DE10033653A1 - Kombinationsantrieb - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, universell einsetzbare Triebwerke zu schaffen. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass das Antriebssystem mehrstufig mit mehreren Antriebseinheiten ausgebildet ist und mit mindestens einem Unterdrucksystem verbunden ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft Kombinationsantriebe, das sind Motoren, Turbinentriebwerke, Impellertriebwerke unterschiedlicher Art, kombiniert mit Unterdrucksystemen sowie Staustrahltriebwerke. Sie können ein- oder mehrstufig und mit unterschiedlichen Hubwerken kombiniert werden.

Description

Die Erfindung betrifft Kombinationsantriebe, das sind Motoren, Turbinentriebwerke, Impellertriebwerke unterschiedlicher Art, kombiniert mit Unterdrucksystemen sowie Staustrahltriebwerke. Sie können ein- oder mehrstufig und mit unterschiedlichen Hubwerken kombiniert werden.

Die Antriebe können für jegliche Arten von Fahrzeugen verwendet werden.

Das Hubwerk kann fest eingebaut oder wegklappbar sein. Es kann seitliche Steuerklappen zur Stabilisierung der Flugkonstruktion besitzen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, universell einsetzbare Triebwerke zu schaffen.

Erfindungsgemäß gelingt die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Figuren ausgeführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Triebwerken müssen die Antriebssysteme zwar eine größere Leistung aufbringen als bei Triebwerken ohne zusätzliche Unterdrucksysteme, aber insgesamt wird ein höherer Schub erzeugt. Bei der Ausführung, die einen Impellerantrieb mit dem Unterdrucksystem kombiniert, erfolgt im Unterdrucksystem die Kraftstoffzufuhr und sie arbeitet als Staustrahltriebwerk.

Der Impeller oder die Turbine, ein- oder mehrstufig dienen zur Erzeugung des Luftstromes, der durch eine Einengung beschleunigt wird und durch den entstehenden Unterdruck noch zusätzlich Luft von außen ansaugt. Es ist jedoch möglich zusätzlich Kraftstoff zuzuführen und zu verbrennen. Das Unterdrucksystem arbeitet dann als Staustrahltriebwerk ein oder mehrstufig. Die Anzahl der Luftschrauben innerhalb des Impellerkörpers oder die Schaufelreiben der Turbine werden jeweils zweckmäßig angepasst.

Bei jedem Impeller ist die Art des Antriebsmotors variabel. Auch die Ausformung der einzelnen Bauteile ist variabel.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Die Fig. 1 zeigt in der Darstellung einen mehrreihigen, luftverdichtenden Impeller 1 mit stehenden und drehenden Schaufelreihen, ähnlich wie der Luftverdichter einer Gasturbine. Der Antrieb des Impellers 1 erfolgt über die Antriebswelle 26 des Antriebsmotors 9. Der Antriebsmotor 9 ist in eine Hülle versenkt um ihn vor den durchströmenden Gasen zu schützen.

Der durch den Impeller 1 erzeugte Luftstrom wird durch den Hochdruckluftzuführkanal 17 in die brennraumähnliche Ausbildung 18 gepresst. Dort kann Kraftstoff über die Kraftstoffzuführung 10 zugeführt werden und wird durch die Zündvorrichtung 11 gezündet und verbrannt.

Das Unterdrucksystem 3 kann auch ohne Verbrennung von Kraftstoff genutzt werden. Durch die hohe Verdichtung des erzeugten Luftstromes, welche durch die Einengung der brennraumähnlichen Ausbildung 18 erzeugt wird, entsteht ein ausreichend starker Luftstrom um ein Luftfahrzeug antreiben zu können.

Nach der brennraumähnlichen Ausbildung 18 strömen die Gase (entweder der erzeugte Luftstrom oder die heißen Verbrennungsabgase) in die erste Unterdrucksystemstufe 3. Durch den entstehenden Unterdruck der einströmenden Gase wird im Unterdrucksystem 3 über den Luftzuführungskanal 13 Frischluft angesaugt. Die Geschwindigkeit der durchströmenden Gase erhöht sich, wenn in der brennraumähnlichen Ausbildung 18 Kraftstoff verbrannt wird. Es erhöht sich der Druck und die Geschwindigkeit der in das Unterdrucksystem 3 einströmenden Gase. Über den Luftzufuhrkanal 13 wird mehr Frischluft angesaugt und ein starker Nebenstrom zum Impeller 1 erzeugt.

Der Impellerantrieb 1 mit Unterdrucksystem 3 und mehrstufigen Staustrahltriebwerk 4 kann so aufgebaut sein, dass bei offener Verschlussblende 14 der Impeller 1 den Luftstrom erzeugt und in das Unterdrucksystem 3 presst. Dabei wird über den Ansaugstutzen 12 noch zusätzlich Frischluft angesaugt.

Nach der ersten Unterdrucksystemstufe 3 oder Staustrahltriebwerksstufe 4 strömen die heißen Verbrennungsabgase in eine Zweite Unterdrucksystemstufe 3 oder Staustrahltreibwerksstufe 4, 5. Über die Ansaugstutzen 12 wird zwangsweise Frischluft aus dem Luflzufuhrkanal 13 angesaugt. Die Stärke des Luftstroms erhöht sich. Die zweite Unterdrucksystemstufe 3 kann entweder als Unterdrucksystem arbeiten oder durch zuführen von Kraftstoff, über Kraftstoffzuführung 10, und gezündet durch Zündanlage 11, als Staustrahltriebwerk 4, 5 arbeiten.

