DE10302041B4

DE10302041B4 - Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk

Info

Publication number: DE10302041B4
Application number: DE2003102041
Authority: DE
Inventors: Herbert Kaniut
Original assignee: Kaniut Herbert Dipl-Ing
Current assignee: Kaniut Herbert Dipl-Ing
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: DE10302041A1

Abstract

Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und
Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk
mit folgenden Merkmalen:
1) das Injektor-Zentrifugen Turbinen-Triebwerk/Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk (gemeinsame Kurzbezeichnung: IZT/L-Triebwerk) ist eine Brennkraftmaschine, die mit einem kontinuierlich strömenden gasförmigen Arbeitsmedium, z.B. Luft, arbeitet,
2) das Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk (einzelne Kurzbezeichnung: IZT-Triebwerk) ist ein Rotations-Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge aller Art und stationäre Arbeitsmaschinen,
3) das Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk (einzelne Kurzbezeichnung: IZL-Triebwerk) ist ein Luftstrahl-Antriebstriebwerk für Flugzeuge aller Art,
4) das IZT/L-Triebwerk hat eine kontinuierliche Verbrennung mit hohen Temperaturen,
5) das IZT/L-Triebwerk hat ein hohes Druckverhältnis,
6) das IZT/L-Triebwerk hat einen hohen Wirkungsgrad,
7) das IZT/L-Triebwerk weist eine hohe Energiedichte auf;
DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS
8) das IZT/L-Triebwerk aus einem erfindungsgemäßen Druckgas-Erzeuger und verschiedenen erfindungsgemäß modifizierten Druckgas-Verwertern besteht,
9) der erfindungsgemäße Druckgas-Erzeuger aus einem Überschall-Gas-Injektor (1), einer Gas-Zentrifuge (26; 17; 20; 19; 43), einem Rückkopplungs-Kreislauf (29), aus mindestens einer Rohrleitung, mit Zusatz-Verdichter (45) und Hilfsmaschinen-Satz (44), mindestens einer Brennkammer (2) und mindestens einer...

Description

Das erfindungegemäße Triebwerk ist eine neuartige Brennkraftmaschine hoher Energiedichte, die mit einem kontinuierlich strömenden gasförmigen Arbeitsmedium, z. B. Luft, arbeitet und eine kontinuierliche Verbrennung aufweist. Das Triebwerk ist für hohe Druck-Verhältnisse, 30 Bar und mehr, und hohe Temperaturen, über 2000°K vorgesehen, die vor der Arbeitsleistung nicht heruntergekühlt zu werden brauchen, wodurch hohe Wirkungsgrade und im kleinsten Raum hohe Leistungen erzielt werden können. Dazu gesellen sich gute Abgaswerte, ein günstiger Verbrauch und die Vielstoff-Fähigkeit.
Das Triebwerk besteht aus einem erfindungsgemäßen Druckgas-Erzeuger und verschiedenen Druckgas-Verwertern. Der erfindungsgemäße Druckgas-Erzeuger besteht aus einem Überschall-Gas-Injektor, der die erste Verdichtungs-Stufe des Triebwerkes ist, einer Gas-Zentrifuge, einem Rückkopplungs-Kreislauf, als Triebwerks-Nebentrakt, mit einem Zusatz-Verdichter, der die zweite Verdichtungs-Stufe des Triebwerkes ist, und einer Brennkammer mit Überschall-Düse. Die Verbrennungs-Gase erzeugen in der Düse einen überschall-schnellen Strahl, der den eingangs angeführten Überschall-Gas-Injektor beaufschlagt, womit der Rüchkopplungs-Kreislauf geschlossen wird.
Die Druckgas-Verwerter liegen im Triebwerks-Haupttrakt. Es sind entweder eine erfinderisch modili zierte Arbeitsturbine, wenn es ein Injekter-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk (IZT-Triebwerk) für den Rotationsantrieb von z.B. Kraftfahrzeugen ist, oder alternativ eine erfinderisch modifizierte aerodynamische Schubdüse, wenn es ein Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk (IZL-Triebwerk) für den Luftstrahlantrieb von z.B. Flugzeugen ist, oder noch alternativ ein Nachbrenner mit erfinderisch modifizierter aerodynamischer Schubdüse, wenn es ein Injektor-Zentrifugen-Nachbrenner-Luftstrahl-Triebwerk (IZNL-Triebwerk) für einen überstarken Luftstrahlantrieb von z.B. Flugzeugen ist.
Der innovative Schwerpunkt liegt in der besonderen Nutzung der Überschall-Geschwindigkeit und insbesondere in der Nutzung des physikalisch gegebenen Anstieges der Schallgeschwindigkeit mit wachsender Temperatur.
Der Überschall-Gas-Injektor besteht aus einem Stoßwellen-Verdichter und einem Unterschall-Diffuser, und er arbeitet in einer erfindungsge mäßen Kombination mit der Gas-Zentrifuge derart zusammen, daß die im Injektor turbulent vermischten Verbrennungsgase und angesaugte Luft, in der Gas-Zentrifuge wieder weitgehend entmischt werden. Dadurch entsteht eine sauerstoff-angereicherte-und kohlendioxid-und stickstoff-abgemagerte Gas-Fraktion, die in Bezug auf den Sauerstoff-Anteil beeinflußbar ist und mit der der Verbrennungs-Prozess selektiv gesteuert werden kann; womit das erfindungsgemäße Triebwerk (vermutlich)eine erste Brennkraftmaschine mit Aufbereitungs-Einrichtung für die Verbrennungsluft ist. Die sauerstoff-angereicherte Gas-Fraktion wird durch einen ringförmigen Sauerstoff-Kollektor aufgefangen und durch den Rückkopplungs-Kreislauf mit Zwischenkühler dem Zusatz-Verdichter, z.B. Zentrifugal-Verdichter, zugeführt. Der Zusatz-Verdichter erhöht den Druck in der Brennkammer für einen erhöhten Wirkungsgrad und dient als Start-Verdichter für das ganze erfindungsgemäße Triebwerk. Danach strömt die sauerstoff-angereicherte Gas-Fraktion in die Brennkammer, wo sie mit Kraftstoff verbrennt. Dabei sorgt die Stickstoff-Abmagerung für die Begrenzung der NO_x-Verbindungen. Die Verbrennungsgase erzeugen in einer neuartigen Kombi-Verstelldüse den o.a. Überschall-Gas-Strahl. Dabei trifft der heiße Gas-Strahl unmittelbar auf die kalte Ansaugluft.
Beim erfindungsgemäßen Triebwerk kann an Stelle der Luft als Arbeitsmedium, z.B. in geschlossenen Kreisläufen, auch ein anderes Gas oder Gas-Gemisch verwendet werden, wobei an Stelle der Verbrennung jede andere Art der Wärmezufuhr auch den Zweck der Erfindung erfüllt.
Das erfindungsgemäße Triebwerk kann in allen Größen gebaut werden, von ganz klein bis ganz groß.
Ganz klein für den Antrieb von Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Motorrädern u.s.w., weil ein Überschall-Gas-Injektor auch in kleiner und kleinster Ausführung schon die Fähigkeit hat, mit hohen Drücken und Wirkungsgraden zu arbeiten. Dadurch entsteht ein attraktiver und potenzieller Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge, der bis jetzt nicht möglich gewesen war, weil die bisherigen Turbotriebwerke für Kraftfahrzeuge nur auf Rotationsverdichtern beruhten. Wie bekannt, erfordert die kleine Bauweise sehr hohe Drehzahlenen die bei den ebenfalls erforderlichen hohen Temperaturen nicht beherrschbar waren.
Dieses Handikap überwindet das erfindungsgemäße Triebwerk auf einfache Weise mit Hilfe-des Überschall-Gas-Injektors in Kombination mit der Gas-Zentrifuge. Und das eröffnet für die Kraftfahrzeug-Industrie eine gänzlich neue Entwicklungs-Perspektive.
Das erfindungsgemäße Triebwerk kann aber auch wie .o.a. ganz groß gebaut werde, als ITZ-Triebwerk für den Antrieb von Schiffen, Lokomotiven, Stromgeneratoren, Geländefahrzeugen, Baufahrzeugen u.s.w., und als IZL-Triebwerke für den Antrieb von Flugzeugen, Raumtransport-Systemen u.s.w.
Insbesondere bei Flugzeugen ergibt sich die Möglichkeit einer wesentlichen Erhöhung der Flugsicherheit, weil bei den gegenwärtigen Turbinen-Flugtriebwerken, wie bekannt, eine latente Dauerbruch-Gefahr der hochbelasteten Rotorschaufeln besteht. Wenn eine Rotorschaufel bricht, verursacht sie einen lawinenartigen Bruch auch der anderen Triebwerks-Schaufeln, die das Innere des Triebwerkes zerstören. Die kinetische Energie und die entstehenden Unwuchten der massiven Rotoren reißen die Triebwerke meistens aus den Verankerungen. Ähnliche Auswirkungen hat auch der so genannte Vogelschlag.
Das kann jederzeit eintreten und der Pilot hat überhaupt keine Möglichkeit für eine Gegenmaßnahme. So spielen die Flugpassagiere beim Betreten eines Jets gewissenmaßen "russisches Roulett"!

Auch hat man offensichtlich schon vergessen, das Turbinen-Triebwerke ursprünglich nur für Kampfflugzeuge vorgesehen waren: und wegen dieser Triebwerke auch der Schleudersitz eingeführt wurde. – Demgegenüber haben die heutigen Jet-Passagiere keine Schleudersitze!
Hierzu einige Beispiele aus der Vergangenheit:

– Amsterdam:	Zwei Triebwerke (von 4) abgebrochen und in einen
	Wohnblock garast;
– Taiwan:	Flugzeug über dem Meer in der Luft zerbrochen;
– New York:	(Kurz nach dem WTC-Attentat). Triebwerke und
	Leitwerk in der Luft abgebrochen;
– Paris:	Concorde-Absturz: Geborstene Reifenteile ins
	Triebwerk eingesaugt;
Schon früher,
– Paris:	Russisches Überschall-Flugzeug Tu 144 -Absturz bei
	einer Flugvorführung. Im ruhigen Horizontalflug:
	Feuerschein, Flugzeugteile fielen ab. u.s.w.

– Werden, wie geplant, noch gigantischere Flugzeuge gebaut, drohen bei urplötzlich berstenden Triebwerken noch schrecklichere Abstürze mit allen Passagieren!

