[go: up one dir, main page]

DE102021000530A1 - Propulsion concept for starting and operating air-breathing engine systems (e.g. in ramjets) through the additional, variable introduction of an oxidizer - Google Patents

Propulsion concept for starting and operating air-breathing engine systems (e.g. in ramjets) through the additional, variable introduction of an oxidizer Download PDF

Info

Publication number
DE102021000530A1
DE102021000530A1 DE102021000530.9A DE102021000530A DE102021000530A1 DE 102021000530 A1 DE102021000530 A1 DE 102021000530A1 DE 102021000530 A DE102021000530 A DE 102021000530A DE 102021000530 A1 DE102021000530 A1 DE 102021000530A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
injection
air
oxidizer
additional
mass flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102021000530.9A
Other languages
German (de)
Inventor
gleich Anmelder Erfinder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102021000530.9A priority Critical patent/DE102021000530A1/en
Publication of DE102021000530A1 publication Critical patent/DE102021000530A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04Air inlet arrangements
    • F23R3/06Arrangement of apertures along the flame tube
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/10Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof characterised by having ram-action compression, i.e. aero-thermo-dynamic-ducts or ram-jet engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/10Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof characterised by having ram-action compression, i.e. aero-thermo-dynamic-ducts or ram-jet engines
    • F02K7/18Composite ram-jet/rocket engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/26Controlling the air flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/35Combustors or associated equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

Triebwerkskonzept zum Start und Betrieb luftatmender Triebwerkssysteme (z.B. bei Ramjets) durch zusätzlich-variable Einbringung eines OxidatorsLuftatmende Triebwerke (z.B. Ramjets) benötigen für Nettoschub allgemein einen anströmenden Luftmassenstrom mit hoher Geschwindigkeit um mittels Ram-Effekt zu verdichten. So benötigen luftatmende Triebwerke ohne rotierenden Verdichter allgemein eine zusätzliche Starthilfe wie z.B. einen Feststofftreibsatz. Im Besonderen kann mit Zusatzeinspritzung eines Oxidators eine Sonderform gestaltet werden (z.B. für Startzwecke, oder in gesteigerten Höhen). Feste Einbauten im Triebwerk können jedoch bei den hohen Geschwindigkeiten im Regelbetrieb zu hohen strömungstechnischen Widerständen führen. Durch das neue Triebwerkskonzept soll der Widerstand im Regelbetrieb verringert und die Fluidmischung verbessert werden.Vor der Brennkammer befinden sich Vorrichtungen zur zusätzlichen Einspritzung eines Oxidators. Diese Vorrichtungen werden aus beweglichen Vorrichtungen gebildet und wahlweise mit festen Vorrichtungen kombiniert (z.B. am Zwischenkörper). Die Vorrichtungen sind wahlweise translatorisch, transversal, radial, axial, rotierend, oder koaxial beweglich. Abhängig des anströmenden Luftmassenstromes wird die zusätzliche Einspritzung des Oxidators variabel angepasst, ggf. unterbrochen oder ganz eingefahren. Bei Bedarf kann neu gestartet bzw. wieder ins Triebwerk ausgefahren werden.Triebwerkskonzept für Luft- und RaumfahrtEngine concept for starting and operating air-breathing engine systems (e.g. in ramjets) through the additional, variable introduction of an oxidizer. Air-breathing engines (e.g. ramjets) generally require an oncoming air mass flow at high speed for net thrust in order to compress using the ram effect. For example, air-breathing engines without a rotating compressor generally require additional starting aids such as a solid propellant. In particular, a special shape can be designed with additional injection of an oxidizer (e.g. for starting purposes, or at increased altitudes). However, fixed components in the engine can lead to high aerodynamic resistance at the high speeds in normal operation. The new engine concept aims to reduce resistance in regular operation and improve fluid mixing. Devices for additional injection of an oxidizer are located in front of the combustion chamber. These devices are formed from movable devices and optionally combined with fixed devices (e.g. on the intermediate body). The devices can be moved in a translatory, transverse, radial, axial, rotating or coaxial manner. Depending on the inflowing air mass flow, the additional injection of the oxidizer is variably adjusted, if necessary interrupted or run in completely. If necessary, it can be restarted or extended back into the engine. Engine concept for aerospace

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, bzw. Konzept entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches I.The invention relates to a device or concept according to the preamble of claim I.

Anwendungsgebiet: Luft- und RaumfahrtField of application: Aerospace

A EinleitungA Introduction

Luftatmende Triebwerkssysteme sind gegenüber konventionellen Raketen als strömungstechnisch offene Systeme zu verstehen. Luftatmende Triebwerkssysteme (z.B. Ramjets, Dual-Mode Ramjets, Scramjets.) benötigen allgemein einen anströmenden Luftmassenstrom mit hoher Geschwindigkeit um durch Verdichtung im Triebwerk positiven Nettoschub zu erzeugen. Im Besonderen kann bei luftatmenden Triebwerkssystemen mit Zusatzeinspritzung, bzw. Einspritzung eines Oxidators eine Sonderform mit verdichteter Einspritzung gestaltet werden (z.B. für Startzwecke, oder in gesteigerten Höhen). Bei Pulsstrahltriebwerken sind Eigenstarthilfen, bzw. die Zuführung eines Oxidators bekannt (z.B. O2). Informative Sekundärquellen, wie z.B. Internet-Artikel und schriftliche Äußerungen, berichten häufig vereinfachend-allgemeinverständlich oder umgangssprachlich, dass zu Ramjets gesonderte Starthilfen erforderlich sind. Gesonderte Starthilfen sind z.B. Feststofftreibsätze oder Raketenunterstufen. Zugängliche Primärquellen weisen jedoch auch bei Ramjets mindestens gesonderte Entwicklungsversuche mit integrierten Eigenstarthilfen nach (z.B. EP 00000 100 992 7B1 , US 3 514 956 , US 4 644 746 , US 4 930 309 , US 6 510 683 B1 , US 6 786 040 B2 , US 2009 015 874 4A1 ). Ziel dabei ist die frühest mögliche Ausnutzung der anströmenden Luft durch Einschleusung in ein leistungsstarkes offenes Triebwerkskonzept mit variablem Verbrennungsanteil - welches einen effektiven Vertikalstart mit größtmöglichem Nutzlastanteil von der Erde ermöglicht. Dies könnte z.B. bei einem Vertikalstart mit Bezug und Erweiterung des Heberkonzeptes eingesetzt werden (Az. 10 2020 006 254.7) als ein übergeordnetes Antriebskonzept.Compared to conventional rockets, air-breathing engine systems are to be understood as fluidically open systems. Air-breathing engine systems (e.g. ramjets, dual-mode ramjets, scramjets.) generally require a high-velocity incoming air mass flow in order to generate positive net thrust by compression in the engine. In particular, in the case of air-breathing engine systems with additional injection or injection of an oxidizer, a special form with compressed injection can be designed (e.g. for take-off purposes or at increased altitudes). In the case of pulse jet engines, self-launching aids or the supply of an oxidizer (eg O 2 ) are known. Informative secondary sources, such as Internet articles and written statements, often report in a simplified, generally understandable or colloquial manner that separate starting aids are required for ramjets. Separate starting aids are, for example, solid propellant charges or rocket substages. However, accessible primary sources indicate at least separate development attempts with integrated self-launch aids (e.g EP 00000 100 992 7B1 , U.S. 3,514,956 , U.S. 4,644,746 , U.S. 4,930,309 , U.S. 6,510,683 B1 , U.S. 6,786,040 B2 , U.S. 2009 015 874 4A1 ). The aim is the earliest possible utilization of the inflowing air by injecting it into a powerful open engine concept with a variable proportion of combustion - which enables an effective vertical take-off with the greatest possible share of the payload from the earth. This could be used, for example, for a vertical take-off with reference to and expansion of the lift concept (Az. 10 2020 006 254.7) as a higher-level drive concept.

Die Einmischung von Sekundärfluiden (Treibstoff / Oxidator) bei einem Start ist komplex und energetisch anspruchsvoll. Druckverluste und die Umwandlung in Wärme sind nachteilig für eine effektive Verbrennung. Eigenstarthilfen in Ramjets können zu hohen strömungstechnischen Widerständen führen (dauerhafte Einbauten im Triebwerksstrom, Einspritzung an Einlass gegen den gesamten Triebwerkskanal, Mischkammern mit und/ ohne Einschnürung des Triebwerkes, zusätzliche Schächte für Vermischung, Verstellmechanik). Dies erfordert eine erhebliche Leistung des zugehörigen Verdichters / der Turbopumpe / des Kompressor, bzw. reduziert den erzielbaren Nettoschub. Zudem können die resultierenden Widerstände dauerhafter Einbauten auch im vorgesehenen Regelbetrieb den erzielbaren Nettoschub weiter einschränken. In der viel versprechenden Patentschrift US 4930309 A vom 05.06.1990 (patentiert) ist für ein Ramjet ein System mit Kompressor zur Verdichtung von anströmendem atmosphärischen, bzw. anderem Gas erfasst. Hierbei sind verstellbare Vorrichtungen für die Gestaltung des Triebwerksstromes benannt. Jedoch nicht für die Einspritzung selbst. Dagegen ist bei gesonderten Starthilfen keine Mehrfachstartmöglichkeit vorhanden, ohne die Treibsätze, bzw. Unterstufen, oder Booster zu erneuern. Demzufolge ist der Start mit fremden Starthilfen verteuert und die chemische Ausnutzung, bzw. effektive Mitverbrennung der anströmenden Luft vor Erreichen des vorgesehenen Regelbetriebes erschwert (Anströmender Luftmassenstrom, variable Geschwindigkeit und ggf. variable Dichte bei veränderlicher Höhe). Da die Einspritzung der flüssigen Treibstoffe erst verspätet erfolgt. Bei Verwendung zusätzlicher Starthilfen und zugehöriger separater Technologie wird die Gesamtstartmasse unvorteilhafterweise erhöht. Es ist daher sinnvoll die Eigenstarthilfen von luftatmenden Triebwerkssystemen (insbesondere Ramjets) weiter zu entwickeln, bzw. möglichst in übergeordnete Antriebssysteme zu integrieren.The mixing of secondary fluids (fuel / oxidizer) at a start is complex and energetically demanding. Pressure drops and conversion to heat are detrimental to effective combustion. Self-launch aids in ramjets can lead to high aerodynamic resistance (permanent installations in the engine flow, injection at the inlet against the entire engine duct, mixing chambers with and/without constriction of the engine, additional shafts for mixing, adjustment mechanism). This requires considerable power from the associated compressor/turbopump/compressor, or reduces the net thrust that can be achieved. In addition, the resulting resistance of permanent installations can further restrict the achievable net thrust even in the planned regular operation. In the promising patent specification US4930309A from 05.06.1990 (patented) a system with a compressor for compressing incoming atmospheric or other gas is recorded for a ramjet. Here, adjustable devices for the design of the engine flow are named. However, not for the injection itself. On the other hand, with separate starting aids, there is no multiple starting possibility without replacing the propellant charges, or lower stages, or boosters. As a result, starting with external starting aids is more expensive and chemical utilization or effective co-combustion of the inflowing air before the planned regular operation is reached is made more difficult (inflowing air mass flow, variable speed and possibly variable density at variable altitude). Because the liquid fuels are injected late. The use of additional launch aids and associated separate technology disadvantageously increases the overall launch mass. It therefore makes sense to further develop the self-launching aids of air-breathing engine systems (especially ramjets) or, if possible, to integrate them into higher-level propulsion systems.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a device having the features of claim 1.

