CH257004A - Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage für Luftfahrzeuge. - Google Patents

Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage für Luftfahrzeuge.

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CH257004A
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CH
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turbine
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Power Jets Research De Limited
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Power Jets Res & Dev Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/06Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages
    • F02C3/073Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages the compressor and turbine stages being concentric

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description


  Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage für Luftfahrzeuge.    Die Erfindung bezieht sieh auf eine Ver  brennungsturbinen-Antriebsanlage für Luft  fahrzeuge, bei welscher Luft in einem Axial  strömungskompressor komprimiert, in Ver  brennungskammern geleitet, in welche     Brenn-          steff    eingespritzt und kontinuierlich bei     kon-          stantem    Druck verbrennt wird und dann in  einer Axialströmungsturbine, welche den  Kompressor treibt, expandiert wird, wobei der  Kompresssor und die Turbine zu einer Einheit  zusammengefasst ist, indem dieselben koaxial  ineinander angeordnet sind, so dass koaxiale  und einander umschliessende     Durchström-          ringräume    für das Arbeitsmedium entstehen.

    



  Zweck der     Erfindung    ist, eine     Anordnung     von geringer axialer     Länge    und gedrängter  Konstruktion zu     schaffen,    welche für den     Au-          trieb    einer Luftschraube und den Einbau in  Flugzeugrümpfe oder -gondeln geeignet ist.  



  Bei einer Verbrennungsturbinen-Antriebs  anlage gemäss der Erfindung sind die ko  axialen und einander umschliessenden Durch  strömungsringräume so verbunden, dass die  Strömung in diesen Ringräumen entgegen  gesetzte Richtung besitzt, und ferner ist für  den Antrieb einer Luftschraube eine von der  erstgenannten Turbine mechanisch unabhän  gige Nutzleistungsturbine vorgesehen, welche  auf der Auspuffseite der erstgenannten Tur  bine angeordnet ist.  



  In, der beiliegenden Zeichnung ist ein  Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen  standes dargestellt,    Die Figur zeigt zur Hälfte in Ansicht,  zur Hälfte im schematischen Axialschnitt  eine Verbrennungsturbineneinheit, welche für  den Einbau in ein Luftfahrzeug bestimmt ist,  wobei der Antrieb sowohl durch eine Luft  schraube als auch durch Strahlvortriebswir  kung erfolgt.  



  In der Zeichnung bezeichnet 1 die Aussen  haut der die Krafteinheit umschliessenden  Gondel. Die Tragkonstruktion dieser Einheit  umfasst ein vorderes Gehäuseglied 2a, 2b, ein  äusseres, aus Ringen 3, 3a, 3b, 3c aufgebautes  Gehäuse, eine Zwischenwand 14, eine hintere  Stirnwand 15 und eine feste Achse 13, welche  an den Wänden 14, 15 befestigt ist.

   Das Ge  häuseglied 2a, 2b weist einen zylindrischen  Teil 2a und zwei Stirnwände 2b auf, die durch  Versteifungsrippen verbunden sind, wobei  alle diese Teile aus einem Stück gebildet sind;  der zylindrische Teil 2a und der Gehäusering  3 bestimmen einen ringförmigen     Eintritts-          leitkanal    5 zum Kompressor, wobei der Ein  lass zu diesem Leitkanal durch den einwärts  gefalteten vordern Randteil der Gondelhaut  1, welsche an dem Gehäusering 3 angebracht  ist und eine Fortsetzung     dessel#en    bildet, und  durch eine vordere Verkleidung 4 gebildet  wird, die an dem zylindrischen Teil 2a des  vordern Gehäusegliedes angebracht ist und  eine Fortsetzung desselben bildet.  



       Die        Gehäuseringe    3a,     3,b,        31c    umschlie  ssen einen ringförmigen Durchströmkanal, in  welche; dis     KQmrsuorsich:@,ufeln        in..        c,_         nachstehend beschriebenen Weise arbeiten.  Dieser Kompressordurchströmkanal geht in  einen, Leitkanal 6 über, welcher mittels eines  180 -Umlenkbogens, der mit innern     Leitflü-          geln    7 für die Unterdrückung der Turbulenz  versehen ist, in eine Verbrennungskammer 8  führt, die eine Brennstoffeinspritzdüse 9 ent  hält.

