DE1009441B - Vorrichtung zum Regeln des Ausgangsquerschnittes der Duese eines Rueckstossantriebes - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Regeln des Ausgangsquerschnittes der Düse eines Rückstoßantriebes vorgeschlagen worden, bei welcher durch eine oder mehrere in der Nähe des Düsenausganges angeordnete Blasöffnungen hindurch auf den durch die Düse hindurchgehenden Schubstrahl ein unter Druck stehendes Hilfsmedium gerichtet wird, wodurch eine Einschnürung des Schubstrahles hervorgerufen; wird. Dabei kann die zum Hervorbringen, dieser Einschnürung dienende Abgabemenge des Hilfsmediums ein kleiner Teil der Menge des zu beeinflussenden Schubstrahles sein und beispielsweise über eine Leitung dem Luftverdichter des Triebwerkes entnommen werden.

Zweck der Erfindung ist, eine verbesserte Regelvorrichtung der vorgenannten Art zu schaffen.

Die Regelvorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die das Hilfsmedium der bzw. den Blasöffnungen zuführende Leitung zugleich mit einer Hilfsdüse in Verbindung steht und eine Einrichtung zum Absperren entweder der Blasöffnungen oder der Hilfsdüse vorgesehen ist.

Durch die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Kombination wird ermöglicht, daß beim Arbeiten des Triebwerkes das der Blasöffnung durch die Leitung unter Druck zugeführte Hilfsmedium stets einen Durchgang findet, so daß es entweder durch die Blasöffnung in das Innere der Hauptdüse oder durch die Hilfsdüse in die Atmosphäre tritt. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß das Hilfsmedium dauernd zugeführt werden kann, so daß, wenn es von dem Luftverdichter des Triebwerkes geliefert wird, dieser dauernd auf dem gleichen Punkt seiner Arbeitskenn- linie, d. h. stets mit günstigstem Wirkungsgrad arbeiten kann.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Regelung des Auslaßquerschnittes der Ausstoßdüse eines Reaktionsstrahltriebwerkes, das mit einer in der Düse angeordneten Nachverbrennungsvorrichtung versehen ist. Es ist bekannt, daß der Querschnitt einer solchen Düse in Abhängigkeit davon angepaßt werden muß, ob die Nachverbrennungsvorrichtung arbeitet oder außer Betrieb ist. In dem letzteren Fall wird der Querschnitt verringert, indem das ringförmige Düsenrohr geschlossen und der Blasschlitz geöffnet wird» Wenn dagegen eine Erhöhung des Schubes erhalten werden soll, wird die Nachverbrennungsvorrichtung in Betrieb gesetzt und der Blasschlitz geschlossen, was die Öffnung des ringförmigen Düsenrohres und die Entspannung des unter Druck stehenden Hilfsgases durch dieses Rohr gleichachsig zu dem Hauptreaktionsstrahl nach sich zieht. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß in der ringförmigen Leitung eine praktisch konstante Abgabe-Vorrichtung zum Regeln

des Ausgangsquerschnittes der Düse

eines Rückstoßantriebes

Anmelder:

Societe Nationale d'Etude
ίο et de Construction de Moteurs d'Aviation,

Paris

Vertreter: Dr. E. Wiegand, München 27,

und Dipl.-Ing. W. Niemann, Hamburg 1, Ballindamm 26,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 18. September 1952

Jean Henri Bertin, Neuilly-sur-Seine, Seine,

Louis Alexandre Jules Bauger, Vanves, Seine,

Marcel Kadosch und Marie Louis Maunoury, Paris

(Frankreich),
sind als Erfinder genannt worden

menge erhalten wird, gleichgültig, in welcher Stellung sich die Absperrmittel befinden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematischer Axialschnitt durch ein Turbinenstrahltriebwerk mit Wiedererhitzung des Strahles durch Nachverbrennung, wobei das Triebwerk mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung versehen ist;

Fig. 2, 3 a und 3b sind jeweils schematische Schnitte nach den Linien H-II, HP-IIP bzw. IIP-IIP von Fig. 1.