Nachfolgende Ausführungen beziehen sich auf einen Einsatz luftatmender Triebwerkssysteme (wie insbesondere Ramjets, Dualmode-Ramjets, ggf. Scramjets mit variablem Triebwerkskanal, die mit Flüssigtreibstoff betrieben werden (z.B. H2, CH4). Durch zusätzliche Einspritzung eines Oxidators (z.B. O2) in den Triebwerkskanal kann bei flüssigen luftatmenden Antriebssystemen auf weitere Starteinrichtungen verzichtet werden. Hierfür soll ein zusätzliches Einspritzsystem für einen Oxidator verwendet werden. Die Eigenstarthilfe ist jedoch möglichst strömungsgünstig und mit geringem Verlust des Einspritzdruckes in das luftatmende Triebwerkssystem zu integrieren. Auf verbleibende Einbauten im Triebwerkskanal soll dabei möglichst ganz verzichtet werden. Für die Einspritzung sind dafür eine feinere und flächige Zerstäubung von außerhalb des Luftmassenstromes mit überschneidenden Wirkungsbereichen, oder ein-/ausfahrbarer Düsen in den Luftmassenstrom einzusetzen. Dieses zusätzliche Einspritzsystem besteht im Wesentlichen aus einem Tank einer Verdichtung mit Zuleitung und Einspritzdüsen. Das Reduziermittel (z.B. H2, CH4) wird im zusätzlichen Einspritzsystem oder im eigentlichen Einspritzsystem in das gespeist luftatmende Triebwerkssystem zugeführt. Zusammen mit dem anströmenden Luftmassenstrom wird Gemisch gebildet und in der Brennkammer verbrannt. Mit Erreichen der für die Eigenverdichtung im luftatmenden Triebwerkssystemes erforderlichen Anströmgeschwindigkeit, kann das zusätzliche Einspritzsystem für den Oxidator abgeschaltet werden, bzw. ggf. ein-/ ausgefahren werden. Um eine höhere Verdichtung bei geringer, bzw. wechselnder Anströmung zu erzielen, bzw. den Massenstrom und Nettoschub im luftatmenden Triebwerkssystem weiter zu steigern, kann eine mehrstufige Verbrennung verwendet werden. Dies entspricht dem Prinzip des Turboladers eines Privat-Kfz bei dem der Abgasdruck den Einspritzdruck erhöht. Ziel ist die effektivere und vollständigere Verbrennung in der hauptsächlichen Brennkammer Die Vorverbrennung kann wahlweise mit Unterschall oder Überschall in die Brennkammer abgeführt werden.The following statements relate to the use of air-breathing engine systems (such as in particular ramjets, dual-mode ramjets, possibly scramjets with variable engine ducts that are operated with liquid fuel (e.g. H 2 , CH 4 ). By additional injection of an oxidizer (e.g. O 2 ) in liquid, air-breathing propulsion systems do not require further starting devices. For this purpose, an additional injection system for an oxidizer should be used. However, the self-launching aid is to be integrated into the air-breathing engine system in the most streamlined manner possible and with little loss of injection pressure. Remaining installations in the engine duct should be avoided For the injection, a finer and more extensive atomization from outside the air mass flow with overlapping effective areas, or retractable/extendable nozzles in the air mass flow are to be used It essentially consists of a compression tank with a supply line and injectors. The reducing agent (e.g. H 2 , CH 4 ) is fed into the supplied air-breathing engine system in the additional injection system or in the actual injection system. A mixture is formed together with the inflowing air mass flow and burned in the combustion chamber. With the achievement of self-compression in the air-breathing drive factory system required inflow speed, the additional injection system for the oxidizer can be switched off or, if necessary, retracted/extended. Multi-stage combustion can be used to achieve higher compression with low or changing inflow, or to further increase the mass flow and net thrust in the air-breathing engine system. This corresponds to the principle of the turbocharger in a private vehicle, in which the exhaust gas pressure increases the injection pressure. The goal is more effective and complete combustion in the main combustion chamber. Pre-combustion can be discharged into the combustion chamber either subsonic or supersonic.

Eine mögliche VerStelleinrichtung für eine Zusatzeinspritzung eines Oxidators im luftatmenden Triebwerk bietet die Möglichkeit mit weniger Widerstand des Pumpensystems einen höheren Einspritzdruck zu erzielen und bei Erreichen des Regelbetriebes den Strömungswiderstand der Zusatzeinspritzung selbst zu reduzieren. Die zu beschleunigende Gesamtstartmasse ist gegenüber konventionellen Raketentriebwerken trotzdem gemindert, da die Zusatzeinspritzung nur einen Teil des mitzuführenden Oxidator benötigt. Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit, bzw. den Gesamtwirkungsgrad und erlaubt flexiblere Einsatzszenarien. Zukunftsaufgaben wie Weltraumbergbau und Weltraumbesiedlung sind zu realisieren. Mit einem diesbezüglichen Vertikalstart von der Erdoberfläche könnte auf kürzestem Wege in eine Umlaufbahn, bzw. von der Erdoberfläche und darüber hinaus entkommen werden. Somit kann der für das Szenario eines Vertikalstarts konventioneller Raketentriebwerkssysteme charakteristische Zeit-Geschwindigkeitsverlauf mit dem Einsatzbereich eines luftatmenden Triebwerkssystems weiter angeglichen und erweitert werden. Eine Optimierung des Einsatzes des luftatmenden Triebwerkssystems durch ein ausgelegtes Leitsystem und ein Steuersystem ist möglich. Über das Leitsystem und Steuersystem wird die Betriebssicherheit der luftatmenden Triebwerkssysteme durch Verhinderung von Strömungsabrissen, bzw. Verminderung von Umspülung bzw. Spillmassenstrom weiter gesteigert. Auch wird ein möglicher Einsatz für schnelle Horizontalflüge verbessert. Eine tatsächliche Zuordnung dieser Patentschriftzum Heberkonzept (Az. 10 2020 006 254.7) bleibt der weiteren Bearbeitung der endgültigen Patenteinreichung und externen Prüfung noch vorbehalten. Auf konventionelle Raketentriebwerkssysteme soll somit teilweise, oder möglichst ganz verzichtet werden (insbesondere für den Start). Dies würde den Bedarf an mitzuführendem Treibstoff reduzieren (weniger Oxidator, ggf. auch weniger Reduziermittel wegen reduzierter Mitbeschleunigung Oxidator). Auch ist ein Weiterbetrieb der zusätzlichen Einspritzung zur Leistungssteigerung, bzw. zur Stabilisierung, oder Wiederinbetriebnahme möglich (z.B. bei verringerter Atmosphärendichte). Auch kann das Einspritzsystem für den Oxidator (z.B. O2) im Weltraum weiter betrieben werden um den Einsatzbereich zu erhöhen. Die möglichen Einsatzszenarien sind viel versprechend. Alternativ können auch ausschließlich luftatmende Triebwerkssysteme mit gespeist-luftatmenden Triebwerkssystemen kombiniert werden.A possible adjusting device for an additional injection of an oxidizer in the air-breathing engine offers the possibility of achieving a higher injection pressure with less resistance of the pump system and reducing the flow resistance of the additional injection itself when normal operation is reached. The total take-off mass to be accelerated is nevertheless reduced compared to conventional rocket engines, since the additional injection only requires part of the oxidizer to be carried along. This improves the economy or the overall efficiency and allows more flexible application scenarios. Future tasks such as space mining and space settlement are to be realized. With a related vertical launch from the earth's surface, it would be possible to escape to an orbit, or from the earth's surface and beyond, by the shortest possible route. Thus, the characteristic time-velocity curve for the scenario of a vertical take-off of conventional rocket engine systems can be further adjusted and extended with the area of application of an air-breathing engine system. An optimization of the use of the air-breathing engine system is possible through a designed guidance system and a control system. The operational reliability of the air-breathing engine systems is further increased via the control system and control system by preventing stalls or reducing scavenging or spill mass flow. A possible use for fast horizontal flights is also improved. An actual assignment of this patent specification to the lifting concept (Az. 10 2020 006 254.7) is reserved for further processing of the final patent submission and external examination. Conventional rocket engine systems should therefore be partially or completely dispensed with (especially for the start). This would reduce the need for fuel to be carried (less oxidizer, possibly also less reducing agent due to reduced co-acceleration of oxidizer). It is also possible to continue using the additional injection to increase performance, or to stabilize it, or to restart it (e.g. when the atmospheric density is reduced). The injection system for the oxidizer (eg O 2 ) can continue to be operated in space in order to increase the area of application. The possible application scenarios are very promising. Alternatively, exclusively air-breathing engine systems can be combined with fed-air-breathing engine systems.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.

