DE714842C - Flugmotor mit Ladegeblaese und Abgasturbine - Google Patents

Description

• Flugmotor mit Ladegebläse und Abgasturbine Es ist bekannt, Flugmotoren mit einer Abgasturbine auszurüsten und diese Turbine für den Antrieb eines Ladegebläses zu benutzen. Bei der Verwirklichung dieses Vors s chlages treten Schwierigkeiten auf, die bisher noch nicht in befriedigender Weise bewältigt werden konnten. Welcher Art diese Schwierigkeiten sind und worauf sie zurückzuführen sind, wird erkennbar, wenn man die mit wachsender Flughöhe sich ändernden Betriebsverhältnisse näher untersucht.
• Die Aufgabe des Ladegebläses ist es, dem Motor in allen Flughöhen ein gleichbleibendes Ladegewicht zu sichern. Infolgedessen gibt der Motor in allen Höhenlagen eine stets gleichbleibende Abgasmenge ab. Da gefordert werden muß, daß der Auslaßgegendruck des Motors nicht unzulässig steigt, muß dafür gesorgt werden, daß diese Abgasmenge ständig durch die Turbine abströmen kann. Dieser Forderung paßt sich das Verhalten der Turbine nicht von selbst an. Das Schluckvermögen der Turbine ändert sich nämlich mit der Flughöhe, und zwar nimmt es wegen des absinkenden Auslaßgegendruckes mit wachsender Flughöhe bis zu einem Höchstwert zu bzw. umgekehrt mit sinkender Flughöhe ab. Legt man den Düsenquerschnitt der Turbine so aus, daß sie beim Höhenflug imstande ist, die anfallende Abgasmenge zu verarbeiten, so inuß man beim Betriebe in niedrigeren Flughöhen entweder dafür sorgen, daß die Schluckfähigkeit der Turbine durch besondere Mittel vergrößert wird oder daß die Überschußabgasmenge abblasen kann. Der Weg, die Schluckfähigkeit der Turbine. zu vergrößern, ist praktisch schwierig, da das Zu- und Abschalten von Düsen bei den hohen Abgastemperaturen erfolgen müßte. Man hat deshalb den zweiten Weg beschritten und zu einer Abblasregelung gegriffen. Man läßt also die Beaufschlagung der Turbine unverändert und vergrößert mit sinkender Flughöhe die Abblasmenge jeweils in einem solchen Maße, daß unter Berücksichtigung der mit der Flughöhe sich verändernden Schluckfähigkeit der Turbine der Abgaseintrittsdruck vor der Turbine bzw. der Auslaßgegendruck der Brennkraftmaschine nicht unzulässig ansteigt. Diese Regelung hat zur Folge, daß die Turbinenleistung mit sinkender Flughöhe stärker abnimmt als der Kraftbedarf des

  Lader:. Beinißt inan die Turbine so, ilaß ihre

  Leistung beim Höhenflug für den Lader-

  antrieb ausreicht, so wird ihre Leistung beim

  Flug in niedrigen Höhen oder beim Start so

  gering, daß der Laderleistungsbedarf nicht

  mehr gedeckt werden kann. Man hat aus die-

  sein Grunde die Turbine mit einem besonde-

  ren Lader gekuppelt und zugleich einen

  zweiten Lader vorgesehen, der vom Motor

  aus angetrieben wird, der in diesem Falle die

  fehlende N erdichterleistung aufbringt.

  Es ist auch ein Flugmotor mit einem voll

  einer Abgasturbine angetriebenen Lade-

  gebläse und einer Vorrichtung zum Abblasen

  einer Abgasüberschußinenge bekannt, bei dein

  der Lader mit der Turbine ständig, mit dein

  Motor jedoch über eine Überholkupplung ver-

  bunden ist, die sich selbsttätig löst, sobald

  die Drehzahl auf der Turbinen- bzw. Lader-

  seite die Drehzahl auf der :.lotorseite über-

  schreitet.

  Die Erfindung betrifft nun einen I# luginotor

  mit einem finit dein .Motor über eine Ül)erliol-

  kupplung in Verbindung stehenden Abgas-

  turbogebläse und einem zum Entfernen einer

  überschüssigen Abgasmenge dienenden Ab-

  blasventil an der zur .\bgasturbine führen-

  den Abgasleitung. Eine bedeutende Verein-

  fachung erhält man, indem erfin(lungsgemäli.

  solange die für die Bemessung der Abgas-

  turbine zugrunde gelegte Sollhöhe noch nicht

  erreicht ist, (las Abgasturbogebläse mit dein

  Motor gekuppelt und <las Abblasventil geöff-

  net ist, wobei das Abblasventil bei zunehmen-

  der Höhe im Schlielasinne verstellt wird, und

  zwar derart, daß der Unterschied der Drücke

  zwischen Gebläsedruckleitung und Abgas-

  leitung unverändert bleibt, und indem eine

  weitere Kupplungsvorrichtung zwischen Mo-

  tor und Abgasturbogebläse vorgesehen ist,

  die nach Überschreiten der für die Abgas-

  turbine zugrunde gelegten Sollhöhe und in-

  folgendessen ansteigendem Arl>eitsdruck-

  gefälle für die Abgasturbine bei geschlosse-

  nem Abblasventil (las .-\bgasturbogebläse

  selbsttätig mit dein Motor kuppelt und damit

  e=ine weitere Erhöhung der Drehzahl des Ab-

  gasturbogebläses unterbindet.

