DE2525292A1

DE2525292A1 - Mantelstromtriebwerk mit wirbelstrombrennerkammer zur verstaerkung des auslasstrahles

Info

Publication number: DE2525292A1
Application number: DE19752525292
Authority: DE
Inventors: Stanley Joseph Markowski; Richard Selmer Reilly
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1974-06-11
Filing date: 1975-06-06
Publication date: 1976-01-02
Also published as: CA1040873A; US3930370A; SE7506486L; SE404067B; IT1038871B; FR2274791A1; JPS5110212A; GB1506034A; CH586847A5; BR7504043A

Description

MANTELSTROMTRIEBWERK MIT WIRBELSTROMBRENNERKAMMER ZUR VERSTÄRKUNG

DES AUSLASSTRAHLES.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer zur Verstärkung des Auslasstrahles in einem Mantelstromtriebwerk mit Vermischung der beiden Gasströmungen und sie bezieht sich insbesondere auf eine solche Brennkammer, deren Wirkungsweise auf dem Prinzip der Wirbelstromverbrennung beruht.

In einem Mantelstromtriebwerk erfolgt die Verbrennung in der Hauptbrennkammer zwischen dem Verdichter und der Turbine des Triebwerkes und es kann ausserdem stromabwärts der Turbine ein Nachbrenner vorgesehen sein. Bei den ersten Mantelstromtriebwerken erfolgte die Verbrennung in der Hauptbrennkammer durch Erzeugen einer Umwälzzone, z.B. entsprechend den US-Patentschriften 2.525.906, 2.676.460 und 2.560.207. Der Nachbrenner hat üblicherweise einen Flammenhalter, wie z.B. in der US-Patentschrift 2.702.452 beschrieben ist.

Ausgehend von diesen beiden Brennkammerbauarten wurden später die Wirbelürennkammern entsprechend den US-Patentschriften 3.788.065 und 3.701.355 sowie das Wirbelstromverbrennungsprinzip nach der Patentanmeldung P 24 49 084.4 entwickelt.

In Mantelstromtriebwerken mit Vermischung der beiden Strömungen_;d.h. wobei der Mantelstrom und die Auslassgase der Turbine in einem gemeinsamen Auslasskanal zusammengefasst werdenj erfolgt eine hohe Temperatursteigerung in der Turbine, so dass es lediglich sinnvoll ist,eine zusätzliche Verbrennung in dem Mantelstrom vorzunehmen durch Verwendung einer Vorrichtung, welche nur minimale Verluste hervorruft. Zur Durchführung einer solchen zusätzlichen Verbrennung ergeben sich spezielle Verbrennungsprobleme und die vorliegende Er-

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findung beruht auf der Durchführung der zusätzlichen Verbrennung in dem Mantelstrom eines Mantelstromtriebwerkes unter Anwendung des Wirbelstromverbrennungsprinzipes.

Die Erfindung schafft eine Verbrennungsvorrichtung zur Verstärkung der Auslasströmung in einem Mantelstromtriebwerk mit Vermischung der beiden Gasströmungen, wobei Kraftstoff in die Turbinenauslassgase in eine Zündkammer eingespritzt wird zur Verdampfung in derselben und zur Vermischung und Selbstentzündung in dem Mantelstrom, welcher über mehrere Wirbelerzeuger strömt, die eine Wirbelbewegung des Mantelstromes bei Auftreffen auf das verdampfte Kraftstoffgemisch hervorrufen, wodurch eine beschleunigte Vermischung und Verbrennung bedingt ist.

Die Erfindung schafft desweiteren eine Vorrichtung, wobei Auslösemittel verwendet werden zur Beschleunigung der Vermischung des verdampften Kraftstoffgemisches mit dem wirbelnden Mantelstrom.

Entsprechend der Erfindung kann die Ausbildung der Wirbelerzeuger und die Form der Auslösemittel zur Erzeugung einer optimalen Vermischung und Verbrennung ausgewählt werden.

Entsprechend einem v/eiteren Merkmal der Erfindung und insbesondere für ein Triebwerk, wobei die heisse Abgasströmung der Turbine den eingespritzten Kraftstoff nicht vollständig verdampft und wobei trotzdem ein stärkerer Schub erwünscht ist, kann eine Vorrichtung vorgesehen seinzum Einleiten eines Teiles des Mantelstromes in die kündkammer zur Selbstentzündung in derselben, oder es kann Kraftstoff in die Mantelströmung zur Verbrennung in derselben eingespritzt werden, die dann als selbstentzündbares, heisses Kraftstoff-Luftgemisch ausströmt zur Verbrennung in den Mantelstromluftwirbel.

Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können entweder die Auslösemittel oder die Wirbelerzeuger beiklappbar ausgebildet sein and dementsprechend bei Betrieb ohne Schubverstärkung eingefahren werden.

Äusführungsbeispiele der Erfindung sind ±n den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden ausführlicher beschrieben, es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Mantelstromtriebwerkes mit Vermischung der beiden Auslasströmungen^ teilweise aufgebrochen zur Darstellung der Wirbelstrombrennkammer für die Verstärkung des

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AuslasStrahles.

Figur 2 eine Ansicht längs der Linie 2-2 nach Figur 1.

