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Strahltriebwerk für unbemannte und bemannte Flugkörper jeder Art Die
Erfindung bezieht sich auf ein Strahltriebwerk für bemannte und unbemannte Flugkörper
jeder Art. Es sind bereits verschiedene Strahltriebwerke bekannt. Die älteren. von
ihnen sind die Raketentriebwerke, bei denen der für die Verbrennung des Triebmittels
erforderliche Sauerstoff im Triebwerk bzw. ian Flugkörper chemisch gebunden (Pulverraketen)
oder in komprimiertem Zustand in besonderen Druckbehältern al;s Preßl.uft, flüssige
Luft oder flüssiger Sauerstoff mitgefühet wird. Begreiflicherweise ist die Betriebsdauer
derartiger Rak etentrnebwerke nur kurz und ihre Reichweite entsprechend gering.
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Andere Triebwerke entnehmen daher den; Sauerstoff während ihres Betriebes
der Atmosphäre, was eine Steigerung der Betriebszeiten und Reichweiten um ein Vielfaches
ermöglicht. Dazu wird die atmosph;ärische Luft entweder durch tuwrb,inengetriebene
Kreiselverdichter komprimiert und der Brennkammer zugeführt, oder eis. wird der
Awfstau der ruhenden Luft vor dem durch sie hindurchbewegten Triebmerk und, in dessen,
entsprechend, gestalteter Auffangöffnung dazu: herangezogen, diese unter der erforderlichen
Drucksteigerung für die Verbirennumg des Triebmittels nutzbar zu machen. Die ersteren,
werden Turbos.trahltrieb@werke, die letzteren Staustrahltriebwerke genannt. Die
Turbostrahltriebwerke haben inzwischen, für Flugzeuge, weite Verbreitung gefunden,
obwohl ihre Verwendung im Bereich der Überschallgeschwindigkeiten zufolge der auf
ihre rotierenden Teile zurückzuführenden Materialermüdungen bedenklich erscheint,
welche Bedenken durch wiederholte Flugzeugunglücke in letzter Zeit ihre Bestätigung
gefunden haben. Auch arbeiten solche Turbostrahiltriebwerke äußerst unwirtschaftlich.
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Die Sta,nstrahltrieb.werke nahen dagegen den grundsätzlichen Nachteil,
daß sie nicht, wie die Turbo,-strahltriebwerke in ruhendem Zustand angelassen werden
körnen. Ihr Betrieb ist vielmehr an hohe und höchste Fluggeschwindigkeiten gebunden.
Ein wirklich wirtschaftliches Arbeiten der Staustrahltriebwerke ist überhaupt erst
bei Machzahlen von über 2 zu erwarten. Es wurde daher solchen. Triebwerken die erfoederlüche
Anfangsgeschwindigkeit z. B. durch Abschießen erteilt. Auch wurde vorgeschlagen,
durch besondere Startraketensätze die mit Staustrahltriebwerken ausgestatteten Flugkörper
auf die Mindest-Betriebsgeschwindigkeit zu bringen.
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In diesem Zusammenhang sind bereits Ausführungen bekanntgeworden,
bei denen Staustrahltriebwerke und Raketentriebwerk in ein und demselben Gehäuse
vereinigt sind. Ein Raketengesch.oß dieser Art weist einen als Ganzes längs beweglichen
Zentralkörper auf, der in seiner vorderen Endlage die bei Staustrahltriebwerken
übliche ringförmiige Einlaßöffnung abschließt und in seiner hinteren Endlage -freigibt.
Auf der Innenseite der Geschoßwand und auf diem Schaftteil des Zenträilkörpers ist
je eine Schicht eines Staustrahltreibstofes und jeweils darüber eine Schicht eines
Raketentreibsatzes aufgehraeht. Das Geschoß fliegt nach seinem Absehuß zunächst
mit geschlossener Einlaßöffnung unter ständiger Beschleunigung so lange als Rakete,
bis der Rake;tentreibsatz verbraucht ist. Dann überwiegt der Staudruck den Innendruck,
der Zentrailkörper weicht zurück, die Öffnung wird frei und der StaustrahUlbetrieb
beginnt. Dieser Wechsel ist einmalig und nicht umkehrbar. Sinkt also aus irgendeinem
Grunde während des Staustrahlbetriebes die Fluggeschwindigkeit so weit ab" daß dieser
.unterbrochen wird, so ist das Gescho-ß jeder weiteren Antriebsmöglichkeit beraubt
und wird in absehbarer Zeit abstürzen bzw. muß bis dahin sein Ziel erreicht haben.
