Das Pulsstrahltriebwerk , z. T. auch als Pulsrohr , Pulso-Schubrohr , Pulso-Triebwerk oder Verpuffungsstrahltriebwerk bekannt, ist ein Strahltriebwerk .

Geschichte [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Die historischen deutschen Bezeichnungen fur diesen Antrieb sind Schmidt-Rohr , Argus-Rohr oder auch Argus-Schmidt-Rohr , benannt nach der Berliner Motorenfirma Argus und dem Munchner Erfinder Paul Schmidt . Das Argus-Schmidt-Rohr vom Typ Argus As 014 war der Antrieb fur die im Zweiten Weltkrieg eingesetzten ?fliegenden Bomben“ Fieseler Fi 103 (V1). Der Vorteil dieses Antriebskonzepts liegt in der einfachen und kostengunstigen Fertigung; der wesentliche Nachteil ist die geringe Lebensdauer der Flatterventile (ca. 15 bis 60 Minuten), da sie hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind.

Arbeitsweise [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Pulsstrahltriebwerke arbeiten intermittierend (pulsierend, nicht-kontinuierlich). Das generelle Arbeitsprinzip, das in vier Phasen A bis D unterteilt werden kann, zeigt die Illustration rechts. Das Triebwerk kann auch bei geringen Fluggeschwindigkeiten oder im Stand betrieben werden.

• Ein Pulstriebwerk wird gestartet, indem durch die Blattfeder -Einlassventile (Flatter- oder Jalousieventile) Frischluft in das Triebwerk gelangt und diese mit Kraftstoff in der Brennkammer vermischt wird ? auch Initialzustand genannt → Zustand A).
• Eine Zundkerze entzundet das Brennstoff-Luft-Gemisch, die Verbrennung erzeugt einen schnellen Druckanstieg. Dadurch schließen die Jalousieventile (der Druck hinter ihnen ist großer als vor ihnen) → Zustand B .
• Das expandierende Gas entleert sich durch das Schubrohr nach hinten → Zustand C . Nachdem sich der Uberdruck abgebaut hat, bricht die Gasstromung aufgrund ihrer Tragheit nicht sofort ab, sondern erzeugt einen leichten Unterdruck in der Brennkammer → Zustand D .
• Der Unterdruck in der Brennkammer offnet die Jalousieventile nun wieder und neue Frischluft zieht nach. Bei geringer Fluggeschwindigkeit erfolgt evtl. auch eine schwache Ruckstromung des verbrannten Gases und/oder ein Nachstromen von Frischluft von hinten ? Zustand D . Bei erneutem Einspritzen von Treibstoff beginnt der Ablauf im Triebwerk erneut: Das Frischluft/Treibstoff-Gemisch entzundet sich (ohne Fremdzundung) an den heißen Restgasen D und an der heißen Rohrwandung; der schnelle Druckanstieg der Verbrennung schließt die Jalousieventile wieder → Zustand B .

Unabhangig davon, ob Treibstoff kontinuierlich eingespritzt wird oder nur zu dem Zeitpunkt, zu dem Frischluft verfugbar ist, zundet das Gasgemisch periodisch, sobald es zundfahig ist (ausreichend Frischluft sowie Treibstoff vorhanden), da heiße Restgase oder die heiße Rohrwandung stets ausreichend Zundenergie bereitstellen.

Sowohl der Flammenrucklauf als auch das Nachsaugen von Frischluft (?von hinten“) am Auslass-/Schubrohr kann die Leistungsfahigkeit (Schub) deutlich beeinflussen. Außerdem stromt auch wahrend der Auffullphase und wahrend der Verbrennung ein Teil der Gasmasse nach hinten ab, da das Triebwerk nach hinten stets offen ist. Das frische Gasgemisch entzundet sich ohne Fremdzundung periodisch an den heißen Restgasen und an der heißen Rohrwandung.