Figur 3 eine Schnittdarstellung der oberen Hälfte der Wirbelstrombrennkammer entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 4 eine Ansicht längs der Linie 4-4 nach Figur 3.

Figur 5 eine Ansicht entsprechend der Figur 4 zur Darstellung eines anderen Ausfuhrungsbeispieles für die Wirbelerzeuger und die Auslös ernittel.

Figur 6 eine Schnittdarstellung der oberen Hälfte eines Mantelstromtriebwerkes entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 8 ein anderes Ausführungsbeispiel für die Zündkammer. Figur 9 eine Ansicht längs der Linie 9-9 nach Figur 8.

Figur 10 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Wirbelerzeugers, welcher in Form eines Pfeilflügels ausgebildet ist.

Figur 11 eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 nach Figur 10.

Figur 12 eine Darstellung eines Wirbelerzeugers in Form eines Deltaflügels.

Figur 13 eine Schnittansicht längs der Linie 13-13 nach Figur 12.

Figur 14 eine Darstellung eines beiklappbar ausgebildeten Wirbelerzeugers .

Figur 15 eine Ansicht längs der Linie 15-15 nach Figur 14.

In der Figur 1 ist ein Mantelstromtriebwerk 10 dargestellt, wobei die Mantelströmung und die Turbinenauslassgase in einem gemeinsamen Auslasskanal vermischt werden. Das Triebwerk 10 kann im wesentlichen der Bauart nach der US-Patentschrift 2.979.900 entsprechen und hat einen Einlass 12 sowie einen Auslass 14 und ist im wesentlichen konzentrisch und kreisförmig um die Achse 16. Das Triebwerk 10 hat ein Gebläse 18, einen Verdichter 20, eine Hauptbrennkammer 22, eine Turbine 24 und eine Brennkammer 32 zur Verstärkung des Auslasstrahles. Das Gebläse 18 umfasst Gebläseschaufeln, welche zur Rotation mit den Läufern des Verdichters 20 gelagert sind zur Förderung der

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Gebläseluft durch einen Ringkanal 26. Der Verdichter 20, die Hauptbrennkammer 22 und die Turbine 24 bilden den Kern 28 des Triebwerkes, welcher in dem Strömungsteilergehäuse 30 untergebracht ist. Die Luft strömt durch den Einlass 12 und ein Teil derselben wird mittels der GebLäseschaufeln durch den Gebläsekanal 26 gepumpt und strömt beim Verlassen dieses Kanals in die Brennkammer 32. Der restliche Teil der Luft gelangt in den Kern 28 des Triebwerkes,wird dabei im Verdichter 20 komprimiert, in der Hauptbrennkammer 22 erwärmt und strömt dann durch die Turbine 24 wobei die heissen Gase ausreichend Leistung abgeben zum Antrieb des Verdichters 20 und des Gebläses 18 bevor die Kernströmung durch den ringförmigen Auslasskanal 34 in die Brennkammer 32 eintritt. In üblicher Weise kann ein Mittelkörper 36 in dem Gehäuse 30 angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich auf diesen Mittelkörper 36 zu verzichten. Zwischen dem Gehäuse 30 und dem Mittelkörper 36, sind Turbinenauslassleitschaufeln 37 vorgesehen. Eine Zündkammerwand 40 ist in dem Gehäuse 30, z.B. mittels stromlinienförmigen Streben 42, befestigt und bildet zusammen mit dem Gehäuse 30 eine ringförmige Zündkammer oder einen ringförmigen Strömungskanal 44. Der Gebläsemantel 46 umgibt das Gehäuse 30 und bildet zusammen mit demselben den ringförmigen Gebläsekanal 26. Vorzugsweise sind die Wände oder Gehäuse 46, 30 und 40 kreisförmig im Querschnitt und konzentrisch zur Achse 16.

Das in Figur 1 dargestellte Mantelstromtriebwerk 10 arbeitet mit einer starken Temperatursteigerung in dem Kern des Triebwerkes, so dass es nur sinnvoll ist die durch den Kanal 26 in die Brennkammer 32 eintretende Gebläseluftströmung zu verstärken. In Folge dieser hohen Temperatursteigerung sind die aus dem Auslasskanal 34 ausströmenden Verbrennungsprodukte ein vollständig verbrauchtes Κ-raftstoff-Luftgemisch in welchem zur Schubverstärkung keine Verbrennung mehr durchführbar ist. Es ist dementsprechend ein wesentliches Merkmal der Erfindung, dass die Abgase des Kernes 28 des Triebwerkes in der Zündkammer 44 zur Verdampfung des zur Schübverstärkung eingespritzten Kraftstoffes herangezogen werden. Dieser Kraftstoff wird in die Kammer 44 mittels eines üblichen Kraftstoffzerstäuberringes 48 eingespritzt. Der Ring 48 liegt am vorderen oder stromaufwartigen Ende der Zündkammer 44 damit der Kraftstoff in derselben vollständig verdampft. Die Kraftstoffzuführung zu dsm Ring 48 erfolgt über die Kraftstoffzuleitung 50.

