DE2353042A1

DE2353042A1 - Vorrichtung zur laermverminderung bei strahltriebwerken

Info

Publication number: DE2353042A1
Application number: DE19732353042
Authority: DE
Inventors: Ira Robert Schwartz
Original assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Current assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Priority date: 1973-03-23
Filing date: 1973-10-23
Publication date: 1974-10-03
Also published as: GB1451782A; IL43388A; FR2222540A1; JPS49127014A; IL43388A0; IT996837B; FR2222540B1; AU6119173A; AU469288B2; CA980137A; SE387711B; US3830431A; IL49493A0; SE7600664L

Description

PATENTANWALT DIPt₁-ING. H.E.EÖH ME R 703 BOBLINGEN/WURTT. . SINDELFINGER STSASSE 49

FERNSPRECHER (07'031) 613040 ' ^Λ

Anmelder: NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION

Washington,. D.C. 20546, U.S.A.

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

20.10.1973

Vorrichtung zur Lärmverminderung bei Strahltriebwerken

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Strahltriebwerken zur Verminderung des durch turbulente Vermischung der Abgase mit der umgebenden Atmosphäre erzeugten Lärmes oder Geräusches.

Untersuchungen haben gezeigt, daß in modernen Strahltriebwerken hauptsächlich an drei Stellen Geräusche oder Lärm erzeugt werden, nämlich am Ansaugkanal, am Gebläseauslaßkanal und an der primären Strahlausstoßöffnung. Das vom Ansaug kanal ausgehende Geräusch und das im Gebiäseausiaßkanal erzeugte Geräusch geht im wesentlichen auf das Gebläse und zu einem kleineren Teil auf den Kompressor -zurück. Das vom Primärstrahf am hinteren Ende des Triebwerkes erzeugte Geräusch wird durch die turbulente Vermischung des Strahles mit der umgebenden Luft erzeugt, und es ist gerade dieses bei der
Vermischung entstehende Geräusch, das für die ungeheure Lärment-

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wicklung bei mit Strahltriebwerken ausgerüsteten Flugzeugen verantwortlich ist. .

Bisher hat man zur Geräuschminderung im wesentlichen drei Wege beschritten:

1. man hat ein höheres Verhältnis von Mantelsfromkanal zu Hauptstromkanal gewählt, was einen höheren Schub und die Bewegung großer Luftmassen bei geringer Ausstoßgeschwindigkeit ergibt;

2. man hat größere Abstände der beweglichen Teile des Gebläses von den feststehenden Teilen, wie z.B. Leitschaufeln, gewählt und insbesondere Leitschaufeln am Lufteinlaß vollkommen weggelassen und

3. man hat schallschluckende Materialien benutzt/um entweder die Geräuschenergie an Ort und Stelle zu absorbieren oder sie am Austreten aus dem Triebwerk zu hindern.

Dieser Stand der Technik ist beispielsweise in den US-Patentschriften 3.436.020, 3.463.402, 3.524.588, 3.587.973, 3.591.085 und 3.667.680 offenbart.

Diese Versuche, das Problem zu lösen, waren nur teilweise erfolgreich, weil die Hauptquelle für das lästige Geräusch die ausgestoßenen Gase sind, wenn sie sich mit der umgebenden Atmosphäre vermischen. Konsequenterweise müssen also neue Verfahren zur Verringerung des Geräusches von Strahltriebwerken entwickelt werden, die sich primär mit der Strömung der Gase am hinteren Ende des Triebwerkes befassen.

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Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, das durch das . Abgasausstoßrohr eines Strahltriebwerkes erzeugte Geräusch dadurch zu verringern, daß man dem Strom des austretenden Gasstrahles eine rotierende Bewegung erteilt und dadurch die durch turbulente Vermischung heißer Abgase mit der Atmosphäre entstehende Schallenergie verringert.

Kurz gesagt werden durch die Erfindung Vorrichtungen, wie ζ.B. radiale Leifschaufeln oder bewegbare Gehäusewände oder Verbindungskanäle zwischen Primär- und Sekundärstrom ,vorgesehen, um den sich ausdehnenden Primär- und/oder Sekundärsfrömen vor ihrem Austreten aus dem Triebwerk selbst eine Rotationsbewegung zu erteilen, so daß die wirksame differentieIIe Geschwindigkeit zwischen den ausgestoßenen Abgasen und den Gasen der umgebenden Atmosphäre verringert wird.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß eine sehr gute Geräuschverminderung durch Mittel erzielt wird/ die in modernen Triebwerken nachträglich eingebaut werden können, ohne d aß eine wesentliche Konstryktiönsänderung erforderlich ist/ und daß eine solche Geräuschverminderung sich ohne entsprechenden Abfall im Gesamtwirkungsgrad des Triebwerkes erzielen läßt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen ' in Verbindung mit den beigefügten Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt: ; "

Fig. 1 schematisch, teilweise weggebrochen, ein Turbostrahltrieb-

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werk, das zur Geräuschminderung entsprechend der Erfindung abgeändert ist;

Fig_o 2 eine Längs-Schnittansicht längs der Achse des Triebwerkes in Fig. 1; .

