DE768053C - Verfahren und Einrichtung zum Betrieb eines Duesenmotors - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zum Betrieb eines Düsenmotors Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Düsenmotors, der aus einer Brennkraftmaschine, einem von dieser Brennkraftmaschine angetriebenen Verdichter und einer Ausströmdüse besteht, und Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Es wurde vorgeschlagen; die Geschwindigkeit der aus der Rückstoßdüse entströmenden Gase entsprechend der zu erzeugenden Rückstoßkraft und entsprechend der Fluggeschwindigkeit des durch den Rückstoß dieser Gase vorgetriebenen Luftfahrzeuge zu regeln. Dabei wurde eine derartige regelbare Änderung der Ausflußgeschwindigkeit der Gase einerseits durch eine regelbare Änderung des Austrittsquerschnittes der Rückstoßdüse und andererseits durch eine zusätzliche Verbrernnung im Mündungsteil der Ausströmdüse erzielt. Den Querschnitt der Ausströmdüse änderte man bisher durch einen in dem Austrittsquerschnitt der Rückstoßdüse verschieblich angeordneten Verdrängerkörper. Eine solche Anordnung hat jedoch verschiedene Nachteile. So sind Strömungsverluste bei den hohen Austrittsgeschwindigkeiten der ent. spannten Gase unvermeidlich. Außerdem bedarf es, will man diese Geschwindigkeitsverluste durch eine zweckmäßige Form des Verdrängerkörpers zu verringern, großer Verstellwege des Verdrängerkörpers, um den Austrittsquerschnitt der Ausströmdüse in den notwendigen Grenzen regeln zu können. Die zusätzliche Verbrennung erfolgte dabei bisher innerhalb des Mündungsteiles der Ausströmdüse, und zwar in der von den Abgasen der Brennkraftmaschine verunreinigten Arbeitsluft des Rückstoßers. Dies hat jedoch verschiedene 'Nachteile, insbesondere den, daß eine solche Verbrennung bei großem Luftüberschuß erfolgt und deshalb mangelhaft und unwirtschaftlich ist. Ferner erfolgt eine unzulässig hohe Erwärmung des 'Mündungsteiles der Ausströmdüse. da dieser Teil von den Brenngasen unmittelbar berührt wird. Eine solche übermäßige Erwärmung der Ausströmdüse hat Wärmespannungen zur Folge, die den Betrieb des betreffenden Düsenmotors unmöglich machen.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Düsenmotor. bestehend aus einer Brennkraftmaschine, einem von dieser Brennkraftmaschine angetriebenen Verdichter und einer Ausströmdüse, die angeführten -.Nachteile einer solchen Anordnung zu vermeiden. Gemäß der Erfindung wird ein Teil der an der Verbrennung in der Brennkraftmaschine nicht teilhabenden Arbeitsluft in einen gesonderten, im Innern des Düsenkörpers angeordneten Brennraum geleitet. In diese Arbeitsluft wird eine ihrem Gewicht verhältige Menge Brennstoff eingeführt und zusätzlich zur Verbrennung in der Brennkraftmaschine verbrannt. Auf diese Art -wird das Arbeitsvermögen der Arbeitsluft erhöht. Der in den gesonderten Brennraum geleitete Teil der Arbeitsluft wird dabei verdichtet, und die Verbrennung findet vorteilhaft beim höchsten oder annähernd höchsten Druck der Arbeitsluft statt. Dem Betrieb ohne zusätzliche Verbrennung entspricht die Dauerleistung und dem Betrieb mit zusätzlicher Verbrennung entspricht die Spitzenleistung des Triebwerkes.
• Der den gesonderten Brennraum umschließende Mantel ist zwecks Durchführung des Verfahrens in dem an die Brennkraftmaschine anschließenden Bereich der Ausströmdüse angeordnet und wird von dem an der Verbrennung in diesem Brennraum nicht teilhabenden Teil der Arbeitsluft umspült und dabei gekühlt. Im -,weiteren Ausbau der Erfindung sind der Austrittsquerschnitt der Ausströmdüse und der Austrittsquerschnitt des gesonderten Brennraumes veränderbar gestaltet, und zwar weist bei Betrieb ohne zusätzliche Verbrennung (Dauerleistung) die Ausströmdüse den kleineren, der gesonderte Brennraum den größeren und bei Betrieb mit zusätzlicher Verbrennung (Spitzenleistung) die Ausströmdüse den größeren und der gesonderte Brennraum den kleineren Austrittsquerschnitt auf. Die Veränderung wird durch einen düsenförmigen Ringkörper erzielt, der in der Ausströmdüse angeordnet und derart beweglich gelagert ist, daß er nach der Art eines Verlängerungsstückes wahlweise an das Ende der Ausströmdüse oder des gesonderten Brennraumes angeschlossen «erden kann. Der Ouerschnittsverlauf der von der Ausströmdüse oder von dem Brennraummantel und dem beweglichen Verlängerungstück gebildeten Leitungen ist dabei stetig. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung münden die Abgasleitungen der als Iiolbenbrennkraftmaschine ausgebildeten Brennkraftmaschine in den von dem Brennraummantel und der Ausströmdüsenwand begrenzten Raum.
