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Anlage zum Antrieb eines Luftfahrzeuges Es ist vorgeschlagen worden,
den. Rückstoß ausströmender Gase zum Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen,
zu verwenden. Insbesondere war der Vorschlag der Raketenflugzeuge, bei denen durch
Abbrennen von Explosivstoffen die Triebwirkung erreicht werden sollte, unbrauchbar,
da das Mitführen des im Explosivstoff bereits vorhandenen Verbrennungssauerstoffes
neben dem eigentlichen Brennstoff eine mehrfache Gewichtserhöhung bedeutet. Es ist
auch bekannt, die für den Rückstoß notwendigen Gase durch aus Verdichtern und Verbrennungskraftmaschinen
bestehende Maschinenanlagen zu erzeugen.
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Werden aber die heißen Druckgase für den Antrieb durch eine Verbrennung
im Flugzeuge selbst erzeugt, so mu.ß, wenn eine nutzbare Mehrleistung über den Verdichtungsaufwand
hinaus erreichtwerden soll, zwischen der Verdichtung und Entspannung der Luft eine
Erwärmung durch Zuführung der Verbrennungswärme erfolgen. Die normalen Verluste
in der Verdichtungs- und der Entspannungsmaschine bringen es mit sich, daß ein guter
Wirkungsgrad nur dann erwartet werden kann, wenn gleichzeitig einerseits ein hoher
Verdichtungsdruck gewählt wird (z. B. 3o ata) und wenn andererseits hohe Erwärmung
der Luft durch die Verbrennung zwischen. Verdichtung und Entspannung erzielt wird.
Die Ausnutzung dieser heißen Druckluft in einer Turbine oder auch in einer Rückstoßdüse
führt aber zu unzulässigen Baustoff-und Kühlschwierigkeiten und entsprechenden Verlusten.
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Wollte man gleichwohl auf die genannte Weise mit gutem Wirkungsgrad
die Druckgase herstellen, so würden diese mit so hohem Druck für die Entspannung
zur Verfügung stehen, daß sie bei Verwendung in einer Entspannungsdüse auf Ausströmungsgeschwindigkeiten
kommen würden, die das Vielfache der möglichen Fluggeschwindigkeiten betragen.
Der
Wirkungsgrad des Strahlantriebes sinkt aber ganz unzulässig tief, sobald wesentlich
höhere als etwa doppelte Austrittsgeschwindigkeit gegenüber der Fluggeschwindigkeit
aufgewendet wird. Eine Übertragung der zu hohen Geschwindigkeitsenergie auf eine
größere Luftmasse aber, die z. B. ejektorartig beschleunigt würde, ist im. Wirkungsgrad
unbrauchbar. Günstige Drücke für den Betrieb der Rückstoßdüse liegen daher unter
rund etwa dem Doppelten des Außendruckes. Wird aber die Verdichtung nur auf so geringe
Beträge getrieben und dann die Verbrennungswärme zugeführt, so ist nach obigem der
Wirkungsgrad der Druckgaserzeugung wiederum unbrauchbar.
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Diesen gezeigten Schwierigkeiten trug der bekannte Vorschlag Rechnung,
als Treibgas das Auspuffgas einer auf die erforderlichen Drücke ausstoßenden Verbrennun,-skraftmaschine,
gegebenenfalls vermischt mit verdichteter Luft, zu verwenden. Auch diese Ausführungsform
besitzt jedoch einen schlechten Wirkungsgrad, indem die insgesamt verarbeitete Luft
durch den Motorzylinder geleitet wird und trotzdem der Motorzylinder nicht auf höheren
Druck aufgeladen werden kann, da die Spülung durch Unterdruckabsaugzng erfolgt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung .ist nun eine Anlage zum Antrieb
eines Flugzeuges (Luftfahrzeuges) durch den Rückstoß ausströmender Gase, bestehend
aus einer auf die erforderlichen Überdrücke ,ausstoßenden Brennkraftmaschine oder
Motor .in Verbindung mit einem Verdichter, die einen guten Wirkungsgrad besitzt.