Fig a 3 eine Längsschnittänsicht längs der Achse eines Turbostrahltriebwerkes für Überschal Ibetrieb;

Fig. 4 eine schematische Längsschnittansicht eines Turbostrahltriebwerkes gemäß der Erfindung mit Nachbrenner;

Fig. 5 eine schematische Längsschnittansicht eines Mantelstromtriebwerkes gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Längsschnittansicht eines Turbo-Mantelstromtriebwerkes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 7 bis 22 vereinfachte schematische Darstellungen der rückwärtigen Abschnitte von Strahltriebwerken gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 und 2 ist ein Strahltriebwerk 10 mit einem zylindrischen Gehäuse 12, einem Lufteinlaßkanal 14 und einem Strahlausstoßkanal 16, mit einer Nabenhaube 15 an Einlaß, Einlaßleitschaufeln 9, einem Kompressorteil 18 mit Läuferschaufeln 17 und Ständerschaufeln 19, mit

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einem Brenner 20 mit Einspritzdüse 21 zum Einspritzen von Treibstoff in den hochkomprimierfen Luftstrom in den Verbrennungskammern, mit einer Turbine 22 mit Rotörschaufeln oder Läuferschaufeln 23 und Ständerschaufelri 24, mit einem konischen Endabschnitt 25 und einer Ausstoßdüse 26 gezeigt.

Der wesentliche Unterschied zwischen dem dargestellten Triebwerk und bekannten Strahltriebwerken besteht darin, daß bei diesen der von der letzten Stufe der Turbine 22 kommende Primärgasstrrom durch die Ausstoßdüse 26 mit axialer Strömungsrichtung austritt, d;h. daß die Verbrennungsprodukte in einer Richtung parallel zur Achse des Triebwerkes ausströmen. Dies ist horma!erweise der FaII₄, unabhängig davon, ob es sich bei dem Triebwerk um ein Turbostrahltriebwerk, ein Propelierfurbinentriebwerk, um ein Staustrahltriebwerk, um ein Turbinen-Staustrahltriebwerk, um ein Turbinentriebwerk oder ein pulsierendes Staustrahltriebwerk oder ähnliche Maschinen handelt. Tatsächlich werden in solchen Turbinentriebwerken, die normalerweise dazu neigen, eine nichtaxiale Strömung der Abgase zu erzeugen, die Ständerleitschaufeln 24 so ausgebildet, daß eine Axialströmung sichergestellt ist.

Für solche Systeme mit axialer Strömung ist der Pegel der erzeugten Geräusche, wenn die heißen Verbrennungsprodukte durch die Ausstoßdü se austreten und sich mit den umgebenden atmosphärischen Gasen turbulent vermischen, sehr hoch und in den meisten Fällen unannehmbar,

Um daher dieses Geräusch im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verringern, wird eine Anzahl von den Strahl lenkenden Leitschaufeln im rückwärtigen Teil des Triebwerkes, gewöhnlich in der Nähe der

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Ausstoßöffnung des Triebwerkes angebracht, um den für ein nachfolgendes Ausstoßen an dem Ausstoßkanal 16 hindurchströmenden Abgasen oder Verbrennungsprodukren eine wirbelnde oder rotierende Bewegung zu erteilen. Die Leitschaufeln 28 sind vorzugsweise radial um die Triebwerkachse angeordnet und so ausgestaltet, daß sie die Strömung mit möglichst geringem Strömungswiderstand ablenken»

Bei der Rotation oder Verwirbelung einer Mediumströmung entweder durch Leitbleche, durch eine in Bezug auf die Längsachse des Kanals tangentiale Injektion, z.B. eines Luft- oder Gasstromes, oder durch Rotieren der Wände der Strömungskammern, werden Zentrifugalkräfte und Strömungsinstabilitäten erzeugt, die die turbulenten Druckschwankungen verändern oder verringern und die turbulente Vermischung in dem Strahl erhöhen und somit den Geräuschpegel und die im Fernfeld auftretende Schalleistung des Triebwerkes herabsetzen. Die Wirkung einer Verwirbelung bei der Geräuscherzeugung in einem am Ende eines Triebwerkes ausgestoßenen Strahl nimmt (mit zunehmender Geräuschminderung) mit Zunahme der Strahltemperatur über die Umgebungstemperatur, mit Zunahme der Dichte der Abgase und mit Zunahme der Rotations-Druckgradienten (Zunahme des Verwirbelungswinkels) zu. Der optimale Winkel für die Rotation einer Strömung oder die Verwirbelung für eine maximale Verminderung des Sfrahlgeräusches wird durch die Konstruktion und Betriebseigenschaften derjenigen Teile des Triebwerkes bestimmt, die vor dem Austritt der Abgase aus der Düse liegen, durch die aerodynamischen und thermodynamischen Eigenschaften des Sfrahlaustritts, die Geschwindigkeits-, Temperatur- und Dichteprofile und die Wechselwirkung zwischen dem Primärsfabgasstrom und dem Sekundärstrom oder das Einsaugen von externer Umgebungsluft in den Ausstoßkanai.

