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Die
Erfindung betrifft ein Turboproptriebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Die
wesentlichen Komponenten eines sogenannten Turboproptriebwerks sind
ein Propeller, ein als Gasturbine ausgebildetes Triebwerk sowie
ein zwischen den Propeller sowie das Triebwerk geschaltetes Getriebe.
Der Propeller rotiert mit einer geringeren Drehzahl wie die Gasturbine,
weshalb das Getriebe zwischen dem Propeller und der Gasturbine erforderlich
ist. Dem als Gasturbine ausgebildeten Triebwerk wird benötigte Luft über mindestens
einen Ansaugkanal zugeführt,
wobei der oder jeder Ansaugkanal die Luft unmittelbar hinter dem
Propeller ansaugt und in Richtung auf die Gasturbine, nämlich einen
Niederdruckverdichter bzw. Mitteldruckverdichter derselben, weiterleitet.
Der oder jeder Ansaugkanal verfügt
dabei in der Regel über
eine geschwungene oder bogenförmige,
insbesondere über
eine S-bogenförmige,
Kontur, wobei diese Kontur unter anderem durch das relativ große Getriebe
bedingt wird, welches den in axialer Richtung hinter dem Getriebe positionierten
Niederdruckverdichter bzw. Mitteldruckverdichter der Gasturbine
in radialer Richtung verdeckt. Daher wird die Luft über die
geschwungenen bzw. gebogenen Ansaugkanäle am Getriebe vorbeigeleitet
und dem Niederdruckverdichter bzw. Mitteldruckverdichter des als
Gasturbine ausgebildeten Triebwerks zugeführt. Ein derartiges Turboproptriebwerk
ist zum Beispiel aus der
DE
195 24 731 A1 bekannt.
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Turboproptriebwerke
größerer Flugzeuge, insbesondere
größerer Transportflugzeuge,
sind aufgrund der hohen Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs sowie
aufgrund des relativ großen
Querschnitts des oder jeden Ansaugkanals durch Vogelschlag gefährdet. Ein
in den Ansaugkanal gelangender Vogel bzw. sonstiger Fremdkörper kann
dann, wenn er in den Bereich des als Gasturbine ausgebildeten Triebwerks
gelangt, im Triebwerk, insbesondere im Bereich des Niederdruckverdichters
bzw. Mitteldruckverdichters des Triebwerks, erheblichen Schaden
anrichten. So können
zum Beispiel die Leitschaufeln oder auch die Laufschaufeln im Verdichterbereich durch
Vogelschlag stark beschädigt
werden, was insbesondere dann der Fall ist, wenn im Verdichterbereich
Schaufeln aus einem faserverstärkten
Kunststoffmaterial zum Einsatz kommen sollen.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde,
ein neuartiges Turboproptriebwerk zu schaffen.
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Dieses
Problem wird dadurch gelöst,
dass das eingangs genannte Turboproptriebwerk durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.
Erfindungsgemäß sind in
den oder jeden Ansaugkanal längs
und/oder quer zur Strömungsrichtung
der Luft verlaufende Zerkleinerungseinrichtungen integriert.
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Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird ein Turboproptriebwerk
vorgeschlagen, wobei in den oder jeden Ansaugkanal des Turboproptriebwerks
Zerkleinerungseinrichtungen integriert sind, die einen in den Ansaugkanal
gelangenden Fremdkörper
optimiert zerkleinern. Gelangt zum Beispiel ein Vogel in den Ansaugkanal
eines solchen Turboproptriebwerks, so wird der Vogel bereits im
Ansaugkanal derart zerkleinert, dass die in den Bereich der Gasturbine,
insbesondere in den Verdichterbereich derselben, gelangenden Teilstücke eine
Größe und Masse
aufweisen, die für
den Verdichterbereich des Triebwerks unkritisch sind und in demselben
keine relevanten Beschädigungen
hervorrufen. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung können auf
einfache und kostengünstige
Weise Turboproptriebwerke gegenüber
Vogelschlag effektiv geschützt
werden.