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Erfindungsgemäß soll dies dadurch erreicht werden, .daß die Motorzylinder
einer aufgeladenen 2-Takt-Maschine derart mit Verdichtungszylindern zusammenwirken,
daß jeder Motorzylinder mit einem entsprechenden Verdichtungszylinder in der Arbeit
hubweise .ausgeglichen ist, wobei der Verdichter teils auf den Spüldruck oder Ladedruck
vor dem aufgeladenen Motor, teils nur auf den Gegendruck vor der Rückstoßdüse verdichtet.
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Die Vorv erdichtung .ist also zunächst nur rund .auf den für den Strahlantrieb
günstigen verhältnismäßig geringen Druck ,getrieben, worauf aber die Luft einem
auf :diesen Druck aufgeladenen Verbrennungsmotor zur weiteren Verdichtung und Verbrennung
übergeben wird, wobei auch der Auspuffgegendruck dieses Motors höchstens um einen
für den Durchtritt der Gase durch den Motor nötigen Druckabfall geringer ist als
der Vorverdichtungsdruck und wobei die ganze verfügbare Motorleistung im wesentlichen
nur .zur Vorverdichtung Verwendung findet. Die entstehenden heißen Auspuffgase unter
Druck werden dann der Rückstoßdiise zugeführt. Man erreicht dadurch gleichzeitig
den guten Wirkungsgrad der Druckgaserzeugung entsprechend der hohen Verdichtung
im Motor und ferner den guten Wirkungsgrad des Strahlantriebes entsprechend dem
geringen Druckgefälle in der Rückstoßdüse.
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Die Schaltung kann auch so erfolgen, daß bei einem aus Motor und Kolbenverdichter
bestehenden Trei.b:gaserzeuger ein Kreiselgebläse zur Aufla.dung .des Motorzylinders
benutzt wird, wobei .das Gebläse die benötigte Luft dem Kolbenverdichter zur Weiterverdichtung
entnimmt und der Antrieb des Gebläses von einer Abgasturbine aus erfolgt, die das
:gesamte von ,den Abgasen des Motors gelieferte Druckgefälle bis .auf einen für
den Rückstoß passenden Druck verarbeitet.
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In der Zeichnung sind in den Abb. i bis 6 einige Ausführungsformen
des Gegenstandes der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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In Abb. i ist .eine Kolbenmaschine gezeigt, bei der der Kolben i der
Verbrennungsmaschine 2 fest mit den Kolben 3 des Verdichters d. verbunden ist. Durch
geeignete Anlage der Verd.ichterzylinder und etwaiger Totstufen ist es hierbei möglich,
einen Arbeitsausgleich für jeden einzelnen Huh zu erreichen, so daß, wenn diese
in Abb. i gezeigte Maschine mit der ihr eigenen Hubzahl läuft, im Grenzfall nur
die für die Beschleuni.gung der Kurbelwelle nötigen Kräfte auf das Getriebe wirken.
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Bei der in Abb. i gezeigten Ausführung ist tder Verdichter q. doppelt
wirkend, so daß in beiden Endlagen Ventilgruppen 5 angeordnet sind. Durch diese
Ventile 5 kommt das vorverdichtete Gas durch die Leitungen 6 teilweise in den Zylinder
der Verbrennungsmaschine 2, teilweise durch Leitung 7 in. die zu .den Rückstoßdüsen
führenden Kanäle. Die Brennstoffeinspritzung ist mit 8 bezeichnet.
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In Abb. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Kolben
in bekannter Weise .gegeneinander laufen. Ansaugen und Ausstoßen sowie etwaige Spülung
erfolgt durch die Schlitze g. Auch bei dieser Ausführung sind die Kalben i der Verbrennungsmaschine
2 mit den Kolben. 3 des Verdichters fest verbunden, der Verdichter d. doppelt wirkend.
Die Anlage der Ventile 5 und Kanäle 7 ist gleich wie bei der Ausführung nach Abb.
i.
