EP4500084A1

EP4500084A1 - Düsenbaugruppe mit drallfreier luft- und wasserstoffeinströmung

Info

Publication number: EP4500084A1
Application number: EP23713096.8A
Authority: EP
Inventors: Ruud Eggels
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2022-03-24
Filing date: 2023-03-21
Publication date: 2025-02-05
Also published as: WO2023180318A1; US20250198624A1; DE102022202935A1

Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine Düsenbaugruppe für eine Brennkammer (103) eines Triebwerks (T), mit wenigstens einer Düse (D) zum Eindüsen von Wasserstoff in einen Brennraum (1030) der Brennkrammer (103), wobei die Düse (D) einen sich entlang einer Düsenlängsachse (L) erstreckenden Düsenhauptkörper (DH) und an einem Ende des Düsenhauptkörpers (DH) einen Düsenkopf (2) aufweist und einen ersten Luftleitkanal (12; 21), einen Kraftstoffkanal (22) für den einzudüsenden Wasserstoff und einen zweiten Luftleitkanal (23) umfasst. Der Kraftstoffkanal (22) ist mit einer Kraftstoffaustrittsöffnung für den in den Brennraum (1030) einzudüsenden Wasserstoff, bezogen auf eine senkrecht zur Düsenlängsachse (L) verlaufende Radialrichtung, zwischen den ersten und zweiten Luftleitkanälen (12, 23; 21, 23) mit ihren ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen angeordnet. Ferner ist vorgesehen, dass wenigstens der zweite radial weiter außen liegenden Luftleitkanal (23) zur Bereitstellung einer unverdrallten Luftströmung in den Brennraum (1030) und der Kraftstoffkanal (22) zur Bereitstellung einer unverdrallten Strömung an Wasserstoff in den Brennraum (1030) eingerichtet und vorgesehen sind.

Description

Düsenbaugruppe mit drallfreier Luft- und Wasserstoffeinströmung

Beschreibung

Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine Düsenbaugruppe für eine Brennkammer eines Triebwerks mit wenigstens einer Düse zum Eindüsen von Wasserstoff in einen Brennraum der Brennkammer.

Düsenbaugruppen für triebwerkseitige Brennkammern sind weithin in unterschiedlicher Ausprägung bekannt. Fokus bisher üblicher Düsen solcher Düsenbaugruppen ist die Eindüsung von flüssigen Kraftstoffen, wie Kerosin oder Diesel, wobei regelmäßig bereits innerhalb der Düse eine Vermischung des Kraftstoffs mit Luft erfolgt, um so unmittelbar stromab eines Düsenendes der Düse ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen. Typischerweise wird hierbei die zuzumischende Luft bereits innerhalb der Düse verdraht, sodass stromab des Düsenendes eine drallbehaftete Kraftstoff- Luft-Strömung mit vergleichsweise großer Turbulenz entsteht, die z.B. für eine Verbrennung von Kerosin als vorteilhaft eingestuft wird.

In neuerer Zeit werden auch verstärkt Triebwerkskonzepte entwickelt, bei denen das Triebwerk teilweise oder vollständig mit Wasserstoff betrieben wird. Soll dann aber ein Triebwerk bei möglichst gleichbleibender Konstruktion mit Wasserstoff anstelle von Kerosin oder Diesel betrieben werden, ist eine abweichende Eindüsung des verwendeten Wasserstoff notwendig, der gasförmig in den Brennraum eingebracht wird und zudem deutlich leichter entzündlich ist. Vor diesem Hintergrund ist die Düsenbaugruppe des Anspruchs 1 vorgeschlagen, die gerade eine Düse zum Eindüsen von Wasserstoff in einen Brennraum einer triebwerkseitigen Brennkammer umfasst.

Eine vorgeschlagene Düse weist dabei einen sich entlang einer Düsenlängsachse erstreckenden Düsenhauptkörper und an einem Ende des Düsenhauptkörpers einen Düsenkopf auf. Die Düse weist mindestens einen ersten Luftleitkanal (z.B. in dem Düsenhauptkörper oder dem Düsenkopf) auf, um eine erste Luftströmung in Richtung des Brennraums zu führen und über mindestens eine erste Luftaustrittsöffnung des ersten Luftleitkanals in den Brennraum zu leiten. An dem Düsenkopf der Düse ist mindestens ein Kraftstoffkanal und mindestens ein zweiter Luftleitkanal vorgesehen. Der Kraftstoffkanal ist hierbei zum Führen von Wasserstoff in Richtung des Brennraums eingerichtet. Über den mindestens einen zweiten Luftleitkanal kann eine zweite Luftströmung in Richtung des Brennraums geführt und über mindestens eine zweite Luftaustrittsöffnung des zweiten Luftleitkanals in den Brennraum geleitet werden. Der Kraftstoffkanal ist bei einer vorgeschlagenen Düse mit einer Kraftstoffaustrittsöffnung für den in den Brennraum einzudüsenden Wasserstoff, bezogen auf eine senkrecht zur Düsenlängsachse verlaufende Radialrichtung, zwischen den ersten und zweiten Luftleitkanälen mit ihren ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen angeordnet. Zudem ist vorgesehen, dass wenigstens der zweite radial weiter außen liegende Luftleitkanal zur Bereitstellung einer unverdrallten Luftströmung in den Brennraum und der Kraftstoffkanal zur Bereitstellung einer unverdrallten Strömung an Wasserstoff in den Brennraum eingerichtet und vorgesehen sind.

Die vorgeschlagene Lösung geht damit von dem Grundgedanken aus, wenigstens eine radial äußere Luftströmung als auch eine Wasserstoffströmung in den Brennraum möglichst unverdrallt einzubringen, um kohärente Strukturen in der Strömung zu verhindern, sodass sowohl die Luftströmung aus dem radial äußeren zweiten Luftleitkanal als auch die Wasserstoffströmung aus dem Kraftstoffkanal mit möglichst großer Strömungsgeschwindigkeit in axialer Richtung (bezogen auf Düsenlängsachse) in den Brennraum eingebracht werden. Zudem ist eine Düse einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe eingerichtet, Wasserstoff und Luft unvermischt, d. h., ohne Vermischung innerhalb der Düse, in den Brennraum einzubringen. In Kombination mit den über die vorgeschlagene Düsenbaugruppe erzielbaren hohen axialen Strömungsgeschwindigkeiten des Wasserstoffs und der Luft wird dann erreicht, dass sich erst stromab eines Düsenendes der Düse ein entzündliches Kraftstoff-Luft-Gemisch einstellt. In Anbetracht des leicht entzündlichen Wasserstoffs ist dies von Vorteil, da ich hierüber die Verbrennung weiter stromab zum Düsenende erfolgt.

Insbesondere kann die Düse der vorgeschlagenen Düsenbaugruppe für eine fette Quench- Magerverbrennung (englisch: „rieh quench lean combustion“) eingerichtet und vorgesehen sein.

In einer Ausführungsvariante verlaufen wenigstens der zweite radial weiter außen liegende Luftleitkanal und der Kraftstoffkanal an ihren jeweiligen (die zweite Luftaustrittsöffnung oder die Kraftstoffaustrittsöffnung aufweisenden) Kanalenden radial nach außen. Sowohl der zweite radial weiter außen liegende Luftleitkanal als auch der Kraftstoffkanal weisen somit an einem Düsenende einen radial nach außen verlaufenden Kanalabschnitt auf, sodass die hieraus ausgebrachte Luft respektive der hieraus ausgebrachte Wasserstoff im Betrieb des Triebwerks eine Strömungskomponente radial nach außen aufweisen.