  Wird bei dein Flugmotor ein Teilluftstrom

  aus der Gebläsedruckleitung in die Abgas-

  Leitung geleitet, so dient zur Verstellung des

  Abblasventils eine Steuervorrichtung, auf die -

  der Druck in der Gebläsedruckleitung einer-

  seits und der Druck der Abgasleitung

  andererseits einwirkt.

  Die Erfindung stellt eine vorteilhafte Lö-

  sung zum Betrieb von aufgeladenen Flug-

  motoren mit Abgasturbogebläse dar, welche

  in jeder Höhe eine restlose und dabei be-

  triebssichere Ausnutzung des Abgasturbo-

  Z, gewährleistet, ohne daß. es dabei be-

  sonders komplizierter und die Aufmerksam-

  keit des :Maschinenführers beanspruchender

  Regelvorrichtungen bedarf.

  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist

  in der Abbildung dargestellt.

  Darin ist die Abgasturbine mit i. das

  Ladegebläse mit 2 und die Motorkurbelwelle

  mit 3 bezeichnet. d. und 5 sind zwei Über-

  holkupplungen. Das Turbinenlaufrad 6 und

  das Gebläseschaufelrad 7 sitzen auf einer ge-

  meinsamen @-Velle, auf der ein Zahnrad 9 be-

  festigt ist. Die Kurbelwelle 3 trägt zwei

  Zahnräder io und i i. Das Zahnrad io greift

  in ein Zahnrad 12, das Rad i i in ein Zahn-

  rad 13 ein. Das Zahnrad 12 sitzt fest auf

  einer Vorgelegewelle 14, während <las Zahn-

  rad 13 an einer Vorgelegewelle 15 befestigt

  ist. Mit dem Zahnrad 9 stehen die beiden

  Zahnräder 16 und 17 in Eingriff. die auf den

  Vorgelegewellen 18 und i9 sitzen und je nach

  Betriebsverhältnissen über die Freilaufkupp-

  lungen mit den Vorgelegewellen verbunden

  werden. Das Gebläse 2 saugt durch eine Lei-

  tung 2o an und drückt das geförderte 'Mittel

  durch die Leitung 21 dein Motor zu. 22 ist

  die zur Turbine i führende vom Motor koni-

  inende Abgasleitung. In der Gebläsesaug-

  leitung 2o ist eine Drosselklappe 23 vor-

  gesehen, die von einem Servomotor 24 ver-

  stellt werden kann. der seine Steuerimpulse

  von der Leitung 21 erhält und die Drossel-

  klalTe 23 ständig so einstellt, daß der Druck

  in der Leitung 21 wenigstens angenähert auf-

  rechterhalten bleibt. An die ringförtnige Gas-

  verteilungskarnmer 25, in die die Leiten:`. a2

  einmündet, ist eine- Ab:blasleitung 26 ange-

  schlossen, in der eine verstellbare Drosselklappe

  27 angeordnet ist. Diese Drosselklappe kann

  durch eine Servomotorsteuerung 28 verstellt

  «-erden. Die Steuerimpulse werden voni

  Druck in den Leitungen 21 und 22 abgeleitet.

  so daß der Regler 28 die Drosselklappe 27

  jeweils so einstellt, daß ein gleichbleibender

  Druckunterschied zwischen den beiden Lei-

  tungen 21 und 22 herrscht. 29 ist eine Ver-

  bindungsleitung, durch die Kühlluft aus (leg

  Leitung 2i den durch die Leitung 22 strö-

  niend-en Abgasen beigegeben wir('.

  Die `Wirkungsweise der Anlage ist fol-

  gende: Feim Start sowie unterhalb einer be-

  stimmten Flughöhe treiben die Gasturbine i

  und der Motor zusammen das Ladegebläse 2

  an. Der Motor gibt seine Leistung über die

  Kurbelwelle 3 und die Zahnräder i i und 13,

  die Kupplung d und die Zahnräder 17 und 9

  an die Welle 8 ab. Der Servomotor 24 stellt

  die Drosselklappe 23 so ein, daß in der Lei-

  tung 21 der gewünschte Ladedruck herrscht.

