CH255806A - Düsenmotor. - Google Patents

Description

  Düsenmotor.    Die Erfindung betrifft einen Düsen  motor, welcher pulsierend, das heisst mit  Einzeltössen, arbeitet.  



  Versuche mit einer bekannten Ausfüh  rung dieses Motors haben ergeben, dass er  niclt für Dauerbetrieb geeignet ist, da die  Ventile nach kurzer Zeit (bei den durch  geführten Versuchen nach etwa 30 Minuten)  ausbrennen, wodurch der Motor wirkungs  unfähig wird.  



  Die Erfindung betrifft einen im Prinzip  nach einem gleichartigen Kreisprozess arbei  tenden Motor, welcher die Vorteile des     er-          wiihnten    bekannten Motors aufweist, ohne je  doch dem angedeuteten Nachteil zu unter  liegen.  



  Es sei daher zunächst an Hand der Fig. 1  bis 10 der Zeichnung die Wirkungsweise  eines bekannten, pulsierend arbeitenden     Mo-          lors    kurz dargelegt.  



  Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt  einen solchen pulsierend arbeitenden Motor.  Fig. 2 bis 10 zeigen in ähnlicher Darstel  lungsweise die Vorgänge bei den einzelnen  Phasen eines Verbrennungszyklus dieses     Mo-          tors.     



  In Fig. 1 sind bei R-M die Ventile  angedeutet. An die zylindrische Kammer  K-L-M-R, die mit einem     Brennstoff-Luft-          gemiseh    geladen wird, schliesst sich eine  konvergierende Kammer K-L-N-S mit einem  Eintrittsdurchmesser D und einem     Austritts-          durehnesser    E an, die in eine zylindrische    Kamner überleitet, an deren rechtem Ende  sich der Auslass befindet.  



  Die Arbeitsweise     dieses    bekannten Motors  ist folgende:  1. Die Ventile bei M-R sind zunächst  offen. Die Kammer M-R-K-L wird mit einem  Brennstoff-Luftgemisch geladen. Es wird  angenommen, dass das Brennstoff-Luft  gemisch bei K-L gezündet wird.  



  2. Die durch die Zündung hervorgerufene  Detonationswelle bewegt sich in dem Brenn  stoff-Luftgemisch nach links. Es folgt ihr  ein Strom von Gaspartikeln mit einer Ge  schwindigkeit von ungefähr 750 m/sec  
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   Brenn  stoff :Luftverhältnis s=0,054 : T2=2580  C)       (Fig.2).    Gleichzeitig tritt bei     K-L    Expan  sion in der Richtung gegen das     Auslassende     ein, wodurch eine Verdünnungswelle erzeugt  wird, welche der Detonationswelle folgt.  



  Da mit fortschreitender Verbrennung die  Dichte des     Gases    zunimmt,     wird    die Ge  schwindigkeit der Detonationswelle ständig  grösser, so dass sie diejenige der Detonations  welle überschreitet, welche sich mit konstan  ter     Geschwindigkeit    in der Zone     unverbrann-          ter    Gase mit geringerer Dichte fortpflanzt.

    Infolgedessen holt die Verdünnungswelle bei  ihrer Bewegung gegen die Ventilfront     P-M     die     Detonationswelle    ein, bevor diese an der  Ventilfront anlangt     (Fig.3).    Diese Einwir  kung der beiden Wellen aufeinander erzeugt  eine mit Bezug auf Druck, Dichte, Tempera-      tur, Geschwindigkeit und Entropie stabili  sierte     Detonationswelle    mit einer gegenüber  der ursprünglichen Detonationswelle kleine  ren und weniger steilen Wellenfront.  



  3. Nachdem die Detonationswelle die  Ventilfront M-R erreicht hat (Fig.4), tritt  infolge der Anordnung und der Konstruktion  der Ventile ein Teil des ankommenden Gases  durch die Ventile hindurch. Dieser Vorgang  hält an,     bis    die     Federwirkung    der einzelnen  Ventilplatten infolge des     Gasdruckes    den  Staudruck der in den Motor eintretenden  Luft überwindet (Fig. 5). Die stabilisierte  Detonationswelle wird als Stosswelle reflek  tiert (Fig. 6 bis 9).  