Diese beiden Gefahren: Ermüdungsbruch und Vogelschlag werden durch das erfindungsgemäße IZL-Triebwerk gänzlich beseitigt, weil es im Haupttrakt des Triebwerkes keine dauerbruch-gefährderten Schaufeln und auch keine massiven Triebwerks-Rotoren mehr gibt. An deren Stelle tritt eine High-Tech-Aerodynamik mit ultraschnellen inneren Triebwerks-Gasbewegungen, die die Arbeit der bisherigen Rotorschaufeln ersetzt. Die ultraschnellen Gas-Bewegungen entstehen im o.a. Überschall-Injektor und in der Gas-Zentrifuge. Auch zeichnet das erfindungsgemäße Triebwerk eine spontane Leistungsentfaltung beim "Gasgeben" aus, weil keine massiven Rotoren mehr zu beschleunigen sind. Das kann für das Durchstart-Manöver von Flugzeugen lebenswichtig sein.
Das erfindungsgemäße IZT-Triebwerk kann auch noch zusätzlich mit einem Dampf-Kreislauf, z.B. für Elektrizitätswerke, oder auch Schiffe, Lokomotiven u.s.w. ergänzt werden. Dadurch wird auch noch ein wesentlicher Teil der Restwärme genutzt und der Gesamt-Wirkungsgrad noch weiter erhöht.
Von technologischer Bedeutung ist ferner, daß das erfindungsgemäße Triebwerk Turbinen-und Kompressor-Läufer aus metallischen Superlegierungen erhalten kann. Diese Möglichkeit entsteht dadurch, weil man die Temperaturen in diffizilen Punkten des Triebwerkes durch Herunterkühlen, wie z.B. vor dem Zusatz-Verdichter, im erheblichen Maße vorbestimmen kann.
Für die übrigen Innen-Teile des Triebwerkes und die Auskleidung des Triebwerk-Gehäuses ist technische Keramik in den gängigen Qualitäten vorgesehen. Das Triebwerk-Gehäuse ist aus zunderbeständigem Metall.
Die Erfindung wird anhand der beigelegten Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt als Längsschnitt das komplette erfindungsgemäße Triebwerk in der Ausführung als Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk (IZT-Triebwerk), das mit der dargestellten 2-stufigen Arbeistturbine 82 für den Rotationsantrieb von z.B. Kraftfahrzeugen vorgesehen ist. Die Arbeitsturbine ist an einem (halb-abgebrochen dargestellten) Untersetzungs-Getriebe 84 montiert.
Das Triebwerk ist zeichnerisch in den Längsabmessungen im Verhältnis zu den Querabmessungen verkürzt dargestellt, was insbesondere den Ansaugstutzen und Lufteinlauf 25, Stoßwellen-Verdichter 10, Diffusor 16 und die Entmischungs-Kammer 19 betrifft. Die zeichnerische Verkürzung war erforderlich, um das komplette Triebwerk auf einem DIN-A4 Blatt (für die Patent-Zeichnung) zeigen zu können. Das wirkliche Triebwerk ist dann ca. doppelt so lang wie dargestellt.
2 zeigt den Druckverlauf und Temperaturverlauf im ganzen Triebwerk. Es sind zwei übereinander gezeichnete Diagramme gezeigt, um auch den Gas-Rückkopplungs-Nebentrakt 29 durch den Hilfsmaschinen-Satz 44 darzustellen. Auch sind horizontale Linien für die Temperatur-Beständigkeit von metallischen und keramischen Werkstoffen eingezeichnet, um ihre Verwendungs-Möglichkeiten für die einzelnen Triebwerksteile zu veranschaulichen.
3 zeigt als Längsschnitt das komplette erfindungsgemäße Triebwerk in der Ausführung als Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk (IZL-Triebwerk), das mit Hilfe der dargestellten Überschall-Schubdüse 85 zum direkten Luftstrahl-Antrieb von z.B. Flugzeugen und Raumtransport-Systemen dienen kann. Die Schubdüse ist eine Kombi-Überschall-Verstelldüse, die aus einer Ringhalsdüse und einer in ihr koaxial angeordneten Lavaldüse besteht. Der Betätigungs-Ring 87 der Schubdüse dient auch als aerodynamischer Schub-Verstärker nach dem Ejektor-Prinzip. Das Triebwerk ist zeichnerisch in den Längsabmessungen im Verhältnis zu den Querabmessungen, wie in 1, verkürzt dargestellt.
4 zeigt einen Nachbrenner 115 für das Triebwerk nach 3, was das Injektor-Zentrifugen-Nachbrenner-Luftstrahl-Triebwerk (IZNL-Triebwerk) ergibt. Der Nachbrenner besteht aus dem Gehäuse und dem Einsatz 96 mit zusätzlicher Kraftstoff-Verdampfung und nutzt den restlichen Sauerstoff, der dicht außerhalb und dicht innerhalb am Sauerstoff-Kollektor 43 vorbeiströmt. Das Gehäuse und der Brennraum des Nachbrenners sind im Durchmesser größer als das Gehäuse des Triebwerkes; und auch die Kombi-Überschall-Schubdüse 85 ist im Durchmesser größer als die Kombi-Überschall-Schubdüse des Triebwerkes ohne Nachbrenner.
5 zeigt den Druckverlauf und den Temperaturverlauf im Nachbrenner nach 4.
6 zeigt als schematisches Schaltbild das erfindungsgemäße Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk (IZT-Triebwerk), das für ein Elektrizitäts-Kraftwerk durch einen zusätzlichen Wasserdampf-Kreislauf ergänzt ist. Der Dampfkreislauf nutzt einen großen Teil der Restwärme des IZT-Triebwerkes und optimiert den Wirkungsgrad der Gesamtanlage. Die Kombination des Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerkes mit einem Dampfkreislauf ist auch noch für andere Antriebszwecke, z.B. Schiffe, Lokomotiven, ev. Propeller-Flugzeuge u.s.w. geeignet und wird dafür vorgesehen.
7 bis 18 veranschaulichen die Strömungs-Verhältnisse im Stoßwellen-Verdichter 10.
7 zeigt ein Versuchsgerät mit einer Überschall-Düse 3 und einem Überschall-Gasstrahl 8, der in ein kurzes innen konvergentes Rohr gerichtet ist. Der Gasstrahl erzeugt im Rohr schräge Verdichtungs-Stoßwellen 12 und eine Druckerhöhung in der Strömung, die am Austrittsende des Rohres mit Überschall-Geschwindigkeit ausströmt und expandiert.
8 zeigt ein analoges Versuchsgerät wie 7, auch mit der Konfiguration von Düse und Rohr, jedoch mit einem längeren innen konvergenten Rohr. Die schrägen Verdichtungs-Stoßwellen 12, die am Rohreingang mit dem Machschen Winkel α in Erscheinung treten, werden durch die wiederholten Reflexionen, an den jeweils gegenüberliegenden Rohrwänden, immer steiler, Winkel γ, was eine Überschall-Geschwindigkeits-Minderung und Druckerhöhung anzeigt. Im Austrittsende des Rohres herrscht noch leichte Überschall-Geschwindigkeit, die nach dem Ausströmen ins Freie wieder zu höherer Überschall-Geschwindigkeit expandiert.
9 zeigt das gleiche Versuchsgerät wie 8 mit der gleichen Konfuguration von Düse und Rohr, jedoch mit einem noch längeren kon vergenten Rohr. Die schrägen Verdichtungs-Stoßwellen werden durch die noch weiter zunehmenden Wandreflexionen so steil, daß der Winkel γ schließlich 90° erreicht. Das bewirkt einen starken geraden Verdichtungs-Stoß 121, der sprunghaft 114 stromaufwärts eilt, und schließlich vor dem Rohreinlauf als gerader Verdichtungsstoß zum Stehen kommt.
10 geht von der Konfiguration aus Düse und konvergentem Rohr gemäß 8 aus, wobei aber am Ende des Rohres ein sich innerlich erweiterndes zweite Rohr anschließt. Dadurch entsteht ein Hals-Querschnitt, in dem noch eine leichte Überschall-Geschwindigkeit herrscht. Die leichte Überschall-Geschwindigkeit expandiert in dem sich erweiternden zweiten Rohr und wächst als Überschall-Geschwindigkeit wieder an.
11 zeigt als Diagramm den Druckverlauf (z.B. der mittleren Stromlinie) im konvergent-divergenten Rohr gemäß 10.
12 zeigt das konvergent-divergente Rohr nach 10 mit zwei seitlichen End-Drosselklappen. Die Drosselklappen verursachen bei Androsselung des Ausflusses einen geraden Verdichtungsstoß 73, der im wesentlichen ortsfest ist. Bei weiterer graduellen Androsselung des Ausflusses verschiebt sich der gerade Verdichtungsstoß graduell stromaufwärts in Position 74.
13 zeigt als Diagramm den zu 12 analogen Druckverlauf (z.B. der mittleren Stromlinie). Der Drucksprung 73a entspricht dem Verdichtungsstoß 73, und der Drucksprung 74a entspricht dem Verdichtungsstoß in Position 74.
14 zeigt das konvergent-divergente Rohr, das jetzt zum Stoßwellen Verdichter 10 geworden ist, mit so weit angedrosseltem Ausfluß, daß der gerade Verdichtungsstoß 14 kurz hinter dem Halsquerschnitt 13 zum Stehen kommt. Nach dem geraden Verdichtungsstoß 14 herrscht im Diffusor 16 Unterschall-Geschwindigkeit, die von sich aus auch noch eine Druckerhöhung ergibt.
15 zeigt als Diagramm den zu 14 analogen Druckverlauf (z.B. der mittleren Stromlinie).
16 zeigt den Strömungsverlauf im Stoßwellen-Verdichter 10 und Diffusor 16 nach 14 und 15, wenn die optimale Ausfluß-Androsselung überschritten wird. Dann eilt der gerade Verdichtungsstoß 14 sprunghaft 114 stromaufwärts bis vor den Einlauf des Stoßwellen-Verdichters; er wird sehr stark und ergibt ein ähnliches Strömungsbild wie nach 9. Dieser Zustand stellt einen Zusammenbruch der Schrägstoß-Verdichtung dar und ist für das erfindungsgemäße Triebwerk unbrauchbar.
17 zeigt in Vergrößerung den Ausschnitt "A" der 14, mit den besonders hervorgehobenen Details des Hals-Querschnittes 13, des Verdichtungsstoßes 14 und der Strömungs-Konfiguration.
18 zeigt als Diagramm den zu 17 analogen Druckverlauf (z.B. der mittleren Stromlinie) im Ausschnitt "A" der 15, ebenfalls mit besonders hervorgehobenen Details.
19 zeigt im Längsschnitt die Entmischungskammer 19 des Triebwerkes mit der Gas-Entmischung, als Auswirkung des Gas-Zentrifugen-Effektes. Durch die intensive Drallbewegung in der Strömung bilden sich ringförmige Anreicherungs-bzw. Abmagerungs-Zonen der einzelnen Gase, gemäß ihrer spezifischen Gewichte. Diese Zonen sind als Liniendiagramme dargestellt, die sich rotations-symmetrisch um die Längsachse x-x der Entmischungskammer und des Triebwerkes ausbilden. Zu be achten ist dabei, daß die O₂-Anreicherungs-Zone 40, zwischen den schweren Gasen CO₂-Zone 41 an der Peripherie und den leichteren Gasen: N₂; CO; NO ...-Zone 42 im Zentrum, angesiedelt ist.
20 zeigt das Kennfeld des Zusatz-Verdichters 45, als aerodynamischen Zentrifugal-Verdichter. Die Steuerungslinie 77 des erfindungsgemäßen IZT/L-Triebwerkes wird quer über den optimalen Wirkungsgrad-Bereich des Zentrifugal-Verdichters und im wesentlichen "parallel" zur Pumpgrenze 106 gelegt, und durch die erste Steuerungsgruppe 55 im näheren Bereich dieser Linie automatisch gehalten.
21 zeigt als vergrößerten Ausschnitt ein Fragment aus 1 bzw. 3 mit der turbulenten Vermischungszone der Düse 3 im Bereich des Ansaugstutzens 25 als auch die Grenzschicht im Stoßwellen-Verdichter 10. Die Grenzschicht ist zweischichtig und besteht aus einer Unterschall-Grenzschicht 128, an der Gehäusewand, und einer Überschall-Grenzschicht 129, darüberliegend. Hinter jeder Stoßwellenfront entsteht ein Staupunkt, von dem ausgehend nach einer Richtung (und entgegen der Strömungsrichtung im Stoßwellen-Diffusor) eine Rückströmung 127 stattfindet, während nach der anderen Richtung (das ist in Richtung der allgemeinen Strömung im Stoßwellen-Verdichter) sich die o.a. zweischichtige Grenzschicht immer wieder aufs Neue bildet.
Die Rückströmung kann man mit Hilfe von Sägezahn-Rillen 130 (rings um das Triebwerks-Gehäuse), die wie eine Labyrinth-Dichtung wirken, behindern.
22 Zeigt eine perspektivische Darstellung eines (flachen) Überschall-Strahles, der in einen Überschall-Schrägstoß-Wellen-Verdichter, hier als konvergente seitliche Begrenzungs-Linien 10 dargestellt, einmündet. Der Druckverlauf ist als eine senkrecht schraffierte Fläche dargestellt. Die seitlichen Begrenzungen stauen den Strahl auf und erzeugen den Druckanstieg. Es ist eine analoge Abbildung eines runden Gasstrahles, hier aber als ein Überschwall-Wasserstrahl bei freier Wasseroberfläche dargestellt. Bei Gasströmungen mit rundem Düsenstrahl ist auch die achsensymmetrische Stoßwellen-Verdichtung, wie in der Erfindung, rund. Dabei treten die hier gezeigten Rautenformen der Stoßwellen als räumliches Kegelstoß-System auf, das wirkungsmäßig analog ist, das man aber in einer flachen Zeichnung nicht klar ersichtlich darstellen kann.
23 zeigt als Alternative zu 22 eine perspektivische Darstellung eines (flachen) freien Überschall-Strahles. Der Druckverlauf ist als eine senkrecht schraffierte Fläche dargestellt. Da der Strahl keine seitlichen Begrenzungen, d.i. Stützwände, hat, fließt der Strahl seitlich auseinander und es entsteht kein Druckanstieg. Der Druck pendelt nur um das Niveau des Außendruckes auf und ab. Es ist eine analoge Abbildung eines runden Gas-Strahles, hier aber als Überschwall-Wasserstrahl bei freier Wasseroberfläche dargestellt. Bei Gasströmungen mit rundem Düsenstrahl treten die hier gezeigten Rautenformen der Stoßwellen auch als räumliches Kegelstoß-System auf. Beispiel: Düsenstrahl eines Kampf-Jets (z.B. "Tornado") mit Nachbrenner, und mit feurig-leuchtendem Rauten-Muster.

– Ich schlage vor, das dargestellte Rauten-Strömungsbild als "Wellenstraße" zu bezeichnen, in Analogie zu der bekannten Kármánschen Wirbelstraße.

24 zeigt die konstruktive Ermittlung der Länge des Stoßwellen-Verdichters 10.
25 zeigt den thermodynamischen Kreisprozess des erfindungsgemäßen Triebwerkes im T,s,-Diagramm. Die Verdichtungslinie des Stoßwellen-Verdichters 10 und des Diffusors 16 ist stark in Richtung der höheren Entropie geneigt, um der Entropie-Zunahme in den schrägen Verdichtungs-Stoßwellen zu entsprechen.
Die Fläche F₁ ist die je Kg. Gas geleistete Arbeit in der Düse 3 (senkrecht schraffiert).
Die Fläche F₂ ist die je Kg. Gas geleistete Arbeit in der Arbeitsturbine 82; 83, bzw. in der Schubdüse 85 (waagerecht schraffiert), die aber thermo dynamisch zweifach zählt: einmal als F₁, und das zweite Mal als F₂. Die Fläche F₃, d.i. der spitze Einschnitt in die Fläche F₁, ist eine Abzugsfläche von F₁, infolge der Stoßwellen-Verdichtung. Sie wird aber von der Fläche F₂ kompensiert, und sogar überkompensiert! So, daß im Ergebnis die Stoßwellen-Verdichtung nicht nur keine Verluste verursacht, sondern im Gegenteil, sogar einen kleinen thermodynamischen Gewinn zustande bringt!
An die Stoßwellen-Verdichtungslinie schließt die Zwischenkühler- Linie 39 an, die wegen des inneren Kühler-Druckverlustes von der Isobare nach unten abweicht.
Die Expansionslinien 3; 85; 123 sind in Richtung der höheren Entropie ausgebuchtet, weil den Strömungen in den Düsen Wärme zugeführt wird 122. Die Wärmezufuhr erfolgt über die heißen Einlauftrichter 5; 70 der Düsen, die z.B. aus dem wärmeleitenden SiC bestehen und innerlich wie auch äußerlich durch die expandierenden Abgase umspült werden.
Da die Arbeitsleistung der Düse 3 und der Arbeitsturbine 82; 83, bzw. der Schubdüse 85 gleich sind, kann man aus dem Flächenverhältnis F₁/F₂ (ausplanimetriert) das Soll-Massenfluß-Verhältnis des Triebwerk-Haupttraktes zum Triebwerk-Nebentrakt bestimmen, das beim vorliegenden Triebwerks Beispiel ca. 5/1 beträgt. Dasselbe Massenfluß-Verhältnis besteht dann auch zwischen den angesaugten Luft-Massenanteilen und dem Massenfluß der Düse 3.
Bei Mitwirkung eines Nachbrenners 115 im Haupttrakt des IZL-Triebwerkes bleibt der Massenfluß des Haupttraktes unverändert. Die Schubleistung des Triebwerkes wächst aber dennoch an, weil durch die Wärmezufuhr im Nachbrenner die Düsenstrahl-Geschwindigkeit zunimmt. Der dazugehörige Kreisprozess ist durch die gestrichelte Linie (- - -) dargestellt. Und die durch den gestrichelten Kurvenzug eingeschlossene Fläche plus der Fläche F₂ ist dann die je Kg. Gas, bei Mitwirkung des Nachbrenners, geleistete Arbeit.

– Der Kreisprozess des Simplex-Injektor-Zentrifugen-Turbinen- Triebwerkes (SIZT-Triebwerkes) ist mit punktierter Linie 123 dargestellt (....).