Insbesondere kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass der zweite radial weiter außen liegende Luftleitkanal einen die zweite Luftaustrittsöffnung aufweisenden Kanalabschnitt umfasst, der unter einem Winkel im Bereich von 30° bis 60° zur Düsenlängsachse verläuft, insbesondere unter einem Winkel im Bereich von 35° bis 50° zur Düsenlängsachse. Alternativ oder ergänzend kann der Kraftstoffkanal einen die Kraftstoffaustrittsöffnung aufweisenden Kanalabschnitt umfassen, der unter einem Winkel im Bereich von 30° bis 60°, insbesondere im Bereich von 35° bis 50° zur Düsenlängsachse verläuft. Verläuft ein jeweiliger die zugehörige Austrittsöffnung aufweisender Kanalabschnitt des Luftleitkanals und/oder des Kraftstoffkanals mit einem derart vergleichsweise großen (Öffnung-) Winkel zur Düsenlängsachse radial nach außen, lässt sich die Entstehung einer Rezirkulationszone stromab des Düsenendes unterstützen. Verbrennungstemperaturen in einem Nahbereich stromab des Düsenendes können somit vergleichsweise gering gehalten werden, gleichwohl leichter entzündlicher Wasserstoff in den Brennraum eingedüst wird.

Um die Strömungsgeschwindigkeiten zu erhöhen, mit der Wasserstoff und Luft aus dem Kraftstoffkanal sowie dem zweite radial weiter außen liegenden Luftleitkanal in den Brennraum eingebracht werden, und gegebenenfalls eine Grenzschicht (in dem die Geschwindigkeit niedriger ist) dünn zu halten, kann eine Ausführungsvariante vorsehen, dass sich der Kraftstoffkanal und/oder der zweite radial weiter außen liegende Luftleitkanal zu einem jeweiligen Kanalende hin verjüngen. Dies schließt beispielsweise ein, dass der Kraftstoffkanal und/oder der zweite Luftleitkanal zwei sich in Strömungsrichtung des jeweiligen Fluids (Wasserstoff oder Luft) aneinander anschließende Kanalabschnitte aufweisen, von denen sich ein zweiter, die jeweilige Austrittsöffnung aufweisender Kanalabschnitt zum Kanalende verjüngend ausgebildet ist. Ein solcher zweiter Kanalabschnitt kann auch mit einem radial nach außen weisenden Verlauf ausgebildet sein.

Grundsätzlich können die zwei sich in Strömungsrichtung des jeweiligen Fluids aneinander anschließenden Kanalabschnitte auch mit unterschiedlichen Verläufen und/oder Strömungsquerschnitten ausgebildet sein. So kann dann beispielsweise ein erster Kanalabschnitt mit geradlinigem oder sich zum zweiten Kanalabschnitt entlang der Düsenlängsachse verjüngendem Verlauf ausgebildet sein. An diesen ersten Kanalabschnitt schließt sich dann der zweiter, sich gegebenenfalls weiter verjüngende Kanalabschnitt an.

In einer Ausführungsvariante ist zur Zuführung von Wasserstoff zu dem Kraftstoffkanal eine zentrale Kraftstoffzuleitung in dem Düsenhauptkörper vorgesehen. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass die zentrale Kraftstoffzuleitung mittig entlang der Düsenlängsachse in dem Düsenhauptkörper verläuft.

Um aus einer zentralen Kraftstoffzuleitung Wasserstoff in den radial weiter außen liegenden Kraftstoffkanal zu führen, kann an dem Düsenkopf wenigstens eine entsprechende Fluidführung vorgesehen sein. Ein Teil einer solchen Fluidführung ist dann beispielsweise innerhalb einer sich radial nach außen erstreckenden Strebe des Düsenkopfes vorgesehen, die durch einen Abschnitt des ersten Luftleitkanals verläuft. Über die in einer radial verlaufenden Strebe oder in mehreren radial verlaufenden Streben untergebrachte Fluidführung wird somit der aus der zentralen Kraftstoffzuleitung stammende Wasserstoff radial nach außen und (jeweils innerhalb der Strebe geschützt) durch den ersten, radial weiter innen liegenden Luftleitkanal zu dem Kraftstoffkanal geführt, über den die Eindüsung des Wasserstoffs in den Brennraum erfolgt.

Grundsätzlich können eine oder mehrere Streben, die sich an dem Düsenkopf radial erstrecken, auch zur Festlegung der die ersten und zweiten Luftleitkanäle sowie den Kraftstoffkanal bildenden Abschnitte des Düsenkopfes an dem Düsenhauptkörper dienen.

In einer Ausführungsvariante ist an einem Düsenende der Düse zentral ein Stabilisationskörper vorgesehen, der eine den Brennraum zugewandte, im Wesentlichen plane Stirnfläche umfasst. An dem Stabilisationskörper ist somit eine im Wesentlichen plane Stirnfläche vorgesehen, an der radial weiter außen randseitig Luft und Wasserstoff über die ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen sowie die Kraftstoffaustrittsöffnungen eingebracht werden. Ein zentraler Stabilisationskörper mit im Wesentlichen planer und insbesondere vergleichsweise groß erstreckter Stirnfläche unterstützt die Bildung einer Zone im Nahbereich stromab des Düsenendes, in der die axiale Geschwindigkeit vergleichsweise niedrig ist and dadurch eine stabile Rezirkulationszone entsteht, die für Stabilität der Flamme sorgt. Darüber hinaus kann ein entsprechender Stabilisationskörper nicht nur der Stabilisierung der Strömung und der Flamme innerhalb des Brennraums dienen, sondern auch die Möglichkeit vereinfachen, eine (Vor-) Verdampfung des gasförmig einzudüsenden Wasserstoffs zu erreichen. So kann Wasserstoff an dem Stabilisationskörper selbst (vor-) verdampft werden.

Zur kompakteren Integration des Stabilisationskörpers an dem Düsenende kann vorgesehen sein, dass der Stabilisationskörper mit einer äußeren Mantelfläche wenigstens einen Teil einer Innenwand des ersten radial innen liegenden Luftleitkanals definiert. Der erste radial innen liegende (und in einer Weiterbildung damit der am weitesten radial innen liegende) Luftleitkanal führt somit Luft an der äußeren Mantelfläche des Stabilisationskörpers entlang. Hierbei kann der Stabilisationskörper mit seiner äußeren Mantelfläche auch einen radial nach außen weisenden Innenwandabschnitt für den ersten Luftleitkanal definieren, sodass der erste Luftleitkanal an seinem Kanalende radial nach außen verläuft. Analog zu einem vorstehend angesprochenen möglichen Verlauf des zweiten Luftleitkanals und/oder des Kraftstoffkanals kann auch in einer hierauf basierenden Weiterbildung der ersten Luftleitkanal an seinem Kanalende unter einem Winkel im Bereich von 30° bis 60°, insbesondere von 35° bis 50° zur Düsenlängsachse verlaufen.

Alternativ oder ergänzend kann sich der an einer radial äußeren Mantelfläche des Stabilisationskörpers zumindest abschnittsweise entlang erstreckende erste radial innen liegende Luftleitkanal zu seinem Kanalende hin verjüngen. Damit wird in einer derartigen Ausführungsvariante (auch) eine entsprechende Beschleunigung der Luftströmung aus dem ersten Luftleitkanal erreicht. Die Beschleunigung der Strömung aus dem ersten Luftleitkanal kann zudem den Einfluss etwaiger Stege auf die Luftströmung reduzieren, die in dem ersten Luftleitkanal vorhanden sind, sodass die Luftströmung weitgehend uniform ist.