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Im Gegensatz dazu. soll durch die Erfindung ein Strahltriebwerk für
bemannte und unbemannte Flugkörper jeder Art geschaffen werden, dessen Betriebsweise
wdllkürlioh oder in Abhängigleeit von der Fluggeschwindigkeit in wiederholbarem,
umkehrbarem Wechsel vom Raketenbetrieb auf den Staustrahlbetrieb umstellbar ist.
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Nun. ist zwar schon für die Kombination: eines pulsierenden Strahltriebwerkes
mit einem Staustrahltriebwerk eine Umsteuervorrichtung bekanntgeworden. Nachdem
dort zunächst der Antrieb, durch; den, pulsierenden. Strahl erfolgt, soll sich,
wenn eine gewisse Fluggeschwindigkeit erreicht ist, das vordere Ende des Triebwerkes
a:utoimatisch öffnen und der Staustrahlbetrieb einsetzen.. Für die automatische
Umsteuerung
ist ein Staudruckgeschwindigkeitsmesser vorhanden;,
der auf elektrischem Wege dien Einlaßschieber eines Flüssigkeitsmotors steuert,
der einerseits durch den unter Druck stehenden flüssigen Brennstoff für die Freigabe
der vorderen, COffnung durch Zurückziehen der beweglichen Diffusorspitze betätigt
wird. Dabei spricht nichts. gegen die Umkehrbarkeit dieses Vorganges, d. h. daß
beim, Absinken der Fluggeschwindigkeit unter ein bestimmtes Maß selbsttätig vom
Staustrahlantrieb auf dien, pulsierenden Strahlantrieb zurückgeschaltet wird. Dieser
Kombination konnte jedoch in der Praxis, kein greifbarer Erfolg beschieden sein;
denn die mit einem pulsierenden Strahltriebwerk erreichbare Geschwindigkeit reicht
nicht bis in den Bereich, in dem ein Staustrahltriebwerk zuverlässig zu arbeiten
vermag. Bei einer so niedrigen Geschwindigkeit »innerhalb oder in der Nähe der Schallgrenze«
wird sich bei Freigabe der vordren Eintrittsöffnung kein, Staustrahlbetrieb einstellen,
sondern die Verbrennungsgase werden nach vorn verpuffen und ausblasen. Bahnabweichungen,
Überschl.agungen und gar Absturz der mit solchen Aggregaten angetriebenen Flugkörper
würden die Folge sein. Ein solches Ergebnis müßte, die Fachwelt auf # tiefste entmutigen,
auf dem Wege einer Kombination. von zwei unterschiedlichen Strahltriebwerken in:
einem Gerät mit geschwindigkeitsabhängiger Umsteuerung weiterzuschreiten.
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Dessen ungeachtet gründet sieh die Erfindung auf der Erkenntnis, daß
die Unterschiede eines von der Außenluft gespeisten pulsierenden Strahltriebwerkes
einerseits und eines aus einem mitgeführten SauerstoiffvorratgespeistenRaketenantriebes
andererseitsf'ür die- Lösung der gestellten Aufgabe von ausschlaggebender Bedeutung
sind. Die Erfindung benutzt gewisses Einzelheiten. des vorgeschilderiten Standes
der Technik und kombiniert sie in neuer und fortschrittlicher Waise: Es wird ein
Strahltriebwerk für bemannte und unbemannte Flugkörper jeder Art vorgeschlagen,
das in an sich bekannter Weise für niedrige Fluggeschwindigkeiten als Raketentriebwerk,
für hohe Fluggeschwindigkeiten, nämlich im überschallgebnet, als Staustrahltriebwerk
wirksam ist, und dem eine an sich bekannte Steuervorrichtung zugeordnet ist, welche
seine: Brennkammer in wiederhodberem Wechsel an einem mitgeführten Sauerstoffvorrat
(Preßluftbeh,äilter) oder an diie atmosphärische Luft anschließen läßt.
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Es kann dabei daran gedacht werden, die Steuervorrichtung willkürlich,
z. B. durch einen Piloten, oder durch Fermvirkung zu betätigen. Eine andere vorteilhafte
Möglichkeit ist die, die Steuervorrich.-tung automatisch in Abhängigkeit von der
Fluggeschwindigkeit wirksam zu, machen.
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Verschiedene vorteilhafte und zweckmäßige Ausführungsformen. des Erfindungsgegenstantdes
sind in dien folgenden Ausführungsbeispielen an Hand der schematischen Zeichnung
beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Triebwerk nach der Erfindung,
Fig.2 ein anderes derartiges Triebwerk, ebenfalls im Längsschnitt, Fig. 3, 3 a das
Vorderteil einer dritten Ausführungsform im Schnitt, und zwar im einen. und anderen
Betriehsz.ustand, Fi.g. 4, 4a dasselbe für eine vierte Ausführungsf'orm.