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Die Verbrennung zur Verstärkung des Auslasstrahles erfolgt in der Verbrennungszone 52, welche umittelbar stromabwärts des Gehäuses 30 liegt und diese Verbrennung wird entsprechend cem Prinzip der Wirbels tr omvermischung und Verbrennung durchgeführt. Das Prinzip der Wirbelstromvermischung und Verbrennung wird in dem Mantelstromtriebwerk nach Figur 1 auf die im folgenden beschriebne Art und Weise angewandt. Die in die ringförmige Verbrennungszone 52 der Verbrennungskammer 32 einströmende Gebläseluft strömt über mehrere Wirbelerzeuger 54, die alle Halbdelta-förmig sein können und in Umfangsrichtung in dem Ringkanal 26 angeordnet, sowie am Aussenumfang des Gehäuses 30 befestigt sind. Die Gebläseluft strömt nach Verlassen der Wirbelerzeuger 54 in die Verbrennungszone 52 in Form von mehreren in Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden Wirbeln zur schnellen Vermischung mit dem zur Selbstentzündung und Verbrennung in der Verbrennungszone 52 aus der Zündkammer 4 4 ringförmig in die Zone 52 austretenden verdampften Kraftstoff. Die Verdampfung des Kraftstoffes erfolgt durch Einleiten eines Teiles der heissen Turbinenauslassgase durch den Einlass 56 in die Zündkammer 44 und durch Einspritzen von Kraftstoff in diese Kammer 44 mittels des Kraftstoffeinspritzringes 48. Das Gehäuse 40 hat eine ausreichende' axiale Länge stromabwärts der Einspritzstelle zur vollständigen Verdampfung des Kraftstoffes. Dementsprechend strömen die wirbelnde Gebläseluft und der verdampfte Kraftstoff gleichzeitig in die Verbrennungszone 52 ein zur Selbstentzündung und Verbrennung des Kraftstoffes in dieser Zone. In Folge der Wirbelströmung der Gebläseluft, welche durch die Wirbelerzeuger 54 hervorgerufen wird, erfolgt eine beschleunigte Vermischung uid Verbrennung zwischen der Gebläseluft und dem verdampften Kraftstoff entsprechend dem Wirbelstromprinzip da der Parameter P,V, 2 der Gebläseluft grosser ist als der entsprechende Parameter p„V„ 2 des verdampften Kraftstoffes. P₁ und Ρ« sind die Dichten der Gebläseluft und des verdampften Kraftstoffgemisches während V-. und V₂. die Tangentialgeschwindigkeit der Geblaseluft beziehungsweise des verdampften Kraftstoffgemisches sind.

Die Wirkungsweise der Wirbelerzeuger ist in Figur 2 ausführlicher dargestellt, aus welcher man erkennen kann, dass die Wirbelerzeuger 54 eine Form haben damit nebeneinander liegenden Wirbelerzeuger, wie z.B. 54" und 54" gegeneinander rotierende Wirbel erzeugen. Die Wirbelerzeuger 5 4 und die Auslösemittel 60 können einen bekannten Aufbau haben, wie z.B. in der US- Patentschrift 3.788.065 be-

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schrieben ist, jedoch bevorzugt man eine halbdeltaförmige Flügelform entsprechend der Figur 9. Wie man aus Figur 2 erkennen kann, sind die Wirbelerzeuger 54 vorgesehen damit die Gebläseluft in die Verbrennungszone 52 in Form von mehreren Wirbelströmungen eintritt, wobei nebeneinander liegende Wirbelströmungen in entgegengesetzten Richtungen rotieren, um die Vermischung entsprechend dem Wirbelstromprinzip weiter zu beschleunigen. Es wäre natürlich auchmöglich Wirbelerzeuger 54 vorzusehen, welche Wirbelströmungen erzeugen, die alle in der gleichen Richtung rotieren. In Folge der Wirkung der Brennkammer 32 erzeugt das Mantelstromtriebwerk 10 einen grösseren Schub, da durch die Verbrennung in der Zone 52 die Energie der aus der Kernströmung und der Mantelströmung zusammengesetzten Auslasströmung erhöht wird bevor diese durch den Auslass 14 der Schubdüse 48 austritt. Die Schubdüse kann eine feste Düse oder eine einstellbare Düse sein.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Verbrennungsvorrichtung zur SchübVerstärkung in einem Mantelstromtriebwerk ist in Figur 3 dargestellt und entspricht im wesentlichen der Ausführungsform nach der Figur 1 mit Ausnahme der im folgenden beschriebenen Änderungen. Für gleiche Bauteile sind in Figur 3 die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet worden. In der Figur 3 sind Auslöse- oder Anstoss'mittel 60 am stromabwärts liegenden oder hinteren Ende des Gehäuses 30 vorgesehen und diese Mittel sind vorzugsweise in Form von Wellungen ausgebildet, wie in Figur 4 dargestellt ist. Die Wellungen dienen aar Erzeugung von radialen Strömungen des heissen, selbstentzündbaren verdampften Kraftstoffgemisches aus der Zündkammer 44 in die Gebläseluft. Vorzugsweise liegt jede Auslösevorrichtung oder jede Wellung 60 zwischen zwei benachbarten Wirbelerzeugern 54, welche in entgegengesetzten Richtungen rotierende Wirbel in der Gebläseluft auf gegenüberliegenden Seiten der radial nach aussen gerichteten Strömung des heissen, verdampften Kraftstoffgemisches aus der Zündkammer 44 erzeugen. In dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 3 und 4 sind die Auslösemittel zum Erzeugen der radialen Strömungen des heissen, selbstentzündbaren, verdampften Kraftstoffgemisches in die Brennkammer zone 52 in Form von am stromabwärts liegenden Ende des Gehäuses 30 ausgebildeten Viellungen 60 vorgesehen. Viele verschiedene, andere Ausführungsformen, z.B. entsprechend der US-Patentschrift 3.788.065 sind j=doch möglich zur Ausbildung der Auslösemittel 60 mit welchen man die gleiche, erwünschte Wirbelstromver-

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mischung und Verbrennung erreichen kann.

