Düsenbaugruppe mit zentraler Kraftstoffzufuhr und wenigstens einem Luftkanal

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für eine Brennkammer eines Triebwerks mit wenigstens einer Düse zum Eindüsen von gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, in einen Brennraum der Brennkammer., wobei die Düse einen sich entlang einer Düsenlängsachse erstreckenden Düsenhauptkörper mit Düsenkopf und einen mit dem Düsenhauptkörper verbundenen und mindestens eine Kraftstoffzuleitung aufweisenden Düsenhalter umfasst.

Düsenbaugruppen für Brennkammern für Triebwerke sind weithin in unterschiedlicher Ausprägung bekannt. Fokus bisher üblicher Düsen solcher Düsenbaugruppen ist die Eindüsung von Kraftstoffen, bei welcher vor allem im Falle gasförmiger Kraftstoffe bereits innerhalb der Düse eine Vermischung des Kraftstoffs mit Luft erfolgt, um so unmittelbar stromab des Düsenendes ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen. Bei Anwendungen hingegen die mit flüssigen Kraftstoffen betrieben werden, z. B. Kerosin oder Diesel, wird häufig die Luftströmung durch die Düse zur Zerstäubung (oder zumindest deren Unterstützung) der Kraftstoffe zu Sprays innerhalb der Düse oder direkt stromab derselbigen genutzt. Typischerweise wird bei beiden genannten Ansätzen die zuzumischende Luft bereits innerhalb der Düse verdraht, sodass stromab des Düsenendes eine drallbehaftete Kraftstoff-Luft-Strömung mit Turbulenz und Rezirkulation entsteht, die für eine Verbrennung als vorteilhaft eingestuft wird.

Derartige verschiedene Düsenbaugruppen sind in den Druckschriften US 4 842 509 A, der DE 10 62 873 A, der GB 2 593 123 A, der US 5 117 637 A, der US 4 483 138 A, der DE 103 14 941 A1 , der US 9 488 108 B2 und auch in der US 5 636 511 A in verschiedenen Ausgestaltungen gezeigt. Z. B. ist bei letzterer in einem zentralen Rohr ein koaxiales Zündaggregat mit einem Keramikkörper angeordnet, auf den ein gehärteter Platindraht in Form einer Spule aufgewickelt ist. In dem zentralen Rohr erfolgt eine Mischung von Brennstoff und Luft, wobei in der Umwandung des zentralen Rohrs um das Zündaggregat Öffnungen zum Zuführen von Luft eingebracht sind, die über einen mittels eines äußeren koaxialen Rohres gebildeten Ringkanal zugeführt wird.

In neuerer Zeit werden verstärkt Konzepte für Flugtriebwerke entwickelt, bei denen das Triebwerk teilweise oder vollständig mit Wasserstoff oder anderen gasförmig einzudüsenden Kraftstoffen betrieben wird, wie dies z. B. in der US 4,713,938 A1 für eine Gasturbine zur Stromerzeugung angedacht ist. Soll dann aber ein Triebwerk bei möglichst gleichbleibender Konstruktion z. B. mit Wasserstoff anstelle von Kerosin oder Diesel betrieben werden, ist eine abweichende Eindüsung notwendig, da der Kraftstoff gasförmig in den Brennraum eingebracht wird und im Falle von z. B. Wasserstoff zudem deutlich kürzere Zündverzugszeiten und höhere Flammengeschwindigkeiten aufweist. Vor diesem Hintergrund ist die Düsenbaugruppe des Anspruchs 1 vorgeschlagen, die insbesondere eine Düse zum Eindüsen von Wasserstoff in einen Brennraum einer triebwerkseitigen Brennkammer umfasst, die jedoch auch zum Eindüsen von anderen Kraftstoffen, insbesondere gasförmigen Kraftstoffen geeignet ist.

Eine vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst hierbei eine Düse mit einem Düsenhauptkörper, der ein zentrales, sich entlang der Düsenlängsachse erstreckendes Kraftstoffrohr umfasst. An dem Düsenkopf sind ferner wenigstens zwei radial zueinander beabstandete Luftleitkanäle mit jeweils wenigstens einer Luftaustrittsöffnung vorgesehen, sodass am Düsenende eine zentrale Kraftstoffaustrittöffnung des Kraftstoffrohres und radial weiter außen die wenigstens zwei Luftaustrittsöffnungen der zwei Luftleitkanäle ausgebildet sind.

Über Luftleitkanäle ist zur Vermischung mit dem aus der Kraftstoffaustrittsöffnung ausgebrachten Kraftstoff vorgesehene Luft in den Brennraum einbringbar. An dem Düsenkopf sind somit wenigstens zwei bezüglich des inneren bzw. zentralen Kraftstoffrohres radial weiter außen liegende Luftleitkanäle vorgesehen.

Das Kraftstoff rohr kann mit seiner Kraftstoffaustrittsöffnung gegenüber den Luftaustrittsöffnungen der Luftleitkanäle, bezogen auf die Düsenlängsachse, axial vorstehen Die Kraftstoffaustrittsöffnung liegt damit in einer durch das Kraftstoffrohr definierten Strömungsrichtung, entlang der der Kraftstoff innerhalb des Düsenhauptkörpers geführt ist, mindestens genau so weit oder weiter stromab als die Luftaustrittsöffnungen der Luftleitkanäle. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Kraftstoffaustrittsöffnung am weitesten stromab angeordnet ist, also jede Luftaustrittsöffnung bezogen auf die Düsenlängsachse axial zu der Kraftstoffaustrittsöffnung des Kraftstoffrohres zurückgesetzt angeordnet ist. Hierüber kann der Kraftstoff somit weiter stromab in den Brennraum eingedüst werden als Luft über die radial außen liegenden Luftleitkanäle. Dies unterstützt, dass die Wärmefreisetzung infolge Verbrennung des sich stromab der Düse einstellenden Gemischs aus Kraftstoff und Luft die Düse nicht in kritischer Weise thermisch belastet.

Weiterhin sorgt die über die wenigstens zwei Luftleitkanäle eingeströmte Luft für eine luftreiche Zone in einem vorderen Bereich der Brennkammer um das Düsenende herum (eine sogenannte äußere Rezirkulationszone). Hierdurch können die Düse und eine die Düse umgebende Brennkammerwand der Brennkammer vor der Verbrennungszone thermisch geschützt werden. Luftaustrittsöffnungen der unterschiedlichen Luftleitkanäle können hierbei jeweils als Ringspalt, insbesondere als Kreisringspalt ausgebildet sein.

Grundsätzlich können die wenigstens zwei radial zueinander beabstandeten Luftleitkanäle des Düsenkopfes Luftströmungen mit unterschiedlicher Luftmenge, unterschiedlichem Drall und insbesondere auch unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit bereitstellen. Hierfür kann eine äußere Luftaustrittsöffnung eines radial äußersten Luftleitkanals der wenigstens zwei Luftleitkanäle eine größere Querschnittsfläche aufweisen als eine innere Luftaustrittsöffnung eines inneren Luftleitkanals der wenigstens zwei Luftleitkanäle, der an dem Düsenkopf zwischen dem radial äußersten Luftleitkanal und einem Abschnitt des Kraftstoffrohres verläuft. Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine äußere Luftaustrittsöffnung eines radial äußersten Luftleitkanals der wenigstens zwei Luftleitkanäle eine wenigstens um den Faktor 2, 4 oder 6 größere (im Betrieb der Brennkammer bzw. des Triebwerks von Luft durchströmte) Querschnittsfläche aufweist als eine innere Luftaustrittsöffnung eines inneren Luftleitkanals der wenigstens zwei Luftleitkanäle.

Der innere Luftleitkanal ist an dem Düsenkopf zwischen dem radial äußersten Luftleitkanal und einem Abschnitt des Kraftstoffrohres verlaufend vorgesehen. Über den radial inneren Luftleitkanal wird beispielsweise eine Luftströmung mit vergleichsweise hohem axialen Impuls bereitgestellt und mit geringerem Drall als der äußere Luftleitkanal oder keinem Drall. In diesem Zusammenhang ist folglich vorgesehen, dass der radial innere Luftleitkanal zur Bereitstellung einer nicht drallbehafteten Luftströmung in den Brennraum eingerichtet und vorgesehen ist. Alternativ kann der radial innere Luftleitkanal zur Bereitstellung einer zwar drallbehafteten Luftströmung in den Brennraum eingerichtet und vorgesehen sein, der Drall der Luftströmung aus dem inneren Luftleitkanal ist aber geringer eingestellt als der Drall der Luftströmung, die (im Betrieb der Brennkammer) über den radial äußeren oder äußersten Luftleitkanal in den Brennraum einströmt. Über den radial inneren Luftleitkanal muss somit zwar nicht, kann aber auch eine Luftströmung mit aufgeprägtem Drall erzeugbar sein. Eine Drallaufprägung kann hierbei beispielsweise hinsichtlich des Stabilitätsverhaltens des Brenners, der Flammenform und/oder Flammenposition, der Schadstoffbildungsrate und der thermischen Belastung der Düse von Vorteil sein. Insbesondere können die Luftleitkanäle dann derart ausgebildet sein, das die Luftströmung aus dem inneren Luftleitkanal einen Drall aufweist, der um ein definiertes Maß, z. B. um mehr als 50 % oder um mehr als 60 %, geringer ist als ein Drall der Luftströmung aus dem äußeren Luftleitkanal. Derart erfolgt die Luftströmung aus dem radial inneren Luftleitkanal beispielsweise weiterhin vornehmlich tangential zur Einströmung des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffrohr und dabei zumindest mit größerer Axialkomponente als eine Luftströmung aus dem äußeren Luftleitkanal. Die Luftströmung aus dem radial inneren und an das Kraftstoffrohr angrenzenden, inneren Luftleitkanal unterstützt somit eine Verlagerung der Zonen chemischer Verbrennungsreaktionen möglichst weit in den Brennraum hinein.

Der radial äußerste Luftleitkanal mit dem größeren durchströmten Querschnitt ist in einer Ausführungsvariante damit vor allem zur Bereitstellung einer drallbehafteten Luftströmung in den Brennraum hinein vorgesehen. Hiermit kann eine Luftströmung am Düsenende erzeugt werden, die die Kraftstoffströmung umhüllt, radial aufzieht und somit eine Rezirkulationszone stromab des Düsenendes erzeugt, in der sich Luft und Kraftstoff mischen und sich eine drallstabilisierte, rezirkulierende Verbrennungszone ausbildet. Die die Verbrennungszone umhüllende Luft aus den Luftleitkanälen stellt in einem vorderen Bereich der Brennkammer zudem eine luftreiche Zone um die Düse herum zur Verfügung (eine sogenannte äußere Rezirkulationszone). Hierdurch können die Düse und eine Brennkammerwand der Brennkammer vor der Verbrennungszone thermisch geschützt werden.

Für die Bildung einer wirkungsvollen Rezirkulationszone kann ferner von Vorteil sein, wenn, wie erläutert, die über den äußersten Luftleitkanal in den Brennraum eingebrachte Luftströmung einen Drall aufweist, während die Luftströmung aus dem inneren Luftleitkanal nicht drallbehaftet ist, oder die über den äußersten Luftleitkanal in den Brennraum eingebrachte Luftströmung zumindest einen größeren Drall aufweist als die Luftströmung aus dem inneren Luftleitkanal. Beispielsweise sind hierfür wenigstens in einem radial äußersten Luftleitkanal der wenigstens zwei Luftleitkanäle ein oder mehrere Axialverdraller oder Radialverdraller vorgesehen.

