DE768041C

DE768041C - Heissstrahltriebwerk, insbesondere zum Vortrieb von Luftfahrzeugen

Info

Publication number: DE768041C
Application number: DEJ68429D
Authority: DE
Inventors: Anselm Dr-Ing Franz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1940-12-14
Filing date: 1940-12-14
Publication date: 1955-05-26

Description

Heißstrahltriebwerk, insbesondere zum Vortrieb von Luftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf ein Heißstrahltriebwerk, insbesondere zum Vortrieb von Luftfahrzeugen, bestehend aus einem Verdichter, einer Brennkammer oder deren mehreren, einer den Verdichter antreibenden Gasturbine und einer Rückstoßdüse.
Bei dem Bestreben, die Leistungsfähigkeit von Heißstrahltriebwerken der genannten Art zu erhöhen, verschiebt sich das Verhältnis von Gasmenge zu Gasoberfläche zuungunsten des Wärmegleichgewichtes, weil das Volumen mit der dritten, die Oberfläche aber nur mit der zweiten Potenz wächst. Der Mantel des Heißstrahltriebwerkes nimmt infolgedessen derart viel Wärme auf, und die Festigkeit seines Werkstoffes nimmt wegen der hohen Temperatur derart ab, daß zu seiner Formhaltung außerordentlich starke Wände notwendig werden. Der Nachteil dieser Bauart liegt darin, daß das Baugewicht je Leistungseinheit außerordentlich groß wird und damit der Hauptforderung-im Flugzeugbau widerspricht, und ferner darin, daß der Verbrauch an Leichtmetall sehr hoch ist und somit im krassem Gegensatz zu der Forderung der Kriegswirtschaft steht. -Zur Beseitigung dieser Nachteile wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die wärmebeanspruchten Triebwerksteile nur dünne Wandungen besitzen und der diese Teile umhüllende, den Wärmeeinflüssen entzogene, ebenfalls dünnwandige Außenmantel als Stützkörper nur zur Aufnahme mechanischer Beanspruchungen ausgebildet ist.
Mit der Erfindung gelingt es, das Leistungsgewicht des Triebwerkes gering zu halten.
Es ist zwar bekannt, bei einem Heißstrahltriebwerk eine Unterteilung in tragendes Gehäuse und wärmeführende Leitungen vorzunehmen; es wird dabei aber keine Rücksicht auf die Wandstärken und damit auf das Eigengewicht genommen, da auch die tragende Wand zum größten Teil ohne jeden Wärmeschutz den heißen Gasen ausgesetzt ist und im Hinblick auf die obenerwähnte Festigkeitsverschlechterung des Werkstoffes stark ausgeführt werden muß.
Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt Abb. i den -Mittellängsschnitt eines Heißstrahltriebwerkes, Abb. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie II-II, Abb. 3 einen Querschnitt gemäß der Linie III-III und Abb. d. einen Teil des Strahltriebwerkes in einer besonderen Ausführungsform.
In dem dünnwandigen Stützkörper i des Heißstrahltriebwerkes sind ein Verdichter -2, eine Gasturbine 3 und eineRückstoßdüse d. angeordnet; in dem zwischen Verdichter und Gasturbine befindlichen Ringraum 5 (Brennkammerringraum )liegen die Brennkammern 6.
Der von den Vorstufen 7 des Verdichters gelieferte Druckluftstrom wird durch eine Ringwand 8 geteilt. Der eine Teilluftstrom fließt durch den von der Innenwand so des Stützkörpers i und der Ringwand 8 gebildeten Verdichterringkanal i i in Richtung des Pfeiles P1 entlang, während der andere Teilluftstrom von den Endstufen 9 des Verdichters höher verdichtet und den im Irreise angeordneten Brennkammern 6 zugeführt wird. Der in Richtung des Pfeiles P1 ankommende Luftstrom tritt bei 12 aus dem Verdichterringkanal aus und fließt, wie aus Abb. 2 ersichtlich, in Richtung der Pfeile P, um die Brennkammern 6 herum in den Brennlzammerringraum 5. Die Turbinenwelle 13 ist entweder hohl ausgebildet (nichtdargestellt) oder von einem -Mantel 14 umgeben, der mit ihr einen Ringkanal 15 bildet, dessen Eintrittsöffnung 16 in den vorderen Teil des Brennkammerringraumes 5 hineinragt, dort einen Teilluftstrom P3 abzweigt und diesen durch die Austrittsöffnung 17 in der Nähe des Turbinenläufers 3 austreten läßt. Der Kühlluftstrom wird durch den Turbinenläufer 3 um go° umgelenkt und gelangt nach Kühlung der Laufradscheibe durch den Schaufelspalt 18 zwischen dem Leitapparat ig und der Beschaufelung des Laufrades 3 in den Treibmittelstrom. Der in Richtung des Pfeiles P,, an der Stützkörperinnenwand entlang strömende Isolierluftstrom gelangt in den Beschaufelungsringlzana12o, der einerseits von der Stützkörperinnenzw and i und andererseits von einem Leit- und Laufschaufeln umschließenden Mantelei gebildet wird. Die Eintritts-Öffnung 22 des Beschaufelungsringkanals steht mit dem Brennkammerringraum in leitender Verbindung, während die Austrittsöffnung 23 in die hohle Rückstoßdüsenaußenwand 24 übergeht.
Die hohle Rückstoßdüsenaußenwand wird durch einen Führungsring -2__# in einen äußeren und einen inneren Ringraum 26 und 27 derart geteilt, daß der Isolierluftstrom zunächst an der Außenwand in Richtung des Pfeiles P,5 entlang strömt, am Ende der hohlen Düsenwand bei 28 aus dem äußeren Ringraum aus-und bei 29 in den inneren Ringraum eintritt und nunmehr in Richtung des Pfeiles Ps die der Rückstoßdüse zugekehrte Innenwand kühlend umströmt und bei 30 in die Rückstoßdüse austritt, wo sich der Kühlluftstrom mit dem Treibmittel vermischt. Dabei ist es zweckmäßig, die Austrittsöffnung 30 in einem solchen Teil der Rückstoßdüse anzuordnen, wo die Expansion noch nicht beendet ist, derart, daß die von der isolierenden Luft aufgenommene Wärme in der Rückstoßdüse nutzbar gemacht wird.
Die mechanische Verbindung zwischen dem Stützkörper i und dem hohlen Düseninnenkörper 3 1 wird über Stege 3-2 hergestellt. Die Haltestege 32 bilden mit Umhüllungen 33 Ste-kanäle 34., «-elche über seitliche Üffnungen 35 in dem Mantel 21 den Beschaufelungsringkanal2o mit dem Hohlraum des Düseninnenkörpers 31 leitend verbinden. Der in Richtung des Pfeiles P7 durch die Stege ü1 den Hohlraum des Düseninnenkörpers eintretende isolierende Luftstrom erfüllt das Innere des Düsenkörpers. Ein Teil dieser Luft wird durch die an der Bodenfläche befindlichen Austrittsöffnungen 36 auf die Laufradscheibe 3 gerichtet, wird von dieser um etwa go° umgelenkt und gelangt durch den Läuferspalt 37 in den Treibmittelstrom. Die -Mantelfläche des Düseninnenkörpers ist doppeltvandig ausgebildet, so daß ein Düsenlörpermantelraum 38 entsteht, der über eine in der Achse befindliche Lufteinrittsöffnung 39 aus dem Düsenkörperinnenraum 31 mit Isolierluft gespeist wird. Diese bildet im -Mantelraum eine in Richtung des Pfeiles P8 strömende Isolierluftschicht zwischen dem heißen Treibmittelstrom und dem Düseninnenkörper und tritt bei .Io aus dem Mantel aus, um sich mit dem Treibmittelstrom der Rückstoßdüse zu vermengen. Auch hier ist es zweckmäßig. die Austrittsstelle derart zu wählen, daß die von der Isölierluftschicht aufgenommene Wärme nutzbringend in der Rückstoßdüse mitverwendet wird.
Im Verdichterringkanal i i können zweckmäßig Leitbleche 41 angeordnet sein, die dem Isolierluftstrom eine Drallbewegung erteilen.
Gemäß Abb. q. tritt an Stelle des festen Düseninnenkörpers eine in ihrer Längsachse verschiebbare hohle Düsennadel 42. Diese ist in einem Tragkörper 43, der über Haltestege 32 mit dem Triebwerkstützkörper i verbunden ist, verschiebbar gelagert. Der Tragkörper 43 steht über einen Kanal 44 einerseits mit dem Stegkanal 34 und andererseits mit dem hohlen Innenraum 45 der Düsennadel in leitender Verbindung. Der Mantel der Düsennadel ist doppelwandig ausgebildet, und der Düsennadelmantelraum 46 besitzt eine in der Längsachse befindliche Eintrittsöffnung 47, durch welche Luft aus dem Innern der Düsennadel in Richtung des Pfeiles P9 in den Düsennadelmantelraum .eintritt, eine Isolierluftschicht bildend im Mantelraum entlang strömt und bei 48 in die Rückstoßdüse austritt und sich mit dem Treibmittelstrom vermischt. Der Mantel des Tragkörpers q.3 ist ebenfalls doppelwandig ausgebildet und wird über die Stegkanäle 3¢ mit dem. Beschaufelungsringkanal2o mit Frischluft gespeist, welche in Richtung des Pfeileis Pio, .eine, Isolierschicht bildend, im Tragkörpermantelraum 49 entlang strömt und bei 5o sich mit dem Treibmittelstrom der Rückstoßdüse vermengt.
Für die Anordnung der Austrittsöffnungen 48 und 5o gelten die gleichen Gesichtspunkte wie für die Austrittsöffnungen 30 und 40,

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Heißstrahltriebwerk, insbesondere zum Vortrieb von Luftfahrzeugen, bestehend aus einem Verdichter, einer Brennkammer oder deren mehreren, einer den Verdichter antreibenden Gasturbine und einer Rückstoßdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmebeanspruchten Triebwerksteile nur dünneWandungen besitzen und der diese Teile umhüllende, den Wärmeeinflüssen entzogene, ebenfalls dünnwandigeAußenmantel als Stützkörper nur zur Aufnahme mechanischer Beanspruchungen ausgebildet ist.
2. Heißstrahltriebwerk nachAnspruch i. bei welchem die Brennkammer oder die Brennkammern in einem zwischen Verdichter und Gasturbinenläufer liegenden Brennkammerringraum untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet; däß der Verdichter (2) durch eine Ringwand (8) in Vorstufen (7) und Endstufen (9) geteilt ist und daß diese Ringwind (8) die letzten Verdichterstufen (9) umschließt und mit der Innenwand (io) des Stützkörpers (i) einen Ringkanal bildet (Verdichterringkanal ii), dessen Eintrittsöffnung mit der Verdichtervorstufe (7) in leitender Verbindung steht und der in den Brennkammerringraum (5) übergeht.
3. Heißstrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verdichterringkanal (ii) Leitbleche (4i) angeordnet sind, die dem Luftstrom eine Drallbewegung erteilen. q.. Heißstrahltriebwerk nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Querschnitt der Gasturbine zwischen Stützkörper (i) und Gasturbinenbeschaufelung ein Mantel (2i) befindet, der mit dem Stützkörper (i) einen Ringkanal bildet (Beschaufelungsringkanal 2o), welcher eine Eintrittsöffnung (22), die mit dem Brennkammerringraum (5) in leitender Verbindung steht, und eine Austrittsöffnung (23) besitzt, die in den vom Stützkörper getragenen doppelwandigen Rückstoßdüsenmantel übergeht. . 5. Heißstrahltriebwerk nach Anspruch i oder q., dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (i) an der Stelle (24), an der er die Rückstoßdüse umschließt, einen Hohlraum bildet, der durch einen Führungsring (25) in einen äußeren und in einen inneren Ringraum (26, 27) geteilt ist, wobei die Eintrittsseite des äußeren Ringraumes (26) mit dem Beschaufelungsringkanal (2o) in leitender Verbindung steht, die Austrittsseite (28) des äußeren mit der Eintrittsseite (29) des inneren Ringraumes leitend verbunden ist und der innere Ringraum (27) eine Austrittsöffnung (3o) besitzt, welche in die Rückstoßdüse (q.) mündet. 6. Heiß strahltriebwerknach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Stützkörper (i) dünnwandige, leichte Haltestege (32) ausgehen, welche einen hohlen Düseninnenkörper (3i) tragen und welche in Abstand von Umhüllungen (33) derart umgeben sind, daß eine leitende Verbindung zwischen dem Beschaufelungsringkanal (2o) über dessen seitliche Öffnungen (35) mit dem Düsenkörperinnenraüm (3i) entsteht. 7. Heißstrahltriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Stützkörper (i) über Haltestege (32) in Verbindung stehende hohle Düseninnenkörper (3i) doppelwandig ausgebildet ist und eine in den Düsenkörpermantelraum (38) führende Öffnung (39) oder deren mehrere besitzt und der Düsenkörpermantelraum (38) über Öffnungen (4o) mit der Rückstoßdüse (.4) verbunden ist. B. Heißstrahltriebwerk nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Stützkörper (i) über Haltestege (32) verbundene Düseninnenkörper(31) eine auf die Turbinenlaufradscheibe (3) gerichtete Austrittsöffnung (36) oder deren mehrere besitzt. g. Heißstrahltriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düseninnenkörper (3i) die Lagerung (43) für eine an sich bekannte verschiebbare Düsennadel (42) bildet, welche in gleicher Weise als doppel- und dünnwandiger Körper ausgebildet ist. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Schweizerische Patentschrift Nr. 2io 655: französische Patentschrift i\r. 8._j.5 Sog; USA.-Patentschrift Nr. 2 168 726.