  • 1: Übersicht des Triebwerkskonzeptes
  • 2a: Ramjet: variables Einspritzsystem Lanzen - ausfahrbar
  • 2b: Ramjet: variables Einspritzsystem Lanzen - drehbar
  • 2c: Ramjet: variables Einspritzsystem Lanzen - quer einfahrbar
  • 3a Ramjet: Ausführungsvariante, aufgefächert, ohne einfahrbarer Einspritzung
  • 3b Ramjet: Ausführungsvariante, aufgefächert, mit einfahrbarer Einspritzung
  • 4a Ramjet: vereinfachte Ausführungsvariante
  • 4b Ramjet: Ausführungsvariante mit innerer Zusatzeinspritzung
  • 5a Ramjet: Ausführungsvariante mit Verbrennung (Druckaufladung)
  • 5b Ramjet: Ausführungsvariante mit Verbrennung, bewegliche Einspritzung
  • 6: Ramjet mit angeschlossener Aerospike-Düse
Embodiment variants of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below.
  • 1 : Overview of the engine concept
  • 2a : Ramjet: variable injection system lances - extendable
  • 2 B : Ramjet: variable injection system lances - rotatable
  • 2c : Ramjet: variable injection system Lances - transversely retractable
  • 3a Ramjet: Variant, fanned out, without retractable injection
  • 3b Ramjet: Variant, fanned out, with retractable injection
  • 4a Ramjet: simplified design variant
  • 4b Ramjet: Variant with additional internal injection
  • 5a Ramjet: variant with combustion (pressure charging)
  • 5b Ramjet: Variant with combustion, flexible injection
  • 6 : Ramjet with attached aerospike nozzle

Die Erfindung besteht aus einem flüssigkeitsbasierten Triebwerkskonzept mit luftatmendem Triebwerkssystem (1), bzw. zusätzlicher Einspritzung eines Oxidators (12) zur Verbesserung der Startfähigkeit und des Einsatzbereiches.The invention consists of a liquid-based engine concept with an air-breathing engine system (1) or additional injection of an oxidizer (12) to improve the starting ability and the area of use.

Die Ausführungsvarianten stellen lediglich Beispiele für rotationssymetrische Konzepte dar. Weitere Varianten sind über die Beschreibung bzw. Ansprüche erfasst.The design variants only represent examples of rotationally symmetrical concepts. Further variants are covered by the description or claims.

Figur 1 Übersicht des TriebwerkskonzeptesFigure 1 Overview of the engine concept

Das luftatmende Triebwerkssystem (1) besteht aus Einlauf (2), Mischbereich (3), Brennkammer (4) Düse (5). Im Einlauf (2) und dem Mischbereich (3) ist ein Zentralkörper (22) angeordnet. Vor dem Einlauf (2) ist zur Unterstützung ein Leitsystems (6) mit Verstellsystem (7) angeordnet. Das luftatmende Triebwerkssystem (1) besteht aus 2 Einspritzsystemen. Für den Regelbetrieb bei ausreichender Anströmung mit Luftmassenstrom (17) besteht ein Einspritzsystem für den Treibstoff (8) aus Tank (9) und Leitungen, Wärmetauscher, einschließlich Verdichter (10). Über die Einspritzung (11) wird der Treibstoff (8) in den Mischbereich (3) mit der eingeströmten Luftmassenstrom (17) verbracht. Alternativ ist über ein Ventil (18) eine Einströmung des Treibstoffes in die Zuleitung (19) zur zusätzlichen Einspritzung (16 und 26) möglich. In der Brennkammer (4) sind Zündvorrichtungen (20) angeordnet.The air-breathing engine system (1) consists of inlet (2), mixing area (3), combustion chamber (4) nozzle (5). A central body (22) is arranged in the inlet (2) and the mixing area (3). In front of the inlet (2) there is a guidance system for support (6) arranged with adjustment system (7). The air-breathing engine system (1) consists of 2 injection systems. For regular operation with sufficient inflow of air mass flow (17), there is an injection system for the fuel (8) consisting of a tank (9) and lines, a heat exchanger, including a compressor (10). The fuel (8) is brought into the mixing area (3) with the inflowing air mass flow (17) via the injection (11). Alternatively, the fuel can flow into the feed line (19) for additional injection (16 and 26) via a valve (18). Ignition devices (20) are arranged in the combustion chamber (4).

Für den Eigenstart und außerhalb des Regelbetriebes ist ein gesondertes Einspritzsystem vorhanden. Der erforderliche Oxidator (12) ist in einem Tank (13) und einem Leitungssystem einschließlich Verdichter (14) an eine zusätzliche Einspritzung (16) angeschlossen. Um den Verdichter (14) zu entlasten ist die Einspritzung (16) für den Start vor der Brennkammer (4) angeordnet. Über ein Zwischen-Ventil (18) und separates Leitungssystem einschließlich Wärmetauscher / Vorheizung (19) ist der Treibstoff (8) an die Einspritzung (16) für den Start angeschlossen. Es sind Düsen mit hohem Zerstäubungsgrad im Einsatz um eine möglichst vollständige und gleichmäßiges Gemisch (21) zu erreichen (ausgerichtete Düsen mit hohem Zerstäubungsgrad (z.B. Hohlkegeldüsen, Zapfendüsen usw.). Das Gemisch (21) wird in der Brennkammer gezündet (20). Des Weiteren ist im Leitungssystem (9) ein Wärmetauscher (15) an die Brennkammer (4) thermisch angebunden um den Oxidator (12) vor dessen Einspritzung aufzuheizen. Ggf. kann durch Einsatz eines Leitsystems (6) und Steuersystems (7) eine zusätzliche Anströmung (67) zum Luftmassenstrom (17) beim Start erreicht werden.A separate injection system is available for self-start and outside of regular operation. The required oxidizer (12) is connected to an additional injection (16) in a tank (13) and a line system including a compressor (14). In order to relieve the compressor (14), the injection (16) for the start is arranged in front of the combustion chamber (4). The fuel (8) is connected to the injection (16) for the start via an intermediate valve (18) and a separate line system including a heat exchanger/preheater (19). Nozzles with a high degree of atomization are used in order to achieve a mixture (21) that is as complete and uniform as possible (aligned nozzles with a high degree of atomization (e.g. hollow cone nozzles, pintle nozzles, etc.). The mixture (21) is ignited in the combustion chamber (20). Des Furthermore, a heat exchanger (15) is thermally connected to the combustion chamber (4) in the line system (9) in order to heat the oxidizer (12) before it is injected. If necessary, an additional inflow ( 67) to the air mass flow (17) can be achieved when starting.

Die zusätzliche Einspritzung (16 und 26) wird über eine Regelung (27) angepasst, bzw. ggf. reduziert an den Druck der Brennkammer (4) um eine Rückströmung, bzw. Umströmung der zusätzlichen Einspritzung (16 und 26) zu verhindern. Dies wird durch Messung des Druckgefälles vor und nach zusätzlicher Einspritzung (16 und 26), sowie in der Brennkammer (4) geleistet. Zusätzlich sind über die Regelung (27) Geschwindigkeitsmesser im Luftmassenstrom (17) angeordnet um die Einspritzrate des Oxidators (12) an die Geschwindigkeit, bzw. Dichte und Masse des Luftmassenstromes (17) anzupassen.The additional injection (16 and 26) is adjusted via a controller (27) or, if necessary, reduced to the pressure of the combustion chamber (4) in order to prevent backflow or flow around the additional injection (16 and 26). This is done by measuring the pressure drop before and after additional injection (16 and 26) and in the combustion chamber (4). In addition, speedometers are arranged in the air mass flow (17) via the control (27) in order to adapt the injection rate of the oxidizer (12) to the speed or density and mass of the air mass flow (17).

Mit Erreichen der erforderlichen Anströmgeschwindigkeit ist die anströmende Luft (17) im luftatmenden Triebwerk (1) allein ausreichend für eine vollständige Verbrennung des Reduziermittels (H2, CH4), bzw. Treibstoffes (8). Die zusätzliche Einspritzung (16 und 26) des Oxidators (8) wird beendet. Das Zwischen-Ventil (18) wird geschlossen und der Treibstoff (8) wird über die für den Regelbetrieb vorgesehene Einspritzung (11) mit der anströmenden Luft (17) dem Mischbereich (3) zugeführt. Anschließend wird über die Zündung (20) in der Brennkammer (4) verbrannt und in der Düse (5) expandiert.When the required inflow speed is reached, the inflowing air (17) in the air-breathing engine (1) alone is sufficient for complete combustion of the reducing agent (H 2 , CH 4 ) or fuel (8). The additional injection (16 and 26) of the oxidizer (8) is terminated. The intermediate valve (18) is closed and the fuel (8) is supplied to the mixing area (3) with the inflowing air (17) via the injection (11) provided for control operation. The ignition (20) then burns in the combustion chamber (4) and expands in the nozzle (5).