Zur Bereitstellung einer ausreichenden Luftmenge, insbesondere für eine vorstehend erläuterte äußere Rezirkulationszone, über die Düse können wenigstens an einem radial äußersten Luftleitkanal der wenigstens zwei Luftleitkanäle eine oder mehrere radial nach innen weisende Einlauflippen vorgesehen sein, um Luft in den radial äußersten Luftleitkanal und gegebenenfalls auch in einen radial weiter innen liegenden weiteren Luftleitkanal hinein zu leiten. Die eine oder mehreren Einlauflippen führen somit im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand der Düsenbaugruppe beispielsweise auch dazu, dass aus einer Verdichterstufe kommende und um den Düsenhauptkörper geführte Luft radial nach innen in den radial äußersten Luftleitkanal und gegebenenfalls auch in einen radial weiter innen liegenden weiteren Luftleitkanal hinein geführt wird. Die Verwendung von Einlauflippen für einen oder mehrere Luftleitkanäle kann dabei insbesondere für einen Kopfbereich der Düse von Vorteil sein, der vergleichsweise dick baut und der damit unter Umständen zunächst dafür hinderlich ist, eine ausreichend große Luftmenge axial in den oder die Luftleitkanäle einströmen zu lassen. In einer Ausführungsvariante kann eine lokale Verengung des inneren Luftleitkanals zu dessen Luftaustrittsöffnung hin vorgesehen sein. Abschnitte von inneren und äußeren den inneren Luftleikanal berandenden und sich gegenüberliegenden (Kanal-) Wandungen nähern sich hier somit im Bereich der Luftaustrittsöffnung aneinander an. Damit kann sich der innere Luftleitkanal z. B. düsenförmig verengen, wodurch eine Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit der einströmenden Luft erreicht werden kann. Zudem kann über eine solche Verengung auch eine Umlenkung der Luftströmung radial nach innen, d. h. in Richtung der Düsenlängsachse L, erreicht werden.

Innerhalb des zentralen Kraftstoff roh res kann ein zentral angeordneter Strömungskörper vorgesehen sein, an dessen äußerer Mantelfläche dem Kraftstoffrohr zugeführter Kraftstoff entlang in Richtung einer Kraftstoffaustrittsöffnung des Kraftstoffrohres strömen kann, über die der Kraftstoff in den Brennraum einbringbar ist. Ein solcher zentraler Strömungskörper kann hierbei in Kombination mit den wenigstens zwei Luftleitkanälen vorgesehen sein. Grundsätzlich kann sich aber die Verwendung eines solchen zentralen Strömungskörpers auch bei anderen Gestaltungen eines Düsenkopfes mit einem zentralen Kraftstoffrohr vorteilhaft anbieten, z. B. in Kombination mit nur einem umgebenden koaxialen Luftleitkanal.

Der zentral angeordnete Strömungskörper kann axial von Kraftstoff umströmt werden und damit der Vergleichmäßigung der Kraftstoffströmung innerhalb des Kraftstoffrohres und/oder der Beeinflussung der Strömungsrichtung des Kraftstoffs an der Kraftstoffaustrittsöffnung dienen. In dem Kraftstoffrohr kann folglich über mindestens eine Kraftstoffzuleitung in einem Düsenhalter der Düse zugeführter Kraftstoff innerhalb des Düsenhauptkörpers bis an die Kraftstoffaustrittsöffnung des Kraftstoff roh res führbar sein, die durch ein Ende des Strömungskörpers mitdefiniert ist. Mithilfe des (stromabseitigen) Endes des Strömungskörpers kann hierbei der Kraftstoff insbesondere mit einer radial nach außen weisenden Strömungskomponente in den Brennraum eingedüst werden und/oder ein Strömungsfeld in dem Brennraum positiv beeinflussen. Grundsätzlich kann sich ein innerhalb des Kraftstoffrohres vorgesehener Strömungskörper mit einem Ende bis zum Düsenende, und dabei insbesondere bis zur Kraftstoffaustrittsöffnung erstrecken. Beispielsweise kann hierbei der Strömungskörper am Düsenende gegenüber einem radial weiter außen liegenden Rand der Kraftstoffaustrittsöffnung axial vorstehen, d. h. über den Rand der Kraftstoffaustrittsöffnung zumindest geringfügig axial hinausragen. Bei einem axial vorstehenden Strömungskörper ist beispielsweise vorgesehen, dass der Strömungskörper in einem Maß herausragt, das 5 % oder 10 % des Durchmessers des zentralen Kraftstoffrohrs beträgt.

In Kombination mit dem Strömungskörper besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung in Verbindung mit der zentralen Eindüsung von gasförmigem Kraftstoff, namentlich Wasserstoff, in den Brennraum darin, dass in das Kraftstoffrohr, insbesondere in den Strömungskörper, eine Zündkerze mit ihrem frontseitigen Zündabschnitt der Brennkammer zugekehrt integriert ist. Auf diese Weise lässt sich durch den Einsatz einer vorteilhaften kleinen Zündkerze, die mit geringem Energieaufwand betrieben werden kann, eine Feineinstellung der in den Brennraum eingeleiteten Brennstoffströmung in Abstimmung auf optimale Zündbedingungen erreichen.

In vorteilhafter weiterer Ausbildung ist dabei vorgesehen, dass die Zündkerze in einem zentralen Hohlraum des Strömungskörpers aufgenommen ist. Dies ergibt einen definierten, präzisen Einbau, wobei der Hohlraum in den Strömungskörper z. B. durch eine zentrale, koaxial zur Längsachse in den Strömungskörper eingebrachte Bohrung, z. B. vorderseitig offene Sacklochbohrung, ausgebildet sein kann.

Dabei ist auch vorteilhaft, dass ein Kabelanschluss zur elektrischen Ansteuerung der Zündkerze durch den Strömungskörper, beispielsweise eine auf der Rückseite des Hohlraums eingebrachte Durchführung, und gegebenenfalls ein Trageelement, insbesondere Stützstrebe, einer den Strömungskörper im Kraftstoff rohr haltenden Tra- gestruktur sowie durch den Düsenhalter geführt ist. Der Einbau der Zündkerze sowie die Kabelführung sind leckdicht ausgebildet.

Zu einer optimierten Einstellung der Brennstoffströmung in den Brennraum und der Zündverhältnisse ist vorteilhaft vorgesehen, dass der zur Brennkammer hin stumpf ausgebildete Strömungskörper, der Bereich der Kraftstoffaustrittsöffnung und der Bereich wenigstens einer Luftaustrittsöffnung mindestens eines, insbesondere in dem Düsenkörper angeordneten, Luftleitkanals so gestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die Luftzuführung und die Gaszuführung in die Brennkammer zu einer Rezirkulation des Gas-Luft-Gemischs hin zum Zündabschnitt der Zündkerze führen.

Dem Einbau der Zündkerze in der angegebenen Kombination mit dem Strömungskörper liegt die Überlegung zugrunde, dass die zentrale Eindüsung des gasförmigen Kraft- bzw. Brennstoffs, insbesondere Wasserstoffs, bewirkt, dass nur wenig Gas- Luft-Gemisch nach außen in Richtung der Brennkammerwand verteilt wird, insbesondere bei Betriebszuständen mit wenig Luftmassenstrom und geringen Luftgeschwindigkeiten, also z. B. zum Start des Triebwerks. An der Brennkammerwand ist herkömmlich aber üblicherweise die Zündkerze zum Zünden des Gas-Luft-Gemischs positioniert. Dies macht das Zünden erst möglich, wenn eine geeignete Menge an Gas-Luft-Gemisch vorhanden ist. Das kann dazu führen, dass bereits eine große Menge an zündbarem Gemisch in der Brennkammer vorhanden ist, bevor es zur Zündung kommt. Dies kann zu einer detonationsartigen Durchzündung führen. Die hier angegebene erfindungsgemäße Lösung ergibt eine für optimale Zündverhältnisse vorteilhafte Einbindung der Zündvorrichtung bei dem genannten Aufbau der Düsenbaugruppe mit zentraler Eindüsung des gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere Wasserstoffs.

Ein Ende des Strömungskörpers kann eine Strömungsrichtung für den in den Brennraum einzudüsenden Kraftstoff vorgeben. Beispielsweise kann der Strömungskörper hierfür an seinem Ende ein Leitelement aufweisen, über das an der Kraftstoffaustrittsöffnung austretender Kraftstoff, bezogen auf die Düsenlängsachse, radial nach außen geleitet wird. Beispielsweise ist am Ende des Strömungskörpers das Leitelement durch eine radiale Aufweitung des Strömungskörpers ausgebildet. Die Kraftstoffeindüsung in den Brennraum mit einem radial nach außen weisenden Strömungsanteil kann hierbei die Eigenschaften, wie Gestalt und Größe, des Strömungsfeldes einer stromab des Düsenendes entstehenden Rezirkulationszone beeinflussen, die gerade bei gasförmigem Kraftstoff und insbesondere Wasserstoff mit Blick auf eine Flammstabilität und vergleichsweise geringe Verbrennungstemperaturen unmittelbar im Nahfeld der Düse von Vorteil sein kann.

Über eine Verengung am Ende des Kraftstoffrohres an der Kraftstoffaustrittsöffnung, die mit dem dem Brennraum zugewandten Ende des Strömungskörpers realisiert ist, kann ferner eine gezielte Beschleunigung der Kraftstoffströmung in den Brennraum hinein erfolgen.

Grundsätzlich kann der Strömungskörper zapfenförmig oder kegelförmig ausgebildet sein.

Alternativ oder ergänzend ist der Strömungskörper symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch zur Düsenlängsachse und/oder mit einer dem Brennraum zugewandten stumpfen zentral angeordneten Stirnseite ausgebildet. Eine stumpfe, zentral angeordnete Stirnseite an einem Ende des Strömungskörpers kann beispielsweise die Bildung einer inneren Rezirkulationszone mit vergleichsweise hoher Kraftstoffkonzentration im Betrieb der Brennkammer bzw. des Triebwerks unterstützen. Eine solche innere Rezirkulationszone geht gegebenenfalls mit niedrigen Verbrennungstemperaturen im Nahfeld der Düse und damit unmittelbar stromab des Düsenendes einher. Die stumpfe Stirnseite kann grundsätzlich - in Abhängigkeit von den gewünschten Strömungsverhältnissen - im Wesentlichen plan, (leicht) konvex oder (leicht) konkav ausgebildet sein.

