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Strahlrohr mit kontinuierlicher Verbrennung Die Erfindung betrifft
ein Strahlrohr mit offenem Kreislauf und kontinuierlicher Verbrennung als Strahltriebwerk
für Luftfahrzeuge mit großem Geschwindigkeitsbereich.
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Derartige Gasstrahltriebwerke beziehen im Gegensatz zu Raketentriebwerken
den zur Verbrennung bendtigten Sauerstoff aus der Umgebungsluft, die in das Triebwerk
eingebracht und verdichtet werden muß.
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Bekannt ist, daß die dazu benötigte Energie entweder direkt den anströmenden
Luftmassen entnommen (Staustrahltriebwerk) oder, daß ein großer Teil der Abgasenergie
dazu verwendet wird, um über eine Gasturbine einen Verdichter anzutreiben, der einen
Teil dieser Energie den angesaugten Luftmassen zuführt. Bekannt ist weiterhin die
Ausnutzung der kinetischen Energie der Abgase in Verbindung mit der Resonanz einer
Luftspule bei den intermittierenden Strahltriebwerken, sowie die Luftansaugung durch
die Eintrittsgeschwindigkeit des Brennstoffs oder eines Brennstoffgemischs (deutsche
Auslegeschr.
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Nr. 1 209 809).
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Das Staustrahltriebwerk hat den Nachteil, daß es nur bei hoher relativer
Luftgeschwindigkeit Schub erzeugen kann, es ist deshalb als Antrieb von Pahrzeuaen
bei niedrigen Geschwindigkeiten ungeeionet.
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Die Turbostrahltriebwerke haben wegen der hohen Verluste im Bereich
von Turbine und Verdichter besonders bei niedrigen Geschwindiqkeiten einen verhältnismäßig
ungünstigen Wirkungsgrad. Die hohe Beanspruchung von beweglichen Teilen bedeutet
Verschleiß und Stranfälligkeit. Die Vorrichtung zur UberfUhrung von Abgasenergie
an die angesaugte Luft, nimmt den qrößten Teil des Trlebwerksqewlchtes ein, das
damit gegenüber den reinen Strahlrohren entsprechend hoch ausfällt.
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Bei den intermittierenden Strahlrohren erlauben bekanntlich die qeringe
Abgasgeschwindigkeit, sowie deren begrenzte Masse, keine hohen Schubleistungen und
keine hohen Geschwindigkeiten. Mechanische Rückströmdrosseln sind sehr störanfällig.
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Die auftretenden Schwingunqen belasten Triebwerk und Fahrzeug.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leichtes Strahlrohr
zu konzipieren, das in der Lage ist, ohne Anströmqeschwindiqkeit der Umgebungsluft
diese anzusaugen, ihr Energie zuzuführen, sie zu verdichten und einer kontinuierlichen
Verbrennung zuzubrinqen, die den Vorschub erzeugt. Die dazu benötigte Abgasenergie
soll nicht erst in mechanische oder andere Energieformen umgewandelt werden, sondern
die aerodynamischen Kräfte der Abgase sollen unmittelbar für diese Aufgabe genutzt
werden. Außerdem soll das Triebwerk auch für hohe, d.h. Überschallgeschwindigkeiten
geeignet sein.
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Diese Aufqabe wird erfindungsgemäf3 dadurch gelöst, daß die Saugwirkung
der schnellen Abgase oder eines Teiles davon -nach Bernoulli: g Pw 2 (Vaz - V )
- dazu genutzt wird, Umgebungsluft anzusaugen und mit diesen Abgasen zu vermischen.
Das derart mit Sauerstoff angereicherte energiereiche Gasgemisch wird verlangsamt
und damit verdichtet, so daß es nun in der Lage ist, nach geeigneter Umlenkung die
Verbrennungsvoränge innerhalb des Triebwerks durch Sauerstoffversorgung und Brennstoffverqasung
aufrecht zu erhalten. Dabei werden die Abgase dieser Verbrennungsvorgänge dazu nutzt,
um teils das erwähnte Sauerstoffgemisch und teils einen Vortriebsimpuls zu erzeugen.