Eine weitere Abänderung der Ausfuhrungsform nach den Figuren 3 bis 4 gegenüber der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 ist darin zu sehen, dass die Zündkammerwand 40 sich weiter in Strömungsrichtung erstreckt als das Gehäuse 30. Auf diese Weise erreicht man, dass die Verbrennung in der Brennkammerzone 52 vollständig abgeschlossen ist vor der Auflösung der Verbrennungsprodukte der Brenn-: kammerzone 52 mit den Turbinenauslassgasen, welche durch den Kanal 62 strömen zur Vermischung mit den Verbrennungsprodukten in Strömungsrichtung hinter dem Auslass 66 der Wand 40 und vor dem Austritt durch den Auslass 14 der Schubdüse 58.

In den Ausführungsbeispielennach den Figuren 1 bis 2 und 3 bis 4 sind nur einfache Reihen der Wirbelerzeuger vorgesehen. Es ist auch möglich andere Anordnungen der Wirbelerzeuger in diesen Ausführungsbeispielen zu verwenden, wie z.B. in Figur 5 dargestellt ist. In der Figur 5 ist eine erste Reihe von Wirbelerzeugerη 54a auf der Aussenseite der Gebläseströmung 26, vorzugsweise an dem Gebläsegehäuse ausgebildet und diese Reihe der Wirbelerzeuger dient zum Erzeugen von Wirbelströmungen, welche in der gleichen Richtung rotieren. Eine zweite Reihe von Wirbelerzeugern 54b - 54c ist auf der Innenseite der Gebläseströmung 26 vorgesehen und vorzugsweise am Gehäuse 30 ausgebildet. Diese Wirbelerzeuger sind paarweise angeordnet, wie z.B. 54b und 54c, zum Erzeugen "von in entgegengesetzten Richtungen rotierenden Wirbelströmungen auf gegenüberliegenden Seiten der Auslösemittel 68. Diese in mehreren Reihen angeordneten Wirbelerzeuger nach Figur 5 dienen zur Beschleunigung der verdampften Kraftstoffströmung aus der Zündkammer 44 durch den Gebläseluftkanal 26 zur Beschleunigung der Vermischung und dementsprechend auch zur Beschleunigung dsr Verbrennung in der Brennkammerzone 52. Bei der Ausführungsform nach Figur 5 sind die Auslöse- oder Anstossmittel 68 verkantete Wellungen, welche am stromabwärtsliegenden Ende des Gehäuses 54 ausgebildet sind und vorzugsweise jeweils zwischen zwei Wirbelerzeugern, z.B. 54b und 54 liegen. Diese Wellungen sind verkantet zwecks Erzeugen einer rotierenden Bewegung um die Achse 16 der heissen, selbstentzündßaren, verdampften Krafts toffgemischströmung, die aus der Zündzone 44 in die Brennkammerzone 52 gelangt. Diese rotierende Bewegung verstärkt die beschriebene Wirbelströmung oder das Wirbelprinzip zur Beschleunigung der Vermischung und der

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Verbrennung zusätzlich zu der durch die Wirbelerzeuger 54 hervorgerufenen Wirbelbewegung.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 6 dargestellt und kann insbesondere dann verwendet werden, falls die

lass
TurbinenausXjase, welche in die Zündzone 44 eintreten nicht heiss genug sind zur vollständigen Verdampfung des Kraftstoffes und dementsprechend zur Selbstentzündung des Kraftstoffes nach seiner Vermischung mit der Gebläseluft in der Verbrennungszone 52. Die Ausführungsform nach .Figur 6 kann auch angewandt werden falls eine stärkere Schubzunahme durch die Brennkammer 32 erwünscht ist. Bei der Ausführungsform nach Figur 6 kann entweder eine durchlaufende Schaufel 70 oder mehrere in ümfangsrichtung in Abstand voneinander angeordnete Schaufeln 70 an dem Gehäuse 30 ausgebildet sein zur Aufnahme eines Teiles der Luft aus dem Gebläsekanal 26 und zum Einleiten desselben in die Zündkammer 44 zur selbsttätigen Zündung und Verbrennung des Kraftstoff- Auslassgasgemisches in der Zündkammer 44 mit einem Teil der Gebläseluftströmungzwecks Erhöhung der Temperatur der in der Zündkammer 44 erzeugten Verbrennungsprodukte, entweder zur Vergrösserung des Schubes des Triebwerkes 10 oder, um die Temperatur der Auslasströmung aus der Zündkammer ausreichend hoch zu halten zwecks Gewährleistung der Selbstentzündung bei der Vermischung mit der Gebläseluft.

