiteres Aggregat von Brennkammern. das dem gemäß Fig. i ähnlich ist in der Seitenansicht, teilweise geschnitten, Fig. ab einen Schnitt in Richtung III-III der Fig. 2a, Fig. -c einen Schnitt in Richtung IV-IV der Fig. 2a, Fig. 3 ein Aggregat von Brennkammern ähnlich dem nach Fig. 2a mit zwischen Scheidewänden angeordneten Leitschaufeln, teilweise geschnitten, Fig. ¢a eine ringförmige Brennkammer mit einem ventilartigen, festen Schaufelgitter am Ein- und Austritt, Fig. q.b eine Abwicklung :des Eintrittsschaufelgitters nach Fig. q.a, Fig. q.,c eine Abwicklung des Austritts-Schaufelgitters nach Fig. ¢a, Fig. 5 ein einfaches Strudelrohr im 'Schnitt, Fig. 6 ein einfaches Strudelrohr mit nachgeschalteter, sich erweiternder Düse im Schnitt, Fig. 7 ein einfaches Strudelrohr mit 'Strudeldüse im Schnitt, Fig. 8 ein besonders geräumiges, speicherfähiges Strudelrohr mit nachgeschalteter 'Strudeldüse im Schnitt, Fig. gi. ein Strudelrohr mit Leitschatife-In im Schnitt, Fig. gb@ einen Schnitt durch zwei Leitschaufeln der Anordnung gemäß Fig. g a, Mg. ioa einen Schnitt durch ein 'Strudelrohr rn;r nachgeschalteter Düse und festen Leitschaufeln, Fig. iob einen Schnitt durch zwei Leitschaufeln der Anordnung gemäß Fig. i o a, Fig. i i a ein Strudelrohr mit nachgeschalteter Düse und hinter dieser angeordneter Turbine, Fig. i i b Schnitte durch eine 'Schaufel der Turbine nach Fig. i i a, Fing. i 2 a einen Schnitt durch ein Mehrkammerstrahltriebwerk mit Strudeldüse und spiralig gewun-.denen Brennkammern, Fig. i2b eine Teilabwicklung des Brennkammereintrittsventils nach Fig. 12a, Fig. i 2 c eine Abwicklung der Leitschaufeln des Austrittsgitters der Anordnung nach Fig. i2a, Fig. i2d einen Schnitt durch die Brennkammern nach der Linie V-V der Fig. i2a, Fig. 12,e eine vergrößerte Darstellung eines Brennkammerteilraumes der Anordnung nach Fig. iza, Fig. i3a eine Strudeldüse zum Ausgleich der rotexmittierenden Verbrennung eines Ringrohrbrennraumes in Verbindung mit einem Strudeldüsenventil, Fi,g.13b die Abwicklung des Eintrittsschaufelgitters nach Fig. 13a, Fig. i3c eine Abwicklung des Strudelschaufelgitters nach Fig. 13 a, Fig. 13 d die Abwicklung der Austrittsleitschaufeln des Beispiels nach Fig. i3a, Fig. 14a einen Schnitt durch ein kombiniertes intermittierendes Staustrahltriebwerk mit Strudeldüse, Fig. 141) eine Teilabwicklung des Brennkammereintrittsventils der Fig. 14a, Fig. 14c eine Teilabwicklung der Austrittsleitschaufeln der Anordnung nach Fig. 14a, Fig. 14,d einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Anordnung nach Fig. 14a, Fig. 14e einen Teilschnitt durch den Brennraummantel der Anordnung nach Fi;g. 14a, Fig. 15 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer kompressarlosen Gasturbine mit Strudeldüse zum Ausgleich der intermittierenden Verbrennung eines Aggregates von urgesteuerten, pulsierenden, selbstansaugenden Brennkammern, Fig. 16a -einen Schnitt durch eine kompressorlose Gasturbine mit Strudeldüse eines Aggregates von gesteuerten, geschlossenen Gleichraumbrannkammern, Fig.16b eine Teilansicht der Anordnung nach Fig. i 6a, Fig. 17a einen Teilschnitt durch eine intermittieren:d brennende Gasturbine mit Strudeldüse, Fig.17b die Abwicklungen der Teile der Anordnung nach Fig. 17a.
  • Die FSg. 1 bis 4 zeigen technische Mittel, die bewirken, daß die Gase beim Austritt aus einer intert<nittierend brennenden Brennkammer so geführt werden, daß das Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit zu Axialgeschwindigkeit immer das: selbe bleibt.
  • In Fig. i ist ein Aggregat von Brennkammern i gezeigt, die, durch die Brennkammerscheidewände 2 voneinander getrennt, um einen Zentralkörper 3 herum spiralig gewunden geführt sind und durch die gemeinsame Bnennkammerhülle ¢ umschlossen werden. Bei 5 treten die Gase aus der Brennkammer aus.
  • Das Strudelrohr 6 sammelt die austretenden Verbrennungsgase. Ein ventilartiger Verschluß7 gestattet den Eintritt von Gasen, verwehrt aber deren Zurückfließen. Bei dem in Fig. i gezeigten Beispiel wird das Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit zu Axialgeschwindigkeit dadurch festgelegt, daß die austretenden Gase der gewundenen Form der Kammerscheidewände folbrnen.