1: Überschall-Gas-Injektor, bevorzugt mit Kreisquerschnitt, als
: erste Verdichtungsstufe des Triebwerkes;
2: Brennkammer, mit Kreisquerschnitt und innen ausgekleidet mit
: technischer Keramik;
3: Überschall-Düse der Brennkammer 2, bevorzugt als Kombi-Über
: schall-Verstell-Düse, bestehend aus einer Ringhalsdüse und einer
: in ihr koaxial angeordneten Lavaldüse;
4: Verstell-Schieber der Kombi-Überschall-Düse 3, mit sternförmig
: angeordneten, radial nach außen weisenden und einen Drallstrahl
: erzeugenden Stütz-Streben;
5: Einlauftrichter der Düse 3, bevorzugt aus wärmeleitender technis
: Keramik, z.B. aus SiC;
6: Verstell-Mechanismus des Verstell-Schiebers 4, bestehend aus
: Gewindespindeln, Mutter-Ritzeln, einem sternförmigen Rollenketten
: zug, der die Ritzel verbindet und Stellmotor;
7: Druckgefälle in der Überschall-Düse 3;
7a: Temperaturgefälle in der Düse 3;
8: Überschall-Düsen-Gasstrahl;
9: Grenzen der turbulenten Vermischungszone des Gasstrahles;
10: Überschall-Stoßwellen-Verdichter;
11: Überschall-Strömung im Stoßwellen-Verdichter 10;
12: Schräge Verdichtungs-Stoßwellen;
13: Hals-Querschnitt des Stoßwellen-Verdichters;
14: Orts-stabilisierter gerader Verdichtungsstoß am Ende des Stoß
: wellen-Verdichters 10;
14a: Stromabwärts verschobener gerader Verdichtungsstoß 14;
14b: Stromaufwärts verschobener gerader Verdichtungsstoß 14;
15: Abstand zwischen Hals-Querschnitt 13 und geradem Verdichtungs
: stoß 14 = Wahl-Farameter;
16: Unterschall-Diffusor;
17: Turbulenz-Gleichrichter in Form von Drall-Schaufeln am Ende
: des Stoßwellen-Verdichters 10;
18: Unterschall-Drall-Strömung im Diffusor 16;
19: Entmischungs-Kammer der Gas-Zentrifuge;
20: Drall-Verstärker-Schaufeln am Ende des Diffusors 16;
21: Intensive Drallbewegung in der Strömung der Entmischungskammer 19,
: zur Erzielung des Gas-Zentrifugen-Effektes;
22: Drallbewegung in der Brennkammer 2, für eine Verbrennung im
: Potenzialwirbel;
23: Kraftstoff-Einspritzdüse in die Brennkammer 2;
24: Zündvorrichtung in der Brennkammer 2, z.B. Zündkerze;
25: Ansaugstutzen und Lufteinlauf des Triebwerkes;
26: Drallschaufeln im Ansaugstutzen 25;
27 und 28: Druckentnahme-Messpunkte für die zweite Steuerungsgruppe 30,
: zur Orts-Stabilisierung des geraden Verdichtungsstoßes 14:
: 27 für die Zurückhaltung-, 28 für die Vor-Verschiebung des ge
: raden Verdichtungsstoßes;
29: Rückkopplungs-Kreislauf des Triebwerkes und Gas-Zuführung zum
: Zusatz-Verdichter 45, bildet den Triebwerks-Nebentrakt;
30: Zweite Steuerungsgruppe des Triebwerkes, in einfachster Ausführung,
: bestehend aus Druck-Messdosen mit Schaltkontakten;
31: Druck-Messdose für das Vergrößern der Halsquerschnitte des
: Düsen-Kranzes 83, bzw. des Halsquerschnittes der Düse 85;
32: Druck-Messdose für die Verkleinerung der Halsquerschnitte des
: Düsen-Kranzes 83, bzw. des Halsquerschnittes der Düse 85;
33 und 34: Steuerungs-Druckleitungen der zweiten Steuerungsgruppe 30;
35: Referenzdruckleitung;
36: Kühlrippen an der Außenseite des Stoßwellen-Verdichters 10.
: Eine Ummantelung der Kühlrippen 36 kann z.B. für Heizzwecke
: genutzt werden;
37: Innere Wärmeisolation des Diffusors 16 und der Entmischungskammer 19,
: z.B. durch Auskleidung mit technischer Keramik;
38: Innere Wärmeisolation durch Auskleidung mit technischer Keramik,
: für alle heißgase-führende andere Bauteile des Triebwerkes;
39: Zwischenkühler im Rückkopplungs-Kreislauf 29;
: - bei El.-Kraftwerken als Dampfüberhitzer genutzt;
40: Ringförmige O₂-(Sauerstoff-) Anreicherungs-Gasfraktion der
: Gas-Zentrifuge, um die Längsachse der Entmischungs-Kammer 19
: und zwischen der Außenwand und dem Kernbereich der Entmischungs
: kammer, die gleichzeitig eine CO₂-und N₂-Abmagerungs Gasfraktion
: ist;
41: Ringförmige CO₂-Anreicherungs-Gasfraktion der Gas-Zentrifuge,
: um die Längsachse der Entmischungskammer 19 und an der Außen
: wand der Entmischungskammer liegend;
42: Zentrale N₂-; CO-; NO-; H₂O- und H₂-Anreicherungs Gas-Frak
: tion, in der Längsachse der Entmischungskammer 19;
43: Sauerstoff-Kollektor, Rotationskörper um die Längsachse des
: Triebwerkes, mit vorderem ringförmigen Auffangschlitz und mit
: radialen Außen-Hohlstützen für die Abführung der sauerstoff-ange
: reicherten Gasfraktion 40;
44: Hilfsmaschinen-Satz;
45: Zusatz-Verdichter (z.B. Zentrifugal-Verdichter), als zweite
: Verdichtungsstufe des Triebwerkes, mit Läufer bevorzugt aus
: metallischer Superlegierung.-Dient auch als Start-Verdichter
: des Triebwerkes;
46: Hilfsmaschinen-Antriebsturbine für 44 und 45, mit Läufer bevorzugt
: aus metallischer Superlegierung;
47; 48; 49: Druckentnahmepunkte für die erste Steuerungsgruppe 55;
50: Startermotor für das Gesamttriebwerk, z.B. Elektromotor;
51: Getriebe für den Hilfsmaschinensatz 44;
52: Hilfsmaschinen, z.B. Dynamomaschine, Hydraulikpumpen, Kraft
: stoffpumpe u.s.w.;
53: Kraftstoffpumpe;
54: Leistungshebel;
55: Erste Steuerungsgruppe des Triebwerkes, in einfachster Ausführung,
: bestehend aus Druck-Messdosen mit Schaltkontakten;
56: Druck-Messdose für den Anfangsdruck des Zusatz-Verdichters 45;
57: Druck-Messdose für den Enddruck des Zusatz-Verdichters 45;
58: Druck-Messdose für den Anfangsdruck der Leitung 29;
59: Druck-Messdose für den Enddruck der Leitung 29;
60: Betätigungs-Ring der Kombi-Verstell-Düse 3, an den die radialen
: Stütz-Streben des Verstell-Schiebers 4 angreifen, unterschall
: strömungstechnisch ausgebildet;
61: Steuerglieder der ersten Steuerungsgruppe 55;
62: Schaltkontakte der ersten Steuerungsgruppe 55, für die Steuerung
: des Verstell-Schiebers 4 der Überschall-Düse 3;
63: Hot-Spot-"Kühlgas-Austrittsöffnung" in der Brennkammer 2;
64: Abschirmkegel für die Hot-Spot-"Kühlung" 63, z.B. aus
: technischer Keramik;
65: Druckgasleitung zur Brennkammer 2, für die sauerstoffangerei
: cherte und hoch verdichtete Gasfraktion;
66: Tangentiale Einläufe aus der Druckgasleitung 65 in die Brennkammer 2;
67: Druckgasleitung zur Hilfsmaschinen-Antriebsturbine 46;
68: Abgasleitung der Hilfsmaschinen-Antriebsturbine 46;
69: Verstell-Schieber der Kombi-Überschall-Schubdüse 85, mit stern
: förmig angeordneten radial nach außen weisenden Stütz-Streben;
70: Einlauftrichter der Schubdüse 85, bevorzugt aus SiC;
71: Druckgefälle im Zwischenkühler 39;
71a: Zu 71 analoges Temperaturgefälle;
72: Temperaturerhöhung in der Brennkammer 2;
73: Anfänglicher gerader Verdichtungsstoß (z.B. in einem Versuchsgerät),
: infolge der Abflußdrosselung 117;
73a: Zu 73 analoger Druckanstieg;
74: Stromaufwärts verschobener gerader Verdichtungsstoß (z.B. in einem
: Versuchsgerät), infolge einer erhöhten Abflußdrosselung 118;
74a: Zu 74 analoger Druckanstieg (Die Intensität des Verdichtungsstoßes
: ist verringert im Vergleich zu 73a;
75: Druckerhöhungs-Stufen im Überschall-Stoßwellen-Verdichter 10,
: im Takt der schrägen Verdichtungsstöße 12;
75a: Zu 75 analoge Temperaturerhöhungen;
76: Druckerhöhung im Zusatz-Verdichter 45;
76a: Zu 76 analoge Temperaturerhöhung;
77: Steuerungslinie des (Zentrifugal-) Zusatz-Verdichters 45. Sie wird
: quer über den optimalen Wirkungsgradbereich des Zusatz-Verdichters
: und im wesentlichen "parallel" zur Pumpgrenze gelegt;
78: Verlauf eines angenommenen Regelvorganges, z.B. Leistungs-
: Erhöhung ("Gasgeben");
79: Drehblende mit Abdeck-Kreissegmenten für die Veränderung der
: Düsen-Durchflußquerschnitte des Düsenringes 83;
80: Turbulenz-Zackenmuster, rings um die Strahlaustritts-Öffnung der
: Brennkammer 2: erzeugt einen an seinem Außenmantel längszerfurchten
: Überschall-Strahl;
81: Trocken-Kugellager oder Trocken-Rollenlager der Drehblende 79;
82: Arbeitsturbine mit Läufern z.B. aus metallischer Superlegierung;
83: Düsenkranz der Arbeitsturbine 82, mit zwischen den Düsen-Schau
: feln vollen Kreis-Segmenten, entsprechend den Kreissegmenten von 79;
84: Getriebe der Arbeitsturbine;
85: Überschall-Schubdüse für einen Luftstrahlantrieb, bevorzugt als
: Kombi-Überschall-Verstelldüse und bestehend aus einer Ringhals
: düse und einer in dieser koaxial angeordneten Lavaldüse;
86: Örtlich eingezogene Außenkontur des Verstell-Schiebers 4, jeweils
: beiderseits der Stützstreben, gemäß der sog. Flächenregel der
: Gasdynamik;
87: Betätigungs-Ring der Kombi-Schubdüse 85, an den die radialen Stütz-
: Streben des Verstellschiebers 69 angreifen. Dient auch als
: aerodynamischer Schubverstärker nach dem Ejektor-Prinzip;
88: Verstell-Mechanismus des Verstell-Schiebers 69 der Schubdüse 85,
: bestehend aus mehreren parallelen Rollspießen, Spieß-Antriebs-
: Ritzeln, eines ringförmigen Kardanwellen-Zuges, der die Ritzel
: verbindet, und Stellmotor;
89: Druckgefälle in der Arbeitsturbine 82, bzw. in der Schubdüse 85;
89a: Zu 89 analoges Temperaturgefälle;
90: Örtlich eingezogene Außenkontur des Verstell-Schiebers 69, jeweils
: beiderseits der Stützstreben, gemäß der sog. Flächenregel der
: Gasdynamik;
91: Elektrische Batterie;
92: Schlüsselkontakt: Triebwerkslauf/Triebwerksstopp;
93: Starterkontakt;
94: Kraftstoffventil;
95: Kraftstoff-Speisung;
96: Einsatz des Nachbrenners mit zusätzlicher Kraftstoff-Verdampfung
: für Luftstrahlantriebe;
97: Speisewasser-Vorwärmer bei Kraftwerken;
98: Dampf-Erzeuger bei Kraftwerken. Der Zwischenkühler 39 dient bei
: Kraftwerken als Dampf-Überhitzer;
99: Gas-Turbine bei Kraftwerken;
100: Erster Generator bei Kraftwerken;
101: Dampf-Turbine bei Kraftwerken;
102: Zweiter Generator bei Kraftwerken;
103: Kondensator bei Kraftwerken;
104: Dampfstrahl-Kondensator;
105: Dampfstrahl-Sauger;
106: Pumpgrenze des (Zentrifugal-) Zusatz-Verdichters 45;
107: Verzögerungs-Vorrichtung für die Düsen-Drosselung;
108: Verstell-Mechanismus der Drehblende 79;
109: Auspuff der Gasturbine 99 bei Kraftwerken;
110: Soll-Druckverlauf bei mittlerer Soll-Lage des geraden Verdichtungsstoßes 14;
111: Erhöhter Druckverlauf bei stromaufwärts 14b verschobenem
: geraden Verdichtungsstoß 14;
112: Abgesenkter Druckverlauf bei stromabwärts verschobenem 14a
: Verdichtungsstoß 14;
113: Höchster Druckverlauf bei äußerst stromaufwärts und in den Hals
: querschnitt 13 verschobenem geraden Verdichtungsstoß 14, kurz
: vor dem Zusammenbruch der Schrägstoß-Verdichtung;
114: Zusammenbruch der Schrägstoß-Verdichtung mit sprunghaft in den
: Einlauf des Stoßwellen-Verdichters eilenden geraden Verdichtungsstoß;
115: Nachbrenner bei Luftstrahl-Triebwerken;
116: Speisepumpe bei Kraftwerken;
117: Enddrosselklappen mit angedrosseltem Ausfluß;
118: Weiter angedrosselter Ausfluß;
119: Überschall-Strömung;
120: Unterschall-Strömung;
121: Gerader Verdichtungsstoß;
122: Wärmezufuhr durch den Einlauftrichter 5; 70 der Überschall-Düsen 3; 85;
123: Kreisprozess des Simplex-Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerkes
: (SIZT-Triebwerkes);
124: Trennflansch zwischen Druckgas-Erzeuger und Druckgas-Verwerter;
125: Unterdruck;
126: Staupunkte;
127: Rückströmungen;
128: Unterschall-Grenzschicht;
129: Überschall-Grenzschicht;
130: Rillen-Gruppen;
131: Überschall-Stromlinie;
132: Adiabatische Temperaturerhöhung;
133: Abstand zwischen 14 und 121 = Wahl-Parameter;
P₂/P₁: Druckverhältnis;
F₁/F₂: Massenfluß-Verhältnis;
Kg/s: Gasmenge;
R: Radiale Koordinate der Entmischungskammer 19 der Gas-Zentrifuge;
α: Machscher Winkel;
β: Konvergenz-Wandwinkel zur Längsachse;
γ: Stoß-Reflexions-Winkel;
F₁: je Kg Gas geleistete Arbeit in der Überschall-Düse 3;
F₂: je Kg Gas geleistete Arbeit in der Arbeitsturbine 82 bzw. in der
: Überschall-Düse 85;
F₃: Abzugsfläche von F₁, infolge der Stoßwellen-Verdichtung;
a: → Schall-Geschwindigkeit;
x-x: Längsachse des Triebwerkes und der Entmischungs-Kammer 19;
o-o: Dampf-Kreislauf bei Kraftwerken.