Über eine eingebaute Luftzufuhrsteuerklappe 29 kann die Frischluftzufuhr für die erste und zweite Unterdrucksystemstufe oder für die erste und zweite Staustrahltriebwerksstufe geregelt und gesteuert werden. Über sie ist regelbar in welcher Stufe mehr gearbeitet und ein stärkerer Luftstrom erzeugt werden soll. Das ist wichtig beim Starten und Landen, aber auch bei wechselnden Triebwerksfunktionen der einzelnen Stufen, ob sie als Unterdrucksystem oder als Staustrahltriebwerk arbeiten sollen.

Jede Triebwerksfunktion kann unabhängig von der vorherigen oder nachfolgenden Stufe geändert werden.

Bei Fig. 1 ist dargestellt, dass in das Unterdrucksystem 3 eine Staustrahltriebwerksstufe 4 eingebracht ist. Diese Staustrahltriebwerksstufe 4 kann fest eingebaut oder stellbar sein.

Wenn sie stellbar ist, kann durch ihre Bewegung die Frischluftzufuhr für die erste oder zweite Unterdrucksystemstufe oder erste und zweite Staustrahltriebwerksstufe 4, 5 reguliert werden. Die erste und die zweite Unterdrucksystemstufe oder Staustrahltriebwerksstufe unterstützen einander in ihrem Lauf und sind aufeinander abgestimmt in ihrer Funktion, auch wenn sie mit unterschiedlichen Funktionen laufen eine als Unterdrucksystem und die andere als Staustrahltriebwerk.

Bei einer eingebauten stellbaren Staustrahltriebwerksstufe ist es vorteilhaft wenn die Kraftstoffzufuhr 10 und die Zündanlage 11 in die Bewegung der Staustrahltriebwerksstufe integriert sind, um immer eine optimale Nutzung zu erzielen.

Bei einer fest eingebauten ersten Staustrahltriebwerksstufe kann die Kraftstoffzufuhr 10 für die zweite Staustrahltriebwerksstufe 4, 5 so eingebaut werden, dass der Kraftstoff direkt in den heißen Luftstrom, von der ersten Staustrahltriebwerksstufe 4 kommend, eingespritzt wird.

Der Kraftstoffverbrauch in der ersten und in der zweiten Staustrahltriebwerksstufe wird durch die Menge der Frischluftzufuhr für die einzelnen Staustrahltriebwerksstufen und durch die Geschwindigkeit der sie durchströmenden Luftströme beeinflusst.

Es ist möglich die Luftzufuhrsteuerklappen 29 so groß auszuführen, dass der ganze Luftzuführungskanal 13 wechselweise für die erste oder für die zweite Unterdrucksystemstufe oder Staustrahltriebwerksstufe geschlossen werden kann.

Im Ansaugkanal des Impellers 1 ist eine Verschlussblende 14 angebracht welche den Ansaugkanal des Impellers verschließen kann. Diese kann vorzugsweise so ausgeformt werden, dass der vor der Verschlussblende 14 im geschlossenen Zustand, Luftstrom entwenden durch schräge Verdichtung in den Ansaugstutzen 12 des Luftzuführungskanals 13 gepresst oder bei anderer Ausformung der Luftzuführung für Unterdrucksystem 3 in diese geleitet wird.

Fig. 1 zeigt eine Form des möglichen Aufbaus bei welchen die Brennraumwände der brennraumähnlichen Ausbildung 18 beweglich sein können 6. Dadurch ist die Größe der Brennraumähnlichen Ausbildung 18 steuerbar. Die Vorteile des stellbaren Brennraums mit beweglichen Brennraumwänden 6 ist, dass der Antriebsmotor immer gleichmäßig laufen kann (gleiche Drehzahl) die Luftströmungsgeschwindigkeit und der Druck innerhalb der brennraumähnlichen Ausbildung 18 sowie des ihn durchströmenden Luftstroms steuerbar und regulierbar sind.

Möglich ist es das die Kraftstoffzufuhr 10 und die Zündanlage 11 sich mit den stellbaren Brennraum 6 mitbewegen lassen um stets einen effizienten Wirkungsgrad zu gewährleisten.

Die Vorteile eines Aufbaus mit beweglichen Brennraumwänden 6 sind mit Verbrennung von Kraftstoff in der Brennraumähnlichen Ausbildung 18 und ohne Verbrennung nutzbar.

Der Impellerbereich muss immer rund sein, aber beim Einbau von beweglichen Brennraumwänden ist es vorteilhafter für brennraumähnlichen Ausbildungen eine viereckige Ausformung zu wählen.

Grundsätzlich ist die Ausformung der einzelnen Bauteile variabel und der jeweiligen Verwendung und der möglich größten Effizienz bei der jeweiligen Benutzung angepasst.

Bei allen Staustrahltriebwerken muss die Kraftstoffzufuhr 10 ähnlich aufgebaut sein wie bei heutigen Gasturbinen.

Die Einspritzdüsen müssen geschützt werden, weil mit der Frischluft auch Wassernebel und Eis einströmt.

Durch die Ausformung der Verschlussblende 14 wird auch der Luftstrom vor dem Impeller 1 in den Ansaugstutzen 12 des Zuführungskanals 13 geleitet. Wenn im Unterdrucksystem 3 Kraftstoff zugeführt und verbrannt wird, arbeitet das Unterdrucksystem 3 als Staustrahltriebwerk 4. Die Verschlußblende 14 arbeitet als schräger Verdichter.

