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Staustrahltriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf Staustrahltriebwerke.
Es ist ein Staustrahltriebwerk bekannt, innerhalb dessen Gehäuse mehrere pulsierend
arbeitende Brennkanimern angeordnet sind, deren Gasausstöße in trompetenförmige
Rohre treten, welche in einen hinteren Raum des Gehäuses münden und einen Teil der
durch den Einlaßdiffusor eintretenden Luft ansaugen.
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Es ist ferner ein Staustrahltriebwerk bekannt, bei welchem zur Erhöhung
der Schubleistung am Eingang des Lufteinlaßdiffusors ein ringförmig ausgebildetes
trompetenförrniges Rohr angeordnet ist, das einen Mediumstrahl erzeugt, welcher
die Masse des durch das Staustrahltriebwerk hindurchgehenden Stromes erhöhen soll.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Staustrahltrieb-,verkes
mit einem trompetenförmigen Rohr, welches mit einer ringförmigen Öff-
nung
zum Erzeugen eines induzierenden Mediumstrahles versehen ist und welches dazu dient,
den Druck der vom Einlaßdiffusor zur Brennkammer des Staustrahltriebwerkes gehenden
Luft zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung ist ein Staustrahltrieb,#"erk der vorgenannten
Art dadurch gekennzeichnet, daß das trompetenförmige Rohr derart zwischen den Einlaßdiffu.sor
und die Brennkammer geschaltet ist und diese beiden Teile so miteinander verbin.det,
daß es die von dem Diffusor komprimierte und verlangsamte Luft ansangt und sie mit
einem erhöhten Druck in die Brennkammer fördert.
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Die durch die Erfindung erzielten Vorteile gehen aus den nachfolgenden
Betrachtungen hervo.r. Bekanntlich stellt der Einlaßdiffuso-r eines Staustrahltriebwerkes
einen sehr heiklen Teil dar, der sorgfältig berechnet und ausgeführt werden muß,
wenn ein zufriedenstellendes Arbeiten und ein guter Wirkungsgrad erhalten werden
sollen. Es ist daher wesentlich, in dem Einlaßdiffuso-r jedwedes Organ zu vermeiden,
welches die geometrische Gestalt des Diffus.o,rs ändern und sein Arbeiten stören
würde. Ferner ist es bei einem Überschalldiffusor gewöhnlich notwendig, seinen Querschnitt
und sein Eingangsprofil in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit mit Hilfe von
Klappen oder anderen Steuerorganen zu ändern. Es ist daher ersichtlich, daß aus
diesem Grund die Anwesenheit eines trompetenförmigen Rohres am Eingang des Diffusors
für sein einwandfreies Arbeiten und für die Anordnung und den Betrieb von Steuerorganen
nachteilig sein würde.
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Ein Difftiso-r und ein trompetenförmiges Rohr sind in ihren Arbeitscharakteristiken
verschieden. Wenn daher beide miteinander kombiniert werden, ist es nicht möglich,
ihre optimalen Arbeitsbedingungen gleichzeitig zu erfüllen, Während der Wirkungsgrad
eines Diffusors sich mit der Geschwindigkeit erhöht, ist der Wirkungsgrad eines
trompetenförmigen Rohres um so besser, je geringer die Geschwindigkeit des
Mediumstroines ist, aus welchem das trompetenförmige Rohr ansaugt.
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Dadurch, daß gemäß der Erfindung das trompetenförmige Rohr (bzw. mehrere
trompetenförmige Rohre) am stromabwärtsseitigen Ende des Diffusors, d. h.
2,ni Eingang der Brennkammer angeordnet ist, wird der günstigste Arbeitszustand
erhalten, weil das trompetenförmige Rohr dann einerseits Luft aus dem durch den
Diffusor hindurchgehenden und darin progressiv verlangsamten Luftstrorn an einer
Stelle ansaugt, wo dieser Strom seine kleinste Geschwindigkeit besitzt, und andererseits
am Eingang der Brennkammer eine Wirbelbewegung erzeugt, welche die Verbrennung begünstigt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
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Fig. 1 ist ein axialer Schnitt durch eine erste Ausführungsform
eines Staustrahltriebwerkes gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der
Linie II-II von Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsforrn, bei
welcher die trompetenförmigen Strahlrohre einen von einem gasförmigen Medium gebildeten
divergierenden Teil besitzen;
'Fig. 4 ist ein Schnitt nach
der Linie IV-IV von Fig. 3.