  • In Fig. 2 ist -ein Aggregat von Brennkammern 8 um einen Zentralkörper 9 ,gezeägt, die durch die -Brennkammerscheidewände i o voneinander getrennt sind. Die Hülle 13 umschließt das Aggregat.
  • Die achsparallel geführten Brennkammerscheidewände i o enden in spiralig gebogenen Endstücken 11. Ein ventilartiger Verschlu;Li 12 gestattet den Eintritt von Gasen, verwehrt aber deren Zurückfließen. Das Strudelrohr 14 sammelt die austreten-.den Verbrennungsgase. Bei dein in Fig. 2 gezeigten Beispiel wird das Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit zu Axialgeschwindigkeit dadurch festgelegt, daß die austretenden Gase durch die gebogenen Endstücke i i umgelenkt werden.
  • In Fig. 3 ist ein Aggregat von Brennkammern 15 gezeigt, die durch die Brennkammerscheidewände 16 mit den spiralig gebogenen Endstücken 17 voneinander getrennt sind. Zwischen die Endstücke 17 sind Leitschaufeln 18 eingebaut.
  • Bei dern in Fig.3. .gezeigten Beispiel wird das Verhältnis zwischen Umfangsgeschwindigkeit zu Axialgeschwindigkeit dadurch festgelegt, daß, die austretenden Gase durch die gebogenen Endstücke 17 im Zusammenwirken mit den Leitschaufeln 18 umgelenkt werden.
  • In Fig. 4a ist eine ringförmige Brennkammer i9 gezeigt, die von der Brennkammerhülle 20 umschlossen wird und die selbst den Zentralkörper 2 i umschließt.
  • Ein den Gaseintritt gestattender, deren Rückfli.°i3en aber verwehrender ventilartiger Verschluß 22 verschließt die Brennkammer i 9 an ihrem vorderen End,2. Eine Abwicklung diieses Verschlusses ist in 1-g. 4b dargestellt. Der Verschluß, wirkt gleichzei.,.g als Strudel- bzw. Dralldüse und als Rückströmdrossel und wird im folgenden als Strudeldüsenventil bezeichnet.
  • Die Brennkammer ist an ihrem hinteren Ende mit zu einem Schaufelkranz zusammengefußten Schaufeln 23 versehen, in denen die austretenden Gase umgelenkt werden. Eine Abwicklung des Schaufelkranzes ist in Fig.4c dargestellt. Durch den Austrittswinkel der Schaufeln 23, dem das austretende Gas folgt, wird das Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit zu Axialgeschwindigkeit festgele,gt.
  • Die Gase treten nach den Schaufeln 23 in das Strudelrohr 24 und die Strudeldüse 25 ein. Das Strudelrohr 24 ist reichlich bemessen, derart, da.ß, es im Zusammenwirken mit der Strudeldüse 25, die bei dem Vorgang mit nur einer Brennkammer nötige Speicherwimkung für die anfallenden ehergiereichen Gase hat, und der Im Strudelrohr nach dem Abklingen des Auspuffvorgangies noch stehenbleibende kräftige Strudel wirksam die Neufüllung des Brennraumes durch die Saugwirkung seines Kernes unterstützt.
  • Die Fig. 5 bis 8 zeigen Ausbildungsformen des Strudelrohres bzw. der 'Strudeldüse.
  • Fig. 5 zeigt ein einfaches Strudelrohr 26.
  • Fig.6 zeigt ein einfaches Strudelrohr 27 mit nachgeschalteter :erweiterter Düse 28.
  • Fig. 7 zeigt eine Strudeldüse 29.
  • Fig.8 zeigt ein besonders geräumiges speicherfähiges Strudelrohr 3o mit nachgeschalteter 'Strudeldüse 31.
  • Die Fig. 9 bis i i zeigen Anordnungen zur Ausnutzung der Drallenergie am Ende des Strudels.
  • In Fig. 9a sind am Ende eines Strudelrohres 32 den Drehimpuls der Gasse aufnehmende und in zusätzlichen Schub umwandelnde Leitschaufeln 33 angeordnet, deren Abwicklung in Fig.9b dargestellt ist. Der Stützring 34 stützt die Leitschaufeln.
  • In Fig. ioa sind am Ende einer Strudeldüse 35 den Drehimpuls der Gase in Schub umwandelnde Leitschaufeln 36 angebracht, deren Abwicklung in Fig. i.ob dargestellt ist. Der Stützring 37 stützt die Leitschaufeln.
  • In Fig. i i ist dargestellt, wie die Gase am Ende einer Strudeldüse 38 die stark verwundenen Schaufeln 39 eines Turbinenlaufrades 4o beaufschlagen und dort ihre Bewegungsenergie ganz oder teilweise an das Laufrad abgeben, das sie ohne Drehimpuls verlassen. In Fig. i i b sind verschiedene Querschnitte a-a, b-b und c-c der Turbinenschaufe139 dargestellt, aus denen die S:ch.aufelverwindung hervorgeht.
  • Die weiteren Figuren zeigen die Zusammenstellung der in Fig. i bis i i- dargestellten Bauelemente zu Geräten verschiedener Verwendungszwecke.
  • Fig. i 2 a zeigt ein Mehrkanunerstrahltri:ebwerk mit Strudeldüse zum Ausgleich intermittierender Verbrennungen und mit spiralig gewundenen Brennkammern.