Bei ausreichend hoher Geschwindigkeit ist es möglich, den Antriebsmotor 9 abzustellen und die Verschlussblende 14 zu schließen, um den Impeller 1 zu schützen. Mit der zugeführten Frischluft über den Luftzuführungskanal 13, arbeitet das mehrstufige Unterdrucksystem 3 als mehrstufiges Staustrahltriebwerk 4, 5 weiter.

Die Art des Antriebsmotors 9 ist variabel und der jeweiligen Anwendung zweckmäßig anzupassen.

Weiterhin ist ein wegklappbares Hubwerk 19 dargestellt, mit seitlichen Steuerklappen 22 zur seitlichen Stabilisierung und Steuerung.

Figur (2) zeigt gleiche Grundfunktionen wie Fig. 1. Zeigt aber die Möglichkeit, dass nach dem Impeller 1 ein Unterdrucksystem 3 eingebaut werden kann, welches zu dem erzeugten Luftstrom noch zusätzlich Frischluft über Ansaugstutzen 12 angesaugt, bevor der Luftstrom in die brennraumähnlichen Ausbildung 18 strömt.

Bei höherem Druck oder schlagartige Druckveränderung im Unterdrucksystem 3 leitet die Gleichrichtungseinrichtung 23 den Luftstrom im Luftzufuhrkanal 13 so, dass dieser nur in einer Richtung in das Unterdrucksystem 3 strömen kann. Eine Gleichrichtungseinrichtung 23 einzubauen ist überall möglich, wo dem Unterdrucksystem 3 Frischluft zugeführt wird, unabhängig ob Kraftstoff zugeführt und verbrannt wird oder nicht.

Im Unterdrucksystem 3 nach der brennraumähnlichen Ausbildung 18 kann der Kraftstoff auch in die heißen Abgase zugeführt und verbrannt werden. Mit Verschlussblende 14 kann Impelleröffnung verschlossen werden und Unterdrucksystem 3 arbeitet als Staustrahltriebwerk 4, 5.

Fig. 3 zeigt eine weitere Aufbaumöglichkeit. Der durch den Impeller 1 erzeugte Luftstrom wird in dem stark verengten Hochdruckluftzufuhrkanal 17 hoch verdichtet, bevor er in stellbaren Brennraum 6 strömt. Mit der Verschlussblende 14 kann der entstehende Luftstrom reguliert werden.

Der Brennraum ist stellbar durch bewegliche Brennraumwände 30. Der stellbare Brennraum 6 und die Luftzuführungssteuerklappen 29 regeln und steuern die Luftzuführung für Unterdrucksystem 3 und Staustrahltriebwerk 4. Es kann um die erzeugte Leistung und damit die erzeugte Geschwindigkeit und Druck zu erhöhnen noch an mehreren Stellen des Unterdrucksystems Kraftstoff zugeführt und verbrannt werden.

Die Ausformung der einzelnen Bauteile ist variabel.

Eine vorteilhafte Möglichkeit der Ausformung der einzelnen Bauteile ist dargestellt.
Ansaugbereich - viereckig
Impellerbereich - rund
Bereich der stellbaren Brennraumwände - viereckig
Hubwerkbereich - viereckig

Die Fig. 4 stellt eine Ausbauvariante dar, bei der zur Ausgleichung der verschiedenen entstehenden Luftströme, Luftausgleichswölbung 25 eingebaut sind kombiniert mit Hubwerk.

Die Luftzufuhrsteuerklappe 29 steuert und regelt die Frischluftzufuhr für Unterdrucksystem 3 mit Staustrahltriebwerk 4.

Fig. 4 verdeutlicht weiterhin, dass die Ausformung der Unterdrucksystem und Staustrahltriebwerksstufen nicht zwingend rund sein muss, kann auch anders ausgeformt sein.

Fig. 5 zeigt den Aufbau mit Impeller 1 und eine Unterdrucksystemstufe 3 und Staustrahltriebwerksstufe 4, kombiniert mit einem wegklappbaren Hubwerk 19. Es wird verdeutlicht, dass es variabel ist zu welcher Richtung das Hubwerk weggeklappt werden kann, je nach Aufbau ist die praktische Variante zu wählen.

Dargestellt ist auch eine Möglichkeit der Ausformung der verschiedenen Bauteile
Ansaugbereich - viereckig
Impeller, Unterdrucksystem und Staustrahltriebwerk 3, 4 - rund
Hubwerk 19 - viereckig

Die Fig. 6 zeigt den Aufbau ohne brennraumähnliche Ausbildung. Der durch den Impeller 1 erzeugte Luftstrom strömt in das Unterdrucksystem 3. Das Unterdrucksystem arbeitet als Staustrahltriebwerk 4 wenn Kraftstoff zugeführt wird. Mit Verschlussblende 14 kann die Menge der in das Unterdrucksystem 3 angesaugten Frischluft reguliert werden.

Es kann mit einem Hubwerk 19 kombiniert werden.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel mit wegklappbaren Hubwerk 19 sowie die Möglichkeit die seitlichen Steuerklappen 22 nach vorn zu ziehen um auch bei weggeklappten Hubwerk 19 den Luftstrom seitlich steuern zu können.

Fig. 7 stellt einen zweistufigen Impeller 1, 2 zur Erzeugung des Luftstroms dar, welcher mit Verschlussblende 14 ausgestattet ist, sowie einem zweistufigen Unterdrucksystem 3. Jede Stufe saugt über Luftzuführungskanal 13 Frischluft an. In den Luftzuführungskanal ist die erste Staustrahltriebwerksstufe 4 eingebracht.

