Schema eines ventilgesteuerten Pulsstrahltriebwerks. 1 – Luft strömt durch ein Ventil ein und wird mit Kraftstoff vermischt. 2 – Das Gemisch wird gezündet, dehnt sich aus, schließt das Ventil und tritt durch das Abgasrohr aus, wodurch Schub erzeugt wird. 3 – Unterdruck im Triebwerk öffnet das Ventil und saugt Luft an.

Ein Pulsstrahltriebwerk ist ein Strahltriebwerk, bei dem die Verbrennung pulsierend erfolgt . Es kann mit wenigen [ 1 ] oder gar keinen beweglichen Teilen [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] gebaut werden und ist statisch lauffähig (d. h., es benötigt keine Luftzufuhr, typischerweise durch Vorwärtsbewegung). [ 5 ] Das bekannteste Beispiel ist das Argus AS 109-014, das die V-1-Flugbombe des nationalsozialistischen Deutschlands antrieb .

Pulsstrahltriebwerke sind eine leichte Form des Strahlantriebs, weisen aber in der Regel ein schlechtes Verdichtungsverhältnis auf und liefern daher einen niedrigen spezifischen Impuls .

Die beiden Haupttypen von Pulsstrahltriebwerken nutzen die Resonanzverbrennung und formen aus den Verbrennungsprodukten einen pulsierenden Abgasstrahl, der intermittierend Schub erzeugt.

Das herkömmliche Pulsstrahltriebwerk mit Ventilen verfügt über Einwegventile, durch die die einströmende Luft strömt. [ 6 ] Bei der Zündung des Kraftstoffgemisches schließen sich die Ventile, sodass die erhitzten Gase nur noch durch das Abgasrohr austreten können und so Vorwärtsschub erzeugen.

Der zweite Typ ist das ventillose Pulsstrahltriebwerk. [ 7 ] Die technischen Bezeichnungen für dieses Triebwerk lauten akustisches Pulsstrahltriebwerk oder aerodynamisch gesteuertes Pulsstrahltriebwerk.

Ein bemerkenswerter Forschungszweig ist der Pulsdetonationsmotor , bei dem wiederholte Detonationen im Motor stattfinden, wodurch potenziell eine hohe Kompression und ein recht guter Wirkungsgrad erreicht werden können.

Geschichte

Ramón Casanova und das von ihm 1917 konstruierte und patentierte Pulsstrahltriebwerk

Der russische Erfinder und pensionierte Artillerieoffizier Nikolaj Afanasievich Teleshov patentierte 1867 einen Dampfpulsstrahlmotor, während der schwedische Erfinder Martin Wiberg ebenfalls Anspruch darauf erhebt, den ersten Pulsstrahlmotor in Schweden erfunden zu haben, doch die Details sind unklar.

Der erste funktionierende Pulsstrahltriebwerk wurde 1906 von dem russischen Ingenieur VV Karavodin patentiert, der 1907 ein funktionsfähiges Modell fertigstellte.

Der französische Erfinder Georges Marconnet patentierte 1908 seinen ventillosen Pulsstrahltriebwerk. Er gilt als Vorläufer aller ventillosen Pulsstrahltriebwerke. Ende der 1940er Jahre experimentierte die französische Antriebsforschungsgruppe Société Nationale d'Étude et de Construction de Moteurs d'Aviation ( SNECMA ) mit dem ventillosen Pulsstrahltriebwerk.

Ramón Casanova patentierte 1917 in Ripoll , Spanien , in Barcelona ein Pulsstrahltriebwerk, nachdem er bereits 1913 mit dem Bau eines solchen begonnen hatte. Robert Goddard erfand 1931 ein Pulsstrahltriebwerk und demonstrierte es an einem strahlgetriebenen Fahrrad. [ 8 ] Der Ingenieur Paul Schmidt entwickelte ein effizienteres Design durch Modifikation der Einlassventile (oder -klappen) und erhielt dafür 1933 staatliche Unterstützung vom deutschen Luftfahrtministerium. [ 9 ]

Der erste weitverbreitete Einsatz des ventillosen Pulsstrahltriebwerks erfolgte bei der niederländischen Drohne Aviolanda AT-21 [ 10 ].