Der erfindungsgemäße Druckgas-Erzeuger besteht wie oben angeführt aus einem Überschall-Injektor und einer Gas-Zentrifuge, die miteinander kombiniert sind und eng zusammenwirken. Der Überschall-Injektor besteht aus einem Stoßwellen-Verdichter 10 und einem Unterschall-Diffusor 16.
Nachfolgend werden die strömungstechnischen Vorgänge im Überschall-Injektor dargestellt, die große Ähnlichkeiten mit den Strömungsvorgängen in sog. Mehrstoß-Einlauf-Diffusoren von Überschall-Flugzeugen und von Staustrahl-Triebwerken haben.
Aus der Überschall-Strömungstechnik ist bekannt, daß wenn am Rande eines Überschall-Strahles eine ebene Platte mit kleinem Anstellwinkel schräg in den Strahl hineinragt, am Plattenansatz eine schräge Verdichtungsstoß-Welle mit Machschem Winkel α ausgelöst wird. Die Größe des Machschen Winkels ist von der Strahl-Geschwindigkeit abhängig; die Strömung knickt in der Verdichtungsstoß-Welle abrupt in Plattenrichtung um und in der Strömung längs der Platte entsteht ein Druckanstieg. Wenn auch am gegenüberliegenden Strahlrande spiegelbildlich eine zweite Platte in den Überschall-Strahl hineinragt, wird auch dort eine zweite spiegelbildliche schräge Verdichtungsstoß-Welle ausgelöst, wobei sich die beiden Verdichtungsstoß-Wellen in Strahlmitte kreuzen. Ein ähnlicher Vorgang findet auch bei einem runden Überschall-Strahl statt, der in einen runden und innen leicht, mit Wandwinkel β, konvergenten Ring gerichtet ist, 7. Dabei vereinigen sich die beiden schrägen Verdichtungsstoß-Wellen zu einer ringförmigen Stoßwelle und durchkreuzen sich in Strahlmitte als kegellige Verdichtungsstoß-Wellen. (Literatur I, am Ende der Beschreibung). Das gilt auch, wenn vor dem Einlauf in den konvergenten Ring der Strahl eine kurze Strecke frei ist 25 und die Umgebungsluft ansaugen kann. Die Verdichtungsstoß-Wellen 12 setzen mit dem Machschen Winkel α ein, erreichen die jeweils gegenüberliegende Ring-Wände und werden dort reflektiert. Die Stoß-Wellen erhöhen auch den Druck im konvergenten Ring und der Druck expandiert am Ringende.
Wenn man den konvergenten Ring verlängert, 8, so daß der Ring zu einem innerlich konvergenten Rohr wird, erreichen die kegelligen Verdichtungsstoß-Wellen mehrfach die jeweils gegenüberliegenden Rohr-Wände, durchkreuzen sich mehrfach in Rohrmitte und werden an den Rohrwänden mit Winkeln γ mehrfach reflektiert. Infolge der Konvergenz der Rohrwände mit Winkel β, vergrößern sich die Winkel γ, jeweils um den doppelten Rohwand-Winkel β. γ = α + 2β. n. Z; < 90°wobei "n" die Anzahl der Reflexionen ist. "Z" ist ein Korrektur-Faktor, der den Einfluß der Grenzschicht berücksichtigt und der noch experimentell zu ermitteln ist.
Die Grenzschicht besteht aus zwei Schichten: der wandnahen Unterschall-Grenzschicht 128 und der wandferneren Überschall-Grenzschicht 129. Stoßwellen-Fronten können nur in der Überschall-Grenzschicht existieren und als Druckbarriere wirken. Folglich kann sich die wandnahe Unterschall-Grenzschicht gegenüber der Drucksteigerung nur wie eine wenig Widerstand leistende Durchgangs-Pforte verhalten, die die Form eines Ringspaltes hat, durch den eine örtliche Rückströmung 127 möglich ist! Die Rückströmung entsteht insbesondere dadurch, weil der hohe Druck hinter jeder Stoßfront, durch den "Ringspalt" und um das jeweilige Stoßfront-Ende herum, in das Gebiet niedrigeren Druckes vor der Stoßfront zurückströmen kann, 21. Damit entsteht dicht hinter jeder Stoßwellen-Front ein Staupunkt 126 mit Null-Strömungsgeschwindigkeit gegenüber der Wand, und das in Form eines Staupunkt-Ringes, ringsherum an der Wand des konvergenten Rohres. Von diesem Staupunkt-Ring aus strömt dann das Arbeitsmedium nach beiden Richtungen weg. Eine dieser Strömungsrichtungen ist die o.a. örtliche Rückströmung 127, während die andere Strömungsrichtung, gleichsinnig mit der Hauptströmungsrichtung im konvergenten Rohr, aber insbesondere auch im analog gebauten Stoßwellen-Verdichter 10 des erfindungsgemäßen Trieb werkes, die Grenzschicht 128; 129 nach jedem Staupunkt-Ring und Stoßwellen-Front neu bildet, die auf der kurzen Strecke bis zur nächsten Stoßwellen-Front nur eine mäßige Dicke erreichen kann.
Bei dieser Strömungs-Konfiguration besteht offenbar eine Analogie zu Läufern von Axial-Verdichtern, bei denen auch Rückströmungen um die Schaufel-Enden existieren.
Um Verluste durch die beschriebenen Rückströmungen beim erfindungsgemäßen Triebwerk in Grenzen zu halten, weist der Stoßwellen-Verdichter 10 auf den Innenwänden mehrere Gruppen kleiner Schrägzahn-Rillen 130, rings um die Innenwand auf; wobei die Rillen-Gruppen in den Bereichen liegen, wo die schrägen Stoßwellen-Fronten 12 auf die Innenwand auftreffen. Die Rillen haben die Aufgabe, die Rückströmungen um die Enden der Stoßwellen-Fronten, ähnlich wie Labyrinth-Dichtungen aufzuhalten und die Menge des zurückströmenden Mediums zu begrenzen. Das Querschnitts-Profil der Schrägzahn-Rillen fällt auf der Verdichter-Einlaufseite steil ab und steigt in Richtung auf die Verdichter-Ausflußseite mit einer schrägen Rampe und abgerundeter Rampen-Auslaufkante wieder an.
Kehren wir aber, der einfacheren Darstellungsweise wegen, noch einmal zum konvergenten Rohr von vorher zurück.
Die im konvergenten Rohr mehrfach reflektierten Stoß-Wellen werden immer steiler und ihre gegenseitigen Entfernungen immer kleiner, wobei der Gasdruck entsprechend steigt, bis sich die schrägen Verdichtungsstoß-Wellen bei γ = 90° zu einem heftigen geraden Verdichtungsstoß 121, mit höchstem Gasdruck, vereinigen, 9. Das stellt einen Grenzfall dar, der instabil ist: wonach der gerade Verdichtungs-Stoß sprunghaft 114 stromaufwärts eilt und vor dem Einlauf des Rohres einen ortsfesten geraden und sehr heftigen Verdichtungs-Stoß ergibt. Dabei fällt der Druck im Rohr rapide ab, und diese Strömungs-Konfiguration ist für das erfindungsgemäße Triebwerk nicht brauchbar!
Um eine Gasverdichtung mit Hilfe schräger Verdichtungsstoß-Wellen für das erfindungsgemäße Triebwerk 75 nutzen zu können, muß das innerlich konvergente Rohr kurz vor Erreichung des geraden Verdichtungsstoßes 121, also kurz bevor der Winkel γ zu 90° wird, abgebrochen werden, 10.
Wenn man das so verkürzte Ende des innerlich konvergenten Rohres durch einen sich innerlich erweiternden Rohrabschnitt fortsetzt, wächst in dem sich erweiternden Rohrabschnitt wieder die Schallgeschwindigkeit und der Druck nimmt wieder ab, weil in dem dabei entstehenden Halsquerschnitt 13 noch eine leichte Überschall-Geschwindigkeit herrschte. Diese Konfiguration eignet sich für eine Drucksteigerung gemäß der Erfindung, aber nur mit Hilfe eines künstlich erzeugten geraden Verdichtungsstoßes 73. 12. Dafür kann man z.B. Enddrosselklappen 117, am Ende des erweiterten Rohres angelenkt, verwenden; die den künstlich erzeugten geraden Verdichtungsstoß 73 auslösen. Wenn man jetzt den Ausfluß weiter androsselt, 118, verschiebt sich der gerade Verdichtungsstoß 73 in die Position 74. Dabei sind die Positionen 73 und 74 ortsstabil und nur abhängig vom Grade der Ausfluß-Drosselung. Die 13 zeigt den entsprechenden Druckverlauf. Bemerkenswert ist, daß dabei die Intensität des geraden Verdichtungsstoßes bei seiner Ortsverschiebung stromaufwärts stetig abnimmt.
Nun kann man die Ausfluß-Drosselung so weit erhöhen, daß der gerade Verdichtungsstoß noch weiter stromaufwärts bis in die Position 14 mit Abstand 15, dicht hinter den Halsquerschnitt 13 verschoben wird, 14. Das ist die optimale Ausfluß-Androsselung. Sie liefert die größtmögliche stabile Überschall-Verdichtung und sie ist für das erfindungsgemäße Triebwerk zugrunde gelegt.
Dabei wird der konvergente Rohrabschnitt mit einem kurzen divergenten Rohrabschnitt zum Stoßwellen-Verdichter 10, und der weiter anschließende divergente Rohrabschnitt zum Unterschall-Diffusor 16. Der Unterschall-Diffusor 16 liefert dann auch noch eine weitere Unterschall-Druckerhöhung. Die 15 zeigt den dazugehörigen Druckverlauf. (Literatur II, am Ende der Beschreibung).
Der gerade Verdichtungsstoß 14 wird also durch die Androsselung des Ausflusses des Diffusors 16 hervorgerufen, die Ortslage des geraden Verdichtungsstoßes 14 hinter dem Halsquerschnitt 13 wird durch die Größenordnung der Androsselung vorbestimmt, und beides, die Größenordnung der Androsselung und die Ortslage des geraden Verdichtungsstoßes 14 werden durch die zweite Steuerungs-Gruppe 30 laufend gesteuert.
Aus der 14 und 15 werden die Fragmente "A" herausgegriffen und als 17 und 18 vergrößert dargestellt.
Erläutert werden die 17 und 18. Bei der Soll-Androsselung des Diffusor-Ausflusses befindet sich der gerade Verdichtungsstoß am Ende des Stoßwellen-Verdichters 10 in der mittleren Soll-Position 14, und der Soll-Enddruck im Stoßwellen-Verdichter auf dem Niveau 110. Wird die Ausfluß-Androsselung des Diffusors 16 etwas verringert, verschiebt sich der gerade Verdichtungsstoß stromabwärts in Position 14a und der Stoßwellenverdichter-Enddruck fällt auf das Niveau 112. Wird die Ausfluß-Androsselung des Diffusors 16 dagegen etwas erhöht, verschiebt sich der gerade Verdichtungsstoß stromaufwärts in Position 14b und der Stoßwellenverdichter-Enddruck steigt auf das Niveau 111. Dabei sind die Stoßwellenverdichter-Enddrücke jeweils die Anfangsdrücke im Diffusor 16.
Wird die Ausfluß-Androsselung des Diffusors 16 noch weiter erhöht, verschiebt sich der gerade Verdichtungsstoß noch weiter stromaufwärts bis in den Halsquerschnitt 13 und der Stoßwellenverdichter-Enddruck steigt bis auf das Niveau 113. Das ergibt wieder eine instabile Strömungssituation im ganzen Stoßwellen-Verdichter 10, mit einem sprunghaft stromaufwärts eilenden Verdichtungsstoß 114, der sich bis vor den Einlauf des Stoßwellen-Verdichters 10 als heftiger gerader Verdichtungsstoß setzt, 16. Es ist eine ähnliche Situation wie in 9. Dabei fällt der Druck im ganzen Stoßwellen-Verdichter 10 und im Diffusor 16 rapide ab, und diese Strömungssituation ist für das erfindungsgemäße Triebwerk nicht brauchbar. (Noch einmal Literatur III am Ende der Beschr.).
Die beschriebenen Einzel heiten der Strömungsvorgänge und die angeführten Erkenntnisse der Stoßwellen-Verdichtung wurden bei eingehenden Versuchen in Wasserkanälen gewonnen, die, wie bekannt (Literatur IV, am Ende der Beschreibung), eine direkte Analogie zu Überschall-Strömungen aufweisen.
Was die oben beschriebene Steuerung der Ortslage des geraden Verdichtungsstoßes noch betrifft, so funktioniert sie auf gleiche Weise wie die Steuerung des Verdichtungsstoßes bei sog. Mehrstoß-Einlauf-Diffusoren von Überschall-Flugzeugen und von Staustrahl-Triebwerken (Noch einmal Literatur II und Literatur III, und Literatur V).
Ein Unterschied besteht nur insofern, daß bei Überschall-Flugzeugen und Staustrahl-Triebwerken die Triebwerks-Gehäuse gegen eine stehende Luftmasse bewegt werden, während beim erfindungsgemäßen Triebwerk eine bewegte Luftmasse (der Düsenstrahl) gegen ein stehendes Gehäuse bewegt wird. Es ergeben sich aber in beiden Fällen die gleichen Stoßwellen und Wirkungen, weil dafür nur eine Relativ-Bewegung einer überschallschnellen Gasströmung gegen feste Triebwerks-Elemente erforderlich sind.
Das kann man experimentell Jederzeit reproduzieren, entweder kostengünstig im Wasserkanal mit freier Wasser-Oberfläche, oder kostenaufwendiger mit Gasströmungen (noch einmal Literatur IV, am Ende der Beschreibung). Dabei ergeben die Strömungsversuche im Wasserkanal qualitativ richtige Strömungsbilder. Will man auch quantitative Ergebnisse haben, sind Gas-Strömungsversuche erforderlich; insbesondere auch bei einer konstruktiven Entwicklung eines funktionierenden Triebwerkes.
Der Überschall-Gas-Injektor und insbesondere sein Stoßwellen-Verdichter 10 mit Unterschall-Diffusor 16 sind mit der Gas-Zentrifuge erfindungsgemäße kombiniert und zwar derart, daß die im Injektor turbulent vermischten Verbrennungsgase und Ansaugluft, in der Gas-Zentrifuge wieder weitgehend entmischt werden.
Der Gas-Zentrifugen-Effekt wird durch eine intensive Drallbewegung der ganzen Gassäule im erfindungsgemäßen Triebwerk erzeugt. Die Drallbewegung beginnt in der Brennkammer 2 mit einer Verbrennung im Potential-Wirbel. Weiter wird die Ansaugluft durch tangential gestellte Drallschaufeln 26 im Ansaugstutzen 25 in Rotation versetzt. Weiter angefacht wird die Drall bewegung durch ortsfeste Drall-Schaufeln 17, und noch weiter angefacht durch ortsfeste Drall-Verstärker-Schaufeln 20. Beide Drall-Schaufelarten 17 und 20 sind außen am Triebwerksgehäuse befestigt, ragen nach innen und haben keine Nabe. Dabei haben insbesondere die Drall-Schaufeln 17, 17 eine Dreifachfunktion, indem sie:

1. eine Wandablösung der Strömung nach dem geraden Verdichtungsstoß 14 unterdrücken;
2. die Turbulenz nach dem geraden Verdichtungsstoß z.T. glätten und gleichrichten und
3. zugunsten der Gas-Zentrifuge den Drall in der Strömung intensivieren.