  • Bei 41 tritt Luft in das Triebwerk ein und verteilt sich bei 42 auf die ganz oder teilweise spiralig gewundenen Brennkammern 43, - die durch die Kammerscheidewände 44 voneinander getrennt sind. Der gemeinsame Brennraummantel45 umfaßt die Brennkammern außen. Die Außenwand 46 des Zentralkörpers 47 ist die innere Begrenzung des Brennkammerringes. In jeder Brennkammer verhütet ein Ventilsatz 48 das Zurückschlagen der Verpuffung in den Raum 42. Der Ventilsatz 48 kann nach Fig. i2b in Form eines aerodynamischen V:enti,ls ohne bewegte Teile awsgebildet sein, in dem gegeneinander auf Lücke versetzte Profilkörper 49 derart angebracht sind, daß sie einem durchtretenden Luftstrom in der einen Richtung einen geringen, in der Gegenrichtung aber -einen sehr großen Strömungswiderstand entgegensetzen.
  • In den Brennkammern sind in bekannter Weise eine oder mehrere Brennstoffeinspritzdüsen 5o und eine oder mehrere Zündvorrichtungen 51 angebracht. Aus Fig. 12 d, die einen Querschnitt durch die Brennkammer längs der Linie V-V der Fig. 12a darstellt, ist eine beispielsweise Verteilung der Düsen 5o über den Umfang ersichtlich. In Fig. 12;e ist ein axialer Brennkammerabschnitt in vergrößertem Maßstab dargestellt. Durch :einen rotierenden Verteiler 52 mit regelbarer Drehzahl und regelbarer Fördermenge wird nacheinander auf je eine Brennkammer oder gleichzeitig auf eine sinnvoll ausgewählte Gruppe von Brennkammern, z. B. je zwei gegenüberliegenden oder drei um 12o° versetzten oder irgendeiner anderen symmetrischen oder unsymmetrischen Kombination eine regelbare Brennstoffmenge gegeben und in .einem der Durchmischungszeit angemessenen -Zc:tintervall später der Zündimpuls. Der Vorgang kann auch solcherweise variiert werden, daß die Zündvorrichtungen 51 entweder durch von außen zugeführte Energie kontinuierlich am Glühen gehalten werden, oder daß die Zündvorrichtungen von den vorhergegangenen Verpuffungen noch Wärme genug haben und zündfähig glühen, oder daß. beide Vorgänge zugleich oder nacheinander zum Zünden betrieben werden, und daß die Zündvai-richtungen räumlich getrennt stromab der zugehörigen Einspritzdüse 5o derart angeordnet sind, daß, wenn die Brennstoffluftgemischwolken mehrerer längs des Brennraumes verteilter Einspritzdüsen die zugehörigen Zündstellen erreicht haben, Zündung an einer Stelle oder gleichzeitig an verschiedenen Stellen längs des Brenn.-raurnes eintritt. Der letztere Vorgang wird angestrebt, weil :er dem thermodynamisch günstigen Vorgang der Gleichraumverbrennung am nächsten kommt.
  • Die Zündung leitet die verpuffungsartige chernische Umsetzung in der Gemischwolke ein, deren Endprodukte, die Verbrennungsgase, nicht nur eine höhere Temperatur als das ursprüngliche Gemisch haben, sondern auch, wenn der Brennraum eine geeignete Länge im Verhältnis zum freien Austrittsquerschnitt hat und in angemessener Weise der Verbrennungsgeschwindigkeit angepaßt ist, unter einem höheren Druck stehen. Der Ventilsatz 48 verhindert mehr oder minder vollkommen ein Zurückfließen des Brennrauminhaltes entgegengesetzt der allgemeinen Bewegungsrichtung. Der angestrebt größere Teil des Brennrau@minhalbes fließt in der allgemeinen Bewegungsrichtung durch das Brennraumende 53 ab.
  • Im Brennraumende 53 bekommt das Gas einen Drehimpuls.
  • Nach dem Verlassen des Brennraumes bilden die energiereichen Verbrennungsgase im Sammelraum 54 einen Strudel, dessen Kern mit seinem niedrigen. Druck saugend auf die übrigen Brennräume wirkt und deren Füllung mit Frischgas bewirkt bzw. unterstützt. Die Gase mit höchstem Energieinhalt und Drehimpuls passieren den :engsten Querschnitt 55 und die düsenförmige Erweiterung 56 am Umfang. Energie und impulsarme Teile passieren in der Umgebung der Düsenachse.
  • Der Sammelraum 54 wirkt ausgleichend auf die zeitlichen Ungleichmäßigkeiten in dem Gasstrom, der laufend durch neue Verpuffungen gespeist wird, in der Zeitfolge, mit dem das Verteileraggregat 52 die einzelnen Brenn1cammern steuert.
  • Die Anzahl der brennenden und Druckgas ausschiebenden Brennräume steht zur Anzahl der sich füllenden Brennräume zweckmäßig in -einem Verhältnis, das dem Quotienten aus der Summe von Zündzeit, Brennzeit und Ausströmzeit einerseits und der gesamten Füll- und Mischzeit andererseits verhältnisgleich ist.