Argus As 109-014

Argus AS 014 Pulsstrahltriebwerk einer V-1-Flugbombe im Royal Air Force Museum London

1934 schlugen Georg Hans Madelung und der Münchner Paul Schmidt dem Reichsluftfahrtministerium eine „fliegende Bombe“ vor, die von Schmidts Pulsstrahltriebwerk angetrieben werden sollte. Schmidts Prototyp wurde vom Reichsluftfahrtministerium abgelehnt, da es aus taktischer Sicht kein Interesse daran hatte und ihn als technisch fragwürdig einstufte. Im Gegensatz zur späteren V-1, bei der das Triebwerk über dem Gefechtskopf und dem Rumpf angeordnet war, war Schmidts ursprünglicher Entwurf für das Pulsstrahltriebwerk in einem Rumpf untergebracht, ähnlich wie bei einem modernen Düsenjäger. [ 11 ]

Die Firma Argus begann ihre Arbeit auf der Grundlage von Schmidts Forschung. Weitere deutsche Hersteller, die an ähnlichen Pulsstrahltriebwerken und fliegenden Bomben arbeiteten, waren die Firma Askania , Robert Lusser von Fieseler , Dr. Fritz Gosslau von Argus und die Firma Siemens , die alle gemeinsam an der Entwicklung der V-1 arbeiteten. [ 9 ]

Nachdem Schmidt nun für Argus arbeitete, wurde das Pulsstrahltriebwerk perfektioniert und erhielt offiziell die RLM- Bezeichnung Argus As 109-014. Der erste unbemannte Abwurf erfolgte am 28. Oktober 1942 in Peenemünde , der erste Triebwerksflug am 10. Dezember 1942 und der erste Triebwerksstart am 24. Dezember 1942. [ 12 ]

Das Pulsstrahltriebwerk erwies sich als hervorragendes Kosten-Nutzen-Verhältnis: eine einfache Konstruktion mit hoher Leistung zu minimalen Kosten. [ 9 ] Es konnte mit jeder Benzinsorte betrieben werden, und das Zündklappensystem war nicht für eine längere Lebensdauer als die normale Flugdauer der V-1 von einer Stunde ausgelegt. Obwohl der Resonanzstrahl der V-1 für den Start nicht genügend Schub erzeugte, konnte er im Stand auf der Startrampe betrieben werden. Die einfache Resonanzkonstruktion, basierend auf dem Verhältnis von Durchmesser zu Länge des Abgasrohrs (8,7:1), sorgte für die Aufrechterhaltung des Verbrennungszyklus und erreichte eine stabile Resonanzfrequenz von 43 Schwingungen pro Sekunde . Das Triebwerk erzeugte 2.200 N (490 lbf ) statischen Schub und etwa 3.300 N (740 lbf ) im Flug. [ 9 ]

Die Zündung des Argus As 014 erfolgte durch eine einzelne Kfz-Zündkerze, die etwa 75 cm hinter dem vorderen Ventilblock montiert war. Der Zündfunke diente ausschließlich dem Startvorgang des Motors; wie alle Pulsstrahltriebwerke benötigte auch der Argus As 014 keine Zündspulen oder Magnetzünder – die Zündquelle war der Nachhall des vorhergehenden Feuerballs während des Betriebs. Das Motorgehäuse lieferte nicht genügend Hitze für eine dieselartige Zündung des Kraftstoffs , da in einem Pulsstrahltriebwerk nur eine geringe Kompression herrscht.

Die Ventilanordnung Argus As 014 basierte auf einem Verschlusssystem, das mit 47 Zyklen pro Sekunde arbeitete. [ 12 ]

Drei Luftdüsen an der Vorderseite des Argus As 014 waren an eine externe Hochdruckquelle angeschlossen, um den Motor zu starten. Als Zündbrennstoff diente Acetylen . Die Techniker mussten ein Stück Holz oder Pappe in das Abgasrohr einsetzen, um die Diffusion des Acetylens vor der vollständigen Zündung zu verhindern. Sobald der Motor gezündet und die Mindestbetriebstemperatur erreicht war, wurden die externen Schläuche und Anschlüsse entfernt.