Das in der Zeichnung dargestellte Turbinenstrahltriebwerk umfaßt ein vorderes Lufteintrittsrohr 1,

4-5 einen Luftverdichter 2, Brennkammern 3, eine Gasturbine^ die durch den Auspuff der Brennkammern 3 betätigt wird und den Verdichter 2 antreibt, und eine Ausstoßdüse 5, die nach hinten gerichtet ist und den Antriebsreaktionsstrahl liefert. Die Düse 5 weist eine erweiterte Zone 5^a auf, in welcher zur Nachverbrennung dienende Brenner 6 angeordnet sind, die gespeist werden, wenn eine augenblickliche Erhöhung des Schubes herbeigeführt werden soll. Diese Brenner 6 sind auf radialen Streben 7 angeordnet. Der

709 546Z5&

zweckmäßig dosierte Brennstoff wird Injektoren 9 unter Druck von einer Brennstoffpumpe 8 durch eine Rohrleitung 10 und einen Verteiler 11 zugeführt.

Der Strom aus heißer Luft und verbrannten Gasen, der aus der Turbine 4 mit großer Geschwindigkeit austritt, wird in dem divergierenden Teil 5" der Ausstoßdüse verlangsamt, bis er eine geeignete Geschwindigkeit erreicht, die eine gute Vermischung der Gase mit dem durch die Injektoren 9 zerstäubten Brenn-

der Düse in der Stellung dargestellt sind, in welcher der Blasschlitz 13 geschlossen und das ringförmige Rohr 18 geöffnet ist.

Die beiden Endstellungen der Klappen sind offensichtlich nicht die einzig möglichen. Tatsächlich können die durch die Winde 20 zu betätigenden Klappen auch in irgendeiner Zwischenstellung zwisehen den beiden Endstellungen verbleiben, um eine ■ Regelung der durch den Schlitz 13 geführten Gas

stoff gestattet. Die Zündung des Gemisches wird mit io menge auf den erforderlichen Wert zum Erzielen des Hilfe einer Zündkerze 12 bewirkt, die durch einen be- üh Dühi ölih

sonderen elektrischen Stromkreis (nicht dargestellt) gespeist wird. Die Verbrennung findet in dem zylindrischen Teil 5^b der Düse statt, und die Entspannung erfolgt in dem Endteil der Düse 5.

Da der Auslaßquerschnitt einer gut angepaßten Düse ungefähr proportional der Quadratwurzel aus der Temperatur der auszustoßenden Gase sein muß, ist ersichtlich, daß bei einem Reaktionsstrahltrieb-

werk der beschriebenen Art der Querschnitt der Aus- 20 sperren des Blasschlitzes 13 und des ringförmigen laßöffnung der Düse in einer ziemlich beträchtlichen Düsenrohres 18 mit Hilfe einer Reihe von mit einer Weise in Abhängigkeit davon geändert werden muß,
ob die Brenner 6 im Betrieb sind oder nicht. Bei der

gewünschten Düsenquerschnittes zu ermöglichen.

Um die Anbringung und Betätigung der Klappen zu erleichtern und ihre Zahl zu verringern, kann der Blasschlitz unterbrochen sein und von Segmenten gebildet werden. Die Wirksamkeit eines solchen Schlitzes ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige eines durchlaufenden Schlitzes von gleichem Durchlaßquerschnitt.

Es sei bemerkt, daß die Vorrichtung zum Ab-

dargestellten Ausführungsform ist der lichte Quer-

Winde verbundenen Klappen nur ein Beispiel für die Verwirklichung der Regelung der Einschnürung des Strahles darstellt und daß auch irgendwelche anderen

schnitt der Auslaßöffnung derart gewählt, daß er 25 Vorrichtungen für den gleichen Zweck im Rahmen genügend groß für den Ausstoß der Gase ist, wenn der Erfindung verwendet werden können.

diese durch die im Betrieb befindlichen Brenner 6 erhitzt werden. Da dann aber dieser Querschnitt zu groß ist, wenn die Brenner 6 außer Betrieb sind, d. h.