Es ist möglich, dass Luftzufuhrsteuerklappen 29 zum Steuern und Regulieren der Menge der Frischluft für die erste und zweite Staustrahltriebwerksstufe 4 und 5 gebaut werden. Die erste Staustrahltriebwerksstufe 4 kann auch beweglich eingebaut werden, um die Luftströme in der 1. und 2. Staustrahltriebwerksstufe zu regulieren. Jede Unterdrucksystemstufe 3 kann bei Kraftstoffzufuhr 10 und Zündanlage 11 als Staustrahltriebwerk 4, 5 arbeiten und kann mit einem Hubwerk 19 kombiniert werden.

Trennbleche 24 können eingebaut sein, um die Luftströme (angesaugte Frischluft und erzeugter Luftstrom der ersten Impellerstufe) voneinander zu trennen.

Fig. 8 zeigt einen zweistufige Impeller 1 und 2 mit Verschlussblende 14 und Hochdruckluftzufuhrkanal 17.

Nach dem Hochdruckluftzufuhrkanal 17 strömt der Luftstrom in einen stellbaren Brennraum 6. Durch die beweglichen Brennwände 30 kann der Luftstrom aus dem Hochdruckluftzufuhrkanal noch mehr verdichtet werden. Es entseht ein größerer Unterdruck der saugt.

Das Fassungsvermögen der Ansaugstutzen 12 vergrößert sich durch die Erweiterung die bei der Verengung des stellbaren Brennraums 6 durch die beweglichen Brennraumwände entsteht. Eine größere Frischluftmenge strömt in das Unterdrucksystem 3 und Staustrahltriebwerk 4.

Dieser Aufbau kann mit einem Hubwerk 19 kombiniert werden.

In Fig. 9 ist ein von vorn angetriebener mehrstufiger Impeller 1 dargestellt. Der Antriebsmotor 9 treibt über eine Antriebswelle 26 den Impeller 1 von vorn an. Der Impeller 1 mit beweglichen und stehenden Schaufeln erzeugt die Hochdruckluftzufuhr, welche für das Unterdrucksystem 3 benötigt wird.

Nach dem Unterdrucksystem 3 ist entweder ein fest eingebautes oder in wegklappbares Hubwerk 19 einbaubar, kann aber auch ohne Unterdrucksystem 3, Hubwerk 19 fest oder wegklappbar direkt nach Impeller 1 eingebaut, aufgebaut sein.

Fig. 10 von vorn angetriebener Impeller zeigt eine Darstellung mit Luftzuführungskanal 13 und Hubwerk 19. Im Luftzuführungskanal 13 sind Verschlussblenden 14 angeordnet. Mit diesen Verschlussblenden 14 wird die jeweils benötigte Menge Frischluft für das Unterdrucksystem 3 gesteuert. Die Form der Verschlussblende 14 wird baulich so ausgeführt, wie damit am effektivsten die Luft in den Luftzuführungskanal 13 geführt werden kann. Zur Leitung und Sicherung der Strömungsrichtung sind Gleichrichtungsstutzen 15 und Auswölbungen 16 eingebaut.

Des weiteren zeigt Fig. 10 den Einbau eines wegklappbaren Hubwerks 19.

Fig. 11 zeigt einen von vorn angetriebenen mehrstufigen Impeller 1, 2 mit stehenden und beweglichen Schaufeln, welche auf der Antriebswelle 26 angeordnet sind. Jede Impellerstufe 1, 2 besitzt eigene Ansaugstutzen 12. Zur Leistungserhöhung können Trennbleche 24 zur Trennung der Luftströme eingebaut werden.

Das Unterdrucksystem 3 kann auch als Staustrahltriebwerk 4 arbeiten. Es kann zusätzlich mit einem Hubwerk 19 kombiniert werden. Die Verschlussblende 14 steuert die Menge des Luftstroms für Unterdrucksystem 3.

In Fig. 12 ist ein von vorn angetriebener mehrstufiger Impeller 1, 2 mit nur beweglichen Schaufeln dargestellt, welche auf der Antriebswelle 26 angeordnet sind. Jede Impellerstufe 1, 2 und das Unterdrucksystem 3 besitzt einen eigenen Ansaugstutzen 12. Dieser mehrstufige Impeller 1, 2 kann mit dem Unterdrucksystem 3 und dem Hubwerk 19 kombiniert werden.

Bei mehrstufigen Impeller 1, 2 kann das Hubwerk 19 auch direkt nach dem Antriebsmotor 9 eingebaut werden, ohne Unterdrucksystem 3. Das Hubwerk 19 kann wegklappbar oder fest eingebaut sein.

Fig. 13 zeigt einen mehrstufigen Impeller 1, 2, welcher von vorn oder von hinten angetrieben werden kann. Jeder Impellerstufe sind Ansaugstutzen 12 zugeordnet. Diesem Impelleraufbau kann ein Unterdrucksystem 3 und ein Hubwerk 19 zugeordnet werden. Die Luftzufuhr für Unterdrucksystem 3 über Luftzufuhrkanäle 13 wird durch Verschlussblenden 14 gesteuert. Auch bei Fig. 13 kann das Hubwerk 19 direkt nach dem Antriebsmotor 9 oder mehrstufigen Impreller 1, 2 eingebaut werden, ohne Unterdrucksystem 3. Das Hubwerk kann wegklappbar oder fest eingebaut sein.