Da die V-1 ein Marschflugkörper war, besaß sie kein Fahrwerk. Stattdessen wurde die Argus As 014 von einer geneigten Rampe aus gestartet, die von einem dampfbetriebenen Kolbenkatapult angetrieben wurde. Die Dampfkraft für den Kolbenantrieb wurde durch die heftige exotherme chemische Reaktion erzeugt, die bei der Verbindung von Wasserstoffperoxid und Kaliumpermanganat ( T-Stoff und Z-Stoff genannt) entsteht.

Die wichtigste militärische Anwendung des Pulsstrahltriebwerks, die mit der Serienproduktion des Argus As 014 (des ersten Pulsstrahltriebwerks überhaupt) einherging, war der Einsatz in der V-1-Flugbombe . Das charakteristische Dröhnen des Triebwerks brachte ihm die Spitznamen „Buzz Bomb“ oder „Doodlebug“ ein. Die V-1 war ein deutscher Marschflugkörper, der im Zweiten Weltkrieg eingesetzt wurde und vor allem beim Bombenangriff auf London 1944 bekannt wurde. Pulsstrahltriebwerke waren aufgrund ihrer geringen Kosten und einfachen Konstruktion die naheliegende Wahl für die Konstrukteure der V-1 angesichts der Materialknappheit und der überlasteten Industrie der Deutschen zu diesem Zeitpunkt des Krieges. Konstrukteure moderner Marschflugkörper verwenden keine Pulsstrahltriebwerke mehr, sondern bevorzugen Turbojets oder Raketentriebwerke . Die einzigen anderen Anwendungen des Pulsstrahltriebwerks, die im nationalsozialistischen Deutschland bis zur Hardware-Phase gelangten, waren die Messerschmitt Me 328 und ein experimentelles Einpersonenfluggerät-Projekt für das deutsche Heer .

Die Techniker auf dem Wright Field entwickelten die V-1 anhand der Überreste einer in Großbritannien nicht detonierten Bombe. Daraus entstand die JB-2 Loon , deren Flugzeugzelle von Republic Aviation und deren Argus AS 014-Pulsstrahltriebwerk (in den USA als PJ31 bekannt) von der Ford Motor Company gefertigt wurde .

General Hap Arnold von den United States Army Air Forces äußerte Bedenken, dass diese Waffe aus Stahl und Holz in 2000 Arbeitsstunden und zu Kosten von etwa 600 US-Dollar (entspricht 11.163 US-Dollar im Jahr 2025) hergestellt werden könnte. [ 9 ]

Welle

Im Jahr 2024 lieferte die Wave Engine Corporation, ein Spin-off der University of Maryland, vier ihrer J-1-Triebwerke an einen Kunden aus. Das J-1 ist ein digital gesteuertes Pulsstrahltriebwerk für den Einsatz in unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs). [ 13 ]

Design

Animation eines Pulsstrahltriebwerks

Pulsstrahltriebwerke zeichnen sich durch ihre Einfachheit, geringe Baukosten und einen hohen Geräuschpegel aus. Obwohl das Schub-Gewichts-Verhältnis exzellent ist, ist der spezifische Treibstoffverbrauch sehr hoch. Das Pulsstrahltriebwerk nutzt den Lenoir-Kreisprozess , der – im Gegensatz zum Otto -Kreisprozess mit Kolben oder dem Brayton-Kreisprozess mit Kompressionsturbine – die Kompression durch akustische Resonanz in einem Rohr erzeugt. Dies begrenzt das maximale Vordruckverhältnis auf etwa 1,2:1.

Aufgrund ihres hohen Geräuschpegels sind sie in der Regel für andere Anwendungen als militärische und ähnlich eingeschränkte Bereiche unpraktisch. [ 10 ] Allerdings werden Pulsstrahltriebwerke in großem Umfang als industrielle Trocknungssysteme eingesetzt, und es gibt ein wiederauflebendes Interesse an der Erforschung dieser Triebwerke für Anwendungen wie Hochleistungsheizung, Biomasseumwandlung und alternative Energiesysteme, da Pulsstrahltriebwerke mit nahezu allen brennbaren Brennstoffen betrieben werden können, einschließlich partikelförmiger Brennstoffe wie Sägemehl oder Kohlenstaub.