Grundsätzlich kann der Strömungskörper ein stromauf liegendes und gegebenenfalls aerodynamisch geformtes, konvex gewölbtes Ende aufweisen, das zu einer Stirnwand der Düse oder einer Rückwand des Kraftstoff roh res axial beabstandet ist. Grundsätzlich kann aber auch eine andere aerodynamisch günstige Form für das stromauf liegende Ende vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Ende halbkugelförmig, kegelförmig (gegebenenfalls mit stumpfer oder gerundeter Kegelspitze), ogi- venförmig oder ovoidförmig sein. Insbesondere in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Zuleitungsreservoirs kann der Strömungskörper aber auch in Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung mit einer Stirnwand der Düse oder einer Rückwand des Kraftstoffrohres verbunden sein. Hierbei erstreckt sich dann der Strömungskörper entlang der Düsenlängsachse von der Stirnwand oder der Rückwand weg und ist somit zu der Stirnwand oder der Rückwand axial nicht beabstandet. Während bei einer axialen Beabstandung des Strömungskörpers der Strömungskörper ein stromauf liegendes und axial mit Kraftstoff angeströmtes Ende innerhalb des Kraftstoffrohres aufweist, ist dies bei einem mit der Stirnwand oder Rückwand verbundenen Strömungskörper nicht der Fall. Je nach Konstruktion und Randbedingungen kann die eine oder die andere Form des Strömungskörpers von Vorteil sein, beispielsweise im Hinblick auf eine in einem Kopfbereich des Düsenhauptkörpers realisierbare Dicke des Düsenhauptkörpers.

Ist der Strömungskörper nicht mit einer Stirnwand der Düse oder einer Rückwand des Kraftstoffrohres verbunden und verläuft entlang der Düsenlängsachse zentral innerhalb des Kraftstoffrohres bis zur Kraftstoffaustrittsöffnung, erstreckt sich der Strömungskörper typischerweise über einen Großteil der entlang der Düsenlängsachse gemessenen Länge des das Kraftstoffrohr aufweisenden Düsenhauptkörpers, z. B. über wenigstens 85 % dieser Länge. In einer Ausführungsvariante können innerhalb des Kraftstoffrohres auch zwei bezogen auf die Düsenlängsachse axial zueinander beabstandete Strömungskörper vorhanden sein. In einer derartigen Ausführungsvariante liegt folglich zwischen den zwei Strömungskörpern zentral ein von Kraftstoff über den gesamten Querschnitt durch- strömbarer Rohrabschnitt des Kraftstoffrohres vor. Beispielsweise ist ein erster stromauf liegender Strömungskörper zapfenförmig ausgebildet, während ein stromab im Bereich der Kraftstoffaustrittsöffnung vorgesehener weiterer Strömungskörper kegelförmig oder anderweitig aerodynamisch günstig - z. B. halbkugelförmig, kegelförmig (gegebenenfalls mit stumpfer oder gerundeter Kegelspitze), ogivenförmig oder ovoidförmig - ausgebildet ist.

Der Strömungskörper kann an seiner im Betrieb der Brennkammer axial umströmten, äußeren Mantelfläche mehrere (mindestens zwei) vorstehende Abschnitte umfassen. Diese vorstehenden Abschnitte können einerseits einer Intensivierung einer Wärmeübertragung zwischen dem Material des Strömungskörpers, der typischerweise aus Metall besteht, und dem - insbesondere im Betrieb der Brennkammer - kühleren Kraftstoff dienen. Erstreckt sich der Strömungskörper bis an die Kraftstoffaustrittsöffnung ist er zumindest an einer dem Brennraum zugewandten Seite vergleichsweise hohen Temperaturen ausgesetzt, sodass der eingedüste Kraftstoff im Bereich des Strömungskörpers auch zur Kühlung genutzt werden kann, insbesondere wenn es sich hierbei um einzudüsenden Wasserstoff handelt. Die an der äußeren Mantelfläche vorstehenden Abschnitte können ferner gezielt zur Strömungsbeeinflussung der Kraftstoffströmung innerhalb des Kraftstoffrohres dienen. Beispielsweise sind die vorstehenden Abschnitte durch Rippen, Stege, Stifte, Zapfen oder Finnen ausgebildet. Die vorstehenden Abschnitte können hierbei an der axial umströmten äußeren Mantelfläche gleichmäßig verteilt vorgesehen sein. Insbesondere können die vorstehenden Abschnitte über die gesamte äußere Mantelfläche verteilt vorgesehen sein, oder aber nur in einem begrenzten Bereich der Mantelfläche (z. B. im Bereich der Kraftstoffaustrittsöffn u ng ) . In einer möglichen Weiterbildung sind die vorstehenden Abschnitte so auf der äußeren Mantelfläche angeordnet, dass hierüber einem etwaigen der Kraftstoffströmung bereits gezielt aufgeprägten Drall nicht entgegengewirkt oder ein solcher Drall gegebenenfalls sogar unterstützt wird. Insbesondere können die vorstehenden Abschnitte ausgebildet und vorgesehen sein, den Drall lokal zu beeinflussen und gegebenenfalls zu erhöhen. Beispielsweise sind hierfür die an der Mantelfläche vorstehenden Abschnitte schräg angestellt und/oder helixförmig gestaltet.

Alternativ oder ergänzend kann der Strömungskörper an seiner axial umströmten äußeren Mantelfläche mehrere Vertiefungen umfassen, beispielsweise in Form von Bohrungen und/oder Dellen. Auch derartige die Oberfläche des Strömungskörpers verändernde Strukturen können einer Intensivierung der Wärmeübertragung von dem Strömungskörper an den Kraftstoff dienen.

Grundsätzlich kann ein Ende des Kraftstoffrohres im Bereich der Kraftstoffaustrittsöffnung auf verschiedene Art gestaltet werden. Da bei der Verwendung von Kraftstoff mit sehr schneller Reaktionskinetik, wie z. B. im Falle von Wasserstoff, damit zu rechnen ist, dass sich eine Flamme in dem Brennraum vergleichsweise nah an der Düse verankert, besteht grundsätzlich die Möglichkeit, dass bei bestimmten Betriebspunkten des Triebwerks ein Ankerpunkt der Verbrennungszone unmittelbar an einer Abströmkante des Kraftstoff roh res liegt. Das Ende des Kraftstoffrohres sollte somit derart gestaltet sein, dass einerseits die Wärmefreisetzung im Brennraum in unmittelbarer Nähe des Endes des Kraftstoffrohrs gering gehalten ist und andererseits eine hinreichende Robustheit gegenüber dem Wärmeeintrag aus der Verbrennungszone gewährleistet ist. In diesem Zusammenhang kann es beispielsweise vorteilhaft sein, das Kraftstoffrohr an der Kraftstoffaustrittsöffnung mit einem um die Düsenlängsachse um laufenden Rand auszugestalten, der eine radial nach außen geneigte Fase aufweist. In einer Weiterbildung kann die Fase zu einem axialen Ende des Kraftstoffrohres spitz zulaufen oder in eine stumpfe Endgeometrie übergehen. Läuft die Fase spitz zu und trennt der Rand des Kraftstoffrohres die Kraftstoffströmung einer Luftströmung des angrenzenden Luftleitkanals, kann eine spitz zulaufende Fase den Vorteil haben, dass die Kraftstoffströmung und die Luftströmung tangential aufeinandertreffen. Hiermit kann eine hohe Abströmgeschwindigkeit der beiden Strömungen aus der Düse erhalten bleiben. Die Wärmefreisetzung im Bereich des vorstehend erläuterten Ankerpunktes bleibt damit gering. Nachteilig kann hierbei jedoch sein, dass in dem Bereich eines spitz zulaufenden Endes im Betrieb der Brennkammer eingebrachte Wärme durch eine Wärmeleitung innerhalb des Kraftstoffrohres nicht hinreichend schnell abtransportiert werden kann, sodass das spitz zulaufende Ende Gefahr läuft, thermisch überlastet zu werden. Einer solchen thermischen Überlastung kann z. B. jedoch über eine entsprechende Strömungsbeeinflussung entgegengewirkt werden, in etwa durch das tangentiale Aufeinandertreffen von Kraftstoff und Luft und die sich daraus ergebenden Effekte auf die Verbrennungszone, speziell Ankerpunkt der Flamme und die lokale Wärmefreisetzung im Ankerpunkt.

Geht die Fase in eine stumpfe Endgeometrie des Kraftstoff roh res über, stellt sich unmittelbar stromab des Düsenendes unter Umständen ein kleines „Totwassergebiet“ bzw. eine kleine (innere) Rezirkulationszone ein, im welchem/welcher sich der Kraftstoff und die einströmende Luft mischen können, sodass hier im Betrieb der Brennkammer lokal eine vergleichsweise hohe Wärme infolge Verbrennung freigesetzt wird. Jedoch kann bei einer stumpfen Endgeometrie die in den Rohrrand des Kraftstoffrohres eingebrachte Wärme durch Wärmeleitung besser abtransportiert werden, wodurch das Risiko einer thermischen Überlastung leichter vermeidbar ist.

Grundsätzlich kann das zentrale Kraftstoffrohr gegen eine Einströmung von Luft abgedichtet sein. Derart kann der Kraftstoff über das sich zentral in dem Düsenhauptkörper entlang der Düsenlängsachse erstreckende Kraftstoffrohr in der Düse ohne eine Vermischung mit Luft in den Brennraum eingebracht werden. Im bestimmungs- gemäß in ein Triebwerk eingebauten Zustand der Düsenbaugruppe ist somit das düsenseitige Kraftstoffrohr gegen eine Einströmung von Luft aus einer Verdichterstufe des Triebwerks abgedichtet, insbesondere an einem stromaufliegenden Ende des Düsenhauptkörpers. Es findet somit bei einer Düse einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe innerhalb der Düse keine Vormischung von Kraftstoff und Luft statt. Dies ist insbesondere im Blick auf gasförmig einzudüsenden Kraftstoff und insbesondere leicht entzündlichen Wasserstoff vorteilhaft, da hiermit das Risiko eines Flammenrückschlags oder einer verfrühten Selbstzündung des einzudüsenden Kraftstoffs reduziert werden kann. Eine erstmalige Vermischung des einzudüsenden Kraftstoffs mit Luft erfolgt somit bei einer Düse einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe erst stromab des Düsenendes. Innerhalb der Düse wird der Kraftstoff nicht mit Luft vorgemischt, sodass der Kraftstoff am Düsenende zunächst noch unvermischt austritt und erst stromab des Düsenendes eine Vermischung mit (Verbrennungs- respektive Misch-) Luft erfolgt.