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Rotations- und Verwirbelungswinkel der Strömung bis zu etwa 75 in Bezug auf die Längsachse des Triebwerkes liefern eine merkliche Reduktion des Geräusches, die natürlich von der bestimmten triebwerkskonsfruktion und der Arbeitsweise des Triebwerkes abhängt.

Eine verwirbelte Gasströmung hat jedoch keine wesentliche Reduktion der Ausgangsleistung zur Folge, und zwar aus verschiedenen Gründen. Der gesamte Druckabfall ist für normale Verwirbelungswinkel minimal und die Strömung wird nur in der Nähe der Kammerwände stabilisiert. Der Beitrag von Masse und Moment zur Ausgangsleistung 'des Triebwerkes wird durch den Verwirbelungswinkel der Strömung nicht merkbar beeinflußt vorausgesetzt, daß der Verwirbelungswinkel nicht sehr groß ist .Druckverluste wegen größerer turbulenter Vermischung sind nicht von übermäßiger Bedeutung. Wenn die Wirbelströmung einem Triebwerk-mit Nachbrenner zugeführt wird, dann nimmt die Ausgangsleistung zu, da die verbrennbare Mischung ein erhöhtes Mischungsverhältnis und damit ei hen höheren Verbrennüngswirkungsgrad aufweist« Die für eine rotierende Strömung erforderliche Brennkammer ist daher kürzer als beim Verbrennen .mit einer Axiaiströmung. Die Ausgangsleistung des Triebwerkes ist eine Funktion Von Gewicht und Größe. Leistungsjxiramefer, die für ein Triebwerk von Bedeutung sind, sind Ausgangsleistung/Stirnfläche^ Ausgangsleistung/Brennstoffverbrauch in kg und Ausgangsleistung/spezifisches Gewicht. Ein Triebwerk, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, ist nicht so lang wie übliche Triebwerke und die geringen Druckverluste, die durch die Wirbelströmung eintreten können, werden durch geringeres Gewicht und geringere Größe des Triebwerkes ausgeglichen, die insgesamt ein besseres Leistungsverhalten des Flugzeuges und des Triebwerkes geben.

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In Fig_o 3 ist ein Turbostrahltriebwerk gezeigt, das gemäß der,vorliegenden Erfindung abgewandelt ist, dessen Düse 27 sich jedoch zuerst verengt und dann erweitert. Gleiche Bezugszeichen in dieser und den nachfolgenden Figuren, bezeichnen gleiche Teile,, Es ist allgemein bekannt, daß durch Strahlantriebssysteme, bei denen der Druck des Antriebsmediums hoch im Vergleich zum Umgebungsdruck ist, eine Düse benutzt wird, die sich zunächst verengt und dann erweitert, mit anderen Worten, während für Unterschallgeschwindigkeiten normalerweise eine sich verengende Düse benutzt wird, wird für ÜberschalIflüge und Überschallgeschwindigkeiten im allgemeinen eine sich zunächst verengende und dann erweiternde Düse benutzt. BeJ Düsen dieser Art, die sich zunächst verengen und dann erweitern, dehnt sich das Arbeitsmedium von dem kritischen Druck an der engsten Stelle der Düse bei 29 bis zum Umgebungsdruck an der Auslaßöffnung 30 weiter aus mit einer weiteren Erhöhung der Geschwindigkeit bis über die Schallgeschwindigkeit an der engsten Stelle der Düse hinaus.,

Gemäß der vorliegenden Erfindung und auch in Übereinstimmung mit der bisherigen Beschreibung bewirken die Leitschaufeln 28, daß die Gase in der Düse fortfahren zu wirbeln und um die Triebwerksachse zu rotieren, wenn sie die sich verengenden und erweiternden Abschnitte der Düse 27 passieren oder durchströmen und letztlich am Austritt 3o der Düse austreten.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung für ein Turbostrahl triebwerk dargestellt, bei dem hinter den Leitschaufeln 28 ein die Strahlgeschwindigkeit erhöhender Nachbrenner 31 angeordnet ist. Der Nachbrenner 31 enthält ein im wesentlichen zylindrischen rohrförmigen Kanal 32_r der die Nachbrennkammer bil-