Der so intensiv erzeugte Drall bewirkt infolge der Zentrifugalkräfte die erfindungsgemäße Schichtung und Entmischung der im Überschall-Injektor turbulent vermischten Verbrennungsgase und der Ansaugluft in koaxialen Ring-Zonen nach den spezifischen Gewichten der Gase, gemäß 19. Diese FIG. zeigt in der linken Hälfte die durch den Zentrifugaleffekt hervorgerufenen koaxialen Ring-Zonen der Gas-Fraktions-Profile im Längsschnitt, längs der Achse des erfindungsgemäßen Triebwerkes.
Die schwere Gas-Fraktion 41, überwiegend aus CO₂; NO_x... bestehend, sammelt sich an der Peripherie, d.i. an der Außenwand des Triebwerk-Gehäuses. Die mittelschwere Gas-Fraktion 40, bestehend aus O₂ und abgemagertem N₂-Gehalt, sammelt sich als Ringzone zwischen der Außenwand des Triebwerk-Gehäuses und der Längs-Achse des Triebwerkes, und sie kann als Verbrennungsluft eventuell auch mehr als 21 % Sauerstoff enthalten. Und die leichte Gas-Fraktion 42, bestehend überwiegend aus N₂; CO; NO; H₂O; H₂... sammelt sich als runder Kern in der Längsachse des Triebwerk-Gehäuses.
Dementsprechend ist auch der Sauerstoff-Kollektor 43, 1; 3; 19 ausgestaltet, der die Form eines ringförmigen Auffangkörpers hat und koaxial mit der Längsachse des Triebwerkes angeordnet ist. Der Sauerstoff-Kollektor ist als Längsschnitt, längs der Triebwerks-Achse, in der rechten Hälfte der 19 dargestellt.
Der Sauerstoff-Kollektor hat einen ringförmigen Auffangschlitz für die O₂-angereicherte und N₂-abgemagerte Gas-Fraktion, der gegen die Gas-Strömungsrichtung (in 1; 3; 19 nach links) gerichtet ist, und hinten, auf der Gas-Abströmseite, verschlossen ist. Er ist mit radialen Hohlstreben am Triebwerks-Gehäuse befestigt, durch die die aufgefangene O₂-angereicherte und N₂-abgemagerte Gas-Fraktion zum Triebwerks-Gehäuse in einen ringförmigen Sammel-Kanal weiter geleitet wird. Aus dem Sammel-Kanal strömt die O₂-angereicherte Gas-Fraktion in den Rückkopplungs-Nebentrakt 29 des erfindungsgemäßen Triebwerkes.
Der ringförmige Sauerstoff-Kollektor 43, da er mittels der radialen Hohl-Streben mit dem Triebwerks-Gehäuse verbunden ist, bildet zwischen seinem Auffang-Körper und dem Triebwerks-Gehäuse einen ringförmigen Durchgangs-Schlitz, durch den die schwere Gas-Fraktion 41, am Sauerstoff-Kollektor vorbei, in das Triebwerks-Hinterteil strömt. Gleichzeitig hat der Sauerstoff-Kollektor in der Mitte seines Auffang-Körpers eine freie Durchgangs-Öffnung, durch die die leichte Gas-Fraktion 42, am Sauerstoff-Kollektor vorbei, ebenfalls in den Triebwerks-Hinterteil strömt. Dort, d.i. hinter dem Sauerstoff-Kollektor, vermischen sich die schwere und die leichte Gas-Fraktion wieder miteinander und beaufschlagen die Druckgas-Verwerter, wie z.B. die Arbeitsturbine 82, wenn es das erfindungegemäße IZ-Turbinen-Triebwerk ist, oder alternativ z.B. die Schubdüse 85, wenn es das erfindungegemäße IZ-Luftstrahl-Triebwerk ist. Dabei reicht der Druckgas-Erzeuger bis zum Trennflansch 124, hinter dem die Druckgas-Verwerter angeordnet sind. Die durch den Sauerstoff-Kollektor 43 aufgefangene O₂-angereicherte und N₂-abgemagerte Gas-Fraktion 40 wird durch den Rückkopplungs-Nebentrakt 29 zu einem Zwischenkühler 39 geleitet und strömt heruntergekühlt weiter zum Zusatz-Verdichter 45. Die danach hochverdichtete O₂-angereicherte Gas-Fraktion gelangt schließlich in die Brennkammer 2, wo sie den zugeführten Kraftstoff verbrennt, und wobei die N₂-Abmagerung für die Absenkung der NO_x-Verbindungen sorgt.
In der Brennkammer 2 wird der Kraftstoff in einem Potential-Wirbel verbrannt. Dafür wird die O₂-angereicherte Gas-Fraktion mit Hilfe der Druckgasleitung 65 tangential eingeführt. Die Brennkammer ist mit hochfeuerfester technischer Keramik ausgekleidet, weil die Temperatur in der Brennkammer über 2000° K liegt. Die Auskleidung hat einen Ringkanal um die Brennkammer, in die die Druckgasleitung 65 tangential einmündet. Aus dem Ringkanal münden mehrere tangentiale Öffnungen rings um die Brennkammer in die Kammer ein, wodurch der Potential-Wirbel angefacht wird.
In der Längsachse der Brennkammer und des Potential-Wirbels bildet sich ein sehr heißer Wirbel-Kern, weil die heißen und leichteren Gase sich in der Achse sammeln. Ein Ende des heißen Wirbel-Kerns mündet in die Überschall-Düse 3. Das andere Ende des heißen Wirbel-Kernes, gegenüber der Düse, würde in der Brennkammer-Wandung einen sehr heißen Punkt (Hot-Spot) erzeugen, dem die innere Wandverkleidung auf Dauer nicht Stand halten könnte. Um das zu vermeiden, befindet sich in der Wandauskleidung der Brennkammer, gegenüber des Düsen-Ausganges, ein "Kühlgas-Austritt" 63, der den heißen Wirbel-Kern von dieser Wandstelle zurückdrängt. Die "Kühlgas-Austrittsöffnung 63 befindet sich in der Mitte eines Abschirmkegels 64, wobei zwischen dem Abschirmkegel und der Brennkammer-Auskleidung ein Kegelspalt besteht, der auch durch die Druckgasleitung 65 gespeist wird. Die Gas-Strömung aus der "Kühlgas-Austrittsöffnung 63 wird dadurch erzeugt, daß im heißen Wirbelkern ein leichter Unterdruck gegenüber der Peripherie der Brennkammer herrscht.
Die Überschall-Düse 3 beaufschlagt, wie oben angeführt, den Überschall-Gas-Injektor 1 des erfindungsgemäßen Triebwerkes. Da die Leistung des Triebwerkes regulierbar ist, d.h. veränderlich ist, muß auch die Düse geometrisch variabel und im Ausflußquerschnitt veränderlich sein. Dafür dient eine besondere und zum erfinderischen Inhalt des Triebwerkes gehörende Kombi-Überschall-Verstelldüse 3, die aus einer Ringshals-Düse und einer in ihr koaxial angeordneten Laval-Düse besteht. Die Laval-Düse hat einen konstanten Ausflußquerschnitt, der für die Aufrechterhaltung des Triebwerk-Leerlaufes bemessen ist. Wenn die Triebwerksleistung ansteigt, öffnet auch die Ringhals-Düse ihren Ringhals, wodurch der Ausströmquerschnitt vergrößert wird.
Die erfindungsgemäße Kombi-Überschall-Verstelldüse 3 besteht aus einem Verstellschieber 4, einem brennkammerseits angeordneten Einlauftrichter 5, aus hochtemperatur-beständiger technischer Keramik, die auch wärmeleitend sein soll, einem Betätigungsring 60 und dem Verstell-Mechanismus 6. Die Wärmeleitung des Einlauftrichters 5 hat die Aufgabe, die sich in der Düse adiabatisch entspannenden Brenngase nachzuheizen, um den thermischen Wirkungsgrad des Triebwerkes zu erhöhen. Der Einlauftrichter 5 hat einen zentralen Durchgangs-Kanal mit dem Halsquerschnitt der Laval-Düse. Der Außenrand des Einlauftrichters ist nach außen gestülpt und bildet eine Lippe des Ringhals-Querschnittes der Ringhals-Düse; während die zweite Lippe des Ringhals-Querschnittes die nach innen gezogene Austrittsöffnung der Brennkammer ergibt. Zwischen diesen beiden Lippen entsteht der Ringhals-Querschnitt.
Am inneren Umfang der Austrittsöffnung der Brennkammer ist ein Dreieck-Zackenmuster 80 eingearbeitet, das einen an seiner Mantelfläche längszerfurchten Düsenstrahl erzeugt. Der zerfurchte Düsenstrahl verstärkt die turbulente Vermischung des Düsenstrahl es mit der Ansaugluft.
Der Verstell-Schieber 4 ist mittels stromlinienförmiger und radial sternförmig nach außen weisenden Stützstreben am Betätigungsring 60 befestigt. Die Stützstreben sind am rohrförmigen Verstell-Schieber 4 schräg zur Längsachse des Schiebers, d.i. schraubenförmig, positioniert, um die Gas-Drallbewegung anzufachen. Der Verstellschieber 4 und seine radialen Stütz-Streben können aus einer metallischen Superlegierung bestehen, weil in seinem Bereich die ausströmenden Düsengase schon adiabatisch entspannt und heruntergekühlt sind und außerdem ein Teil der Stütz-Streben und der Betätigungsring 60 schon im kalten Ansaugstrom des Triebwerkes liegen. Der Verstellschieber ist auch noch beiderseitig jedes Befestigungspunktes der Stütz-Streben an seiner Außenkontur nach der sog. "Flächenregel" der Gasdynamik eingezogen 86, um die dort entstehenden schrägen Überschall-Stoßwellen zu unterdrücken.
Zur Ausflußquerschnitts-Verstellung der Überschall-Verstelldüse 3, d.h. insbesondere zur Verstellung des Einlauftrichters 5 mit dem Düsen-Ringhals-Querschnitt, und des Betätigungsringes 60 in Längsrichtung des Triebwerkes dient der Verstell-Mechanismus 6, der aus mindestens drei Verstellspindeln mit Mutter-Ritzeln besteht, die mittels eines sternförmigen Rollenkettenzuges miteinander verbunden sind. Die Mutter-Ritzel werden durch einen Stellmotor in beiden Drehrichtungen mit jeweils nur wenigen Umdrehungen angetrieben. Die Düsen-Ausflußquerschnitts-Verstellung ist erforderlich, um den Arbeitspunkt des Zusatz-Verdichters 45, der z.B. ein Zentrifugalverdichter ist, immer auf, bzw. in der Nähe, der Steuerungslinie 77 zu halten, die in etwa "parallel" zur Pumpgrenze 106 des Zusatz-Verdichters gelegt ist, 20.
Für die Steuerung des Stellmotors der Überschall-Düse 3 dient die erste Steuerungsgruppe 55. Sie besteht aus vier Druck-Messdosen 56; 57; 58; 59 1 und 3, die die Steuersignale von vier Messpunkten des Triebwerkes erhalten. Die Signale für das Druckverhältnis des Zusatz-Verdichters 45: das ist für die Y-Achse des Verdichter-Kennfeldes, 20, erhalten zwei Druck-Messdosen 56 und 57 von den Mess-Punkten 48 vor, und 49 hinter dem Zusatz-Verdichter 45. Die Sig nale für den Massenfluß des Zusatz-Verdichters 45, das ist für die X-Achse des Verdichter-Kennfeldes, 20, erhalten die Druck-Messdosen 58 und 59 von den Mess-Punkten 47 vor, und 48 hinter dem Rückkopplungs-Nebentrakt 29, in den der Zwischen-Kühler 39 eingefügt ist. Hierbei wächst bei anwachsendem Massenfluß die Druck-Differenz zwischen den beiden Messpunkten 47 und 48 infolge des Kühler-Durchfluß-Widerstandes und fällt bei absinkendem Massenfluß entsprechend.
Den Signalen der ersten Steuerungs-Gruppe 55 sind die Bewegungen des Leistungshebels 54 des Triebwerkes überlagert, wobei in sein Gestänge eine, z.B. hydraulische, Verzögerungs-Vorrichtung 107 eingefügt ist, um bei "Gas-Rücknahme" dem kleineren Luftbedarf der Brennkammer die abfallende Verdichter-Drehzahl anzupassen.
Die erste Steuerungsgruppe 55 mit Druck-Messdosen ist nur die einfachste Ausführungsform der Steuerungsgruppe, die bei weiterer Entwicklung des erfindungsgemäßen Triebwerkes durch z.B. piezoelektrische Druckmessgeber und elektronische Schaltkreise ersetzt werden sollen.
Die schnellere elektronische Signalübertragung dürfte den Vorteil haben, die Abweichungen der Betriebspunkte des Zusatz-Verdichters 45 von der Steuerungslinie 77 im Verdichter-Kennfeld, 20, möglichst klein zu halten.
Der Zusatz-Verdichter 45 dient auch als Start-Verdichter für das ganze erfindungegemäße Triebwerk. Er erzeugt den Anfangsdruck in der Brennkammer 2 und setzt den Start-Düsenstrahl 8 des Stoßwellen-Verdichters 10 in Gang. Dadurch wächst auch der Druck in der Saugleitung des Zusatz-Verdichters 29, der dadurch auch wieder einen höheren Druck erzeugt. Dieses gegenseitige Druckerhöhungs-Spiel stuft sich gegenseitig hoch, bis im Triebwerk das Leerlauf-Druckniveau erreicht ist.
Der Zusatz-Verdichter 45 kann ein mäßiges bis mittleres Druckverhältnis aufweisen und ist z.B. ein Zentrifugal-Verdichter. Der Verdichter wird während des Betriebes des erfindungegemäßen Triebwerkes durch eine Hilfsmaschinen-Antriebsturbine 46 permanent angetrieben.
Das Gesamt-Druckverhältnis des erfindungsgemäßen Triebwerkes liegt aber wesentlich höher. Wenn der Überschall-Gas-Injektor 1 ein Druckverhältnis von 12 : 1 hat und der Zusatz-Verdichter 45 noch einmal ein Druckverhältnis von 3 : 1 hat, ergibt das zusammen ein Druck verhältnis von:
12 × 3 : 1 = 36 : 1;
Wenn hingegen der Überschall-Gas-Injektor 1 ein Druckverhältnis von 15 : 1 hat und das Druckverhältnis des Zusatz-Verdichters 45 noch einmal 4 : 1 ist, ergibt das ein Gesamtdruckverhältnis von:
15 × 4 : 1 = 60 : 1 u.s.w.
Der Zusatz-Verdichter wird vom elektrischen Starter-Motor 50 während des Startvorganges angetrieben. Sobald der Überschall-Injektor 1 den Gasdruck im Triebwerk auf Leerlaufniveau erhöht, übernimmt die Hilfsmaschinen-Antriebsturbine 46 den Antrieb des Zusatz-Verdichters. Gleichzeitig treibt die Hilfsmaschinen-Antriebsturbine über das Getriebe 51 auch die anderen Hilfsmaschinen 52 und die Kraftstoffpumpe 53 an. Wegen des relativ kleinen Druckverhältnisses des Zusatz-Verdichters 45 kann der elektrische Startermotor 50 eine mäßige Leistung aufweisen.
Der Läufer des Zusatz-Verdichters ist zweckmäßig fliegend ausgeführt, um auf seiner heißen Seite kein Lager zu benötigen.
Der Überschall-Düsenstrahl aus Düse 3 durchquert den Ansaugstutzen und Lufteinlauf 25 des erfindungsgemäßen Triebwerkes, der zwischen der Brennkammer 2 und dem Überschall-Stoßwellen-Verdichter 10 angeordnet ist, so daß der heiße Überschall-Gasstrahl 8 aus der Düse 3 unmittelbar auf die kalte Ansaugluft trifft. In diesem Bereich herrscht Unterdruck 125 im Verhältnis zur Außenatmosphäre, oder auch Unterdruck zu einem Basisdruck bei Triebwerken mit geschlossenem Kreislauf. Der Unterdruk und der, wie o.a., an seinem Außenmantel längs-zerfurchte Überschall-Strahl 8 ergeben eine optimale turbulente Vermischungszone zwischen Düsenstrahl und Ansaugluft. Der Ansaugstutzen weist im wesentlichen eine kegelförmige und nach innen zusammenlaufende Luftführung auf, wobei der äußere Einlauf in den Ansaugstutzen z.B. radial 25, 1 und 3 sein kann, aber auch rings um die Brennkammer 2 axial sein kann, wenn es z.B. ein Luftstrahl-Triebwerk ist.
Das erfindungsgemäße Triebwerk hat auch noch eine zweite Steuerungsgruppe 30, die zur Durchfluß-Querschnitts-Regelung der Arbeitsturbine 82 oder alternativ der Schub-Düse 85 dient.
Aus den oberen Ausführungen bezüglich des Überschall-Injektors 1 geht hervor, daß die Durchfluß-Querschnitte der Arbeitsturbine bzw. der Schubdüse veränderlich sein müssen, um den Abstand 15 des geraden Verdichtungs-Stoßes 14 im Ende des Stoßwellen-Verdichters 10 örtlich zu stabilisieren. Dafür dienen zwei Druckentnahme-Messpunkte 27 und 28 in den Wänden des Stoßwellen-Verdichters, nahe vor und hinter der Soll-Ortslage des geraden Verdichtungsstoßes 14 (Literatur V, am Ende der Beschreibung). Die Druckentnahme-Messpunkte übertragen über die Leitungen 33 und 34 Druck-Steuerimpulse zu zwei Druck-Messdosen 31 und 32, die sie in elektrische Steuer-Impulse wandeln, den Durchfluß-Querschnitt des Turbinen-Düsenkranzes 83 der Arbeitsturbine 82 verändern, wenn es ein IZ-Turbinen-Triebwerk ist, 1; oder den Durchfluß-Querschnitt der Schubdüse 85 verändern, wenn es ein IZ-Luftstrahl-Triebwerk ist, 3.
Die Schubdüse 85 ist auch eine Kombi-Überschall-Verstelldüse, sie hat denselben prinzipiellen Aufbau wie die Kombi-Überschall-Verstell- Düse 3 der Brennkammer und besteht auch aus einer Ringhalsdüse und einer in ihr koaxial angeordneten Lavaldüse, wobei die Ringhalsdüse geometrisch veränderbar ist. Die Düse hat einen Verstell-Schieber 69 in Rohrform mit an seiner Außenseite sternförmig angeordneten und radial nach außen weisenden Stütz-Streben, wobei die Außenkontur des Schiebers jeweils beiderseits der Streben gemäß der sog. Flächenregel der Gasdynamik eingezogen ist 90, einem Einlauftrichter 70 aus technischer Keramik, die hochtemperaturbeständig und wärmeleitend ist, damit den in der Düse sich entspannenden Gasen Wärme zugeführt wird 122, wie im Kreisprozess, 25 dargestellt, einem Betätigungsring 87, an den die o.a. Stütz-Streben des Verstell-Schiebers 69 befestigt sind und einem Verstellmechanismus 88.
Die Verstellung des Durchfluß-Querschnittes der Schubdüse 85 erfolgt auch durch hin-und her Längsverschiebung des Verstell-Schiebers 69, des Einlauftrichters 70 und des Betätigungsringes 87, was den Düsen-Ringhals-Querschnitt verändert. Der Betätigungsring ist an mindestens drei Roll-Spießen des Verstell-Mechanismus 88 befestigt und Antriebs-Ritzel der Spieße sind untereinander durch einen sternförmigen Kardanwellen-Zug verbunden. Der Verstellmechanismus 88 hat einen Stellmotor, der die Verstellsignale der Druck-Messdosen 31 und 32 in Steuerbewegungen umsetzt.
Das Funktionsprinzip der zweiten Steuerungsgruppe 30 beruht darauf, daß bei Vorwärts-Wanderung des geraden Verdichtungsstoßes 14 in die Position 14b im Stoßwellen-Verdichter 10, in der Schubdüse 85 der Durchfluß-Querschnitt etwas vergrößert wird, was den geraden Verdichtungs- Stoß 14 wieder zurückverlagert, während bei Rückwärts-Wanderung des geraden Verdichtungsstoßes 14 in die Position 14a im Stoßwellen-Verdichter 10, in der Schubdüse 85 der Durchfluß-Querschnitt etwas verkleinert wird, was den geraden Verdichtungs-Stoß 14 wieder vorverlagert.
Beim IZ-Turbinen-Triebwerk, 1, erfolgt die Steuerung des geraden Verdichtungsstoßes 14 im Stoßwellen-Verdichter 10 auch durch Veränderung des Durchfluß-Querschnittes, aber hier des Düsenkranzes 83 der Arbeitsturbine 82.
Die Arbeitsturbine 82 ist z.B. zweistufig, 1, und hat einen Düsenkranz 83, der am Umfang mehrere gleichmäßig verteilte Voll-Kreissegmente zwischen den Düsenschaufeln aufweist. Vor dem Düsenkranz ist eine Drehblende 79 mit ebenfalls vollen Abdeck-Kreissegmenten angeordnet, deren jeweilige Breiten und Verteilung am Umfang den Vollsegmenten des Düsenkranzes entsprechen. Wenn die Abdeck-Kreissegmente der Drehblende 79 genau vor den Vollsegmenten des Düsenkranzes 83 liegen, hat der Düsenkranz den größten Durchfluß-Querschnitt. Wird die Drehblende etwas um die Längsachse des Triebwerkes verdreht, verkleinert das den Durchfluß-Querschnitt des Düsenkranzes. Die Drehblende ist an ihrer Peripherie in einem DoppelTrocken-Kugellager oder Rollenlager 81 gelagert, was Steuer-Drehbewegungen der Drehblende nach beiden Drehrichtungen ermöglicht. Für die Drehbewegungen der Drehblende dient ein Verstellmechanismus 108 mit Stellmotor, der seine Steuersignale von der zweiten Steuerungsgruppe 30 über die Druck-Messdosen 31 und 32, 1, erhält.
Das Funktionsprizip der Steuerungsgruppe 30 beruht hierbei auf der gleichen Weise wie bei der o.a. Überschall-Schubdüse 85. Bei Vorwärts-Wanderung des geraden Verdichtungsstoßes 14 in die Position 14b im Stoßwellen-Verdichter 10, wird der Düsenkranz-Durchfluß-Querschnitt der Arbeitsturbine 82 etwas vergrößert, was den geraden Verdichtungs-Stoß 14 wieder zurückverlagert; während bei Rückwärts-Wanderung des geraden Verdichtungsstoßes 14 in Position 14a im Stoßwellen-Verdichter 10, der Düsenkranz-Durchfluß-Querschnitt der Arbeitsturbine 82 etwas verkleinert wird, 17 und 18, was den geraden Verdichtungsstoß 14 wieder vorverlagert (Noch einmal Literatur V, am Ende der Beschreibung).
Die zweite Steuerungsgruppe 30 mit Druck-Messdosen ist nur die einfachste Ausführungsform der Steuerungsgruppe, die bei weiterer Entwicklung des erfindungsgemäßen Triebwerkes durch z.B. piezoelektrische Druckmessgeber und elektronische Schaltkreise ersetzt werden sollen. Die elektronische Signalübertragung dürfte den Vorteil einer kürzeren Ansprechzeit haben, womit man den Abstand 15 zwischen dem geraden Verdichtungsstoß 14 und dem Halsquerschnitt 13 des Stoßwellen-Verdichters 10 noch kleiner halten könnte. Damit könnte man den Druck am Ende des Diffusors 16 und in der Entmischungskammer 19 noch etwas erhöhen, 1; 3; 18, und den Wirkungsgrad des Triebwerkes noch etwas verbessern.
Für Elektrizitäts-Werke, aber auch für andere große Antriebe, z.B. Schiffe, Lokomotiven e.t.c., dürfte es vorteilhaft sein, dem erfindungsgemäßen Triebwerk auch noch einen Dampf-Kreislauf, 6, hinzuzufügen. Dabei kann die Wärme des Stoßwellen-Verdichters 10 zur Speisewasser-Vorwärmung 97, der Auspuffkanal 109 zur Dampferzeugung 98 und der Zwischenkühler 39 zur Dampfüberhitzung genutzt werden. Der Dampfkreislauf würde dabei die sonst an die Luft abgegebene Restwärme auch nutzen und den Gesamt-Wirkungsgrad des Triebwerkes weiter optimieren.