Mit Blick auf eine möglichst große Rezirkulationszone stromab des Düsenendes, kann die im Wesentlichen planen, dem Brennraum zugewandte Stirnfläche des düsenseitigen Stabilisationskörper vergleichsweise großflächig ausgebildet sein. Hierfür ist beispielsweise vorgesehen, dass diese Stirnfläche eine Erstreckung in, bezogen auf die Düsenlängsachse, radialer Richtung aufweist, die wenigstens dem Zwanzigfachen, insbesondere wenigstens dem Dreißigfachen oder dem Vierzigfachen einer Kanalhöhe des ersten Luftleitkanals an der ersten Luftaustrittsöffnung und/oder einer Kanalhöhe des zweiten Luftleitkanals an der zweiten Luftaustrittsöffnung und/oder einer Kanalhöhe des Kraftstoffkanals an der Kraftstoffaustrittsöffnung entspricht. So kann beispielsweise das Verhältnis eines Durchmessers einer kreisförmigen Stirnfläche des Stabilisationskörper zu einer Kanalhöhe eines jeweiligen in Bezug genommenen Kanals für die einzuströmende Luft oder den einzudüsenden Wasserstoff bei wenigstens 20:1 , 30:1 oder 40:1 liegen. Dies unterstreicht die vergleichsweise große Erstreckung der Stirnfläche des Stabilisationskörpers im Verhältnis zu einer durchströmten Querschnittsfläche, die an der jeweiligen Austrittsöffnung eines ersten oder zweiten Luftaustrittskanals und/oder eines Kraftstoffkanals zur Verfügung steht.

Grundsätzlich kann ein erster oder zweiten Luftaustrittskanal und/oder ein Kraftstoffkanal als Ringspalt oder Ringsegmentspalt an dem Düsenende ausgebildet sein. Derart erstreckt sich der jeweilige Ringspalt oder Ringsegmentspalt umfangsseitig (im Fall eines Ringspalts vollständig oder im Fall eines Ringsegmentspalts teilweise) um die Stirnfläche des Stabilisationskörpers.

In einer Ausführungsvariante ist eine Kühlung für den Stabilisationskörper vorgesehen. Eine solche Kühlung kann hierbei beispielsweise über Luft oder Wasserstoff erreicht werden. Bei einer Kühlung über Wasserstoff, kann hierfür der einzudüsende Wasserstoff genutzt werden, sodass der Stabilisationskörper zur (Vor-) Verdampfung des einzudüsenden Wasserstoffs dient, bevor der Wasserstoff anschließend in den Brennraum eingedüst wird. Hierüber lässt sich beispielsweise auch leichter erreichen, dass der Wasserstoff zunächst in flüssiger Form an den Düsenkopf geführt werden kann.

Grundsätzlich kann wenigstens ein Teil der Fluidführung, über die Wasserstoff aus einer zentralen Kraftstoffzuleitung in dem Düsenhauptkörper in den radial weiter außen liegenden Kraftstoffkanal geführt wird, zumindest teilweise innerhalb des Stabilisationskörper vorgesehen sein. Dies schließt insbesondere ein, dass dann ein innerhalb des Stabilisationskörpers vorgesehener Teil der Fluidführung auch für die Kühlung des Stabilisationskörpers vorgesehen ist.

In einer möglichen Weiterbildung ist dies beispielsweise dadurch erreicht, dass, für eine Prallkühlung des Stabilisation Körpers mit Wasserstoff, über den innerhalb des Stabilisation Körpers vorgesehenen Teil der Fluidführung Wasserstoff gegen eine von dem Brennraum abgewandte Rückwand des Stabilisationskörpers geführt wird. Die Rückwand, die eine Rückseite der dem Brennraum zugewandten Stirnfläche bildet, kann somit über den auf die Rückwand strömenden Wasserstoff gekühlt werden, bevor der Wasserstoff anschließend radial nach außen zu dem Kraftstoffkanal geführt wird. Wenigstens ein Teil der Fluidführung für den Wasserstoff ist somit derart innerhalb des Stabilisationskörpers ausgebildet, dass im Betrieb des Triebwerks über den einzudüsenden Wasserstoff eine Prallkühlung für den Stabilisationskörper erfolgt, bevor der Wasserstoff in dem Düsenkopf radial nach außen zu dem Kraftstoffkanal und hierüber drallfrei in den Brennraum geleitet wird.

In einer alternativen Ausführungsvariante, die ohne eine zentrale Kraftstoffzuleitung und gegebenenfalls ohne einen zentral angeordneten Stabilisationskörper auskommt, kann ein erster Luftleitkanal mittig an dem Düsenhauptkörper an der Düsenlängsachse entlang verlaufend vorgesehen sein. Eine Kraftstoffzuleitung für den Kraftstoffkanal ist dann in dem Düsenhauptkörper in einem radial außen liegenden Abschnitt des Düsenhauptkörpers vorgesehen.

Der erste zentrale Luftleitkanal kann in einer derartigen Ausführungsvariante beispielsweise an seinem die erste Luftaustrittsöffnung aufweisenden Kanalende sich aufweitend ausgebildet sein. Mit der radialen Aufweitung ist beispielsweise ein sich radial nach außen erstreckendes Strömungsleitelement an dem ersten Luftleitkanal ausgebildet. Dieses Strömungsleitelement kann beispielsweise unter einem Winkel im Bereich von 30° bis 60° zur Düsenlängsachse, insbesondere unter einem Winkel im Bereich von 35° bis 50° zur Düsenlängsachse radial nach außen verlaufen. Insbesondere im Zusammenspiel mit einer unverdrallten Luftströmung aus dem zweiten radial weiter außen liegenden Luftleitkanal und einer unverdrallten Strömung von Wasserstoff aus dem Kraftstoffkanal, gegebenenfalls ebenfalls radial nach außen gerichtet, kann sich auch eine derartige Konfiguration einer Düse für die Einspritzung von Wasserstoff als vorteilhaft darstellen. Hierbei kann dann im Unterschied zu dem zweiten Luftleitkanal und dem Kraftstoffkanal auch eine Verd hung der Luft in dem ersten Luftleitkanal von Vorteil sein. Hierfür ist beispielsweise in dem ersten Luftleitkanal wenigstens ein Drallelement vorgesehen.

In einer Ausführungsvariante mit einem zentralen ersten Luftleitkanal ist in einer möglichen Weiterbildung ein zentral angeordneter Strömungsteiler vorgesehen. Über diesen Strömungsverteiler wird eine Luftströmung innerhalb des ersten Luftleitkanals zu einem Düsenende der Düse hin in einen inneren und einen äußeren Luftleitkanalteil aufgeteilt. Derart ermöglicht der Strömungsteiler zwei separate Teilluftströme radial innen bezüglich der Kraftstoffaustrittsöffnung des Kraftstoffkanals. Dabei kann ein äußerer Luftleitkanalteil eine stärker beschleunigte Teile Luftströmung in Richtung des einzuführenden Kraftstoffs ausbringen. Der zentrale innere Luftleitkanalteil stellt hierbei eine im Vergleich langsamere Teilluftströmung bereit, die vor allem einer Abmagerung des entstehenden Kraftstoff-Luft- Gemisches dient. Dadurch ist das entstehende Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Nahfeld der Düse nicht unmittelbar brennbar und verhindert somit höhere Temperaturen in unmittelbarer Nähe des Düsenendes.

Der Strömungsteiler kann beispielsweise mit einem zentralen Rohrabschnitt mit entlang der Düsenlängsachse gleichbleibender Querschnittsfläche und einem sich an den Rohrabschnitt (stromab) zum Düsenende hin anschließendem Diffusorteil ausgebildet sein, wobei der Diffusorteil eine sich entlang der Düsenlängsachse vergrößernde Querschnittsfläche aufweist und sich mithin radial nach außen aufweitet. In Kombination mit einem sich radial nach außen erstreckenden Strömungsleitelement des ersten Luftleitkanals kann der äußere Luftleitkanalteil (radial außen) von dem Strömungsleitelement und (radial innen) von dem Diffusorteil berandet sein. Der äußeren Luftleitkanalteil kann dann auch radial nach außen weisen. Insbesondere kann der äußere Luftleitkanalteil hierüber auch als Ringspalt im Bereich des Düsenendes ausgebildet sein.