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det, in de der Treibstoff über Einspritzdüsen 34 eingespritzt wird. Geeignete Flammenhalterkonstruktionen 36 sind hinter den Einspritzdüsen 34 vorgesehen, um im Gasstrom kleine Wirbel hervorzurufen, die eine stabile Verbrennung fördern. Ein Ausströmkanal 40 mit einer variablen Düsenöffnung 42 ist vorgesehen, durch die die Abmessungen des Ausstoßkqnäls an die verschiedenen Leistungsanforderungen angepaßt werden können.

Wie bei den zuvor beschriebenen nicht verstärkten Turbostrahltriebwerken sind die Leitschaufeln 28 vor dem Nachbrenner 31 angeordnef und bewirken, daß die durch die Turbinenstufe 22 strömenden heißen Gase beim Eintritt in den Nachbrenner 31 einer wirbelnden oder spiralförmigen Strömüngsbahn folgen» Dies unterstützt im Nachbrennerabschnitt die Vermischung mit dem Treibstoff und bewirkt^ daß die ausströmenden Gase beim Austritt am Ausstoßkanal 44 fortfahren, eine wirbelnde Bewegung auszuführen. Das Verwirbelnder Primärgasströmung im Nachbrenner verringert die im Innern erzeugte Schallenergie in hohem Maße und verringert außerdem die Druckschwankungen, die impulsförmigen Druckänderungen und das Ausstoßgeräusch an der Düse.

In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind die Leiischayfefn 28 in der Bahn des primären Gasstromes eines Strahltriebwerkes 50 vom Turbofantyp mit Mantelstrom angeordnet. Dieses Triebwerk weist wie die zuvor beschriebenen Ausführungsformen einen Emiaßkanal 14, eine Primärkompressorstufe 18, Verbrennungskammern 20, eine Turbinenstufe 22 und eine Ausstoßdüse 24 und außerdem einen zylindrischen Mantel 51 auf, der mit dem inneren Gehäuse 12 des Triebwerkes zusammenwirkt und damit einen zylindrischen Mantelstrom-

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kanal 54 bildet, durch den die vom Mantelstromkanaleinlaß 52 kommen-■ de Luft strömt und als Mantelstrom am Mantelstrpmauslaß 56 austritt. Ein Gebläseteil 58, das auch durch die Turbine 22 angetrieben wird, vergrößert das Volumen und den Druck des den Mantelstrom bildenden sekundären Luftstromes, der durch den Einlaß 52 angesaugt wird.

Wie durch den Pfeil 64 angedeutet, erteilen die Leitschaufeln 28
den heißen Primärgasen eine im wesentlichen schraubenförmige Bahn, während sie sich beim Durchlaufen der Düse 66 ausdehnen, während der sekundäre Gasstrom (z.B„ Luft), der durch den Mantelsfromkanal strömt und durch den Pfeil 62 angedeutet ist, einer normalen axialen Strombahn folgt, bis er in den Einflußbereich der wirbelnden Primärgasströmung gelangt. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Gasströmen hat die Wirkung, daß das Geräusch wesentlich verringert
wird, das sonst bei Abwesenheit einer rotierenden Abgasströmung erzeugt würde.

In Fig. 6 der Zeichnungen ist das Turbofan-Mantelstromtriebwerk der Fig. 5 in der Weise abgeändert, daß innerhalb des Mantelstromkanals radial angeordnete Leitschaufeln 68 vorgesehen sind, die zwischen . dem Gehäuse 12 und dem Mantel 5] liegen. Die Leitschaufeln 68
erteilen dem innerhalb des Mantelstromkanals durchströmenden Mantelstrom eine durch Pfeil 71 angedeutete rotierende Bewegung, wenn sich der Gasstrom dem Auslaß des Mantelstromkanals 70 der Auslaßdüse 72 nähert.

In der etwas vereinfachten schematischen Teilschnittansicht von Fig. sind die Leitschaufeln 68 im ManteIstromkanal vorgesehen, die dem
Mantelstrom einen durch Pfeile 80 angedeutete Rotationsbewegung

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erteilen, es sind jedoch Im Primärgasstrom keine Leitschaufeln angebracht, so daß dieser Pr imärgasström durch die Primärdüse 80 in axialer StrÖmungsrichtüng, wie durch Pfeile 82 angedeutet ist, austritt. Wenn sich die Primärgasströme und die Sekundärgasströme in der Düse 88 miteinander vermischen und durch den Strömungsauslaß 90 austreten, wird die Schal !erzeugung auf einem Minimum gehalten, obgleich der erzeugte Schub im wesentlichen der gleiche bleibt, wie wenn die Leitschaufeln 68 nicht vorhanden wären.