  Der Servomotor 28 regelt die- Drosselklappe

  27 so ein, daß zwischen dem Druck in den

  Leitungen 21 und 2-2 die erforderliche Druck-

  differenz besteht. Die Drosselklappe 23 wird zunächst mehr oder weniger geschlossen. die Drosselklappe 27 dagegen mehr oder weniger geöffnet sein. -Nimmt die Flughöhe zu, `o nimmt der äußere Luftdruck ab. Der Druck in der Leitung 21 sinkt, und die Servoinotorsteuerung 24: öffnet die Drosselklappe 23 in dem Maße weiter, daß der Druck in der Leitung 21 immer wieder auf die gleiche Höhe gebracht wird. 'Infolge des mit .zunehmender Flughöhe absinkenden Gegendruckes auf der Auslaßseite der Gasturbine i nimmt die Schluckfähigkeit der Turbine zu, so daß der Druck in der Leitung 22 absinkt. Die Folge ist, daß der Servomotorregler 28 die Drosselklappe 27 mehr und mehr schließt, und zwar jeweils in dem Maße, daß der Unterschied der Drücke in den beiden Leitungen 21 und 22 unverändert bleibt. Durch (las weitere Schließen der Drosselklappe 27 verringert sich die Abblasgasmenge, und die Leistung der Turbine i wächst an. Die Drehzahl des gesamten Aggregats bleibt jedoch wegen der bestehenden Kupplung mit dem Motor zunächst unverändert. Wächst die Turbinenleistung schließlich so weit, daß die Turbine imstande-ist, den, Laderleistungsbedarf allein zu decken, so hört die Leistungsabgabe von der Motorseite an den Lader auf. Steigt die Maschine weiter und nimmt damit die Leistung der Turbine i weiterhin zu, so löst sich schließlich die Überholkupplung d. selbsttätig, da dann das Rad 17 eine höhere Drehzahl annimmt als das Rad 13. Etwa zu diesem Zeitpunkt hört das Abblasen von Gas durch die Leitung 26 vollständig auf. Steigt die Maschine zu noch größeren Höhen auf, so vergrößert sich die Leistung der Turbine i weiterhin, da der äußere Luftdruck mit zunehmender Flughöhe weiter absinkt und das Arbeitsdruckgefälle für die Turbine i zunimmt. Die Drehzahl der Turbine i steigt damit fortgesetzt weiter, bis schließlich die Umlaufzahl (des Zahnrades 16 größer wird als die des Zahnrades 12. In diesem Augenblick stellt die Überholkupplung 5 die Verbindung zwischen den Vorgelegewellen 18 und 1.4 her, so daß jetzt Turbine i, Lader 2 und Motorkurbelwelle 3 wieder miteinander gekuppelt sind. Ein weiteres Anwachsen der Leistungsabgabe der Turbine i führt nach Herstellung der Verbindung durch die Kupplung 5 dazu, daß jetzt die Turbine i etwaige LTberschußleistung an die Motorkurbelwelle 3 abgibt, ohne daß die Drehzahl der Turbine i weiter ansteigt.
• Beim Herabgehen der Maschine spielen sich die Vorgänge sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge ab.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Flugmotor mit einem mit dem Motor über eine Überholkupplung in Verbindung stehenden Abgasturbogebläse,welches, solange nicht die Drehzahl der Abgasturbine die Drehzahl der motorseitigen Kupplungshälfte überschreitet, mit der Motorwelle gekuppelt ist, und einem zum Entfernen einer überschüssigen Abgasmenge dienenden Abblasventil an der zur Abgasturbirte führenden Abgasleitung, dadurch gekennzeichnet, daß, solange die für die Bemessung der Abgasturbine (i) zugrunde gelegte Sollhöhe noch nicht erreicht ist, das 4bblasventil (27) :geöffnet ist, @@obei Idas Abblasventil bei zunehmender Höhe im Schließsinne verstellt wird, derart, daß der Unterschied der Drücke zwischen Gebläsedruckleitung (21) und Abgasleitung (2-9) unverändert bleibt und d:aß eine weitere Kupplungsvorrichtung (5) zwischen Motor und Abgasturbogebläse vorgesehen ist, die nach Überschreiten der für :die Abgasturbine zugrunde gelegten-Sollhöhe und infolgedessen ansteigendem Arbeitsdruclcgefälle für die Abgasturbine bei geschlossenem Abblasventil (z7) das Abgasturbogebläse selbsttätig mit dem Motor kuppelt und damit eine weitere Erhöhung der Drehzahl des Abgasturbogebläses unterbindet.
2. 2. Flugmotor nach Anspruch i, bei dem ein Teilluftstrom aus der Gebläsedruckleitung in die Abgasleitung geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des Abblasventils (27) eine Steuereinrichtung (28) dient, auf die der Druck in der Gebläsedruckleitung (21) einerseits und der Druck in der Abgasleitung (,22) andererseits einwirkt.