Der durch den inneren Luftleitkanalteil definierte Teil Luftaustrittsöffnung kann an dem Düsenende eine (von Luft durchströmte) Querschnittsfläche aufweisen, die um wenigstens den Faktor 8, insbesondere um wenigstens den Faktor 10 größer ist als die (von Luft durchströmte) Querschnittsfläche desjenigen Teils der ersten Luftaustrittsöffnung, der durch den äußeren Luftleitkanalteil definiert ist. Der zentrale, innere Luftleitkanalteil definiert somit einen im Querschnitt deutlich größeren Teil der Luftaustrittsöffnung als der äußere Luftleitkanalteil, der von dem inneren Luftleitkanalteil über das Diffusorteil separiert und ringförmig radial außen liegend ausgebildet ist.

In einer Ausführungsvariante kann zur Vergleichmäßigung der Teilluftströmung in dem inneren Luftleitkanalteil ein axial umströmbarer Strömungskörper vorgesehen sein. Der Strömungskörper ist hierfür in dem Rohrabschnitt des Strömungsteilers vorgesehen. So schließt eine Ausführungsvariante mit einem Strömungsteiler in dem zentralen/mittigen ersten Luftleitkanal beispielsweise gerade ein, dass (auch) über den zentralen ersten Luftleitkanal eine unverdrallte Luftströmung in den Brennraum hinein erzeugt wird. In einer derartigen Ausführungsvariante ist dann folglich auch ein erster zentraler Luftleitkanal drallelementfrei ausgebildet. An einem etwaigen zentral angeordneten Strömungskörper in einem Rohrabschnitt eines Strömungsteilers sind dementsprechend keine Verdraller vorgesehen.

Grundsätzlich können die ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen und die Kraftstoffaustrittsöffnung in einer senkrecht zur Düsenlängsachse verlaufenden Radialebene liegen. Die einzelnen Austrittsöffnungen weisen somit in einer derartigen Ausführungsvariante keinen axialen Versatz zueinander auf. Demgegenüber ist aber auch eine Ausführungsvariante denkbar, bei der die Austrittsöffnungen axial zueinander versetzt sind. In einem solchen Fall ist beispielsweise die jeweilige Austrittsöffnung axial desto weiter stromab angeordnet, je weiter sie radial außen liegt. Eine innerste, zum Beispiel mittige Austrittsöffnung oder deren Teil ist somit axial gegenüber einer radial äußersten Austrittsöffnung zurückgesetzt und damit weiter stromauf vorgesehen.

Die vorgeschlagene Lösung umfasst ferner ein Triebwerk mit mindestens einer Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe.

Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.

Hierbei zeigen:

Figur 1A ausschnittsweise das Ende einer Düse einer ersten

Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe;

Figur 1 B eine Schnittdarstellung der Düse der Figur 1 A;

Figur 1C eine weitere Schnittdarstellung einer Weiterbildung der Düse der

Figuren 1A und 1 B unter Veranschaulichung einer Prallkühlung für einen zentralen Stabilisationskörper und eine Fluidführung für Wasserstoff zu einem radial außenliegenden Kraftstoffkanal;

Figur 2A in perspektivischer Darstellung und ausschnittsweise eine Düse einer weiteren Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe;

Figur 2B eine Schnittansicht der Düse der Figur 2A; Figur 3A eine Ansicht einer Düse einer weiteren Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe mit Blick auf ein Düsenende;

Figur 3B eine Schnittdarstellung der Düse der Figur 3A in einem eingebauten

Zustand;

Figur 4A in perspektivischer Darstellung und ausschnittsweise eine weitere

Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe, bei der - analog zur Ausführungsvariante der Figuren 3A und 3B - ein mittiger erster Luftleitkanal vorgesehen ist, über den jedoch im Gegensatz zu der Ausführungsvariante der Figuren 3A und 3B eine unverdrallte Luftströmung in einen Brennraum erzeugt wird und zu einem Düsenende der Düse hin einen Strömungsteiler integriert;

Figur 4B eine Schnittdarstellung der Ausführungsvariante der Figur 4A;

Figuren 5A-5B in mit den Figuren 4A und 4B übereinstimmenden Ansichten eine Weiterbildung der Ausführungsvariante der Figuren 4A und 4B mit axial zueinander versetzten Austrittsöffnungen;

Figur 6A ein Triebwerk, in dem eine Ausführungsvarianten einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe zum Einsatz kommt;

Figur 6B ausschnittsweise und in vergrößertem Maßstab die Brennkammer des

Triebwerks der Figur 6A.

Die Figur 6A veranschaulicht schematisch und in Schnittdarstellung ein (Turbofan-) Triebwerk T, bei dem die einzelnen Triebwerkskomponenten entlang einer Rotationsachse oder Mittelachse M hintereinander angeordnet sind und das Triebwerk T als Turbofan-Triebwerk ausgebildet ist. An einem Einlass oder Intake E des Triebwerks T wird Luft entlang einer Eintrittsrichtung mittels eines Fans F angesaugt. Dieser in einem Fangehäuse FC angeordnete Fan F wird über eine Rotorwelle S angetrieben, die von einer Turbine TT des Triebwerks T in Drehung versetzt wird. Die Turbine TT schließt sich hierbei an einen Verdichter V an, der beispielsweise einen Niederdruckverdichter 111 und einen Hochdruckverdichter 112 aufweist, sowie gegebenenfalls noch einen Mitteldruckverdichter. Der Fan F führt einerseits in einem Primärluftstrom F1 dem

Verdichter V Luft zu sowie andererseits, zur Erzeugung des Schubs, in einem Sekundärluftstrom F2 einem Sekundärstromkanal oder Bypasskanal B. Der Bypasskanal B verläuft hierbei um ein den Verdichter V und die Turbine TT umfassendes Kerntriebwerk, das einen Primärstromkanal für die durch den Fan F dem Kerntriebwerk zugeführte Luft umfasst.

Die über den Verdichter V in den Primärstromkanal geförderte Luft gelangt in eine Brennkammerbaugruppe BK des Kerntriebwerks, in dem die Antriebsenergie zum Antreiben der T urbine TT erzeugt wird. Die T urbine TT weist hierfür eine Hochdruckturbine 113, eine (optionale) Mitteldruckturbine 114 und einen Niederdruckturbine 115 auf. Die Turbine TT treibt dabei über die bei der Verbrennung freiwerdende Energie die Rotorwelle S und damit den Fan F an, um über die die in den Bypasskanal B geförderte Luft den erforderlichen Schub zu erzeugen. Sowohl die Luft aus dem Bypasskanal B als auch die Abgase aus dem Primärstromkanal des Kerntriebwerks strömen über einen Auslass A am Ende des Triebwerks T aus. Der Auslass A weist hierbei üblicherweise eine Schubdüse mit einem zentral angeordneten Auslasskonus C auf.

Die Figur 6B zeigt einen Längsschnitt durch die Brennkammerbaugruppe BK des Triebwerks T. Hieraus ist insbesondere in eine (Ring-) Brennkammer 103 des Triebwerks T ersichtlich. Zur Einspritzung von Kraftstoff respektive eines Luft- Kraftstoff-Gemisches in einen Brennraum 1030 der Brennkammer 103 ist eine Düsenbaugruppe vorgesehen. Diese umfasst einen Brennkammerring R, an dem entlang einer Kreislinie um die Mittelachse M mehrere Düsen D an einem Brennkammerkopf der Brennkammer angeordnet sind. An dem Brennkammerring R sind ein oder mehrere Brennerdichtungen BD mit Lageröffnungen vorgesehen, an denen Düsenköpfe der jeweiligen Düsen D gehalten sind, sodass hierüber Kraftstoffstoff in die Brennkammer 103 eingespritzt werden kann. Jede Düse D umfasst dabei einen Flansch, über den ein Düsenhalter DH der Düse D an ein Außengehäuse G der Brennkammer 103 geschraubt ist.