In Fig. 8 der Zeichnungen ist eine ähnliche Ausführungsform gezeigt, die einen Nachbrennerabschnitt 92 innerhalb des Mantels 51 enthält. Der Mantelstrom wird in dem Mantelstromkanal vor dem Nachbrenner 92 durch Leitschaufeln 84 rotiert und bringt eine Wirbel komponente in die partielle Mischung aus Primär-und Sekundärstrom, welche anschließend eine Wirbelwirkung in den verstärkten Primärgasströmen hervorruft, die durch den Nachbrenner 92 innerhalb der Ausstoßdüse 94 erzeugt werden«, Als Ergebnis werden die an der Ausstoßöffnung 96 ausgestoßenen Gase Wirbel aufweisen, die die Schallerzeugung weitgehend herabsetzen, doh. den Schall beträchtlich vermindern, der sonst beim Austreten der Abgase von dem Triebwerk erzeugt würde»

In der Ausführungsform der Fig. 9 und 10, die vielleicht den einfachsten Fall darstellen, sind in der letzten Stufe der Turbine die Ständerschaufeln an der letzten Stufe der Turbine entfernt, so daß die hindurchtrefenden ausströmenden heißen Gase ihre Rotationsbewegung beibehalten^ die sich aus dem Energieaustausch mit dem Turbinenrad 98 ergibt„ Dieses Merkmal könnte natürlich auch mit die Strömung umlenkenden Leitschaufeln kombiniert werden, die entweder in der primären Strombahn oder in der sekundären Stfombahn oder in beiden

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Strombahnen angeordnet sein könnten, um eine verbesserte Rotationsströmung zu erreichen ο

In der Ausführungsform nach Fig„ 11 und 12 wird ein Teil des Mantelstromes in dem äußeren ringförmigen Mantelstromkanal, wie dies durch die Pfeile 99 angedeutet ist, abgeleitet und dem primären Gasstrom in einer verwirbelnden, rotierenden Weise hinter der letzten Turbinenstufe, jedoch vor der Ausstoßdüse loo zugeführt. Dies wird dadurch erreicht, daß man in dem Gehäuse 12 Leitkanäle 102 vorsieht, die mehr oder weniger tangential zur Innenwandoberfläche 104 angeordnet sind, die die Kammer für den Primärgasstrom bildete Der Verwirbelungswinkel und die Größe der Leitkanäle 102 kann entsprechend der Größe und den Abmessungen des primären Strömungskanals entsprechend der Größe und Ausgestaltung der Ausstoßdüse und der thermodynamischen und Strömungseigenschaften des primären Gasstromes verändert werden„ Ein ähnliches Verfahren zum Zuführen von Rotationsenergie an den primären Gasstrom ist in den Fig. 13 und 14 dargestellt, wo in der Düsenwand 112 Leitkanäle 110 vorgesehen sind. Wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind die Leitkanäle tangential in Bezug auf die Krümmung der Innenwand 104 des primären Strömungskanals angeordnet und lassen damit sekundäre Strahlströme, die durch die Pfeile 111 angedeutet sind, in den Innenraum eintreten» Der Verwirbelungswinkel und die Größe der Leitkanäle 110 kann wie in der vorhergehenden Ausführungsform an die einzelnen Bedingungen angepaßt werden.

In den Fig» 15 und 16 ist eine Kombination von Leitkanälen 102 und 110 dargestellt, wie sie in den Ausführungsformen der Fig. 11

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bis 14 verwendet sind, wobei außerdem noch eine rotierende Nabenhaübe 113 hinter der letzten Turbinenstufe, jedoch vor der Austrittsdüse 114 angeordnet ist. Die Nabenhaube 113 wird durch das Turbinenrad 115 angetrieben ,und weist eine Anzahl von Bohrungen 116 auf, die Luft, Gas oder Gase wirbeiarfig in die Primärkammer injizieren, wenn sich das Turbinenrad 115 um die Längsachse des Triebwerkes dreht. Die Luft oder die Gase können beispielsweise von einer Gaszufuhr 103 über eine Leitung 104 innerhalb der Turbinenwelle 105 zugeführt werden. Falls ein Nachbrenner erwünscht ist,-kann außerdem Treibstoff von einer Treibstoffzufuhr 106 über eine Leitung;lÖ7 zur Vermischung mit der Luft oder den Gasen von der Gaszufuhr 103 der Nabenhaube 1 13 zugeführt werden. Andererseits kann die Nabenhaybe feststehend angeordnet sein, wobei die Bohrungen 116 als Schlitze oder dergl. ausgebildet sind, die tangential in Bezug auf die Krümmung der äußeren Oberfläche der Nabenhaybe ausgebildet sind, so daß eine Gasinjektion in die Kammer dem primären Gasstrom eine rotierende Bewegung erfeilt«,