Beim Anlassen des Triebwerks wird der pulsierende Triebwerksprozess meist durch Einblasen von Druckluft mit Frischluft versorgt. Auch wird manchmal das Triebwerk samt Fluggerat auf einem Startkatapult durch die Luft bewegt, und der Fahrtwind sorgt fur Frischluft. Das Triebwerk kann aber auch (durch bestimmte Auslegung der Treibstoffversorgung bei großeren Triebwerken) ohne Druckluft, nur mit Hilfe von Frischluftinduktion in Betrieb gesetzt werden.

Charakteristisch fur Pulsstrahltriebwerke sind die große Larmentwicklung (die sich oft in einem tiefen Brummton außert), der hohe Brennstoffverbrauch, hohe Wandungstemperaturen (~1000 °C, je nach Triebwerksgestaltung und Materialstarke rot-orange und sogar bis ins Gelbe hinein gluhender Stahl ) und eine sehr geringe Laufzeit aufgrund der begrenzten Lebensdauer der Flatterventile, sodass sie fur bemannte Luftfahrzeuge bis in die heutige Zeit ungeeignet sind.

Ein Pulsstrahltriebwerk arbeitet im Allgemeinen in akustischer Resonanz zwischen Brennraum und Abstromrohr, die den geometrischen Abmessungen der beteiligten Rohrabschnitte entspricht.

Anwendung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Die wohl bekannteste Verwendung dieser Triebwerksbauweise war der Antrieb der Fieseler Fi 103 (V1) in der Spatphase des Zweiten Weltkriegs , weniger bekannt ist die Einplanung dieser Triebwerksart in einige Flugzeuge wie das nicht realisierte Konzept des Erdkampfflugzeugs Henschel PJ 600/67 1941/1942. Anfang der 1950er stellte Ford in den USA einige ?Fieseler-Ableger“ in Serienproduktion her. Abgewandelte Triebwerke wurden als sogenannte Schwingfeuerheizungen bekannt. ^[1] Bis in die 1980er Jahre wurden diese Heizgerate fur Fahrzeuge der Bundeswehr und des Katastrophenschutzes eingesetzt. Einfache Triebwerke werden mitunter experimentell von Hobbybastlern oder zum Antrieb von Modellflugzeugen verwendet. Zur Anwendung bei militarischen Drohnen wurden in den 2010er Jahren laufende Weiterentwicklungen bekannt. ^{[2] [3]}

Ventillose Triebwerke [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Schon in den 1940er und 1950er Jahren gab es umfangreiche Studien und Versuche, ventillose Verpuffungsstrahltriebwerke zu bauen. Diese gingen auf die fluidischen Ventile zuruck, die Nikola Tesla in den 1920er Jahren entworfen hatte. Hierbei werden die Flatterventile durch ?aerodynamische Ventile“ ersetzt, ^[4] d. h., es gibt keinerlei bewegte Teile, das Triebwerk besteht im Wesentlichen nur aus taillierten Rohrstucken. Das ?Einlassventil“ ist dabei einfach ein Rohrstuck, welches der Verpuffungs-Expansion mehr Widerstand bietet als das Strahlrohr und somit eine Vorzugsrichtung bewirkt.
Als Beispiele sind die ?Escopette“ und ?Ecrevisse“ der Firma SNECMA oder die US-amerikanischen Konstrukteure Lockwood und Hiller (?Lockwood(-Hiller) type jet engine“) zu nennen. Ab Mitte der 1950er Jahre wurden diese Ansatze aber endgultig durch Fest- und Flussigtreibstoff- Raketen , durch Staustrahltriebwerke oder durch Strahltriebwerke verdrangt.

Pulse Detonation Engine [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Aktuell werden wieder eine Reihe von Forschungen im Bereich der ventillosen Verpuffungsstrahltriebwerke durchgefuhrt, insbesondere an solchen, in denen der Verbrennungsvorgang nicht in Form einer Verpuffung, sondern als wesentlich intensivere Detonation ablauft. Diese Bauweise, auch pulse detonation engine (PDE) genannt, verspricht neben den hohen Geschwindigkeiten eines Uberschall- Staustrahltriebwerks zusatzlich einen hoheren Wirkungsgrad bei der Treibstoffumsetzung, da eine explosionsartige Verbrennung ergiebiger ist als eine kontinuierliche. ^[5] Die komplexen thermodynamischen Verhaltnisse bei der Verbrennung lassen sich aber nur schlecht durch Stromungssimulation berechnen.