In einer Ausführungsvariante umfasst die Düse ein mit der Kraftstoffzuleitung verbundenes Zuleitungsreservoir, dem Kraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung zuführbar ist und aus dem Kraftstoff dem Kraftstoff rohr zuführbar ist. Das Zuleitungsreservoir ist somit fluidtechnisch sowohl mit der Kraftstoffzuleitung als auch mit dem Kraftstoffrohr verbunden, sodass über das Zuleitungsreservoir der aus der Kraftstoffzuleitung kommende Kraftstoff in das Kraftstoffrohr strömen kann. Das Zuleitungsreservoir ist dabei beispielsweise als Kavität in dem Düsenhalter oder dem Düsenhauptkörper ausgebildet, beispielsweise als im Querschnitt ringförmige, insbesondere kreisringförmige oder im Querschnitt kreisförmige Kavität. Das Zuleitungsreservoir kann eine möglichst gleichmäßige Einleitung des Kraftstoffs in das Kraftstoffrohr unterstützen, beispielsweise indem eine Einströmung des Kraftstoffs aus dem Zuleitungsreservoir über mehrere spezifisch angeordnete und z. B. gleichmäßig verteilte Durchgangsöffnungen erfolgt. Beispielsweise ist das Zuleitungsreservoir in einem Bereich der Düse vorgesehen, der durch eine, bezogen auf eine durch das Kraftstoff rohr definierte Strömungsrichtung, entlang der der Kraftstoff innerhalb des Düsenhauptkörpers zu dem Düsenende geführt wird, stromauf liegende Stirnwand berandet ist. Im bestimmungsgemäß in ein Triebwerk eingebauten Zustand der Düsenbaugruppe ist eine solche Stirnwand dem Brennraum der Brennkammer abgewandt. Beispielsweise ist ein solches stromauf gelegenes Zuleitungsreservoir dann in einem mit dem Düsenhalter verbundenen Kopfbereich des Düsenhauptkörpers ausgebildet. Der aus dem Zuleitungsreservoir in das Kraftstoffrohr eingeleitete Kraftstoff kann somit in dem Kraftstoffrohr über einen vergleichsweise großen Teil (mehr als 60 %) der entlang der Düsenlängsachse gemessenen Länge des Düsenhauptkörpers zu der Kraftstoffaustrittsöffnung geführt werden. Hierüber kann gezielt und beispielsweise unter einer Vergleichmäßigung der Kraftstoffströmung der Kraftstoff an das Düsenende geführt werden, gegebenenfalls unter gezielter Verdrhung der Kraftstoffströmung.

Mindestens eine Durchgangsöffnung, über die Kraftstoff aus dem Zuleitungsreservoir in das Kraftstoffrohr einströmen kann, kann beispielsweise für eine Einströmung von Kraftstoff in einen ersten Rohrabschnitt des Kraftstoffrohres radial nach innen eingerichtet sein. Über die mindestens eine Durchgangsöffnung ist somit eine im Wesentlichen radial nach innen gerichtete Strömung in den ersten Rohrabschnitt des Kraft- stoffrohres ermöglicht. Zwischen dem Zuleitungsreservoir und dem Kraftstoffrohr sind somit folglich eine oder mehrere durch eine oder mehrere Durchgangsöffnungen bereitgestellte Fluidverbindungen vorgesehen, über die Kraftstoff aus dem Zuleitungsreservoir im Wesentlichen radial nach innen in den ersten Rohrabschnitt und damit in das Kraftstoffrohr einströmen kann.

Alternativ zu einer im Wesentlichen radialen Einströmung von Kraftstoff aus dem Zuleitungsreservoir in das Kraftstoffrohr kann auch mindestens eine Durchgangsöffnung für eine Einströmung von Kraftstoff im Wesentlichen in axialer Richtung in einen ersten Rohrabschnitt des Kraftstoffrohres eingerichtet sein. Hierbei kann sich beispielsweise die mindestens eine Durchgangsöffnung durch eine im Wesentlichen oder genau senkrecht zu der Düsenlängsachse verlaufende und den ersten Rohrabschnitt (stromauf) berandende (begrenzende) Rückwand des Kraftstoffrohres oder durch eine das Zuleitungsreservoir von dem ersten Rohrabschnitt trennende Trennwand erstrecken.

Wie bereits eingangs erläutert, eignet sich die vorgeschlagene Lösung insbesondere für die Eindüsung von unterschiedlichen Typen von Kraftstoffen. Gerade aber mit Blick auf die Eindüsung von gasförmigem Kraftstoff und insbesondere von Wasserstoff bietet die vor einer Vermischung mit Luft geschützte zentrale Zuführung des Kraftstoffs über ein düsenseitiges Kraftstoffrohr besondere Vorteile.

Mit Düsenbaugruppen des vorstehend genannten Aufbaus lässt sich vorteilhaft eine Ringbrennkammer mit mindestens einer Düsenbaugruppe, insbesondere auch nach einem der Ansprüche 9 bis 14, in einem Brennkammerring aufbauen. Dabei bestehen vorteilhafte Ausgestaltungen darin, dass in mindestens einer Düsenbaugruppe, vorzugsweise am höchsten Punkt des Brennkammerrings, oder in mehreren Düsenbaugruppen oder in allen Düsenbaugruppen eine Zündkerze in genannter Weise integriert ist/sind.

Von der vorgeschlagenen Lösung umfasst ist ferner ein Triebwerk mit mindestens einer Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe. Eine vorgeschlagene Düsenbaugruppe kann aber selbstverständlich auch bei einer (stationären) Gasturbine Verwendung finden.

Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.

Hierbei zeigen: Figur 1 ausschnittsweise und in geschnittener Darstellung eine erste Ausführungsvariante einer Düse einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe mit einem als Ringkammer ausgeführten Zuleitungsreservoir, aus dem im Wesentlichen radial nach innen Kraftstoff in ein zentrales mit einem längserstrecken Strömungskörper ausgestattetes Kraftstoffrohr eines Düsenhauptkörpers einströmen kann;

Figur 2 eine Prinzipskizze zu einer abgewandelten Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe, die zwei axial beabstandete Strömungskörper in dem Kraftstoffrohr aufweist, mit Veranschaulichung der erzielbaren Zirkulationszonen stromab des Düsenendes;

Figuren 3A-3B in mit der Figur 1 übereinstimmender Ansicht jeweils Weiterbildungen der Ausführungsvariante der Figur 1 ;

Figur 4A-4D schematische Darstellungen von Ausführungsvarianten eines mit einem Düsenhalter verbundenen Düsenhauptkörpers mit Strömungskörper und integrierter Zündkerze;

Figur 5 schematische Darstellung eines Düsenhauptkörpers gemäß der

Ausführungsvariante z. B. der Figur 3B während der Herstellung in einem additiven Fertigungsverfahren;

Figuren 6A-6B in mit den Figuren 1 , 3A und 3B übereinstimmenden Ansichten weitere Ausführungsvarianten einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe, bei denen jeweils innerhalb des zentralen Kraftstoffrohres zwei axial zueinander beabstandete Strömungskörper vorgesehen sind; Figuren 7A-9B in Einzeldarstellung unterschiedliche Ausführungsvananten für einen stromab vorgesehenen zweiten Strömungskörper (Figuren 7A, 8A und 9A) sowie hierzu analoge Gestaltungen eines Endabschnitts eines einzelnen durchgängigen Strömungskörpers (Figuren 7B, 8B und 9B) für das Kraftstoff rohr;

Figur 10A-10B in verschiedenen Ansichten ein zweiter Strömungskörper entsprechend der Ausführungsvarianten der Figuren 6A und 6B, an dessen äußerer Mantelfläche mehrere Vertiefungen ausgebildet sind;

Figur 11 ein Endabschnitt eines durchgehenden Strömungskörpers entsprechend der Figuren 1 , 3A und 3B mit Vertiefungen;

Figur 12 in geschnittener Darstellung ein Düsenhauptkörper mit Düsenkopf gemäß der vorangegangenen Figuren ohne einen innerhalb des zentralen Kraftstoffrohres vorgesehenen Strömungskörper

Figur 13 eine Weiterbildung der Ausführungsvariante der Figur 12 mit einem Radialverdraller im äußersten Luftleitkanal des Düsenkopfes;

Figur 14 in mit der Figur 12 übereinstimmender Ansicht den Düsenhauptkörper mit dem Düsenkopf unter Veranschaulichung eines axialen Versatzes zwischen den Luftaustrittsöffnungen und der Kraftstoffaustrittsöffnung am Düsenende der Düse;

Figuren 15A-15C ausschnittsweise und in geschnittener Darstellung unterschiedliche Varianten für die Gestaltung einer Endgeometrie eines dem Brennraum zugewandten, stromab liegenden Randes des Kraftstoffrohres; Figur 16 ausschnittsweise eine mögliche Weiterbildung einer Düse einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe mit Einlauflippen für die zwei Luftleitkanäle am Düsenkopf;

Figuren 17A-17B ausschnittsweise und in Einzeldarstellung jeweils unterschiedliche Varianten für eine Gestaltung eines inneren Luftleitkanals im Bereich einer inneren Luftaustrittsöffnung des inneren Luftleitkanals;

Figur 18A ein Triebwerk, in dem eine Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Düsenbaugruppe zum Einsatz kommt;

Figur 18B ausschnittsweise und in vergrößertem Maßstab die Brennkammer des Triebwerks der Figur 17A;

Figur 18C den Aufbau einer konventionellen Kraftstoffdüse mit wesentlichen Komponenten.

Die Figur 18A veranschaulicht schematisch und in Schnittdarstellung ein (Turbofan-) Triebwerk T, bei dem die einzelnen Triebwerkskomponenten entlang einer Rotationsachse oder Mittelachse M hintereinander angeordnet sind und das Triebwerk T als Turbofan-Triebwerk ausgebildet ist. An einem Einlass oder Intake E des Triebwerks T wird Luft entlang einer Eintrittsrichtung mittels eines Fans F bewegt und verdichtet. Dieser in einem Fangehäuse FC angeordnete Fan F wird über eine Rotorwelle S1 angetrieben, die von einer Turbine TT des Triebwerks T in Drehung versetzt wird. Die Turbine TT schließt sich hierbei an einen Verdichter V an, der beispielsweise einen (optionalen) Mitteldruckverdichter 111 und einen Hochdruckverdichter 112 aufweist, sowie gegebenenfalls noch einen Niederdruckverdichter (Booster). Der Fan F führt einerseits in einem Primäriuftstrom F1 dem Verdichter V Luft zu sowie andererseits, zur Erzeugung von Schub, in einem Sekundärluftstrom F2 einem Sekundärstromkanal oder Bypasskanal B. Der Bypasskanal B verläuft hierbei um ein den Ver- dichter V, eine Brennkammerbaugruppe BK und die Turbine TT umfassendes Kerntriebwerk, das einen Primärstromkanal für die durch den Fan F dem Kerntriebwerk zugeführte Luft umfasst.

Die über den Verdichter V in den Primärstromkanal geförderte Luft gelangt in die Brennkammerbaugruppe BK des Kerntriebwerks, in der thermische Energie zum Antreiben der Turbine TT durch Verbrennung von Kraftstoff mit aus dem Verdichter V einströmender Luft erzeugt wird. Die Turbine TT weist hierfür eine Hochdruckturbine 113, eine (optionale) Mitteldruckturbine 114 und eine Niederdruckturbine 115 auf. Die Turbine TT treibt dabei die Rotorwellen S1 , S2 und S3 und damit den Mittel- und Hochdruckverdichter sowie den Fan F an, um über die in den Bypasskanal B geförderte Luft Schub zu erzeugen. Sowohl die Luft aus dem Bypasskanal B als auch das Abgas-Luft-Gemisch aus dem Primärstromkanal des Kerntriebwerks strömen über einen Auslass A am Ende des Triebwerks T aus und tragen beide zum Gesamtschub des Triebwerks bei. Der Auslass A weist hierbei üblicherweise eine Schubdüse und einen zentral angeordneten Auslasskonus C auf. Verbreitet sind auch Konstruktionen, bei denen vor dem Austritt durch den Auslass A die Luft aus dem Bypasskanal und die abgashaltige Luft aus dem Primärstromkanal zu einem einzigen Luftstrom zusammengeführt werden. Um diese Zusammenführung zu erreichen, werden häufig Blütenmischer verwendet, die innerhalb des Triebwerks noch vor einer gemeinsamen Schubdüse und dem Auslass A angeordnet sind (nicht gezeigt).