– Außerdem ist eine vereinfachte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektor-Zentrifugen-Turbinen/Luftstrahl-Triebwerkes mit der Bezeichnung Simplex-Triebwerk vorgesehen.

Das Simplex-Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk als auch das Simplex-Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk hat keinen mitwirkenden und permanent angetriebenen Zusatz-Verdichter 45 und keinen Zwischen-Kühler 39. Der Zusatz-Verdichter 45 dient nur als Start-Gebläse für das gesamte Triebwerk, wofür er vom elektrischen Startermotor 50 periodisch angetrieben wird. Sobald das Triebwerk anspringt, wird der el. Startermotor abgeschaltet. Damit stoppt auch der Zusatz-Verdichter und danach strömt die im Überschall-Injektor 1 verdichtete sauerstoff-angereicherte Gas-Fraktion durch das Gehäuse des gestoppten Zusatz-Verdichters direkt in die Brennkammer 2. Alternativ wird der Startvorgang des Simplex-IZT/L-Triebwerkes auch mit Hilfe einer pyrotechnischen Kartusche vorgesehen. Das kann entweder, wie aus der Luftfahrttechnik bekannt, mittels einer kleinen Turbine erfolgen, die durch die pyrotechnische Kartusche beaufschlagt wird oder der Startvorgang des erfindungegemäßen Triebwerkes wird direkt durch den Strömungs-Impuls der pyrotechnischen Kartusche auf den Strömungsvorgang im Triebwerk eingeleitet.
Das Simplex-Injektor-Zentrifugen-Turbinen/Luftstrahl-Triebwerk hat eine kleinere Gesamt-Verdichtung und einen kleineren, aber doch noch respektablen, Wirkungsgrad. Der dazugehörige Kreisprozess im T,s – Diagramm ist in 25 mit punktierter Linie 123 dargestellt. Erläutert ist das T,s – Diagramm in der Beschreibung zu 25.
Das Simplex-Triebwerk hat auch noch eine besondere Bedeutung als Notfall-Triebwerk.
Sollte beim erfindungegemäßen IZ-Luftstrahl-Triebwerk als Flugzeugantrieb, z.B. bei einer Atlantik-Überquerung, der Zusatz-Verdichter 45 – durch Lagerschaden oder aus anderen Gründen – ausfallen, verwandelt sich das erfindungegemäße Triebwerk automatisch, d.i. ohne Zutun des Piloten, in ein Simplex-IZ-Luftstrahl-Triebwerk und kann ohne Unterbrechung das Flugzeug weiter antreiben! Wegen der verringerten Verdichtung und dem verringerten Wirkungsgrad, muß der Pilot mehr "Gas" geben, wenn er die vorherige Leistung in etwa aufrecht erhalten will. Das erhöht aber den Verbrauch.
Dabei verlagert sich im Kreisprozess, T,s-Diagramm 25, die Wärmezufuhr von der Isobare des Zusatz-Verdichters 45 (2) automatisch auf die (mittig gezeigte) Isobare des Stoßwellen-Verdichters 10.
Diese automatische Verwandlung gilt auch für das erfindungsgemäße Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk (IZT-Triebwerk).
Die vorhergehende Beschreibung und die Zeichnungen präsentieren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Es sind aber auch Aggregate und Teile von Raketen-Triebwerken, von Systemen für Elektrizitäts-Werke sowie Aggregate und Teile für nichtmotorische Zwecke des allgemeinen Maschinenbaues mit eingeschlossen, die auch dem Sinn und der Konzeption der vorliegenden Erfindung entsprechen.
LITERATUR – HINWEISE von I bis V.
LITERATUR I
Erläuterung:
In einer parallelen Strömung mit Überschall-Geschwindigkeit aus einer länglich rechteckigen Mündung in ein Überdruckgebiet, entstehen an den Mündungskanten flache schräge Verdichtungswellen.
Literaturtext:

1). "Bei Strahlen, die aus kreisförmigen Öffnungen kommen, sind die Verhältnisse wegen der kegelförmigen Durchkreuzungen der Wellen, durch die sie stark verändert werden, weit weniger einfach". Quelle: Prof.Dr.L.Prandtl: "Führer durch die Strömungslehre" 1944, Seite 257, Zeilen 8 bis 15.
2). ** Die vorerwähnte Analyse gilt für einen rechtwinkligen Diffusor-Einlauf. Die gleiche Grundregel gilt für einen Spieß und einen Doppelspieß für die Auslösung von schrägen konischen Stoßwellen, bevor die angesaugte Luft... ** Quelle: Oswatitsch: "The Efficiency of Schock-Diffusers, NACA Tech Memo 1140, 1947. Folglich: entstehen bei Strahlen aus kreisförmigen Öffnungen kegelige Verdichtungs-Wellen.

LITERATUR II

Eine analoge Strömungskonfiguration aus der Luftfahrt.
Fig.11–16 ** Spieß und Diffusor-Einlauf für hohe Druckverhältnisse bei Überschall-Geschwindigkeiten ** Quelle: K. Oswatitsch, The Efficiency of Shock Diffusers, NACA Tech. Memo. 1140, 1947.
Fig.11–20 ** Überschall-Flugzeug-Lufteinlauf-System mit festem Einlauf-Querschnitt und Triebwerk-Bypass-System für die Überschuß-Luft **. Quelle: L.M.Randall, Designing Air Induction Systems for Supersonic Aircraft, SAE Journal, 70:61 (November, 1962).

LITERATUR III

Ein analoges Strömungsverhalten aus der Luftfahrt.
Fig.3 ** System eines Überschall-Einlaufes, das die Wirkungsweise des Zentralkörpers und der Bypass-Klappen veranschaulicht **.
Fig.5 ** Angesprungener Zustand, zeigt den geraden Verdichtungsstoß, der etwas stromabwärts des Halsquerschnittes steht. Die Aufgabe der Steuerung ist, ihn dort festzuhalten **.
Fig.6 ** Nichtangesprungener Zustand, zeigt den geraden Verdichtungsstoß, der jetzt vor der Haubenlippe steht. Die Strömung ist unstetig, die Druck-Gewinnung niedrig **.

Text:

** Wenn der gerade Verdichtungsstoß leicht stromabwärts des Halsquerschnittes steht, arbeitet der Lufteinlauf mit dem höchsten Wirkungsgrad. Die Verkleinerung der Bypass-Strömung verschiebt den geraden Verdichtungsstoß dichter an den Halsquerschnitt, mit Verbesserung der Druck-Rückgewinnung.
Eine automatische Steuerung ist im Gebrauch, um diesen Zustand zu erlangen. Die Steuerung misst den Kanal-Druck und positioniert die Bypass-Klappen so, daß der Stoß stromabwärts des Halsquerschnittes gehalten wird, ohne ihn auszustoßen. 5 zeigt das Strömungs-Muster und die Stromlinien, wenn der Einlauf auf diese Weise arbeitet **. Quelle: SAE Journal, October 1967, Volume 75, Number 10.

LITERATUR IV

Text: "Die Ähnlichkeit der Strömung durch eine Düse mit den Vorgängen beim Überströmen von Wasser über ein Wehr ist unverkennbar. In der Tat spielt dort die Grundwellengeschwindigkeit dieselbe Rolle, wie hier die Schallgeschwindigkeit".
Prof. Dr. L. Prandtl, "Führer durch die Strömungslehre", 1944, Seite 250.
Bezug: Züricher Dissertation von E. Freiswerk, in Mitteilungen aus dem Institut für Aerodynamik an der E.T.H. Zürich, Heft 7 (1938).

LITERATUR V

Eine analoge Anordnung der Druckentnahme-Messpunkte und eine analoge Funktionsweise der Orts-Stabilisierung des geraden Verdichtungsstoßes aus der Luftfahrt.
** Meßsonden sind im Bereich des geraden Verdichtungsstoßes angebracht, um auf die Verdichtungsstoß-Bewegungen entlang des Kanals zu reagieren **.

Fig.8 ** Angenommenes SST(Überschall-Verkehrsflugzeug) Einlauf-Steuerungs-System, das die Primär-und Nebensteuerung zeigt **. Quell: SAE Journal, October 1967, Volume 75, Number 10.