Pulsstrahltriebwerke wurden zur Fortbewegung experimenteller Hubschrauber eingesetzt, wobei die Triebwerke an den Rotorblattspitzen angebracht waren. Im Vergleich zu Turbinen- oder Kolbenmotoren bieten Pulsstrahltriebwerke den Vorteil, dass sie kein Drehmoment auf den Rumpf ausüben , da sie die Kraft nicht auf die Rotorwelle, sondern auf die Rotorspitzen übertragen. Dadurch kann ein Hubschrauber ohne Heckrotor und dessen zugehöriges Getriebe und Antriebswelle gebaut werden, was die Konstruktion vereinfacht ( die zyklische und kollektive Steuerung des Hauptrotors ist weiterhin erforderlich). Dieses Konzept wurde bereits 1947 in Betracht gezogen, als die American Helicopter Company mit der Entwicklung ihres Hubschrauberprototyps XA-5 Top Sergeant begann , der von Pulsstrahltriebwerken an den Rotorblattspitzen angetrieben wurde. [ 14 ] Der Erstflug des XA-5 fand im Januar 1949 statt, gefolgt vom XA-6 Buck Private mit demselben Pulsstrahltriebwerk. Ebenfalls 1949 entwickelte und testete Hiller Helicopters den Hiller Powerblade, den weltweit ersten Heißzyklus-Druckstrahlrotor. Hiller wechselte zu Staustrahltriebwerken an den Rotorspitzen, doch American Helicopter entwickelte im Auftrag der US-Armee den XA-8. Dieser absolvierte seinen Erstflug 1952 und war als XH-26 Jet Jeep bekannt . Er nutzte XPJ49-Pulsstrahltriebwerke an den Rotorspitzen. Der XH-26 erfüllte alle wichtigen Konstruktionsziele, doch die Armee stellte das Projekt aufgrund des unakzeptablen Lärmpegels der Pulsstrahltriebwerke und der Tatsache ein, dass der Luftwiderstand der Triebwerke an den Rotorspitzen Autorotationslandungen erheblich erschwerte. Es wurde behauptet, dass der Rotorspitzenantrieb die Produktionskosten von Drehflüglern auf ein Zehntel der Kosten konventionell angetriebener Drehflügler senken würde. [ 10 ]

Pulsstrahltriebwerke wurden auch in Fessel- und funkgesteuerten Modellflugzeugen eingesetzt . Der Geschwindigkeitsrekord für Fessel-Modellflugzeuge mit Pulsstrahltriebwerk liegt bei über 322 km/h (200 Meilen pro Stunde).

Die Geschwindigkeit eines frei fliegenden, funkgesteuerten Pulsstrahltriebwerks ist durch die Einlasskonstruktion des Triebwerks begrenzt. Bei etwa 450 km/h (280 mph) schließen die Ventilsysteme der meisten Triebwerke aufgrund des Staudrucks nicht mehr vollständig, was zu Leistungsverlusten führt.

Die variable Ansauggeometrie ermöglicht es dem Motor, bei den meisten Drehzahlen seine volle Leistung zu erbringen, indem sie für die jeweilige Eintrittsgeschwindigkeit der Luft in das Pulsstrahltriebwerk optimiert wird. Ventillose Konstruktionen sind weniger anfällig für Staudruck als andere Bauarten, da sie nie darauf ausgelegt waren, den Luftaustritt aus dem Ansaugkanal zu unterbrechen, und können die Leistung bei hohen Drehzahlen deutlich steigern.