• Die Zeichnung zeigt den Mittellängsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dem Düsenkörper i ist anschließend an seinen diffusorartig ausgebildeten Einlaß ia der mechanische Verdichter (axial durchströmter Verdichter) 2 angeordnet. Dieser Verdichter 2 wird von einer anschließenden Isolbenbrennkraftmaschine 3 angetrieben, die an der vom Verdichter abgewendeten Seite eine windschnittige Verkleidung .l trägt. In dem an die Brennkraftmaschine 3 und die Verkleidung.a. anschließenden Bereich der Aus strömdüse ist ein gesonderter Brennraum angeordnet, der von dem rohrförmigen Mantel 5 gebildet wird. Dieser -Hantel wird mittels der Befestigungsrippen 6a bis 6'i bezüglich des Düsenkörpers i in einer solchen Lage gehalten, daß der Brennraummantel 5 in keinem Punkt den Düsenkörper i berührt. Vorteilhaft ist es, den Mantel 5, wie gezeichnet, mit der Ausströmdüse i achsgleich anzuordnen. Der Ausströmquerschnitt 711 des Mündungsteiles I6 des Düsenkörpers i und der Ausströmquerschnitt 76 des Brennraummantels 5 sind gleich groß. Am Düsenende ist ferner ein düsenartig ausgebildeter Ringkörper 8 vorgesehen und derart verschiebbar gelagert, daß er nach der Art eines Verlängerungsstückes wahlweise an die Ausströmöffnung 7a der Düse i oder an die Ausströmöffnung 76 des Brennraummantels 5 angeschlossen werden kann und dann mit dem betreffenden Teil eine Leitung mit stetigem Ouerschnittsverlauf bildet. 'Mittels Einspritzdüsen 9a und 96 kann in das Innere des Mantels 5 zusätzlich Brennstoff eingespritzt werden. Die Abgasleitungen ioa, ,ob und Zylinder i i der Brennkraftmaschine 3 münden in den von der Ausströmdüse i und dem Mantel j gebildeten ringförmigen Raum.
• Bei einer solchen Einrichtung wird die den Düsenkörper anströmende Luft in dein Einlaß ia vorverdichtet und in dem mechanischen Verdichter :2 auf den endgültigen Betriebsdruck gebracht. Ein Teil dieser Luftumströmt die Zylinder i i der Brennkraftmaschine 3, ein weiterer Teil der Luft (Arbeitsluft) wird durch die Ansaugstutzen 12" und i26 in die Arbeitszylinder i i der Brennkraftmaschine 3 geleitet und dient dort in bekannter Weise zur Verbrennung. Ein Teil der Energie der Brenngase wird in mechanische Leistung umgesetzt und dient zum Antrieb des mechanischen Verdichters a. Der andere Teil des Arbeitsv-ermögerL,s,der B renmgase .dient zur Erzeugung von Rückstoßleistung, indem sich die Abgase durch die Leitungen ioa und iob in den von der Ausströmdüse i und dem Brennraummantel 5 gebildeten ringförmigen Raum entspannen. Ein Teil der an der Verbrennung in der Brennkraftmaschine nicht teilhabenden und durch die Kühlung der Brennkraftmaschine erwärmten Arbeitsluft dringt durch die Einströmöffnung 13 in den gesonderten Brennraum ein und kann etwa bei diffusorartiger Form des Einströmteils des Brennraumes weiterverdichtet werden. Soll nun der Düsenmotor beispielsweise beim Start des Fahrzeuges oder beim Beschleunigen während des Fluges eine erhöhte Vortriebsleistung hervorbringen, dann wird der zusätzliche Verlängerungsteil 8 an den Brennraummantel5 in beschriebener Weise angeschlossen. Dadurch wird der Ausströmquerschnitt des gesonderten Brennraumes verringert, der Ausströmquerschn.itt der Ausströmdüse i (Querschnitt 7a) vergrößert. In der Zone des annähernd größten Druckes der Arbeitsluft innerhalb des Brennraummantels 5 wird nun durch die Düsen 9a, 9b Brennstoff eingespritzt und verbrannt. Zufolge des durch die Verbrennung erhöhten Arbeitsvermögens wird die Ausströmgeschwindigkeit der durch die Verbrennung im Brennraum beschleunigten Gasmasse erhöht. Eine weitere Erhöhung der Ausströmgeschwindigkeit erfolgt zufolge des verringerten Ausströmquerschnittes des Brennraummantels 5. Eine solche Verringerung des Ausströlmqwerscihnit.tes otder eine derartige Erhöhung der Ausströmgeschwindigkeit ist beim Beschleunigen von großem Vorteil, da zufolge der erhöhten Geschwindigkeit der Schub beträchtlich erhöht wird. Der restliche Teil der an der Verbrennung innerhalb des gesonderten Brennraumes nicht teilhabenden Arbeitsluft umspült den Mantel s und kühlt denselben wirksam unter Erhöhung ihres Arbeitsvermögens.