Um über die Düse D Wasserstoff als Kraftstoff in den Brennraum 1030 der Brennkammer 103 effektiv eindüsen zu können, sehen die Ausführungsvarianten der Figuren 1A bis 3B einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe jeweils vor, dass die Düse D an einem Düsenkopf 2 einen Kraftstoffkanal 22 für den Wasserstoff aufweist, dessen Kraftstoffaustrittsöffnung in radialer Richtung, bezogen auf eine Düsenlängsachse L der Düse D, zwischen zwei Luftaustrittsöffnungen 12 und 23 oder 21 und 23 liegt. Über die Luftleitkanäle 12/21 , 21/23 kann jeweils Luft aus einem ersten, radial innen liegenden Luftleitkanal 12 oder 21 und Luft aus einem zweiten radial außen liegenden Luftleitkanal 23 in den Brennraum 1030 strömen. Um hierbei den Wasserstoff und wenigstens die Luft aus dem zweiten radial außen liegenden Luftleitkanal 23 mit vergleichsweise hoher Strömungsgeschwindigkeit und geringer Turbulenz einzudüsen, sind wenigstens der zweite radial weiter außen liegende Luftleitkanal 23 zur Bereitstellung einer unverdrallten Luftströmung in den Brennraum 1030 und der Kraftstoffkanal 22 zur Bereitstellung einer unverdrallten Strömung Wasserstoff in den Brennraum 1030 eingerichtet und vorgesehen.

Während bei den Ausführungsvarianten der Figuren 1A bis 1C und 2A bis 2B ein erster radial innen liegender Luftleitkanal 21 vorgesehen ist, der an dem Düsenkopf 2 ausgebildet ist und an einer äußeren Mantelfläche eines zentral angeordneten Stabilisationskörpers 10 der Düse D entlang führt, um auch über den ersten Luftleitkanal 21 eine möglichst drallfreie Luftströmung in den Brennraum 1030 zu erzeugen, sieht die Ausführungsvariante der Figuren 3A bis 3B eine Düse D vor, bei der der erste Luftleitkanal 12 zentral entlang der Düsenlängsachse 11 verlaufend ausgebildet ist und mithilfe eines Drallelements 120 eine verdrahte Luftströmung zur Verfügung stellt.

Wie in der Zusammenschau der Figuren 1 A, 1 B und 1C veranschaulicht ist, sieht eine hier dargestellte Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe eine Düse D vor, bei der Wasserstoff über eine zentrale, sich entlang der Düsenlängsachse L erstreckende Kraftstoffzuleitung 11 in einem Düsenhauptkörper 1 in Richtung eines düsenendseitige Düsenkopfes 2 geführt werden kann. Entsprechend der Schnittdarstellung der Figur 1C mündet diese zentrale Kraftstoffzuleitung 11 in einen Hohlraum 102 eines Stabilisationskörpers 10. Der Hohlraum 102 ist hierbei Teil einer Fluidführung für den einzudüsenden Wasserstoff, der aus dem Hohlraum 102 über Fluidleitungen in radial verlaufenden Streben 24 radial nach außen zu einem im Querschnitt ringförmigen Kraftstoffkanal 22 geleitet wird.

Der Stabilisationskörper 10 weist eine in der Figur 1A in Frontansicht dargestellte, im Wesentlichen plane Stirnfläche 100 auf, die dem Brennraum 1030 zugewandt ist. Diese Stirnfläche 100 ist vorliegend kreisförmig und nimmt einen Großteil der Querschnittsfläche des Düsenkopfes 2 ein. Über die ersten und zweiten jeweils als Ringspalt ausgebildete Luftleitkanäle 21 und 23 sowie den dazwischen liegenden, ebenfalls als Ringspalt ausgebildeten Kraftstoffkanal 22 werden somit Wasserstoff und Luft unvermischt vergleichsweise radial weit außerhalb bezüglich der Düsenlängsachse L in den Brennraum 1030 eingedüst. Damit entsteht eine stabile Flamme stromab des Düsenendes und insbesondere nicht in einem unmittelbaren Nahbereich hinter der Düse D. Dies ist gerade mit Blick auf den vergleichsweise leicht entzündlichen Wasserstoff von Vorteil, um Verbrennungstemperaturen im Nahbereich hinter der Düse D geringer zu halten. Darüber hinaus kann der Stabilisationskörper 10 über den hierin geführten Wasserstoff zu einer (Vor-) Verdampfung des einzudüsenden Wasserstoffs genutzt sein. Der zur (Vor-) Verdampfung an den Stabilisationskörper 10 geführte Wasserstoff kann hierbei gleichzeitig der Kühlung des Stabilisationskörpers 10 und insbesondere dessen dem Brennraum zugewandte Stirnfläche 10 dienen.

So wird in der dargestellten Ausführungsvariante über die zentrale Kraftstoffzuleitung 11 der Wasserstoff gegen eine von dem Brennraum 1030 abgewandte und dem Hohlraum 102 zugewandte Rückwand 101 des Stabilisationskörpers 10 eingeströmt. Die Rückwand 101 und damit der Stabilisationskörper 10 wird somit über den in den Hohlraum 101 einströmenden Wasserstoff prallgekühlt. Im Anschluss wird der Wasserstoff zwischen einem rohrförmigen Endstück 110 der zentralen Kraftstoffzuleitung 11 und den Innenwänden des stabilisationskörperseitigen Hohlraums 102 umgelenkt und in radialer Richtung nach außen geführt. Hier gelangt der Wasserstoff über eine oder mehrere Fluidleitungen in umfangsseitig verteilt angeordneten Streben 24 zu dem Kraftstoffkanal 23. Jede Strebe 24 kann eine oder mehrere Fluidleitungen umfassen.

Bei der dargestellten Ausführungsvariante weist jede Strebe 24 einen ersten Strebenteil 24.1 auf, der sich in radialer Richtung durch den ersten Luftleitkanal 21 erstreckt, der radial innen teilweise durch eine äußeren Mantelfläche des Stabilisationskörpers 10 berandet ist. Ein zweiter radial weiter außen liegender Strebenteil 24.2 der Strebe 24, in dem keine Flutleitung für den Wasserstoff vorgesehen ist, erstreckt sich in radialer Richtung durch den zweiten Luftleitkanal 23. Die umfangsseitig verteilt angeordneten Streben 24 halten somit die düsenkopfseitigen Luftleitkanäle 21 , 23 und den Kraftstoffkanals 22 an dem Stabilisationskörper 10 und damit an dem Düsenhauptkörper 1.

Wie insbesondere aus der Schnittdarstellung der Figur 1 B ersichtlich ist, weisen sowohl die ersten und zweiten Luftleitkanäle 21 und 23 als auch der Kraftstoffkanal 22 zum Düsenende hin jeweils einen Kanalabschnitt mit der jeweiligen Luftaustrittsöffnung oder Kraftstoffaustrittsöffnung auf, der unter einem Winkel a zu der Düsenlängsachse L verläuft, der im Bereich von 35° bis 50° liegt. Die Luftströmungen aus den Luftleitkanälen 21 und 23 sowie die Strömung an Wasserstoff aus dem Kraftstoffkanal 22 sind somit vergleichsweise stark radial nach außen gerichtet, wodurch die Bildung einer Rezirkulationszone möglichst weiter stromab von dem Düsenende unterstützt wird. Darüber hinaus sind die ersten und zweiten Luftleitkanäle 21 und 23 vorliegend exemplarisch mit zwei Kanalabschnitten 21 A, 21 B oder 23A, 23B ausgebildet, die in Strömungsrichtung der Luft entlang der Düsenlängsachse L aufeinanderfolgen. Ein erster Kanalabschnitt 21 A und 23A verläuft hierbei jeweils im Wesentlichen parallel und geradlinig zu der Düsenlängsachse L. Der sich hieran jeweils anschließende (zweite) Kanalabschnitt 21 B und 23B verläuft dann nicht nur radial unter dem Winkel a nach außen, sondern verjüngt sich auch zu der jeweiligen Luftaustrittsöffnung hin.

