DE1051647B - Blasfluegel mit mehrfach beaufschlagten Trommellaeufern - Google Patents

Description

• Blasflügel mit mehrfach beaufschlagten Trommelläufern Es sind Blasflügel bekannt, bei denen die Grenzschicht der Tragflügel-Saugseite im vorderen Drittel durch Gebläse abgesaugt wird, während im hinteren Bereich der Flügeloberseite eine tangentiale Ausblasung erfolgt. Hierdurch konnte der Auftriebsbeiwert auf cA = 3,3 gebracht werden. Es sind weiterhin Blasflügel bekannt, bei denen ein starker Luftstrahl an der Unterseite austritt, der mit der Flügelsehne einen Winkel von 40 bis 90° bildet. Mit dieser Anordnung lassen sich Auftriebsbeiwerte von cA = 6 und mehr erreichen. Zur Erzeugung des Strahles dienen vorwiegend von Gasturbinen erzeugte Verbrennungsgase, die vom Rumpf durch die Tragfläche geleitet werden müssen. Neben hohen Rohrreibungsverlusten ergeben sich beachtliche thermische Probleme. Die Verhältnisse werden nicht günstiger, wenn die Gebläseseite an der Gasturbine angezapft wird, da dann nicht mehr die volle Startleistung zur Verfügung steht, während die Auftriebsvergrößerung gerade beim Start von entscheidender Bedeutung ist.
• Die Erfindung besteht darin, daß die Beschleunigung der Blasluft oder eines sonstigen Strömungsmittels durch quer zur Achse durchströmte trommelförmige Läufer erfolgt, in denen eine Zirkulationsströmung durch eine Schaufel, einen Schaufelverband oder vorzugsweise durch das Feld eines Potentialwirbels gebildet wird.
• Insbesondere sieht die Erfindung vor, mehrere Läufer hintereinanderzuschalten. Durch den mehrmaligen Impulsaustausch werden außerordentlich hohe Druckziffern bei kleinem Reaktionsgrad erreicht, womit sich sehr hohe Austrittsgeschwindigkeiten bei relativ kleinen Umfangsgeschwindigkeiten ergeben. Hierdurch werden große Längen-Durchmesser-Verhältnisse ermöglicht. Gleichzeitig zeigen diese Kreiselmaschinen von anderen Prinzipien nicht erreichbare Lieferziffern und einen Kennlinienverlauf mit positiver Steigung. In dieser Kennlinie fallen die maximalen Druck- und Lieferziffern praktisch zusammen, der reziproke Wert des Produktes p ₧ t aber ist eine direkte Vergleichsgröße für die Gebläsebaumaße nach der Relation d23/Nh - 1/t ₧ t. Eine Beeinflussung des Potentialwirbels kann bei diesen Trommelläufern durch Veränderung der Austrittsbreite und durch Lageänderung der den Potentialwirbel induzierenden Zungenelemente erfolgen. Der Wirkungsgrad ändert sich über ein großes Drosselintervall praktisch nicht, so daß die Leistungsaufnahme bei vollgedrosselter Maschine auf etwa 5 % der Nennleistung abfällt. Diese außerordentlich einfache, fast verlustlose Regelung, die mit irgendeiner anderen Maschine ohne Schaufelverstellung nicht erreichbar ist, erlaubt eine Anpassung an die Luftdichte und gleichzeitig eine stufen- lose Regelung der Strahlenergie. Der Antrieb kann über eine Keilriemen-Transmission erfolgen, jedoch sind für größere Leistungen Verdränger- oder Turbinenmotoren mit Preßluftantrieb -vorgesehen. Zur Preßlufterzeugung wird auch in diesem Falle vorteilhaft der Kompressor des Triebwerks eingesetzt; der Preßluftverbrauch ist aber auf Grund des wesentlich günstigeren Gesamtwirkungsgrades vernachlässigbar klein. In Sonderfällen ist auch ein Dampfantrieb vorteilhaft, bei dem die Dampferzeugung in der zum Antrieb von Raketen-Pumpaggregaten üblichen Weise durch Ausnutzung chemischer Reaktionswärme erfolgen kann. Der Lufteintritt erfolgt vorteilhaft an der Flügeloberseite, und zwar bevorzugt in den Bereichen 0,4 @ T und 0,9 @ T, wobei T die Flächentiefe bedeutet. In den Figuren werden verschiedene erfindungsgemäße Merkmale gezeigt, die in beliebiger Weise ausgetauscht werden können.