  • Am Ende der düsenförmigen Erweiterung 56 sind feste Leitschaufeln 57 angebracht, die durch ihre Formgebung in der Lage sind, den im austretenden Gasstrahl verbleibenden Drehimpuls in nutzbaren Axialschub umzuwandeln. Die Leitschaufeln 57 werden durch den Haltering 58 gestützt und zusammengehalten. Eine Abwicklung des Leitschaufelgitters ist in Fig. i 2 c dargestellt.
  • Am Heck des Zentralkörpers 47 kann noch ein drehbares Heckstück 59 untergebracht werden, auf dem im Anstellwinkel verstellbare Propellerflügel 6o dem austretenden Gasstrahl Bewegungsenergie entnehmen ünd über eine Welle 61 den Zündverteiler 52 mit Pumpen und Zündmaw-schine antreiben.
  • Das beschriebene Triebwerk kann zum Antrieb von Luftfahrzeugen und Flugkörpern aller Art bzw. als frei fliegender Körper ausgebildet werden. Es ist den zur Zeit gebräuchlichen Gasturbinentriebwerken durch sein geringes Gewicht, durch das fast völlige Fehlen bewegter Teile, wie z. B. Kompresser- und Turbinenläufer, entscheidend überlegen. Es wird im Wirkungsgrad bzw. im Brennstoffverbrauch gleich gut wie ein zur Zeit gebräuchliches Triebwerk sein. Die höchsten zulässigen Temperaturen im Brennraum liegen über den in Gasturbinen zulässigen. Ebenfalls werden Raumbedarf und Spantquerschnitt sich im Rahmen der zur Zeit gebräuchlichen Triebwerke halten.
  • Der Wirkungsgrad bzw. Brennstoffverbrauch übertrifft an Güte erheblich den der bekannten intermittierenden Strahltriebwerke. Das Aggregat hat gegenüber diesen Pulsotriebwerken durch den Saugeffekt des Strudels, der schon mit dem ersten in einer einzigen Brennkammer eingeleiteten Vorgang einsetzt, den Vorteil eines beträchtlichen Standschubes, der Starthilfen aller Art überflüssig macht. Das Triebwerk ist durch Veränderung der Verteilerdrehzahl und durch Veränderung der Einspritzmenge in einem weiten Bereich leicht regelbar.
  • Fig. i3a zeigt eine Strudeldüse zum Ausgleich der intermittierenden Verbrennung eines Ringrohrbrennraumes in Verbindung mit einem gleichzeitig als Strudeldüse und als aerodynamisches Ventil bzw. Rückströmdrossel wirkenden Strudeldüsenventil.
  • Die Luft tritt von links kommend in den Diffusor 63 ein. Bei 64 kann der Gasstrahl diagonal, wie gezeichnet, oder radial umgelenkt werden. Er trifft dort auf das Schaufelgitter 65 des Strudeldüsenventils, das dem Gas einen Drehimpuls verleiht, der ihm erhalten bleibt, gleichgültig, ob das Gas in der allgemeinen Bewegungsrichtung weiterströmt oder ab es durch eine Verpuffung entgegengesetzt der allgemeinen Bewegungsrichtung kurzzeitig zurückgeworfen wird. Im Fall des Zurückwerfens der Gase werden sie eben in Folge ihres Drehimpulses nicht wieder zurück durch das Gitter strömen können. Das Schauielgitter des 'Strudeldüsenventils ist ein besonders wirksames aerodynamisches Ventil oder Rückströmdrossel allgemeiner Anwendbarkeit, das ohne irgendwelche bewegten Teile zu enthalten, einem schnell fließenden Gasstrom in der einen Bewegungsrichtung fast gar keinen Strömungswiderstand entgegensetzt, aber dem Gas in der Gegenrichtung, besonders bei kurzzeitigen Vorgängen, einen so großen Widerstand entgegensetzt, daß der Gasdurchtritt in der Gegenrichtung kurzzeitig fast völlig- versperrt ist. Zwischen dem Mantel 66 und der Hülle 67 des Zentralkörpers 68 befindet sich der ringförmige Brennraum 69. Die ringförmige Profilnase 70 mag Nutzlast enthalten. Der Brennraum 69 kann durch die Strudelbeschaufelung 7 i abgeschossen werden, die den Drehimpuls der den Brennraum verlassenden Gase wirkungsvoll erhöhen kann.
  • In dem besonders geräumigen, z. B. röhrenförmigen, flaschenförmigen, düsenförmigen oder sonstwie rotationssymmetrisch gestalteten Sammelraum 7 2 bildet das austretende Gas einen Strudel mit der schon gekennzeichneten Drehimpuls- und Energieverteilung. Durch den kritischen Querschnitt 73 der Düse fließen zeitlich nahezu gleichförmig am Umfang allmählich die en@ergie- und impulsreicheren Gasmassen nahe dem Umfang ab.