Außerdem kann, wie dies an sich bereits vorgeschlagen wurde, das Hilfsgas, welches zur Bildung des Einschnürstrahles bestimmt ist, anstatt den

beim Starten und beim normalen Flug, wird dieser 30 Brennkammern 3 entnommen zu werden, auch der Querschnitt dadurch verringert, daß eine Medium- Förderseite des Luftverdichters, vorzugsweise einer einschnürung mit Hilfe eines unter Druck stehenden Hochdruckstufe von ihm entnommen werden. Gases erzeugt wird, welches durch einen peripheren Während des ohne Wiedererhitzung des Strahles

Blasschlitz 13 zugeführt wird, der in der Nähe der vor sich gehenden Betriebes des Turbinenstrahltrieb-

35

Düsenauslaßöffnung liegt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steht dieser Blasschlitz 13 mit einem ringförmigen Raum 14 in Verbindung, der einerseits von dem Mantel 15 des Triebwerkes und andererseits von einem zweiten

g ,

in die Düse 5 durch die Brenner 6 eingespritzt wird, wird die Zufuhr von Gas am Blasschlitz 13 unterbrochen, und dadurch wird der effektive Querschnitt

werkes wird das dem Verdichter oder den Brennkammern entnommene Hilfsgas unter Druck in den Schlitz 13 geführt, in welchem es sich entspannt. Auf diese Weise wird der Auslaßquerschnitt der Düse 5 entsprechend dem Arbeitszustand des Triebwerkes Mantel 16 begrenzt wird, der gleichachsig zu dem 40 geregelt, d.h., zur Erzielung der gewünschten Leistunersten Mantel 15 verläuft. Der ringförmige Raum 14 κ gen ergibt sich: geschlossenes Düsenrohr 18 im Maxisteht seinerseits mit den Brennkammern 3 durch BP malbetrieb ohne Wiedererhitzung des Reaktions-Öffnungen 17 in Verbindung, die in der Wandung Strahles, weniger geschlossenes Düsenrohr im nordieser Kammern vorgesehen sind, und außerdem jgg malen Betrieb.

mündet er über ein konvergierendes ringförmiges 45 Im Augenblick der Anwendung der Wieder-Düsenrohr 18, welches konzentrisch zur Auslaß- erhitzung des Reaktionsstrahles, d. h. wenn Brennstoff öffnung der Ausstoß düse 5 liegt, in die Atmosphäre. d

Der ringförmige Raum 14 bildet somit einen

Sammler für den Brennkammern 3 entnommene, Q

unter Druck stehende Gase und zugleich eine Leitung, 50 der Düse 5 an ihrer engsten Stelle erhöht. Die Nachweiche die Gase dem Blasschlitz 13 und dem konver- verbrennung geht in richtiger Weise vor sich, wenn gierenden Düsenrohr 18 zuführt. Eine Reihe von das Turbinenstrahltriebwerk auf normalen Arbeitsübereinandergreifenden Klappen, wie sie z. B. bei 19 bedingungen gehalten wird. Das entnommene Gas angedeutet sind, die zwischen dem Mantel 15 und wird entspannt und aus dem Turbinenstrahltriebwerk dem Mantel 16 des Triebwerkes angeordnet und 55 durch das ringförmige Düsenrohr 18 nach außen geuntereinander verbunden sind und die durch eine stoßen, so daß es den Schub der Maschine erhöht. Winde 20 betätigt werden, können entweder den Blas- Um die Bedingungen für den normalen Flug

schlitz 13 oder das ringförmige Düsenrohr 18 ab- wiederherzustellen, wird die Zufuhr von Brennstoff sperren. Die Klappen 19 können nach der Art der bei zu den für die Nachverbrennung dienenden Bren-Hauben für Flugzeugkolbenmotoren vorgesehenen 60 nern 6 unterbrochen und gleichzeitig das entnommene Klappen zum Regeln der Kühlung angeordnet sein, Gas in den Blasschlitz 13 geführt, wobei die Abgabewie dies die Fig. 3 a und 3 b zeigen. menge auf den Wert geregelt wird, der notwendig ist,