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Die Spülung kann bei dieser Maschine äußerst wirksam gestaltet werden,
da durch die Schlitze -9 :die verdichtete Luft ein- und durch die Schlitze io ausströmen
kann. Die Pfeile deuten .den Weg der Gase und der i verdichteten Luft an. Im einzelnen
ist der Vorgang wie folgt:
Der Kolbenverdichter der Antriebsanlage
liefert seine verdichtete Luft, da diese in genügender Menge hergestellt wird, teils
zur Spülung des Motorzylinders, wobei :dieser Teil der Luftentsprechend erwärmt
und mit .den Auspuffgasen vermischt zur Rückstoßdüse geleitet wird, teils unmittelbar
in die Leitung zur Rückstoßdüse. Beide Teilmengen vermischen sich, bevor sie zur-Rückstoßdüse
gelangen, und erhalten damit gleichen Gesamtdruck und .annähernd gleiche Temperatur.
Die Trennung der verdichteten Luft :auf :beide Teile des Arbeitsgases kann baulich
z. B. so erfolgen, daß ein Zylinder des Verdichters als Spülstufe verwendet wird,
dagegen der andere als reiner Drueklufterzeuger für den Antrieb. Außerdem spart
man für diese zweite Teilmenge den Druckabfall der Spülung. Die Vermischung von
beiden Teilmengen kann auch in einem besonders dazu vorgesehenen Gehäuseteil des
Motors erfolgen, wobei in diesem gemeinsamen Gehäuseteil .der Ausgleich des Druckes
und der Temperatur stattfindet. Ein Teil :der für die Spülung des Zylinders vorgesehenen
Luft kann ,auch zur Kühlung des Zylinders abgezapft werden, wobei diese Luft außerhalb.
des Motorzylinders zum Auspuff unmittelbar (ohne in den Zylinder einzudringen) vorbeiströrnt,
um .dann .mit den anderen Luftteilen vermischt zu werden.
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In Ab#b. 2 ist in der Mitte des Zylinders eine Wand i i dargestellt,
die unmittelbar am Zylinder eine Öffnung i2 besitzt, durch :die die zur Kühlung
dienende, am Zylinder vorbeistreichende Luft, d. h. also der Teil der Druckluft,
der nicht durch die Schlitze g in den Zylinder eingetreten ist; von dem Raum 13
in den Raum 14gelangen kann. Im Raum 14 wird dieser Teil der Druckluft wieder mit
,der aus den Schlitzen io austretenden Druckluft und den Auspuffgasen vermischt
und in die Sammelleitung 16 geführt.
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Die Anordnung nach Abb. 2 kann ohne Schwierigkeit durch einen Flugkolbenmotor
ersetzt werden, dessen Kolben unter Wegfall des Kurbeltriebes ebenfalls mit den
Kolben des Verdichters zusammengebaut oder verbunden sein können.
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Der große Vorteil der vorgeschlagenen Antriebsanlage soll auch :darin
bestehen, daß zwar mehrere Motorverdichter als Kraftmaischinen verwendet werden,
jedoch nicht alle ständig im Betrieb zu stehen brauchen, und einer oder mehrere
von diesen Treibgaserzeugern als Reservekraftquellen dienen können, wobei sie ,durch
eine Abschlußklappe 17 (Ahb.3) von der Sammelleitung abgetrennt werden können.
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In Abb, 3 ist eine solche Anordnung mehrerer Einheiten 15 gezeigt,
die alle mit einem Sammelrohr 16 in Verbindung stehen, in welchem sowohl die Auspuffgase
wie auch die verdichtete, zur Spülung und Kühlung verwendete oder auch die nur verdichtete
Luft gesammelt werden kann.
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Im Falle, daß nun nicht adle Einheiten arbeiten, ;also etwa bei Teillastbetrieb,
muß Druck und Volumen des Rückstoßmittels geregelt werden. Diese Regelung kann z.
B. :so erfolgen, daß die Querschnitte der Ausströmdüsen in Abhängigkeit vom Druck
der Rückstoßgase verändert werden oder daß die eine Rückstoßdüse oder deren mehrere
je nach Bedarf ganz abgeschlossen oder ganz ,geöffnet werden. Als Regler kommt z.
B. ein als Düsennadel in der Austrittsmündung axial verschiebbares Ventil 18 mit
Entlastungskolben ig in Frage, wobei je nachdem im Sammelrohr 16 .der sämtlichen
Trei.bgaserzeuger herrschenden Druck der Entlastungskolben ig des Ventils gegen
eine Feder verstellt wird und so den Otuerschnitt verändert. Die Vorspannung dieser
Feder. kann im Betrieb verändert werden.