Die Figur 18B zeigt einen Längsschnitt durch die Brennkammerbaugruppe BK des Triebwerks T. Hieraus ist insbesondere eine (Ring-) Brennkammer 103 des Triebwerks T ersichtlich. Zur Einspritzung von Kraftstoff respektive eines Luft-Kraftstoff- Gemisches in einen Brennraum 1030 der Brennkammer 103 ist eine Düsenbaugruppe vorgesehen. Diese umfasst einen Brennkammerring R, an dem entlang einer Kreislinie um die Mittelachse M mehrere Düsen D an einem Brennkammerkopf der Brennkammer angeordnet sind. An dem Brennkammerring R sind ein oder mehrere Brennerdichtungen BD mit Lageröffnungen vorgesehen, an denen Düsenköpfe der jeweiligen Düsen D gehalten sind, sodass hierüber Kraftstoffstoff in die Brennkammer 103 eingespritzt werden kann. Jede Düse D umfasst dabei einen Flansch, über den ein Düsenhalter DH der Düse D an ein Außengehäuse G der Brennkammerbaugruppe BK geschraubt ist.

Die Figur 18C zeigt schematisch einen Aufbau einer konventionellen, mittels eines Düsenhalters DH eingebauten Düsenbaugruppe mit ihren wesentlichen Komponenten. Hierbei ist ein innerer Luftkanal IL mit einem inneren Draller ID sowie ein äußerer Luftkanal AL mit einem äußeren Draller AD vorhanden. Ferner sind eine äußere Luftführung 6, ein mittlerer Luftkanal 7, ein mittlerer Draller 8 und eine Kraftstoffeindüsung 9 mit einer Kraftstoffzuleitung 1 vorgesehen, um über ein Kraftstoffringreservoir 11 und eine Kraftstoffverteilung 12 Kraftstoff zuzuführen. An einem Brennkammerkopf 14 ist eine Brennerdichtung BR vorhanden.

Konventionelle Düsen D für ein Triebwerk T sind typischerweise für die Einspritzung flüssigen Kraftstoffs, wie z. B. Kerosin oder Diesel, ausgebildet und weisen hierfür einen zentralen ersten Luftleitkanal auf sowie wenigstens einen weiteren radial außen liegenden zweiten Luftleitkanal und einen Kraftstoffleitkanal, der zwischen den beiden Luftleitkanälen vorgesehen ist. An einer Kraftstoffaustrittsöffnung eines solchen Kraftstoffleitkanals austretender Kraftstoff wird dann bereits an der Düse mit Luft aus dem ersten zentralen Luftleitkanal und gegebenenfalls auch mit der Luft aus dem radial weiter außen liegenden Luftleitkanal vermischt, sodass an einem Düsenende der Düse D ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Verfügung gestellt wird.

Eine derartige Konfiguration einer Düse D ist insbesondere für gasförmig in einen Brennraum 1030 der Brennkammer 1031 einzudüsenden Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, unter Umständen nachteilig. Hier schafft eine Düsenbaugruppe mit einer Düse D gemäß der vorgeschlagenen Lösung Abhilfe, zu der unterschiedliche Ausführungsvarianten in den Figuren 1 bis 17B veranschaulicht sind. Hierbei ist jeweils vorgesehen, dass an einem Düsenhauptkörper DR der Düse D ein zentrales, sich entlang einer Düsenlängsachse L erstreckendes und gegen eine Einströmung von Luft abgedichtetes Kraftstoff rohr 3 vorgesehen ist, über das Kraftstoff innerhalb des Düsenhauptkörpers DR bis an eine an einem Düsenende der Düse D vorgesehene Kraftstoffaustrittsöffnung 33 des Kraftstoffrohres 3 führbar ist. Aus der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 ist der Kraftstoff dann zur erstmaligen Vermischung mit Luft in den Brennraum 1030 einbringbar.

Bei einer ersten Ausführungsvariante gemäß der Figur 1 wird das zentrale Kraftstoffrohr 3 einer Düse D über ein Zuleitungsreservoir in Form einer Ringkammer 2A mit Kraftstoff versorgt. Diese Ringkammer 2A erstreckt sich an einem Kopfbereich der Düse D, die mit dem Düsenhalter DH verbunden ist, ringförmig um einen ersten Rohrabschnitt 3A des Kraftstoffrohres 3 und wird über eine Kraftstoffzuleitung 1 mit Kraftstoff versorgt, die in dem Düsenhalter DH verläuft. Kraftstoff aus der Kraftstoffzuleitung 1 gelangt somit zunächst über eine Zuleitungsöffnung der Kraftstoffzuleitung 1 in die Ringkammer 2A, von der aus der Kraftstoff weiter in den ersten Rohrabschnitt 3A des Kraftstoffrohres 3 einströmen kann. Der Kraftstoff strömt hierbei aus der Ringkammer 2A über umfangsseitig verteilt an einer Innenwand W des ersten Rohrabschnitts 3A verteilt angeordnete Durchgangsöffnungen 23 im Wesentlichen radial zu der Düsenlängsachse L nach innen in den ersten Rohrabschnitt 3A ein.

Das Kraftstoffrohr 3 ist an der dem Brennraum 1030 abgewandten Stirnseite mit einer durchgängigen Stirnwand DW der Düse D gegenüber aus dem Verdichter V des Triebwerks T kommende Luft abgedichtet. Aus der Kraftstoffzuleitung 1 in das Kraftstoffrohr 3 eingespeister Kraftstoff wird ferner auch innerhalb des Düsenhauptkörpers DR unvermischt zum Düsenende der Düse D gefördert, also ohne dass eine Vermischung mit Luft erfolgt. Der radial aus der Ringkammer 2A in das Kraftstoffrohr 3 eingespeiste Kraftstoff strömt dabei aus dem ersten Rohrabschnitt 3A, der einen Vorraum innerhalb des Kraftstoffrohres 3 definiert, in axialer Richtung in einen zweiten Rohrabschnitt 3B, mit einem innerhalb des Kraftstoffrohres 3 zentral angeordneten Strömungskörper 30. An diesem Strömungskörper 30 entlang strömt der Kraftstoff bis zu der düsenendseitigen Kraftstoffaustrittsöffnung 33 des Kraftstoffrohres 3.

Der zentrale Strömungskörper 30 ist vorliegend zapfenförmig ausgebildet und definiert damit den vorliegend im Querschnitt ringförmigen zweiten Rohrabschnitt 3B (und damit einen sich axial an den ersten Rohrabschnitt 3A anschließenden Ringraum), in dem der Kraftstoff entlang der Düsenlängsachse L zu der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 geführt wird. Über den Strömungskörper 30 lässt sich die Kraftstoffströmung über den Querschnitt vergleichmäßigen. Zudem weist der Strömungskörper 30 an einem stromab liegenden Ende 301 einen als Leitelement dienenden Leitkragen 3010 auf, über den die Düsenaustrittsöffnung 33 verengt ist, um die austretende Kraftstoffströmung zu beschleunigen. Zudem wird die austretende Kraftstoffströmung über den Leitkragen 3010 radial nach außen gelenkt.

Der derart eingedüste Kraftstoff wird erst stromab der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 innerhalb des Brennraums 1030 mit Luft vermischt, die über zwei Luftleitkanäle 4 und 5 an einem Düsenkopf DK der Düse D in den Brennraum 1030 eingebracht wird. Ein erster Luftleitkanal 4 ist dabei als vergleichsweise schmaler Ringspalt radial außen zu dem zentralen Kraftstoff rohr 3 an dem Düsenkopf DK ausgebildet. Radial weiter außen hierzu liegt der weitere Luftleitkanal 5 als radial äußerster Luftleitkanal an dem Düsenkopf DK vor. Luftaustrittsöffnungen der beiden Luftleitkanäle 4, 5 sind dabei gegenüber der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 axial zurückgesetzt, sodass das Ende des Kraftstoffrohres 3 und damit die Kraftstoffaustrittsöffnung 33 gegenüber den Luftaustrittsöffnungen der beiden Luftleitkanäle 4 und 5, bezogen auf die durch das Kraftstoffrohr 3 definierte Strömungsrichtung des Kraftstoffs, axial vorsteht (vgl. hierzu auch die nachfolgend noch näher erläuterte Figur 14). Den ersten Luftleitkanal 4 berandende innere und äußere Wandungen 43 und 45 enden somit weiter stromauf als das Kraftstoffrohr 3. Gleiches gilt für eine radial weiter außen liegende äußerste Wandung 55 für den weiteren, radial äußersten Luftleitkanal 5. In dem radial äußersten Luftleitkanal 5, der gegenüber dem ersten Luftleitkanal 4 eine um ein Vielfaches größere Kanalbreite aufweist, sind in der Ausführungsvariante der Figur 1 Drallelemente in Form von axialen Luftverdrallern 51 vorgesehen. Hierüber wird eine äußere drallbehaftete Luftströmung erzeugt. (Optional kann auch der innere Luftkanal 4 mit Drallelementen ausgestattet werden, wobei dann aber der der Luft hierüber aufgeprägte Drall geringer ist als derjenige im äußeren Luftkanal 5).

Ebenso kann über axiale Kraftstoffverdraller 31 innerhalb des zweiten Rohrabschnitts 3B des Kraftstoff roh res 3 eine verdrahte Kraftstoffströmung erzeugt werden, die an der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 in den Brennraum 1030 gelangt. Aus der Ringkammer 2A über die Durchgangsöffnungen 23 in der Innenwand W im Wesentlichen radial in das Kraftstoffrohr 3 und hier dessen ersten Rohrabschnitt 3A einströmender Kraftstoff wird bei der Ausführungsvariante der Figur 1 folglich zunächst in Richtung eines zu der Stirnwand DW beabstandeten stromauf liegenden Endes 300 des zapfenförmigen Strömungskörpers 30 weiter strömen und dann radial an dem Strömungskörper 30 vorbei in den zweiten Rohrabschnitt des Kraftstoffrohres 3 mit den Kraftstoffverdrallern 31 geführt. Die an dem Strömungskörper 30 über einen Großteil der entlang der Düsenlängsachse L gemessenen Länge des Düsenhauptkörpers DR geführte Kraftstoffströmung bleibt dabei bis zum Austritt an der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 unvermischt und trifft erst stromab der Düse D auf die Luftströmungen aus den beiden radial weiter außen liegenden Luftleitkanälen 4 und 5.