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Vorzugsweise
bewirken die Zerkleinerungseinrichtungen einerseits eine optimierte,
insbesondere maximale, Zerkleinerung eines in den Ansaugkanal gelangenden
Fremdköpers,
andererseits beeinflussen die Zerkleinerungseinrichtungen eine Luftströmung im
Ansaugkanal nur minimal.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Zerkleinerungseinrichtungen mehrere
längs zur
Luftströmung
verlaufende Stege auf, deren in den Ansaugkanal hineinragende Kanten scharfkantig
ausgebildet sind, und weiterhin weisen die Zerkleinerungseinrichtungen
mindestens eine quer zur Luftströmung
verlaufende Klinge auf, deren der Strömungsrichtung zugewandte Kante
scharfkantig ausgebildet ist.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden, ohne hierauf beschränkt
zu sein, an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigt:
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1 einen
schematisierten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Turboproptriebwerk
im Bereich eines Propellers, eines Getriebes und eines Ansaugkanals
für eine
Gasturbine;
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2 einen
Querschnitt durch das Turboproptriebwerk der 1 entlang
der Schnittlinie II-II in 1;
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3 einen
Querschnitt durch das Turboproptriebwerk der 1 entlang
der Schnittlinie III-III in 2;
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4 einen
Querschnitt durch ein Turboproptriebwerk nach einem weiteren Ausführungsbeispiel
in einer Ansicht analog zu 3; und
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5 einen
Querschnitt durch ein Turboproptriebwerk nach einem weiteren Ausführungsbeispiel
in einer Ansicht analog zu 3.
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Nachfolgend
wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 in
größerem Detail
beschrieben.
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1 zeigt
stark schematisiert einen Ausschnitt aus einem Turboproptriebwerk 10,
wobei das Turboproptriebwerk 10 einen Propeller 11,
ein als Gasturbine ausgebildetes Triebwerk 12 und ein zwischen
dem Propeller 11 und dem Triebwerk 12 positioniertes
Getriebe 13 aufweist. Das Getriebe 13 ist zwischen
den Propeller 11 und das Triebwerk 12 geschaltet,
um eine Übersetzung
zwischen den unterschiedlichen Drehzahlen von Triebwerk 12 und
Propeller 11 zu gewährleisten.
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Die
im Triebwerk 12 benötigte
Luft wird beim Ausführungsbeispiel
der 1 über
einen Ansaugkanal 14 hinter dem Propeller 11 angesaugt
und in Richtung auf das Triebwerk 12 gefördert. Es
sei darauf hingewiesen, dass obwohl in 1 lediglich
ein derartiger Ansaugkanal 14 dargestellt ist, das Turboproptriebwerk 10 auch
mehrere derartige Ansaugkanäle 14 aufweisen
kann.
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Der
Ansaugkanal 14 ist geschwungen bzw. bogenförmig ausgebildet.
Eine rohrförmige
Wandung 15 begrenzt den Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals 14 (siehe 3),
wobei die Wandung 15 einen radial außenliegenden Abschnitt 16 und
einen radial innenliegenden Abschnitt 17 aufweist. Der
radial außenliegende
Abschnitt 16 der Wandung 15 des Ansaugkanals 14 kann
auch als äußerer Wandungsabschnitt
und der radial innenliegende Abschnitt 17 der Wandung 15 als
innerer Wandungsabschnitt bezeichnet werden. Die beiden Abschnitte 16 und 17 der
rohrförmigen
Wandung 15 sind gegenüber
einer Längsachse 18 des
Turbotriebwerks geschwungen bzw. gebogen. Im Ausführungsbeispiel der 1 begrenzen
die Abschnitte 16 und 17 den in axialer Richtung
S-bogenförmig
ausgebildeten Ansaugkanal 14.
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Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung sind in den Ansaugkanal 14 des
Turboproptriebwerks 10 Zerkleinerungseinrichtungen integriert,
um einen in den Ansaugkanal 14 gelangenden Fremdkörper 19 zu
zerkleinern bzw. zu zerstückeln,
damit lediglich kleine Bruchstücke
des Fremdkörpers 19 in den
Bereich des Triebwerks 12 gelangen. Bei diesen Zerkleinerungseinrichtungen
handelt es sich um längs und/oder
quer zur Strömungsrichtung
der Luft verlaufende Zerkleinerungseinrichtungen. Da der in den Ansaugkanal 14 gelangende
Fremdkörper 19 vorzugsweise
am radial außenliegenden
Abschnitt 16 der Wandung 15 zur Anlage kommt,
sind die Zerkleinerungseinrichtungen zumindest diesem radial außenliegenden
Abschnitt 16 der Wandung 15 zugeordnet. Es ist
aber auch möglich,
dass die Zerkleinerungseinrichtungen zusätzlich dem innenliegenden Abschnitt 17 der
Wandung 15 zugeordnet sind.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch den Ansaugkanal 14 des Turboproptriebwerks 10 entlang der
Schnittlinie II-II in 1. So zeigt 2,
dass dem radial außenliegenden
Abschnitt 16 der Wandung 15 mehrere als längs zur
Strömungsrichtung verlaufende
Stege 20 ausgebildete Zerkleinerungseinrichtungen zugeordnet
sind. Die Stege 20 verlaufen allesamt längs bzw. tangential zu Luftströmung durch
den Ansaugkanal 14 und sind allesamt parallel zueinander
ausgerichtet. In den Ansaugkanal 14 hineinragende Kanten
der Stege 20 sind dabei scharfkantig ausgebildet, um den
Fremdkörper 19 beim Transport
durch den Ansaugkanal 14 effektiv zu zerkleinern.