Ggf. kann zu einem anderen Zeitpunkt bei Erreichen höherer Luftschichten mit geringerer Luftdichte die erforderliche Zuführung des Luftmassenstromes (17) für die erforderliche Verbrennung unterschritten werden (z.B. in Vertikalstartszenario von der Erdoberfläche). Über ein Leitsystem (6) und ein Steuersystem (7) kann die Anströmung bzw. der Luftmassenstrom (17) gezielt variiert werden. So ist ein möglichst umfassender Betrieb des luftatmenden Triebwerkssystems (1) zu ermöglichen in dem die Anströmfläche des Leitsystems (6) über die Verstelleinrichtung (7) angepasst wird. Nach Überschreiten der Einsatzgrenzen des Leitsystems (6) kann die zusätzliche Einspritzung (16 und 26) des Oxidators (12) erneut gezündet werden. Es wird ggf. auf eine Einspritzung des Treibstoffes (8) über die Regeleinspritzung umgestellt (11).If necessary, at another point in time when higher layers of air with lower air density are reached, the supply of the air mass flow (17) required for the required combustion may be undershot (e.g. in a vertical start scenario from the earth's surface). The inflow or the air mass flow (17) can be varied in a targeted manner via a control system (6) and a control system (7). In this way, the most comprehensive possible operation of the air-breathing engine system (1) is to be made possible by adjusting the inflow area of the control system (6) via the adjusting device (7). After the operating limits of the control system (6) have been exceeded, the additional injection (16 and 26) of the oxidizer (12) can be re-ignited. If necessary, the fuel (8) is injected via the control injection (11).

Figur 2a Ramjet: variables Einspritzsystem Lanzen - ausfahrbarFigure 2a Ramjet: variable injection system lances - extendable

Beim Start ist aufgrund der fehlenden Anströmung des Luftmassenstromes (17) die zusätzliche Einspritzung eines Oxidators (12) erforderlich. In dieser Ausführungsvariante erfolgt die Einspritzung (16 und 26) ausschließlich längs des Luftmassenstromes (17). Über die feste Einspritzung (16) im Kopf der Brennkammer (4) wird der Oxidator mit Reduziermittel in einem Gemisch (21) eingedüst. Zusätzlich werden im Bereich des Triebwerkskanals bewegliche Lanzen mit Vorrichtungen zur Einspritzung (26) ausgefahren. Die Lanzen mit der beweglichen Einspritzung (26) sind konzentrisch um die Achse des luftatmenden Triebwerkes (1) angeordnet. In der Ausführungsvariante sind die Lanzen jeweils um 30° gegeneinander versetzt. Die Lanzen werden schräg in den Triebwerksstrom eingeführt um einen möglichst geringen Strömungswiderstand zu verursachen. Die Lanzen sind so konstruiert, dass Sie der Anströmung, bzw. dem Brennkammerdruck ein höheres Flächenträgheitsmoment entgegensetzen. Das heißt der Querschnitt der Lanzen (26) ist länger als breit, die Länge ist dabei in Triebwerkslängsachse ausgerichtet. Die Lanzen weisen zudem einen strömungsgünstigen, z.B. tropfenförmigen Querschnitt auf. Die Lanzen (26) können an der Triebwerksaußenseite, oder innen am Zwischenkörper (22) gelagert werden. In der dargestellten Ausführungsvariante sind die Lanzen außen angebracht. Bewegt werden die Lanzen mit einer Hydraulik (28), alternativ sind auch Kissen oder Elektromotoren / Aktoren mit entsprechender Leistung möglich. Über die Einspritzung wird zugleich Treibstoff in einem Gemisch (21) eingedüst. An den Lanzen (26) sind an mehreren Punkten Düsen angeordnet. Hierzu werden bevorzugt Mehrwegedüsen eingesetzt. Das zerstäubte Gemisch (21) wird in der Brennkammer (4) gezündet.When starting, the additional injection of an oxidizer (12) is required due to the lack of air mass flow (17). In this embodiment variant, the injection (16 and 26) takes place exclusively along the air mass flow (17). The oxidizer is injected with a reducing agent in a mixture (21) via the fixed injection (16) in the head of the combustion chamber (4). In addition, movable lances with injection devices (26) are extended in the area of the engine duct. The lances with the movable injection (26) are arranged concentrically around the axis of the air-breathing engine (1). In the variant, the lances are each offset by 30° to one another. The lances are inserted at an angle into the engine flow in order to cause the lowest possible flow resistance. The lances are designed in such a way that they oppose the inflow or the combustion chamber pressure with a higher area moment of inertia. This means that the cross section of the lances (26) is longer than it is wide, and the length is aligned with the longitudinal axis of the engine. The lances also have a streamlined, eg drop-shaped, cross-section. The lances (26) can be mounted on the outside of the engine or on the inside of the intermediate body (22). In the embodiment variant shown, the lances are mounted on the outside. The lances are moved with hydraulics (28), alternatively cushions or electric motors/actuators with the appropriate power are also possible. About the injection at the same time becomes fuel in one Mixture (21) injected. Nozzles are arranged at several points on the lances (26). Multi-way nozzles are preferably used for this. The atomized mixture (21) is ignited in the combustion chamber (4).

Die zusätzliche Einspritzung des Oxidators im Gemisch (21) wird an den Luftmassenstrom (17) angepasst, bzw. ggf. reduziert. Durch zunehmende Geschwindigkeit strömt ein steigender Luftmassenstrom (17) in die Brennkammer (4): Die Verstellvorrichtung mit den beweglichen Lanzen (26) wird zurückgezogen, bzw. eingefahren. Es verbleiben bei Außerbetriebsetzung keine wesentlichen Einbauten der Eigenstarthilfe, bzw. der zusätzlichen Einspritzung (16 und 26) im Triebwerkskanal. Die zusätzliche Einspritzung wird in der bevorzugten Ausführungsvariante deaktiviert. Die zusätzliche Einspritzung kann aber wahlweise zur Leistungssteigerung weiter betrieben, oder erneut in Betrieb gesetzt werden. Der Treibstoff (8) wird andernfalls über die Regel-Einspritzung (11) eingedüst und in der Mischkammer (4) mit dem Luftmassenstrom (17) vermischt. Es wird ggf. auf eine Einspritzung des Treibstoffes (8) über die Regeleinspritzung (11) umgestellt.The additional injection of the oxidizer in the mixture (21) is adapted to the air mass flow (17) or, if necessary, reduced. Due to the increasing speed, an increasing air mass flow (17) flows into the combustion chamber (4): the adjusting device with the movable lances (26) is pulled back or retracted. When the engine is shut down, there are no essential built-in components of the self-starting aid or the additional injection (16 and 26) in the engine duct. The additional injection is deactivated in the preferred embodiment. However, the additional injection can either continue to be operated to increase performance or be put into operation again. Otherwise, the fuel (8) is injected via the control injection system (11) and mixed with the air mass flow (17) in the mixing chamber (4). If necessary, the fuel (8) is injected via the control injection (11).

Figur 2b Ramjet: variables Einspritzsystem Lanzen - drehbarFigure 2b Ramjet: variable injection system lances - rotatable

Gegenüber der vorgenannten Ausführungsvariante (2a) sind die Lanzen (26) drehbar mit Kippmöglichkeit gelagert und werden in den Luftmassenstrom (17) geschwenkt, bzw. zurück geschwenkt. Die Bewegung wird hydraulisch geführt (28). Die verstellbare Einspritzung (26) kann wahlweise außen, oder innen am Zwischenkörper (22) befestigt, bzw. geführt werden. In dieser Ausführungsvariante erfolgt die Einspritzung (16 und 26) ausschließlich längs des Luftmassenstromes (17).Compared to the aforementioned variant ( 2a) the lances (26) are rotatably mounted with the possibility of tilting and are pivoted into the air mass flow (17) or pivoted back. The movement is hydraulically guided (28). The adjustable injection (26) can be attached or guided either outside or inside the intermediate body (22). In this embodiment variant, the injection (16 and 26) takes place exclusively along the air mass flow (17).

Die zusätzliche Einspritzung des Oxidators im Gemisch (21) wird an den Luftmassenstrom (17) angepasst, bzw. ggf. reduziert. Entsprechend der Ausführungsvariante 2a wird die zusätzliche Einspritzung (16, 26) anschließend wahlweise außer Betrieb gesetzt, parallel betrieben, oder erneut verwendet. Es verbleiben bei Außerbetriebsetzung von der zusätzlichen Einspritzung (16, 26) keine wesentlichen Strömungswiderstände im Triebwerkskanal. Es wird ggf. auf eine Einspritzung des Treibstoffes (8) über die Regeleinspritzung umgestellt (11).The additional injection of the oxidizer in the mixture (21) is adapted to the air mass flow (17) or, if necessary, reduced. According to the variant 2a the additional injection (16, 26) is then optionally deactivated, operated in parallel, or used again. When the additional injection (16, 26) is switched off, no significant flow resistances remain in the engine duct. If necessary, the fuel (8) is injected via the control injection (11).

Figur 2c Ramjet: variables Einspritzsystem Lanzen - quer einfahrbarFigure 2c Ramjet: variable injection system lances - retractable transversely

Gegenüber den vorgenannten Ausführungsvarianten (2a und 2b) sind die Lanzen (26) quer, bzw. transversal in das Triebwerk einfahrbar. In den Querschnitt des Luftmassenstromes (17) wird mit der kleinstmöglichen . Anströmfläche eingegriffen. Die Bewegung wird hydraulisch geführt (28). Die verstellbare Einspritzung (26) kann wahlweise außen, oder innen am Zwischenkörper (22) im Triebwerk befestigt, bzw. geführt werden. In dieser Ausführungsvariante erfolgt die Einspritzung (16, 26) ausschließlich längs des Luftmassenstromes (17).Compared to the aforementioned design variants ( 2a and 2 B) the lances (26) can be moved transversely or transversally into the engine. In the cross section of the air mass flow (17) is with the smallest possible. approach surface engaged. The movement is hydraulically guided (28). The adjustable injection (26) can be attached or guided either outside or inside on the intermediate body (22) in the engine. In this variant, the injection (16, 26) takes place exclusively along the air mass flow (17).

