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Verfahren zum Aufladen des Zylinders einer Strahlantriebseinrichtung,
bei welcher durch einen Kolben eine Vorverdichtung von,Gemisch oder Verbrennungsluft
erfolgt Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufladen des Zylinders
einer Strahlantriebseinrichtung, bei welcher durch einen Kolben eine Vorverdichtung
von Gemisch oder Verbrennungsluft in dem ersten und Verdichtung von Luft in dem
zweiten Zylinderteil erfolgt. Es ist bekannt, bei Strahlantriebseinrichtungen eine
Gasturbine durch den Strahl der Verbrennungsgase zu betreiben, bevor dieser zum
Erzeugen der Antriebskraft ins Freie entlassen wird. Dabei wird die Turbine von
Gas mit unzulässig hohen Temperaturen beaufschlagt, wenn die Verbrennung mit thermodynamisch
vorteilhaft hohen Verbrennungsdrücken durchgeführt wird. Um eine zulässige Wärmebeanspruchung
der Turbine zu erzielen, müssen besondere Mittel angewendet werden, die im allgemeinen
eine Verringerung des thermodynamischen Wirkungsgrades der Anlage bedingen.
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Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden, und sie erreicht
dies dadurch, daß die in dem zweiten Zylinderteil verdichtete Luft zum Antrieb einer
Luftturbine verwendet
wird, die ein Kreiselgebläse betreibt, durch
welches die Verbrennungsluft für den ersten Zylinderteil gefördert wird.
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In Abb. i ist eine Ausführungsform des Verfahrens wiedergegeben. Die
Abbildung veranschaulicht, daß sich der Kolben i in dem wiedergegebenen Betriebszustand
in dem ersten Zylinderteil befindet, in welchem der Kolben das Gemisch vorverdichtet
hat. In dem zweiten Zylinderteil, der sich hinter dem Kolben (links im Bild) befindet,
ist Luft. Diese Luft wird beim Rücklauf des Kolbens verdichtet. Am Boden des zweiten
Zylinderteils befinden sich Ventile 2, durch welche ein Teil der verdichteten Luft
in den Raum 3 gedrückt wird, sobald die Verdichtung in dem zweiten Zylinderteil
einen bestimmten Wert überschreitet. Aus dem Raum 3 strömt die verdichtete Luft
in die Luftturbine .I. Das Turbinenrad trägt auf der äußeren Seite die Schaufelung
eines Kreiselgebläses 5. Das Kreiselgebläse fördert Luft aus der Atmosphäre in den
teilweise als Kühler ausgebildeten Raum 6, welcher zugleich als Speicherraum für
die von dem Zylinder absatzweise entnommene Luft dient. Die Einführung von Luft
aus dem Raum 6 in den Zylinder vollzieht sich durch das Ventil? während der Zeiträume.
in welchen der Druck in dem Zylinder geringer ist als in dem Raum 6. Die Verbrennungsgase
werden durch das Schieberventil 8 ins Freie entlassen, nachdem die Ladung des Zylinders
entzündet ist und sich der Kolben durch den Druck der Verbrennungsgase in Richtung
auf den zweiten Zylinderteil beschleunigt.
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Um einen kleinen Raumbedarf und geringes Baugewicht der Turbine zu
erhalten, ist es vorteilhaft, die Entspannung der Luft in der Turbine auf einen
höheren Druck als den atmosphärischen, vorzugsweise bis auf den Förderdruck des
Kreiselgebläses, zu führen. Die Entspannung auf niedrigere Drücke verlangt die Anordnung
von große Räume beanspruchenden '.%,-izderdruclcstufen, die entsprechend große Baugewichte
bedingen. Dies ist aber für die Anwendung des Verfahrens in der Luftfahrt nicht
erwünscht, so daß es in diesem Falle zweckmäßig ist, die Entspannung der Luft nicht
zu weit zu treiben.
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Es ist ferner vorteilhaft, die Abluft der Turbine zu kühlen und darauf
dem Zylinder wieder zuzuführen. Durch die Reibungsverluste, denen die Luft in der
Turbine unterworfen ist, ergibt sich eine höhere Temperatur der Abluft der Turbine,
als sie die Luft bei gleichem Druck vorher besaß. Bei der wiederholten Verwendung
der gesamten oder eines Teils der Luft würde sich deshalb eine unzulässig steigende
Temperaturerhöhung ergeben. Eine Kühlung der Abluft der Turbine gibt die Möglichkeit,
die Temperatur auch bei wiederholter Verwendung in gleichbleibenden Grenzen zu halten.
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Eine besonders einfache Anordnung und Betriebsweise ist dadurch zu
erreichen, daß die Abluft der Turbine und die Gebläseluft nach Kühlung einem gemeinsamen
Speicherraum und aus diesem dem Zylinder zugeführt werden. Die Kühlung kann dabei
getrennt oder gemäß Abb. i in einem gemeinsamen Kühler erfolgen. Bei entsprechender
Anordnung des Einlaßventils am Zylinder kann dann durch das Ventil sowohl die Versorgung
des zweiten Zylinderteils mit frischer Luft für die Turbine wie auch die des ersten
Zvliiiderteils mit frischer Verbrennungsluft erfolgen. Die Auffüllung des Zylinders
ergibt sich dann jeweils nach dem Vorbeilaufen des Kolbens an dem Einlaßventil des
Zylinders, da in dem einen Falle Unterdruck in dem zweiten, im anderen Falle Unterdruck
in dem ersten Zylinderteil besteht.