• Es ist selbstverständlich möglich, an Stelle der Kolbenbrennkraftmaschine 3 eine andere bekannte Brennkraftmaschine, z. B. eine Gasturbine, in Anwendung zu bringen. In einem solchen Falle wird allerdings in den gesonderten Brennraum, die üblichen Anordnungen vorausgesetzt, keine reine Arbeitsluft, sondern ein Luft-Abgas-Gemisch strömen. Es muß also in diesem Falle, eine bestimmte zu verbrennende Brennstoffmenge vorausgesetzt, der gesonderte Brennraum in seinen Abmessungen größer gehalten werden, um die zur Verbrennung des Brennstoffes nötige Sauerstoffmenge aufzunehmen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Antrieb eines Fahrzeuges, insbesondere eines Luftfahrzeuges, durch den Rückstoß sich entspannender Gase, z. B. Luft, die von einem durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Verdichter verdichtet und in einer Ausströmdüse entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der an der Verbrennung in der Brennkraftmaschine nicht teilhabenden Arbeitsluft in einen gesonderten, im Innern des Düsenkörpers angeordneten Brennraum geleitet wird, worauf in diese Arbeitsluft eine ihrem Gewicht verhältige Menge Brennstoff eingeführt und zusätzlich zur Verbrennung in der Brennkraftmaschine verbrannt wird, so daß das Arbeitsvermögen der Arbeitsluft erhöht wird. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der in' den gesonderten Brennraum geleitete Teil der Arbeitsluft verdichtet wird, worauf die Verbrennung beim höchsten oder annähernd höchsten Druck dieser Arbeitsluft vor sich geht. 3. Verfahren nach den Ansprüchen i und z, dadurch gekennzeichnet, daß dem Betrieb ohne zusätzliche Verbrennung die Dauerleistung und dem Betnieb- mit ziuisätzlicher Verbrennung die Spitzenleistung des Triebwerkes entspricht. q.. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den gesonderten Brennraum umschließende Man tel (5) in dem an die Brennkraftmaschine anschließenden Bereich der Ausströmdüse (i) angeordnet ist und von dem an der Verbrennung in diesem Brennraum nicht teilhabenden Teil der Arbeitsluft umspült und gekühlt wird. 5. Einrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt der Ausströmdüse (i) und der Austrittsquerschnitt des gesonderten Brennraumes (5) veränderbar sind. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb ohne zusätzliche Verbrennung (Dauerle,Istung) die Au@s@strömd(ü.se, den kleineren, der gesonderte Brennraum den größeren, und bei Betrieb mit zusätzlicher Verbrennung (Spitzenleistung) die Ausströmdüse den größeren und der gesonderte Brennraum den kleineren Austrittsquerschnitt aufweist. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmdüse (i) und der gesonderte Brennraum (5) gleichen Austrittsquerschnitt (7a, 7b) besitzen und daß ein düsenartiger Ringkörper (8) am Ende der Ausströmdüse angeordnet und derart beweglich gelagert ist, daß er nach der Art eines Verlängerungsstückes wahlweise an das Ende (ib) der Ausströmdüse oder des gesonderten Brennraumes angeschlossen werden kann. B. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnittsverlauf der von der Ausströmdüse (i) oder von dem Brennraummantel (5) und dem beweglichen Verlängerungsstück (8) gebildeten Leitungen stetig ist. g. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Verlängerungsstück (8) in der Strömungsrichtung der Gase eine stetige Verjüngung aufweist. io. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmdüse (i), der Brennraummantel (5) und das be«-egliche Verlängerungsstück (8) achsgleich angeordnet und mit kreisförmigen Querschnitten ausgestattet sind und das Verlängerungsstück in axialer Richtung (9) verschiebbar ist. i i. Einrichtung nach einem der Ansprüche ,4 bis io mit einer Iiolbenbrennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitungen (ioa, iob) der Brennkraftmaschine (3) in den von dem Brennraummantel (5) und der Ausströmdüsenwand (i, ib) begrenzten Raum münden. 1a. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis i i, dadurch gekennzeichnet. daß der zusätzliche Brennstoff durch Einspritzdüsen (9a, 9b) in den gesonderten Brennraum (5) eingeführt wird.