Entsprechend der Schnittdarstellung der Figur 1 B verjüngt sich beispielsweise der zweite Kanalabschnitt 21 B des ersten Luftleitkanals 21 von einer Spaltbereite respektive Kanalhöhe a11 zu einer Spaltbreite respektive Kanalhöhe a12 an der zugehörigen ersten Luftaustrittsöffnung. Der zweite Kanalabschnitt 23B des zweiten Luftleitkanals 23 verjüngt sich wiederum in nahezu gleichem Maße von einer Kanalhöhe a21 zu einer Kanalhöhe a22 an dessen zweiter Luftaustrittsöffnung. Die Verhältnisse a11 :a12 und a21 : a22 der Kanalhöhen (und damit korrespondierend die Verhältnisse der durchströmten Querschnittsfläche am Eintritt und Austritt) liegen vorliegend im Bereich von 1 ,5:1 bis 3:1 , insbesondere im Bereich von 1 ,7:1 bis 2,3:1. Die Kanalhöhe a12 oder a22 an der jeweiligen Luftaustrittsöffnung ist somit wenigstens um den Faktor 1 ,5 oder sogar um den Faktor 3 geringer als die Kanalhöhe a11 oder a21 am Eintritt der Luft in den zweiten Kanalabschnitt 21 B oder 23B. Folglich reduziert sich dann auch die durchströmte Querschnittsfläche vom Eintritt zum Austritt des jeweiligen zweiten Kanalabschnitts 21 B oder 23B um einen Faktor im Bereich von 1 ,5 bis 3.

Hierdurch wird die jeweilige Luftströmung bis zum Einströmen in den Brennraum 1030 beschleunigt, ohne dass innerhalb des jeweiligen Luftleitkanals 21 , 23 ein Drallelement und damit eine Verdrallung der Luft vorgesehen wäre. Die Luft wird somit über die beiden sich zum jeweiligen Kanalende verjüngenden Luftleitkanäle 21 und 23 jeweils unverdrallt und mit vergleichsweise hoher axialer Strömungsgeschwindigkeit in den Brennraum 1030 eingebracht. Gleiches gilt für den über den dazwischenliegenden Kraftstoffkanal 22 eingedüsten Wasserstoff.

Die Darstellungen der Figuren 1 B und 1C verdeutlichen ferner die im Verhältnis vergleichsweise große Stirnfläche 100 des Stabilisationskörpers 10. So entspricht hier ein Durchmesser d der vorliegend kreisförmigen Stirnfläche 100 wenigstens dem 20-fachen oder sogar wenigstens dem 30- oder 40-fachen einer Kanalhöhe a12 oder a22 des ersten oder zweiten Luftleitkanals 21 oder 23. Die Kanalhöhen a12 und a22 der Luftleitkanäle 21 und 23 an den Luftaustrittsöffnungen liegen in derselben Größenordnung wie eine Kanalhöhe des Kraftstoffkanals 22 an dessen Kraftstoffaustrittsöffnung (Grundsätzlich können die Kanalhöhen a12 und a22 dabei im Wesentlichen zueinander identisch sein oder sich ein einem Verhältnis von bis zu 1 :3 voneinander unterscheiden.

Aus der Schnittansicht der Figur 1C ist noch ein mögliche Weiterbildung ersichtlich, bei der auch in einem ersten Kanalabschnitt 21A oder 23A des ersten oder zweiten Luftleitkanals 21 , 23 eine Verjüngung vorgesehen sein kann, und zwar hier zu dem jeweiligen zweiten Kanalabschnitt 21 B oder 23B hin. Die Luftströmung wird hierbei dann bereits beschleunigt.

Die Ausführungsvariante der Figuren 2A und 2B stimmt in einigen Konstruktionsdetails mit den Ausführungsvarianten der Figuren 1 A bis 1 C überein, insbesondere im Hinblick auf die Ausbildung des Stabilisationskörpers 10 mit seiner im Wesentlichen planen Stirnfläche 100 und dessen Prallkühlung über zentral zugeleiteten Wasserstoff, der anschließend radial nach außen zu dem Kraftstoffkanal 22 geführt wird. Bei der Ausführungsvariante der Figuren 2A und 2B sind jedoch die Luftleitkanäle 21 und 23 sowie der Kraftstoffkanal 22 mit einem kleineren Winkel radial nach außen verlaufend ausgeführt. Zudem ist lediglich ein einzelner, sich zum Düsenende hin verjüngender Kanalabschnitt bei den ersten und zweiten Luftleitkanälen 21 und 23 vorgesehen.

Bei der Ausführungsvariante der Figuren 3A und 3B ist im Gegensatz zu den Ausführungsvarianten der Figuren 1A-1C und 2A-2B keine zentrale Kraftstoffzuleitung 11 für die Zuführung des Wasserstoffs an den Düsenkopf 2 vorgesehen. Stattdessen ist hier zentral ein erster Luftleitkanal 12 ausgebildet. Die Zuführung des Wasserstoffs zu dem weiterhin im Querschnitt ringförmigen Kraftstoffkanal 22 erfolgt in einem radial weiter außen liegenden Abschnitt des Düsenhauptkörper 1.

Im Unterschied zu den Ausführungsvariante Figuren 1A-1C und 2A-2B wird über den ersten Luftleitkanal 12 der Ausführungsvariante der Figuren 3A-3B zudem eine Luftströmung nicht unverdrallt zu dem Brennraum 1030 geführt. Vielmehr weist der erste Luftleitkanal 12 ein Drallelement 120 (englisch: „swirler“) stromauf des Düsenendes auf, um einströmende Luft zu verdrallen.

Am Ende des zentralen ersten Luftleitkanals 12 der Figuren 3A-3B strömt die Luft drallbehaftet in den Brennraum 1030 aus. Dabei weitet sich der erste Luftleitkanal 12 an seinem Kanalende zudem radial nach außen auf. Ein in der Draufsicht vom Brennraum 1030 aus gesehen trichterförmig erscheinendes Strömungsleitelement 121 des zentralen Luftleitkanals 12 verläuft dabei unter einem (Öffnungs-) Winkel zu der Düsenlängsachse L, der im Bereich des Winkels a liegt, mit dem der Kraftstoffkanal 22 und der radial äußerste, zweite Luftleitkanal 23 zu ihrem jeweiligen Kanalende hin radial nach außen verlaufen. Die Kombination aus verdrallter Luftströmung aus einem zentralen ersten Luftleitkanal 12 in Kombination mit unverdrallt radial nach außen eingedüstem Wasserstoff und unverdrallt radial nach außen einströmender zweiter Luftströmung aus dem zweiten Luftleitkanal 23 hat sich für einen Betrieb des Triebwerks T mit Wasserstoff ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, gleichwohl die Luftströmung aus dem zentralen Luftleitkanal 12 mit geringerer axialer Strömungsgeschwindigkeit in den Brennraum 1030 eingedüst wird als die Luft aus einem ersten Luftleitkanal 21 der Figuren 1A-1C und 2A-2B. Auch bei der Konstruktion der Figuren 3A-3B wird in einem zentralen Bereich stromab der Düse D und insbesondere des Düsenkopfes 2 eine Rezirkulationszone gebildet wird. Der Drall sorgt hierbei zusätzlich dafür, dass sich die Strömung nach außen öffnet.

Bei den Ausführungsvarianten der Figuren 4A-4B und 5A-5B ist in Analogie zu der Ausführungsvariante der Figuren 3A und 3B an der Düse D ebenfalls ein zentraler erster Luftleitkanal 12 für eine Luftströmung in den Brennraum 1030 vorgesehen. Bei den Ausführungsvarianten der Figuren 4A-4B und 5A-5B wird jedoch auch die Luft aus dem zentralen ersten Luftleitkanal 12 unverdrallt in den Brennraum 1030 eingebracht.