  4. Die Geschwindigkeit der expandieren  den Gase, welche in die konvergierende Kam  mer L-K-N-S im Querschnitt K-L eintreten,  wächst allmählich von Null bis auf Schall  geschwindigkeit an. Die konvergierende  Kammer wirkt als Expansionsraum für die  Verbrennungsgase, welche mit Unterschall  geschwindigkeit eintreten, bis ein kritischer  Zustand erreicht ist, Diese Kammer wirkt  zugleich auch als Kompressionsraum für die       Verbrennungsgase,    welche in die konvergie  rende Kammer mit Überschallgeschwindig  keit eintreten, bis ihr kritischer Zustand er  reicht ist.  



  5. Die stabilisierte Detonationswelle  wurde, wie unter 3 erwähnt, durch die Ven  tilfront als Stosswelle reflektiert. Die von der  Stosswelle zwischen ihr selbst und der ge  schlossenen     Ventilfront    zurückgelassene Zone  hohen Druckes nimmt schnell an Tempera  tur und Druck ab, je weiter sich diese Stoss  welle von der Ventilfront fortbewegt. Diese  Druckabnahme unterstützt den Staudruck  vor den geschlossenen Ventilen, die Feder  kraft der einzelnen Ventilplatten zu über  winden, wodurch die Ventile veranlasst wer  den, sich zu öffnen und es der Luft ermög  lichen, durch sie hindurchzutreten. Die Luft  tritt mit Brennstoff gemischt in die Kammer  K-L-M-R ein. In dem unmittelbar der Ventil  front R-M benachbarten Teil dieser Kammer  ist wahrscheinlich der Druck geringer als  Atmosphärendruck.    6.

   Die Stosswelle tritt in die konvergie  rende Kammer K-L-N-S ein. Diese Kammer  ist mit Gasen angefüllt, deren Dichte nach  Erreichung der Schallgeschwindigkeit all  mählich in der Richtung des Auspuffes zu  nimmt (Fig.6). Es ist bekannt, dass eine  Stosswelle, welche in eine Zone in Bewe  gungsrichtung der Stosswelle allmählich zu  nehmender Dichte eintritt, wenigstens teil  weise reflektiert wird.    7. Die reflektierte Stosswelle, welcher  Gaspartikel folgen, deren Temperatur wenig  stens 1200  C beträgt, stösst mit dem unter 3  erwähnten frischen Brennstoff-Luftgemisch       zusammen    und zündet dieses in der Nähe von       K-L        (Fig.    10). Ein neuer Zyklus     beginnt.     



       Zusammenfassend    und teilweise ergän  zend ist zu dem oben dargelegten Kreispro  zess folgende, zu sagen: Der mittlere Schub  nach vorn     bestimmt    sich aus der Masse der  durch den Motor     strömenden    Gase und ihrem       mittleren    Druck. Bei der obigen Darlegung  wurde     angenommen,    dass die Zündung bei       h'-L    auftritt. Es     ist    jedoch möglich,     da.ss    die  Zündung an irgendeinem andern Punkt des  Motors     auftreten    kann. Je weiter der Zünd  punkt von der Ventilfront entfernt liegt,  desto höher ist der Druck, jedoch sinkt dabei  der Wirkungsgrad.

   Aus diesem Grund, und  infolge der unter 3 dargelegten Verhältnisse.       stehen    die     Ventile        R-M        unter        Schwingungs-          beanspruchung.    Sie werden durch die Hitze.  der sie ausgesetzt sind, ausgeglüht, wodurch  die Ventile in zunehmendem Masse undicht  werden.     Schliesslich    entstehen heisse Punkte.  durch welche die Brennstoffladung unmittel  bar nach     ihrem    Eintritt gezündet wird.  



  Die Zündungsstelle wird durch die abso  lute Windgeschwindigkeit selbsttätig regu  liert. Je höher die relative     Windgeschwin-          digkeit    der Luft     mit    Bezug auf den Motor  ist, um so grösser ist der Abstand des     Zünd-          punktes    von der     Ventilfront        R-M.    Um eine  gute Wirkung     des    Motors .sicherzustellen, ist  es     notwendig,    die Abmessung des Querschnit  tes bei     N-S    so zu wählen, dass die Reflexions  ebene der Stosswelle in den Motor selbst      fällt.

   Ferner sollten die Längsabmessungen  derart sein, dass eine richtige Ladung des  Motors sichergestellt ist. Diese Bedigung ist  auf Grund von Versuchen zu erfüllen, welche  für alle möglichen relativen Windgeschwin  digkeiten, Dichten und Feuchtigkeiten durch  zuführen sind.  