  • Der Strudel, allmählich abklingend, bleibt in dem geräumigen Sammelraum 72 auch dann noch bestehen, wenn der eigentliche Verpuffungs- und Ausströmungsvorgang im Brennraum schon beendet ist. Er bewirkt und unterstützt durch den Unterdruck im Strudelkern bei 74 die erneute Füllung des Brennraumes mit Frischgas, auch wenn das Triebwerk sich relativ zur Umgebung in Ruhe befindet bzw. auch wenn kein Kompressor oder eine ähnliche Vorrichtung die Füllung bewirkt. Leitschaufeln 7 5 setzen die im Drehimpuls der Gase noch vorhandene Energie in nützlichen Schub um. Die Leitschaufeln 75 werden durch den Haltering 76 gestützt und zusammengehalten und sind in Fig. 13d in Abwicklung dargestellt, während Fig. 13b eine Abwicklung des Strudeldüsenventils 65 und Fig. 13 c eine Abwicklung des Strudelschaufelgitters enthält.
  • Im druckfesten Zentralkörper 68 ist in einem flexiblen Sack 77 flüssiger Brennstoff 78 gelagert. Durch ein Rückschlagventil79 tritt bei jeder Verpuffung Druckgas in den Zentralkörper, durch Druck auf den flexiblen Sack 77 Brennstoff über das Sammelrohr 8o, die Regeldrossel 81 und den Stopper 82 zur Einspritzdüse 83 fördernd. Das Gasgemisch wird an den Zündstellen 84 gezündet.
  • Der Stopper 82, in Verbindung mit dem Brennraum 69 stehend und von den Druckvorgängen im Brennraum 69 :gesteuert, unterbricht in sinnvoller Weise während des Verpuffungsvorganges und bis zum völligen Abklingen der Verpuffung die Brennstoffzufuhr derart, daß -ein Zurückschlagen der Flamme aus dem Brennraum 69 in die Gegend bei 64 und an die Einspritzdüse 83 mit Sicherheit verhindert wird. Die in Fig. 13 gezeigte Variante, bei der die Brennstoffzuteilung unü Förderung selbstverständlich noch auf e:ne irgendwie andere sinnvolle Weise bewirkt werden kann, stellt ein besonders einfaches wenig aufwendiges billiges Triebwerk mit mittlerem Wirkungsgrad dax, die besonders die Wirkungsweise und Vorteile des Dralldüsenventils erläutern soll.
  • Ein besonders wichtiges Anliegen in der Weiterentwicklung von Strahltriebwerken ist die Ausweitung des Anwendungsbereiches von Staustrahltriebwerken auf ,das Geb?,et geringerer Fluggesclhwindigkeiten. Trotzdem Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ergeben haben, daß im Gebiet sehr hoher Fluggeschwindigkeiten mit einer Machzahl größer als 2 das Staustrahltriebwerk allen anderen Triebwerken technisch weit überlegen ist, führt sich -das Staustrahltriebwerk nur sehr zögernd ein, da es bei kleinen Geschwindigkeiten zu wenig leistet. Der spezifische Schub ist bei kleinen Geschwindigkeiten nicht ausreichend. Der Standschub ist sogar immer Null. Der Wirkungsgrad ist bei kleinen Fluggeschwindigkeiten sehr schlecht.
  • Es hat besonders in letzter Zeit nicht an Bemühungen gefehlt, das Staustrahltriebwerk mit Triebwerken anderer Bauart zu kombinieren und zu einer übergeordneten neuen Triebwerksart zu verschmelzen, derart, daß diese neue Triebwerks; art bei kleinen Geschwindigkeiten nach :einem dort angebrachten Verfahren z. B. als Turbinenstrahltriebwerk oder interrnittierendes Staustrahltriebwerk arbeitet und daß bei .steigender Fluggeschwindigkeit der Vorgang ohne Bruch in den Vorgang des kontinuierlich arbeitenden Staustrahlantriebs übergeht. Alle diese Bemühungen haben sich bis jetzt nicht richtig durchsetzen können, da einerseits das optimal arbeitende Turbinenstrahltriebwerk nur in einem kleinen Bereich betriebssicher und günstig arbeitet und schlecht an die bei einem solchen Kombinationstriebwerk auftretenden sehr stark wechselnden Betriebsbedingungen anzupassten ist, und da andererseits ein intermittierend arbeitendes Triebwerk in der übergangsspanne die empfindlichen Vorgänge im überschallcliffusor des Staustrahltriebwerkes bis zur völligen Unwirksamkeit stört. Hier bietet die Strudeldüse eine Möglichkeit, einen geordneten Ausgleich der intermittierenden Vorgänge m einer Kombination von Pulsotriebw erken -derart zu verwirklichen, daß ein quasi stationärer und quasi kontinuierlicher Betrieb erreicht wird, der die Vorgänge in einem überschalldiffusyor nicht mehr stört.
  • Eine mögliche Ausführungsform unter vielen dieses neuen kombinierten Triebwerkes zeigt Fig. 14 a.
  • Die Luft tritt bei 85 in das Triebwerk ein. Eine Anordnung von Kreiskegeln 86 bildet im Verein mit der Diffusorschneide 87 einen wirksamen über-. schalldiffusor mit machzahlveränderli.chem Auffangsquerschnitt, :der bei Unterschallgeschwindigkeit den Lufteintritt nicht behindert und stört, bei Erreichen von Überschallgeschwindigkeit aber als überschalldiffusor wirkt. Daran anschließend passiert die Luft den Unterschalldiffusor 88 und den Verteilerraum 89. Vom Verteilerraum 89 an ist die Anordnung und der Verlauf der Vorgänge derselbe, wie i)ben beschrieben bzw. wie in Fig. I2 dargestellt.