Die zusätzliche Einspritzung des Oxidators (12) wird an den Luftmassenstrom (17) angepasst, bzw. ggf. reduziert. Entsprechend der Ausführungsvariante 2a wird die zusätzliche Einspritzung (16, 26) anschließend wahlweise außer Betrieb gesetzt, parallel betrieben, oder erneut verwendet. Es verbleiben bei Außerbetriebsetzung von der zusätzlichen Einspritzung (16, 26) keine wesentlichen Strömungswiderstände im Triebwerkskanal. Es wird ggf. auf eine Einspritzung des Treibstoffes (8) über die Regeleinspritzung umgestellt (11).The additional injection of the oxidizer (12) is adapted to the air mass flow (17) or, if necessary, reduced. According to the variant 2a the additional injection (16, 26) is then optionally deactivated, operated in parallel, or used again. When the additional injection (16, 26) is switched off, no significant flow resistances remain in the engine duct. If necessary, the fuel (8) is injected via the control injection (11).

Figur 3a Ramjet: Ausführungsvariante, aufgefächert, ohne einfahrbarer EinspritzungFIG. 3a Ramjet: Design variant, fanned out, without retractable injection

Gegenüber den Ausführungsvarianten in 2a, b und c erfolgt die Einspritzung (16) des Gemisches (21) nicht ausschließlich längs in Strömungsrichtung des Luftmassenstromes (17), sondern strahlenförmig, bzw. flächig und aufgeweitet (z.B. über Hohlkegel-, bzw. Zapfendüsen). Dies trägt zu einer feineren Verteilung und besseren Verbrennung in der Startphase bei. In der Ausführungsvariante sind die Einspritzdüsen der zusätzlichen Einspritzung (16) verteilt auf den gesamten Kopf der Brennkammer (4). In dieser Ausführungsvariante ist keine einfahrbare Einspritzung vorhanden, sondern lediglich eine feste Einspritzung (16). Die Form der Einspritzung ist somit vereinfacht. Für die Einspritzung (16) sind Düsen außen am Luftmassenstrom und innen am Zwischenkörper (22) angeordnet. Die mehrseitig angeordnete Einspritzung (16) mit kreuzendem Wirkungsbereich, bzw. Überschneidung ersetzt die bewegliche Einspritzung anderer Ausführungsvarianten (z.B. 2a).Compared to the design variants in 2a, b and c the injection (16) of the mixture (21) does not take place exclusively longitudinally in the flow direction of the air mass flow (17), but in a radial or planar and widened manner (eg via hollow cone or pintle nozzles). This contributes to a finer distribution and better combustion in the starting phase. In the variant embodiment, the additional injection nozzles (16) are distributed over the entire head of the combustion chamber (4). In this embodiment variant there is no retractable injection, but only a fixed injection (16). The shape of the injection is thus simplified. For the injection (16), nozzles are arranged on the outside of the air mass flow and on the inside of the intermediate body (22). The injection (16) arranged on several sides with a crossing area of action or overlap replaces the movable injection of other design variants (e.g 2a) .

Die zusätzliche Einspritzung des Oxidators wird an den Luftmassenstrom (17) angepasst, bzw. ggf. reduziert. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt der Massenstrom der anströmenden Luft (17) und die zusätzliche Einspritzung (16) wird unterbrochen, bzw. beendet. Ggf. kann die zusätzliche Einspritzung (16) wieder gestartet werden. Es wird ggf. auf eine Einspritzung des Treibstoffes (8) über die Regeleinspritzung umgestellt (11).The additional injection of the oxidizer is adapted to the air mass flow (17) or, if necessary, reduced. With increasing speed, the mass flow of the incoming air (17) increases and the additional injection (16) is interrupted or ended. If necessary, the additional injection (16) can be started again. If necessary, the fuel (8) is injected via the control injection (11).

Figur 3b Ramjet: Ausführungsvariante, aufgefächert, mit einfahrbarer EinspritzungFigure 3b Ramjet: Variant, fanned out, with retractable injection

Gegenüber der Ausführungsvariante 3a erfolgt die zusätzliche Einspritzung nicht ausschließlich von fest verbauten Düsen (16), sondern wird durch ein-/ausfahrbare Düsen (26) im Luftmassenstrom (17) unterstützt. Zudem erfolgt die zusätzliche Einspritzung (16, 26) nicht ausschließlich längs, sondern strahlenförmig, bzw. flächig (z.B. über Hohlkegel-, bzw. Zapfen-/ Nadeldüsen). Somit ist in dieser Ausführungsvariante die zusätzliche Einspritzung (16, 26) auf den gesamten Kopf der Brennkammer (4) verteilt.Compared to the variant 3a the additional injection does not take place exclusively from permanently installed nozzles (16), but is carried out by retractable/extendable nozzles (26) in the air mass stream (17) supported. In addition, the additional injection (16, 26) does not take place exclusively in a longitudinal direction, but in a radial or planar manner (eg via hollow cone or pintle/needle nozzles). Thus, in this embodiment variant, the additional injection (16, 26) is distributed over the entire head of the combustion chamber (4).

Die zusätzliche Einspritzung (16, 26) des Oxidators (12) wird an den Luftmassenstrom (17) angepasst, bzw. ggf. reduziert. Mit zunehmender Geschwindigkeit des luftatmenden Triebwerkssystem (1) steigt der Massenstrom der anströmenden Luft (17) und die zusätzliche Einspritzung (16, 26) wird unterbrochen, bzw. beendet. Ggf. kann die zusätzliche Einspritzung (16, 26) bei Bedarf wieder gestartet werden. Die bewegliche Einspritzung (26) wird ggf. eingefahren, bzw. wieder ausgefahren. Es wird ggf. auf eine Einspritzung des Treibstoffes (8) über die Regeleinspritzung (11) umgestellt.The additional injection (16, 26) of the oxidizer (12) is adapted to the air mass flow (17) or, if necessary, reduced. With increasing speed of the air-breathing engine system (1), the mass flow of the incoming air (17) increases and the additional injection (16, 26) is interrupted or ended. If necessary, the additional injection (16, 26) can be started again if required. The movable injection (26) is possibly retracted or extended again. If necessary, the fuel (8) is injected via the control injection (11).

Figur 4a Ramjet: vereinfachte AusführungsvarianteFIG. 4a Ramjet: simplified variant

Um strömungstechnische Widerstände im luftatmenden Triebwerk (1) möglichst zu minimieren und die Triebwerkskonstruktion zu verschlanken, wird auf Düsen und Einbauten an den Außenseiten des luftatmenden Triebwerkes (1) verzichtet. Diese Ausführungsvariante ist zudem dadurch gekennzeichnet, dass auch auf ein-/- ausfahrbare Düsen verzichtet wird. Diese beiden Eigenschaften erzeugen eine stark vereinfachte Ausführungsvariante des Triebwerkskonzeptes. Die gemeinsame zusätzliche Einspritzung (16) des Oxidators (12) mit dem Reduziermittel erzeugt das Gemisch (21) und erfolgt vom Zwischenkörper (22) des luftatmenden Triebwerkes (1). Die Düsen (z.B. Hohlkegeldüsen oder Zapfendüsen) fächern das Gemisch (21) in der Brennkammer (4) auf, in dem unmittelbar eine Zündung (22) erfolgt.In order to minimize flow resistance in the air-breathing engine (1) and to streamline the engine design, there are no nozzles and installations on the outside of the air-breathing engine (1). This embodiment variant is also characterized in that retractable/extendable nozzles are dispensed with. These two properties create a greatly simplified variant of the engine concept. The joint additional injection (16) of the oxidizer (12) with the reducing agent produces the mixture (21) and takes place from the intermediate body (22) of the air-breathing engine (1). The nozzles (e.g. hollow cone nozzles or pintle nozzles) fan out the mixture (21) in the combustion chamber (4), in which ignition (22) takes place immediately.

Der Anteil des Oxidators am Gemisch (21) wird an den Luftmassenstrom (17) angepasst, bzw. ggf. reduziert. Der Luftmassenstrom (17) vermengt sich mit der zusätzlichen Einspritzung (16). Mit Erreichen der erforderlichen Anströmgeschwindigkeit und Dichte des Luftmassenstromes (17) wird die zusätzliche Einspritzung (16) beendet. Erst bei erneutem Unterschreiten der erforderlichen Anströmung wird die zusätzliche Einspritzung (16) erneut gezündet. Es wird ggf. auf eine Einspritzung des Treibstoffes (8) über die Regeleinspritzung (11) umgestellt.The proportion of the oxidizer in the mixture (21) is adapted to the air mass flow (17) or, if necessary, reduced. The air mass flow (17) mixes with the additional injection (16). When the required inflow speed and density of the air mass flow (17) is reached, the additional injection (16) is ended. The additional injection (16) is only ignited again when the flow falls below the required level again. If necessary, the fuel (8) is injected via the control injection (11).

Figur 4b Ramjet: Ausführungsvariante mit innerer ZusatzeinspritzungFigure 4b Ramjet: Variant with internal additional injection

Gegenüber 4a sind in dieser Ausführungsvariante ein-/ausfahrbare Lanzen, bzw. Vorrichtungen zur Zusatzeinspritzung (26) im Luftmassenstrom verfügbar. Um strömungstechnische Widerstände im luftatmenden Triebwerk (1) möglichst zu minimieren und die Triebwerkskonstruktion zu verschlanken, wird auf Düsen und Einbauten an den Außenseiten des luftatmenden Triebwerkes (1) verzichtet. Daher ist die verschiebbare Zusatzeinspritzung (26) innen am Zwischenkörper (22) beweglich befestigt. Die Düsen (z.B. Hohlkegeldüsen oder Zapfendüsen) der zusätzlichen Einspritzung (16 und 26) fächern das Gemisch (21) in der Brennkammer (4) auf, in dem unmittelbar eine Zündung (22) erfolgt.Opposite to 4a retractable/extendable lances or devices for additional injection (26) in the air mass flow are available in this variant. In order to minimize flow resistance in the air-breathing engine (1) and to streamline the engine design, there are no nozzles and installations on the outside of the air-breathing engine (1). Therefore, the slidable additional injection (26) is movably attached to the inside of the intermediate body (22). The nozzles (eg hollow cone nozzles or pintle nozzles) of the additional injection (16 and 26) fan out the mixture (21) in the combustion chamber (4), in which ignition (22) takes place immediately.