Die zentrale abgedichtete Führung des Kraftstoffs in dem Kraftstoffrohr 3 mit dem Strömungskörper 30 ist dabei insbesondere für leicht entzündlichen Wasserstoff von Vorteil, um Flammrückschläge und eine vorzeitige Selbstentzündung in einem Nahfeld der Düse zu vermeiden. Die über die Luftleitkanäle 4 und 5 bereitgestellten Luftströmungen stellen ferner in dem Brennraum 1030 eine vorteilhafte Rezirkulations- zonenbildung stromab der Düse D sicher. Die Figur 2 veranschaulicht die mit einer Düse D der vorgeschlagenen Düsenbaugruppe zu realisierenden Strömungen stromab des Düsenendes. Hierbei ist im Unterschied zu der Düse D der Figur 1 innerhalb des Kraftstoffrohres 3 kein einzelner längserstreckter, zapfenförmiger Strömungskörper 30 vorgesehen. Vielmehr sind hier innerhalb des Kraftstoffrohres 3 zwei axial zueinander beabstandete erste und zweite Strömungskörper 30A und 30B vorgesehen. Aus dem Ringraum des ersten Rohrabschnitts 3A strömt der Kraftstoff bei den Ausführungsvananten der Figur 2 weiter durch einen zweiten Rohrabschnitt 3B in Richtung der Kraftstoffaustrittsöffnung 33, der als im Querschnitt kreisförmiger Strömungsraum ausgebildet ist. Erst gegen Ende des Kraftstoffrohres 3 trifft der Kraftstoff auf den weiteren (zweiten) stromab gelegenen Strömungskörper 30B, der hier kegelförmig ausgebildet ist (mit der Kegelspitze zu dem ersten, stromauf gelegenen Strömungskörper 30A weisend). Über die entsprechende, sich radial aufweitende Form des kegelförmigen Strömungskörpers 30B zu dessen Ende 301 hin, wird die Kraftstoffaustrittsöffnung 33 des Kraftstoffrohres 3 verengt und zudem radial nach außen geleitet.

Der erste stromauf liegende Strömungskörper 30A ist vorliegend ferner nach Art eines Nabenzapfens im Bereich des kraftstoffrohrseitigen Kraftstoffverteilers 31 ausgebildet. Der stromab liegende zweite Strömungskörper 30B ist mit seiner stumpfen und vorliegend im Wesentlichen planen Stirnseite 301 S dem Brennraum 1030 zugewandt. Eine solche stumpfe Stirnseite 301 S ist auch an dem stromab liegenden Ende 301 des durchgehenden Strömungskörpers 30 der Figur 1 vorgesehen. Hiermit sind dann im Ergebnis grundsätzlich auch weitestgehend identische Ström ungsverläufe erzielbar.

Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, unterstützt der jeweilige an der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 liegende Strömungskörper 30 oder 30B, insbesondere mit seiner stumpfen Stirnseite 301 S die Bildung einer stabilen rezirkulierenden Verbrennungszone VBZ stromab der Düse D. Unmittelbar in einem Nahfeld hinter dem Düsenende D und damit stromab der stumpfen Stirnseite 301 S des jeweiligen Strömungskörpers 30 oder 30B wird eine innere Rehzirkulationszone IRZ erzeugt. In dieser inneren Rehzirkulationszone IRZ ergibt sich eine vergleichsweise große Kraftstoffkonzentration, wodurch die Verbrennungstemperaturen im Betrieb des Triebwerks T im Nahfeld der Düse D gering gehalten werden sollen. Es stellt sich folglich eine Art „Totwassergebiet“ mit einem geringeren Anteil von Verbrennungs- respektive Mischluft in einer inneren Rezirkulationszone IRZ ein.

Dies wird insbesondere durch die sich in radialer Richtung außen am Düsenkopf DK der Düse D anschließenden inneren und äußeren Luftleitkanäle 4 und 5 der Düse D unterstützt. So wird aus der als schmaler Ringspalt ausgebildeten inneren Luftaustrittsöffnung des radial innen liegenden Luftleitkanals 4 Luft mit einem vergleichsweise großen axialen Impuls und geringem Drall in den Brennraum 1030 eingedüst. Die Luftströmung aus der ebenfalls als Ringspalt ausgebildeten Luftaustrittsöffnung (mit größerer durchströmter Querschnittsfläche) des radial äußersten Luftleitkanals 5 ist wiederum stark drallbehaftet. Im Ergebnis umhüllt die hiermit erzeugte Luftströmung die zentrale Kraftstoffströmung, zieht diese radial auf und schafft somit stromab der Düse D eine Rezirkulationszone, in welcher sich Luft und Kraftstoff mischen und die dann die drallstabilisierte, rezirkulierende Verbrennungszone VBZ ausbildet.

Die die rezirkulierende Verbrennungszone VBZ umhüllende Luftströmung erzeugt zudem eine luftreiche Zone im vorderen Bereich der Brennkammer 103 um das Düsenende der Düse D herum, die in der Figur 2 als äußere Rezirkulationszone ORZ gekennzeichnet ist. Durch die Luftströmung in dieser äußeren Rezirkulationszone ORZ wird die Düse D und eine vordere Brennkammerwand der Brennkammer 103 vor der rezirkulierenden Verbrennungszone VBZ thermisch geschützt.

Unterschiedliche Gestaltungen des Kraftstoffrohres 3, der Luftleitkanäle 4, 5 und insbesondere des Strömungskörpers 30 oder 30B innerhalb des Kraftstoffrohres 3 können hierbei zur Beeinflussung der Strömungsverhältnisse gewählt werden, ohne von der vorgeschlagenen Lösung abzuweichen, beispielsweise mit Blick auf die Gestal- tung der Brennkammer 103, die Vorgabe unterschiedlicher Betriebsparameter des Triebwerks T (z. B. Beispiel im Hinblick auf transiente Betriebszustände, wie etwa beim Beschleunigen und Verlangsamen des Triebwerks T), die Einstellung bestimmter Flammenformen und Flammenpositionen, die Reduktion gebildeter Schadstoffe, wie z. B. von Stickoxiden, und die Reduktion auftretender thermischer Belastungen an Teilen der Düse D und/oder an der Brennkammer 103.

Bei der Ausführungsvariante der Figur 3A ist beispielsweise der zentrale, zapfenförmige Strömungskörper 30 innerhalb des Kraftstoffrohres 3 stromauf bis an eine Rückwand des Kraftstoffrohres 3 oder sogar bis an die Stirnwand DW der Düse D geführt. Das Kraftstoffrohr 3 weist somit durchgängig entlang der Düsenlängsachse L einen ringförmigen Querschnitt auf.

Bei der Ausführungsvariante der Figur 3A sind (wie bei der Variante der Figur 1 ) im Bereich des stromauf liegenden Endes 301 des Strömungskörpers 3 radial erstreckte Stützstreben 303 vorgesehen, um den rotationssymmetrischen Strömungskörper 30 im Bereich der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 zu stabilisieren und mit den Rohrwänden des Kraftstoffrohres 3 zu verbinden. Die Stützstreben 303 sind vorliegend angestellt, damit ein stromauf der Luftströmung aufgeprägter bzw. stromauf erzeugter Drall nicht verringert oder sogar zerstört wird. Eine oder mehrere Stützstreben 303 müssen im Übrigen auch nicht notwendigerweise nahe am Austritt des Kraftstoffrohrs 3 ausgebildet werden, sondern können auch weiter stromauf vorliegen, sodass sich die Strömung in einem nachfolgenden (letzten) Abschnitt des Kraftstoffrohres 3 - nach der Störung durch die Stützstreben 303 - wieder homogenisieren kann. Bei der Weiterbildung der Figur 3B sind die Stützstreben 303 entfallen. Lediglich weiter stromauf ist eine radiale Verbindung zwischen dem Strömungskörper 30 und der Rohrwand des Kraftstoffrohres 3 über die Kraftstoffverdraller 31 vorgesehen.

Eine vorteilhafte Ausführungsvariante der Düsenbaugruppe für eine definierte Zündung des Gas-Luft-Gemischs bei der zentralen Eindüsung des gasförmigen Kraft- Stoffs, insbesondere Wasserstoffs, ist in den Figuren 4A bis 4D gezeigt. Hierbei ist in den Strömungskörper 30, der insbesondere wie vorstehend und auch nachfolgend erläutert ausgebildet und in der Düsenbaugruppe angeordnet ist, ein Zündelement in Form einer Zündkerze 20 integriert. Der Düsenhauptkörper DR ist mit dem Düsenhalter DH verbunden, durch den die Kraftstoffzuleitung 1 geführt ist, welche vorliegend an eine zentrale Gasverteilungskammer kraftstoffzuführend angeschlossen ist. In dem Kraftstoff rohr 3 ist zentral der Gasinjektionskanal 16 und koaxial der Strömungskörper 30 angeordnet. In einem Ringspalt um das Kraftstoffrohr 3 ist der erste (und bei Ausführung nach Figur 4A, 4C, 4D alleinige) Luftkanal 4 ausgebildet, in dem der axiale Luftverdraller 51 angeordnet ist. Die Zündkerze 20 ist in einem koaxialen, zum Brennraum hin offenen Hohlraum des Strömungskörpers 30 eingesetzt und mit einem rückseitigen Kabelanschluss 25 (vgl. Figur 4C) mit einem Zündkabel 19 verbunden, welches durch einen rückseitigen Abschnitt des Strömungskörpers 30 und eine Stütztstruktur zum Fixieren des Strömungskörpers 30 in dem Kraftstoff rohr 3, wie Stützstrebe 303, in einen Zuleitungskanal des Düsenhalters 1 zum Anschluss an eine (hier nicht gezeigte) elektrische Versorgungs- bzw. Steuereinrichtung geführt ist.

Wie Figur 4C zeigt, weist die Zündkerze 20 eine von einem Isolator 29 umgebene Zentralelektrode 21 und eine Masseelektrode 22 auf und ist vorteilhaft mit einem Gewinde 24 in ein komplementäres Aufnahmegewinde des Strömungskörpers 30 eingeschraubt. In dem die Zündkerze 20 aufweisenden Hohlraum 27 des Strömungskörpers 30 ist auf der von der Brennkammer 103 abgewandten Rückseite der Zündkerze 20 der Kabelanschluss z. B. mit einer Kabelrolle 26 versehen.

Als Zündkerze 20 kann eine kleine, kompakte Ausführung z. B. mit einer Kerzenlänge LK im Bereich zwischen 20 mm und 40 mm, beispielsweise zwischen 25 mm und 35 mm (typischerweise mit ca. 28 mm) bei einem Durchmesser zwischen ca. 6 mm und 12 mm gewählt werden, wobei ein innerer lichter Durchmesser D0 des Hohlraums in Abstimmung auf die Zündkerze 20 gewählt ist und z. B. 8 mm und ein mittlerer Durchmesser D1 im Gewindegrund z. B. 9 mm betragen, wobei ein äußerer Durchmesse D2 des Düsenkopfs DK um den (hier nur einen) Luftkanal 4 außen z. B. 30 mm bis 50 mm, beispielsweise etwa 36 mm beträgt. Der Strömungskörper 30 im Bereich der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 kann auch hierbei mit unterschiedlich gestalteten Gasaustrittskanälen 28 versehen sein, wie z. B. in der Figur 4D in den vier nebeneinanderliegenden Abbildungen dargestellt und des Weiteren im Zusammenhang mit den vorstehenden und auch nachfolgenden Ausführungsbeispielen gezeigt.