  • Es sind 9o die Profilstäbe des aerodynamischen Ventils, 9 i die Brennstoffeinspritzdüsen, 92 die Zündelemente, 93 die Kammerscheidewände; 94. ist die Außenhaut des Zentralkörpers 95, 96 ist der gemeinsame Brennraummantel. Davon eingeschlossen erscheinen die Brennkammern 97, wie aus dem in Fig. i4d dargestellten Querschnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 14a hervorgeht. In Fig. 14-e ist der Verlauf der die Brennkammern 97 trennenden Zwischenwände 93 dargestellt, die am Brennkammerende 99 leitscraufelartig umgebogen sind, um den Strudel zu verstärken. Der rotierende Verteiler 98 versorgt die Brennkammern in gewünschter Weise jeweils rechtzeitig mit Brennstoff und gegebenenfalls mit Zündimpulsen. Die austretenden Verbrennungsprodukteerhalten im Brennkammerende 99 einen dem Energieinhalt in etwa angepaßten endgültigen Drehimpuls. Im Sammelraum i oo trennen und .ordnen sich die Gasteile gemäß ihrem Drehimpuls und ihrem und bilden den die Füllung der nicht brennenden Brennkammern fördernden Düsenstrudel. In der Düse ioi wird weitere Wärmeenergie in Bewegungsenergie umgesetzt. Die Leitbleche i o2, deren Abwicklung in Fig. 14c dargestellt ist, richten alle Stromlinien achsparallel aus und wandeln den restlichen Drehimpuls in nutzbaren Vorwärtsschub. Der Leitblechring 103 faßt die Leitbleche zusammen und stützt sie. Das drehbare Heckstück 104 mit den Verstellschaufeln io5 treibt den Verteiler 98 über die Welle i o6 mit der gewünschten Drehzahl an.
  • Ein derartiges Triebwerk hat einen in ausreichenden Grenzen veränderlichen Schub bei erträglichem Brennstoffverbrauch bereits bei der Geschwindigkeit Null. Spezifischer Schub und Güte des Br:enmstoffverbrauchs bzw. Wirkungsgrad steigen mit steigender Geschwindigkeit und werden bereits in der Gegend der Schallgeschwindigkeit den derzeitigen Turbinenstrahltriebwerken überlegen.
  • Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des neuen Verfahrens ergibt sich für alle Arten. von 1komn'.-pressorlosen Gasturbinen.
  • Ein Triebwerkssatz von offenen ungestenerten pulsierenden selbstansaugenden Brennkammern (Fig. 15) oder von gesteuerten geschlossenen pulsierenden Gleichraum-Brennkammern (Fsg. 16) arbeitet .derart auf eine Strudeldüse, daß die austretenden Gase durch die besondere Formgebung, durch feste Schaufeln oder durch die spiralig gewundene Anordnung der Brennkammern oder durch irgendeine andere Art der Drallerzeugung am Austritt aus den Brennkammern einen Drall mitbekommen und daß die rotierenden Gase En einem Sammelraum den 'Strudel bilden, der den Ansaugvorgang -der nicht brennenden Kammern bewirkt und die Gasteilchen nach Energieinhalt und Drehimpuls trennt. An geeigneter Stelle der Düse trifft der Gasstrudel unmittelbar oder nach dem Passieren einer festen Leitschaufelanard#nung auf die Laufschaufelkränze (oder den Laufschaufelkranz) seines Turbinenrotors, der die Bewegungsenergie der verbleibenden Verbrennungsgase auf eine Arbectswelle überträgt.
  • Die kompressorlose Strudeldüsengasturbine mit selbstansaugender Brennkammer zeigt zwar nicht die höchsten Wirkungsgrade, aber sr-#e stellt eine besonders einfache und billige Form .einer Orts: festen Wärmekraftmaschine dar. Wegen ihrer Billigkeit und wegen ihres geringen Gewichtes dürften sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Insbesondere ist die Turbine für den Fahrzeugantrieb geeignet.
  • Fig. 15 zeigt eine Verpuffungsturbine mit spiralig gewundenem offenen pulsierenden Verpuffungskammern 107, die mit Einspritzdüsen io8 und Zündstellen log ausgerüstet sind. Ebenso wie bei Fig. i2 werden die Einspritzstellen und Zündstellen von einem rotierenden Verteiler i i.o mit Antriebswelle i i i und Verstellpropelller i 12 versorgt. Als Variante gegenüber den vorhergehenden Ausführungen wird ein aerodynamisches Strudelventil 113 für jede einzelne ,offene Veipuffungskammer gezeigt.
  • Die einzelnen offenen Verpuffungskammern entleeren sich in bereits geschilderter Weise in die Ausgleichskammer i 14, in der der Gasstrudel steht.
  • Die Ausgleichskammer geht unmittelbar in die Strudeldüse 115 über.
  • Über die Schaufeln 116 des Turbinenläufers 117 treten die Gase ins Freie. An der Turbinenwelle 118 wird die gewonnene mechanische Arbeit abgenommen.