Die zusätzliche Einspritzung (16, 26) des Oxidators wird an den Luftmassenstrom (17) angepasst, bzw. ggf. reduziert. Die anströmende Luft (17) strömt in die zusätzliche Einspritzung (16, 26). Mit Erreichen der erforderlichen Anströmgeschwindigkeit und Dichte des Luftmassenstromes (17) wird die zusätzliche Einspritzung (16, 26) beendet. Erst bei erneutem Unterschreiten der erforderlichen Anströmung wird die zusätzliche Einspritzung (16, 26) erneut gezündet. Die bewegliche Einspritzung (26) wird ggf. eingefahren, bzw. wieder ausgefahren. Es wird ggf. auf eine Einspritzung des Treibstoffes (8) über die Regeleinspritzung umgestellt (11).The additional injection (16, 26) of the oxidizer is adapted to the air mass flow (17) or, if necessary, reduced. The incoming air (17) flows into the additional injection (16, 26). When the required inflow speed and density of the air mass flow (17) is reached, the additional injection (16, 26) is ended. The additional injection (16, 26) is only ignited again when the flow falls below the required level again. The movable injection (26) is possibly retracted or extended again. If necessary, the fuel (8) is injected via the control injection (11).

Figur 5a Ramjet: Ausführungsvariante mit Verbrennung (Druckaufladung)Figure 5a Ramjet: Variant with combustion (pressure charging)

Diese Ausführungsvariante mit gestufter Verbrennung verzichtet auf ein-/ausfahrbare Einspritzung. Grundsätzlich sind nach diesem Prinzip weitere Stufen vorstellbar, jedoch wird hierauf zur Vermeidung von zu hohen Strömungswiderständen im Regelbetrieb und einer möglichst einfachen und realisierbaren Lösung in der Darstellung verzichtet.This variant with staged combustion dispenses with retractable/extendable injection. In principle, further stages are conceivable according to this principle, but this is omitted in the illustration in order to avoid excessive flow resistance in normal operation and to provide a solution that is as simple and realizable as possible.

Die Ausführungsvariante mit einem Vorbrennraum (50) erzeugt im luftatmenden Triebwerkssystem (1) vor der hauptsächlichen Brennkammer (4) einen Zusatzschub, bzw. weitere Druckaufladung. Dieses Prinzip entspricht dem Turbolader eines Privat-Kfz, der über den Abgasstrom den Ladedruck der Verbrennung erhöht. Ziel ist die effektivere und vollständigere Verbrennung in der hauptsächlichen Brennkammer (4) bzw. deren Abschirmung gegen eine zu geringe, bzw. schwankende oder ungünstige Anströmung des Luftmassenstromes (17). Auch kann durch die Vorverbrennung (50) eine Überschallverbrennung in der Brennkammer (4) eingeleitet werden, einschließlich verdichtender Druckstöße. Somit kann ein Multimode-Betrieb des luftatmenden Triebwerkssystemes (1) erleichtert werden und das luftatmende Triebwerkssystem (1) mit zunehmender Geschwindigkeit weiter betrieben werden (z.B. bei Vertikalstart von der Erde). Vorteil dieser Konfiguration gegenüber anderen Patenten ist, dass der gesamte anströmende Luftmassenstrom (17) in die Vorverbrennung (50) mit größtmöglichem Druck geführt wird. Es gibt andere Entwicklungsansätze mit innenliegenden Systemen für den Eigenstart (in einem größeren Triebwerkskanal).The design variant with a pre-combustion chamber (50) generates an additional boost or further pressure charging in the air-breathing engine system (1) in front of the main combustion chamber (4). This principle corresponds to the turbocharger of a private car, which increases the charging pressure of the combustion process via the exhaust gas flow. The aim is more effective and more complete combustion in the main combustion chamber (4) or its shielding against an insufficient, fluctuating or unfavorable inflow of the air mass flow (17). Supersonic combustion can also be initiated in the combustion chamber (4) by the pre-combustion (50), including compressing pressure surges. Thus, a multimode operation of the air-breathing engine system (1) can be facilitated and the air-breathing engine system (1) can continue to be operated with increasing speed (for example in the case of a vertical take-off from earth). The advantage of this configuration compared to other patents is that the entire inflowing air mass flow (17) is guided into the precombustion (50) with the greatest possible pressure. There are other devs approaches with internal systems for self-launch (in a larger engine duct).

Bei Startbetrieb ohne ausreichende Anströmung des Luftmassenstromes (17) wird durch zusätzliche Einspritzung (16) des Oxidators mit dem Reduziermittel (8) das Gemisch (52, bzw. 21) für die Verbrennung erzeugt. Die Düsen (z.B. Hohlkegel-, Nadel- oder Zapfendüsen) fächern das Gemisch (52) in den Vorbrennkammern (50) auf, in dem unmittelbar eine Zündung (53) erfolgt. Die Verbrennung erzeugt einen Strömungsdruck auf die hauptsächliche Brennkammer (4). Abhängig des Luftmassenstromes (17) wird wahlweise über die zusätzliche Einspritzung (16) das Gemisch (21) aus Oxidator und Treibstoff eingespritzt, oder über die für den Regelbetrieb vorgesehene Einspritzung (11) lediglich Treibstoff (8) zugedüst. Die Zündung und hauptsächliche Verbrennung erfolgt unter erhöhtem Druck in der Brennkammer (4) effektiver.When starting operation without sufficient inflow of the air mass flow (17), the mixture (52, or 21) for the combustion is produced by additional injection (16) of the oxidizer with the reducing agent (8). The nozzles (e.g. hollow cone, needle or pintle nozzles) fan out the mixture (52) in the pre-combustion chambers (50), in which ignition (53) takes place immediately. The combustion creates a flow pressure on the main combustion chamber (4). Depending on the air mass flow (17), the mixture (21) of oxidizer and fuel is optionally injected via the additional injection (16), or only fuel (8) is injected via the injection (11) provided for control operation. Ignition and main combustion occurs more effectively under increased pressure in the combustion chamber (4).

Die zusätzliche Einspritzung (16, 56) des Oxidators im Gemisch wird an den Luftmassenstrom (17) angepasst, bzw. ggf. reduziert. Die anströmende Luft (17) strömt in die zusätzliche Einspritzung (16, 56). Mit Erreichen der erforderlichen Anströmgeschwindigkeit und Dichte des Luftmassenstromes (17) wird die zusätzliche Einspritzung (16, 56) beendet. Erst bei erneutem Unterschreiten der erforderlichen Anströmung wird die zusätzliche Einspritzung (16, 56) erneut gezündet. Es wird ggf. auf eine Einspritzung des Treibstoffes (8) über die Regeleinspritzung umgestellt (11 und 51).The additional injection (16, 56) of the oxidizer in the mixture is adapted to the air mass flow (17) or, if necessary, reduced. The incoming air (17) flows into the additional injection (16, 56). When the required inflow speed and density of the air mass flow (17) is reached, the additional injection (16, 56) is ended. The additional injection (16, 56) is only ignited again when the flow falls below the required level again. If necessary, the fuel (8) is injected via the control injection (11 and 51).

Figur 5b Ramjet: Ausführungsvariante mit Verbrennung, bewegliche EinspritzungFigure 5b Ramjet: Variant with combustion, flexible injection

Diese Ausführungsvariante entspricht der Ausführungsvariante 5a mit Ausnahme der zusätzlich vorhandenen ein-/ausfahrbaren Einspritzung (26, 57) in der Vorbrennkammer (50) und der ein-/ausfahrbaren Einspritzung (26) der hauptsächlichen Brennkammer (4).This embodiment variant corresponds to the embodiment variant 5a with the exception of the additional retractable/extendable injector (26, 57) in the precombustion chamber (50) and the retractable/extendable injector (26) of the main combustion chamber (4).

Bei Startbetrieb ohne ausreichende Anströmung des Luftmassenstromes (17) wird durch zusätzliche Einspritzung (16) des Oxidators (12) mit dem Reduziermittel / Treibstoff (8) das Gemisch (52) für die Verbrennung erzeugt. Im Luftmassenstrom (17) sind bewegliche Düsen (57) auf drehbaren Lanzen ausgeschwenkt. Das Gemisch (52) in den Vorbrennkammern (50) wird gezündet. Bis zur ausreichenden Versorgung durch den Luftmassenstrom (17) bleibt die bewegliche Zusatzeinspritzung (57) ausgefahren. Analog wird vor der Hauptbrennkammer (4) die bewegliche Zusatzeindüsung (26) in den vorverbrannten Luftmassenstrom (17) eingeschwenkt, bis der zugeströmte Restsauerstoffgehalt des Luftmassenstromes (17) eine Außerbetriebnahme der Zusatzeinspritzung (16 und 26) erlaubt. Durch dieses Prinzip wird der größtmögliche Ausbrand des Luftmassenstromes (17) gewährleistet und der zugeführte Treibstoff (8) vollständig mit größtmöglicher Verdichtung verbrannt. Im Regelbetrieb erfolgt ausschließlich eine Verbrennung über die hauptsächliche Einspritzung (11, 51). Jeweils für Vorbrennkammern (50) und Brennkammer (4).When starting operation without sufficient inflow of the air mass flow (17), the mixture (52) for the combustion is produced by additional injection (16) of the oxidizer (12) with the reducing agent/fuel (8). Movable nozzles (57) are swiveled out on rotatable lances in the air mass flow (17). The mixture (52) in the pre-combustion chambers (50) is ignited. The movable additional injection (57) remains extended until there is sufficient supply by the air mass flow (17). Similarly, in front of the main combustion chamber (4), the movable additional injection (26) is pivoted into the pre-combusted air mass flow (17) until the inflowing residual oxygen content of the air mass flow (17) allows the additional injection (16 and 26) to be deactivated. This principle ensures the greatest possible burnout of the air mass flow (17) and the supplied fuel (8) is completely burned with the greatest possible compression. In regular operation, combustion occurs exclusively via the main injection (11, 51). Each for pre-combustion chambers (50) and combustion chamber (4).