Der Kraftstoff wird also durch das zentrale Kraftstoffrohr 3 in den Brennraum 1030 eingeleitet. Zur Optimierung und Feineinstellung der in den Brennraum 1030 eingeleiteten Kraftstoffströmung kann das Kraftstoffrohr 3, wie dargestellt, mit einer Kombination aus verschiedenen Strukturen versehen werden, um eine geeignete Kraftstoffströmung auszubilden, beispielsweise auch mittels eines axialen Kraftstoffdral- lers, der die Kraftstoffströmung mit einem Drehimpuls beaufschlagt. Als Nabe des axialen Kraftstoffdrallers dient z. B. ein, bis in den Bereich der Austrittsebene des Kraftstoffrohrs 3 hinein (gegebenenfalls einige mm darüber hinaus), rotationssymmetrischer Körper, welcher als Verlängerung der Nabe des axialen Kraftstoffdrallers ausgebildet sein kann, und mit zusätzlichen Stützstreben 303 am Ende des zentralen Kraftstoffrohrs 3 oder auch ohne solche Streben vorgesehen ist, wie z. B. anhand von Figur 3A erläutert.

Die in dem zentralen Strömungskörper 30 in dem Hohlraum 27 eingesetzte Zündkerze 20 wird gegen die Umgebung abgedichtet. Wie z. B. aus den Figuren 4A und 4B ersichtlich, kann der Düsenhauptkörper DR einen oder mehrere Luftkanäle 4, 5 aufweisen. Diese können ebenfalls mit Stützelementen versehen sein, mit oder ohne Drallerzeugung. Eines dieser Stützelemente kann zur Durchführung des Zündkabels 19 bzw. Versorgungskabels (gegebenenfalls zusätzlich) genutzt werden.

Die Zündkerze sitzt axial geeignet in dem Strömungskörper 30, sodass optimiert eine Interaktion mit dem gasförmigen Kraftstoff und zur Zündung mit dem Gas-Luft- Gemisch erreicht wird. Der insbesondere stumpfe Strömungskörper 30, die Luftzu- führung über den mindestens einen Luftkanal 4, 5 und die Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere Wasserstoffs, führen zu der bewirkten Rezirkulation des Gas-Luft-Gemischs hin zu dem vorderen Zündabschnitt bzw. der Spitze der Zündkerze 20. Dies wird durch die dargelegte Gestaltung, auch in Abstimmung auf die Einbaubedingungen, in optimierter Weise unterstützt.

Bei einer Ringbrennkammer mit einer Anzahl von in einem Brennkammerring R angeordneten Kraftstoffdüsen kann eine beliebige Anzahl von Düsen bzw. Düsenbaugruppen des genannten Aufbaus mit einer Zündkerze 20 ausgerüstet werden, beispielsweise mit lediglich einer, insbesondere am oder nahe dem höchsten Punkt der Brennkammer 103 (da Gas leichter als Luft ist), oder mit mehreren, z. B. gleichmäßig über den Umfang verteilt, oder durch Anordnung in jeder zweiten Düsenbaugruppe oder auch gruppiert in den Düsenbaugruppen, oder in allen Düsenbaugruppen integriert.

Mit Blick auf die Fertigung eines Kraftstoffrohres 3 mit einem zentralen Strömungskörper 30, der im Bereich seines dem Brennraum 1030 zugewandten Endes 301 keine Stützstreben 303 aufweisen soll, veranschaulicht die Figur 5 ein mögliches additives Fertigungsverfahrens für den Düsenhauptkörpers DR mit dem innenliegenden Kraftstoffrohr 3. So wird hier der Düsenhauptkörpers DR mit dem innerhalb des Kraftstoffrohres 3 liegenden Strömungskörper 30 von dem Düsenende her aufgebaut, das im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand dem Brennraum 1030 zugewandt ist. Der Düsenhauptkörpers DR wird hierbei auf einer Aufbauplatte P und einer hieran vorgesehenen Stützstruktur ST schichtweise entlang einer vertikal verlaufenden Aufbaurichtung AR aufgebaut, die parallel zur Düsenlängsachse L verläuft, jedoch entgegengesetzt zur späteren Strömungsrichtung des Kraftstoffs durch das Kraftstoffrohr 3. Der Düsenhauptkörper DR mit dem Strömungskörper 30 wird hier folglich als integraler Bestandteil entlang der Vertikalen auf der Aufbauplatte P additiv aufgebaut. Aufbauend auf der Ausführungsvariante der Figur 2 zeigen die Figuren 6A und 6B in mit den Figuren 1 , 3A und 3B übereinstimmenden Ansichten exemplarisch zwei Ausführungsvarianten, bei der innerhalb des zentralen Kraftstoffrohres 3 zwei axial zueinander entlang der Düsenlängsachse L beabstandete Strömungskörper 30A und 30B vorgesehen sind. Der eine, erste stromauf liegende zapfenförmige und nach Art eines Nabenkörpers im Bereich des Kraftstoffverdrallers 31 vorgesehene Strömungskörper 30A erstreckt sich dabei nicht über die Hälfte der Länge des Kraftstoffrohres 3 hinaus. Der weiter stromab angeordnete zweite Strömungskörper 30B ist jeweils kegelförmig ausgebildet und definiert die Kraftstoffaustrittsöffnung 33 mit. Über den zweiten Strömungskörper 30B ist das Kraftstoff rohr 3 im Bereich der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 lokal verengt. Hierbei ist der jeweilige Strömungskörper 30B jeweils kegelförmig ausgebildet, wobei die stumpfe Stirnseite 301 S dem Brennraum 1030 zugewandt ist und das sich verjüngende Ende stromauf liegt und in Richtung des ersten Strömungskörpers 30A weist. Während bei der Ausführungsvariante der Figur 6A das dem ersten Strömungskörper 30A zugewandte, sich verjüngende Ende spitz zuläuft, ist dieses Ende bei der Ausführungsvariante der Figur 6B konvex gewölbt. Dies kann mit einer gewünschten Strömungsbeeinflussung in Richtung der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 einhergehen. Das in der Figur 6B gezeigte Ende ist dabei lediglich beispielhaft für eine aerodynamisch optimierte Form. Andere aerodynamische vorteilhafte Formen sind natürlich ebenfalls möglich, wie Ovoid, Ogive, Halbkugel oder Kegel (mit gegebenenfalls stumpfer oder gerundeter Spitze).

Unabhängig von der Verwendung eines einzelnen durchgehenden Strömungskörpers 30 oder zweier zueinander axial versetzter Strömungskörper 30A, 30B innerhalb des Kraftstoffrohres 3 ist bei den dargestellten Ausführungsvarianten jeweils vorgesehen, dass über den jeweiligen im Bereich der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 vorgesehenen Strömungskörper 30 oder 30B eine lokale Verengung der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 realisiert ist, um die Kraftstoffströmung beim Einströmen in den Brennraum 1030 zu beschleunigen. So wird dann der jeweilige Strömungskörper 30, 30B entsprechend so gestaltet, dass eine endseitige Aufweitung des Durchmessers des Kraftstoffrohres 3, um die Kraftstoffströmung radial nach außen zu lenken, durch eine Aufweitung des Strömungskörpers 30 oder 30B zu seinem Ende hin wenigstens kompensiert oder sogar überkompensiert wird. Derart verjüngt sich ein Ringspalt der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 zum Düsenende hin.

Die Einzeldarstellungen der Figuren 7A bis 9B veranschaulichen unterschiedliche Möglichkeiten, an einer äußeren Mantelfläche des jeweiligen Strömungskörpers 30B oder 30 (zumindest im Bereich des kraftstoffaustrittsöffnungsnahen Endes 301 ) zusätzlich hervorstehende Abschnitte 304 vorzusehen. Bei den Ausführungsvananten der Figuren 7A und 7B sind beispielsweise vorstehende Rippen 304 vorgesehen, die umfangsseitig um die Düsenlängsachse L umlaufen und axial zueinander beab- standet sind. Hierüber lässt sich ein Wärmeübertrag von dem typischerweise metallischen Strömungskörper 30B oder 30 an den zur Kühlung nutzbaren Kraftstoff verbessern.

Darüber hinaus ist anhand der Ausführungsvariante der Figur 7A und 7B ersichtlich, dass die stumpfe Stirnseite 301 S nicht zwingend vollkommen plan ausgeführt sein muss, sondern gegebenenfalls auch konkav (in Richtung des Inneren des Kraftstoffrohres 3) gewölbt ausgeführt sein kann.

Bei der Ausführungsvariante der Figuren 8A und 8B sind einzelne Rippen 304 an einer äußeren Mantelfläche des jeweiligen Strömungskörpers 30B oder 30 in Umfangsrichtung um die Düsenlängsachse L zueinander beabstandet und jeweils längserstreckt ausgeführt. Zudem ist hier exemplarisch eine konvexe Wölbung der stumpfen Stirnseite 301 S vorgesehen.

Bei der Ausführungsvariante der Figuren 9A und 9B ist in Abwandlung der Ausführungsvarianten der Figuren 7A bis 8B an einer jeweiligen äußeren Mantelfläche eines Strömungskörpers 30B oder 30 eine Rippenstruktur mit Rippen 304 vorgesehen, die jeweils schräg zur Düsenlängsachse L und damit beispielsweise einem Abschnitt einer Spirale um die Düsenlängsachse L folgend (d.h. helixförmig) an der Mantelfläche entlang verlaufen. Insbesondere bei einer derartigen Ausführungsvariante kann über das sich ergebende Rippenmuster im Betrieb des Triebwerks T nicht nur ein Wärmeübergang zwischen dem heißeren Metall des jeweiligen Strömungskörpers 30B oder 30 und dem kühleren Kraftstoff intensiviert werden. Vielmehr kann hier über die jeweilige Rippenstruktur auch dem Kraftstoffstrom eine radiale Bewegungskomponente (zusätzlich) aufgeprägt werden. Die vorstehenden Rippen 304 der Figuren 9A und 9B sind folglich so auf der äußeren Mantelfläche angeordnet, dass hierüber einem etwaigen der Kraftstoffströmung bereits gezielt aufgeprägten Drall nicht entgegengewirkt oder ein solcher Drall gegebenenfalls sogar unterstützt wird.

Die Figuren 10A und 10B zeigen unterschiedliche Ansichten einer alternativen Oberflächenbehandlung der Mantelfläche des zweiten kegelförmigen Strömungskörpers 30B. Hier ist an der umströmten Mantelfläche eine Mehrzahl von Vertiefungen 305, beispielsweise in Form von Bohrungen oder Dellen, vorgesehen. Auch hierüber wird die Strömung entlang der Mantelfläche des Strömungskörpers 30B mit Blick auf einen verbesserten Wärmeübertrag positiv beeinflusst.

Die Figur 11 zeigt eine zu der Variante der Figuren 10A und 10B analoge Gestaltung eines durchgängigen Strömungskörpers 30 mit einer Mehrzahl gleichverteilter Vertiefungen 305 an dessen äußerer Mantelfläche.

Die Figuren 12 und 13 zeigen exemplarisch zwei unterschiedliche Konfigurationen des Düsenhauptkörpers DR mit dem Düsenkopf DK ohne einen innerhalb des Kraftstoffrohres 3 angeordneten Strömungskörper. Im Unterschied zu der Ausführungsvariante der Figur 12 ist dabei in dem radial äußersten Luftleitkanal 5 der Ausführungsvariante der Figur 13 kein Axialverdraller 51 vorgesehen. Vielmehr sind hier eine oder mehrere Radialverdraller 52 innerhalb des radial äußersten Luftleitkanals 5 angeordnet. Unabhängig von der Verwendung von Axialverdrallern 51 oder Radialverdrallern 52 sowie auch unabhängig von der Verwendung eines oder mehrerer Strömungskörper 30 oder 30A/30B bietet sich am Düsenende einer vorgeschlagenen Düse D ein axialer Versatz zwischen den einzelnen Luftaustrittsöffnungen der ersten und zweiten Luftleitkanäle 4 und 5 sowie der Kraftaustrittsöffnung 33 des Kraftstoffrohres 3 an. Hierbei steht dann beispielsweise ein (Abström-) Rand des Kraftstoffrohres 3 axial am weitesten entlang der Düsenlängsachse L vor, sodass dessen Kraftstoffaustrittsöffnung im Bereich einer ersten virtuellen (Austritts-) Ebene E3 liegt, die senkrecht zu der Düsenlängsachse L verläuft und weiter stromab liegt als weitere virtuelle Ebenen E1 und E2, in denen die Luftaustrittsöffnungen des radial äußersten Luftleitkanals 5 und des inneren Luftleitkanals 4 liegen. Die Ebene E3 des zentralen Kraftstoffrohrs 3 ragt somit am tiefsten in den Brennraum 1030 hinein ein. Die Austrittsebene E2 des radial weiter außen sich anschließenden inneren Luftleitkanals 4 fluchtet hiermit oder ist - wie in der Figur 14 dargestellt - axial zurückgesetzt und dringt damit etwas weniger in den Brennraum 1030 hinein ein. Am weitesten axial zurückgesetzt ist vorliegend die Luftaustrittsöffnung des radial äußersten Luftleitkanals 5 mit dem Luftver- draller 51 (oder 52). Grundsätzlich kann für Eindringtiefen e3, e2, e1 der jeweiligen Austrittöffnungen bzw. Kanäle und Rohre e3 > e2 > e1 gelten. Die (Austritts-) Ebene E3 des Kraftstoff roh res 3 liegt somit am weitesten im Brennraum 1030 und dringt damit am weitesten in den Brennraum 1030 hinein ein. Die (Austritts-) Ebene E2 des inneren Luftleitkanals 4 ist mit dieser Ebene E3 gleichauf oder dringt etwas weniger in den Brennraum 1030 hinein ein, während die (Austritts-) Ebene 1 des äußersten, der (stärkeren) Luftverdrallung dienenden Luftleitkanals 5 mit dem inneren Luftleitkanal 4 gleichauf endet oder etwas weniger in den Brennraum 1030 hinein eindringt.

Der axiale Versatz der Luftaustritts- und Kraftstoffaustrittsöffnungen kann beispielsweise die Reduzierung einer thermischen Belastung der Komponenten der Düse D am Düsenende ermöglichen. So entstehen Zonen, in denen Kraftstoff und Luft miteinander in Kontakt kommen und damit eine Wärmefreisetzung infolge einer chemischen Verbrennungsreaktion stattfinden kann, erst weiter stromab der Düse D. Zu- dem ist über den eingestellten axialen Versatz eine Interaktion der einzelnen Strömungspfade miteinander, insbesondere eine Beeinflussung durch eventuell aufgeprägten Drall feiner justierbar. Dies kann sich insbesondere für eine etwaige Anpassung des Stabilitätsverhaltens des Brenners, der Flammenform und der Flammenposition, der Schadstoffbildungsrate (im Fall von Wasserstoff im Hinblick auf Stickoxide) und eine thermische Belastung der Düse D und der Brennkammer 103 vorteilhaft auswirken.

Grundsätzlich kann das brennraumseitige Ende des zentralen Kraftstoffrohres 3 im Bereich der Kraftstoffaustrittsöffnung 33 unterschiedlich geometrisch ausgestaltet sein. Gerade aber mit Blick auf einen gasförmig einzudüsenden Kraftstoff mit schneller Reaktionskinetik, wie z. B. Wasserstoff, ist zu berücksichtigen, dass sich eine Flamme sehr nahe am Düsenende der Düse D verankern kann. Insbesondere kann bei bestimmten Betriebspunkten des Triebwerks T ein entsprechender Ankerpunkt der rezirkulierenden Verbrennungszone VBZ unmittelbar an der Abströmkante des Kraftstoffrohres 3 liegen. Die Figuren 15A, 15B und 15C veranschaulichen vor diesem Hintergrund exemplarisch unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten für einen dem Brennraum 1030 zugewandten und die Kraftstoffaustrittsöffnung 33 beranden- den Rand des Kraftstoffrohres 3.

Bei der Ausführungsvariante der Figur 15A weist das Kraftstoffrohr 3 an dem um die Düsenlängsachse L umlaufenden Rand eine radial nach außen geneigte Fase 330 auf, die zum axialen Ende des Kraftstoffrohres 3 spitz zuläuft. Eine solche spitz zulaufende Fase 330 hat den Vorteil, dass die Kraftstoff- und Luftströmungen tangential aufeinandertreffen. Hierdurch bleibt jeweils eine vergleichsweise hohe Abströmgeschwindigkeit der Strömungen aus der Düse D erhalten und die Wärmefreisetzung im Bereich des vorstehend angesprochenen Ankerpunkts bleibt gering. Die spitz zulaufende Fase 330 kann hierbei jedoch mit Blick darauf nachteilig sein, dass in dem Bereich der Spitze eingebrachte Wärme nicht ausreichend schnell über die Rohrwand des Kraftstoffrohres 3 abgeführt werden kann. Hierdurch kann die Gefahr be- stehen, dass die Spitze im Betrieb des Triebwerks T thermisch überlastet, wenn nicht weitere Maßnahmen ergriffen werden.

Die Figuren 15B und 15C zeigen eine alternative Gestaltung einer Endgeometrie des Kraftstoffrohres 3. Hier geht jeweils die radial nach außen geneigte Fase 330 in eine stumpfe Endgeometrie über. Während bei der Ausführungsvariante der Figur 15B ein Übergang in eine Rundung vorgesehen ist, mündet die Endgeometrie der Ausführungsvariante der Figur 15C in eine stumpfe Abschlussebene. Bei beiden Varianten der Figuren 15B und 15C treffen zwar Kraftstoff- und Luftströmungen nicht mehr derart (ideal) tangential aufeinander wie bei der Variante der Figur 15A. Vielmehr wird durch die stumpfe Endgeometrie ein kleines „Totwassergebiet“ stromab der Endgeometrie erzeugt, in welchem sich Kraftstoff und Luft mischen können und in dem eine lokal hohe Wärmefreisetzung infolge Verbrennung auftreten kann. Jedoch kann die hierbei in die Endgeometrie eingebrachte Wärme durch Wärmeleitung in der Rohrwand des Kraftstoffrohres besser abtransportiert werden als im Fall einer spitz zulaufenden Fase 330 entsprechend der Figur 15A.

Um die Zuführung von Luft in die Luftkanäle 4 und 5 am Düsenkopf DK der Düse D zu unterstützen, sieht eine mögliche Weiterbildung gemäß der Figur 16 vor, dass an der äußeren Wandung 45 und der äußersten Wandung 55 stromauf Einlauflippen 450 und 550 ausgebildet sind. Über diese Einlauflippen 450 und 550 wird Luft aus dem Verdichter V, die an dem Düsenhauptkörper DR vorbeiströmt, gezielt radial nach innen in die Luftleitkanäle 4 und 5 hinein geleitet. Hiermit kann insbesondere einer eventuellen nachteiligen Anströmung der Luftleitkanäle 4 und 5 durch einen vergleichsweise dicken Kopfbereich des Düsenhauptkörpers DR effektiv entgegengewirkt werden, sodass dennoch eine ausreichend große Luftmenge in die Luftleitkanäle 4 und 5 gelangt.

Die Detailansicht in der Figuren 17A und 17B veranschaulichen mögliche Gestaltungen eines Endbereichs des radial inneren Luftleitkanals 4. So ist in beiden Ausfüh- rungsvarianten der Figuren 17A und 17B eine lokale Verengung des inneren Luftleitkanals 4 zu dessen Luftaustrittsöffnung hin vorgesehen. Abschnitte der inneren und äußeren Wandungen 43 und 45 werden hier somit im Bereich der Luftaustrittsöffnung einander angenähert. Damit verengt sich der innere Luftleitkanal 4 hier jeweils düsenförmig, um die Austrittsgeschwindigkeit der einströmenden Luft weiter zu erhöhen. Figur 17B zeigt zudem eine geringfügige radiale Umlenkung der Luftströmung in Richtung der Düsenlängsachse L.

Es versteht sich, dass die vorgeschlagene Lösung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung erstreckt sich auf alle Kombinationen und Unter- kombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, und umfasst diese.

Bezugszeichenliste

1 Kraftstoffzuleitung

103 Brennkammer

1030 Brennraum

11 Kraftstoffringreservoir

111 Niederdruckverdichter

112 Hochdruckverdichter

113 Hochdruckturbine

114 Mitteldruckturbine

115 Niederdruckturbine

12 Kraftstoffverteilleitung

14 Brennkammerkopf

15 zentrale Gasverteilungskammer

16 Gasinjektionskanal (ausgebildet als Kraftstoffrohr)

19 Zündkabel

20 Zündkerze

21 Zentralelektrode

22 Masseelektrode

23 Durchgangsöffnung

24 Gewinde

25 Kabelanschluss

26 Kabelrolle

27 Hohlraum für Zündkerze

28 Gaskanäle

29 Isolator

2A Ringkammer (Zuleitungsreservoir)

3 Kraftstoffrohr 3A, 3B Rohrabschnitt

30, 30A, 30B Strömungskörper

300, 301 Ende

3010 Leitkragen (Leitelement)

301 S Stirnseite

303 Stützstrebe

304 Rippe

305 Vertiefung

31 Kraftstoffverdraller (Drallelement)

33 Kraftstoffaustrittsöffnung

330 Fase

4 Erster Luftleitkanal / Ringspalt

43 Innere Wandung

45 Äußere Wandung

450 Einlauflippe

5 Zweiter Luftleitkanal

51 Axialer Luftverdraller (Drallelement)

52 Radialer Luftverdraller (Drallelement)

55 Äußerste Wandung

550 Einlauflippe

6 äußere Luftführung

7 mittlerer Luftkanal

8 mittlerer Draller

9 Kraftstoffeindüsung

A Auslass

AR Aufbaurichtung

AL äußerer Luftkanal

AD äußerer Draller

B Bypasskanal

BK Brennkammerbaugruppe BR Brennerdichtung

C Auslasskonus

D Düse

DO innerer Durchmesser

D1 mittlerer Durchmesser

D2 äußerer Durchmesser

DH Düsenhalter

DK Düsenkopf

DR Düsenhauptkörper

DW Stirnwand

E Einlass / Intake

E1 , E2, E3 (Austritts-) Ebene

F Fan

F1 , F2 Fluidstrom

FC Fangehäuse

G Außengehäuse

ID innerer Draller

IL innerer Luftkanal

IRZ Innere Rezirkulationszone

L Düsenlängsachse

LK Kerzenlänge

M Mittelachse / Rotationsachse

ORZ Äußere Rezirkulationszone

P Aufbauplatte

R Brennkammerring

S Rotorwelle

ST Stützstruktur

T (Turbofan-)T riebwerk

TT Turbine

V Verdichter VBZ Rezirkulierende Verbrennungszone

W Innenwand