Die Figur 7 zeigt ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Figur 6 wobei zusätzlich zu der Einspritzung des Kraftstoffes in die Zündzone 44 durch die Einspritzmittel 48 am stromaufwärtsliegenden Ende der Zündkammer und zusätzlich zu der Einleitung der Gebläseluft in die Zündkammer 44 mittels der Schaufel oder den Schaufeln 70 noch zusätzlicher Kraftstoff in die Zündkammer 44 mittels Kraftstoff einspritzvorrichtungen 72 eingespritzt wird. Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtungen können in Form von mehreren in Ümfangsrichtung um das Gehäuse 30 angeordneten Düsen oder Öffnungen ausgebildet sein und dienen zur Erzeugung einer stufenweisen Kraftstoffeinspritzung. Bei einer solchen Vorrichtung kann eine maximale Energie und dementsprechend ein maximaler Schub erzeugt werden falls die Triebwerksauslassgase ausreichend heiss sind zur Selbstentzündung des Kraftstoffes der Einspritzvorrichtung 48 an der Stelle 74 stromaufwärts der Schaufel oder Schaufeln 70 und zur Durchführung einer zusätzlichen Verbrennung an einer weiter stromabwärts-

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liegenden Stelle in der Zündkammer 44 des Kraftstoffes aus der Einspritzvorrichtung 72 und mit der durch die Schaufel oder die Schaufeln 70 eingeleiteten Gebläseluft sowie mit den heissen Gasen aus der Zone 74.

Eine Ansicht von hinten der Ausführungsformen nach den Figuren 6 und 7würde im wesentlichen der Figur 4 entsprechen.

Trotzdem. Anordnungen entsprechend den Figuren 1, 3, 6 und 7 zur Beschleunigung der Vermischung zwischen der Gebläseluft und den Turbinenauslassgasen sogar bei Betrieb ohne Schubverstärkung dienen, falls die Brennkammer 32 zur Schübverstärkung nicht in Betrieb ist, können Vorrichtungen vorgesehen sein, die während dem Betrieb ohne Schubverstärkung, falls erwünscht, zum Beiklappen der Wirbelerzeuger 54, der Auslösemittel 60 und der Schaufel oder den Schaufeln 70dienen.

In den Figuren 8 und 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt wobei eine Vorrichtung 76 zur Bildung der Zündzone am stromaufwärtsliegenden Ende des Gehäuses 30 befestigt ist. Die Zündvorrichtung 76 umfasst eine äussere Wand 78 und eine innere Wand 80, welche beide einen kreisförmigen Querschnitt haben und konzentrisch zur Achse 16 sind zur Bildung einer ringförmigen Zündzone 82 zwischen diesen Wänden. Die Zündvorrichtung 76 hat einen ringförmigen Einlass 84, der in Verbindung mit dem Kanal 34 ist zur Aufnahme von Turbinenauslassgasen aus diesem Kanal. Diese Gase strömen durch eine perforierte Platte 86 in die Zündzone 82. Mehrere Wirbelerzeuger 54 sind in Umfangsrichtung um den Kanal 26 angeordnet und sind vorzugsweise einzeln an der Wand 78 befestigt. Eine Auslösevorrichtung 88, welche vorzugsweise aus einem Wellring besteht, ist am stromabwärtsliegenden Ende der Wand 78 befestigt. Zündkraftstoff wird in den ringförmigen Einlasskanal 84 mittels Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 90 eingespritzt zur Vermischung mit den heissen Verbrennungsprodukten und verdampft dadurch in der Zündzone 88 zur Erzeugung einer verdampften Kraftstoffmischung, welche aus der Zündzone 82 in die Brennkammer 52 zur Schubverstärkung strömt. Die aus der Zündzone 82 in die Verbrennungszone 52 gerichtete Strömung ist in Form von ladial verlaufenden selbstentzündbaren verdampften Kraftstoffgemischstrahlen zur Beschleunigung der Vermischung und der Verbrennung mit den in die Verbrennungszone 52 eintretenden Gebläseluftwirbelströmungen, welche durch die Wirbel-

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erzeuger 54 in dem Gebläsekanal 26 erzeugt werden. Wie in Figur 9 dargestellt ist, liegen die Wirbelerzeuger zwischen benachbarten Wellungen der Auslosevorrichtung 88.

Die Betriebsweise der Ausführungsform nach den Figuren 8 und 9 ist die gleiche Wie bei den schon oben beschriebenen Ausführungsformen. Die Turbinenauslassgase gelangen durch den Einlasskanal 84 in die Zündzone zur Vermischung mit dem Zündkraftstoff, welcher durch die Vorrichtung 90 eingespritzt wird zur Verdampfung des Kraftstoffes und zur Förderung desselben in die Verbrennungszone 52. In der Verbrennungszone erfolgt die Selbstentzündung und die beschleunigte Vermischung und Verbrennung mit den Gebläseluftwirbeln, welche in Folge der Wirkung der Wirbelerzeuger 54 in die Brennkammer zone 52 eindringen.

Bei der Ausfuhrungsform nach den Figuren 8 und 9 kann weiterer Kraftstoff in die Gebläseströmung durch eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 eingespritzt werden falls eine grossere Erhitzung oder ein stärkerer Schub erforderlich ist.