Bei Fig. 14 ist der Antriebsmotor 9 zwischen dem Impeller 1 und der zweiten Impellerstufe 2 angeordnet.

Die zweite Impellerstufe 2 hat zusätzlich Ansaugstutzen 12 mit zugeordnetem Unterdrucksystem 3, welches auch als Staustrahltriebwerk 4 arbeiten kann. Gemäß Fig. 14 können mit den Verschlussblenden 14 beide Impellerstufen 1 und 2 verschlossen werden. Ein Gleichrichtungsstutzen 15 kann eingebaut werden.

An diesem Triebwerk ist ein wegklappbares Hubwerk 19 angebracht.

Fig. 15 zeigt eine Gasturbine 7 mit zwei hintereinander angeordneten zweistufigen Unterdrucksystem 3 und Staustrahltriebwerken 4, 5. Die heissen Abgase der Gasturbine 7 strömen in das Unterdrucksystem 3 und Staustrahltriebwerk 4 und von dort in das Staustrahltriebwerk 5. Über Luftzufuhrkanäle 13 wird Frischluft zugesaugt. Mit Luftzufuhrsteuerklappen 29 vom Luftzufuhrkanal 13 kann die Frischluftzufuhr für Staustrahltriebwerk 5 geschlossen und reguliert werden.

Bei ausreichender Geschwindigkeit wird die Verschlussblende 14 geschlossen. Der anstehende Luftstrom wird über den sogenannten schrägen Verdichter (entsteht durch geschlossene Verschlussblende 14) in den Ansaugstutzen 12 des Luftzuführungskanals 13 gepresst.

In den Luftstrom wird über die Kraftstoffzufuhr 10 Kraftstoff in die Staustrahltriebwerksstufen 4, 5 zugeführt. Der Kraftstoff wird entweder durch den heissen Luftstrom oder über die Zündvorrichtung 11 gezündet.

Fig. 16 zeigt ein zweistufiges Unterdrucksystem nach einer Turbinenstufe 7. In den Luftzuführungskanal 13 ist nach der Turbine 7 gleich die erste Staustrahltriebwerksstufe 4 eingebracht. Über die Luftzufuhrsteuerklappen 29 wird die Menge der einströmenden Frischluft für die erste und für die zweite Staustrahltriebwerksstufe 4 und 5 gesteuert und reguliert.

Die zweite Staustrahltriebwerksstufe erreicht nur dann entsprechende Leistung, wenn in der ersten Staustrahltriebwerksstufe 4 Kraftstoff verbrannt wird. Das Triebwerk kann mit einem Hubwerk 19 kombiniert werden.

Fig. 17 zeigt eine mehrstufige Gasturbinenanlage bei der die dritte Stufe als Staustrahltriebwerk 4 oder Unterdrucksystem 3 ausgebildet ist.

Mit der Verschlussblende 14 kann der Frischlufteintritt für die mehrstufige Gasturbinenanlage 7 und 8 verschlossen werden. Durch die geschlossene Verschlussblende 14 entsteht eine schräge Verdichtung des Luftstromes. Dieser Luftstrom wird in den Luftzuführungskanal 13 gepresst.

Es ist möglich alte Gasturbinenarten mit oder ohne Brennkammer mit dem Unterdrucksystem 3 zu koppeln.

Fig. 18 stellt eine Gasturbine 7 mit einer zweiten Verdichterstufe 27 dar. Durch die zweite Verdichterstufe 27 wird über die Ansaugstutzen 12 Frischluft angesaugt. In den heissen Luftstrom wird Kraftstoff durch die Kraftstoffzufuhr 10 in die stehenden Schaufelreihen zugeführt und verbrannt.

Durch Schließen der Verschlussblende 14 wird der Zustrom von Frischluft in die Gasturbine 7 und in die zweite Verdichterstufe 27 verhindert. Die entstehende schräge Verdichtung des Luftstromes wird ausschließlich durch den Ansaugstutzen 12 in den Luftzuführungskanal 13 und weiter zum Unterdrucksystem 3 bzw. Staustrahltriebwerk 4 geleitet.

Das Unterdrucksystem 3 der dritten Stufe ist mit einer Kraftstoffzuführung 10 und einer Zündanlage 11 ausgestattet und kann daher als Staustrahltriebwerk 4 arbeiten. Kraftstoff kann auch direkt in heiße Abgase der Gasturbine geleitet werden.

Fig. 19 zeigt die Möglichkeit den Luftstrom für das Unterdrucksystem 3 und Staustrahltriebwerk 4 mit einem entweder axial, oder radial oder einer anderen Art von Kompressor 31 zu erzeugen.

Der vom Kompressor 31 erzeugte Luftstrom strömt in ein zweistufiges Unterdrucksystem 3 und Staustrahltriebwerk 4 und 5. Die erste Staustrahltriebwerksstufe 4 ist in den Luftzuführungskanal 13 nach dem Kompressor 31 angeordnet. Es können Luftzufuhrsteuerklappen 29 eingebaut sein. Mit den Luftzuführsteuerklappen wird die Menge der Frischluft welche in erste und in die zweite Staustrahltriebwerksstufe strömt gesteuert. Kombiniert ist das Triebwerk mit einem Hubwerk 19, welches klappbar und aus zwei Teilen aufgebaut dargestellt ist.

In den Luftstrom nach dem Kompressor 31 kann auch Kraftstoff direkt zugeführt und verbrannt werden.

Fig. 20 zeigt den Aufbau mit mehrstufigen Unterdrucksystem 3 und Staustrahltriebwerk 4, 5.