  Aus obigen Darlegungen sind die     Ur-          saehen    ersichtlich, aus denen der pulsierend  arbeitende Motor in seiner bisherigen Aus  führung grundsätzlich für einen Dauerbetrieb  ungeeignet sein muss.  



  Die Erfindung beruht auf der Erkennt  nis, dass es möglich ist, einen selbsttätig pul  sierend wirkenden, das heisst mit Einzelstö  ssen arbeitenden Motor in der Weise     auszu-          gestalten,    dass er die sämtlichen Vorteile     des-          sulben    aufweist, ohne jedoch dem im vorste  henden angeführten Nachteil unterworfen zu  nein.

   Erfindungsgemäss wird dies dadurch     er-          rcieht,    dass sich am Einlass eine Öffnung be  findet,     welche    so     angeordnet    und ausgebildet  ist, dass sie die Fähigkeit besitzt, jede in dem  Motor erzeugte Stosswelle durch Reflexion       innerhalb    der Öffnung aufzufangen, wodurch  sie als     aerodynamisches    Ventil wirkt, so dass  sie das Austreten von Verbrennungsgasen  durch sie einschränkt.  



  Fig. 11 bis 13 zeigen schematisch im  Längsschnitt drei Ausführungsbeispiele des  erfindungsgemässen Düsenmotors.  



  Allen drei Ausführungsformen ist zu  nächst die Eigenschaft gemeinsam, dass der  Einlass 1 an Stelle der bisher verwendeten  Ventilfront einfach durch eine Öffnung ge  bildet ist, welche so angeordnet und ausge  bildet ist, dass sie die Fähigkeit besitzt,  jede in dem Motor bei dem im vorstehenden  beschriebenen Kreisprozess erzeugte Stoss  welle durch Reflexion innerhalb der Öffnung  aufzufangen, wodurch sie als aerodynami  sches Ventil, das heisst als kraftmässiger     Ab-          sehluss    wirkt, so dass sie das Austreten von  Verbrennungsgasen durch sie einschränkt.

    Die innere Begrenzungswand dieser Öffnung  soll so sein, dass die von der Verbrennungs  hammer ausgehenden, in diese Öffnung ein-    tretenden Stosswellen so     reflektiert    werden,  dass sie gegen die Strömungsachse gerichtet  werden und dadurch eine Zone erhöhten  Druckes gebildet wird, durch welche das  Ausströmen des nachfolgenden Gases ver  mindert wird. Die Brennstoffzuführung er  folgt bei den     dargestellten    Ausführungsfor  men durch die Leitung 2.  



  Bei der Ausführungsform nach     Fig.11     ist der     Querschnitt    des Einlasses 1 unverän  derlich, wodurch dieser Motor nur für einen       Wert    der Luftgeschwindigkeit, der Dichte  und des Druckes geeignet ist. Während die  erwähnten bekannten, mit Ventilen     versehe-          nen    Ausführungsformen des Motors Brenn  stoffinjektoren aufweisen, arbeitet der Motor  nach     Fig.    11, wie auch die beiden im nach  stehenden beschriebenen     Ausfühiungsformen,     zur Mischung des bei 2 zugeführten Brenn  stoffes mit Luft nach dem Vergaserprinzip,  wodurch eine automatische Dosierung des  Brennstoffes erfolgt.

   Die Zündung beim An  lauf erfolgt mittels einer Zündkerze 3.  



  Versuche mit einem Motor gemäss     Fig.    11  haben ein befriedigendes Arbeiten auf     Mee-          resspiegelniveau    ergeben.  



  Bei der Ausführungsform nach     Fig.12     ist der Eintrittsquerschnitt     mittels    eines in  axialer Richtung einstellbaren Kernes 4 re  gelbar, um den günstigsten     Eintrittsquer-          schnitt    zu erhalten.  



  Bei beiden     Ausführungsformen    nach       Fig.    11 und 12 ist die Wirkungsweise grund  sätzlich analog derjenigen des oben darge  legten Motors mit     Eintrittsventilen,    wobei  die Funktion der Ventile, soweit sie nicht  unerwünscht ist, durch die Öffnung 1 über  nommen     wird.    Beide     Ausführungen    sind je  doch insofern noch verbesserungsfähig, als  die, Verluste am bzw. durch den Einlass zur  Zeit der Verbrennung nicht unbeträchtlich  sind.     Immerhin    lassen sich auch für diese  Ausführungen durch Versuche die geeignet  sten Formen der Öffnungsquerschnitte be  stimmen, welche eine Stosswelle am besten  auffangen bzw. zum     ,Stehen    bringen.  