Claims

Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk mit folgenden Merkmalen: 1) das Injektor-Zentrifugen Turbinen-Triebwerk/Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk (gemeinsame Kurzbezeichnung: IZT/L-Triebwerk) ist eine Brennkraftmaschine, die mit einem kontinuierlich strömenden gasförmigen Arbeitsmedium, z.B. Luft, arbeitet, 2) das Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk (einzelne Kurzbezeichnung: IZT-Triebwerk) ist ein Rotations-Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge aller Art und stationäre Arbeitsmaschinen, 3) das Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk (einzelne Kurzbezeichnung: IZL-Triebwerk) ist ein Luftstrahl-Antriebstriebwerk für Flugzeuge aller Art, 4) das IZT/L-Triebwerk hat eine kontinuierliche Verbrennung mit hohen Temperaturen, 5) das IZT/L-Triebwerk hat ein hohes Druckverhältnis, 6) das IZT/L-Triebwerk hat einen hohen Wirkungsgrad, 7) das IZT/L-Triebwerk weist eine hohe Energiedichte auf; DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS 8) das IZT/L-Triebwerk aus einem erfindungsgemäßen Druckgas-Erzeuger und verschiedenen erfindungsgemäß modifizierten Druckgas-Verwertern besteht, 9) der erfindungsgemäße Druckgas-Erzeuger aus einem Überschall-Gas-Injektor (1), einer Gas-Zentrifuge (26; 17; 20; 19; 43), einem Rückkopplungs-Kreislauf (29), aus mindestens einer Rohrleitung, mit Zusatz-Verdichter (45) und Hilfsmaschinen-Satz (44), mindestens einer Brennkammer (2) und mindestens einer Überschall-Düse (3) besteht, 10) der Überschall-Gas-Injektor aus einem Überschall-Stoßwellen-Verdichter (10) und einem Unterschall-Diffusor (16) besteht, 11) der Überschall-Gas-Injektor die Umgebungsluft ansaugt und sie verdichtet und als erste Verdichtungsstufe des Triebwerkes dient, 12) die Gas-Zentrifuge in den Überschall-Gas-Injektor (1) integriert ist und mit dem Injektor das gleiche Gehäuse hat. 13) die Gas-Zentrifuge aus ortsfesten Drallschaufeln (26) im Ansaugstutzen des Triebwerkes, ortsfesten Turbulenz-Gleichrichter-Drallschaufeln (17) im Ende des Stoßwellen-Verdichters (10), Drall-Verstärker-Schaufeln (20) im Ende des Unterschall-Diffusors (16) einer Entmischungs-Kammer (19) und einem Sauerstoff-Kollektor (43) besteht. 14) der Überschall-Gas-Injektor, und insbesondere sein Stoßwellen-Verdichter (10) und Unterschall-Diffusor (16), mit der Gas-Zentrifuge erfindungsgemäß derart kombiniert ist, dass die im Injektor turbulent vermischten Verbrennungsgase und Ansaugluft in der Gas-Zentrifuge wieder weitgehend entmischt und separiert werden, insbesondere in eine sauerstoff-angereicherte und CO₂-abgemagerte und N₂-abgemagerte Gas-Fraktion (40), die als Verbrennungsluft dient, womit das erfindungsgemäße Triebwerk eine Brennkraftmaschine mit einer Aufbereitungs-Einrichtung für die Verbrennungsluft ist, 15) die sauerstoff-angereicherte Gas-Fraktion (40) durch den Rückkopplungs-Kreislauf (29), der ein Triebwerks-Nebentrakt ist und einen Zwischen-Kühler (39) umfasst, dem Zusatz-Verdichter (45) zugeführt wird, der als zweite Verdichtungs-Stufe des erfindungsgemäßen Triebwerkes dient, 16) nach der zweiten Verdichtungs-Stufe, gemäß Merkmal 15, die hochverdichtete und sauerstoff-angereicherte Gas-Fraktion (40) in die Brennkammer (2) geleitet wird, wo sie zur Verbrennung des zugeführten Kraftstoffes dient, 17) die N₂-Abmagerung in der Gas-Fraktion (40) die Bildung von NO_x-Verbindungen begrenzt, 18) die heißen Verbrennungsgase aus der Brennkammer (2) durch die Düse (3) als überschall-schneller Gas-Strahl (8) herausströmen, 19) der überschall-schnelle Gas-Strahl (8), gemäß Merkmal 18, zur Beaufschlagung des Überschall-Gas-Injektors (1) dient und den Rückkopplungs-Kreislauf schließt, 20) die in der Gas-Zentrifuge ebenfalls separierte spezifisch schwerere CO₂-Gas-Fraktion (41) und die spezifisch leichtere N₂; CO; NO; H₂O; H₂... Gas-Fraktion (42) am Sauerstoff-Kollektor (43) in den Triebwerks-Hinterteil vorbei strömen, den Triebwerks-Haupttrakt bilden und zur Beaufschlagung der Druckgas-Verwerter dienen, 21) ein Druckgas-Verwerter eine erfinderisch modifizierte Arbeits-Turbine (82) ist, wobei der erfindungsgemäße Druckgas-Erzeuger zusammen mit der Arbeits-Turbine das Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk (IZT-Triebwerk) bildet, das als Rotationsantrieb für Kraftfahrzeuge, Lokomotiven, Schiffe u.s.w. und ortsfeste Arbeitsmaschinen u.s.w. dient, 22) ein anderer alternativer Druckgas-Verwerter eine erfinderisch modifizierte aerodynamische Schubdüse (85) ist, wobei der erfindungsgemäße Druckgas-Erzeuger zusammen mit der Schubdüse das Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk (IZL-Triebwerk) bildet, das als Strahlantrieb für Flugzeuge, Raumtransport-Systeme u.s.w. dient, 23) noch ein anderer alternativer Druckgas-Verwerter ein Nachbrenner (115) mit der erfinderisch modifizierten aerodynamischen Schubdüse (85) ist, wobei der erfindungsgemäße Druckgas-Erzeuger zusammen mit dem Nachbrenner und der Schubdüse das Injektor-Zentrifugen-Nachbrenner-Luftstrahl-Triebwerk (einzelne Kurzbezeichnung: IZNL-Triebwerk) bildet, das als überstarker Strahlantrieb für Flugzeuge, Raumtransport-Systeme u.s.w. dient, 24) das erfindungsgemäße Triebwerk, als Turbinen-oder Luftstrahl-Antrieb mit und ohne Nachbrenner, die Fähigkeit einer besonders schnellen Leistungs-Aufnahme beim "Gasgeben" hat, 25) das erfindungsgemäße Triebwerk geeignet ist in allen Größenordnungen gebaut zu werden: von ganz klein, um für den Antrieb von Kraftfahrzeugen und auch sehr kleinen Kraftfahrzeugen zu dienen; bis ganz groß, um für den Antrieb von Flugzeugen und auch sehr großen Flugzeugen, Raumtransport-Systemen u.s.w. zu dienen, 26) das erfindungsgemäße Triebwerk geeignet ist auch in Kombination mit einem Dampf-Kreislauf gebaut zu werden, um für den Antrieb von Elektrizitäts-Werken, Schiffen, Lokomotiven u.s.w. zu dienen, 27) das erfindungsgemäße Triebwerk geeignet ist auch in einer vereinfachten Ausführungsform, als Simplex-Injektor-Zentrifugen Turbinen/Luftstrahl-Triebwerk (gemeinsame Kurzbezeichnung: SIZT/L-Triebwerk), ohne Zusatz-Verdichter (45) und ohne Zwischenkühler (39) mit verringertem Druckverhältnis und verringertem Wirkungsgrad, gebaut zu werden, um als vereinfachter Antrieb für Kraftfahrzeuge, stationäre Maschinen u.s.w., Flugzeugeu.s.w. zu dienen, 28) das Simplex-Triebwerk insbesondere bei Flugzeugen geeignet ist als Notfall-Triebwerk zu dienen, in welches sich das erfindungsgemäße Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk(IZL-Triebwerk) automatisch verwandelt, wenn z.B. der Zusatz-Verdichter (45) ausfallen sollte, 29) das erfindungsgemäße Triebwerk auch als eine allgemeine Wärmekraftmaschine geeignet ist, auch z.B. mit geschlossenem Kreislauf und mit anderen Arbeitsmedien als Luft gefüllt u.s.w., und damit zur Nutzung jeder beliebigen Wärmequelle dienen kann.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) der Ansaugstutzen (25) des Triebwerkes zwischen der Brennkammer (2) und dem Überschall-Stoßwellen-Verdichter (10) angeordnet ist, so dass der heiße Überschall-Gas-Strahl (8), der aus der Düse (3) heraustritt, unmittelbar auf die kalte Ansaugluft trifft, 2) der genannte Ansaugstutzen-Bereich einen Unterdruck (125) im Verhältnis zur Außenatmosphäre aufweist, oder einen Unterdruck im Verhältnis zu einem Basisdruck-Niveau bei Triebwerken mit geschlossennem Gaskreislauf, 3) der Ansaugstutzen eine im wesentlichen kegelförmige und nach innen zusammenlaufende Luftführung aufweist, 4) der äußere Einlauf in den Ansaugstutzen sowohl radial (25), aber auch rings um die Brennkammer (2) axial sein kann, wenn es z.B. ein Luftstrahl-Triebwerk (IZL-Triebwerk) ist.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) der Überschall-Stoßwellen-Verdichter (10) aus einem konvergierenden Rohrabschnitt von selektiver Länge und einem anschließenden kurzen divergierenden Rohr-Abschnitt besteht, beide bevorzugt mit Kreis-Querschnitt, 2) die Länge des konvergierenden Rohr-Abschnittes in einer besonderen Beziehung zu seinem Durchmesser, seinem inneren Verjüngungs-Winkel (β) und zur Strahl-Geschwindigkeit der Überschall-Düse (3) steht, 3) zwischen den beiden genannten Rohr-Abschnitten ein Hals-Qerschnitt (13) des Stoßwellen-Verdichters gebildet wird, 4) die durch den Überschall-Düsenstrahl (8) angesaugte und mit dem Düsen-Strahl vermischte Ansaugluft in den Stoßwellen-Verdichter hineingetrieben und bis über die Schall-Geschwindigkeit beschleunigt wird, und beide genannten Gasarten wieder in einer gemeinsamen Überschall-Verdichtung verdichtet werden, 5) die Überschall-Verdichtung am Anfang des konvergierenden Rohr-Abschnittes mit dem Machschen-Winkel (α) des Düsen-Strahles (8), als erste schräge, hier konische Stoßwelle (wegen des runden Rohres), einsetzt, 6) die konischen Verdichtungs-Stoßwellen, infolge der Länge des konvergierenden Rohr-Abschnittes, an den gegenüberliegenden Rohrwänden mehrmals reflektiert werden, was Druck-Steigerungen im Takt der Stoßwellen ergibt, 7) die Stoßwellen sich in der Rohr-Achse durchkreuzen, 8) die Durchkreuzungs-Entfernungen durch die mehrmaligen Reflexionen und die Konvergenz des Rohr-Abschnittes immer kleiner und die Stoßwellen immer steiler werden. 9) die Länge des konvergierenden Rohr-Abschnittes dadurch gekennzeichnet ist, dass in seinem Ende die Neigungswinkel der Stoßween (γ), im Verhältnis zur Symmetrieachse des Stoßwellen-Verdichters, nach der Formel γ = α + 2β. n. Z; 90° noch nicht erreicht haben, das heißt, dass im anschließenden Halsquerschnitt (13) des Stoßwellen-Verdichters noch eine mäßige Überschall-Geschwindigkeit herrscht, 10) die Strömung in den divergierenden Rohr-Abschnitt noch mit mäßiger Überschall-Geschwindigkeit eintritt, 11) die Strömung im geraden Verdichtungsstoß (14), im Abstand (15) hinter dem Halsquerschnitt (13), in Unterschall-Geschwindigkeit umschlägt, 12) der gerade Verdichtungsstoß (14) durch Androsselung des Ausflusses aus dem Diffusor (16) hervorgerufen wird, 13 die Größenordnung der Androsselung die Ortslage des geraden Verdichtungsstoßes (14) hinter dem Halsquerschnitt (13) vorbestimmt, 14 die Größenordnung der Androsselung, und somit die Ortslage des Verdichtungsstoßes (14), die zweite Steuerungs-Gruppe (30) laufend steuert,
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) an den Überschall-Stoßwellen-Verdichter (10) der Unterschall-Diffusor (16) anschließt, in dem der Druck unterschallmäßig weiter ansteigt, 2) im Ende des Stoßwellen-Verdichters, das also gleichzeitig der Anfang des Unterschall-Diffusors (16) ist, die Turbulenzgleichrichter-Drallschaufeln (17), und im Ende des Unterschall-Diffusors die Drall-Verstärker-Schaufeln (20) angeordnet sind, 3) beide Schaufelarten ortsfest und außen befestigt sind, vom Triebwerks-Gehäuse radial nach innen weisen und keine Nabe haben.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) für die Erzeugung des Gas-Zentrifugen-Effektes eine intensive Drallbewegung der ganzen Gassäule im erfindungsgemäßen Triebwerk dient, wofür die angeführten Drallschaufeln (26; 17; 20) sorgen, 2) die rotierende Gas-Säule aus Verbrennungsgasen und angesaugter Luft sich infolge der Zentrifugalkräfte weitgehend wieder entmischt und nach den spezifischen Gewichten der Gase koaxiale Ring-Zonen bildet, 3) die ringförmigen Anreicherungs-bzw. Abmagerungs-Gas-Fraktionen sind: eine CO₂-angereicherte schwere Gas-Fraktion (41) an der Außenwand des Triebwerks-Gehäuses, eine O₂-sauerstoff-angereicherte und CO₂-und N₂-abgemagerte Gas-Fraktion (40), die als Ring-Zone zwischen dem Triebwerks-Gehäuse und der Triebwerks-Achse liegt und eine N₂; CO; NO; H₂O; H₂ u.s.w. angereicherte leichte Gas-Fraktion (42) in der Triebwerks-Achse, 4) die sauerstoff-angereicherte Gas-Fraktion (40) durch das ebenfalls ringförmige Sauerstoff-Kollektor-Gehäuse (43) aufgefangen wird, das dafür vorn, d. i. gegen die Strömungsrichtung weisend, einen ringförmigen Auffangschlitz hat und hinten verschlossen ist, 5) die sauerstoff-angereicherte Gas-Fraktion (40) danach durch innen hohle radiale Stützstreben des Sauerstoff-Kollektors zu einem ringförmigen Sammel-Kanal, schon im Triebwerks-Gehäuse, geleitet wird, von wo sie in den Rückkopplungs-Kreislauf (29) des Triebwerkes gelangt, 6) zwischen dem Sauerstoff-Kollektor (43) und dem Triebwerks-Gehäuse ein ringförmiger Durchgangs-Schlitz gebildet wird, durch den die schwere Gas-Fraktion (41) am Sauerstoff-Kollektor vorbei in das Triebwerks-Hinterteil strömt, und gleichzeitig auch der Sauerstoff-Kollektor in der Mitte, d.i. in seiner Symmetrieachse, eine freie Durchgangs-Öffnung hat, durch die die leichte Gas-Fraktion (42) am Sauerstoff-Kollektor vorbei, ebenfalls in das Triebwerks-Hinterteil strömt, wo sich beide gas-Fraktionen, die schwere (41) und die leichte (42) wieder vereinigen und vermischen.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) der Rückkopplungs-Kreislauf (29), der den Triebwerks-Nebentrakt bildet, den Zwischenkühler (39) umfasst und zum Hilfsmaschinen-Satz (44) führt, 2) der Hilfsmaschinen-Satz (44) aus dem Zusatz-Verdichter (45), der ein Zentrifugal-Verdichter oder Axial-Verdichter ist, einer Hilfsmaschinen-Antriebsturbine (46), einem Getriebe (51), den sonstigen Hilfs-Maschinen (52), wie Kraftstoff-Einspritzpumpe, Ölpumpe, Dynamomaschine u.s.w. und einem z.B. elektrischen Starter-Motor (50) besteht, 3) die Hilfsmaschinen-Antriebsturbine (46) den Zusatz-Verdichter (45) und den Hilfsmaschinen-Satz (44) während des Betriebes des erfindungsgemäßen Triebwerkes permanent antreibt, 4) der Zusatz-Verdichter auch als Start-Verdichter für das ganze erfindungsgemäße Triebwerk dient, 5) der Zusatz-Verdichter (45) vom Starter-Motor (50) während des Startvorganges angetrieben wird.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) die im Zusatz-Verdichter (45) weiter verdichtete und sauerstoff-angereicherte Gas-Fraktion (40) durch die Druckgas-Leitung (65) in die Brennkammer (2) geleitet wird, 2) die sauerstoff-angereicherte Gas-Fraktion (40) insbesondere in einen Ringkanal um die Brennkammer gelangt, der tangentiale Einläufe (66) in die Brennkammer (2) hat, wodurch in der Brennkammer ein Potential-Wirbel (22) erzeugt wird, 3) der Potential-Wirbel erzeugt einen heißen Wirbelkern, der einerseits in die Überschall-Düse (3) einmündet und andererseits, gegenüber der Düse (3), von der Brennkammer-Wand durch einen "Kühlgas-Strom" zurückgedrängt wird, 4) der "Kühlgas-Strom" durch die "Kühlgas-Austritts-Öffnung (63) in einem Abschirm-Kegel (64) in der Brennkammer-Auskleidung entsteht, 5) die Austritts-Öffnung (63) durch einen Kegelspalt zwischen dem Abschirm-Kegel und der Brennkammer-Auskleidung gespeist wird, der an der Peripherie der Brennkammer auch an die Druckgas-Leitung (65) anschließt.