   Die Verbrennungsgasse gelangen aus der  Verbrennungskammer in einen zweiten ring  förmigen Durchströmkanal, in welchem die  Turbinenschaufeln wie nachstehend beschrie  ben arbeiten. Dieser     Turbinendurchström-          kanad    ist koaxial zum     Kompressordurchström-          kanal    angeordnet und wird vom     Kompressor-          durchströmkanal    umschlossen, wobei die     Strö-          niung    durch die Turbine in der entgegen  gesetzten Richtung zu derjenigen im Kom  pressor erfolgt, wie nachstehend näher erläu  tert wird.  



  Die Zwischenwand 14 ist durch ihr aus  einem Stück bestehende Rippen 16 mit einem  Umhüllungsring 18 verbunden, der eine     Fort-          getzung    des zylindrischen Teils 2a bildet. Ein  anderer Kranz von radialen Rippen 17 ver  bindet den Umhüllungsring 18 mit dem Ge  häusering 3a; in gleicher Weise ist die Stirn  wand 15 durch radiale Rippen 19 mit einem  Umhüllungsring 21 verbunden, welcher sei  nerseits durch weitere radiale Rippen 20 mit  dem Gehäusering 3c verbunden ist.  



  Zwischen den Stirnwänden 14 und 15 sind  eine Anzahl Rotorräder 23 angeordnet, welche  drehbar auf der Achse 13 mittels Lagern 22  abgestützt sind. Jedes Rotorrad besitzt einen  Kranz von zweiteiligen Schaufeln 24, 25, de  ren innere Schaufelteile 24 von den äussern  Schaufelteilen 25 durch Umhüllungselemente  26 getrennt sind, welche bei auf die Räder  aufgesetzten Schaufeln kontinuierliche Um  hüllungsringe bilden. Die innern Schaufel  teile 24 sind als Turbinenschaufeln und die  äussern Schaufeln 25 als Kompressorschau  feln ausgebildet, wobei die Schaufelwinkel so  gewählt sind, dass benachbarte Rotorräder 23  sich gegenläufig drehen. Es sind somit keine  Stätorschaufeln weder im Kompressor noch  in der Turbine nötig; die Rippen 16, 17, 19,  20 wirken als Leitflügel am Eintritt und Aus-    tritt der Turbine- bzw. des Kompressors.

   Die  Spielräume zwischen und an den Enden der  Umhüllungsringe 26 sind durch nicht im Ein  zelnen gezeigte Dichtungen abgedichtet.  



  Der ringförmige     Kompressordurchström-          kanal    ist somit durch die Gehäuseringe 3a,  3b, 3c, die festen Umhüllungsringe 18, 21 und  die drehbaren Umhüllungsringe 26 bestimmt  und die Strömung durch diesen hindurch  erfolg von rechts nach links in der Zeich  nung, d. h. vom Leitkanal 5 zum Leitkanal 6,  wobei die Strömung am Eintritt und Aus  tritt durch die Leitflügelrippen 17 bzw. 20  geführt wird.

   In gleicher Weise ist der ring  förmige Turbinendurchströmkanal durch die  festen und drehbaren Umhüllungsringe 21,  18 bzw. 26 und die Ränder der festen Stirn  wände 14, 15 bzw. der drehbaren Räder 23  bestimmt, wobei die Strömung von links nach  rechts in der Zeichnung erfolgt; die     Leitflü-          gelrippen    19, 16 dienen dazu, die Strömung  am Eintritt bzw. Austritt der Turbine zu  führen.  



  Am Auspuffende der Kompressorturbine  ist eine von ihr mechanisch unabhängige  Nutzleistungsturbine für den Antrieb einer  Luftschraube, wie nachstehend beschrieben,  angeordnet; diese weist ein Turbinenrad 29  auf, das drehbar auf der Achse 13s durch ein  Lager 28 abgestützt, isst und zwei Kränze von  Rotorschaufeln 30 trägt, die durch einen  Kranz von Statorschaufeln 31 getrennt sind,  welche auf der Innenseite des zylindrischen  Gehäuseteils 2a angeordnet sind. Die Aus  puffgase dieser Nutzleistungsturbine werden  durch Leitkanäle 10, die einen 180 -Bogen  besitzen, in einen ringförmigen Leitkanal 11  geleitet, dessen Auslassende 12 in eine Vor  triebsstrahldüse (nicht dargestellt) mündet.  