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Zusätzlich zu
den längs
zur Strömungsrichtung
der Luft verlaufenden Stegen 20 sind in den Ansaugkanal 14 als
Klingen 21 ausgebildete Zerkleinerungseinrichtungen integriert,
die quer zur Strömungsrichtung
der Luft verlaufen. Der Strömungsrichtung
zugewandte Kanten 22 dieser Klingen 21 sind dabei
wiederum scharfkantig ausgebildet, um eine effektive Zerkleinerung
des Fremdkörpers 19 zu gewährleisten.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 2 sind die quer zur Strömungsrichtung verlaufenden,
als Klingen 21 ausgebildeten Zerkleinerungseinrichtungen
in Strömungsrichtung
mit axialem Abstand hintereinander positioniert sowie weiterhin
derart versetzt zueinander angeordnet, dass im Querschnitt der 3 mehrere
Klingen 21 übereinander
angeordnet sind. Zwischen den übereinander
positionierten Klingen 21 sind Strömungskanäle ausgebildet, um die Strömung durch
den Ansaugkanal so wenig wie möglich
zu beeinträchtigen.
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Mithilfe
der hier vorliegenden Erfindung wird ein konstruktiv einfacher sowie
besonders effektiver Schutz von Turboproptriebwerken gegenüber vogelschlag
bereitgestellt. Ein in den Ansaugkanal 14 gelangender Fremdkörper 19,
insbesondere ein Vogel, wird durch die scharfkantigen Zerkleinerungseinrichtungen,
die längs
und/oder quer zur Strömungsrichtung
der Luft durch den Ansaugkanal 14 verlaufen, effektiv und
möglichst
fein zerkleinert. Die Zerkleinerungseinrichtungen sind weiterhin
derart konstruiert, dass die Durchströmung des Ansaugkanals und damit
die Anströmung
des Triebwerks 12 nicht unzulässig beeinflusst wird.
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In 4 und 5 sind
Ansaugkanäle 14 mit
unterschiedlich ausgebildeten Zerkleinerungseinrichtungen gezeigt.
So zeigt 4 einen Ansaugkanal 14,
in den lediglich längs
bzw. parallel zur Strömungsrichtung
der Luft verlaufende Zerkleinerungseinrichtungen 20 integriert
sind. Die Zerkleinerungseinrichtungen 20 verfügen wiederum über scharfe Kanten,
die in den Ansaugkanal 14 hineinragen und so eine effektive
Zerkleinerung des Fremdkörpers 19 bewirken.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 5 sind in den Ansaugkanal 14 lediglich
mehrere quer zur Strömungsrichtung
der Luft verlaufende Zerkleinerungseinrichtungen integriert, die
wiederum als scharfkantige Klingen 21 ausgebildet sind.
Mehrere derartige scharfkantige Klingen 21 sind übereinander
positioniert, wobei zwischen zwei benachbarten Klingen 21 wiederum
ein Strömungskanal
für den
Drucktritt von Luft ausgebildet ist.
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Mit
der hier vorliegenden Erfindung wird ein effektiver Schutz von Turboproptriebwerken
gegenüber
Vogelschlag realisiert. Dies ist mit einfachen Mitteln und besonders
kostengünstig
realisierbar. Die in den Ansaugkanal integrierten Zerkleinerungseinrichtungen
beeinträchtigen
nicht die Durchströmung
des Ansaugkanals. Bedingt dadurch, dass ein in den Ansaugkanal gelangender
Fremdkörper
effektiv zerkleinert wird, können
im Bereich der Turbine des stromabwärts positionierten Triebwerks
Schaufeln aus einem faserverstärkten
Kunststoffmaterial verwendet werden. Hierdurch lässt sich das Gewicht des Turboproptriebwerks
deutlich reduzieren.
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- 10
- Turboproptriebwerk
- 11
- Propeller
- 12
- Triebwerk
- 13
- Getriebe
- 14
- Ansaugkanal
- 15
- Wandung
- 16
- Abschnitt
- 17
- Abschnitt
- 18
- Längsachse
- 19
- Fremdkörper
- 20
- Steg
- 21
- Klinge
- 22
- Kante