Der Impeller 1 mit Antriebsmotor 9 (kann auch Gasturbine sein) sind neben dem Luftzufuhrkanal 13 des Unterdrucksystems 3 gebaut und mit diesem durch einen Ansaugstutzen für Impeller 1 (oder für Turbine) und dem Hochdruckluftzuführungskanal 17 verbunden.

Im Luftzufuhrkanal 13 sind Luftzufuhrsteuerklappen 29 eingebaut, die den Luftstrom zum Impeller 1 und zum Unterdrucksystem 3 und Staustrahltriebwerksstufen 4, 5 regeln.

Bei geöffneten Luftzufuhrsteuerklappen 29 ist der Ansaugstutzen des Impellers 1 offen und die Saugröhre des Unterdrucksystems 3 je nach gewählter Länge der Luftzufuhrsteuerklappen 29 teilweise oder ganz verschlossen.

Der Impeller 1 erzeugt einen starken Luftstrom der über Hochdruckluftzuführungskanal 17 zum Unterdrucksystem 3 strömt.

Im Luflzufuhrkanal 13 ist die erste Staustrahltriebwerksstufe 4 eingebaut. Durch Zünden der ersten Staustrahltriebwerksstufe 4 entsteht ein starker Unterdruck, der in der zweiten Staustrahltriebwerksstufe 5 Luft zusaugt. Die zweite Staustrahltriebwerksstufe arbeitet zuerst als Unterdrucksystem. Durch zuführen von Kraftstoff und Verbrennung wird ein ausreichend starker Luftstrom erzeugt um einen Flugkörper anzutreiben.

Bei ausreichender Geschwindigkeit können die Luftzufuhrsteuerklappen 29 und die Verschlussblenden 14 geschlossen werden und der Impellerantrieb 1 abgestellt (oder Turbine).

Der Impellerantrieb fungiert als Selbststarteinrichtung des als Staustrahltriebwerk arbeitenden Unterdrucksystems.

Fig. 21 zeigt, dass erste und zweite Unterdrucksystemstufe 3 und Staustrahltriebwerksstufen 4, 5 einem gemeinsamen Luftzuführungskanal 13. In das Unterdrucksystem ist die erste Staustrahltriebwerksstufe gebracht, neben der ersten Staustrahltriebwerksstufe 4 strömt die Frischluft zur zweiten Staustrahltriebwerksstufe 4, 5 zur Regelung und Steuerung der Frischluftströme zur ersten und zur zweiten Staustrahltriebwerksstufe 4, 5 ist es möglich Luftzufuhrsteuerklappen 29 einzubauen.

In die Saugröhre (Luftzufuhrkanal 13) können aber noch mindestens eine oder mehrere Staustrahltriebwerksstufen 4 eingebracht werden.

Es können nicht nur eine, sondern auch mehrere Selbststarteinrichtungen (Impeller 1 mit Antriebsmotoren 9 oder mehrere Turbinen) um die Saugröhre angeordnet sein.

Fig. 22
Die Saugröhre des Luftzuführungskanals 13 ist als Staustrahltriebwerk 4 ausgebildet.

Es wird die Möglichkeit eines einstufigen Aufbaus verdeutlicht. Es ist möglich noch eventuell weitere Staustrahltriebwerksstufen 3, 4, 5 anzubauen.

Fig. 23 zeigt ein zweistufiges Kombinationstriebwerk bestehend aus einem Ramjettriebwerk 32 und einem Scramjettriebwerk 33.

Die erste Stufe, das Ramjettriebwerk 32 ist mit der zweiten Stufe, dem Scramjettriebwerk 33, gekoppelt.

Die heißen Abgase des Ramjettriebwerkes 32 strömen ins Scramjettriebwerk 33 und saugen über Ansaugstutzen 12 kalte Frischluft zu.

Wenn kalte Frischluft einströmt, verringert sich die Geschwindigkeit des durchströmenden Luftstroms im Scramjettriebwerk 33, doch durch Kraftstoffzuführung und Verbrennung wird wieder stark beschleunigt. Das Ramjettriebwerk 32 kann eine Selbststarteinrichtung (Impeller mit Antriebsmotor oder Turbine zur Erzeugung des Luftstroms neben Saugröhre - deren Funktion in Fig. 20 - beschrieben mit Luftzufuhrsteuerklappen 29) kann ausgerüstet werden.

Fig. 24 erläutert die Anwendung des Unterdrucksystems 3 bei Verbrennungsmotoren 34. In der Verbindungsröhre 35 vom Turbolader 36 zum Verbrennungsmotor 34 ist die Ansaugröhre für Frischluft 37 vom Luftfilter 38 kommend eingebunden. Die Frischluftzufuhr für den Turbolader 36 erfolgt vom Luftfilter 38 über die Ansaugröhre 39. Über die Abgasanlage 40 werden die vom Verbrennungsmotor 34 und den Turbolader 36 geleiteten Abgase entspannt. Durch das Unterdrucksystem 3 wird der Druck der in den Motor einströmenden Gase erhöht. Mit dem Einbau des Unterdrucksystems 3 in die Abgasröhre vor dem Turbolader 41 wird durch zusätzliche angesaugt Frischluft der Druck der durchströmenden Gase im Turbolader 36 erhöht. Da mehr Luft den Turbolader 36 durchströmt, erhöht sich dessen Drehzahl.

Durch das Einlassventil 42 des Unterdrucksystems in der Abgasröhre zum Turbolader 41 wird garantiert, dass das Unterdrucksystem in der Abgasröhre des Turboladers 41 nur bei höheren Drehzahlen zu arbeiten beginnt und Frischluft zusaugt über Einlassventil 42.

Alle Impellerantriebe, einstufig oder mehrstufig, mit drehenden und stehenden oder nur drehenden Schaufelreihen, können auch ohne ein Unterdrucksystem mit einem Hubwerk kombiniert werden.

Das Hubwerk nach dem Impellerantrieb kann sowohl fest eingebaut als auch wegklappbar, aus einem oder aus mehreren Teilen bestehen.

Es kann auch seitliche Steuerklappen besitzen.

Der Aufbau mit Unterdrucksystem ist aber leistungsstärker.

Eine Verschlussblende kann aus einem aber auch aus mehreren Teilen bestehen, und ist in ihrer Form variabel. Sie kann je nach Aufbau des Kombinationsantriebs in der für diesen Aufbau am vorteilhaftesten Form ausgebildet werden.

Jedes Bauteil ist in seiner Ausformung variable, welche der jeweiligen Verwendung anzupassen ist.

Als Heizmedium in den Triebwerksstufen und Turbinenstufen kann auch die Laservielfachreflektion angewendet werden.

Als Turbinen können alle bekannten Turbinenarten Anwendung finden.

Mehrere Unterdrucksysteme, entweder als Unterdrucksystem oder als Staustrahltriebwerk arbeitend erzeugen mehr Schub. Besonders wenn sie als Staustrahltriebwerk arbeiten durch die mehrfache Verbrennung.

Die Unterdrucksystemstufen oder Staustrahltriebwerksstufen unterstützen einander im Lauf und harmonieren miteinander, auch bei unterschiedlichen Funktionen.

Fig. 25 zeigt eine Möglichkeit des Aufbaus, bei welchem im Ausgangsbereich des Impellers Luftzufuhrsteuerklappen 29 angeordnet sind und die Luftzufuhrsteuerklappen 29 und die Verschlussblende 14 die Luftzufuhr für den Impeller 1 regeln und steuern.

Die Luftzufuhrsteuerklappe 29 ist so verstellbar, dass auch der vor dem Impeller 1 befindliche obere Luftstrom angesaugt werden kann.

Durch die Bewegung der Verschlussblende und der Luftzufuhrsteuerklappen 29 im Ansaugbereich ist das Fassungsvermögen des Ansaugbereiches veränderbar sowie die Richtung des angesaugten Luftstroms (ob waagerecht oder senkrecht) steuerbar.

Die gleiche Wirkungsweise lässt sich auch durch ein stellbares Triebwerk erreichen, wobei die Ausnutzung der Luftströme sowohl waagerecht als auch senkrecht möglich ist.

Fig. 25 verdeutlicht auch, dass das Gleichrichtungsblech 23 in den unterschiedlichen Brennräumen angeordnet sein kann.

Die Fig. 26 und 27 verdeutlichen die Möglichkeit, die eingebrachte erste Stufe 3, 4 in unterschiedlichster aerodynamischer Formgebung auszuführen. Bei gleichem Funktionsprinzip sind auch weitere, nicht dargestellte Ausformungen möglich.

Alle Triebwerke können so konstruiert werden, dass sie je nach Bedarf entweder als Unterdrucksystem, Staustrahltriebwerk oder Pulsotriebwerk arbeiten können.

Sie können auch ohne Selbststarteinrichtung gebaut werden und sind nach dem Stand der heutigen Technik einsatzfähig.

Weiterhin können alle Triebwerke auch ohne Verschlussblenden 14, Luftzufuhrsteuerklappen 29 sowie ohne Hubwerk 13 aufgebaut werden, sie arbeiten dann als schuberzeugende Flugtriebwerke.

Fig. 28 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit des Kombinationsantriebs beim Einbau in Luftfahrzeuge. Es handelt sich hierbei um eine Antriebseinheit oder mehrere Antriebseinheiten, welche aus einem ein- oder mehrstufigen Impeller 1, 2 mit Antriebswelle 26 und Antriebsmotor 9, einer ein- oder mehrstufigen Gasturbine, Verdichter oder verschiedenartigste Kompressoren bestehen kann. Die Antriebseinheit erzeugt den Luftstrom in Verbindung mit dem Unterdrucksystem 3, der durch Hochdruckluftzuführungskanäle 17 zu den brennraumähnlichen Ausbildungen 18 geführt wird. In der brennraumähnlichen Ausbildung 18 wird Kraftstoff über die Kraftstoffzuführung 10 zugeführt, gezündet und verbrannt.

Das System kann auch ohne Verbrennung genutzt werden. Es können unterschiedliche Triebwerkfunktionen und einander abwechselnde Triebwerkfunktionen realisiert werden, die in Lauf und Funktion aufeinander abgestimmt sind. Die Luftzufuhrsteuerklappen 29 steuern die Stärke der Luftströme für jede brennraumähnliche Ausbildung 18 und damit für jedes eventuell eingebaute Hubwerk 19.

Die Ausführung des Hubwerkes 19 ist variabel. Es kann fest oder wegklappbar angeordnet sein und aus einem oder mehreren Teilen bestehen. Es sind Anordnungen mit oder ohne seitlichen Steuerklappen 22 möglich. Das Unterdrucksystem 3 kann ein oder mehrstufig aufgebaut sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Luftverdichter/Impeller

2

mehrstufiger Luftverdichter, zweite Impellerstufe

3

Unterdrucksystem

4

Staustrahltriebwerksstufe

5

Zweite Staustrahltriebwerksstufe

6

Stellbarer Brennraum

7

Gasturbine

8

Mehrstufige Gasturbinenanlage

9

Antriebsmotor

10

Kraftstoffzufuhr

11

Zündvorrichtung

12

Ansaugstutzen

13

Luftzuführungskanal für erste, zweite und dritte Stufe

14

Verschlussblenden

15

Gleichrichtungsstutzen

16

Auswölbung zur Richtung des Luftstroms

17

Hochdruckluftzufuhrkanal

18

Brennraumähnliche Ausbildung oder Brennraum

19

Wegklappbares Hubwerk

20

Feststehendes Luftsteuerklappenteil

21

Bewegliches Luftsteuerklappenteil

22

Seitliche Steuerklappen

23

Gleichrichtungseinrichtung

24

Trennbleche

25

Luftausgleichswölbung

26

Antriebswelle

27

Zweite Verdichterstufe

28

Stellbare Staustrahltriebwerksstufe

29

Luftzufuhrsteuerklappen

30

Bewegliche Brennraumwände

31

Radial, axial oder andere Kompressorart

32

Ramjettriebwerk

33

Scramjettriebwerk

34

Verbrennungsmotor

35

Verbindungsröhre

36

Turbolader

37

Ansaugröhre des Unterdrucksystems

38

Luftfilter

39

Ansaugröhre vom Luftfilter zum Turbolader

Claims (31)

1. Antriebssystem, vorzugsweise für Luftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem mehrstufig mit mehreren Antriebseinheiten ausgebildet ist und mit mindestens einem Unterdrucksystemen verbunden ist.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdrucksystem mit einer Kraftstoffzufuhr und einer Zündanlage versehen ist.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine feste oder stellbare Staustrahltriebwerksstufe in das Unterdrucksystem 3 eingebaut ist oder hintereinander angeordnete Unterdrucksystemstufen oder Staustrahltriebwerkstufen.

4. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung der Strömungsstärke des Luftstroms zu den Unterdrucksystemstufen oder Staustrahltriebwerksstufen Luftzufuhrsteuerklappen 29 eingebaut sind.

5. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Luftzuführung, in den Luftzuführungs- 13 oder Ansaugstutzen 12 Gleichrichtungsbleche 23 angeordnet sind.

6. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugbereich Verschlussblenden (14) angeordnet sind, welche so ausgeformt sind, dass sie als Verdichter arbeiten und Luft in den Luftzuführungskanal 13 pressen.

7. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebseinheit ein oder mehrere Impeller um die Saugröhre angebracht sind.

8. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführsteuerklappen 29 so eingebaut und ausgeführt sind, dass sie entweder den oder die Ansaugstutzen der Antriebseinheit verschließen oder die Saugröhre zum Unterdrucksystem teilweise bis ganz verschließen.

9. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem mit einem Hubwerke kombiniert ist.

10. Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubwerk mit seitlichen Steuerklappen ausgerüstet ist.

11. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubwerk (19) wegklappbar ausgeführt ist.

12. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Hubwerk (19) zur seitlichen Stabilisierung und Steuerung seitliche Steuerklappen 22 angebracht sind.

13. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem einen ein- oder mehrstufigen Impellerantrieb enthält, der von einer Antriebsquelle 9 mit Hilfe einer Antriebswelle angetrieben wird.

14. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Impellerantrieb nur drehende Schaufelreihen oder drehende und stehende Schaufelreihen enthält.

15. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den stehenden und drehenden Schaufelreihen bei mehrstufigen Impellern Trennbleche (24) zur Leitung des Luftstroms angeordnet sind.

16. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Impeller in einer Ansaugröhre angeordnet sind.

17. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrstufigen Impellern jede Impellerstufe eigene Ansaugstutzen (12) und/oder Luftzuführungskanäle (13) aufweist.

18. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugbereich des Impellers Verschlussblenden angeordnet sind, mit welchen die Ansaugröhre oder Ansaugstutzen verschlossen werden können.

19. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Impeller erzeugte Luftstrom über einen Hochdruckbereich (17) zu einer brennraumähnlichen Ausbildung (18) geleitet wird.

20. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit zur Erzeugung des Luftstroms neben der Saugröhre angeordnet ist und die Saugröhre direkt mit dem Unterdrucksystem verbunden ist

21. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Antriebseinheit in einem Hochdrucksystem eine brennraumähnliche Ausbildung (18) angeordnet ist.

22. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass feste oder stellbare Brennraumwände eingebaut sind.

23. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit aus einer ein- oder mehrstufigen Gasturbine oder einer Gasturbine und einem Verdichter besteht.

24. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem als Ramjet ausgebildeten Antriebseinheit ein Scramjettriebwerk angeordnet ist.

24. Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Scramjettriebwerk noch ein zusätzliches Frischluftzufuhrsystem besitzt.

25. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe, das Ramjettriebwerk, eine Selbststarteinrichtung besitzt kann.

26. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem aus einem Motor (34) mit einem Unterdrucksystem besteht.

27. Antriebssystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Unterdrucksystem im Ansaugbereich und/oder im Ausstoßbereich angeordnet ist.

28. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebselemente und -systeme durch Laservielfachreflektion beheizt werden.

29. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Unterdrucksystemstufen gebunden als Staustrahltriebwerke als Pulsotriebwerk arbeiten.

30. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Antriebseinheiten einen Luftstrom für mehrere Hochdruckluftzufuhrkanäle 17 und brennraumähnliche Ausbildungen 18 erzeugen.