DE19536181A1

DE19536181A1 - Luftstrahltriebwerk für hyperschallschnelle Flugzeuge

Info

Publication number: DE19536181A1
Application number: DE1995136181
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ittner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 1997-04-03
Also published as: DE19600824A1

Description

Herkömmliche Strahltriebwerke eignen sich nicht für den Hyper schallbereich, also nicht für Geschwindigkeiten oberhalb von Mach 3.

Für den Hyperschallbereich sind sogenannte Staustrahltriebwerke geplant, doch weisen diese eine Menge Nachteile auf und es ist fraglich, ob sich mit diesen Triebwerken überhaupt die nötige Leistung bei diesen Geschwindigkeiten erreichen läßt. Auch ist vor allem für niedrige Geschwindigkeiten und für die Start und Landephase das Staustrahltriebwerk nicht brauchbar, da der niedrige Staudruck keine ausreichende Funktion erlaubt. Es müßten also neben dem Staustrahltriebwerk noch vollwertige andere Triebwerke eingebaut werden um Starts und Landungen durchführen zu können.

Diese Triebwerke kosten natürlich Geld, sie haben entsprechend Gewicht, das während des ganzen Fluges als Ballast mitgeschleppt werden muß, und der Platzbedarf kann für andere Zwecke nicht genutzt werden. Auch ergibt sich je nach Anbringung während des Fluges ein großer Luftwiderstand, so daß die ganze Sache doch recht uninteressant ist.

Auch ist wegen des geringen Verbrennungsdruckes beim Staustrahl triebwerk der Wirkungsgrad nicht so gut, wie das zu wünschen wäre.

Das Ziel der Erfindung war es, ein Triebwerk zu schaffen, das sich sehr gut für den Hyperschallbereich eignet, das aber die oben angeführten Nachteile nicht hat, und das wegen sehr guten Wirkungsgrades einen geringen Verbrauch bringt.

Die Ziele der Erfindung werden dadurch erreicht, daß ein Trieb werk verwendet wird, das mit Turbinen arbeitet, das sich dabei für den Hyperschallbereich eignet, das in seiner Eigenschaft als Turbinentriebwerk bereits im Stand und bei Start und Landung die nötige Leistung bringt und das einen sehr guten Wirkungs grad hat.

Dabei wird ein Turbinen-Wellenleistungstriebwerk verwendet, das einen Hochdruckverdichter (vorzugsweise Turbinen-Hochdruck verdichter) antreibt.

Dieser Hochdruckverdichter saugt nur frische Luft aus der Atmosphäre an, und die Abgase des Wellenleistungstriebwerks werden so abgeleitet, daß sie nicht vom Hochdruckverdichter angesaugt werden.

Der "Turbinen" Hochdruckverdichter sitzt dabei normalerweise auf der gleichen Welle hinter dem Wellenleistungstriebwerk und er saugt frische Luft an, und leitet diese in eine Brennkammer, die hinter dem Verdichter liegt.

In diese Brennkammer wird Kraftstoff eingebracht und verbrannt, und über eine Düse wird die erhitzte Luft mit hoher Geschwin digkeit ausgestoßen.

Als Düse wird vorzugsweise eine Laval-Düse verwendet.

Das Turbinen-Wellenleistungstriebwerk arbeitet nach üblichem Stand der Technik und mit üblichen Wirkungsgrad, es bedarf also keiner weiteren Erörterung.

Um hohe Geschwindigkeiten erreichen zu können ist es notwendig, die aus der Düse ausgestoßene Luft auf eine hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen.

Dabei muß die Luftausstoßgeschwindigkeit dem 1,2 bis ca. 2 fachen der Fluggeschwindigkeit entsprechen.

Es ist also mit dem relativ geringem Druck herkömmlicher Triebwerke gar nicht möglich, die Luft beim Ausstoß auf den nötigen Wert zu beschleunigen.

Auch weisen herkömmliche Turbinenstrahltriebwerke den Nachteil auf, daß hinter der Turbine der Druck entsprechend stark abfällt, was dazu führt, daß wie in der Fachliteratur beschrieben bei Nachverbrennung der Wirkungsgrad derart schlecht ist, daß Nachverbrennung für Dauerbetrieb uninteressant ist.

Die der Erfindung gemäße Lösung weist den Vorteil auf, daß der vom Hochdruckverdichter erzeugte hohe Druck voll als Luftausstoß druck wirksam wird und die Möglichkeit des Verdichters zur Druckerzeugung durch keinen Druckabfall eingeschränkt wird.

Ein weiterer sehr großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Hochdruckverdichter nur die Verdichtungstemperaturen verarbeiten muß, da er mit heißen Verbrennungsgasen ja nicht in Berührung kommt. Die Hochtemperaturverbrennung unter völliger Sauerstoffausnutzung erfolgt ja erst hinter dem Verdichter, und belastet damit nur die Brennkammer und die Düse, doch lassen sich diese Teile z. B. aus keramischen Werkstoffen herstellen und auf einfache Art auch kühlen.

Die Kühlung solcher Teile bereitet keine Probleme, während die Kühlung von Turbinenschaufeln unmöglich ist. Eine Kühlung des Turbinen-Hochdruckverdichters ist hier auch gar nicht nötig, denn je nach Material können Temperaturen von 1200° C verarbeitet werden, so daß auch bei hoher Verdichtung dieser Wert nicht überschritten wird. Wegen dieser hohen Verdichtung und -Verbrennung bei diesem Druck läßt sich ein sehr guter Wirkungsgrad für dieses Trieb werk erwarten.

Durch die mäßige Luftgeschwindigkeit in der Brennkammer läßt sich eine sehr saubere Verbrennung erwarten, da der Verbren nungszeitraum relativ lang ist.

Die Gesamtumstände zeigen also eine hohe Luftausstoßgeschwin digkeit, damit verbunden eine mögliche hohe Fluggeschwindigkeit, eine hohe Betriebssicherheit wegen relativ einfacher und leicht beherrschbarer Bauart.

Da also keine Probleme bezüglich Temperaturbelastung existieren, läßt sich in dieser Zweiten Verbrennungsstufe unter völliger Sauerstoffausnutzung verbrennen, was die Leistung des Wellenleistungstriebwerks dadurch auf ca. das dreifache steigert. Vergleicht man dabei den Bau- und Materialaufwand und das Gewicht, so zeigt sich, daß sich ein sehr günstiges Leistungsgewicht ergibt.

Bezugszeichenliste

1 Turbinen -Wellenleistungstriebwerk
2 Abgasrohr von Turbinen-Wellenleistungstriebwerk
3 Verbindungswelle
4 Lufteinlaß Hochdruckverdichter
5 Hochdruckverdichter
6 Brennkammer am Hochdruckverdichter
7 Laval-Düse

Claims

Luftstrahltriebwerk für hyperschallschnelle Flugzeuge unter Verwendung eines Turbinen-Wellenleistungstriebwerks und eines Hochdruckverdichters (vorzugsweise Turbinen-Hoch druckverdichter), einer Brennkammer und einer Düse (vorzugsweise Laval-Düse), gekennzeichnet dadurch, daß das Turbinen-Wellenleistungstriebwerk den Hochdruckver dichter antreibt, dieser Hochdruckverdichter nur frische Luft aus der Atmosphäre ansaugt, und die Abgase des Wellenleistungs triebwerks eben so abgeleitet werden, daß sie vom Hochdruckver dichter nicht angesaugt werden können.
In die Brennkammer und die Düse wird nur die vom Hochdruckver dichter angesaugte und verdichtete Luft eingeleitet.