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Rückstoßantrieb Man weiß, daß für @sehr große Geschwindigkeiten von
Luftfahrzeugen der Antrieb durch Luftschraube keinen genügenden Wirkungsgrad hat.
Für diese Geschwindigkeiten ist von großem Nutzen, den unmittelbaren Rückstoß in.
Verbindung mit Gasturbinen als Gesamtantrieb zu verwenden.
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Antriebe dieser Art sind schon vorgeschlagen worden. Bei einigen dieser
Vorrichtungen wird ein Teil der durch den Niederdruckteil des Verdichters ausgestoßenen
Luft unmittelbar, d. h. ohne durch die Verbrennungskammern und die Gasturbine hindurchzugehen,
zurEingangsmündung derSchubdüse geführt, wo sich diese Luft mit den Auspuffgasen
der Turbine mischt.
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Die Erfindung bezweckt eine Verbesiserung dieser besonderen Art von
Rückstoßantrseb. Nach der Erfindung wird der Niederdruckteil des Verdichtem der
verminderten Geschwindigkeit oder dem Zustand bei Stillstand angepaßt, und -die
gute Wirkung dieses Teils des Verdichters. wird im Flug bei großer Geschwindigkeit
durch einen in der Strömung der umgeleiteten Luft entsprechend angeordneten Schieber
erreicht, der entweder autoinatisch durch die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs
oder willkürlich vom Flugzeugführer eingestellt wird.
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Nachstehend ist an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben, und zwar zeigt Abb. i einen Antrieb nach der Erfindung und
Abb. 2 eine Amsli.cht eines abgeänderten Teils.
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In Abb. i ist C ein Luftverdichter, T eine Gasturbine, welche zum
Antrieb, dieses Verdichters. dient, und Ch sind Brennkammern, in denn ein
n.
bry'strxri@riter'Bennsfioff-verbrarint.,wird,- um- Gase vom: hoher Temperatur für
den Antrieb der Turbine zu erzeugen.
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D,as Gleichgewicht der Kräfte des, Turboverdichters ist derart, daß
de -ganze Ausdehnung der Gase nicht vollständig in der Turbine T aus-.-geüützt -
wird.- Der Überschuß wird in der Düse t= - atisbenütz und :.liefert unmittelbar
die Antriebs kraft in Gestalt der Ausströ,mgeschwindigkeit . Tl der Gase,
die höher ist als die Fluggeschwindigkefi des Flugzeugs, die mit v bezeichnet ist.
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Die Gesamtvorrichtung ist angebracht in einer Hülle R, die stromlinienartig
ausgeführt ist und deren vorderer, dem Verdichter vorangehender Teil einen Verteiler
bildet, der eine Selbstverdichtung der Luft durch Verminderung ihrer Geschwindigkeit
bewirkt.
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Für Flugzeuggeschwindigkeiten v von der Größenordnung goo bis iöoo
km/Std. -ist die Geschwindigkeit V beträchtlich höher als die Geschwindkgkeit v,
so daß der Wirkungsgrad' des Antriebs noch ziemlich gering ist. Er würde sich durch
wesentlich größere Fluggeschwindigkeiteci ü vergrößern. Für die Zone der in Betracht
gezogenen Geschwindigkeiten hat man schon vorgesch@agn,, deg,"Wirkungsgrad des,-Antriebs,
-zu vergrößern, indem man die Masse der ausgestoßenen Gase vermehrt und ihre Geschwindigkeit
vermindert, was praktisch durch eine Vermindeirun@g des, Drucks der Luft im Verdichter
auf einen Druck erreicht wird, der gleich dem ist, welcher am Ausgang- .der. Turbine
und indem man diese Luft mit den Auspuffgasen der Turbine T vor ihrem Eintritt
in das Rohr t mischt.
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In Abb. i ist der übliche Niederdruckbeil des Verdichters mit Cl bezeichnet.