Erst bei erneutem Unterschreiten der erforderlichen Anströmung wird die zusätzliche Einspritzung (16, 26, 56, 57) erneut gezündet. Es wird ggf. auf eine Einspritzung des Treibstoffes (8) über die Regeleinspritzung umgestellt (11).The additional injection (16, 26, 56, 57) is only ignited again when the flow falls below the required level again. If necessary, the fuel (8) is injected via the control injection (11).

Figur 6: Ramjet mit angeschlossener Aerospike-DüseFigure 6: Ramjet with attached aerospike nozzle

Für ein Vertikalstartszenario mit wechselnden Anströmgeschwindigkeiten und Außendrücken ist eine Verwendung eines luftatmenden Triebwerkes (1) in der Fachwelt umstritten und technologisch bisher ungelöst. Im Folgenden wird für diese Ausführungsvariante eine Modifikation durch Kombination mit Leitsystem (6) für zusätzlich anströmenden Luftmassenstrom (17), Verstellsystem (7) für Steuerung eines zusätzlich anströmenden Luftmassenstromes (67), zusätzlicher Einspritzung eines Oxidators in einem Gemisch (21) und dem Schub konventioneller Raketentriebwerke (60) gewählt. Dies entspricht im erweitertem Sinne dem „Heberkonzept‟(Az. 10 2020 006 254.7), des gleichnamigen Anmelders.For a vertical take-off scenario with changing inflow speeds and external pressures, the use of an air-breathing engine (1) is controversial among experts and has not yet been technologically solved. In the following, for this embodiment variant, a modification is described by combining it with a control system (6) for an additional air mass flow (17), an adjustment system (7) for controlling an additional air mass flow (67), an additional injection of an oxidizer in a mixture (21) and the thrust conventional rocket engines (60) selected. In a broader sense, this corresponds to the "lifting concept" (Az. 10 2020 006 254.7) of the applicant of the same name.

Der Oxidator (z.B. O2) zur Versorgung der konventionellen Raketentriebwerke (60) kann dem ohnehin erforderlichen Tank der konventionellen Raketentriebwerke (60) entnommen werden.The oxidizer (eg O 2 ) for supplying the conventional rocket engines (60) can be taken from the tank of the conventional rocket engines (60), which is required in any case.

Ein typisches Geschwindigkeits-Zeitprofil, z.B. einer „Falcon-Heavy“-Rakete liefert für die relevante 1. Stufe der Seitenbuster eine Brenndauer von ca. 150 s mit einer Endgeschwindigkeit von ca. 6.800 km/h und ca. 62 km Höhe. Der allgemein übliche Einsatzbereich von Ramjets wird von Mach 1,5 bis ca. Mach 5 angegeben, d.h. grob ca. 1.800 - 6.000 km/h. Die minimale Anströmgeschwindigkeit wird erst nach ca. 90 s erreicht (ohne zusätzliche Maßnahmen) und nach ca. 150 s mit Trennung der 1. Stufe überschritten (ohne Anpassung). Etwa 60 % der Brenndauer der 1. Stufe unterschreiten den typischen Einsatzbereich von Ramjets. Durch zusätzliche Einspritzung eines Oxidators (8) und eines Leitsystems (6) ist das luftatmende Triebwerkssystem (1) bereits in der überwiegenden Brenndauer der 1. Stufe vor Erreichen von Mach 1,5 einsetzbar. Durch den zusätzlichen Nettoschub der luftatmenden Triebwerke (1) kann die übliche minimale Anströmgeschwindigkeit von Ramjets vorzeitig erreicht werden (Mach 1,5). Mit Erreichen der minimalen Anströmgeschwindigkeit ist ein Weiterbetrieb der konventionellen Raketentriebwerke (60) oder wahlweise der Betrieb weiterer luftatmender Triebwerke möglich, die ohne Zusatzmaßnahmen betrieben werden können. Aufgrund der hohen Veränderlichkeit der Geschwindigkeit ist eine Kombination mit Aerospikes (61) vorteilhaft um energetische Verluste durch Über-/Unterexpansion zu begrenzen. Die vorgeschlagene Kombination ist ideal für den Weiterbetrieb in größeren Höhen.A typical speed-time profile, eg of a "Falcon Heavy" rocket, provides a burning time of approx. 150 s with a final speed of approx. 6,800 km/h and an altitude of approx. 62 km for the relevant 1st stage of the side buster. The general range of use of ramjets is specified from Mach 1.5 to approx. Mach 5, ie roughly approx. 1,800 - 6,000 km/h. The minimum inflow speed is only reached after approx. 90 s (without additional measures) and is exceeded after approx. 150 s with separation of the 1st stage (without adjustment). Approximately 60% of the 1st stage burn time is below the typical range of ramjets. By additionally injecting an oxidizer (8) and a control system (6), the air-breathing engine system (1) can already be used during most of the combustion period of the 1st stage before Mach 1.5 is reached. Due to the additional net thrust of the air-breathing engines (1), the usual minimum face velocity of ramjets can be reached ahead of schedule (Mach 1.5). When the minimum inflow speed is reached, the conventional rocket engines (60) can continue to be operated or alternatively they can be operated rer air-breathing engines possible, which can be operated without additional measures. Due to the high variability of the speed, a combination with aerospikes (61) is advantageous in order to limit energy losses due to over-/under-expansion. The proposed combination is ideal for continued operation at higher altitudes.

Vor Startphase (Phase I) ist die Leiteinrichtung (6) für größtmögliche Anströmung des Luftmassenstromes (17) und eines zusätzlichen Luftmassenstromes (67) ausgefahren. Die bewegliche Zusatzeinspritzung (26) im Ramjet ist ausgefahren, bzw. in Betrieb.Before the starting phase (phase I), the guide device (6) is extended for the greatest possible flow of the air mass flow (17) and an additional air mass flow (67). The movable additional injection (26) in the ramjet is extended or in operation.

In Startphase (Phase II) wird das luftatmende Triebwerkssystem (1) über die Eigenstarthilfe bestehend aus zusätzlicher Einspritzung (16 und 26) gestartet. Oxidator und Reduziermittel werden in einem Gemisch (21) eingespritzt. Zusätzlich tragen die konventionellen Raketentriebwerke (60) zur Beschleunigung auf die minimal erforderliche Anströmgeschwindigkeit bei. In der Phase II steigt der Anteil des anteilig verbrennbaren Luftmassenstromes (17). Die Verstelleinrichtung (7) passt die Leiteinrichtung (6) der Geschwindigkeit an, reduziert und minimiert die Umspülung des luftatmenden Triebwerkssystemes (1), d.h. die Anströmfläche wird reduziert.In the starting phase (phase II), the air-breathing engine system (1) is started using the self-starting aid consisting of additional injection (16 and 26). Oxidizer and reducing agent are injected in a mixture (21). In addition, the conventional rocket engines (60) contribute to the acceleration to the minimum flow velocity required. In phase II, the portion of the proportionately combustible air mass flow (17) increases. The adjustment device (7) adapts the guide device (6) to the speed, reduces and minimizes the flow around the air-breathing engine system (1), i.e. the inflow area is reduced.

In Übergangsphase (Phase III) ist die Anströmgeschwindigkeit bereits vorzeitig durch die Leiteinrichtung (6) erreicht. Die Zusatzeinspritzung (16 und 26) wird deaktiviert und die bewegliche Zusatzeinspritzung (26) eingefahren. Die Einspritzung erfolgt ausschließlich über die hauptsächliche Einspritzung (11) und ausschließlich von Reduziermittel (8) wie z.B. H2 oder CH4. Dies erlaubt den Verzicht auf weitere Einspritzung eines zusätzlichen Oxidators (üblicherweise bis ca. 75% der Gesamtstartmasse der Rakete).In the transitional phase (phase III), the inflow speed has already been reached prematurely by the guide device (6). The additional injection (16 and 26) is deactivated and the movable additional injection (26) is retracted. The injection takes place exclusively via the main injection (11) and exclusively of reducing agent (8), such as H 2 or CH 4 . This means that no further injection of an additional oxidizer (usually up to approx. 75% of the total launch mass of the rocket) is required.

Die Regelbetriebsphase (Phase IV) wird mit Erreichen der minimalen Anströmgeschwindigkeit definiert. Die Leiteinrichtung (6) und Verstelleinrichtung (7) optimiert den Betrieb der luftatmenden Triebwerkssysteme (1).The regular operating phase (phase IV) is defined when the minimum inflow velocity is reached. The guide device (6) and adjusting device (7) optimizes the operation of the air-breathing engine systems (1).