Ein weiteres Merkmal von Pulsstrahltriebwerken ist die Möglichkeit, ihren Schub durch einen speziell geformten, hinter dem Triebwerk angebrachten Kanal zu erhöhen. Dieser Kanal wirkt wie ein ringförmiger Flügel , der den pulsierenden Schub durch Nutzung der aerodynamischen Kräfte im Abgas des Pulsstrahltriebwerks ausgleicht. Der Kanal, üblicherweise als Schubverstärkung bezeichnet, kann den Schub eines Pulsstrahltriebwerks ohne zusätzlichen Treibstoffverbrauch deutlich erhöhen. Schubsteigerungen von bis zu 100 % sind möglich, was zu einer wesentlich höheren Treibstoffeffizienz führt . Je größer der Schubverstärkungskanal jedoch ist, desto höher ist der erzeugte Luftwiderstand, und er ist nur in bestimmten Drehzahlbereichen effektiv.

Welle

Der J-1 ist ein U-förmiges Triebwerk für unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) mit einem zulässigen Gesamtgewicht von bis zu 90 kg. Es wiegt 8,2 kg und misst 14 x 32 x 163 cm. Es kann mit Kraftstoffen wie Benzin, E85-Bioethanol oder Kerosin betrieben werden. Sein Schub erreicht bis zu 240 N. Bei der Zündung des Kraftstoffs drücken die erhöhte Temperatur und der Druck heiße Gase aus dem Triebwerk und erzeugen so Schub. Das entstehende Unterdruck saugt Frischluft an und bereitet den nächsten Schubimpuls vor. [ 13 ] Die Triebwerksfamilie wurde bei Geschwindigkeiten von bis zu 320 km/h getestet. [ 13 ]

Wave arbeitet an einem zweiten Triebwerk, dem K-1, das bis zu 220 lbf (980 N) Schub für Nutzlasten bis zu 1.000 lb (450 kg) liefern soll. Das Unternehmen behauptet, dass dies größeren kommerziellen Anwendungen und einer neuen Klasse von VTOL-Flugzeugen zugutekommen wird .

Betrieb

Ventilkonstruktionen

Schema eines Pulsstrahltriebwerks. Erster Teil des Zyklus: Luft strömt durch den Einlass (1) und wird mit Treibstoff (2) vermischt. Zweiter Teil: Das entzündete Treibstoff-Luft-Gemisch dehnt sich aus, schließt das Ventil (3) und tritt durch das Auspuffrohr (4) aus, wodurch das Fluggerät angetrieben wird.

Pulsstrahltriebwerke mit Ventilsteuerung nutzen ein mechanisches Ventil, um den Abgasstrom zu regulieren. Dadurch wird das heiße Abgas ausschließlich durch das Auspuffrohr nach hinten ausgestoßen, während Frischluft und zusätzlicher Kraftstoff durch den Ansaugkanal nachströmen können. Die Trägheit des austretenden Abgases erzeugt nach jeder Detonation für einen Bruchteil einer Sekunde ein Teilvakuum. Dies führt zwischen den Impulsen zu einer Ansaugung von zusätzlicher Luft und Kraftstoff.

Das ventilgesteuerte Pulsstrahltriebwerk verfügt über einen Einlass mit einer Einwegventilanordnung. Die Ventile verhindern, dass die explosiven Gase des gezündeten Kraftstoffgemisches aus dem Brennraum austreten und den Ansaugluftstrom stören. Allerdings kommt es bei allen praxistauglichen ventilgesteuerten Pulsstrahltriebwerken im Stillstand oder bei niedriger Drehzahl zu einem gewissen Rückstoß, da die Ventile nicht schnell genug schließen können, um den Austritt von Gasen durch den Einlass vollständig zu verhindern. Die überhitzten Abgase werden durch ein akustisch resonantes Abgasrohr abgeführt.

Das Einlassventil ist typischerweise ein Membranventil . Die zwei gebräuchlichsten Ausführungen sind das Gänseblümchenventil und das rechteckige Ventilgitter. Ein Gänseblümchenventil besteht aus einer dünnen Materialplatte, die als Membran dient und in Form einer stilisierten Gänseblümchenblüte mit sich zu den Enden hin verbreiternden „Blütenblättern“ geschnitten ist. Jedes „Blütenblatt“ verschließt an seiner Spitze eine kreisrunde Einlassöffnung. Das Gänseblümchenventil wird mittig am Ansaugkrümmer verschraubt. Obwohl es in kleinem Maßstab einfacher herzustellen ist, ist es weniger effektiv als ein Ventilgitter.