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Bei der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Ausführungsform
ist ein Gehäuse vorgesehen, welches demjenigen eines Statistrahltriebwerkes analog
ist und folgende Teile aufweist: -einen Einlaßdiffusor 8 für atmosphärische
Luft, weicher allgemein die Form eines divergierenden Teiles besitzt, uni die eintretende
Luft zu verlangsamen und ihre kinetische Energie in Druckenergie umzuwandeln, ferner
einen Raum 9 von im wesentlichen zylindrischer Gestalt, der die Brennkammer
darstellt, und schliAlich eine Düse 10, in welcher -sich das aus der Brennkammer
9 kommende und hohe Temperatur besitzende Gasgemisch entspannt und einen
Antriebsstrahl liefert. Zwischen dem Diffusor 8 und der Brennkammer
9 ist eine gewisse Anzahl von trompetenförmigen Strahlrohren tl, t21 #3
. . .
angeordnet (in dein dargestellten Beispiel sind vier solche Strahlrohre
vorgesehen). Diese Strahlrohre t" t2, t3 ... durchqueren eine Scheidewand
11, welche vor der Brennkammer 9 angeordnet ist, so daß die atmospärische
Luft durch die Strahlrolire hindurchgehen muß, wie dies durch die Pfeile F, angedeutet
ist, um von dem Diffusor 8 zur Brennhammer 9 zu gelangen.
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jedes der trompetenförmigen Strahlrohre ti, t?' t3 . . .
weist
einen konvergierenden Eingangsteil 1 und einen divergierenden Ausgangsteil
2 auf. An der Innenwandung des von den Teilen 1 und 2 gebildeten Rohres öffnet
sich im Bereich seiner engsten Stelle oder etwas stromabwärts von dieser Stelle
um die Achse des Rohres ein ringförmiger Kanal 3, der in seiner Gestalt ungefähr
derjenigen eines Kegels entspricht, dessen Spitze bei 3a auf der Achse des Rohres
liegen würde. Der Kanal 3 steht mit einem ringförmigen Sammelraum 4 in Verbindung,
welcher den Kanal mit einem unter Druck stehenden Medium speist, um den induzierenden
Strahl zu bilden. Die trompetenförmigen Strahlrohre tj, t21 t3 * I I bilden
zusammen einen Kompressor, -welcher den Druck in der Brennkammer 9
erhöht.
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Der in der Brennkammer 9 zu verbrennende Brennstoff kann in
die Brennkammer durch Inj ektoren 9 a eingeführt werden, die in zweckentsprechender
Weise entweder in dein durch die Strahlrohre hindurchgehenden Strom oder etwas stromaufwärts
von den Strahlrohren oder etwas stromabwärts von diesen, wie dies als Beispiel in
Fig. 1 angenommen ist, angeordnet sind. Dieser Brennstoff kann auch ganz
oder teilweise in das induzierende Medium, beispielsweise in den Sammelräumen 4,
eingeführt werden. Der Brennstoff kann sogar- die induzierenden Strahlen selbst
erzeugen, wenn er in Form von Gas oder Dampf in die Sarnmelräume 4 eingeführt wird,
wobei er einem Druckbehälter entnommen oder vorher verdampft wird, beispielsweise
durch die von der Brennkammer abgegebene Wärme.
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Die induzierenden Strahlen können auch von den Auspuffgasen von Raketen
gebildet werden. EineAusführungsform. dieser Art ist in Fig. 1 wiedergegeben,
bei welcher jeder der Sammelräume4 die Brennkammer eine Rakete bildet. Zu diesem
Zweck mündet in jeden Sammelrauni 4 eine Leitung 12, die ein Verbrennungsmedium
aus einem Vorratsbehälter 13 zuführt, und eine Leitung 14, die Brennstoff
aus ein= Vorratsbehälter 15 zuführt, wobei die Behälter 13 und
15 in einem stromlinienförmig ausgebildeten zentralen Körper 16 untergebracht
sind, der im Eingang des Diffusors 8 angeordnet und durch radiale Arme
17 abgestützt ist.