Die Anordnung ist derart getroffen, daß, wenn das um die gewünschte Leistung zu erzielen. Die dem Rohr 18 geschlossen ist, der Blasschlitz 13 geöffnet Verdichter entnommene Luft bzw. die den Brennist und umgekehrt. Auf diese Weise können die ent- 65 kammern entnommenen Verbrennungsgase stehen nommenen Gase entweder in den Schlitz 13 oder in während ihres Transportes bis zu dem Blasschlitz 13 das ringförmige Rohr 18 geführt werden. In Fig. 1 in Berührung mit den heißen Wandungen des Stators sind die Klappen 19 im oberen Teil der Düse in der der Turbine und der Düse, wodurch ihre Wärme-Stellung wiedergegeben, in welcher der Blasschlitz 13 energie erhöht wird und ihre Entspannungsgeschwingeöffnet ist, während die Klappen im unteren Teil 70 digkeit zunimmt.

Die durch einen Hilfsstrahl erzielte Einschnürwirkung ist von der Bewegungsgröße dieses Hilfsstrahles, d. h. von dem Produkt aus seiner Abgabemenge und seiner Ausblasgeschwindigkeit abhängig. Insl>esondere zur Erzielung einer gegebenen Einschnürwirkung wird die notwendige Abgabemenge des Hilfsgases um so geringer sein, je stärker dieses Gas unter Druck erwärmt worden ist.

Es sei bemerkt, daß außer der Erwärmung des Hilfsgases durch einfachen Wärmeaustausch mit der heißen Wandung 15 zusätzliche Erhitzungsvorrichtungen, wie z. B. innerhalb des ringförmigen Raumes 14 angeordnete Brennkammern, vorgesehen werden können, um dadurch mit Vorteil die Ausblasgeschwindigkeit des Hilfsgases zu erhöhen.

Es kann auch die Bewegungsgröße des Hilfsgases erhöht werden, indem seine Abgabemenge beispielsweise dadurch vergrößert wird, daß in das Hilfsgas eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, eingespritzt wird. Diese Flüssigkeit kann fein zerstäubt oder in dampfförmigem Zustand in die Masse des Hilfsgases gebracht werden, wobei die Wärme des Hilfsgases ausgenutzt wird. Diese Wärme ist bereits ausreichend, wenn das Hilfsgas, in welches Wasser eingespritzt wird, aus Luft besteht, die dem Verdichter entnommen wird. Es kann auch eine Flüssigkeit von niedrigem Verdampfungspunkt, wie z. B. Methanol, gewählt werden. Das Einspritzen von Flüssigkeit kann auch mit dem Erwärmen kombiniert werden.

Die Erhitzung des auszublasenden Gases hat offensichtlich eine Abkühlung der Wandung 15 der Ausstoßdüse 5 zur Folge. Dieser \forteil ist besonders wichtig, wenn die hohen Temperaturbedingungen betrachtet werden, unter welchen die Bleche des Mantels der Düse während der Wiedererhitzung des Reaktionsstrahles arbeiten. Auf diese Weise wird die Wärmeenergie, die gewöhnlich durch Wärmeaustausch zwischen dem Reaktionsstrahltriebwerk und der Außenluft aus der Maschine verlorengeht, zurückgewonnen und für den Antrieb ausgenutzt, da, wie ol>en erwähnt, während der Wiedererhitzung des Reaktionsstrahles das entnommene Hilfsgas in dem ringförmigen Düsenrohr 18, das konzentrisch zur Hauptdüse 5 verläuft, entspannt und parallel zur Achse des Hauptstrahles nach außen ausgestoßen wird.