Am Ausgang dieses Teils,, der aus einer bestimmten Anzahl von Verdichterkränzen
besteht, teilt sich die Luft in zwei Teile, von denen der eine durch. die Kanäle
b in die Mischkammer M am Ausgang der Turbine T tritt, während der andere Teil,
nachdem er durch den Hochdruckteil C2 des Verdichters: entsprechend verdichtet worden
ist, durch die B;reniUsammer Ch hindurchströmt. und @in die Düsien der Turbine T
eintritt. Bei Austritt aus dieser findet die Mischung der beiden Ströme in der Kammer
M statt, und daä_Gasgenlisch dehnt sich-dänn in dem Rückstoßrohr t: aus,.. Würden
bei. einer solchen Anordnung, die z: B: für Fluggeschwindigkeiten v von der Größenordnung
25o m/s berechnet ist, die Kanäle b unmittelbar in die - Mischkammer M münden, so
würde der Druck. p1 am Ausgang- des Verdiehteirsi.C1 dem Druck p2 gleich sein.,
der am Aus-,gang -der Turbine T herrscht. Der Druck p1 = p2 ist dann die Summe aurs,
der Verdichtung in dem Verteiler d,-. vor dem Antriebsaggregat, durch die die, Geschwindigkeit
der Luft von der Geschwindigkeit v von 25o m/s auf die Geschwindigkeit
v'
in den Laufkränzen des Verdichters, -und zwar auf eine. Größenordnung von
etwa ioo m/s, vermindert wird; wild aus der Verdichtung, die durch dieLauf -kränze
des, Teils Cl des, Verdichters bewirkt wird. Wie. noch gezeigt werden wird, führt-
eine solche bekannte -Anordnung zu mangelhafter -Wirkün g, wenn die Fluggeschwindigkeit
v niedriger ist als die Anpassungsgeschwindigkeit, die beispielsweise als 2;5o m/isi
-gewählt wird, und insbesondere zu eineu- mangelhäften Wirkung im Stillstandspunkt.
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Die Rechnung wird nachstehend für diesen. Fall, -in-. dem die Geschwindigkeit
v Null ist, durchgeführt, während die Fälle, in denen die Geschwindigkeit v niedriger
als die Anpassungs, geschwindigkeit ist; dann im Zwischenbereich lieg.
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Für die Wirkung bei Stillstand fehlt die Selbstverdichtung, die durch
die Fluggeschwindigkeit erzielt wird, und ist ersetzt durch eine Ausdehnung, wobei
durch Ausdehnung der Luft im Ruhezustand sich die Geschwindigkeit v' ergibt. Infolgedessen-
entspricht dann in der Zone der Anpassung die Ausdehnung im Rohr t der Summe der
Selb;stverdichtung'und der durch Cl erziehen Verdichtung., während bei Stillstand
oder bei vermindeirter Geschwindigkeit sie nur noch einem Wert entspricht, der niedriger
als die Verdichtung von Cist. Folglich würde bei Fehlen besonderer Vorkehrungen
der Druck p2 niedriger sein als der Druck p1, und die Gase «würden gegen den Verdichter
Cl zurücl<:ließen, und es würde das- Gegenteil des beabsichtigten Zwecks erreicht
werden. Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden.
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Dies geschieht bei der Au:s.führungsforin der Erfindung nach Abb.
i dadurch, daß man das . Gleichgewicht.der Drücke p2 und p1 im Stillstandspunkt
herstellt. Gemäß Abb. i ist der Teil C1 des Verdirhters mehr entwickelt. Beim Flug
mit großer Geschwindigkeit, wenn der durch den Teil- C1 .erzeugte, der Selbstverdichtung
hinzugefügte Druck übergroß ist., würde sich ein Ausgleich und ein Gleichgewicht
durch das Bestreben desl Verdichte@rsi. C1 ergeben, die Fördermenge auf Kosten des
Drucks zu erhöhen. Dies würde eine schlechte Anpaesung dieses Teils des Verdichters
iuid damit erhöhte Verluste zur Folge haben. Nach der Erfindung wird die Anpassung
dieses, Teils des Verdichters mittels eines geeigneten Schiebers aufrechterhalten,
der den Widerstand der umgeleiteten Luftströmung bei großen Geschwindigkeiten vermehrt.
Gemäß Abb. i besteht dieser Schieher-ganz einfach aus einem verschiebbaren zylindrischen
Teil m. Die äußere Wand der Luftkanäle b ist an dieser Stelle in Gestalt
eines Kegels ausgeführt, so daß eine Verschiebung- des Teils m eine Änderung des
Durchtrittsquerschnitts s -der Mischluft bewirkt. DieVerschiebung von ffa
kann durch irgendein Übertragungsorgan, entweder vom Flugzeugführer aus oder selbsttätig,
z. B. in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs, mittels eines geeigneten,,
an --sich bekannten Reglers erfolgen.
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Der. außerordentlich große Nutzen eines derartigen Schiebers gemäß
der Erfindung besteht darin, daß die durch die Ausdehnung der Luft in dem Querschnitt
s geschaffene Geschwindigkeit nicht verlorengeht,. sondern däß infolge der Richtung,
die
dem Luftstrom gegeben wird, der ebenso wie die Austrittsströmung
der Turbine T gerichtet ist, diese Geschwindigkeit in dem Rückstoßrohr t wieder
ausgenutzt wird. Diese Energie trägt also zum Antrieb bei. Der Schieber wird zweckmäßig
in dem Teil angeordnet, in dem die Luft verhältnismäßig kalt -ist, und seine Anordnung
und Betätigung bieten keine besonderen Schwierigkeiten.