  • Die stark verwundenen Turbinenschaufeln sind so ausgebildet, daß sie in ihren inneren Teilen vorzugs-#vei,s#e ohne wesentliche Energieüb:ertraguag den drehimpulsarmen Gasteilchen möglichst verlustfreien Durchtritt gestatten, bzw. das Durchsaugen der nicht arbeitenden Kammern unterstützen, daß sie in ihren äußeren Teilen mit kontinuierlichem übergang, die von an Energie und drehnmpulsrei.`chen Gasteilchen beaufschlagt werden, Arbeit aufnehmen.
  • Fig. 16a zeigt eine Verpuffungsturbine mit geraden, gesteuerten, geschlossenen Verpuffungskammern i 19, die an ihrem Eintrittsende i 2o mit leicht beweglichen :großen Ventilen 121 ausgerüstet, brennbares Gasgemisch aus dem gemeinsamen Mischraum bzw. Vergaserraum 122 eintreten lassen, sich aber bei Eintritt der durch die vom rotierenden Verteiler iz3 gesteuerten Zündungen der Zündstellen 124 ausgelösten Verbrennungen selbsttätig oder vom Verteiler gesteuert schließen.
  • An den Austrittsenden münden die Kammern über eine Drehimpuls erzeugende Seschaufelun.g 125 in die Ausgleichskammer 126, in der der Düsenstrudel steht.
  • Wie schon bei! Fig. 15 gezeigt und beschrieben, geht die Ausgleichskammer 126 in die Strudeldüse 127 über. Die aus der Strudeldüse austretenden, Gase beaufschlagen wie in Fig. 15 die stark verwundenen Schaufeln 128 des Turbinenläufers 129. Der Verteiler.kann von einem drehzahlregelbaren Elektromotor angetrieben werden. In Feg. 16b ist eine Ansicht der Verpuffungsturbine vom Querschnitt längs der Linka-a in Fig. 16a dargestellt. Man erkennt hier die rotationssymmetrische Anordnung der Verpuffungskammern um die Tur binenachse herum sowie die den Drehimpuls erzeugende Überleitvorrichtung 125 zwischen den Verpuffungskammern i 19 und dem Ausgleichsraum 126.
  • Die oben beschriebenen Anordnungen können in ihrer Wirksamkeit dadurch verstärkt werden, d:aß den offenen bzw. den geschlossenen Verpuffungskammern ein Kompressor vorgeschaltet wird, dem in bekannter Weise mechanische Energie von der Gasturbine zugeführt wird.
  • Dann ähnelt die Gesamtanordnung dien zur Zeit gebräuchlichen Gasturbinenanlagen mit der Maßgabe, daß die Brennkammern intermittierend brennen, wobei Glei.chraumverbrennung angestrebt wird, und daß den Gasen beim Verlassen der intermittierenden Brenn- bzw. Verpuffungskammern ein Drehimpuls aufgedrückt wird, der in seinem Betrag mit der Größe des Energieinhaltes der Gase wächst. Die Gase werden in einer Ausgleichskammer gesammelt, in der sich ein ordnender Düsenstrudel ausbildet. Von der Ausgleichskammer aus treten die Gase in die stark verwundene Beschaufelung des Turbinenläufers ein.
  • Eine derartige Ausbildung hat folgende Vorteile: Einerseits wird der Kompressor entlästet, anderseits kann bei kleinerer Kompressorleistung ein höheres Verdichtungsverhältnis erzielt werden. Auf jeden Fall wird der Wirkungsgrad bzw. die Güte des Brennstoffverbrauchs entscheidend erhöht. Die Brennkammern können für ortsfeste Turbinen in geeigneter Weise als ventilgesteuerte geschlossene Verpuffungslcammern, für Flugzeugtriebajerke als ventillose urgesteuerte offene Verpuffungskainmern ausgebildet -werden.
  • Eine Anordnung dieser Art zeigt die Fig. 17a. Bei 13o tritt Luft in das Triebwerk ein. Ein Lager 131 und ein Lager 132 stützen den Läufer i 4o, der über ein Getriebe 141 den Verteiler 142 antreibt. Im Verteiler 142 sind die Brennstoffeinspritzpumpen und die Zündeinrichtung vereinigt. Stützschaufeln 143 und 144 stellen die Verbindung zwischen den Lagern und dem Gehäuse 145 her. Der Rotor 146 des Axialkompressors trägt rotierende Schaufelblätter 147. Am Gehäuse 145 sind Statorschaufeln 148 befestigt, die durch die Stützringe 149 gestützt werden. Der linke Teil von Fig. 17b zeigt die Abwicklung -der Kompressorbeschaufelung. Nachdem .die Luft den Ausgleichsraum i 5o passiert hat, tritt sie in die Brennkammern 151 ein. In deal Brennkammern sind Profilstäbe 152 angeordnet, die in ihrer Gesamtheit das aerodynamische Rückschlagventil 153 bilden. Die Anordnung der Profilstäbe geht aus der Abwicklung gemäß Fig. 17b hervor. Ferner befinden sich in den Brennkammern Einspritzstellen 154 und Zündstellen 155. Die Einspritzstellen stehen durch die BYennstoffleitung 156 mit dem Verteiler in Verbindung. Die Brennkammern sind durch Brennkammerscheidewände 157 voneinander getrennt. Am Ende .der Brennkammerscheidewände sorgen die Brennkammerscheidewandenden 158 und die Leitschaufeln 159 für die Erzeugung -des notwendigen Dralls.