In Phase 5 wird die Maximalgeschwindigkeit überschritten und die abnehmende Luftdichte erfordert einen Weiterbetrieb und Aufschwenken der Leiteinrichtung (6), bzw. erneuten Einsatz der Zusatzeinspritzung (16 und 26).In phase 5, the maximum speed is exceeded and the decreasing air density requires continued operation and swiveling open of the guide device (6), or renewed use of the additional injection (16 and 26).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 000001009927 B1 [0003]EP 000001009927 B1 [0003]
  • US 3514956 [0003]US 3514956 [0003]
  • US 4644746 [0003]US4644746 [0003]
  • US 4930309 [0003]US4930309 [0003]
  • US 6510683 B1 [0003]US 6510683 B1 [0003]
  • US 6786040 B2 [0003]US 6786040 B2 [0003]
  • US 20090158744 A1 [0003]US20090158744A1 [0003]
  • US 4930309 A [0004]US4930309A [0004]

Claims (8)

Vorrichtung zur zusätzlichen Einspritzung eines Oxidators bei luftatmenden Triebwerkssystemen (z.B. Ramjets oder Dual-Mode Ramjets, Scramjets). Dadurch gekennzeichnet, dass in einem luftatmenden Triebwerkssystem (1) durch eine zusätzliche Einspritzung (16, 26, 56, 57) eines Oxidators (12) a) Mittels fest eingebauter Düsen (z.B. Hohlkegeldüsen, Zapfendüsen), bzw. Öffnungen mit Mehrwegezuführung und sich gegenseitig überschneidender Sprühbereiche vor der Brennkammer (4), oder mittels fest eingebauter Düsen und beweglich-geführter Düsen (z.B. Hohlkegeldüsen, Zapfendüsen), bzw.. variabel eingebauter Offnungen zum Luftmassenstrom (17) wahlweise translatorisch, transversal, radial, axial, rotierend, oder koaxial, ein- und ausfahrbar eingedüst wird b) die zusätzliche Einspritzung (16, 26, 56, 57) des Oxidators (12) und oder des Reduziermittels (8) variabel angepasst, dass heißt maximiert, minimiert, unterbrochen, neu gezündet, bzw. gepulst werden kann.Device for the additional injection of an oxidizer in air-breathing engine systems (e.g. ramjets or dual-mode ramjets, scramjets). Characterized in that in an air-breathing engine system (1) by an additional injection (16, 26, 56, 57) of an oxidizer (12) a) by means of permanently installed nozzles (e.g. hollow cone nozzles, pintle nozzles), or openings with multi-path feed and each other overlapping spray areas in front of the combustion chamber (4), or by means of permanently installed nozzles and movably guided nozzles (e.g. hollow cone nozzles, pintle nozzles), or variably installed openings for the air mass flow (17) either in a translatory, transverse, radial, axial, rotating or coaxial manner , retractable and extendable b) the additional injection (16, 26, 56, 57) of the oxidizer (12) and/or the reducing agent (8) is variably adjusted, that is to say maximized, minimized, interrupted, re-ignited or pulsed can be. Vorrichtung nach Anspruch 1. Dadurch gekennzeichnet, dass eine Mess- und Regeleinrichtung (27) den Druck und die Geschwindigkeit des Triebwerks-, bzw. Luftmassenstromes (17) und oder des Brennkammerdruckes misst und hiernach die Steuerung des Einspritzdruckes und der Einspritzrate, tatsächlich aktiver Düsen, sowie veränderlichem Anteil des Reduziermittels / bzw. Treibstoffes (8) und ggf. Oxidators (12) fortlaufend anpasst.device after claim 1 . Characterized in that a measuring and control device (27) measures the pressure and the speed of the engine or air mass flow (17) and/or the combustion chamber pressure and then the control of the injection pressure and the injection rate, actually active nozzles, as well as a variable proportion of the Reducing agent / or fuel (8) and possibly oxidizer (12) continuously adjusts. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. Dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom (17), bzw. die zusätzliche Einspritzung des Reduziermittels (16, 26, 56, 57) in mehreren Brennkammern (4, 50) anteilig oder gestuft verbrannt, bzw. verdichtet oder beschleunigt wird.device after claim 1 or 2 . Characterized in that the air mass flow (17) or the additional injection of the reducing agent (16, 26, 56, 57) in several combustion chambers (4, 50) is burned proportionately or in stages, or is compressed or accelerated. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 und 3. Dadurch gekennzeichnet, dass in einer, oder mehrerer Brennkammern im Überschallbereich verbrannt wird.device after claim 1 , 2 and 3. Characterized in that is burned in one or more combustion chambers in the supersonic range. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. Dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom (17) durch Kombination mit einem konventionellen Raketentriebwerk initiiert, beschleunigt oder aufrechterhalten wird.device after claim 1 or 2 . Characterized in that the air mass flow (17) is initiated, accelerated or maintained by combination with a conventional rocket engine. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. Dadurch gekennzeichnet, dass an luftatmenden Triebwerkssystemen (1) die zusätzlich-variable Einspritzung (16, 26) eines Oxidators mit zusätzlich anströmender Atmosphäre, bzw. Luft betrieben wird, welches über ein Leitsystem (6) reguliert über ein Steuersystem (7) verdichtet und beschleunigt wird.device after claim 1 or 2 . Characterized in that on air-breathing engine systems (1), the additional variable injection (16, 26) of an oxidizer is operated with an additional inflowing atmosphere or air, which is compressed and accelerated via a control system (6) regulated by a control system (7). becomes. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. Dadurch gekennzeichnet, dass luftatmende Triebwerkssysteme (1) mit zusätzlich-variabler Einspritzung (16, 26) eines Oxidators (12) und / oder Reduziermittels (8) mit oder zeitweise mit luftatmenden Triebwerkssystemen ohne zusätzlich-variable Einspritzung eines Oxidators (12) betrieben werden.device after claim 1 or 2 . Characterized in that air-breathing engine systems (1) with additional variable injection (16, 26) of an oxidizer (12) and/or reducing agent (8) are operated with or at times with air-breathing engine systems without additional variable injection of an oxidizer (12). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. Dadurch gekennzeichnet, dass an luftatmenden Triebwerkssystemen (1) mit zusätzlich-variabler Einspritzung (16, 26) eines Oxidators eine Aerospike, bzw. Aerospike-Düse (61) angeordnet wird.device after claim 1 or 2 . Characterized in that an aerospike or aerospike nozzle (61) is arranged on air-breathing engine systems (1) with additional variable injection (16, 26) of an oxidizer.
DE102021000530.9A 2021-02-03 2021-02-03 Propulsion concept for starting and operating air-breathing engine systems (e.g. in ramjets) through the additional, variable introduction of an oxidizer Withdrawn DE102021000530A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021000530.9A DE102021000530A1 (en) 2021-02-03 2021-02-03 Propulsion concept for starting and operating air-breathing engine systems (e.g. in ramjets) through the additional, variable introduction of an oxidizer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021000530.9A DE102021000530A1 (en) 2021-02-03 2021-02-03 Propulsion concept for starting and operating air-breathing engine systems (e.g. in ramjets) through the additional, variable introduction of an oxidizer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021000530A1 true DE102021000530A1 (en) 2022-08-04

Family

ID=82402866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021000530.9A Withdrawn DE102021000530A1 (en) 2021-02-03 2021-02-03 Propulsion concept for starting and operating air-breathing engine systems (e.g. in ramjets) through the additional, variable introduction of an oxidizer

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021000530A1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3514956A (en) 1968-03-11 1970-06-02 William R Bray Injector-ram jet engine
US4644746A (en) 1985-12-30 1987-02-24 L. W. Fleckenstein, Inc. Gas compressor for jet engine
US4930309A (en) 1988-11-03 1990-06-05 Fleck Aerospace Limited Partnership Gas compressor for jet engine
US6510683B1 (en) 1992-09-14 2003-01-28 Ramgen Power Systems, Inc. Apparatus for power generation with low drag rotor and ramjet assembly
US6786040B2 (en) 2002-02-20 2004-09-07 Space Access, Llc Ejector based engines
EP1009927B1 (en) 1997-08-12 2005-03-16 Space Access, L.L.C. Ejector ramjet engine
US20090158744A1 (en) 2007-12-21 2009-06-25 Grossi Fabio G Statically-Operating Ejector Ramjet

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3514956A (en) 1968-03-11 1970-06-02 William R Bray Injector-ram jet engine
US4644746A (en) 1985-12-30 1987-02-24 L. W. Fleckenstein, Inc. Gas compressor for jet engine
US4930309A (en) 1988-11-03 1990-06-05 Fleck Aerospace Limited Partnership Gas compressor for jet engine
US6510683B1 (en) 1992-09-14 2003-01-28 Ramgen Power Systems, Inc. Apparatus for power generation with low drag rotor and ramjet assembly
EP1009927B1 (en) 1997-08-12 2005-03-16 Space Access, L.L.C. Ejector ramjet engine
US6786040B2 (en) 2002-02-20 2004-09-07 Space Access, Llc Ejector based engines
US20090158744A1 (en) 2007-12-21 2009-06-25 Grossi Fabio G Statically-Operating Ejector Ramjet

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602004001691T2 (en) Combination of core engine and ramjet engine with combustion intensified by vortex
DE19903770B4 (en) Gasification burner for a gas turbine engine
DE69829385T2 (en) STAINLESS STEEL ENGINE WITH EJECTOR
DE3909050C1 (en)
EP3098426B1 (en) Adaptive aircraft engine
DE69004547T2 (en) Adaptable combination jet engine for aircraft or spacecraft.
EP4314504B1 (en) Burner for a motor vehicle and motor vehicle comprising at least one such burner
DE102016118783A1 (en) Turbofan engine for a civil supersonic aircraft
AT505060B1 (en) TURBO ENGINE PROPELLER
DE102021001584B4 (en) Burner for a motor vehicle
DE69528012T2 (en) Tube-launched missiles that are supported by air-breathing engines
EP3596327B1 (en) Thrust chamber device and method for operating a thrust chamber device
DE3425352C2 (en) Engine for rockets with ramjet drive and integrated acceleration motor
DE102023135093A1 (en) Aircraft combustion systems
DE102021004807A1 (en) Propulsion concept for combining conventional rocket engines and air-breathing engines (Lifter concept)
EP4314503B1 (en) Method for operating a burner of a motor vehicle
EP0737271B1 (en) Discus-shaped aerodynamic vehicle for use at extremely high velocities
DE102011000383A1 (en) Thruster device for driving e.g. spacecraft, has walls porously formed in injection area, which forms injector for injecting fuel into thrust chamber unit space, so that required fuel is injected during operation of device
DE102021000530A1 (en) Propulsion concept for starting and operating air-breathing engine systems (e.g. in ramjets) through the additional, variable introduction of an oxidizer
DE68906846T2 (en) Construction of a combination drive for two types of functions.
DE102010010265B4 (en) Method of operating a rocket engine and rocket engine
DE102023135095A1 (en) METHOD FOR OPERATING A GAS TURBINE ENGINE
DE1009438B (en) Method and device for carrying out the method for operating a jet engine
EP0688947A1 (en) Injection system for hybrid rocket motor
DE768004C (en) Jet propulsion with supply and combustion of additional fuel

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee