DE9003781U1 - Combustion chamber with nozzle for a hypersonic engine - Google Patents
Combustion chamber with nozzle for a hypersonic engineInfo
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Description
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Die Neuerung betrifft eine Brennkammer mit variabler Düse und mit variabler Brennraumlänge für einen Hyperschal!antrieb, gemäß dc^ Oberbegrirf des Schutzanspruches 1.The innovation concerns a combustion chamber with a variable nozzle and with a variable combustion chamber length for a hypersonic drive, according to the generic term of claim 1.
Eins solche Brennkammer 1st beispielsweise Teil des HyperschallKtviabes, welcher 1n der ^B-PS 805 *18 beschrieben 1st. Dieser Antrieb umfaßt »In fufbotriesaerk mit *v.im **?derdnickvfcrd1chter, welcher ve- s1ner dußenluftunabhlny.gen Turbine -getrieben wird (Turborocket). Die Turbinenabi?» se könner direkt 1ns Freie geleite oder einer dem Verdichter strömurcgstechntsch nachgeschaitetsfi "r;^nkaro*?r zugeführt werden. Dort erfolgt die Nachverbrennung der In der Regel noch unverbrannten Brennstoff enthaltende Abgase. Die mit Position 38 bezeichnete Brennkammer kann auch Im Staustrahl betrieb arbeiten, wofür sie mit einer eigenen Brennstoff-Einspritzvorrichtung ausgestattet 1st. Der Verdichter läuft dabei Im "WindmHHng". Die Brennkammer geht am stromabwärtigen Ende 1n eine Schubdüse mit variablem Querschnitt über. Die Veränderung des engsten - Düsenquerschnittes erfolgt mit Hilfe eines am Ende eines Tragrohres angeordneten, axial verschiebbaren Verdrängerkörpers (Position 43). Eine Bewegung des Verdrängerkörpers zum Brennkammereintritt hin bewirkt eine Vergrößerung, eine Bewegung zum Düsenaustritt hin eine Verkleinerung des Düsenhaisquerschnittes. Dabei werden - mehr oder weniger unbeabsichtigt - auch die wirksame Brennraumlänge und somit das Brennraumvolumen verändert, ohne auf nachteilige Nirkungen, wie z.B. eine Verschlechterung des Brennkammer rkungsgrades, Rücksicht zu nehmen.One such combustion chamber is, for example, part of the hypersonic engine described in B-PS 805 *18. This drive comprises a "five-cylinder engine with a turbofan, which is driven by an air-independent turbine (turborocket). The turbine housing is made of aluminum . They can be fed directly into the open air or into a combustion chamber connected downstream of the compressor. This is where the afterburning of the exhaust gases, which usually still contain unburned fuel, takes place. The combustion chamber designated with position 38 can also work in ramjet mode, for which it is equipped with its own fuel injection device. The compressor runs in "wind mode". The combustion chamber merges into a thrust nozzle with a variable cross-section at the downstream end. The narrowest nozzle cross-section is changed with the help of an axially movable displacement body (position 43) arranged at the end of a support tube. A movement of the displacement body towards the combustion chamber inlet causes an increase in the nozzle throat cross-section, a movement towards the nozzle outlet causes a reduction. In the process - more or less unintentionally - the effective combustion chamber length and thus the combustion chamber volume are also changed without to take into account adverse effects such as a deterioration in the efficiency of the combustion chamber.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Neuerung darin, eine Brennkammer mit variabler Düse und mit variabler Brennraumlänge, welche entweder als Staustrahl brennkammer oder kombiniert als Staustrahl brennkammer und Nachbrennkammer eines Turbotriebwerkes arbeitet, zu schaffen, bei welcher die Abhängigkeit zwischen der Variation des Düsenhaisquerschnittes und der Variation der Brennraumlänge und somit des Brennraumvolumens soIn contrast, the task of the innovation is to create a combustion chamber with a variable nozzle and with a variable combustion chamber length, which either works as a ramjet combustion chamber or combined as a ramjet combustion chamber and afterburning chamber of a turbo engine, in which the dependency between the variation of the nozzle throat cross-section and the variation of the combustion chamber length and thus of the combustion chamber volume is so
2; · '·>' ' - 29.03.1990, 2422&Agr;
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gewählt 1st. daß ein vorteilhafter Einfluß auf den Brennkammerwirkungsgrad und die thermische Brennkammerbei astung erzielt wird.selected so that a beneficial influence on the combustion chamber efficiency and the thermal combustion chamber load is achieved.
Diese Aufgabe wird durch die im Scrl.zanspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst.This task is solved by the features characterized in claim 1.