• Fig. 1 zeigt das bekannte Prinzip des Strahlflügels, bei dem ein Luftstrahl 10 aus einer langgestreckten Düse 11 austritt. Der Lufteintritt kann sowohl von erfolgen.
• unten als auch von oben 12, 13 erfolgen.
• Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Blasflügel; der walzenförmige Rotor 20 saugt durch die Öffnung 21, die im Schnellflug durch den Schieber 22 verschlossen wird, an. Durch den Rückstromkanal 23 wird im Innern des Läufers das Feld eines Potentialwirbels erzeugt, der die Steuerung der Strömung leitblechlos übernimmt. An Stelle des Rückstromkanals können auch andere den Potentialwirbel induzierende Einrichtungen treten; in Sonderfällen sieht die Erfindung die Verwendung einer oder mehrerer Innenleitflächen vor. Der Austritt erfolgt durch die Düse 24.
• Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei welcher an der Flügeloberseite erder Lufteintritt 30 folgt. Die Austrittsdüse 31 weist einen Winkel von annähernd 90° zur Profilsehne auf. Der den Potentialwirbel induzierende Rückstrom wird durch einen an der Druckseite der Fläche endenden Kanal 32 erzeugt.
• Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der zwei Rotoren 40 und 41 gegenläufig rotieren. Dabei wird der Kanal 42 zwischen dem ersten und zweiten Rotor als Diffusor ausgebildet. Der statische Druck wird in der Austrittsdüse 43 wieder in Geschwindigkeit verwandelt. Grundsätzlich ist jedoch auch die Hintereinanderschaltung mehrerer Rotoren ohne Druckumsetzung möglich; hierbei ist jedoch eine Verringerung der Schaufelzahl und eine Anpassung der Schaufelwinkel des zweiten bzw. dritten Rotors an die höhere Durchströmgeschwindigkeit vorteilhaft.
• Fig. 5 zeigt einen Blasflügel, bei dem drei Rotoren 50, 51, 52 hintereinandergeschaltet sind. Erfindungsgemäß können im Flugbetrieb gegebenenfalls Rotoren teilweise stillgesetzt werden.
• Fig. 6 zeigt einen Verbundantrieb der Rotoren 50, 51, 52 nach Fig. 5, die auf die Wellen 60, 61, 62 gesetzt werden. Der Antrieb erfolgt über eine zur Antriebsquelle führende Welle 63, die vorteilhaft hochtourig betrieben wird und aus elastischen Wellenelementen 64, die in zur Schwingungsdämpfung flüssigkeitsgefüllten Rohren 65 gelagert sind, gebildet wird.
• Fig. 7 zeigt einen Blasflügel-Rotor 70, der zur Verhinderung von Schaufeldurchbiegung mit Zwischenböden 71 oder -ringen 72 versteift ist und mit einem Preßluft-, Öl- oder Dampfmotor 73 eine Einheit bildet. Die Lagerung des Rotors an der motorabgewandten Seite 74 erfolgt in einem Pendellager 75 der nächsten Motor-Rotor-Einheit 76.
• Fig. 8 zeigt die Anordnung eines Rotor-Motor-Verbandes 80, 81, 82, 83, wobei der Motor 83 in die Flügelspitze 84 des Deltaflügels verlegt wird. Die Rotoren sind zwischengelagert.
• Fig. 9 zeigt das Prinzip der Mengenregelung durch Verschieben des Wirbelbildners 90, der zu einer Verlagerung der Potentialwirbelachse führt. Nach der Erfindung kann jede andere Maßnahme, die zu einer Potentialwirbelverlagerung führt, zur Strahlregelung herangezogen werden.