Hierbei ist in jeder der Ausführungsvarianten der Figuren 4A-4B und 5A-5B innerhalb des ersten Luftleitkanals 12 zum Düsenende der Düse D hin ein Strömungsteiler 122 vorgesehen. Über diesen Strömungsteiler 122 wird eine Luftströmung innerhalb des ersten Luftleitkanals auf zwei Teilluftströme aufgeteilt, einen inneren Teilluftstrom und einen äußeren Teilluftstrom. Hierfür weist der Strömungsteiler 122 einen Rohrabschnitt 122a mit gleichbleibender durchströmter Querschnittsfläche und einen sich daran stromab anschließenden Diffusorteil 122b auf. Der Diffusorteil 122b weitet sich zum Düsenende hin radial auf, sodass sich dessen Querschnittsfläche entlang der Düsenlängsachse L kontinuierlich vergrößert. Innerhalb des Rohrabschnitts 122a und des Diffusorteils 122b wird ein innerer Luftleitkanalteil 12.2 definiert. Zwischen einer radial äußeren Mantelfläche des Strömungsteilers 122 und einer inneren Mantelfläche einer Kanalwandung des ersten Luftleitkanals 12 ist ein äußerer Luftleitkanalteil 12.1 definiert. Zum Düsenende hin wird der Abschnitt des äußeren Luftleitkanalteils 12.1 dann folglich (radial außen) von dem Strömungsleitelement 121 und (radial innen) von dem sich aufweitenden Diffusorteil 122b berandet. Derart weist der äußere Luftleitkanalteil 12.1 radial nach außen weist und definiert am Düsenende Ringspalt für die hierüber einzubringende Teilluftströmung. Die Kanalhöhe dieses Ringspalts liegt dabei im Wesentlichen in der Größenordnung der Kraftstoffaustrittsöffnung des Kraftstoffkanals 22 und der (zweiten) Luftaustrittsöffnung des radial äußersten Luftleitkanals 23.

Aus den Schnittdarstellungen der Figuren 4B und 5B ist ferner nicht nur jeweils eine Strebe 220 ersichtlich, die sich innerhalb des jeweiligen Kraftstoffkanals 22 radial nach außen erstreckt, sondern vor allem auch die Geometrie des jeweiligen Strömungsteilers 122. Zudem ist hieraus ein längserstreckter zentraler Strömungskörper 123 ersichtlich, der sich zapfenförmig mittig innerhalb des Rohrabschnitts 122a befindet. Dieser Strömungskörper 123 kann innerhalb des jeweiligen Rohrabschnitts 122a axial umströmt werden, sodass innerhalb des Rohrabschnitts 122a jeweils eine im Querschnitt lediglich ringförmige durchströmte Querschnittsfläche vorhanden ist. Dies trägt zur Vergleichmäßigung der unverdrallten inneren Teilluftströmung aus dem inneren Luftleitkanalteil 12.2 bei, über die das entstehende Kraftstoff-Luft-Gemisch im Nahfeld der Düse D abgemagert werden soll. Es wird hier folglich zusätzliche Luft zentral entlang der Düsenlängsachse L eingebracht, um eine Verbrennung unmittelbar stromab des Düsendes und damit eine unerwünschte Erhitzung der Düse D zu vermeiden.

Die Ausführungsvarianten der Figuren 4A-4B und 5A-5B unterscheiden sich vor allem in der Gestaltung des Düsenendes und dabei in der Gestaltung des Strömungsteilers 122 innerhalb des zentralen ersten Luftleitkanals 12.

So sind bei der Ausführungsvariante der Figuren 4A und 4B die Austrittsöffnungen der Luftleitkanäle 12 und 23 sowie des Kraftstoffkanals 22 axial nicht zueinander versetzt und liegen damit in einer senkrecht zur Düsenlängsachse L verlaufenden Radialebene, wie dies auch bei den Ausführungsvarianten der Figuren 1A bis 3B der Fall ist. Dementsprechend erstreckt sich auch der Diffusorteil 122b des Strömungsteilers 22 axial bis an diese Radialebene.

Bei der Ausführungsvariante der Figuren 5A und 5B ist demgegenüber ein axialer Versatz zwischen den Austrittsöffnungen vorgesehen. Je weiter radial innen die jeweilige Austrittsöffnung liegt, desto stärker ist sie gegenüber der radial äußersten und damit am weitesten axial vorstehenden Austrittsöffnung des zweiten Luftleitkanals 23 zurückgesetzt und damit weiter stromauf liegend angeordnet. Beispielsweise liegt der Teil der Luftaustrittsöffnung des ersten Luftleitkanals 12, der durch den inneren Luftleitkanalteil 12.2 definiert wird, axial am weitesten stromauf. Der Diffusorteil 122b weist somit im Vergleich zu der Ausführungsvariante der Figuren 4A und 4B bei der Ausführungsvariante der Figuren 5A und 5B eine kürzere axiale Länge auf. Die durchströmte Querschnittsfläche des von dem inneren Luftleitkanalteil 12.2 definierten Teils der Luftaustrittsöffnung des ersten Luftleitkanals 12 ist damit zwar weiterhin um einen Faktor von wenigstens 8 größer als die Querschnittsfläche desjenigen Teils, der Luftaustrittsöffnung, der von dem äußeren Luftleitkanalteil 12.1 definiert ist, jedoch deutlich geringer als bei der Ausführungsvariante der Figuren 4A und 4B. Die Positionierung der Austrittsöffnungen und insbesondere deren eventueller axialer Versatz kann in Abhängigkeit von einem Anwendungsszenario und damit einem Triebwerk T und/oder zum Beispiel in Abhängigkeit von einem gewünschten Strömungsverlauf des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum 1030 hinein variieren.

Die Düse D der Ausführungsvarianten der Figuren 1A-1C, 2A-2B, 3A-3B, 4A-4B und 5A- 5B ist im Übrigen jeweils für eine fette Quench-Magerverbrennung (englisch: „rieh quench lean combustion“) eingerichtet und vorgesehen. Grundsätzlich kann die dargestellte Düse D auch für Magerverbrennungskonzepte genutzt werden.

Es versteht sich, dass die vorgeschlagene Lösung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung erstreckt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, und umfasst diese.

