DE19536181A1

DE19536181A1 - Jet engine for hypersonic aircraft

Info

Publication number: DE19536181A1
Application number: DE1995136181
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ittner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 1997-04-03
Also published as: DE19600824A1

Abstract

The jet engine has a turbine shaft output engine and a high pressure compressor (pref. turbine high pressure compressor), a combustion chamber, and pref. a Laval nozzle. The turbine shaft output engine drives the compressor. The compressor takes in fresh atmospheric air only. The engine exhaust gases are removed, so that they can not be sucked in by the compressor. Only the air taken-in and compressed by the compressor is fed into the combustion chamber and the nozzle.

Description

Herkömmliche Strahltriebwerke eignen sich nicht für den Hyper schallbereich, also nicht für Geschwindigkeiten oberhalb von Mach 3.Conventional jet engines are not suitable for the Hyper sound range, i.e. not for speeds above Do 3.

Für den Hyperschallbereich sind sogenannte Staustrahltriebwerke geplant, doch weisen diese eine Menge Nachteile auf und es ist fraglich, ob sich mit diesen Triebwerken überhaupt die nötige Leistung bei diesen Geschwindigkeiten erreichen läßt. Auch ist vor allem für niedrige Geschwindigkeiten und für die Start und Landephase das Staustrahltriebwerk nicht brauchbar, da der niedrige Staudruck keine ausreichende Funktion erlaubt. Es müßten also neben dem Staustrahltriebwerk noch vollwertige andere Triebwerke eingebaut werden um Starts und Landungen durchführen zu können.So-called ramjet engines are for the hypersonic range planned, but these have a lot of disadvantages and it it is questionable whether these engines can be used at all can achieve the necessary performance at these speeds. Also is especially for low speeds and for those The ramjet cannot be used during takeoff and landing because the low back pressure does not allow a sufficient function. In addition to the ramjet engine, there should still be full-fledged engines other engines are installed around takeoffs and landings to be able to perform.

Diese Triebwerke kosten natürlich Geld, sie haben entsprechend Gewicht, das während des ganzen Fluges als Ballast mitgeschleppt werden muß, und der Platzbedarf kann für andere Zwecke nicht genutzt werden. Auch ergibt sich je nach Anbringung während des Fluges ein großer Luftwiderstand, so daß die ganze Sache doch recht uninteressant ist.Of course, these engines cost money, they have accordingly Weight that is carried as ballast throughout the flight must be, and the space requirement can not be used for other purposes be used. Also depending on the attachment during of the flight a great air resistance, so the whole thing is quite uninteresting.

Auch ist wegen des geringen Verbrennungsdruckes beim Staustrahl triebwerk der Wirkungsgrad nicht so gut, wie das zu wünschen wäre.Also because of the low combustion pressure in the ramjet the efficiency of the engine is not as good as it should be would.

Das Ziel der Erfindung war es, ein Triebwerk zu schaffen, das sich sehr gut für den Hyperschallbereich eignet, das aber die oben angeführten Nachteile nicht hat, und das wegen sehr guten Wirkungsgrades einen geringen Verbrauch bringt.The aim of the invention was to create an engine that is very suitable for the hypersonic area, but that does not have the disadvantages mentioned above, and that because of very good Efficiency brings a low consumption.

Die Ziele der Erfindung werden dadurch erreicht, daß ein Trieb werk verwendet wird, das mit Turbinen arbeitet, das sich dabei für den Hyperschallbereich eignet, das in seiner Eigenschaft als Turbinentriebwerk bereits im Stand und bei Start und Landung die nötige Leistung bringt und das einen sehr guten Wirkungs grad hat.The objects of the invention are achieved in that a drive plant that works with turbines that suitable for the hypersonic area, which in its capacity as Turbine engine already at a standstill and during take-off and landing brings the necessary performance and that a very good effect degree.