Die Zyklusfrequenz hängt primär von der Motorlänge ab. Bei einem kleinen Modellmotor liegt sie bei etwa 250 Impulsen pro Sekunde, während sie bei einem größeren Motor, wie dem der deutschen V-1 , eher bei 45 Impulsen pro Sekunde liegt. Der erzeugte niederfrequente Schall führte dazu, dass die Flugkörper den Spitznamen „Buzz Bombs“ erhielten.

Ventillose Konstruktionen

Ventillose Pulsstrahltriebwerke besitzen keine beweglichen Teile und steuern den Abgasstrom ausschließlich durch ihre Geometrie. Sie stoßen Abgase sowohl über den Einlass als auch über den Auslass aus, wobei der größte Teil der erzeugten Kraft durch den breiteren Auslassquerschnitt entweicht. Die größere Masse, die den breiteren Auslass verlässt, besitzt eine höhere Trägheit als die rückwärts gerichtete Strömung aus dem Einlass. Dadurch entsteht nach jeder Detonation für einen Bruchteil einer Sekunde ein Unterdruck, der die Strömung im Einlass in die richtige Richtung umkehrt und somit mehr Luft und Kraftstoff ansaugt. Dieser Vorgang wiederholt sich dutzende Male pro Sekunde.

Das ventillose Pulsstrahltriebwerk arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie das ventilbehaftete, wobei die „Ventilfunktion“ durch die Triebwerksgeometrie gegeben ist. Kraftstoff, entweder gasförmig oder als zerstäubter Flüssigkeitsstrahl, wird entweder mit der Ansaugluft vermischt oder direkt in den Brennraum eingespritzt . Zum Starten des Motors werden üblicherweise Druckluft und eine Zündquelle, beispielsweise eine Zündkerze, für das Kraftstoff-Luft-Gemisch benötigt. Bei modernen Motorenkonstruktionen lässt sich nahezu jede Bauart durch Zufuhr von Kraftstoff und Zündfunken selbststartend gestalten, sodass der Motor ohne Druckluft startet. Im Betrieb benötigt der Motor lediglich Kraftstoffzufuhr, um einen sich selbst erhaltenden Verbrennungsprozess aufrechtzuerhalten.

Der Verbrennungszyklus umfasst je nach Motor fünf oder sechs Phasen: Ansaugen, Verdichten, Kraftstoffeinspritzung (optional), Zünden, Verbrennung und Ausstoßen.

Ausgehend von der Zündung im Brennraum wird durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ein hoher Druck erzeugt.

Die Trägheitsreaktion dieses Gasstroms erzeugt Schub im Triebwerk, der zum Antrieb eines Flugzeugs oder eines Rotorblatts genutzt wird. Die Trägheit des Abgases führt zu einem Unterdruck in der Brennkammer. Dieser Druck ist geringer als der Einlassdruck (vor dem Rückschlagventil), wodurch die Ansaugphase des Zyklus beginnt.

Bei den einfachsten Pulsstrahltriebwerken erfolgt die Kraftstoffzufuhr über ein Venturi-Rohr , das den Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter ansaugt. Bei komplexeren Triebwerken kann der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt werden. Während der Ansaugphase wird zerstäubter Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt, um das durch den Austritt der vorherigen Flammenkugel entstandene Vakuum zu füllen. Der zerstäubte Kraftstoff versucht, das gesamte Rohr einschließlich des Abgasrohrs zu füllen. Dadurch kommt es im hinteren Bereich des Brennraums zu einer Art „Verdampfung“ des zerstäubten Kraftstoffs, wenn dieser mit den heißen Gasen der vorhergehenden Gassäule in Kontakt kommt. Diese Verdampfung schließt die Membranventile oder, bei ventillosen Konstruktionen, unterbricht den Kraftstofffluss, bis sich ein Vakuum bildet und der Zyklus sich wiederholt.

Ventillose Pulsstrahltriebwerke gibt es in verschiedenen Formen und Größen, wobei unterschiedliche Ausführungen für verschiedene Anwendungsbereiche geeignet sind. Ein typisches ventilloses Triebwerk verfügt über ein oder mehrere Ansaugrohre, einen Brennraum und ein oder mehrere Abgasrohre.