Bei Mantelstromtriebwerken mit Vermischung der beiden Strömungen, wo die Auslassgase der Turbine noch nicht vollständig verbrannten Kraftstoff enthalten kann man eine oder mehrere Reihen Wirbelerzeuger 9 2 und 94 in ümfangsrichtung um den Kanal 34 anordnen, die vorzugsweise an der inneren Wand 80 der Zündvorrichtung befestigt sind» Diese Wand trägt in diesem Falle auch eine Auslosevorrichtung Sß in Form eines in Umf angerichtung angeordneten Wellringes, Bei dieser JmsfOhriingsform werden die Verbrennungsprodukte aus dem Kanal 34, welche noch nicht vollständig verbrannten Kraftstoff enthalten, oder in welche Kraftstoff mittels Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 98 eingespritztwerden kann in die Verbrennungszone 52 in Form von mehreren in Dxafangsrichtung voneinander in Abstand liegenden Wirbelströitrangen einer kraftstoffreichen Mischung der Turbinenauslassgase in Folge der Wirkung der Wirbelerzeuger 92 und 94 eingeleitet« Die Wirbelstromungen der kraftstoffreichen Auslassgase entzünden sich von selbst, vermischen sich rasch und verbrennen mit dem verdampften Kraftstoff gemisch das in die Verbrennungszone 52 in Form von mehreren radial gerichteten Strahlen eines heissen, entzündbaren, verdampften Kraftstoffgemisches eintritt. Wie am besten aus Figur 9 zu erkennen ist sind die Wirbelerzeuger 92 uvA 94 vorzugsweise zwischen den Wellen der Auslösevorrichtung

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96 angeordnet. In der Figur 8 sind zwei Reihen von Wirbelerzeugern 92 und 94 vorgesehen jedoch kann man auch auf die Verwendung einer einzigen Reihe zurückgreifen. In der Ausführungsform nach Figur 8 ist eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 8 vorgesehen, dagegen ist aber bei Mantelstromtriebwerken wo noch unverbrannter Kraftstoff in den Turbinenauslassgasen enthalten ist diese zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung nicht erforderlich.

Die Auslösevorrichtungen 88 und 96 können auch einen anderen Aufbau haben, wie schon oben beschrieben wurde.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 8 und 9 dient die. Zündzone 76 zur Erzeugung eines zündfähigen, verdampften Kraftstoffgemisches, es ist aber auch möglich in der Zündzone 76 in Folge der Kraftstoffzuführung durch die Einspritzvorrichtung 90 eine Zündflamme zu erzeugen für ein zündfähiges Gemisch, welches durch den Gebläsekanal 26 und/oder den Kernströmungskanal 34 in die Verbrennungszone 52 eintritt.

Im folgenden wird nun die Betriebsweise der Ausführungsform nach den Figuren 8 und 9 ausführlicher beschrieben. Falls diese Ausführungsform in einem Mantelstromtriebwerk verwendet wird wobei der Sauerstoff in der Auslasströmung der Turbine in dem Kanal 34 noch nicht vollständig verbraucht ist wird Zündkraftstoff bei 90 eingespritzt, strömt durch den perforierten Flämmenhalter 86 und verbrennt in der Zündkammer 82 wo er sich entweder selbsttätig entzündet oder mittels einer üblichen Zündvorrichtung 89 gezündet wird. Zusätzlicher Kraftstoff wird bei 91 und 9 8 eingespritzt und gelangt von dort in dieheLssen Zündgase aus der Zündkammer 82 durch Durchführung einer schnellen Verdampfung des an den Stellen 91 und 98 eingespritzten Kraftstoffes. Das auf diese Weise erzeugte selbstentzündbare kraftstoffreiche Gemisch vermischt sich und verbrennt mit den durch die Wirbelerzeuger 54 erzeugten Gebläseluftwirbel und mit den durch die Wirbelerzeuger 9 2 und 94 erzeugten Wirbel in der Turbinenauslasströmung. Durch Anwenden dieses Ausführungsbeispieles erhält man eine kontinuierliche und genaue Schubeinstellung von der geringsten Verstärkung bei ausschliessucher Verbrennung des Zündkraftstoffes bis zu verschiedenen Schubverstärkungen bei Zuführen von weiterem Kraftstoff durch die Düsen 91 und 98 in verschiedenen Steigerungen zum Erzeugen des gewünschten Gesamtschubes.

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Falls das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 8 und 9 in einem Triebwerk angewandt wird wo der Sauerstoff der Turbinenaus lassgase vollständig verbraucht ist, so sind diese Auslassgase sehr heiss und die Verbrennung vom Zündkraftstoff 90 in dieser Strömung ist nicht erforderlich zur Erzeugung eines selbstentzündbaren Gemisches bei der Vermischung mit der Gebläseluft. In einem solchen Triebwerk wird der Kraftstoff von den Stellen 91 und 98 unmittelbar in dieZündzone 82 eingespritzt zur Bildung eines heissen, kraftstoffreichen selbstentzündbaren Gemisches mit der Turbinenauslasströmung in der Zone 82 zur beschleunigten Vermischung und Verbrennung mit den Gebläseluftwirbeln, welche durch die Wirbelerzeuger 54 hervorgerufen werden. Bei einer solchen Ausführung sind die Wirbelerzeuger 92 und 94 in der Turbinenauslasströmung nicht erforderlich oder sie können zur Verbesserung der Vermischung stromabwärts derselben dienen.