In den Figo 17 und 18 ist eine weitere Kombination der bisher beschriebenen Bauteile dargestellt,, wobei Leitschaufeln 120 um einen Nachbrenner 122 herum angeordnet sind, um einen Teil des primären Gasstromes, wie durch Pfeile 123 dargestellt,- zu verwirbeln. Ein Rückstoßmantefstrom wird über tangential angeordnete Leitkanäle 124 üncT 126 vor der Düse 128 in den primären Strömungskanal injiziert, um dem verstärkten primären Gasstrom weitere Röfationsenergie zuzuführen. In den unmittelbar zuvor beschriebenen Ausführungsfofmen fließt der Mantelstrom weiterhin axial bis zum Austritt aus dem Triebwerk,,

In der in den Fig. 1? und 20 dargestellten Ausführungsform sindLeit-

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schaufeln 130 in der Strömungsbahn des Primärgasstromes vor der Düse 132 vorgesehen und geben der Primärströmung, wie durch die Pfeile 134 angedeutet, eine Rotationsbewegung und außerdem sind Leitkanäle 136 vorgesehen, die in Bezug auf die Krümmung der Außenwand des primären Gasströmungskanals 138 vor den Leitschaufeln 130 tangential angeordnet sind und einen Teil des Primärgasstromes zur Einleitung in den sekundären Gasstrom oder Manieistrom ableiten, um in diesen eine Rofationskomponente einzuführen. Wenn der Primärgasstrom durch die Leitkanäle 136 und in den Mantelstromkanal 140 eintritt, dann wird dem Mantelstrom eine Verwirbelung zuteil, wie sie durch die Pfeile 142 dargestellt ist..

Ein weiteres Verfahren,einen Gasstrom zu verwirbeln, ist in Fig. 21 gezeigt. Eine Wirbelströmung wird innerhalb eines rotierenden Gehäuseabschnittes 154 erzeugt. Vorder Turbine 153 wird der Gasstrom innerhalb der Innenwand 151 gehalten, die von einem Mantel 152 umgeben ist. Nach der Turbine 153 wird der Abschnitt 154 des Ausstoßkanals durch Lager, beispielsweise Kugellager 155, gehalten. Ein Zahnkranz 156 ist auf dem äußeren Umfang des Gehäuseabschnittes 154 angebracht. Dieser Gehäuseabschnitt wird durch ein Antriebs- . aggregat 157 über eine Antriebswelle 158 und ein Zahnrad 159 angetrieben.

Die Rotation des Gehäuseabschnittes 154 erzeugt eine rotierende viskose Scherungsschicht in der Nähe der Wand, die aus dem Auslaß 160 einen wirbelnden Gasstrom austreten läßt. Falls erwünscht, können auch Leitbleche 161 an der Innenseite des Gehäuseabschnittes 154 angebracht sein, um die Verwirbelungswirkung in dem gesamten Kanal noch weiter zu verbessern.

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Die Leitbleche können sich dabei quer über den ganzen Ausstoßkanal erstrecken oder können auch kürzer sein als die radiale Abmessung des Kanals. Außerdem können auch mehrfach solche Leitschaufeln über die Länge des Kanals vorgesehen sein.

In einer weiteren in Fig_o 22 dargestellten Ausführungsform wird der sekundäre Gasstrom, d.h. der Mantelstrom, durch eine rotierende Düse 170 geleitet. Die Innenwand 151 und die Außenwand 154 bilden einen Durchtritt für die Sekundärströmung 163. Tangential gerichtete Leitkanäle 165 lassen den Mantelstrom in die Kammer 167 hinter der Turbine 153 eintreten. Die sich verengende Düse 170 wird auf Gleit- oder Kugel lagern 155 abgestützt und kann auf diesen rotieren«, Ein Zahnkranz 156 ist auf dem Umfang der Düse 170 angebracht, und die Drehbewegung wird der Düse 170 über ein Antriebsaggregat 172, eine Welle 174 und ein Zahnrad 176 erteilt. Eine Wirbelströmung wird am Ausgang 178 ausgestoßen, die sich aus der Kombination von SekundärsiTörnung und Primärströmung in der Kammer 167 sowie der Rotation der Düse 170 und,der Rotation der Leitbleche 180 innerhalb der Düse 170 ergibt.