Mit hoher Frequenz (>1000 Hz) betriebene PDE versprechen auch bei niedrigen Geschwindigkeiten bessere Treibstoffausnutzung, was in Zeiten steigender Energiepreise erhebliche Einsparmoglichkeiten gegenuber Turbojets bedeutet. Daher haben nun auch Pratt & Whitney und General Electric eigene Forschungen an der PDE-Technik begonnen.

Eine Variante sind PDRE ? Pulsed Detonation Rocket Engine ?, die wie bei herkommlichen Flussigtreibstoffraketen Oxidator und Brennstoff mischen, diesen aber nicht kontinuierlich verbrennen, sondern ebenfalls pulsweise zur Explosion bringen. Der mogliche Wirkungsgradgewinn von 5 bis 10 Prozent ware angesichts der hohen Kosten fur den Weltraumtransport von Nutzlasten sehr attraktiv.

Siehe auch [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

• Arten von Luftfahrtantrieben
• Detonation vs. Deflagration (? Verpuffung “)
• Liste von Flugzeugtriebwerken

Literatur [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

• T. Geng, M. A. Schoen, A. V. Kuznetsov, W. L. Roberts: Combined Numerical and Experimental Investigation of a 15-cm Valveless Pulsejet . Hrsg.: Springer. 2007, doi : 10.1007/s10494-006-9032-8 (englisch).  
• Robert J Santoro, Sibtosh Pal: Thrust augmentation measurements using a pulse detonation engine ejector . NASA contractor report, NASA/CR-212191. Hrsg.: NASA Glenn Research Center. 2003, OCLC 56835863 (englisch).  
• Hussain Sadig Hussain: Theoretical and Experimental Evaluation of Pulse Jet Engine . Hrsg.: University of Khartoum. 2008 (englisch, core.ac.uk [PDF; 2,8   MB ]).  

Weblinks [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

• Geschichte, Technik und Fotos u. a. zu PDE und PDRE ( Memento vom 10. April 2012 im Internet Archive )
• Eigenbau-Pulsotriebwerke
• Seite mit Bauplanen und detaillierten Informationen, auch uber ventillose Triebwerke (Archivversion, englisch)
• Death Rattler ? ein Maschinenkunstprojekt mit Pulsejet-Antrieb

Einzelnachweise [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

1. ↑ Friedrich Wilhelm Winter: Technische Warmelehre: Grundlagen und ausgewahlte Anwendungen fur Studium und Praxis . 2. Auflage. Girardet, Essen 1959, DNB   455698074 , S.   309 .  
2. ↑ Russische Patente fur Drohnen: Patent RU2468235C1 : INTERMITTENT-CYCLE AIR-JET ENGINE (ICAJE). Veroffentlicht am 27. November 2012 , Erfinder: AMBROZHEVICH ALEKSANDR VLADIMIROVICH; LAR'KOV SERGEJ NIKOLAEVICH; MIGALIN KONSTANTIN VALENTINOVICH; SIDENKO ALEKSEJ IL'ICH; UZHEGOV PAVEL NIKOLAEVICH. ‌
3. ↑ Patent RU2016121303A : METHOD OF INCREASING REACTIVE THRUST OF VALVELESS PULSEJET ENGINE. Angemeldet am 30. Mai 2016 , veroffentlicht am 5. Dezember 2017 , Erfinder: Никушкин Николай Викторович. ‌ .
4. ↑ Patent US2825203A : Aerodynamic valves. Angemeldet am 24. Juni 1952 , veroffentlicht am 4. Marz 1958 , Anmelder: Snecma, Erfinder: Jean H. Bertin, Alexander A. R. G. Mihail. ‌
5. ↑ Ramjet, Scramjet & PDE an Introduction ( Memento vom 18. November 2006 im Internet Archive ) (franz.)