Die in den verschiedenen Ausfuhrungsformen dargestellten Wirbelerzeuger können in Form von Pfeilflügeln ausgebildet sein, wie in den Figuren 10 und 11 dargestellt ist. Dabei besteht der Wirbelerzeuger, wie z.B. 54, aus zwei Flügelteilen 100 und 102, die bei 104 aneinander befestigt sind und von dieser Stelle aus unter einem Winkel von etwa 30° auf jeder Seite nach hinten ragen. Die stromabwärtsliegenden Enden 106 der Flügel verjüngen sich unter Bildung eines Winkels von etwa 20°. Die Dicke T soll bei der Ausführungsform der Wirbelerzeuger nach den Figuren 10-11 etwa 3,18 mm betragen und, die Abmessung A (siehe Figur 10) beträgt vorzugsweise 35,6 mm während für die Abmessung B 71,10 mm vorzuziehen sind. Für andere Ausführungsbeispiele können jedoch auch Wirbelerzeuger mit anderen Abmessungen verwendet werden.

Die bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen verwendeten Wirbelerzeuger können auch deltaförmig sein, wie nach den Figuren 12 und 13. Der Wirbelerzeuger 54 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 12 und 13 hat ringsherum eine scharfe Kante und wie am besten aus Figur 3 ersichtlich ist hat die Kante des Wirbelerzeugers 54 an seinem gesamten Umfang eine flache Fläche 108, welche in Abstand von einer Fläche 110 ist, die beide über eine schräge Fläche 112 miteinander verhunden sind. Die schräge Fläche bildet mit der senkrechten einen Winkel von etwa 83°- 1° oder einen eingeschlossenen Winkel von etwa 7 -1 . Der Winkel zwischen den scharfen Seiten-

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flächen 114 und 116 des deltaförmigen Wirbelerzeugers beträgt etwa 76°+ 1° mit der senkrechten und dementsprechend beträgt der Winkel ^Maⁿ etwa 28°±2°. Die Winkel "b" und "c" sind gleich. Es hat sich ergeben, dass man beste Betriebsergebnisse erreicht mit deltaförmigen Wirbelerzeugern falls die Abmessung C, in Figur 12, 174 mm beträgt und die Abmessung D, in Figur 12, 4,35 mm beträgt. Für andere Ausführungsbeispiele können auch andere Abmessungen verwendet werden.

Wie schon oben beschrieben wurde können die Wirbelerzeuger 54 oder

die anderen Wirbelerzeuger beiklappbar ausgebildet sein. .Eine Vorist richtung zum Beiklappen der WirbelerzeugerySTT den Figuren 14 und dargestellt, wobei die deltaförmigen Wirbelerzeuger 54 schwenkbar an dem Gehäuse 30 an den Lagerstellen 118 und 120 befestigt ist. Der Wirbelerzeuger ist an seiner dritten Ecke an einem Ende 122 eines Hebels 124 angelenkt. Der Hebel ist seinerseits schwenkbar an seinem anderen Ende 126 an der Kolbenstange 128 eines üblichen Zylinder-Kolbenmotors 130 befestigt. Dieser Motor kann hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden. Ein elektrischer Motor kann ebenfalls angewandt werden. Falls die Kolbenstange 128 ausgefahren ist, so befindet sich der Wirbelerzeuger 74 in der mittels gestrichelten Linien angedeuteten, beigeklappten Stellung, in welcher er die Gebläseluftströmung in dem Kanal 26 nicht beeinflusst. Falls der Arm 128 eingezogen ist, so befindet sich der Wirbelerzeuger 54 in der mittels festen Linien angedeuteten Stellung und bildet dementsprechend an seinen Spitzen Wirbel, die in die Verbrennungszone 52 in Form einer Serie von in ümfangsrichtung nebeneinander liegenden Gebläseluftwirbel eindringen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(IJ Mantelstromtriebwerk mit einem in einem Triebwerksinnengehause angeordneten Kerntriebwerk, welches einen ersten Kanal für die Auslas sgase des Kerntriebwerkes aufweist, mit einem in einem Triebwerksaussengehäuse angeordnetem Gebläse und einem zwischen dem Triebwerksaussengehäuse und dem Triebwerksinnengehäuse ausgebildeten ersten ringförmigen Kanal für die Gebläseluft, welcher zu einer hinter dem inneren Triebwerksgehäuse und in dem äusseren Triebwerks-