Features solved.
Die Innenkontur der den Strömungskanal begrenzenden Außenwand erweitert
sich ab einer Ebene, weiche etwa durch die Innerste, d.h. die dem Brennkammereintritt
näheste Stellung des größten Querschnittes des Verdrängerkörpers
gegeben 1st, In Strömungsrichtung kontinuierlich. Somit erweitert
sich auch der Düsenhaisquersdiitt, d.h. der engste Querschnitt
zwischen den Verdrängerkörper und der Außenwand, kontinuierlich bei einer
Verschiebung des Ve-drängerkörpers In Strömungsrichtung. Anders ausgedrückt
bewirkt eine axiale Verschiebung des Verdrängerkörpers eine
gleichsinnige Xnderung der Brennraumlänge, des Brennraumvolumens und des
Düsenhaisquerschnittes.The inner contour of the outer wall delimiting the flow channel expands continuously in the direction of flow from a plane which is given approximately by the innermost position of the largest cross-section of the displacer, i.e. the position closest to the combustion chamber inlet. Thus, the nozzle neck cross-section, i.e. the narrowest cross-section between the displacer and the outer wall, also expands continuously when the displacer is displaced in the direction of flow. In other words, an axial displacement of the displacer causes a
Simultaneous change in the combustion chamber length, the combustion chamber volume and the nozzle neck cross-section.
Die Umschaltmachzahl, d.h. die Fluggeschwindigkeit, bei welcher von Turbobetrieb auf Staustrahl betrieb umgeschaltet wird. Hegt voraussichtlich etwa bei Ma - 3,5.The switchover Mach number, i.e. the flight speed at which the engine switches from turbo mode to ramjet mode, is expected to be around Ma - 3.5.
Der Staustrahl betrieb bei dieser relativ niedrigen Geschwindigkeit
zeichnet sich du'ch folgende Merkmale aus:The ramjet operated at this relatively low speed
is characterized by the following features:
Minimaler Brennkammerdruck,
minimale Brennkammertemperatur,
maximale Brennkammer-Durchströmungsmachzahl,
·> maximale Reaktionszelt und Verbrennungslänge.Minimum combustion chamber pressure,
minimum combustion chamber temperature,
maximum combustion chamber flow Mach number,
·> maximum reaction time and combustion length.
Neuerungsgemäß entspricht dieser Betriebswelse die äußerste Stellung des Verdrängerkörpers mit maximaler Brennraum!ängt, maximalem Brennraumvolumen und maxifiialem DüsenhälsquerschnUt. Aufgrund der geringen thermischen Belastung 1st die große Brennraumoberfläche dabei unproblematisch.According to the innovation, this mode of operation corresponds to the outermost position of the displacement body with maximum combustion chamber length, maximum combustion chamber volume and maximum nozzle throat cross-section. Due to the low thermal load, the large combustion chamber surface is not a problem.
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Der Staustrahlbetrieb bei dieser hohen Geschwindigkeit weist folgende Merkmale auf:Ramjet operation at this high speed has the following characteristics:
Maximaler ^rennkammerdruck,
maximale Brennkammertemperatur,
minimale Brennkammer-Durchströmungsmachzahl, -> minimale Reaktionszeit und Verbrennungslänge.Maximum combustion chamber pressure,
maximum combustion chamber temperature,
minimum combustion chamber flow Mach number, -> minimum reaction time and combustion length.
Neuerungsgemäß entspricht dieser Betriebsweise die Innerste Stellung des Verdrängerkörpers mit minimaler Brennraum'.Singe, minimalem Brennraumvolumen und minimalem DUsenhalsquerschnitt. Die dabei gegebene, kleine Brennraumoberfläche minimiert die absolute thermische Belastung der Brennkammer, was Ihre Kühlung vereinfacht und Ihre Standfestigkeit erhöht.According to the innovation, this mode of operation corresponds to the innermost position of the displacer with minimal combustion chamber length, minimal combustion chamber volume and minimal nozzle neck cross-section. The resulting small combustion chamber surface minimizes the absolute thermal load on the combustion chamber, which simplifies its cooling and increases its stability.
Mittels der geometrischen Verhältnisse, Insbesondere der Länge des Verstell weges des Verdrängerkörpers und des Verlaufes der Innenkontur der Außenwand 1m Verstellbereich, 1st eine sehr gute Anpassung an die strös- und verbrennungstechnisehen Anforderungen möglich.By means of the geometric conditions, in particular the length of the adjustment path of the displacement body and the course of the inner contour of the outer wall 1m adjustment range, a very good adaptation to the flow and combustion technology requirements is possible.
Auch 1m Betrieb der Brennkammer als Nachbrennkammer eines Turbotriebwerkes 1st durch die neuerungsgemäße Verstell barkeit eine bessere Anpassung an die Betriebsbedingungen möglich.Even when the combustion chamber is operated as an afterburner chamber for a turbo engine, the new adjustability enables better adaptation to the operating conditions.
Die Schutzansprüche 2 bis 4 enthalten bevorzugte Ausgestaltungen der Brennkammer nach Anspruch 1.Claims 2 to 4 contain preferred embodiments of the combustion chamber according to claim 1.
Cie Neuerung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei zeigen in schematischer Darstellung:The innovation is explained in more detail below using the drawings. These show a schematic representation:
Fig. 1 einen Längsmittel schnitt durch eine Staustrahl brennkammer mit variabler Düse und mit Luftzuführung durch ein Rohr,Fig. 1 a longitudinal section through a ramjet combustion chamber with variable nozzle and with air supply through a pipe,
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Fig. 2 einen Längsmittel schnitt durch eine Staustrahl brennkammer mit Luftzuführung durch ein Doppel rohr,Fig. 2 a longitudinal section through a ramjet combustion chamber with air supply through a double tube,
Flg. 3 einen Tel 1-Längsmitteischnitt durch die Brennkammer nach F1g. 2 1n einer um 90* gedrehten Ebene,Fig. 3 is a partial longitudinal section through the combustion chamber according to Fig. 2 in a plane rotated by 90°,
Fig. 4 einen Querschnitt gemäß Linie IV-IV in Flg. 3, Fig. 5 einen Querschnitt gemäß Linie V-V in Flg. 3,Fig. 4 a cross section along line IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 a cross section along line V-V in Fig. 3,
F1g. 6 einen Längsmittel schnitt durch eine kombiniert als Staustrahlbrennkammer und als Nachbrennkammer eines Turbotriebwerkes arbeitende Brennkammer mit einem E1ntr1ttsquerschn1tt für Luft und Abgas,Fig. 6 shows a longitudinal section through a combustion chamber that functions as a combined ramjet combustion chamber and as an afterburner chamber of a turbo engine with an inlet cross-section for air and exhaust gas,
Fig. 7 einen Telllängsmittelschnitt durch zwei kombiniert arbeitende Brennkammern, wobei die oberhalb der Mitte dargestellte einem Turboluftstrahltriebwerk, die unterhalb der Mitte dargestellte einem Turboraketentriebwerk nachgeschaltet 1st.Fig. 7 is a partial longitudinal section through two combined combustion chambers, the one shown above in the middle being connected to a turbojet engine and the one shown below in the middle being connected to a turborocket engine.
Die Brennkammer 1 mit Düse 7 nach F1g. 1 1st ausschließlich für Staustrahlbetrieb vorgesehen. Sie bildet das wesentliche Element eines Staustrahltriebwerkes, welches Im Rahmen eines Hyperschall antr1ebes zu einem oder mehreren Turbotriebwerken sowie ggf. zu einem oder mehreren, weiteren Staustrahltriebwerken parallel geschaltet sein kann. Weiterhin können außenluftunabhängige Triebwerke für den Betrieb 1m luftleeren Raum vorhanden sein, wie z.B. Flüssigkeitsraketentriebwerke.The combustion chamber 1 with nozzle 7 according to Fig. 1 is intended exclusively for ramjet operation. It forms the essential element of a ramjet engine, which can be connected in parallel to one or more turbo engines as part of a hypersonic drive and possibly to one or more other ramjet engines. Furthermore, there can be engines that are independent of the outside air for operation in an airless space, such as liquid rocket engines.
Bei horizontal startenden zweistufigen Raumtransportern geht man davon aus, daß mehr als die Hälfte der Flugzelt der Unterstufe 1m Staustrahlmodus verbracht wird und dabei ca. 2/3 des Treibstoffes der Unterstufe verbraucht werden. Al leine daraus 1st ersichtlich, wie wichtig eine optimale Arbeitsweise der Staustrahltriebwerke, d.h. Insbesondere der Staustrahl brennkammern, 1st.For horizontally launched two-stage space transporters, it is assumed that more than half of the flight time of the lower stage is spent in ramjet mode, and that about 2/3 of the fuel of the lower stage is consumed in the process. This alone shows how important it is for the ramjet engines, i.e. in particular the ramjet combustion chambers, to function optimally.
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Die Anordnung nach Mg. 1 1st aus verschiedenen Gründen (Festigkeit, thermische Belastung, Strömungsverluste etc.) rotationssymmetrisch aufgebaut, was nicht zwingend erforderlich 1st. Es sind auch asymmetrische Konfigurationen oder solche mit anderer Symmetrie (vier- bzw. v1e1eck1g etc.) denkbar. HesentUch 1m Sinne der Neuerung 1st nur, daß die Brennraumlänge und der OUsenhaisquerschnitt gleichsinnig verändert werden.The arrangement according to Mg. 1 is designed to be rotationally symmetrical for various reasons (strength, thermal load, flow losses, etc.), which is not absolutely necessary. Asymmetrical configurations or those with other symmetries (square or polygonal, etc.) are also conceivable. In the spirit of the innovation, it is only that the combustion chamber length and the exhaust neck cross-section are changed in the same direction.
( Die Brennkammer 1 wird umfangsse1t1g von der festen Außenwand 10 be-(The combustion chamber 1 is surrounded by the solid outer wall 10.
grenzt, welche 1m vorderen Teil zylindrisch, 1m Versteilbereich der Düsewhich 1m front part cylindrical, 1m adjustment area of the nozzle
j 7 glockenförmig erweitert ausgeführt 1st.j 7 bell-shaped, extended, 1st.
Zur Variation der Brennraumlänge und des Düsenhaisquerschnittes 1st ein axial verschiebbarer Verdrängerkörper 15 vorhanden (Antrieb nicht dargestellt), welcher auf einem Tragrohr 18 gelagert 1st. Das Tragrohr 18 geht von der Rückwand 25 eines Zentral körpers 23 am Brennkammereintritt aus. Der kegelige Zentralkörper 23 1st über radiale Streben 28, welche Brennstoff-Ei nspritzei entente 34 tragen, sowie über radiale Streben 29 fest 1n der Außenwand 10 bzw. in dem Verbindungsgehäuse 46 abgestützt. Letzteres bildet die Verbindung zwischen dem vom Lufteinlauf (nicht gezeigt) kossssr.den Rohr 49 und dss Brsnnksssnsrsintritt. Der Eintritlsqusrschnitt 39 hat die Form eines Kreisringes, welcher nur von den ggf. als Flammhalter gestalteten Streben 28 unterbrochen wird. Der radial außerhalb des Tragrohres 18 Hegende Teil der Rückwand 25 bildet - zusammen mit der Tragrohrwurzel - eine Rez1rkulat1onszone zur Flamrahaltung, wodurch sich eine stabile, schwingungsarme Verbrennung erzielen läßt. Falls andere, ausreichende Maßnahmen zur Flammhaltung getroffen sind (z.B. Streben 28 als Flammhalter), kann der Übergang vom Zentralkörper zum Tragrohr strömungsgünstig (ohne Abriß) gestaltet werden, wodurch sich der durch die Rezirkulationszone verursachte Druckverlust vermelden bzw. reduzieren läßt. So kann insbesondere der größte Durchmesser des Zentralkörpers gleich dem Tragrohrdurchmesser gewählt werden.To vary the length of the combustion chamber and the nozzle neck cross-section, an axially displaceable displacement body 15 is provided (drive not shown), which is mounted on a support tube 18. The support tube 18 extends from the rear wall 25 of a central body 23 at the combustion chamber inlet. The conical central body 23 is supported by radial struts 28, which carry fuel injection elements 34, and by radial struts 29, firmly in the outer wall 10 or in the connecting housing 46. The latter forms the connection between the pipe 49 leading from the air inlet (not shown) and the fuel inlet. The inlet cross-section 39 has the shape of a circular ring, which is only interrupted by the struts 28, which may be designed as flame holders. The part of the rear wall 25 that is located radially outside the support tube 18 forms - together with the support tube root - a recirculation zone for flame retention, which allows stable, low-vibration combustion to be achieved. If other, sufficient measures for flame retention are taken (e.g. struts 28 as flame holders), the transition from the central body to the support tube can be designed to be flow-optimized (without tearing off), which allows the pressure loss caused by the recirculation zone to be eliminated or reduced. In particular, the largest diameter of the central body can be selected to be the same as the support tube diameter.
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Der Verdrängerkörper 15 ist in zwei Positionen dargestellt und zwar durchgezogen in seiner äußersten (hintersten), gestrichelt In seiner innersten (vorderen). Die Angaben L2 und L. zeigen jeweils die theoretische Brennraumlänge, weiche voit der Einspritzebene bis zum vorderen (stromaufwärtigen) Ende des Verdrängerkörpers 15 reicht. Die £bene E, ab welcher sich der von der Außenwand 10 begrenzte Strömungskanal 1n Strömungsrichtung erweitert, liegt axial etwa dort, wo sich der größte Durchmesser D des Verdrängerkörpers 1n innerster Stellung (Brennraumlänge L^) befindet. Somit bewirkt - ausgehend von L1 - jede Vergrößerung der Brennraumlänge und damit des Brennraumvolumens auch eine Vergrößerung des Düsenhaisquerschnittes. Die jeweils gewünschte Abhängigkeit zwischen Brennraumlänge und Düsenhaisquerschnitt läßt sich über den Inneren Kontu.verlauf der Außenwand 10 beeinflussen. Außer dem dargestellten, glockenförmigen Verlauf sind beispielsweise auch ein kegeliger Verlauf oder ein nach hinten trichterförmig erweiterter Verlauf denkbar.The displacer body 15 is shown in two positions, namely in solid lines in its outermost (rearmost) position and in dashed lines in its innermost (front) position. The information L 2 and L 3 each shows the theoretical combustion chamber length, which extends from the injection plane to the front (upstream) end of the displacer body 15. The plane E, from which the flow channel delimited by the outer wall 10 widens in the direction of flow, is located axially approximately where the largest diameter D of the displacer body is in the innermost position (combustion chamber length L 1 ). Thus - starting from L 1 - any increase in the combustion chamber length and thus the combustion chamber volume also causes an increase in the nozzle neck cross-section. The desired relationship between combustion chamber length and nozzle neck cross-section can be influenced via the inner contour of the outer wall 10. In addition to the bell-shaped curve shown, a conical curve or a curve that widens towards the rear in a funnel shape are also conceivable.
Nie bereits erläutert, entspricht die Brennraum3nge L, (kurz) den Gegebenheiten bei höchster Flugmachzahl und höchster Brennraumbelastung, die Brennraumlänge L2 (lang) den Gegebenheiten bei niedrigster Flugsachzah! und niedrigster Brsnnraiiisbslastunq. Zwischen diesen Extremen sind beliebige Zwischenstellungen möglich.As already explained, the combustion chamber length L 1 (short) corresponds to the conditions at the highest flight Mach number and the highest combustion chamber load, the combustion chamber length L 2 (long) corresponds to the conditions at the lowest flight Mach number and the lowest combustion chamber load. Any intermediate position between these extremes is possible.
Es sei darauf hingewiesen, daß sich stromabwärts und In Verlängerung der dargestellten Außenwand 10 geeignete strömungsmechanische Verlängerungen der Düsenkontur anschließen können, welche auf da? Ff ..zip der vorliegenden Neuerung jedoch keinen Einfluß haben.It should be noted that suitable fluid-mechanical extensions of the nozzle contour can be added downstream and in extension of the outer wall 10 shown, which, however, have no influence on the nature of the present innovation.
Die Ausführung nach Fig. 2 betrifft ebenfalls eine Brennkammer 2 ausschließlich für Staustrahlbetrieb. Im Unterschied zu Fig. 1 wird die Brennkammer 2 über ein Doppel rohr 50 mit Stauluft versorgt. Hie der Vertikal schnitt in F1g. 2 zeigt, bietet die Doppelrehrzuströmung Vorteile hinsichtlich der Bauhöhe des Verbindungsbereiches Lufteinlauf/Brennkammer, was sich insbesondere bei Anordnung im Flügel bereich positiv auswirken kann. Hie der horizontale Schnitt nach Fig. 3 zeigt, baut das Doppelrohr 50 zwangsläufig breiter als das einfache Rohr 49 nach Fig. 1.The design according to Fig. 2 also relates to a combustion chamber 2 exclusively for ramjet operation. In contrast to Fig. 1, the combustion chamber 2 is supplied with ram air via a double pipe 50. As the vertical section in Fig. 2 shows, the double pipe inflow offers advantages with regard to the height of the connecting area between the air inlet and combustion chamber, which can have a positive effect, especially when arranged in the wing area. As the horizontal section according to Fig. 3 shows, the double pipe 50 is inevitably wider than the single pipe 49 according to Fig. 1.
7. . '..:: : 29.03.1990, 2422A .."..· Pf/Th7. . '..:: : 29.03.1990, 2422A .."..· Pf/Th
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Der Aufbau der Brennkammer 2 vom kre1sr1ngfdrm1gen E1ntr1ttsquerschn1tt 40 bis zum stromabwärtigen Ende des Verdrängerkörprs 16 1st praktisch Identisch mit demjenigen nach F1g. 1. Somit sind die Außenwand 11, der Verdrängerkörper 16, das Tragrohr 19 und die Rückwand 26 des Zentral körpers 24 ebenfalls rotationssymmetrisch. Der axial bewegliche Verdrängerkorper 16 1st der Einfachheit halber nur 1n seiner äußersten (hintersten) Stellung wiedergegeben. Das Verbindungsgehäuse 47 bewerkstelligt den übergang vom doppelten Kreisquerschnitt des Doppelrohres 50 zum einfachen, großen Kreisquerschnitt der Außenwand 11. Dieser übergang 1st anhand der F1g. 3 bis 5 nachvollziehbar, wobei Flg. 4 den Schnitt nach Linie IV - IV. F1g. 5 den Schnitt nach Linie V - V In F1g. 3 zeigt. Die hinter den Schnittebenen befindlichen Bauteile sind 1n den F1g. 4 und 5 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.The structure of the combustion chamber 2 from the circular inlet cross-section 40 to the downstream end of the displacer body 16 is practically identical to that in Fig. 1. Thus, the outer wall 11, the displacer body 16, the support tube 19 and the rear wall 26 of the central body 24 are also rotationally symmetrical. For the sake of simplicity, the axially movable displacer body 16 is only shown in its outermost (rearmost) position. The connecting housing 47 brings about the transition from the double circular cross-section of the double tube 50 to the single, large circular cross-section of the outer wall 11. This transition can be understood from Figs. 3 to 5, with Fig. 4 showing the section along line IV - IV. Fig. 5 shows the section along line V - V in Fig. 3. The components located behind the cutting planes are not shown in Figs. 4 and 5 for the sake of clarity.
Flg. 4 zeigt den Doppelkreisquerschnitt des Doppelrohres 50, an den sich das Verbindungsgehäuse 47 anschließt.Fig. 4 shows the double-circle cross-section of the double pipe 50, to which the connecting housing 47 is connected.
Wie die F1g. 3 und 5 zeigen, besteht die Außenkontur des Verbindungsgehäuses 47 1m Querschnitt über den bei weitem größten Teil seiner Länge aus zwei spiegel symmetrisch aneinandergrenzenden Kre1stell en, deren gedachte Mittelpunkte sich In Strömungsrichtung Inner mehr der Symmetrieebene annähern, wobei sich Ihr Durchmesser vergrößert. Im Bereich des E1ntr1ttsquerschn1ttes 40 der Brennkammer 2 bilden zwei Kreishälften, d.h. ein Voll kreis, mit dem Durchmesser der Außenwand 11 den Austrittsquerschnitt des Verbindungsgehäuses 47, während 1m Verbindungsbereich zum Doppel rohr 50 zwei sich tangierende, kleine Voll kreise seinen Eintrittsquerschnitt bilden.As shown in Figures 3 and 5, the outer contour of the connecting housing 47 in its cross-section over the vast majority of its length consists of two mirror-symmetrically adjacent circles, the imaginary centers of which approach the plane of symmetry more in the direction of flow, whereby their diameter increases. In the area of the inlet cross-section 40 of the combustion chamber 2, two halves of a circle, i.e. a full circle, with the diameter of the outer wall 11 form the outlet cross-section of the connecting housing 47, while in the connection area to the double pipe 50 two tangent, small full circles form its inlet cross-section.
Der fotationssymme-irische, kegelförmige Zentralkörper 24 1st an seiner Ober- und Unterseite über seine ganze Länge Über je eine Zwischenwand mit dem Verbindungsgehäuse 47 fest verbunden. Die Zwischenwände 48 verhindern auch, daß das Verbfndungsgehäuse 47 sich unter Innendruck ausbeult (ülegekräfte). Im Bereich des kreisringförmigen Eintrittsquerschnittes 40 1st der ~:ntra1körper 24 zusätzlich über radiale, über denThe positionally symmetrical, conical central body 24 is firmly connected to the connecting housing 47 on its top and bottom over its entire length via an intermediate wall. The intermediate walls 48 also prevent the connecting housing 47 from bulging under internal pressure (suspended forces). In the area of the circular inlet cross-section 40, the central body 24 is additionally supported by radial,
8. . ·,.: : : 29.03.199O, 2422A / .. ..· Pf/Th8. . ·,.: : : 29.03.199O, 2422A / .. ..· Pf/Th
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Umfang verteilte Streben 30 abgestützt. Zumindest ein Teil der Streben 30 und ggf. auch die Zwischenwände 48 tragen an ihren Hinterkanten Brennstoff-Ei nspr1tzelese«t.? 35 vrt sind bedarf stiel se als F'immhalter gestaltet.The fuel tank is supported by struts 30 distributed around the circumference. At least some of the struts 30 and possibly also the intermediate walls 48 carry fuel injection nozzles on their rear edges. If necessary, the stems are designed as fuel holders.
Fig. 6 zelyt eine Brennkammer 3, welche kombiniert als Staustrahlbrennkammer und als Nachbrennkammer eines Turbotriebwerkes betrieben wird, wobs ier erste Fall '^terhalb der Mittellinie, der zweite r-'all oberhalb der Mittellinie dargestellt ist.Fig. 6 shows a combustion chamber 3 which is operated as a combined ramjet combustion chamber and as an afterburner chamber of a turbo engine, the first case being shown below the center line, the second case being shown above the center line.
Die eigentliche. Im dargestellten Fall wiederum rotationssymmetrische Brennkammer 3 mit Düse 9 umfaßt die Außenwand 12, den verschiebbaren Verdrängerkörper 17 mit Tragrohr 20, die st1rnse1t1ge Nand 27 sowie die diese abstützenden Streben 31 mit Brennstoff-Einspritzelementen 36. Es ist nur ein gemeinsamer, kreisringförmiger E1ntr1ttsquerschn1tt 41 für die Stauluft, die Abgase und ggf. die Abluft des Turbotriebwerkes vorhanden. Im Staustrahl betrieb verschließt ein axial beweglicher Schieber 55 den Austritt 54 des - nicht sichtbaren - Turbotriebwerkes und bildet mit der Außenwand einen Bypasskanal 51 für die Stauluft. Im Turbobetrieb gibt der Schieber 55 den Austritt 54 frei, wobei die Brennkammer 3 als Nachbrennkammer betrieben werden kann und Brennstoff durch die Einspritzelemente 36 zugeführt wird.The actual combustion chamber 3 with nozzle 9, which is again rotationally symmetrical in the case shown, comprises the outer wall 12, the movable displacement body 17 with support tube 20, the ram-shaped wall 27 and the struts 31 supporting these with fuel injection elements 36. There is only one common, annular inlet cross-section 41 for the ram air, the exhaust gases and possibly the exhaust air of the turbo engine. In ramjet operation, an axially movable slide 55 closes the outlet 54 of the - not visible - turbo engine and forms a bypass channel 51 for the ram air with the outer wall. In turbo mode, the slide 55 opens the outlet 54, whereby the combustion chamber 3 can be operated as an afterburning chamber and fuel is supplied through the injection elements 36.
F1g. 7 schließlich zeigt zwei Brennkammern 4 und 5, welche beide kombiniert als Staustrahl brennkammern und als Nachbrennkammern eine* Turbotriebwerkes zum Einsatz kommen.Finally, Fig. 7 shows two combustion chambers 4 and 5, both of which are used in combination as ramjet combustion chambers and as afterburning chambers of a turbo engine.
Brennkammer 4 (obere Figurhälfte) 1st einem Turboluftstrahltriebwerk 56, vorzugsweise einem solchen mit kleinem Bypassverhältnis (Turbojet), Brennkammer 5 (untere Figurhälfte) einem Turboraketentriebwerk 57 nachgeschaltet. Anstelle des Turboraketentriebwerkes 57 kann auch ein Turboexpändeftriebwerk (Wärmetauscher statt Brennkammer) vei ./endet werden.Combustion chamber 4 (upper half of the figure) is connected to a turbojet engine 56, preferably one with a small bypass ratio (turbojet), combustion chamber 5 (lower half of the figure) is connected to a turborocket engine 57. Instead of the turborocket engine 57, a turboexpander engine (heat exchanger instead of combustion chamber) can also be used.
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Hauptunterschied zu F1g. 6 1st der, daß sowohl die Brennkammer 4 al* auch die Brennkammer 5 zwei E1ntr1ttsquerschn1tte für die Stauluft einerseits und die Turbotriebwerksabgase andererseits aufweisen. Von Brennkammer 4 1st nur der e1s*trittsseft1gs Bereich wUdsrgegeben mit Außenwand 13, Tragröhr 2], Streben 32 und Brennstoff-Einspri-!elementen 37. Der Bypasskanal 52 für die Stauluft umgibt aas iurßüluftstrahltriebwerk 56 konzentrisch und führt zum kre1sr1ngförm1gen, äußeren Eintrittsquerschnitt 42. Durch den Bypasskanal 52 kann 1m Turbobetrieb dl? Sypassluft des Turbol luftstrahl tHebwerkes 56 geleitet werden. Von letzters» 1st aar tfoers1chtlU-?&«1t f-siber nur üie Turbine 58 (mit H^iager) dargestellt. Der*.. Abgase gelr-«en über den kre1sr1ngförm1gen. Inneren Eintrittsquersch itt 43 1n die Brennkammer 4. Die Brennstoff-Einspritzelemente 37 kännan 1m Serelch §*ne% *4?~ beider Eintrittsquerschnitte (dargestellter Fall) angeordnet sein.The main difference from Fig. 6 is that both the combustion chamber 4 and the combustion chamber 5 have two inlet cross-sections for the ram air on the one hand and the turbo engine exhaust gases on the other. Only the inlet side area of the combustion chamber 4 is represented by the outer wall 13, support tube 2], struts 32 and fuel injection elements 37. The bypass channel 52 for the ram air concentrically surrounds the turbo jet engine 56 and leads to the circular, outer inlet cross-section 42. During turbo operation, the bypass air of the turbo jet elevator 56 can be guided through the bypass channel 52. Of the latter, only the turbine 58 (with bearing) is shown. The exhaust gases flow into the combustion chamber 4 via the circular inner inlet cross-section 43. The fuel injection elements 37 can be arranged in series between the two inlet cross-sections (case shown).
Von Brennkammer 5 1st ebenfalls nur der Eintrittsbereich mit Tragrohr 22, Außenwand 14, Streben 33 und Brennstoff-Einspritzeiementen 38 dargestellt. Der Bypasskanal 53 1st ausschließlich für die Stauluft vorgesehen und führt zum äußeren E1ntr1ttsquerschn1tt 44. Der N1ed%rdruckverdichter 60 des Turboraketentriebwerkes 57 wird von einer außen luftunabhängigen Turbine 59 über ein - nicht dargestelltes - Untersetzungsgetriebe angetrieben. Die Turb1nentre1bgase werden 1n der 1m Tragrohr 22 untergebrachten Brennkammer 6 erzeugt. Die Turbinenabgase gelangen über die Kanal umlenkung 61 zum Mischer 62, wo sie mit der Abluft des Niederdruckverdichters 60 vereinigt werden. Die abgassei ti ge Hand des Mischers 62 weist 1n UmfangsHchtung einen periodisch wechselnden Radius auf, so daß sie 1m Querschnitt einem Zahnrad oder einer Blüte ähnelt. An den Mischer 62 schließt sich der Innere E1ntr1ttsquerschn1tt 45 an. Die Brennstoff-Ei nspritzelemente 38 können 1m Bereich eines oder beider Eintrittsquerschnitte (dargestellter Fall) angeordnet sein.Of combustion chamber 5, only the inlet area with support tube 22, outer wall 14, struts 33 and fuel injection elements 38 is also shown. The bypass channel 53 is intended exclusively for the ram air and leads to the external inlet cross section 44. The low-pressure compressor 60 of the turbo rocket engine 57 is driven by an externally air-independent turbine 59 via a reduction gear (not shown). The turbine propellant gases are generated in the combustion chamber 6 housed in the support tube 22. The turbine exhaust gases pass through the channel deflection 61 to the mixer 62, where they are combined with the exhaust air of the low-pressure compressor 60. The exhaust-side hand of the mixer 62 has a periodically changing radius in the circumferential direction, so that its cross-section resembles a gear or a flower. The inner inlet cross-section 45 is connected to the mixer 62. The fuel injection elements 38 can be arranged in the area of one or both inlet cross-sections (case shown).
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9003781U DE9003781U1 (en) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | Combustion chamber with nozzle for a hypersonic engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9003781U DE9003781U1 (en) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | Combustion chamber with nozzle for a hypersonic engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9003781U1 true DE9003781U1 (en) | 1990-06-13 |
Family
ID=6852534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9003781U Expired - Lifetime DE9003781U1 (en) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | Combustion chamber with nozzle for a hypersonic engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9003781U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2660972A1 (en) * | 1990-04-14 | 1991-10-18 | Mtu Muenchen Gmbh | PUSH NOZZLE FOR A HYPERSONIC REACTOR. |
| DE19536672A1 (en) * | 1995-09-30 | 1997-04-03 | Abb Research Ltd | Method for burning fuel in main stream of combustion air |
-
1990
- 1990-03-31 DE DE9003781U patent/DE9003781U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2660972A1 (en) * | 1990-04-14 | 1991-10-18 | Mtu Muenchen Gmbh | PUSH NOZZLE FOR A HYPERSONIC REACTOR. |
| DE19536672A1 (en) * | 1995-09-30 | 1997-04-03 | Abb Research Ltd | Method for burning fuel in main stream of combustion air |
| US5791891A (en) * | 1995-09-30 | 1998-08-11 | Abb Research Ltd. | Method and device for burning fuels |
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