  Die Ausführungsform nach     Fig.    13 weist  ausser den wesentlichen Merkmalen der bei-      den vorbeschriebenen Ausführungsformen  einige weitere Verbesserungen auf.  



  Die     Motorkammer    ist hier als eine mit       Ausnahme    des sich konisch erweiternden  Endteils auf ihrer ganzen Länge zylindrische  Rohrkammer A ausgebildet. Der Eintritt ist,  wie erwähnt, wiederum durch die Öffnung 1  gebildet. Um das Rohr A ist eine ebenfalls  im wesentlichen zylindrische     Verstärkerkam-          mer    C angeordnet, deren ringförmige Ein  trittsöffnung B in der Nähe des Eintrittes 1  zur Rohrkammer A liegt. In dem nach der  Verstärkerkammer offenen Eintrittsende des  Rohres A befinden sich     schraubenflächenför-          mige    Leitbleche 5.

   In dem sich konisch     er-          weiternden    Endteil des Rohres A befinden  sich Öffnungen E, welche eine Verbindung  zwischen der Rohrkammer A und der Ver  stärkerkammer C herstellen. Innerhalb dieses  Endteils sind schraubenartige Leitbleche F  angebracht. G ist ein weiterer Injektor.  



  Bei der Ausführungsform nach Fig.13  werden infolge der Tatsache, dass die     Ver-          brennungskammer    nach vorn mit der Kam  mer C in Verbindung steht, die Explosions  gase beidseitig mit mehrfacher Schall  geschwindigkeit geschleudert. Bei dieser Aus  führung bläst beim     Ankommen    der Detona  tionswelle ein Teil der Gase durch den Ein  lass 1 ab. Dadurch wird Brennstoff mitgeris  sen, und da die Strömungsgeschwindigkeit  beim Blasen grösser ist als beim späteren  Saugen, wird ein Mehrfaches des abgemes  senen     Brennstoffes    stromaufwärts geworfen,  so dass er vor dem Motor verbrennt, wodurch  die     eintretende    Luft erhitzt wird, was deren  Spülwirkung vermindert.

   Die sich im Rohr A  stromaufwärts     bewegenden    Gase     erhalten     durch die Schraubenflächen 5 eine Wirbel  bewegung, werden     umgelenkt,    und gelangen  so in die Verstärkerkammer C. Wenn das  Verbrennungsgas durch     Hemmorgane    in  Form von Schraubenflächen eine Winkel  geschwindigkeit erhält, das heisst Wirbel ent  stehen, so dass die     Zentrifugalkraft    eine Er  höhung der Dichte an der Peripherie verur  sacht, wird ein gern niedriger Dichte in der  Mitte des Querschnittes geschaffen. Diese    Mittel werden, wenn auch nicht vollständig,  das Rückfliessen durch den Einlass verhin  dern. Ausserdem werden Wirkungsgrad und  Impuls durch die Beschleunigung einer ver  mehrten Gasmenge (Masse) erhöht.  



  Durch den Einlass B der Verstärkerkam  mer C tritt Luft in diese ein. Diese Luft  wird durch den Hauptimpuls bzw. Stoss be  schleunigt. Durch Vorbeiströmen an den äu  ssern Flächen der innern     Motor(Generator-)-          kammer    A, welche ungefähr 40 bis<B>50%</B> der  gesamten Energie ausstrahlt, wird die Luft  erwärmt. Ein Teil dieser     Verstärkerkammer-          luft    wird durch die     Öffnungen    E gesaugt,  um die     Verbrennung    zu vollenden und den  Schub, da heisst Rückstoss, weiter zu ver  stärken.

   Der Hauptteil der     Verstärkerluft     expandiert durch die Ringöffnung D, um die       thermische    Energie in kinetische Energie,       das    heisst Schub bzw. Rückstoss, umzuwan  deln. Die Schraubenflächen F dienen zur  gründlichen Mischung beider Gase durch       Zentrifugalwirkung.     