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Der Rumpf 1 des in Fig. 1 dargestellten Triebwerkes nimmt in seinem
hohlen Mantel die Brennstoffbehälter 2 auf. Im Rumpf und mit der Spitze nach vorn
hervorragend ist ein etwa doppelkegelförmiger Zentralkörper 3, 4 angeordne @t, der
mit dem vorderen Abschnitt des Rumpfes in bekannter Weise den Diffusor bildet. Der
Zentralkörper ist zweiteilig ausgebildet, und zwar ist der vordere, Abschnitt, seine
Spitze 3, gegenüber dem hinteren rumpffesten, Ab, schnitt 4 längs beweglich, wobei
er in seiner vorderen: Lage die ringförmige Eingangsöffnung 1 a verschlossen hält.
Im hinteren Abschnitt 4 sind ein Preßluftbehälter 5, eine Steuereinrichtung 6 mit
einem Staurohr 7, einte Preßluftturbine 8, die Brennstoffpumpe 9 und ganz am Ende
eine Abgasturbine 10 angebracht. Die Brennstoffpumpe 9 kann sowohl von der Preßluftturbine
8 als, auch von der Abgasturbine 10 angetrieben werden.Sie hat den Brennstoff aus
den Behältern 2 zu fördern und ihn durch die Düsen 9 d in den Brennraum. 11 einzuspritzen.
Über die Steuereinrichtung 6 und die Luftstutzen 6a ist der Brennrauen, 11 an den
Preßluftbehälter 5 anschließbar, ebenso ist daran die Turbine 8 .und ein Preßluftzylin
.der 12, dieser über die Leitung 12a., angeschlossen. Der im Preßluftzylinder 12
bewegliche Kolben 13 ist durch eine Rüdcstellfeder 14 belastet, und seine Kolbenstange
15 ist mit der längs verschiebbaren Diffusorspitze- 3 verbunden.
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Für den Start und die niedrigen Fluggeschwindigkeiten, gibt die Steuereinrichtung
6 den. Preßluftzutritt frei, und zwar zum Brennrau!m.11, zum Zylinder 12 und der
P.reßluftturbine B. Durch den Kolben 13 und die Kolbenstange 15 wird entgegen der
Wirkung der Feder 14 die Diffusorspitze 3 nach vorn geschoben und damit die Aufnahmeöffnung
1 a verschlossen, (s. strichpunktierte. Linie). Gleichzeitig setzt die Brennstofförderung
und BrennistQffeinspri.tzung durch das Aggregat 8, 9, 9 a ein.
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Die Verbrennung des gefördierten. und eingespritzten Brennstoffes,
im Brenmraum 11 wird somit durch die im Preßluftbehälter 5 mitgeführte Luft gespeist,
und die Gase werden durch die Austnittsöffnung 16 des Triebwerkes für den Vortrieb
ausgestoßen. Wie man sieht, erfolgt in diesem Zustand der Betrieb nach dem eingangs
erwähnten Raketenprinzip.
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Sobald jedoch der Flugkörper eine bestimmte Ge schwindigkei.t, z.
B. das Eineinhalbfache oder Doppelte der Schallgeschwindigkeit überschreitet, wird
von der durch das Staurohr 7 betätigten Steuereinriehtung 6 der Preßluftdurchtritt
gesperrt und der Zylinder 12 entlüftet. Die Feder 14 und der auf die Diffusorspitze3
wirkende Staudruck bringen dieselbe in ihre zurückgezogene Lage, so daß die Auffangöffnung
1 a frei wird. Von da ab arbeitet das Triebwerk als Staustrahltriebwerk, d. h. unter
Speisung der Verbrennung in der Kammer, 11 durch die der Atmosphäre entnommene und
den Diffusor verdichtete Luft. Nach wie vor erfolgt die Brennstoffförderung bzw.
Einspritzung durch die Pumpe 9 und die Düse 9 a., wobei die Pumpe jetzt aber ausschließlich
von der Gasturbine 10 angetrieben wird.
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Sollte aus irgendeinem Anlaß die Fluggeschwindigkeit unter das für
den Betrieb des Steuerstrahltriebwerkes erforderliche Mindestmaß absinken, so wird
automatisch durch den- Staudruckmesser 7 die Steuereimrichtung 6 im Sinne einer
Freigabe des Preßluftdurchtrittes betätigt. Die Auffangöffnung 1 a wird durch Verschieben
der Diffusorspitze 3 wieder verschlossen und der oben geschilderte Raketenbetrieb
aufs dem Preßluftvoarrat wieder aufgenommen und' so lange fortgesetzt, bis die für
den Staustrahlbetrieb erforderliche Geschwindigkeit wieder erreicht ist.