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Bei der. Anwendung der Strahlantriebseinrichtung zum Antrieb von Flugzeugen
ist es vorteilhaft, daß die zu kühlende Luft zur Beheizung einer Kabine oder Enteisungsanlage
verwendet wird. Die besonderen Vorteile bei dieser Anwendung folgen daraus, daß
die Lufttemperaturen im allgemeinen nur in Höhe von rund ioo° C liegen und die Baustoffe
von Flugzeugen diese Temperatur ertragen, ohne in ihren Festigkeitseigenschaften
beeinträchtigt zu werden. Andererseits genügt die Temperaturhöhe und die anfallende
Wärmemenge vollauf, um technisch erwünschte Erwärmungen zu erwirken. Ferner ergibt
sich dabei noch der Vorteil, daß die Wandungen vorhandener Bauteile einer Flugzeugzelle
für die Kühlung ausgenutzt werden. so daß keine zusätzliche Oberfläche für einen
Kühler, die einen zusätzlichen Widerstand bedingt, erforderlich ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß
die Turbine als Radialturbine ausgeführt ist. Bei dieser Bauart der Turbine ergeben
sich besonders für die Anwendung in der Flugtechnik dadurch günstige Verhältnisse,
daß eine gedrängte Form der gesamten Einrichtung und dadurch ein geringer Flugwiderstand
ermöglicht ist. Zugleich ergibt sich der Vorteil, daß diese Turbinenbauart nur einen
geringen Gewichtsaufwand erfordert, wodurch sich ein günstigeres Leistungsgewicht
der Strahlantriebseinrichtung ergibt, als es mit AYialturbinen erreichbar ist.
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Bei der Anordnung einer Radialturbine kann die Außenwand der Turbine
vorteilhaft als Radialgebläse ausgebildet werden, wie es in der Abb. i veranschaulicht
ist. Diese Gewicht und Raum sparende Ausführungsform ist dann
besonders
vorteilhaft, wenn das Kreiselgebläse die Verbrennungsluft auf verhältnismäßig hohe
Drücke fördern soll.
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Die Abb.2 gibt eine Ausführungsform wieder, die einer Förderung von
Verbrennungsluft von geringem absolutem Druck auf einen technisch vorteilhaften
Aufladedruck des Zylinders angepaßt ist. Betriebsbedingungen dieser Art liegen in
der Flugtechnik beim Flug in großen Höhen vor. Dabei ist es vorteilhaft, die benötigten
großen Luftvolumen durch ein Axialgebläse zu fördern. Zur Verbindung der Radialturbine
mit dem Gebläse wird dabei zweckmäßig am Außenrand des Turbinenrades eine mit Schaufeln
besetzte Trommel eines Axialgebläses angeordnet. Dadurch ergeben sich für das Axialgebläse
erwünscht hohe Schaufelgeschwindigkeiten und große Durchflußquerschnitte bei geringster
Raumbeanspruchung. Außerdem ist mit dieser Ausführungsform eine gute aerodynamische
Führung des Luftstromes verbunden, die bei den in großen Höhen erstrebten hohen
Fluggeschwindigkeiten einen erhöhten technischen Wert besitzt. In der Abb. 2 ist
nur der Teil der Strahlantriebseinrichtung wiedergegeben, der von der Turbine und
dem Gebläse eingenommen wird, sowie der Anschluß an den zweiten Zylinderteil, in
welchem die Verdichtung der Turbinenluft stattfindet. Die Ventile, durch welche
die verdichtete Turbinenluft einströmt, sind mit g bezeichnet. Die Luft strömt aus
dem Raum io der mit gegenläufigen Rädern ausgeführten Turbine i i zu. Die Ausführung
der Turbine mit gegenläufigen Rädern ist deshalb vorteilhaft, weil dadurch eine
größere Leistung mit dem gleichen Baugewicht beherrscht wird als bei anderen Bauarten.
Zugleich kann damit ein geringerer Raumbedarf eingehalten werden. An der Außenwand
jedes Turbinenrades befindet sich eine mit Schaufeln 12 besetzte Trommel 13. Zwischen
den Laufschaufeln 12 sind Leitschaufeln 14 angeordnet, die an der Wand 15 befestigt
sind. Die Abluft der Turbine tritt durch die Öffnungen 16 in den Raum 17, in den
auch die von dem Gebläse geförderte Luft ausströmt.
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Durch das erfindungsmäßige Verfahren wird der Vorteil erreicht, daß
die Turbine mit technisch vorteilhaften hohen Drücken und zugleich zulässigen Temperaturen,
wie sie beispielsweise beim Betrieb von Dampfturbinen vorliegen, beaufschlagt wird.
Dabei wird die Energie zur Erzeugung der Treibluft in thermodynamisch vorteilhafter
Weise der Energie nach Vorverdichtung bei Gleichraumverbrennung entzündeter heißer
Gase entnommen. Es ergibt sich damit ein überraschend günstiger Gesamtwirkungsgrad
der Strahlantriebseinrichtung bei einem Betrieb unter technisch gut beherrschbaren
Temperaturen und mit einfachen erprobten Bauteilen.