Man sieht also, daß die eigentliche Aufgabe und das Ziel der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung darin besteht, den Ab- ' gasen eines Strahltriebwerkes eine Rotationsbewegung um die Achse des Triebwerkes zu erteilen, bevor sie das Triebwerk über die Ausstosauslässe verlassen. Das Einführen einer solchen Rotationsverwirbelung mit einem wirksamen. Winkel zur Achse des Triebwerkes Und bevor die Gase aus der Ausstoßdüse austreten können, beseitigt die Notwendigkeit, die im wesentlichen unwirksamen Vorrichtungen zur Geräuschunterdrückung innerhalb der Düse vorzusehen«

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Das hat zur Folge, daß die' Schubverluste und das zusätzliche Gewicht sowie andere Nachteile, die sich bei bisherigen Vorrichtungen zur Geräuschunterdrückung ergeben haben, hierbei vermieden werden- Die vorliegende Erfindung gestattet also den Verzicht auf schallschluckende Wandauskleidungen innerhalb der Ausstoßkanäle und Düsen, wodurch nicht nur das Gewicht verringert sondern auch die dabei auftretenden Strömungsverluste vermindert werden und man trotzdem gleichzeitig eine hohe Verringerung des abgestrahlten Geräuschpegels erzielt.

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Claims

PATE K T¹AMS.

( 1. V Strahltriebwerk mit einem im wesentlichen zylindrischen Oehäuse mit einem Einlaßkanal am einen Ende und einem Aussfoßkanal am anderen Ende und mit dazwischen liegenden Vorrichtungen zum Mischen der angesaugten Luft mit einem Treibstoff und zum Verbrennen dieser Mischung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Stromes primärer Verbfennungsprodukte zürn Ausstoßen-"aus,dem Ausstoßkanal _s dadurch gekennzeichnet^, daß für, de η Gasstrom Umienkyorrichfungeri (z.B. 28₇ 68, 84; 102, 136, 165, 120} zwischen der Brennkammer (20) und der Ausstoßöffhung angeordnet sind₇ die dem Primärstrom aus Verbrennüngsprodukten eine rotierende Bewegung um die Achse des Gehäuses (12) erteilen, bevor diese Produkte den Ausstoßkanal (T6) erfeichen_e

2. Strahltriebwerk nach Anspruch \_r dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses zwischen den Umlenkvorrichtungen (z.B. 28, 68 etc.] und dem Aussfoßkanal (16) den Schub verstärkende Mittel (31, 32) angeordnet sind.

3- Strahltriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Umlenkvorrichtung elfte Anzahl radial um die Achse des Gehäuses (12) angeordnete Leitschaufeln (28, 68, 84) in der Weise angeordnet sindf^^ daß sie den Ström der Verbrennüngsprodukte um einen Winkel in Bezug auf die Längsachse umlenken,,

4. Strahltriebwerk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,, daß konzeritrisch um das Gehäuse 02) ein Mantel-"-(50^ 51) angeordnet ist, und zusammen mit dem Gehäuse einen Mantelstromkanal (54) bil-

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der, der etwa bei der Einlaßöffnung (14} beginnt und etwa bei dem Auslaßkanal 06} endet.

5. Strahltriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine ständerlose letzte Turbinenstufe (98} als Umlenkvorrichtung dient.

6„ Strahltriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Bohrungen (116} versehene, durch die Turbine angetriebene Nabenhaube (113} als Umlenkvorrichtung dient, wobei die Bohrungen zur Injektion von Luft- oder Gasströmen in den Strom der primären Verbrennungsprodukte dienen _a

7. Strahltriebwerk nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Umlenkvorrichtungen in dem Gehäuse zwischen Mantelstromkanal (54} und Innenraum tangential angeordnete Leitkanäle (102, 136, 165} angeordnet sind, die ein Einströmen deB im Mantelstromkanal befindlichen Luftsfromes unter einem solchen Winkel zur Strömungsrichtung des Primärsfromes gestatten, daß diesem eine Rotationskömponente erteilt wird.

8. Strahltriebwerk nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantelstromkanal (54} Umlenkvorrichtungen (68, 84} angeordnet sind, die dem Mantelstrom eine mit dem ManteIstromkanal konzentrische Rotationsbewegung erteilen.

9. Strahltriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Umlenkvorrichtungen eine Anzahl radial angeordneter Leitschaufeln (68, 84} im Mantelstromkanal (54} unter einem solchen Winkel zur Längsachse des Triebwerkes angebracht sind, daß dem Mantelstrom eine kon-

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zentrische Rotationsbewegung erteilt wird.