  • Die innere Begrenzung der Brennkammern ist durch die Außenhaut 16o des Zentralkörpers ,gegeben. Im Strudelraum 161 bildet sich der ausgleichende Strudel aus, der in der 'Strudeldüse 162 verstärkt wird. Der Turbinenrotor 163 trägt die Rotomschaufeln 16q.. Am Gehäuse sind Statorschaufeln r65 befestigt, die durch den Stützring 166 gestützt werden. In der Turbine 1.63 bis 166 geben die Verbrennungsgase einen Teil ihrer Energie ab, die der Rotor 14o an den Axialverdicliter 147 bis 149 weiterleitet. Der Rest der nutzbaren Energie wird in der Antriebsdüse 167 . in nutzbaren Schub umgesetzt. Des=- rechte Teil der Fig. 17b zeigt wiederum die Abwicklung der Turbinenschanfelung.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum geordneten Ausgleich intermittierend@er Verbrennungen, bei denen die Arbeitsgase mit zeitlich schnell wechselnden -Zustandsgrößen bzw. zeitlich schnell wechselnden Energieinhalten anfallen, dadurch gekennzeichnet, -daß die Arbeitsgase einen Drehimpuls erhalten, dessen Größe mit steigendem Energieinhalt wächst, und dann einer rotationssymmetrischen Ausgleichskammer zur Erzeugung eines ,das zeitliche Nacheinander der einzelnen Energiestufen der Arbeitsgasteile in ein geordnet räumliches Nebeneinander umwandelnden Düsen- bzw. Rohrstrudels zugeführt werden, wonach die Wärmeenergie der so geordneten Arbeitsgase in einer der Ausgleichskammer folgend-en Strudeldüse teilweise in Bewegungs-,energie umgesetzt wird, wobei in der Strudeldüse eine nachträgliche entropievermehrende . Mischung der Arbeitsgase verhindert wird.
  2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Strudeldüse feste Leitvorrichtungen vorgesehen sind, die den Drehimpuls: ,der Gase in Schub umsetzen.
  3. 3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch -gekennzeichnet, daß, am Ende der Strudeldüse ein Turbinenläufer angeordnet ist, dessen Beschaufielung den aus der Strudeldüse austretenden Gasen mechanisch Energie entzieht.
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Strudeldüse Arbeitsgas mit hohem Energieinhalt unter hohem Druck entnommen wird und zur Arbeitsleistung -an einer anderen Stelle, z. B. in den Rotorblattdüsen eines Hubschraubers, benutzt wird.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die intermittierend anfallenden Auspuffgase einer Brennkraftkolbenmaschine mittels einer Strudeldüse räumlich geordnet und dann einer weiteren Verwertung zugeführt werden.
  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Benutzung des druckarmen Kerns des Düsenstrudels zum Laden bzw. zur Förderung der Ladung der Brennkammer.
  7. 7. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Eintritt der Brennkammer bzw. Brennkammern ein aerodynamisches Strudelventil angeordnet ist. B. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Strudeldüse eine oder mehrere Brennkammern angeordnet werden. g. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch: ein rotierendes Verteileraggregat, welches ,den Brennkammern zeitgerecht und regelbar Brennstoffmengen und Zündimpulse zuleitet. 1o. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer zur Erzielung einer möglichst idealen Gleic'liraumverbrennung mehrere Einspritzstellen und Zündstellen in axialer und/oder Umfangsrichtung-verteilt angeordnet sind. 1 r. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis i o, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt der Brennkammer ,oder der Brennkammern eine Beschaufelung an-:geordnet ist, die den austretenden Gasen einen Drehimpuls erteilt. -12. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Iden Ansprüchen r bis r 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern bzw. die Scheidewände zwischen benachbarten Brennräumen so spiralig gewunden sind, daß den austretenden Arbeitsgasen ein Drehimpuls erteilt wird. 13. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Strahltrsebwerksausbildung mit Vorgesetztem Lufteintrittsstutzen und Diffusar mit Eintrittsventil oder Ventilen oder aerodynamischen Ventilen, vorzugsweise solchen ohne bewegliche Teile, mit Drall erzeugenden Vorrichtungen am Austritt der intermittierend arbeitenden Brennkammern, mit einer rotationssymmetrischen Ausgleichskammer, in der ein Düsenstrudel steht, und mit einer abschließen-,den Strudeldüse- mit oder ohne Drehimpuls um: wandelnden Leitschaufeln. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen dem Lufteinlaßquerschnitt vorgesetzten Mehrstoßüberschalldiffusor. 15. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere parallele intermittierende Verpuffungskammern, .ein den aus der- Verpuffungskarnmer bzw. den Verpuffungskammern austretenden Arbeitsgasen einen DrehiTnpuls erteilende Vorrichtung, eine die Arbeitsgase durch Düsenstrudel ordnende Ausgleichskammer und die Reschaufelung eines Turbinenläufers in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. 16. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen i his 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Turhinenläuferschaufeln in Achsnähe am Schaufelfuß zur Beawfschlagung durch energiearmes Arbeitsgas und nach dem Schaufelkopf zur Beaufschlagung durch energiereicheres Arheitsgas profiliert sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003064841A1 (en) * 2002-01-30 2003-08-07 Totalförsvarets Forskningsinstitut Pulse detonation engine and method for initiating detonations

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