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Die Tatsache, daß die im Sammelrohr durchströmenden Rückstoßgase für
die weitere Verbrennung des Brennstoffes genügende Mengen Sauerstoff enthalten,
und @da ferner die Temperatur dieser Gase relativ niedrig (Größenordnung rund 2oo°
C) ist, erlaubt in diesen Gasen zusätzlich weiteren Brennstoff zu verbrennen, um
zusätzliche Leistung zu erhalten, dies zwar mit schlechtemWi:rkungsgra.d, jedoch
aber wichtig in allen Fällen, in denen sonst die Überlastung des Motors in Frage
kommt (Stauleistung, Aufstieg, Erhöhung der Geschwindigkeit usw.). Die Brennkammern
2i für diese zusätzliche Verbrennung des Brennstoffes können zum Teil im Sammelrohr
16 vor dem engsten Querschnitt der Ausströmdüsen, zum Teil in g7racle für -diese
Zwecke vorgesehenen Brennkammern 22 nach den kegelgliedern angeordnet werden, um
letztere vor den hohen Tem- i peraturen zu schützen.
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Dabei ist eine Brennstoffeinspritzung 23 vorgesehen sowie Zündkörper
24, @da eine Selbstzündung nicht mehr in Frage kommt.
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Das Sammelrohr 16 selbst kann, wie in i Abb. 4 gezeigt, um eine 'Gewichtsersparnis
.des Flugzeuges zu erzielen, als Träger für die Flügel oder als Versteifung der
Zelle ausgebildet sein. Der Vorteil einer solchen Bauart liegt darin, daß die Vereisungsgefahr
i damit wirksam vermieden wird, da die normalen Wärmeverluste des Sammelrohres vollauf
genügen, die Vereisung von Flügeln und Zelle zu vermeiden.
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Die Rückstoß,düsen 25 selber können nach i Abb, 5 neben ihrem eigentlichen.
Hauptzweck dem Ausstoß von Treibgasen zur Förderung
des Flugzeuges
auch zu Steuerzwecken ausgebildet sein. Dürch Einbau von verstellbaren Richtungsplatten
2'6 kann eine Steuerung erzielt werden. Steuerungen können aber auch durch
Schließen und öffnen einzelner Düsengruppen oder :durch Richtender ganzen Düsen
erreicht werden. So können beispielsweise nach unten gerichtete Düsengruppen vorgesehen
werden, die einen Auftrieb .beim Landen oder raschen Aufsteigen bewirken.
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In der Abb. 6 ist schließlich eine Anlage mit Kreiselgebläse beispielsweise
gegeben. Die Einheit 15, bestehend aus einem mit einer Verbrennungsmaschine zusammengebauten
Verdichter, steht mit einem Kreiselgebläse 27 in Verbindung, welches wiederum auf
gleicher Welle mit einer Abgasturbine 28 läuft. Die Arbeitsweise dieser Anlage ist
folgende: Das Kreiselgebläse 27 verdichtet Luft vor, gibt einen Teil dieser Luft
an die Einheit 15 weiter, wo sie in der beschriebenen Weise verarbeitet wird. Es
kann ferner ein Teil dieser verdichteten Luft :durch Leitung 29 unmittelbar den
Düsenkanälen zugeführt werden. Die aus :der Einheit 15 austretenden Gase werden
in der Abgasturbine 28 bis auf ,den notwendigen niedrigen Druck für die Rückstoßdüsen
verarbeitet und können .dann noch anschließend mit einer nicht :der Einheit zugeführten,
dem Gebläse abgezapften Luftmenge vermischt und dem Sammelrohr 16 zugeführt werden.
Die Leistung der Abgasturbine 28 genügt dabei vollauf für den Antrieb des Kreiselgebläses
27.
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Es liegt im Wesen,der Erfindung, daß die angegebenen Ausführungsbeispiele
den Erfindungsgedanken nicht erschöpfen. Vielmehr lassen sich leicht weitere Möglichkeiten
in der Anordnung der einzelnen Vorrichtungen an, -eben, ohne daß der Erfindungsgedanke
verlassen wird.