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) die Düse (3) der Brennkammer (2) bevorzugt eine Überschall-Kombi-Verstell-Düse ist, die aus einer Ringhals-Düse und einer in ihr koaxial angeordneten Laval-Düse besteht, 2) die Laval-Düse für den Leerlauf-Betrieb des erfindungsgemäßen Triebwerkes dimensioniert ist, 3) die Ringhals-Düse geometrisch veränderbar ist und durch Veränderung des Durchfluss-Querschnittes des Ring-Düsenhalses, gemäß der Betriebserfordernisse des Triebwerkes und der Betriebserfordernisse des Zusatz-Verdichters (45), geöffnet oder geschlossen wird, 4) die Überschall-Kombiverstell-Düse (3) aus einem Verstell-Schieber (4), einem Einlauftrichter (5) und einem Betätigungs-Ring (60) besteht, 5) der Verstell-Schieber brennkammerseits den Einlauftrichter trägt, der bevorzugt aus einer wärmeleitenden technischen Keramik besteht, 6) der Einlauftrichter einen inneren axial-symmetrischen Durchgangskanal hat, der die Laval-Düse ist und den Halsquerschnitt der Laval-Düse beinhaltet, 7) der brennkammerseitige Außenrand des Einlauftrichters nach außen gestülpt ist, im Außendurchmesser größer als die Strahl-Austritts-Öffnung der Brennkammer ist und der Einlauftrichter an seinem Umfang und auf der brennkammer-abgewandten Seite eine Lippe des Ringhals-Querschnittes trägt, 8) die zweite Lippe des Ringhals-Querschnittes die Strahl-Austrittsöffnung der Brennkammer auf ihrer brennkammer-zugewandten Seite trägt, 9) zwischen den beiden genannten Lippen der kegelig nach innen und in Strömungsrichtung des Triebwerkes weisender Ringhals-Querschnitt der Düse gebildet wird, 10) auf der Außenseite des Einlauftrichters und rings um den Einlauftrichter eine Hohlkehle anschließt, die in die äußere Mantelfläche des Einlauftrichters und des Verstell-Schiebers (4) übergeht, 11) der aus dem Ringhals-Querschnitt heraustretende schallschnelle Ringstrahl, durch die ringförmige Hohlkehle und die Mantelfläche des Einlauf-Trichters und des Verstell-Schiebers, in die Achs-und Strömungsrichtung der Düse umgelenkt und bei gleichzeitiger Expansion auf Überschall-Geschwindigkeit beschleunigt wird, 12) am inneren Umfang der Austritts-Öffnung der Brennkammer, rings um die Austritts-Öffnung, ein Dreieck-Zackenmuster (80) eingearbeitet ist, das einen an seiner Mantelfläche längs-zerfurchten Düsenstrahl erzeugt, 13) der Verstell-Schieber (4) aus metallischer Superlegierung oder aus technischer Keramik besteht, 14) der Verstell-Schieber (4) an seiner Außenfläche radiale, nach außen weisende und sternförmig angeordnete Stützstreben hat, die auch noch schräg zur Längsachse des Schiebers, d.i. schraubenförmig und luftdrall-erzeugend positioniert sind, 15) der Verstell-Schieber an den Übergangs-Stellen zu den Stütz-Streben, beiderseits jeder Stützstrebe, nach der sog. gas-dynamischen Flächenregel, örtlich eingezogen ist (86), 16) die Stütz-Streben äußerlich an den Betätigungs-Ring (60) angreifen, der gemäß der Geometrie des Luft-Ansaugstutzens (25) unterschallströmungskonform ausgebildet ist, 17) der Betätigungs-Ring (60) mitsamt dem Verstell-Schieber (4) und dem Einlauftrichter (5) zur Veränderung des Ringhals-Querschnittes der Düse hin-und -her längs- verschiebbar ausgeführt ist, 18) für die hin-und-her Längsverschiebung ein Verstell-Mechanismus (6) dient, der aus mindestens drei Verstell-Gewindespindeln und Mutter-Ritzeln besteht, 19) die Gewindespindeln am Betätigungs-Ring (60) angreifen, die Mutter-Ritzel in einem Gehäuse am Einlauf des Überschall-Injektors untergebracht sind und durch einen sternförmigen Rollenketten-Zug miteinander verbunden sind, 20) ein Stellmotor die Mutter-Ritzel in beiden Drehrichtungen, jeweils mit wenigen Umdrehungen, auf Steuerkommandos antreibt und die Überschall-Düse (3) geometrisch verändert, d.i. den Ringhals-Querschnitt vergrößert oder verkleinert.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) die Steuerkommandos für die geometrische Veränderung der Überschall-Düse (3) von einer ersten Steuerungsgruppe (55) des Triebwerkes gegeben werden, 2) die Steuerungsgruppe aus vier Druck-Messdosen (56; 57; 58; 59) besteht, die pneumatische Signale von drei Druck-Messpunkten (47; 48; 49 – der Druck-Messpunkt 48 wird doppelt genutzt) des Triebwerkes erhalten, 3) die Druck-Messpunkte (47; 48) den Druck vor und hinter dem Rückkopplungs-Nebentrakt (29), und die Druck-Messpunkte (48; 49) den Druck vor und hinter dem Zusatz-Verdichter (45) ergeben, 4) die Druck-Messdosen die pneumatischen Signale in elektrische Signale für den Stellmotor des Verstell-Mechanismus (6) wandeln, 5) durch Kombination der elektrischen Signale miteinander die resultierenden Steuerungssignale für den Stellmotor, angepasst an das Kennfeld des Zusatz-Verdichters (45) entstehen: a) für die Koordinaten des Druckverhältnisses (P₂/P₁, der X-Achse), durch Messung der Druckunterschiede vor und hinter dem Zusatz-Verdichter (45); und b) für die Koordinaten der Gasmenge (Kg/s – der Y-Achse), durch Messung der Druckunterschiede am Anfang und Ende des Rückkopplungs-Kreislaufes (29), beeinflusst durch den Druckverlust im Zwischenkühler, 6) die Düsen-Ausflußquerschnitts-Verstellung den Arbeitspunkt des Zusatz-Verdichters (45) immer in der Nähe der Kennfeld-Steuerungs-Linie (77) hält, die z.B. beim Zentrifugal-Verdichter quer über den optimalen Wirkungsgrad-Bereich und in etwa "parallel" zur Pumpgrenze (106) gelegt wird, 7) die Steuerungs-Bewegungen der ersten Steuerungsgruppe (55) den Kommandos des Leistungshebels (54) überlagert werden.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) das Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk mit einem Dampf-Kreislauf kombiniert, auch für den Antrieb von Lokomotiven, Schiffen, u.s.w. vorgesehen ist, bei welcher Ausführung der ummantelte Stoßwellen-Verdichter (10) als Speisewasser-Vorwärmer (97), der Auspuff (109) der Gas-Turbine (99) als Dampferzeuger (98) und der Zwischenkühler (39) als Dampf-Überhitzer dienen.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) das Triebwerk auch eine zweite Steuerungs-Gruppe (30) hat, die zur Orts-Stabilisierung des geraden Verdichtungsstoßes (14) im Ende des Stoßween-Verdichters (10) dient, 2) die Orts-Stabilisierung des Verdichtungsstoßes (14) durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Durchfluss-Querschnittes des Düsenkranzes (83) der Arbeitsturbine (82) beim IZT-Triebwerk, oder durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Durchfluss-Querschnittes der Überschall-Verstell-Schubdüse (85) beim IZL-Triebwerk, ohne und mit Nachbrenner, erfolgt, 3) die zweite Steuerungs-Gruppe (30) aus zwei Druck-Messdosen (31; 32) besteht, die Steuersignale von zwei Druck-Messpunkten (27; 28) am Ende des Stoßwellen-Verdichters (10) erhalten, 4) die zwei Druck-Messpunkte (27; 28) nahe vor-und-hinter der Soll-Ortslage des geraden Verdichtungsstoßes (14) liegen, 5) die Druck-Messpunkte durch Leitungen (33; 34) mit den Druck-Messdosen (31; 32) verbunden sind, die die erhaltenen pneumatischen Steuersignale in elektrische Signale wandeln, 6) die Steuersignale an den Stellmotor des Verstell-Mechanismus (108) des Düsenkranzes (83; 79) der Arbeitsturbine (82), bzw. an den Stellmotor des Verstell-Mechanismus (88) der Schubdüse (85) weitergeleitet werden, 7) der Ablauf des Steuervorganges auf diese Weise vollzogen wird, dass bei Rückwärts-Verlagerung des geraden Verdichtungsstoßes (14) in die Position (14a), was durch das Triebwerk selbst verursacht oder durch Einflussnahme von außen, z.B. Leistungs-Veränderung, erfolgen kann, der Steuervorgang den Durchfluss-Querschnitt des Düsen-Kranzes (83; 79) der Arbeitsturbine (82), bzw. den Durchfluss-Querschnitt der Düse (85) verkleinert, was den geraden Verdichtungsstoß aus der Position (14a) wieder nach vorwärts in die Position (14) verschiebt; und umgekehrt, bei Vorwärts-Verlagerung des geraden Verdichtungsstoßes (14) in die Position (14b), was auch wieder durch das Triebwerk selbst verursacht oder durch Einflussnahme von außen, z.B. Leistungs-Veränderung, erfolgen kann, der Steuervorgang den Durchfluss-Querschnitt des Düsen-Kranzes (83; 79) bzw. den Durchfluss-Querschnitt der Düse (85) vergrößert, was den geraden Verdichtungsstoß stromabwärts aus der Position (14b) wieder in die Position (14) verschiebt.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) die erfinderisch modifizierte Überschall-Schubdüse (85) des Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerkes, mit und ohne Nachbrenner, bevorzugt als Kombi-Überschall-Verstelldüse, analog zu Düse (3), ausgebildet ist, 2) die Überschall-Schubdüse (85) aus einer Ringhals-Düse und einer in dieser koaxial angeordneten Laval-Düse besteht, 3) die Ringhals-Düse geometrisch veränderbar, durch Veränderung des Durchfluss-Querschnittes des Ring-Düsenhalses, ist, 4) die geometrische Veränderung durch den Verstell-Mechanismus (88) bewirkt wird, der aus mindestens drei parallelen Rollspießen, Spieß-Antriebsritzeln, einem ringförmigen Kardanwellen-Zug, der die Ritzel verbindet, und einem z.B. elektrischen Stellmotor besteht, 5) die Verstell-Düse einen konstruktiven Aufbau analog zur Überschall-Verstelldüse (3) hat und aus einem Verstell-Schieber (69), mit sternförmig angeordneten und vom Schieber radial nach außen weisenden Stütz-Streben, einem Betätigungs-Ring (87), an den die Stütz-Streben innerseits angreifen und einem Einlauftrichter (70), analog zum Einlauftrichter (5) der Düse (3), besteht, 6) der Verstell-Schieber (69) in seiner Außenkontur, jeweils beiderseits der Stützstreben-Angriffspunkte, nach der sog. gasdynamischen Flächen-Regel, örtlich eingezogen ist (90), 7) die Roll-Spieße des Verstell-Mechanismus (88) an die Vorderseite des Betätigungs-Ringes (87) angreifen und durch vorwärts-und-rückwärts Verschiebung des Betätigungs-Ringes, über die Stütz-Streben und den Verstell-Schieber (69) den Einlauftrichter (70) der Düse vorwärts-und-rückwärts verschieben und den Ring-Düsenhals-Querschnitt geometrisch verändern, 8) der Betätigungs-Ring (87) als aerodynamischer Schubverstärker nach dem Ejektor-Prinzip ausgebildet ist.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) die erfinderisch modifizierte Arbeits-Turbine (82) des Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerkes einen in seinem Durchfluss-Querschnitt geometrisch veränderbaren Düsen-Kranz (83) hat, 2) zwischen den Düsen-Schaufeln des Düsen-Kranzes, z.B. gleichmäßig verteilt am Umfang, volle Kreis-Segmente angeordnet sind, 3) vor dem Düsen-Kranz eine Dreh-Blende (79) angeordnet ist, die ebenfalls volle Kreis-Segmente hat, die in ihrer Verteilung am Umfang, der Verteilung der Kreis-Segmente des Düsen-Kranzes entsprechen, 4) bei Überdeckung der Kreis-Segmente des Düsen-Kranzes und der Drehblende der größt-mögliche Durchfluss-Querschnitt des Düsen-Kranzes entsteht, – jedoch bei Verdrehung der Drehblende, schon um mäßige Winkelgrade, um die Drehachse der Arbeitsturbine und gegenüber dem Düsen-Kranz, der Durchfluss-Querschnitt des Düsen-Kranzes verkleinert wird, 5) die Drehblende (79) an ihrer Peripherie in einem doppelten Trocken-Kugellager oder Trocken-Rollenlager (81) gelagert ist, 6) der Verstell-Mechanismus (108) für die geometrische Veränderung des Düsenkranz-Durchfluss-Querschnittes, die Drehblende (79) in beiden Drehrichtungen hin-und-her verdreht.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) der Stoßwellen-Verdichter (10) auf der Innenwand des konvergenten Rohr-Abschnittes, rings um die Rohr-Innenwand, mehrere Gruppen kleiner Sägezahn-Rillen (130) hat, die in den Bereichen liegen, wo die schrägen Stoßwellen-Fronten (12) auf die Innenwand auftreffen, 2) das Querschnitts-Profil der Schrägzahn-Rillen auf der Verdichter-Einlaufseite steil abfällt, dagegen in Richtung auf die Verdichter-Ausflussseite mit einer schrägen Rampe wieder ansteigt.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) im T,s-Diagramm die Verdichtungs-Linie des Überschall-Stoßwellen-Verdichters (10) und des Unterschall-Diffusors (16) eine in Richtung der höheren Entropie stark geneigte Linie ist, die in die von Düse (3) je Kg. Gas geleistete Arbeit (Fläche F₁, senkrecht schraffiert) einen spitzen Einschnitt (Fläche F₃), als Abzugsfläche von (F₁), ergibt, 2) mit der Expansionslinie des Düsen-Kranzes (83), bzw. mit der Expansionslinie der Überschall-Düse (85), die horizontal schraffierte Fläche (F₂) gegeben ist, welche Fläche die geleistete Arbeit je Kg. Gas in der Arbeitsturbine (82; 83), bzw. in der Überschall-Düse (85) darstellt, 3) die Abzugsfläche (F₃) durch die Fläche (F₂) kompensiert, und sogar überkompensiert wird, 4) die Fläche (F₂) thermodynamisch doppelt zählt, womit die Stoßwellen-Verdichtung des erfindungsgemäßen Triebwerkes keine Verluste verursacht, 5) das Flächenverhältnis (F₁/F₂) das Soll-Massenfluss-Verhältnis des Triebwerk-Haupttraktes zum Triebwerk-Nebentrakt darstellt, 6) die Ausbuchtungen der Expansionslinien (3; 85) in Richtung der höheren Entropie, den erfindungsgemäßen Wärmefluss in den Einlauftrichtern (5; 70) zur Aufheizung und Wirkungsgrad-Erhöhung der Düsenströmungen darstellen dürften.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) das Simplex-Injektor-Zentrifugal-Turbinen/Luftstrahl-Triebwerk keinen permanent-angetriebenen Zusatz-Verdichter (45) hat, 2) der Zusatz-Verdichter (45) nur noch als Start-Verdichter für den Start-Vorgang des gesamten Triebwerkes dient, 3) der Kreisprozess des Simplex-Injektor-Zentrifugen-Turbinen/Luftstrahl-Triebwerkes im T,s-Diagramm durch die punktierte Linie (123) dargestellt ist, 4) der Start-Vorgang des gesammten Triebwerkes alternativ auch mittels einer pyrotechnischen Kartusche vorgenommen werden kann, welche Kartusche entweder auf eine kleine Turbine, oder direkt als strömungstechnischer Impuls auf den Strömungsvorgang im erfindungsgemäßen Triebwerk zur Einwirkung kommt.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) die automatische Verwandlung des Nicht-Simplex-IZ-Luftstrahl-Triebwerkes in ein Simplex-Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk, z.B. bei Ausfall des Zusatz-Verdichters (45), ohne Zutun des Piloten erfolgt, 2) die automatische Verwandlung in ein Simplex-Triebwerk ohne Unterbrechung das Flugzeug antreibt, 3) das verringerte Druckverhältnis, den verringerten Wirkungsgrad und den verringerten Schub des Triebwerkes der Pilot durch mehr "Gasgeben" zum erheblichen Teil ausgleichen kann, was aber den Kraftstoff-Verbrauch erhöht, 4) diese automatische Verwandlung in ein Simplex-Triebwerk auch für das erfindungsgemäße Injektor-Zentrifugen-Tubinen-Triebwerk gilt.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) für das Gehäuse des Triebwerkes zunderbeständiger Stahl oder Titanium vorgesehen sind, 2) das Gehäuse innen mit wärmeisolierender technischen Keramik ausgekleidet ist, 3) einige Einbauteile wie der Sauerstoff-Kollektor (43), die Drehblende (79) der Arbeitsturbine (82), der Düsenkranz der Hilfsmaschinen-Antriebsturbine (46), der Diffusor-Kranz des Zusatz-Verdichters (45) u.s.w. aus hoch-wärmebeständiger technischer Keramik vorgesehen sind, 4) die Turbinen-Läufer und der Läufer des Zusatz-Verdichters (45) aus metallischen Superlegierungen vorgesehen sind.
Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) die spezifizierten Triebwerks-Aggregate und Triebwerksteile mit allen Teil-Ausführungen auch für Raketen-Triebwerke, für Systeme von Elektrizitäts-Werken sowie für nichtmotorische Zwecke im allgemeinen Maschinenbau vorgesehen sind.