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Der Brennstoff und das Verbrennungsmedium werden derart gewählt, daß
sie zusammen ein hypergolisches Gemisch bilden, welches sich spontan entzündet;
so kann beispielsweise der Brennstoff aus Kerosin und das Verbrennungsmedium aus
Salpetersäure bestehen. Zweckmäßig ist der Brennstoff der gleiche wie derjenige,
der unmittelbar in die Brennkaminer des Staustrahltriebwerkes eingespritzt wird,
so daß es selbst ohne Anwendung der Raketen genügt, eine mäßige Zufuhr von Brennstoff
durch die Leitungen 12 aufrechtzuerhalten, um das Arbeiten des Staustrahltriebwerkes
zu gewährleisten.
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Die Leitungen 12 und 14 sind je mit einem periodisch arbeitenden
Absperrorgan 12a bzw. 14a ausgerüstet, welches beispielsweise ein drehbarer Hahn
oder ein von einer Nockenwelle betätigtes Ventil sein kann. Es wird auf diese Weise
eine periodisch pulsierende Verbrennung in jedem der Sammelräume4 erzeugt, und die
bei dieser Verbrennung entstehenden Gase hoher Energie bilden den induzierenden
Strahl am Ausgang jedes der ringförmigen Kanäle 3.
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Der Vortriebswirkungsgrad, der erhalten wird, wenn auf diese Weise
die Auspuffgase von Raketen benutzt werden, um die Bremikammer 9 und die
Düse 10 zu speisen, ist größer als derjenige, der erhalten werden kann, wenn
die Auspuffgase der Raketen unmittelbar zum Antrieb benutzt werden. Es kann ein
wirtschaftlicher Arbeitszustand für bestimmte Flugbedingungen bei mittlerem Schub
und geringer Geschwindigkeit dadurch erhalten werden, daß in der Brennkammer keinerlei
Verbrennung herbeigeführt und nur die von den Raketen gelieferte Energie ausgenutzt
wird.
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Durch Verbrennen von Brennstoff in der Brennkammer 9 kann die
entwickelte Leistung erhöht werden, z. B. beim Aufsteigen und für das Erzielen von
höheren Fluggeschwindigkeiten.
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Es ist vorteilhaft, die in möglichst großer Zahl vorgesehenen trompetenfbrinigen.
Strahlrohre tj, t21 t3 . . .
mit einer gewissen Phasenverschiebung arbeiten
zu lassen, um den endgültigen Fluß in der Brennkammer 9 des Staustrahltriebwerkes
sowie den durch die Strahlrohre in den Diffusor 8 eingesaugten Strom zu regeln.
Zu diesem Zweck genügt es bei der beschriebenen Ausführungsform, das Arbeiten der
den verschiedenen S ammelräumen 4 zugeor.,dneten Absperrorgane 12a, 14amit
einer geeigneten Phasenverschiebung zu steuern.
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Der Sammelraum 4 jedes Strahlrohres kann auch mit einem instabilen
Brennstoff allein, wie z. B. mit Acetylen, gespeist werden, das in dem Sammelraum
mit Hilfe eines Katalysators zersetzt wird, um dadurch den induzierenden Strahlen
die erforderliche Energie zu erteilen, wobei dann die Zersetzungsprodukte in der
Brennkammer des Staustrahltriebwerkes als Brennstoff dienen.
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Die dargestellte kreisringförmige Gestalt der Sammelräume 4 ist nur
ein besonderer Fall, welcher zu Vorteilen führen kann, wenn diese Sammelräume der
Ort der Verbrennung einer Rakete sind; die Sammelräume können jedoch auch irgendeine
andere Form haben.
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Für den Langsarnflug können in der Nähe des größten Querschnittes.
des Diffusors 8 in dessen Wandung Hilfsklappen zum Einlassen von Luft vorgesehen
sein, um den tronipetenförmigen Strahlrohren t" t21 t 3 * I *
zu gestatten,
ohne StrÖmungswiderstand die große Luftmenge einzusauggen, welche für die Verbesserung
des Antriebswirkungsgrades bei geringen Flugs geschwindigkeiten erforderlich ist.