  Es ist ersichtlich, dass die Strömung des  Arbeitsmediums in der ganzen Krafteinheit  zwei vollständigen Richtungsumkehrungen,  nämlich bei 7 bzw. 10,     unterworfen    ist.   Das     Turbinenrad        29    .der     NutzTeistun:gs-          turbine    ist     mittel',    einer     Flans,chkupp'lung    mit  einer     Welse    3!2     verbunden,    welche in     Lagern     3,3 abgestützt ist, die in     einer        Verlängerung         der hintern Stirnwand 2b des Gehäusegliedes  2a, 2b angeordnet sind.  



  Die Welle 32 trägt ein Kegelrad 34, das  in Eingriff mit einem Planetenrad 35 steht,  welches auf einen mit     einer    Propellerwelle  38 aus einem Stück bestehenden Stegwelle 37  drehbar ist. Auf der Welle 38 ist ein Zug  schraubenpropeller 40 angeordnet, der eine  Propellernabenhaube 41 trägt. Das. Propeller  reduktionsgetriebe wird durch einen, stillste  henden Kegelzahnkranz 36 vervollständigt,  der im Eingriff mit den Planetenrädern 35  steht und auf einer Verlängerung der     vordern     Stirnwand 2b des Gehäusegliedes 2a, 2b ge  bildet ist, welches auch ein die Propellerwelle  38 abstützendes Lager 39 enthält.  



  Die Flugrichtung des Flugzeuges ist von  links nach rechts in der Zeichnung, und es  ist ersichtlich, dass der nach vorn gerichtete,  durch die Elemente 1, 4 bestimmte Luftein  lass unmittelbar hinter der Propellerdrehebene  liegt, so dass der als Fangdüse wirkende Ein  lass auch der Nachströmung des Zugpropel  lers unterworfen ist.  



  Die Anordnung der Turbine und des     Kom-          pressors    koaxial ineinander und mit entgegen  gesetzter Durchströmrichtung, zusammen mit  der Anwendung von zweiteiligen Schaufeln  ermöglicht, dass die ganze Einheit unter Aus  merzung von Verbindungswellen sehr ge  drängt und kurz konstruiert werden kann,  und ferner dass auch die Ladung vor der Ver  brennung einerseits vorgewärmt und ander  seits die Turbinenschaufelung so gekühlt wer  den kann, dass die Schaufeltemperaturen be  sonders am Hochdruckende der Turbine       innerhalb        vernünftiger        Grenzen    gehalten  werden.  



  Da die den Propeller treibende Nutzlei  stungsturbine unabhängig von der Kompres  sorturbine ist, kann ihre Drehzahl so gewählt  werden, dass, wie dargestellt, ein Einstufen  Propeller-Reduktionsgetriebe angewendet wer  den kann. Dadurch werden Doppel- oder  Mehrstufen-Reduktionsgetriebe vermieden,  welche normalerweise benötigt würden, wenn  der Propeller durch die Kompressorturbine    angetrieben würde, deren Drehzahl durch die  Erfordernisse des Kompressors bedingt ist.  



  Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der  Anwendung von gegenläufig sich drehenden  Rotorrändern, welche keiner äussern Be  lastung unterworfen sind, so dass keine Dreh  reaktion, herrührend von den rotierenden  Teilen der Kompressorturbineneinheit, auf  zunehmen sind. Drehreaktionen treten natür  lich vom Propellerantrieb herrührend auf,  welche die algebraische Summe der Dreh  kräfte am Getriebering 36 und an der     Stator-          schaufelung    31 sind, und ferner die auf die  Rippen 16, 17, 19, 20 wirkenden Kräfte.  Diese Kräfte und Reaktionen     werden    durch  das Gehäuseglied 2a, 2b aufgenommen, wel  ches sie durch seine Lagerung auf den Luft  fahrzeugkörper überträgt.  