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Mit zunehmender Anströmgeschwindigkeit der Umgebungsluft kann graduell
auf das Ansauqen durch Abgase verzichtet werden, und das Triebwerk wird durch gleichzeitige
Veränderung der aerodynamischen Gestaltung stufenweise in ein Staustrahltriebwerk
umgewandelt.
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Um ein solches Strahlrohr in einfacher Weise besonders hinsichtlich
der äußeren ormgebung den Erfordernissen eines Triebwerks für Luftfahrzeuge anpassen
zu können, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung alle wesentlichen
Bauteile in einer Anordnung von konzentrischen teilweise konischen Rohren zusammengesetzt,
die sich durch gegenseifige Verschiebung den jeweiligen aerodynamischen Verhältnissen
anpassen lassen. Die Brennkammer, die den Ga.sstrahl zum Ansauqen und Verdichten
der Umgebungsluft erzeugt--im weiteren Text Versorgungsbrennkammer genannt- erfüllt
nur diese Aufgabe und erzeugt keinen Vortriebsimpuls.
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Die mit der Erfinduna erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß ein leichtes unkompliziertes Strahltriebwerk für einen qroßen Geschwindigkeitsbereich
zur Verfugung steht.
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Der fehlende niedrige Ceschwindigkeitsbereich des Staustrahltriebwerks,
sowie der fehlende hohe des intermittierenden Strahlrohres werden abgedeckt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen A, B
und C dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben: Fig. A zeigt das Triebwerk
bein Betrieb im niedrigen Geschwindigkeitsbereich. In einer Versorgungsbrennkammer
(1) wird ein schneller Gasstrahl erzeugt, der zur Verringerung der Reibungsverluste
in eineiv' Diffuser (2) verlangsamt wird. Durch Querschnittsverengung und Umlenkung
wird der Abgasstrahl wieder beschleunigt und in entgegengesetzte Richtung gelenkt
<3). Über die Ansaugringöffnung (4) wird auf Grund der hohen Austrittsgeschwindigkeit
der Abgase aus der Ringöffnung (5) Umgebungsluft angesaugt, in dem geraden Teil
(6) beschleunigt und mit den Abgasen vermischt. Der Energiegehalt der Abgase wird
gleichmäßig auf das so entstandene Gasgemisch verteilt, zusätzlich wird durch die
abgegebene Wärme des Innenrohres Energie übertragen.
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Das mit Sauerstoff angereicherte -enerqiereiche Gasgemisch wird
nun
in einem Diffusor (7) verdichtet und teilweise der Versorgungsbrennkammer (1) und
einer Ringbrennkarnrner (8) zur Unterhaltung der Verbrennung zugeleitet. Der Rohrmantel
(9) gestattet es, die Versorgungsbrennkammer mit der Summe aus statischem und dynamischem
Druck zu beaufschlagen. Die in der Ringbrennkammer (8) beschleunigten Gase liefern
in dem Ausführungsbeispiel den Vortriebsimpuls.
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Fig. B zeigt das Triebwerk bei Anströmgeschwindigkeiten im Uberschallbereich.
Die Versorgungsbrennkammer (1) wird durch Verlängerung des teleskopischen Rohrmantels
(9) ganz oder teilweise außer Betrieb genommen. Der Einlaßkegel (10) wird derart
verschoben, daß die Ringöffnung (5) ganz oder teilweise geschlossen, sowie die Lufteinlaßgeometrie
den aerodynamischen Verhältnissen der jeweiligen Uberschallströmung angepaßt wird.
Das Triebwerk arbeitet in Verbindung mit der Ringbrennkammer (8) als Staurohr.
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Fig. C zeigt das Triebwerk beim Anlaßvorgang. Der Versorgungsbrennkammer
(1) wird durch Verlängerung des teleskopischen Rohrmantels (9) über ein Anlaßaggregat
Frischluft (11) zugeführt, bis der erzeugte Abgasstrahl (12) schnell genug ist,
um das Triebwerk selbständig mit Umgebungsluft zu versorgen.