Derartige Klappen sind in Fig. 1 bei 18 und 19 angedeutet,
wobei die eine Klappe 18 in geschlossener Stellung und die andere
Klappe
19 in geöffneter Stellung wiedergegeben ist. Die Klappen 18 und
19 werden durch nicht dargestellte Federn in ihre Schließstellung zurückgeführt.
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Die Scheidewand 11 weist vorzugsweise wenigstens einen Durchlaß
20 (Fig. 2) auf, welcher geöffnet werden kann, um die Gesamtabgabemenge im Fall
von hohen Fluggeschwindigkeiten zu vergrößern. Zu dem gleichen Zweck könnte auch
eine Scheidewand vorgesehen werden, die ganz oder teilweise zum Verschwinden gebracht
oder sogar abgeworfen werden kann.
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Auf Grund des Umstandes, daß die trompetenförmigen Strahlrohre tj,
t2, t3. .. im Innern des Staustrahltriebwerkes unmittelbar vor der Brenlikammer
angeordnet sind und so-mit Luft ansaugen, die bereits durch den Diffusor des Staustrahltriehwerkes
hindurchgegangen ist, werden verschiedene Vorteile erzielt -.
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a) Der Diffusor des Staustrahltriebwerkes bleibt einfach, und es können
ihm die bestmöglichen Eigenschaften hinsichtlich der Geschwindigkeitsenergie in
Druckenergie gegeben werden, wobei der Wirkungsgrad dieses Organs bekanntlich denjenigen
des Staustrahltriehwerkes unmittelbar einstellt.
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b) Die trompetenförmigen Strahlrohre können als Vorrichtungen
zum Festhängen der Flamme oder als Injektorreihe zum Einführen des Verbrennungsmediums
dienen.
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c) Selbst wenn die Verbrennung hinter den Strahlrohren unterbrochen
wird, behalten diese einen guten Wirkungsgrad nicht nur im Stand, sondern auch bei
großen Geschwindigkeiten, und zwar auf Grund des Umstandes, daß die induzierenden
Strahlen dieser trompetenförmigen Rohre sich zunächst in ihnen auf die Druckhöhe,
welche durch den Diffusor des Staustrahltriebwerkes erzeugt wird, und dann in der
Ausstoßdüse des Staustrahltriebwerkes zusammen mit der Luft entspannen, welche unmittelbar
durch das Triebwerk hindurchgegangen und der Wirkung der trompetenförmigen Strahlrohre
unterworfen ist. Diese zweistufige Entspannung ist von Vorteil.
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Die in den Fig. 3 und 4 wiedergegebene abgeänderte Ausführungsform
unterscheidet sich von der vorhergehenden darin, daß der divergierende Teil der
trompetenförmigen Strahlrohre wenigstens teilweise nicht durch einen festen Körper,
sondern durch einen Mediumschleier gebildet wird, wie dies bereits Gegenstand anderer
Vorschläge ist, weshalb der dieseVorrichtung kennzeichnende Anspruch 7 nur
in Verb-indung mit Anspruch 1 gilt. In Fig. 3 ist dieser Mediumschleier
bei 25 angedeutet; er wird in dem vorliegenden Fall durch den induzierenden
Strahl selbst erzeugt, welcher aus dem ringförmigen Kanal 3 jedes Strahlrohres
entweicht. In einem solchen Fall verringern sich die Strahlrohre auf die innere
Oberfläche der ringfbrmigen Sammelräume 4, wenn die induzierenden Strahlen aufgehoben
sind.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf den Fa.11 beschränkt, in welchem
der induzierende Strahl in pulsierender Weise strömt. -
Bei den beiden vorstehend
beschriebenen Beispielen, insbesondere bei demjenigen gemäß den Fig. 3 und
4, kann das induzierende Medium als kontinuierlicher Strom durch die ringförmigen
Kanäle der Strahlrohre austreten.
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Im Fall einer reinen Antriebsrakete kann ein trompetenförmiges Strahlrohr
von der obengenannten Art allein oder zusammen mit anderen ähnlichen trornpetenförmigen
Strahlrohren verwendet werden.