  Es können natürlich auch andere Ausfüh  rungsformen der Nutzleistungsturbine für den  Antrieb des Propellers als Alternative zu der  dargestellten einfachen Rotorbauart vorge  sehen werden. So kann ein Paar gegenläufig  sich drehender Turbinenräder benutzt wer  den, welche den Propeller über konzentrische  Wellen und ein Reduktionsgetriebe antreiben  oder die konzentrischen Wellen können über  ein Getriebe ein Paar gegenläufig sich dre  hender Propeller antreiben. Es können auch  mehr als zwei Stufen für diese     Antriebsstur-          bine    vorgesehen werden.

   Die Aufteilung der  in den Gasen am Austritt aus der Kompres  sorturbine noch vorhandenen Energie auf die  Propellerantriebsturbine und die Strahldüse,  kann     entsprechend    den Erfordernissen der  verschiedenen Triebwerke festgelegt werden.  Zum Beispiel so, dass der grössere Teil der  verfügbaren Leistung durch den Propeller  aufgenommen wird, oder so, dass der grössere  Teil in der Strahldüse ausgenützt wind und  der Propeller nur einen kleinen Anteil an der  gesamten Vortriebswirkung ergibt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage für Luftfahrzeuge, bei welcher Luft in einem Ax@alströmwn@gskomp:ress,or komprimiert, in Verbrennunsgskammern geleitet, in welche Brennstoff eingespritzt und kontinuierlich bei konstantem Druck verbrennt wird, und dann in einer Axialströmungsturbine welche den Kompressor treibt, expandiert wird, wobei der Kompressor und die Turbine zu einer Einheit zusammengefasst sind, indem dieselben koaxial ineinander gebaut sind, so dass koaxiale und einander umschliessende Durchströmringräume für das Arbeitsmedium entstehen, dadurch gekennzekhnet, dass die Durchströmringräume so verbunden sind,
    dass die Strömung in die sen entgegengesetzte Richtung besitzt und dass ferner für den Antrieb einer Luftschraube eine von der erstgenannten Turbine mecha nisch unabhängige Nutzleisstungsturbine vor gesehen ist, welche auf der Auspuffseite der erstgenannten Turbine angeordnet ist. UNTERANSPRÜCHE: 1.
    Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage, nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich net, dass die benachbarten Enden des Kompres sorringraumes und des Turbinenringraumes durch einen Leitkanal und eine Verbrennungs kammer miteinander verbunden sind, wobei die Strömungsrichtung in der Verbrennung- kammer um 180 umgekehrt wird, dass ferner die Nutzleistungsturbine von axialer Bauart ist und koaxial zur Kompressorturbine ange ordnet ist und dass auch die Luftschraube ko axial zur Nutzleistungsturbine liegt. 2. Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage nach Patenanspruch und, Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressor lufteinlassöffnung an der Vorderseite der Kraftanlage unmittelbar hinter der Luft schraube liegt. 3.
    Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Nutz leistungsturbine verlausenden Gase über Leit- kanäle zu einer Strahldüse an, der Hinterseite der Kraftanlage gelangen, wobei die erwähn ten Leitkanäle einen 180 -Krümmer besitzen, der eine zweite Umkehrung der Strömung er gibt. 4. Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reduktions getriebe zwischen der Welle der Nutzlei stungsturbine und der Luftschraubenwelle eingefügt ist. 5.
    Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorele mente dem Kompressor und der Kompressor turbine gemeinsam sind und Kränze von zwei teiligen Schaufeln besitzen, von welchen die äussern Teile Kompressorschaufeln und die innern Teile Turbinenschaufeln bilden. 6. Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schau feln mit Umhüllungselementen zwischen den Turbinen und den Kompressorschaufelteilen versehen sind, welche Elemente zusammen hängende Umhüllungsringe bilden, welche die Turbinen- und die Kompressorströmungs kanäle voneinander trennen. 7.
    Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, das die Schaufelung benachbarter Rotorelemente so ausgebildet ist, idass benachbarte Rotorele- Mente isich gegenläufig drehen.
CH257004D 1944-01-31 1946-02-14 Verbrennungsturbinen-Antriebsanlage für Luftfahrzeuge. CH257004A (de)

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