gehäuse angeordneter Brennkammer zur Schubverstärkung führt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zündkammerwand (40,66,80) in dem Triebwerksinnengehäuse (30) angeordnet ist, und das Triebwerksinnengehäuse und die Zündkammerwand zusammen eine als zweiten Ringkanal ausgebildete, ringförmige Zündkammer (44,82) bilden, dessen Einlassende axial vor dem Auslass des Triebwerksinnengehäuses angeordnet ist, und die Zündkammerwand zusammen mit dem Triebwerksaussengehäuse hinter dem Ende des inneren Triebwerksgehäuses (46) eine Brennkammerzone (52) bilden, dass Mittel (48,90) vorgesehen sind zum Einspritzen von Kraftstoff in die Zündkammer zur Vermischung mit Gasen des Kerntriebwerkes und dass mehrere in Umfangsrichtung in dem ersten Ringkanal angeordnete Wirbelerzeuger (54) vorgesehen sind zum Erzeugen von mehreren in die Brennkammerzone gerichteten Luftwirbeln zur Beschleunigung der Vermischung und der Verbrennung des aus der Zündkammer austretenden Kraftstoffgemisches.
2. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Auslösemittel (60,68,88) in Umfangsrichtung am Auslass des Triebwerksinnengehäuses (30) angeordnet sind zur Erzeugung von radial nach aussen gerichteten Strömungen des heissen, selbstentzündbaren, verdampften Kraftstoff gemisches aus der Zündkammer (44,82) zur Beschleunigung der Vermischung und der Verbrennung des verdampften Kraftstoffes in der Gebläseluft.
3. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger (54) derart ausgebildet sind, dass benachbarte Wirbelerzeuger in entgegengesetzten Richtungen rotierende Wirbel hervorrufen, und dass die Auslösemittel (60) zwischen benachbarten Wirbelerzeugern vorgesehen sind.
4. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösemittel (60) radial nach aussen weisende Wellungen des TriebwerkSinnengehäuses (30) sind, welche am Ende dieses Gehäu-

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- 15 ses eine maximale, radiale Amplitude haben.
5. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die VJi rbe ler zeug er (54) in zwei Reihen angeordnet sind, wobei die Wirbelerzeuger (54b,54c) der ersten Reihe paarweise nebeneinander angeordnet sind und in entgegengesetzten Richtungen drehende Wirbel erzeugen, und die Wirbelerzeuger (54a) der zweiten Reihe radial ausserhalb der ersten Reihe vorgesehen sind und in gleichen Drehrichtungen rotierende Wirbel erzeugen, und dass die Wirbelerzeuger der zweiten Reihe abwechselnd radial ausserhalb einer Wellung der Auslösemittel (58) oder eines.Wirbelerzeugerpaares (54b, 54c) der ersten Reihe liegen, und dass die Wellungen der Auslösemittel in Umfangsrichtung verkantet sind.
6. Mantelstromtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am TrLebwerksinnengehäuse (30) an einer Stelle axial stromabwärts der Kraftstoffeinspritzmittel (48) eine oder mehrere Schaufeln (70) ausgebildet sind zum Einleiten von Gebläseluft aus dem ersten Ringkanal (26) in die Zündkammer (44)" .
7. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (72) vorgesehen sind zum Einspritzen von Kraftstoff in die Zündkammer (44) an einer Stelle stromabwärts der Schaufel oder Schaufeln (70).
8. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 7_r dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (48,72) ausreichend weit vom Ende des Triebwerkinnengehäuses (30) entfernt angeordnet sind damit der Kraftstoff vor dem Ausströmen in die Verbrennungszone

(52) entweder vollständig verdampft oder vollständig verbrannt ist.
9. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel bzw. die Schaufeln (70) beiklappbar ausgebildet sind.
10. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass der Zündkammer und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (48) ausreichend weit vom Ende des Triebwerksinnengehäuses (30) entfernt sind, damit der eingespritzte Kraftstoff mit den Auslassgasen des Kerntriebwerkes vollständig vermischt und verdampft ist vor dem Ausströmen in die Verbrennungszone (52) zur Selbstentzündung bei Vermischung mit der Gebläseluft.

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11. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerksinnengehäuse (30) um ein vorbestimmtes Mass vor dem Ende der Zündkammerwand (40,66) endet zur Durchführung einer vollständigen Verbrennung in der Verbrennungszone (52) vor der Vermischung der.Verbrennungsprodukte mit den Auslassgasen des Kerntriebwerkes stromabwärts der Zündkammerwand.
12. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (917 vorgesehen sind zum Einspritzen von Kraftstoff in den ersten ringförmigen Strömungskanal (26) der Gebläseluft zum Einleiten eines Gebläseluft-Kraftstoffgemisches in Form von Wirbelströmungen in die Verbrennungszone (52X
13. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (98) vorgesehen sind zum Einspritzen von Kraftstoff in den ersten Kanal (34) zur Vermischung mit den Auslassgasen des Kerntriebwerkes zur Erzeugung eines Auslassgas-Kraftstoffgemisches, und dass mehrere Wirbelerzeuger (92,94) in ümfangsrichtung in den ersten Kanal in der Nähe der Zündkammerwand (80) angeordnet sind zum Einleiten des Auslassgas-Kraftstoffgemisches in Form von mehreren Wirbeln in die Brennkammer wodurch zur Beschleunigung der Vermischung und der Verbrennung des Gemisches aus der Zündkammer in dem Auslassgas- Kraftstoffgemisch.
14. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Auslösemittel (96) in ümfangsrichtung am Ende der Zündkammerwand (80) ausgebildet sind zur Erzeugung von mehreren in Radialrichtung verlaufenden Strömungen des Gemisches aus der Zündkammer (82) zur Beschleunigung der Vermischung und der Verbrennung des Gemisches aus der Zündkammer in dem Auslassgas-Kraftstoffgemisch der Kernströmung.
15. Mantelstromtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger (54,92,94) beiklappbar sind.
16. Mantelstromtriebwerk nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger (54,92,94) halbdeltaförmig sind.
17. Mantelstromtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger (54,92,94) deltaförmig sind.
18. Mantelstromtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch

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- 17 gekennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger (54,92,94) pfeilformig sind.

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