10. Strahltriebwerk nach Anspruch 8/ dadurch gekennzeichnet, daß als Umlenkvorrichtungen tangential gerichtete Leifkariäle (z.B. 136) in einem Gehäuseendabschnitt (138) vorgesehen sind, die eine Verbindung zwischen Primärgasstrom und Man te Istromkanal (140) herstellen.

11. Strahltriebwerk nach Anspruch 10> dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanäle (136) vor den Leitschaufeln (130) des Primärstromkanals angeordnet sind. '

12. Strahltriebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (51,88) sich bis hinter den Ausstoßkanal erstreckt und damit einen Ausstoßräum bildet, der der Vermischung von Primär-und Sekundärstrom dient.

13. Sirahltriebwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßräum einen Nachbrenner (92) zur Schubverstörkung enthält.

14. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßkanal einen um die Längsachse drehbar gelagerten vom Gehäuse (12) getrennten Abschnitt (154) aufweist, der so ausgestaltet ist, daß-sich ansei ner inneren Oberfläche bei Rotation eine viskose Scherungssehicht in der Nähe der Innenwand bildet, die eine Verwirbelung des durchströmenden Primärstromes hervorruft«

15. Strahltriebwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß am vorderen Ende des rotierenden Gehäuseabschnittes (154) mit diesem rotierende Umlenkschaufeln (161) angeordnet sind.

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16. Strahltriebwerk nach Anspruch I^ dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen gesonderten, sich verjüngenden und um die Längsachse rotierbar gelagerten Endabschnitt (170) aufweist, der durch ein gesondertes Antriebsaggregat (172) antreibbar ist und bei Rotation in der Nähe der Innenwand eine viskose Scherungsschicht erzeugt, die der Verwirbelung des durchströmenden Gasstromes dient.

U, Strahltriebwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zu dem Gehäuse ein Mantel (154) angeordnet ist und mit diesem einen Mantelstromkanal bildet, der in der Nähe des Ansaug-Einlaßkanals beginnt und in der Nähe des Ausstoßkanals endet, daß das Gehäuse tangential angeordnete Leitkanäle (165) aufweist, die eine Verbindung zwischen dem Mantelsiromkanal und dem Ausstoßkanal herstellen und daß dadurch der Mantelstrom in den Aussfoßkanal unter einem solchen Winkel in Bezug auf die Strömungsrichtung des Primärstromes ablenkbar ist, daß diesem bei Durchströmen des Ausstoßkanals eine Rotationskomponente erteilt wird.

18. Strahltriebwerk mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse mit einem Einlaßkanal an einem Ende und einem Ausstoßkanal am anderen Ende und mit dazwischen liegenden Vorrichtungen zum Mischen der angesaugten Luft mit einem Treibstoff und zum Verbrennen dieser Mischung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Stromes primärer Verbrennungsprodukte zum Ausstoßen aus dem Ausstoßkarial, ferner mit einem konzentrisch zum Gehäuse angeordneten Mantel, der mit dem Gehäuse einen Mantelstromkanal bildet, der in der Höhe des Ansaugkanals oder Einlaßkanals beginnt und in der Nähe des Ausstoßkanals endet, dadurch gekennzeichnet, daß Umlenkvorrichtungen (68, 84} innerhalb des Mantelstromkanals angeordnet sind.

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19o Strahltriebwerk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mantel (51} bis über deit Ausstoßkanal hinaus erstreckt und so einen Ausstoßraum bildet, der der Vermischung von Primärstrom und Sekundärstrom dient. .

20. Strahltriebwerk nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausstoßkanal eine den Schub erhöhende Vorrichtung (Nachbrenner 92} vorgesehen ist.

21. Strahltriebwerk nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ablenkung des Primärströmes eine Anzahl radial zur Längsachse liegender Leitschaufeln vorgesehen sind.

22. Strahltriebwerk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß

zur Umlenkung des Primärstromes tangential angeordnete Leitkanäle '

(z.B. 102, 110, 124, 126} in dem Gehäuse vorhanden sind, die für den Mantelstrom eine Verbindung mit dem Strom der primären Verbrennungs- produkte liefern.

23. Strahltriebwerk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umleiten des Mantelstromes tangential verlaufende Leitkanäle (136} in dem Gehäuse in der Nähe des Ausstoßkanals angeordnet sind, die für den Primärstrom eine Verbindung mit dem Mantelstrom liefern.

24o Strahltriebwerk nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß Umlenkvorrichtungen (180} für den Primärstrom im Gehäuse (12} zwischen den der Umlenkung des Mantelstromes dienenden Leitkanälen (165} und dem Ausstoßkanal angeordnet sind.

25. Strahltriebwerk nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umlenkung des Pfimärsfromeseine Anzahl radial um die Längsachse des Gehäuses herum angeordneter Leitschaufeln (180} vorgesehen ist..

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