Das Ansaugrohr saugt Luft an, vermischt sie mit Kraftstoff zur Verbrennung und steuert gleichzeitig den Abgasausstoß wie ein Ventil, indem es den Durchfluss begrenzt, aber nicht vollständig unterbindet. Während der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird der größte Teil des expandierenden Gases durch das Abgasrohr des Motors ausgestoßen. Da die Ansaugrohre auch während des Abgaszyklus des Motors Gase ausstoßen, sind die Ansaugöffnungen bei den meisten ventillosen Motoren nach hinten gerichtet, sodass der erzeugte Schub den Gesamtschub erhöht, anstatt ihn zu verringern.

Die Verbrennung erzeugt zwei Druckwellenfronten, eine wandert durch das längere Abgasrohr, die andere durch das kurze Ansaugrohr. Durch eine optimale Systemabstimmung (durch die richtige Auslegung der Motorabmessungen) lässt sich ein Resonanzverbrennungsprozess erzielen.

Ein optimal konstruierter ventilloser Motor zeichnet sich durch hervorragende Flugeigenschaften aus, da er keine Ventile besitzt und der Staudruck bei hohen Geschwindigkeiten im Gegensatz zu einem Motor mit Ventilen nicht zum Stillstand des Motors führt. Solche Motoren erreichen höhere Höchstgeschwindigkeiten; einige fortschrittliche Konstruktionen sind sogar in der Lage, Mach 0,7 oder mehr zu erreichen.

Der Vorteil von akustischen Pulsstrahltriebwerken liegt in ihrer Einfachheit. Da sie keine beweglichen Teile besitzen , die verschleißen können, sind sie wartungsfreundlicher und einfacher zu konstruieren.

Rotierend

Ein Rotationspulsstrahltriebwerk besteht aus einem Schwungrad mit einer Reihe von Pulsstrahltriebwerken, die am Rotor angebracht sind. Die Kraftstoffventile öffnen und schließen sich und werden bei jeder Umdrehung, die die Welle antreibt, gezündet. [ 15 ]

Anwendungen

Pulsstrahltriebwerke werden heute in Zieldrohnen , Modellflugzeugen (sowie funkgesteuerten Flugzeugen), Nebelgeneratoren [ 16 ] , industriellen Trocknungsanlagen [ 17 ] und Heizgeräten für Privathaushalte eingesetzt. Da Pulsstrahltriebwerke eine effiziente und einfache Methode zur Umwandlung von Brennstoff in Wärme darstellen, werden sie in neuen industriellen Anwendungen wie der Biomasseumwandlung sowie in Kessel- und Heizsystemen erforscht.

Vorgeschlagene Verbesserungen

Einige Forscher arbeiten weiterhin an verbesserten Konstruktionen. Die Triebwerke lassen sich aufgrund von Lärm und Vibrationen nur schwer in bemannte Verkehrsflugzeuge integrieren, obwohl sie in kleineren, unbemannten Fahrzeugen hervorragende Ergebnisse erzielen.

Das Pulsdetonationstriebwerk (PDE) stellt einen neuen Ansatz für nicht-kontinuierliche Strahltriebwerke dar und verspricht, zumindest bei sehr hohen Geschwindigkeiten, eine höhere Treibstoffeffizienz im Vergleich zu Turbofan -Triebwerken. Pratt & Whitney und General Electric betreiben derzeit aktive PDE-Forschungsprogramme. Die meisten dieser Programme nutzen Pulsstrahltriebwerke, um Ideen in der frühen Entwicklungsphase zu testen.