  Um den spezifischen Impuls bzw. die zu  beschleunigende Masse zu erhöhen, können  schwerere Flüssigkeiten als Brennstoff, z. B.  Wasser, bei G     injiziert    werden. Die Lage der       Injektion    hängt davon ab, ob das injizierte  Medium verbrennen soll oder nicht. Diese  Injektion soll die     Schubwirkung    durch Ver  grösserung der ausgestossenen Masse erhöhen.  Man kann aber zusätzlich zu dieser Injek  tion oder statt dieser auch einige andere Zu  sätze einführen, wie z. B.     Silizium,    Natrium       und        Kalium,    welche den     Ionisationsprozess     während der Verbrennung beeinflussen.

   Zu  sätzlicher Brennstoff kann auch in die     Ver-          stärkerkammer    C injiziert werden, um eine  verstärkte Wirkung auf Kosten der Wirt  schaftlichkeit zu erreichen. Diese Ausfüh  rungsform des Motors weist in seinem Zyklus  eine Periode starken Vakuums auf, welches  ein     selbsttätiges    Ansaugen der Luft bei Mo  torgeschwindigkeit Null bewirkt     (F'ig.    5).  



       Anstatt        ein        vorwiegend    gerades Rohr zu  sein, kann der Motor mit einer Verengung  ausgeführt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Selbsttätig pulsierend wirkender, das heiisst mit Einzelstössen arbeitender Düsen- mnotor, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Einlass eine Öffnung befindet, welche so an geordnet und ausgebildet ist, dass sie die Fä higkeit besitzt, jede in dem Motor erzeugte Stosswelle durch Reflexion innerhalb der Öffnung aufzufangen, wodurch sie als aero dynamisches Ventil wirkt, so dass sie das Austreten von Verbrennungsgasen durch sie e insehränkt. UNTERANSPRÜCHE: 1. Motor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführung nach dem Vergaserprinzip erfolgt. 2.

   Motor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführung durch einen zentralen Kern der Eintrittsöff nung erfolgt. 3. Motor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsquerschnitt mittels eines in axialer Richtung einstell- baren Kernes regelbar ist. 4.

   Motor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass um eine mit der Ein- irittsöffnung versehene innere Rohrkammer eine äussere Verstärkerkammer angeordnet ist, welche eine ringförmige Eintrittsöffnung aufweist, wobei die innere Rohrkammer in der Nähe ihres Eintrittes mit der Verstär kerkammer durch eine Verbindung kom- mnuniziert. 5. Motor nach Patentanspruch und Un teranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung der innern Kammer mit der Verstärkerkammer die Gase in wenig stens angenähert entgegengesetzte Strömungs richtung umgelenkt werden. G.

   Motor nach Patentanspruch und Un teransprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeich net, dass am Eintritt in die Verbindung bei der Kammern in der innern Kamper sehrau- benförmnige Leitflächen angeordnet sind, die den Gasen eine Wirbelbewegung erteilen. 7. Motor nach Patentanspruch und Unter anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Endteil der innern Kammer Öffnungen an geordnet sind, welche dazu bestimmt sind, Luft aus der Verstärkerkammer in den End- teil der innern Kammer zu saugen. B.

   Motor nach Patentanspruch und Ln- teransprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeich net, dass im Endteil der innern Kammer schraubenförmige Leitflächen angeordnet sind, welche dem Gas-Luftgemisch eine Wir belbewegung erteilen. 9. Motor nach Patentanspruch und Un teransprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeich net, dass der Hauptteil der Verstärkerluft durch eine Ringöffnung am Ende des innern Rohres expandiert, um thermische Energie in kinetische Energie, das heisst Rückstoss, um zuwandeln. 10. Motor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbrennungsraum desselben zwecks Erhöhung des Schubes ein Injektor für ein Medium angeordnet ist. 11.

   Motor nach Patentanspruch und Un teranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass schwerere Flüssigkeit a.15 Brennstoff injiziert wird. 12. Motor nach Patentanspruch und Un teranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Injektor verbrennbares Medium in jiziert wird: 13. Motor nach Patent.a.ns@pruch und Un teranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Injektor unverbrennbares Medium injiziert wird. 14.

   Motor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Injektors in den Verbrennungsraum Zusätze eingeführt werden, welche geeignet sind, den Ionisa- tionsprozess während der Verbrennung zu be einflussen.