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Anstatt dasGleichgewicht fürFlugzeugstillstand herzustellen, kann
man es in gleicher Weise für eine dazwischenliegende Geschwindigkeit herstellen.,
z. B,. für v1. Bei den Geschwindigkeiten zwischen C und v1 ist der obengenannte
Übeilistand noch größer. Um ihn zu vermeiden, kann man in folgender Weise vorgehen:
Für die Geschwindigkeiten, die höher als. v1 sind und bis v1 heruntergehen, öffnet
man allmählich den Schieber vt, und der Durchtrittsquerschnitt s, der sich dem umgeleiteten
Luftstrom öffnet, vergrößert sich, wobei sich der Unterschied zwischen dem Druck
p1 dieses Luftstroms und dem Druck p, vor der Turbine allmählich vermindert und
für die Geschwindigkeit v1 Null wird. In diesem Augenblick schließt man, um den
Rückstrom der verbrannten Gase zu vermeiden, den Schieber m vollständig. Wenn man
keine anderen Vorsächtsimaßnahmen treffen würde, so würde eine ungünstige Wirkung
des Teils C1 des Verdichters eintreten. Um diese zu vermeiden, kann man gemäß Abb.
z ein besonderes Rückstoßrohr t" öffnen, dessen Öffnung regelbar ist, z. B. durch
einen. profilierten Körper j, um die Öffnung des Verdichters Cl auf einem geeigneten
Wert und seinen Wirkungsgrad möglichst günstig zu halten. Die durch die Ausdehnung
der Luft in dem Rohr t" entwickelte Energie trägt dann zum Antrieb bei.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß man die Art und Weise der Regelung
vollständig ändern muß, wenn man durch die Gleichgewichtsgeschwindigkeit v1 hindurchgeht,
und daß das Rohr t" und der Schieber et nicht gleichzeitig geöffnet werden dürfen.
Es entsteht eine Unterbrechung, wenn man von der Zone vi -f- E auf z'1 - a geht
(wobei a eine sehr kleine Größe ist).
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Man kann zusammenfassend folgendes. verschreiben: im Stillstandspunkt
v = o: vollständiger Abschluß des Schiebers m und Auspuff der Nebenluft durch das
zusätzliche Rohr t"; für v < v1: allmähliche Regelung des Querschnitts
des Rohres t", wobei der Schieber in immer vollständig geschlossen gehalten wird;
im Augenblick in dem v v1 überschreitet und v = v1 -h a: vollständiges
Schließen von t" und große Öffnung des Schiebers m; für v J v1: teilweises
Schließen des Schiebers m, wobei das Rohr t" geschlossen bleibt.
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Diese Arbeitsweise bietet im Verhältnis, zu der oben beschriebenen,
nach welcher die Anpasisung der umgeleiteten Luftströmung für eine Geschlvimdigkeit
v = Null erreicht wird, die folgenden Vorteile und Nachteile: Wenn die Anpassung
der umgeleiteten Luftströmung bei einer Geschwindigkeit v1 erfolgt, die geringer
ist als die Geschwindigkeit des Flugzeugs, so nimmt der durch diese umgeleitete
Luftströmung erhaltene Gewinn an Wirkungsgrad ab, weih die Ausdehnungsenergfe in
dem Rohr t" zum Antrieb beiträgt, aber nicht durch eiineTemperaturerhöhung vergrößert
wird, die durch Mischen mit den Auspuffgasen der Turbine entstehen würde. Je mehr
man also die Anpassungsgeschwindigkeit der umgeleiteten Luftströmung vermiinderti,
um so mehr vermindert eich die Erhöhung des. Wirkungsgrads, der bei der höchsten
Fluggeschwindigkeit erreicht wird.
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Diese zweite Lösung gibt also im Verhältnis zur ersten eine Erhöhung
des Wirkungsgrads in der Maximalzone; da aber bei Flugzeugstillstandspunkt die Energie
des umgeleiteten Luftstroms durch keinerlei Wiedererhitzung vergrößert wird, so
sind die Zonen des Stillstandspunktes und alle mit schwacher Geschwindigkeit weniger
günstig.
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Es ist noch zu bemerken, daß sieh dieselben Schlüsse ergeben, wenn
man,, anstatt die Geschwindigkeit bei gleichbleibender Flughöhe zu vermindern, die
Flughöhe bei gleichbleibender Geschwindigkeit steigert. Die Abnahme der Temperatur
T beim Ansaugen des Verdichters bewirkt dann eine Verminderung der Verdichtungskraft
je Kilogramm Luft bei gleichbleibendem Druckverhältnis. Um diese Verdichtungskraft
zu erhalten, muß die Turbine mit einem kleineren Ausdehnungsverhältnis arbeiten,
und der Unterschied zwischen dem überdruck p1 der umgeleiteten Luft und dem Vorwärtsdruck
p., der Turbine wird kleiner. Die Lösung gemäß Abb. 2 muß daher Über einer gewissen
Höhe hinaus. angewendet werden, um mit der Antriebsvorrichtung' die größtmöglichen
Vorteile zu erhalten..