Es sei bemerkt, daß die Abgabemenge des Hilfsgases immer ungefähr die gleiche bleibt, gleichgültig, ob das Triebwerk mit oder ohne Wiedererhitzung des Strahles arbeitet. Das ringförmige Düsenrohr 18 ist derart bemessen, daß sein Ausgangsquerschnitt im _g0 wesentlichen gleich dem Querschnitt des Blasschlitzes 13 ist. Daraus folgt, daß unter gegebenen Arbeitsbedingungen des Turbinenstrahltriebwerkes und in dem Fall, in welchem das Hilfsgas dem Verdichter entnommen wird, dessen Arbeitspunkt immer an der gleichen Stelle des Diagramms liegt. Die Anpassung der Maschine ist dann genau definiert, und die Einschnürung des Strahles auf Grund der Entnahme von Luft führt zu keinen Änderungen des Gleichgewichtspunktes. Die Anzahl der Entnahmeöffnungen an Ver- dichter bzw. Brennkammer ist offensichtlich eine Funktion der entnommenen Luftmenge, und ihr effektiver Gesamtquerschnitt muß größer sein als derjenige des Blasschlitzes 13 oder des Düsenrohres 18, so daß die Abgabemenge der Luft nicht beschränkt wird. Das Profil der öffnungen ist derart bestimmt, daß Strömungswiderstände auf ein Minimum herabgesetzt werden·.

Es ist ersichtlich, daß an der beschriebenen Vorrichtung Abänderungen vorgenommen werden können, insbesondere durch Verwendung technisch äquivalenter Mittel, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere erstreckt sich die Erfindung auf alle Reaktioiisstrahltriebwerke, die wenigstens auf einem Teil ihrer Länge von einer Leitung von allgemein ringförmiger Gestalt umgeben sind, die dazu bestimmt ist, ein unter Druck stehendes Gas zu einer oder mehreren Entspannungsöffnungen zu führen.

Überdies ist ersichtlich, daß, obgleich die Ausnutzung des Mantels des Reaktionsstrahltriebwerkes als Innenwandung der ringförmigen Leitung besonders vorteilhaft ist, da sie den Wärmeaustausch begünstigt und das Triebwerkgewicht herabsetzt, die Erfindung auch den Fall einer Leitung umfaßt, die in einem Abstand von dem Mantel des Triebwerkes liegt und von zwei von diesen verschiedenen Mänteln begrenzt ist. Die Erfindung erstreckt sich auch auf jede Ausführungsform, bei welcher die Leitung für das Hilfsgas das Triebwerk nicht vollständig umgibt und z. B. einen Querschnitt in Form eines Halbmondes hat.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Regeln des Ausgangsquerschnittes der Düse eines Rückstoßantriebes, bei welcher ein unter Druck stehendes Hilfsmedium durch eine oder mehrere in der Nähe des Düsenausganges angeordnete Öffnungen hindurch in die Düse eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die das Hilfsmedium der Blasöffnung bzw. den Blasöffnungen (13) zuführende Leitung (14) zugleich mit einer Hilfsschubdüse (18) in Verbindung steht und daß eine Einrichtung (19) zum Absperren entweder der Blasöffnungen (13) oder der Hilfsdüse (18) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdüse (18) ringförmig ausgebildet und konzentrisch um die Hauptdüse (5) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (19) derart ausgebildet ist. daß sie das unter Druckstehende Hilfsmedium entsprechend irgendeinem gewünschten Verhältnis zwischen der bzw. den Blasöffnungen (13) und der Hilfsdüse (18) verteilt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutzquerschnitt der Blasöffnung bzw. der Blasöffnungen (13) im wesentlichen gleich dem Auslaßquerschnitt der Hilfsdüse (18) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Leitung (14) unter Druck zugeführte Hilfsmedium den im Triebwerk arbeitenden Gase, z. B. in einer Hochdruckstufe des Luftverdichters (2), oder den Brennkammern (3) entnommen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptdüse (5), in Strömungsrichtung gesehen, vor der Blasöffnung bzw. den Blasöffnungen (13) eine Nachverbrennungskammer (5^h) vorgesehen ist.

Entgegengehaltene ältere Rechte: Deutsche Patentanmeldung S 26672 I a/46 f.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 70S 54(5/58 5.