Boeing besitzt eine eigene Pulsstrahltriebwerkstechnologie namens Pulse Ejector Thrust Augmentor (PETA), die den Einsatz von Pulsstrahltriebwerken für den Senkrechtstart und -landung in militärischen und zivilen VTOL- Flugzeugen vorsieht. [ 18 ]

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ „Pulsdetonationsmotor“ . Gofurther.utsi.edu. Archiviert vom Original am 4. September 2014. Abgerufen am 3. März 2014 .
  2. ^ „Google News“ . Abgerufen am 23. Februar 2016 .
  3. ^ „Patent US6216446 – Ventilloses Pulsstrahltriebwerk mit nach vorne gerichtetem Einlasskanal – Google Patents“ . Abgerufen am 3. März 2014 .
  4. ^ „Ventilloses Pulsstrahltriebwerk“ . Home.no. Archiviert vom Original am 6. September 2013. Abgerufen am 3. März 2014 .
  5. ^ „Projekt Squid – Technisches Memorandum Nr. Pr.-4 – Das Aero-Resonator-Triebwerk der V-1-Flugbombe“ (PDF) . apps.dtic.mil . 30. Juni 1948.
  6. ^ „Impulsdetonationsstrahlantrieb“ .
  7. Geng , T.; Schoen, MA; Kuznetsov, AV; Roberts, WL (2007). „Kombinierte numerische und experimentelle Untersuchung eines 15 cm langen ventillosen Pulsstrahltriebwerks“. Flow, Turbulence and Combustion . 78 (1): 17–33 . Bibcode : 2007FTC....78...17G . doi : 10.1007/s10494-006-9032-8 . S2CID 122906134 . 
  8. ^ US-Patent 1,980,266
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  10. ^ a b c Jan Roskam, Chuan-Tau Edward Lan; Flugzeugaerodynamik und -leistung , DARcorporation: 1997, ISBN 1-884885-44-6711 Seiten
  11. ^ Kay, Antony L. (2002). Deutsche Strahltriebwerks- und Gasturbinenentwicklung 1930–1945 . Airlife Publishing Ltd., S.  239–240 . ISBN 9781840372946Die
  12. ^ Zaloga , Steven J (2005) . Fliegende Bombe V-1, 1942-52 . Fischadler. S.  9–11 . ISBN 978-1841767918Die
  13. ^ a b c Weiss, CC (11. Juli 2024). „Feuer spuckendes Pulsstrahltriebwerk liefert hohen Schub zu niedrigen Kosten“ . New Atlas . Abgerufen am 24. August 2024 .
  14. ^ „Auszug aus Flugbericht vom 12. Mai 1949“ (PDF) . flightglobal.com . Abgerufen am 31. August 2014 .
  15. ^ https://conceptengine.tripod.com/conceptengine/id2.html
  16. ^ Zhang, Aiqi; Xu, Linyun; Jin, Jing; Zhou, Hongping; Yi, Shannan (1. Dezember 2022). „Rückkopplungseffekte der Pestizid-Flusszerstäubung auf die Betriebseigenschaften von Pulsmotoren“ . Crop Protection . 162 106094. Bibcode : 2022CrPro.16206094Z . doi : 10.1016/j.cropro.2022.106094 . ISSN 0261-2194 . 
  17. ^ Meng, Xiangmei; de Jong, Wiebren; Kudra, Tadeusz (1. März 2016). „Ein aktueller Überblick über die Pulsverbrennung: Prinzipien, Modellierung, Anwendungen und Forschungs- und Entwicklungsfragen“ . Renewable and Sustainable Energy Reviews . 55 : 73–114 . Bibcode : 2016RSERv..55...73M . doi : 10.1016/j.rser.2015.10.110 . ISSN 1364-0321 . Abgerufen am 9. Oktober 2024 . 
  18. ^ Diaz, Jesus (28. Juli 2011). „Boeings Millennium Falcon schwebt mit Nazi-Technologie“ . Wired .

Weiterführende Literatur

  • Aeronautical Engineering Review , Institute of the Aeronautical Sciences (US): 1948, vol. 7.
  • George Mindling, Robert Bolton: Taktische Raketen der US-Luftwaffe: 1949–1969: Die Pioniere , Lulu.com, 200: ISBN 0-557-00029-7S. 6–31
  • Koku Gijutsu No Zenbo 1953
  • Technisches Memorandum Nr. Pr.4 „Projekt SQUID“ „Das Aero-Resonator-Triebwerk der V-1-Flugbombe“ von Ing. Günther Diedrich, übersetzt von A. Kahame, 30. Juni 1948