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Heißstrahltriebwerk zum Vortrieb von. Luftfahrzeugen Die Erfindung
betrifft ein aus einem Verdichter, Brennkammern,. einer den Verdichter antreibenden
Gasturbine und einer Rückstoßdüse bestehendes Heißstrahltriebwerk zum Vortrieb von
Luftfahrzeugen.
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Heißstrahltriebwerke sind zum Vortrieb von Luftfahrzeugen extrem hoher
Geschwindigkeit bestimmt. Der Stirnwiderstand des Luftfahrzeuges, der bekanntlich
mit dem Quadrat der Geschwindigkeit wächst, fällt daher bei ihnen besonders ins
Gewicht, so daß der Konstrukteur bestrebt sein muß, den Gesamtdurchmesser des Triebwerkes
gering zu halben.
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Maßgebend für den Gesamtdurchmesser des Heißstrahltriebwerkes sind
die Brennkammern. Diese können jedoch nicht beliebig klein gehalten werden, da in
-ihnen das Treibmittel erzeugt wird, das hinsichtlich seiner Menge durch die verlangte
Vortriebsleistung bestimmt ist. Je kleiner der Brennkammerdurchmesser gewählt wird,
um so, mehr steigt naturgemäß die Geschwindigkeit dieser Treibmittelmenge; bei der
Wahl der Treibmittelgeschwindigkeit ist dem Konstrukteur jedoch eine obere Grenze
gesetzt, die theoretisch erreicht wird, wenn die Luftgesdhwind..igkedt gleich der
Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme ist, die aber praktisch, um ein Abreißen
der Flamme mit Sicherheit zu vermeiden, wesentlich tiefer liegen muß.
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Es ist bekannt, die Strömungsverhältnisse der Luft an der Brennstelle
durch Abzweigung von Teilluftströmen so zu beeinflussen,
daß eine
einwandfreie Verbrennung ermöglicht wird. Zu diesem Zweck wird die Brennkammer vor
der Mündung der Kraftstoffeinspritzdüse oder an den Mündungen der Iiraftstoffeinspritzdüsen
durch eineRippe oder deren mehrere in Brennkammerabschnitte geteilt. Da diese Rippen,
deren Länge ein bis zwei Drittel des Brennkammerdurchmessers beträgt, den freien
Durchtrittsquerschnitt der Brennkammer verengen, andererseits aber der übrigbleibende
freie Durchtrittsquerschnitt genügend groß sein muß, um das ungehinderte Abströmen
des erzeugten Treibmittels zu ermöglichen, wird naturgemäß der Gesätntdnrehmesser
einer solchen unterteilten -Brerfnhämmer um so größer, je mehr Rippen, d: = je mehr
Brennkammerteilräume vorgesehen sind. 2Jit den Brennkammerdurchmessern steigt aber
-in untragbarer Weise der Stirnwiderstand des Heißstrahltriebwerkes, der dem Streben
nach Leistungserhöhung des Triebwerkes eine obere Grenze setzt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Heißstrahltriebwerk anzugeben, bei
welchem die Vortriebsleistung gesteigert werden kann, ohne daß es notwendig ist,
den Durchmesser der Brennkammern und damit den Stirnwiderstand des Gesamttriebwerkes
wesentlich zu vergrößern.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei oder
mehrere voneinander getrennte Brennkammern räumlich hintereinander angeordnet, funktionsmäßig
aber parallel geschaltet sind, oder dadurch, daß innerhalb ein und derselben Brennkammer
zwei oder mehrere Brennmuffeln räumlich hintereinander angeordnet, funktionsmäßig
aber parallel geschaltet sind.
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Zur Durchführung der erfinderischen Lehre eignet sich besonders eine
bereits vorgeschlagene Gasturbinenbrennkammer mit Brennmuffel, bei welcher sich
an den Brennmuffelstauraum ein Brennmuffelbrennraum und an diesen ein sich verjüngender
Brennniuffelaustrittsraum anschließt, der in der Strömungsrichtung durch einen Boden
geschlossen ist und an dessen Mantelfläche ein oder mehrere Austrittsschlitze angeordnet
sind, durch welche die Brenngase in den Wirbelraum der Brennkammer gelangen. Bei
einer derartigen Brennkammer kann die \-ortriebsleistung ohne Vergrößerung dies
Brennkammerdurchmessers dadurch erhöht werden, daß der Brennmuffelaustrittsraum
der ersten Brennmuffel von dem Mantel des Stauraumes einer hinter der ersten Brennmuffel
angeordneten, parallel geschalteten Brennmuffel mit Abstand umgeben wird, derart,
daß ein Ringkanal entsteht, der in den Frischluftstrom hineinragt und diesem die
für die Verbrennung des in die nachgeschaltete Brennmuffel eingeführten Kraft-Stoffes
notwendige Luft entnimmt, und daß die Austrittsschlitze der ersten Brennmuffel in
radial angeordnete Austrittskanäle einmünden, «-elche durch den Stauraum der nachgeschalteten
Brennmuffel hindurchführen und in den Wirbelraum der Brennkammer ausmünden.
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Zur Verbesserung der Verbrennung innerhalb der Breimmuffel wird erfirdungsgemäß
vorgeschlagen, daß die Austrittskanäle der ersten Brennmuffel schraubenförmig verwunden
sind, derart, daß dem an ihnen vorbeistreichenden, für die parallel nachgeschaltete
Brennmuffel bestimmten Luftstrom eine Drallbewegung erteilt wird und daß im Brennmuffelstauraum
der ersten Brennmuffel schraubenförmig verwundene Leitbleche angeordnet sind, derart,
daß dem in die Brenninuftel eintretenden Luftstrom eine Drallbewegung erteilt -wird.