Bezugszeichenliste

1 Düsenhauptkörper

10 Stabilisationskörper

100 Stirnfläche

101 Rückwand

102 Hohlraum

103 Brennkammer

1030 Brennraum

10A, 10B Innenwandabschnitt

11 Zentrale Kraftstoffzuleitung

110 Endstück

12 (Zentraler/mittiger) erster Luftleitkanal

12.1 , 12.2 Äußerer / Innerer Luftleitkanalteil

120 Drallelement

121 Strömungsleitelement

122 Strömungsteiler

122a Rohrabschnitt

122b Diffusorteil

123 Strömungskörper

2 Düsenkopf

21 Erster Luftleitkanal

21A, 21B Kanalabschnitt

22 Wasserstoffkanal

22A, 22B Kanalabschnitt

220 Strebe

23 Zweiter Luftleitkanal

24 Strebe

24.1 , 24.2 Strebenteil

111 Niederdruckverdichter

112 Hochdruckverdichter

113 Hochdruckturbine

114 Mitteldruckturbine

115 Niederdruckturbine

A Auslass a11 , a12, a21, a22 Kanalhöhe B Bypasskanal

BK Brennkammerbaugruppe

BR Brennerdichtung

C Auslasskonus

D Durchmesser

D Düse

DH Düsenhalter

E Einlass / Intake

F Fan

F1 , F2 Fluidstrom

FC Fangehäuse

G Außengehäuse

Düsenlängsachse

M Mittelachse / Rotationsachse

R Brennkammerring

S Rotorwelle

T (T urbofan-)T riebwerk

TT Turbine

V Verdichter a Winkel

Claims

Ansprüche

1. Düsenbaugruppe für eine Brennkammer (103) eines Triebwerks (T), mit wenigstens einer Düse (D) zum Eindüsen von Wasserstoff in einen Brennraum (1030) der Brennkammer (103), wobei die Düse (D) einen sich entlang einer Düsenlängsachse (L) erstreckenden Düsenhauptkörper (DH) und an einem Ende des Düsenhauptkörpers (DH) einen Düsenkopf (2) aufweist, wobei mindestens ein erster Luftleitkanal (12; 21) vorgesehen ist, um eine erste Luftströmung in Richtung des Brennraums (1030) zu führen und über mindestens eine erste Luftaustrittsöffnung des ersten Luftleitkanals (12; 21) in den Brennraum (1030) zu leiten, mindestens ein Kraftstoffkanal (22) an dem Düsenkopf (2) vorgesehen ist, um Wasserstoff in Richtung des Brennraums (1030) zu führen, und mindestens ein zweiter Luftleitkanal (23) vorgesehen ist, um eine zweite Luftströmung in Richtung des Brennraums (1030) zu führen und über mindestens eine zweite Luftaustrittsöffnung des zweiten Luftleitkanals (22) in den Brennraum (1030) zu leiten, wobei der Kraftstoffkanal (22) mit einer Kraftstoffaustrittsöffnung für den in den Brennraum (1030) einzudüsenden Wasserstoff, bezogen auf eine senkrecht zur Düsenlängsachse (L) verlaufende Radialrichtung, zwischen den ersten und zweiten Luftleitkanälen (12, 23; 21 , 23) mit ihren ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der zweite radial weiter außen liegende Luftleitkanal (23) zur Bereitstellung einer unverdrallten Luftströmung in den Brennraum (1030) und der Kraftstoffkanal (22) zur Bereitstellung einer unverdrallten Strömung an Wasserstoff in den Brennraum (1030) eingerichtet und vorgesehen sind.

2. Düsenbaugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der der zweite radial weiter außen liegende Luftleitkanal (23) und der Kraftstoffkanal (22) an ihren jeweiligen Kanalenden radial nach außen verlaufen.

3. Düsenbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite radial weiter außen liegende Luftleitkanal (23) einen die zweite Luftaustrittsöffnung aufweisenden Kanalabschnitt (23B) umfasst, der unter einem Winkel (a) im Bereich von 30° bis 60° zur Düsenlängsachse (L) verläuft, und/oder der Kraftstoffkanal (22) einen die Kraftstoffaustrittsöffnung aufweisenden Kanalabschnitt (22B) umfasst, der unter einem Winkel (a) im Bereich von 30° bis 60° zur Düsenlängsachse (L) verläuft.

4. Düsenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kraftstoffkanal (22) und/oder der zweite radial weiter außen liegende Luftleitkanal (23) zu einem jeweiligen Kanalende hin verjüngen.

5. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zuführung von Wasserstoff zu dem Kraftstoffkanal (22) eine zentrale Kraftstoffzuleitung (11) in dem Düsenhauptkörper (1) vorgesehen ist.

6. Düsenbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Düsenkopf (2) wenigstens eine Fluidführung vorgesehen ist, über die der Wasserstoff aus der Kraftstoffzuleitung in den radial weiter außen liegenden Kraftstoffkanal (22) führbar ist.

7. Düsenbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Fluidführung innerhalb einer sich radial nach außen erstreckenden Strebe (24) des Düsenkopfes (2) vorgesehen ist, die durch einen Abschnitt des ersten Luftleitkanals (21) verläuft.

8. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Düsenende der Düse (D) zentral ein Stabilisationskörper (10) vorgesehen ist, der eine dem Brennraum (1030) zugewandte im Wesentlichen plane Stirnfläche (100) umfasst.

9. Düsenbaugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisationskörper (10) mit einer äußeren Mantelfläche wenigstens einen Teil einer Innenwand des ersten radial innen liegenden Luftleitkanals (21) definiert.

10. Düsenbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisationskörper (10) mit seiner äußeren Mantelfläche einen radial nach außen weisenden Innenwandabschnitt (10B) für den ersten Luftleitkanal (21) definiert, sodass der erste Luftleitkanal (21) an seinem Kanalende radial nach außen verläuft.

11. Düsenbaugruppe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste radial innen liegende Luftleitkanal (21) zu seinem Kanalende hin verjüngt. Düsenbaugruppe nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen plane, dem Brennraum (1030) zugewandte Stirnfläche (100) des Stabilisationskörper (10) eine Erstreckung in, bezogen auf die Düsenlängsachse (L), radialer Richtung aufweist, die wenigstens dem Zwanzigfachen, insbesondere wenigstens dem Dreißigfachen oder Zwanzigfachen einer Kanalhöhe (a12) des ersten Luftleitkanals (21) an der ersten Luftaustrittsöffnung und/oder einer Kanalhöhe (a22) des zweiten Luftleitkanals (23) an der zweiten Luftaustrittsöffnung und/oder einer Kanalhöhe des Kraftstoffkanals (22) an der Kraftstoffaustrittsöffnung entspricht. Düsenbaugruppe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung für den Stabilisationskörper (10) vorgesehen ist. Düsenbaugruppe nach Anspruch 6 oder 7 und einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Fluidführung innerhalb des Stabilisationskörpers (10) vorgesehen ist. Düsenbaugruppe nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb des Stabilisationskörpers (10) vorgesehene Teil der Fluidführung auch für die Kühlung des Stabilisationskörpers (10) vorgesehen ist. Düsenbaugruppe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass, für eine Prallkühlung des Stabilisationskörpers (10) mit Wasserstoff, über den innerhalb des Stabilisationskörpers (10) vorgesehenen Teil der Fluidführung Wasserstoff gegen eine von dem Brennraum (1030) abgewandte Rückwand (101) des Stabilisationskörpers (10) geführt wird. Düsenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftleitkanal (12) mittig an dem Düsenhauptkörper (1) an der Düsenlängsachse (L) entlang verlaufend vorgesehen ist und eine Kraftstoffzuleitung für den Kraftstoffkanal (22) in dem Düsenhauptkörper (1) in einem radial außen liegenden Abschnitt des Düsenhauptkörpers (1) vorgesehen ist. Düsenbaugruppe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Luftleitkanal (12) an seinem die erste Luftaustrittsöffnung aufweisenden Kanalende aufweitet und hierfür ein sich radial nach außen erstreckendes Strömungsleitelement (121) ausbildet. Düsenbaugruppe nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Luftleitkanal (12) wenigstens ein Drallelement (120) zur Verdrhung der über den ersten Luftleitkanal (12) bereitgestellten Luftströmung in den Brennraum (1030) aufweist.

20. Düsenbaugruppe nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Luftleitkanal (12) ein zentral angeordneter Strömungsteiler (122) vorgesehen ist, über den eine Luftströmung in dem ersten Luftleitkanal (12) zu einem Düsenende der Düse (D) auf einen inneren und äußeren Luftleitkanalteil (12.1 , 12.2) aufgeteilt wird.

21. Düsenbaugruppe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (122) einen Rohrabschnitt (122a) mit entlang der Düsenlangsachse (L) gleichbleibender Querschnittsfläche und einen sich an den Rohrabschnitt (122) zum Düsenende hin anschließenden Diffusorteil (122b) mit sich entlang der Düsenlängsachse (L) vergrößernder Querschnittsfläche aufweist.

22. Düsenbaugruppe nach den Ansprüchen 18 und 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (121) und der Diffusorteil (122b) den äußeren Luftleitkanalteil (12.1) beranden, der radial nach außen weist.

23. Düsenbaugruppe nach einem der Ansprüchen 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Düsenende der durch den inneren Luftleitkanalteil (12.2) definierte Teil der ersten Luftaustrittsöffnung eine Querschnittsfläche aufweist, die um wenigstens den Faktor 8, insbesondere um wenigstens den Faktor 10 größer ist die Querschnittsfläche desjenigen Teils der ersten Luftaustrittsöffnung, der durch den äußeren Luftleitkanalteil (12.1) definiert ist.

24. Düsenbaugruppe nach einem der Ansprüchen 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohrabschnitt (122a) mittig ein axial umströmbarer Strömungskörper (123) vorgesehen ist.

25. Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen und die Kraftstoffaustrittsöffnung in einer senkrecht zur Düsenlängsachse (L) verlaufenden Radialebene liegen oder axial zueinander versetzt sind.

26. Triebwerk mit mindestens einer Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.