Dabei wird ein Turbinen-Wellenleistungstriebwerk verwendet, das einen Hochdruckverdichter (vorzugsweise Turbinen-Hochdruck verdichter) antreibt. A turbine shaft power engine is used a high pressure compressor (preferably high pressure turbine compressor) drives.

Dieser Hochdruckverdichter saugt nur frische Luft aus der Atmosphäre an, und die Abgase des Wellenleistungstriebwerks werden so abgeleitet, daß sie nicht vom Hochdruckverdichter angesaugt werden.This high pressure compressor only sucks fresh air out of the Atmosphere and the exhaust gases from the shaft power engine are derived so that they are not from the high pressure compressor be sucked in.

Der "Turbinen" Hochdruckverdichter sitzt dabei normalerweise auf der gleichen Welle hinter dem Wellenleistungstriebwerk und er saugt frische Luft an, und leitet diese in eine Brennkammer, die hinter dem Verdichter liegt.The "turbine" high pressure compressor is usually seated on the same shaft behind the shaft power engine and it sucks in fresh air and directs it into a combustion chamber, which is behind the compressor.

In diese Brennkammer wird Kraftstoff eingebracht und verbrannt, und über eine Düse wird die erhitzte Luft mit hoher Geschwin digkeit ausgestoßen.Fuel is introduced into this combustion chamber and burned, and the heated air passes through a nozzle at high speed ejected.

Als Düse wird vorzugsweise eine Laval-Düse verwendet.A Laval nozzle is preferably used as the nozzle.

Das Turbinen-Wellenleistungstriebwerk arbeitet nach üblichem Stand der Technik und mit üblichen Wirkungsgrad, es bedarf also keiner weiteren Erörterung.The turbine shaft power engine works according to the usual State of the art and with usual efficiency, so it needs no further discussion.

Um hohe Geschwindigkeiten erreichen zu können ist es notwendig, die aus der Düse ausgestoßene Luft auf eine hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen.In order to achieve high speeds, it is necessary the air expelled from the nozzle to a high Speed up.

Dabei muß die Luftausstoßgeschwindigkeit dem 1,2 bis ca. 2 fachen der Fluggeschwindigkeit entsprechen.The air ejection speed must be 1.2 to correspond to approx. 2 times the flight speed.

Es ist also mit dem relativ geringem Druck herkömmlicher Triebwerke gar nicht möglich, die Luft beim Ausstoß auf den nötigen Wert zu beschleunigen.So it is more conventional with the relatively low pressure Engines not possible, the air at the exhaust on the accelerate necessary value.

Auch weisen herkömmliche Turbinenstrahltriebwerke den Nachteil auf, daß hinter der Turbine der Druck entsprechend stark abfällt, was dazu führt, daß wie in der Fachliteratur beschrieben bei Nachverbrennung der Wirkungsgrad derart schlecht ist, daß Nachverbrennung für Dauerbetrieb uninteressant ist.Conventional turbine jet engines also have the disadvantage that the pressure behind the turbine drops accordingly, which leads to that as described in the specialist literature when afterburning the efficiency is so bad that Afterburning is uninteresting for continuous operation.

Die der Erfindung gemäße Lösung weist den Vorteil auf, daß der vom Hochdruckverdichter erzeugte hohe Druck voll als Luftausstoß druck wirksam wird und die Möglichkeit des Verdichters zur Druckerzeugung durch keinen Druckabfall eingeschränkt wird.The solution according to the invention has the advantage that the high pressure generated by the high pressure compressor fully as air discharge pressure takes effect and the possibility of the compressor Pressure generation is not restricted by a drop in pressure.