Für die nachgeschaltete Brennkammer kann eine besondere Zündeinrichtung dadurch
erspart werden, daß der Boden der ersten Brennkammer oder Brennmuffel niit Öftnungen
vers:a,en ist. derart. dar ein Teil der Feuergase dieser Brennkammer bz-v. Brennmuffel
in die nachgeschaltete Brennkammer bzw. Brennmuffel eintritt.
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Der Vorteil der Erfindung liegt in einer gegenüber dem Stand der Technik
sprunghaften Vergrößerung der Vortrielisleistung unter Beibehaltung oder nur unbedeutender
Erhöhung des Stirnwiderstandes des Luftfahrzeuges.
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In der Zeichnung ist ein @u@iührung@beispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Abb. i den Mittellängsschnitt durch eine Brennkammer gemäß der Erfindung
und Abb. 2 einen Querschnitt durch die Brennkammer nach der Linie II-11 der Abb.
i.
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Der vom Verdichter i geförderte Druckluftstrom -wird nach seinem Eintritt
iii die Brennkammer 2 und nach Gleichrichtung durch die Leitflächen 3 von der im
Innern der Brennkammer angeordneten, an sich bekannten Brennmuffel q. geteilt. Ein
Teil der Luft gelangt durch die Brennmuffeleintrittsöffnunz in den sich trichterförmig
erweiternden Brennmuffelstauraum 6, in welchem die Geschwindigkeit der Luft vermindert
und ihr Druck entsprechend erhöht wird. Im Brennmuffelstauraum wird Kraftstoff durch
die Israftstoffeinspritzvorrichtung ; eingebracht und das Gemisch mittels der Zündeii:riclitung
entflammt. Das einmal entzündete Israftstott-Luft-Gemisch brennt im Brennraum 9
der Brennmuffel meist unter Luftmangel weiter: es ist aber auch möglich, Iiraftstoft-
und Luftmenge so zu -wählen, daß bereits im Breimmuffelbrennraum 9 vollständige
@-erbrennun@r eintritt. Der Brennraum 9 geht in den Brennmuftelaustrittsraum io
über, der in der Strömungsrichtung
verjüngt und am Ende mit einem
Boden i i verschlossen 'ist. Am 'Umfang der Wandung des Brennmuffelaustrittsraumes
io sind Schlitze 12 etwa in Richtung der Längsachse angeordnet, welche in Austrittskanäle
13 einmünden, die (wie
[email protected] ersichtlich ist) -radial und in Richtung von Mitbeillängs,schnitten
angeordnet sind, und durch welche die Brenngase in, der. ersten Wirbelraum 14 der
Brennkammer 2 geleitet werden Hier mischen sich die Brenngase mit einem Teil derjenigen
vom Verdichter i gef5rderten Luft, die infolge ider konischen Form des Bremnmuffelstauraumes
6 ,in den zwischen Brennkammerinnenwand und Brennmuffelaußenwand gebildeten Ringkanal
15 abgedrängt wurde, wobei. gegebenenfalls die Nachverbrennung des im Brennmuffelbrennraum
nicht restlos verbrannten Kraftstoffes eintritt.
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Der andere Teil der obenerwähnten abgedrängten Verdichterluft wird
von der in den Luftstrom hineinragenden Wandung 16 der zweiten Brennmuffel 17, die
den Austritts.-raumio der ersten Brennmuffel ¢ konzentrisch mit Abstand umhüllt,
erfaßt, tritt in den von der Wandung 16 und dem Mantel des Austrittsraumes io der
ersten Brennmuffel gebildeten Ringkanal 18 ein, kühlt im Vorbeistreichen die schlitzförmigen
Austrittskanäle 13 und gelangt in den Stauraum 1g der zweiten Brennmuffel 17. Der
durch die Einspritzvorrichtung 2o eingebrachte Kraftstoff wird (teilweise oder vollständig)
in dem Brennmuffelbrennraum 21 verbrannt und gelangt in den Brennmuffelaustrittsraum
22, der in ähnlicher Weise wie der erste Brennmuffelaustrittsraum 1o sich in Strömungsrichtung
verjüngt, mit einem Boden 23 verschlossen und an seiner Mantelfläche mit Austrittsschlitzen
2q. versehen ist, durch welche die Brenngase der zweiten Brennmuffel in den zweiten
Wirbelraum 25 der Brennkammer 2 austreten, wo sie sich mit dem den Ringkanal 26
durchströmenden und von den Leitflächen 27 geführten Brenngas-Luft-Gemisch der ersten
Brennmuffel mischen und wo gegebenenfalls die Nachverbrennung ides in der zweiten
Brennr Muffel 17 noch nicht restlos verbrannten Kraftstoffes eintritt.
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Zur schnelleren Durchmischung von Kraftstoff und Luft .ist es möglich,
dem die Brennmuffeln durchsetzenden Luftstrom eine Drallbewegung zu erteilen, beispielsweise
durch Leitbleche 28 oder dadurch, daß die Austrittskanäle 13 leicht soh.raubenförmig
verwunden ausgeführt werden.
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Die besondere Zündeinrichtung 29 für die zweite Brennmuffel kann.
erspart werden, wenn der Boden i i der ersten Brennmuffel mit (nicht gezeichneten)
Öffnungen versehen wird, durch welche ein Teil der brennenden Feuergase aus der
ersten Brennmuffel in die zweite übertritt und in dieser die Verbrennung einleitet.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, drei oder mehr Brennkammern
bzw. Brennmuffeln sinngemäß anzuordnen.