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Die kleinen rotierenden Massen der Turbinen 8 und, 10 und der Brennstoffpumpe
9 können ohne Gefahr
in Kauf genommen werden. Eventuell können
sie aber auch durch ein anderes Brennstoffördersystem ohne rotierende Teeile ersetzt
werden.
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Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich vom
ersten durch eine andere Art der Steuerung der Längsbewegung der Diffusorspitze
3. Diese stützt sich dort gegen das Hinterteil4 durch eine Feder 17 ab, welche sie
in der die Aufnahmeöffnung l a. abschließenden vorderen Lage hält (s. strichpunktierte
Linie). Die übrigen Teile und ihr Zusammenwirken sind, die gleichen wie in dem Beispiel
vorher. Der Start und der Betrieb bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten erfolgt nach
dem@ Raketenprinzip, also durch Verwendung der im Behälter. 5 mitgeführten Preßluft.
Dabei unterstützt der ,im Raum 11 voirhandene Druck die. Feder
17, die Auffangöffnung 1 a, durch Vomdrücken der Diffusorspitz.e 3 gle!schlossen
zu halten. Auch hier wird die Preßluftzufuhr durch: die Steuereinrichtung 6, 7 bei
Erreichung ein-er bestimmten Geschwindigkeit gesperrt. Der sinkende Druck im Rauar
11 ermöglicht es dem. Staudruck, die Spitze 3 zurückzuschieben und die Auffangöffnung
1 a freizugeben, worauf der Stau strahlbetrieb, einsetzt.
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Es könnte übrigens auch daran gedacht werden, die Umstellung von der
einen. auf die andere Betriebsweise in voeteilhafter Weise lediglich durch das Spiel
zwischen dem Staudruck einerseits, und denn Druck im Triebwerk andererseits durch
Vor- und Zurückschieb-.en der Diffusaarspitze ohne Hilfe eines besonderen Staudruckmessers
zu bewirken.
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In denn Beispiel nach den F'ig. 3 ,und 3 a sind Spitze 3 und hinterer
Abschnitt 4 des Zentralkörpers fest verbunden. Er weist an seiner breitesten Stelle
eine elastische, stalpaxtige Liderung 18 auf. Ein Ringraum, 19 innerhalb
der Liderun,g steht mit der Steuereinrichtung 6 durch eine Leitung 19a in Verbindung.
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Für den. Start wird einleitend die Liderung 18 durch die- Druckluft,
welche vom Drucklwftbe@hälter 5 aus über die Steuereinrichtung 6 in dien Ringraume
19 eindringt, aufgesp.reizt und so die Auffangöffnung 1 a verschlossen.. Durch den
Druck im. Raum; 11 wird der Versch.luß auch weiterhin a@urf-remhterhailten
(s. F:ig. 3 a). Bei Erreichung der erforderlichen Grenzgeschwindigkeit sperrt die
Steuereinrichtung 7, 6 die Preßluft, und der Staudruck klappt die Liderung zurück,
so, d:aß die Öffnung 1 a für denn Staustrablbetrieb@ frei wird (Feg. 3).
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Nach dem vierten Ausführungsbeispiel ist für den Abschluß der Aufnahmeöffnung
1 a an der breitesten Steilte des Zentralkörpers 3, 4 eine dehnbare Ringwulst 20
vorgesehen, die, durch Preßluft gedehnt werden kann und sich dann an die Wand des
Rumpfes 1 anlegt (Feg. 4a). Die Betriebsweise ist im übrigen. die gleiche wie bei
den vorherigen Beispielen.
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Die vorgeschilderten Triebwerke können selbst den Rumpf eines Flugkörpers
bilden; sie können aber auch z. B. in den Tragflächen größerer Flugkörper oder bemannter
Flugzeuge untergebracht sein. In letzterem Fall brauchen selbstverständlich die
Zu.-satzaggregate, wie Luft- und Brennstoffbehälter, Pumpe usw., nicht im Innern
des. Triebwerkes, selbst 2ngeoTdnet zu- sein. Sie können sich im Rumpf des Flugkörpers
b,zw. Flugzeuges oder in dien Tragflächen befinden. An Stelle des. Staudruckmessers
kann auch etwa eine Fernsteuerung beispielsweise durch elektrische Wellen treten,
oder es kann bei bemannten Flugzeugen die Steuereinrichtung vom Piloten betätigt
werden.