Ein weiterer sehr großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Hochdruckverdichter nur die Verdichtungstemperaturen verarbeiten muß, da er mit heißen Verbrennungsgasen ja nicht in Berührung kommt. Die Hochtemperaturverbrennung unter völliger Sauerstoffausnutzung erfolgt ja erst hinter dem Verdichter, und belastet damit nur die Brennkammer und die Düse, doch lassen sich diese Teile z. B. aus keramischen Werkstoffen herstellen und auf einfache Art auch kühlen.Another very great advantage of the invention is that that the high pressure compressor only the compression temperatures must process, since it is not in with hot combustion gases Touch comes. The high temperature combustion under complete Oxygen is only used behind the compressor, and thus only loads the combustion chamber and the nozzle, but leave these parts z. B. from ceramic materials and cool in a simple way.

Die Kühlung solcher Teile bereitet keine Probleme, während die Kühlung von Turbinenschaufeln unmöglich ist. Eine Kühlung des Turbinen-Hochdruckverdichters ist hier auch gar nicht nötig, denn je nach Material können Temperaturen von 1200° C verarbeitet werden, so daß auch bei hoher Verdichtung dieser Wert nicht überschritten wird. Wegen dieser hohen Verdichtung und -Verbrennung bei diesem Druck läßt sich ein sehr guter Wirkungsgrad für dieses Trieb werk erwarten.The cooling of such parts poses no problems during the cooling of turbine blades is impossible. Cooling of the high pressure turbine compressor is also here not necessary at all, because depending on the material temperatures of 1200 ° C are processed, so that even at high Compression this value is not exceeded. Because of this high compression and combustion in this Pressure can be a very good efficiency for this drive expect work.

Durch die mäßige Luftgeschwindigkeit in der Brennkammer läßt sich eine sehr saubere Verbrennung erwarten, da der Verbren nungszeitraum relativ lang ist.Due to the moderate air speed in the combustion chamber expect a very clean burn because of the burn period is relatively long.

Die Gesamtumstände zeigen also eine hohe Luftausstoßgeschwin digkeit, damit verbunden eine mögliche hohe Fluggeschwindigkeit, eine hohe Betriebssicherheit wegen relativ einfacher und leicht beherrschbarer Bauart.The overall circumstances therefore show a high rate of air emissions a possible high airspeed, a high level of operational reliability due to being relatively simple and easy controllable design.

Da also keine Probleme bezüglich Temperaturbelastung existieren, läßt sich in dieser Zweiten Verbrennungsstufe unter völliger Sauerstoffausnutzung verbrennen, was die Leistung des Wellenleistungstriebwerks dadurch auf ca. das dreifache steigert. Vergleicht man dabei den Bau- und Materialaufwand und das Gewicht, so zeigt sich, daß sich ein sehr günstiges Leistungsgewicht ergibt.So there are no problems with temperature exposure exist in this second stage of combustion under burn total oxygen utilization, reducing the performance of the This increases the shaft power engine to about three times. If you compare the construction and material costs and the weight, so it shows that there is a very favorable power to weight ratio results.

BezugszeichenlisteReference list

1 Turbinen -Wellenleistungstriebwerk
2 Abgasrohr von Turbinen-Wellenleistungstriebwerk
3 Verbindungswelle
4 Lufteinlaß Hochdruckverdichter
5 Hochdruckverdichter
6 Brennkammer am Hochdruckverdichter
7 Laval-Düse 1 turbine shaft power engine
2 exhaust pipe from turbine shaft power engine
3 connecting shaft
4 air inlet high pressure compressor
5 high pressure compressors
6 Combustion chamber on the high pressure compressor
7 Laval nozzle

Claims

Air jet engine for hypersonic aircraft using a turbine shaft power engine and a high pressure compressor (preferably turbine high pressure compressor), a combustion chamber and a nozzle (preferably Laval nozzle), characterized in that the turbine shaft power engine drives the high pressure compressor, this high pressure compressor only fresh Air is sucked in from the atmosphere, and the exhaust gases from the shaft power engine are derived in such a way that they cannot be sucked in by the high pressure compressor.

In the combustion chamber and the nozzle only the high pressure ver air drawn in more densely and compressed.