• Fig. 10 zeigt einen Motor gemäß 83 der Fig. 8 im Schnitt. Im Gegensatz zu den Preßluft- oder Dampfmotoren mit exzentrisch angeordnetem Rotor erlaubt dieser Motor große axiale Baulängen, da infolge der symmetrischen Beaufschlagung ein Durchbiegen des Läufers 100 unmöglich wird. Große Baulängen führen gleichzeitig zu geringeren Spaltverlusten, die bekanntlich an der axialen Abdichtung groß sind, während bei der radialen Abdichtung die Fliehkraft ein Anpressen der Schieber 101 an die in Näherung elliptische Gehäusewandung 102 bewirkt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zur Auftriebsbeiwertverbesserung mit an der Druckseite oder der Hinterkante befindlicher schlitzförmiger Öffnung zum Strahlaustritt versehener Blasflügel für Trag- und Steuerzwecke von Luft- oder Wasserfahrzeugen sowie für feststehende oder umlaufende Schaufeln in Strömungsmaschinenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasstrahl durch ein um eine annähernd parallel zur Flügelhinterkante verlaufende Achse umlaufendes Schaufelgitter erzeugt wird, wobei dieses mindestens zweimal beaufschlagt wird und Vorrichtungen besitzt, die eine Zirkulationsströmung, vorzugsweise einen Potentialwirbel, zwischen dem ersten und dem zweiten Schaufelgitterdurchtritt erzeugen. z. Blasflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vorzugsweise in Reihe geschaltete, umlaufende Schaufelgitter Verwendung finden (Fig. 4 und 5). 3. Blasflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelgitter senkrecht zur Umlaufachse gelegene Zwischenscheiben besitzt (Fig. 7). 4. Blasflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Strömung im Läufer durch eine Schaufel oder einen Schaufelverband erfolgt. 5. Blasflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Potentialwirbels im Läufer ein vom Blasspalt abgezweigter Kanal angeordnet ist, durch den ein Teilstrom geleitet wird, der in der Nähe des Wirbelkernes das Schaufelgitter ein drittes Mal durchdringt (Fig. 2 und 5). 6. Blasflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Beeinflussung des Potentialwirbels dienender Fremdstrom von der Druckseite des Flügels her durch einen auf das Schaufelgitter gerichteten Kanal geleitet wird (Fig. 3). 7. Blasflügel nach Anspruch 1 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationsströmung erzeugenden oder beeinflussenden Elemente in ihrer Lage zum Schaufelgitter veränderlich angeordnet sind (Fig. 5 und 9). 8. Blasflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlintensität ohne Änderung der Drehzahl durch Drosselelemente beeinflußt wird (Fig. 2 und 5). 9. Blasflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere walzenförmige Schaufelgitter nebeneinander angeordnet sind und vorzugsweise durch an sich bekannte Kugelkupplungen oder andere Maschinenelemente, die eine Neigung der Achsen zueinander erlauben, koaxial gekuppelt sind (Fig. 7 und 8). 10. Blasflügel nach Anspruch 1 und gegebenenfalls 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezuführung z. B. über Keilriemen oder hydraulische bzw. pneumatische Motoren in der Weise erfolgt, daß die einzelnen Schaufelgitter oder Schaufelgittergruppen unabhängig angetrieben werden (Fig. 6 und 7). 11. Blasflügel nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb symmetrisch gebaute Kapsel-Motoren Verwendung finden, womit das Durchmesser-Längen-Verhältnis nicht mehr durch Rotor-Durchbiegung beeinflußt wird (Fig. 10) . 12. Blasflügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Zirkulation die Flügelhinterkante verschieblich oder abklappbar so angeordnet ist, daß die Strömung in ihrer Richtung beeinflußt wird bzw. der Ablösungspunkt hinausgeschoben wird (Fig. 2).