DE102005021781A1

DE102005021781A1 - Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk

Info

Publication number: DE102005021781A1
Application number: DE200510021781
Authority: DE
Inventors: Martin Metscher
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk, mit einer Niederdruckturbine und einem in Strömungsrichtung gesehen stromabwärts der Niederdruckturbine positionierten Austrittsgehäuse (10) für eine die Niederdruckturbine verlassende Gasströmung. Erfindungsgemäß ist im Bereich des Austrittsgehäuses (10) mindestens ein schwingungsfähiges Element (16) positioniert, wobei das oder jedes schwingungsfähige Element (16) derart zu Schwingungen anregbar ist, dass von der Gasturbine, insbesondere der Niederdruckturbine, abgestrahlter Lärm kompensierbar und damit minimierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
An Flugtriebwerke werden zunehmend höhere Anforderungen gestellt den durch dieselben abgestrahlten Fluglärm zu reduzieren. Untersuchungen haben gezeigt, dass vor allem die Niederdruckturbinen von Gasturbinenflugtriebwerken in erheblichem Umfang zum Fluglärm beitragen. Bislang sind keine Flugtriebwerke bekannt, bei welchen der von den Niederdruckturbinen abgestrahlte Fluglärm effektiv und mit einfachen Mitteln reduziert werden kann.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Gasturbine, insbesondere ein neuartiges Flugtriebwerk, zu schaffen.

Dieses Problem wird durch eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk, gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist im Bereich des Austrittsgehäuses mindestens ein schwingungsfähiges Element positioniert, wobei das oder jedes schwingungsfähige Element derart zu Schwingungen anregbar ist, dass von der Gasturbine, insbesondere der Niederdruckturbine, abgestrahlter Lärm kompensierbar und damit minimierbar ist.

Mit der hier vorliegenden Erfindung wird eine einfache sowie effektive Möglichkeit geschaffen, den von einer Gasturbine, insbesondere einer Niederdruckturbine derselben, abgestrahlten Lärm zu minimieren. Das oder jedes schwingungsfähige Element kann aktiv angesteuert bzw. geregelt werden, um insbesondere beim Start sowie beim Landeanflug eines mit einer erfindungsgemäßen Gasturbine ausgestatteten Flugzeugs den abgestrahlten Lärm zu kompensieren. Die Lösung ist konstruktiv einfach und damit relativ preiswert realisierbar. Die erfindungsgemäße Lösung verursacht nur ein geringes zusätzliches Gewicht, so dass der Wirkungsgrad der Gasturbine nicht beeinträchtigt wird.

Das Austrittsgehäuse definiert einen Strömungskanal für eine die Niederdruckturbine verlassende Gasströmung, wobei sich innerhalb des durch das Austrittsgehäuse definierten Strömungskanals in radialer Richtung Streben erstrecken. Das oder jedes schwingungsfähige Element ist vorzugsweise einer radial außen liegenden, den Strömungskanal radial außen begrenzenden Wand des Austrittsgehäuses zugeordnet und benachbart zu den Streben positioniert.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 einen schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Gasturbine im Bereich eines in Strömungsrichtung gesehen stromabwärts einer Niederdruckturbine positionierten Austrittsgehäuses in Umfangsblickrichtung; und
2 den Ausschnitt der 1 in Axialblickrichtung.
Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2 in größerem Detail beschrieben.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinenflugtriebwerk, wobei ein Gasturbinenflugtriebwerk üblicherweise einen Niederdruckverdichter, einen Hochdruckverdichter, eine Brennkammer, eine Hochdruckturbine sowie eine Niederdruckturbine umfasst. Weiterhin sind Gasturbinenflugtriebwerke bekannt, die zusätzlich über einen Mitteldruckverdichter sowie eine Mitteldruckturbine verfügen. Stromabwärts der Niederdruckturbine ist ein Austrittsgehäuse positioniert, welches einen Strömungskanal für eine die Niederdruckturbine verlassende Gasströmung definiert. Der von solchen Gasturbinenflugtriebwerken abgestrahlte Fluglärm wird in erster Linie durch die Niederdruckturbine bestimmt.
1 und 2 zeigen einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Flugtriebwerk im Bereich eines Austrittsgehäuses 10, welches stromabwärts der Niederdruckturbine des Flugtriebwerks positioniert ist. Das Austrittsgehäuse 10 definiert einen Strömungskanal 11 für eine die Niederdruckturbine verlassende Gasströmung, wobei der Strömungskanal 11 von einer radial innen liegenden Wand 12 und einer radial außen liegenden Wand 13 begrenzt wird. Die Strömungsrichtung der Gasströmung durch den Strömungskanal 11 des Austrittsgehäuses 10 ist in 1 durch einen Pfeil 14 visualisiert. Innerhalb des Strömungskanals 11 erstrecken sich in radialer Richtung desselben Streben 15, die eine tragende Struktur bilden und demnach der Versteifung des Austrittsgehäuses 10 dienen.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist im Bereich des Austrittsgehäuses 10 mindestens ein schwingungsfähiges Element 16 positioniert, wo bei das oder jedes schwingungsfähige Element 16 derart zu Schwingungen anregbar ist, dass von der Gasturbine, insbesondere der Niederdruckturbine derselben, abgestrahlter Lärm kompensierbar und damit minimierbar ist. Hierzu wird das oder jedes schwingungsfähige Element 16 vorzugsweise derart zu Schwingungen angeregt, dass die Schwingungen des oder jedes Elements 16 die gleiche Frequenz jedoch eine entgegengesetzte Phase aufweisen, wie die Schallschwingungen des zu kompensierenden Lärms.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist das oder jedes schwingungsfähige Element der radial außen liegenden Wand 13 des Austrittsgehäuses 10 zugeordnet. Das oder jedes schwingungsfähige Element 16 ist in die radial außen liegende Wand des Gehäuses integriert und benachbart zu den Streben 15, die sich in radialer Richtung innerhalb des Strömungskanals 11 des Austrittsgehäuses 10 erstrecken, positioniert. So erstreckt sich im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 das oder jedes schwingungsfähige Element 16 zwischen einer Strömungseintrittskante 17 und einer Strömungsaustrittskante 18 von Streben 15, nämlich zwischen zwei benachbarten Streben 15. Es sei darauf hingewiesen, dass das oder jedes schwingungsfähige Element 16 selbstverständlich auch über eine Strömungseintrittskante 17 und/oder über eine Strömungsaustrittskante 18 der oder jeder Strebe 15 vorstehen kann.
Die Integration des oder jedes schwingungsfähigen Elements 16 in die radial außen liegende Wand 13 des Strömungsgehäuses 10 ist aus vielerlei Hinsicht von Vorteil. So werden die Streben 15, die eine tragende Struktur des Austrittsgehäuses 10 bilden, durch die Integration der schwingungsfähigen Elemente 16 in die radial außen liegende Wand 13 nicht geschwächt. Weiterhin wird die Strömungsführung innerhalb des Strömungskanals 11 nicht beeinträchtigt. Weiterhin können die Elemente 16 über eine radial außerhalb der Wand 13 des Austrittsgehäuses 11 geführte Bypassströmung der Gasturbine bzw. des Flugtriebwerks effektiv gekühlt werden.
Jedes der schwingungsfähigen Elemente 16 wird mithilfe eines Aktuators 19 bzw. 20 aktiv zur Schwingung angeregt. 2 zeigt verschiedene Möglichkeiten zur Positionierung der Aktuatoren 19 sowie 20, wobei die Aktuatoren 19 sowie 20 außerhalb des Strömungskanals 11 positioniert sind und sich radial außen an die Wand 13 anschließen. Hierdurch ist auch eine effektive sowie einfache Kühlung der Aktuatoren 19 und 20 durch die Bypassströmung möglich.
Der Aktuator 19 ist unmittelbar auf das schwingungsfähige Element 16 aufgesetzt, der Aktuator 20 hingegen ist neben dem schwingungsfähigen Ele ment 16 positioniert und greift über einen Abschnitt 21 an dem schwingungsfähigen Element 16 an.
Das oder jedes schwingungsfähige Element 16 ist vorzugsweise als Membran ausgeführt. Bevorzugt ist eine Ausführung des oder jedes schwingungsfähigen Elements 16 als metallische Membran. Die Membran kann dabei einen einschichtigen oder auch mehrschichtigen Aufbau aufweisen. So kann die metallische Membran radial außen z. B. eine Isolationsschicht aus Metallschaum aufweisen. Auf der Heißgasseite, also radial innen, kann die Membran z. B. eine Keramikschicht aufweisen.
Wie bereits erwähnt, werden die schwingungsfähigen Elemente 16 aktiv zu Schwingungen angeregt, um den von der Niederdruckturbine abgestrahlten Lärm zu kompensieren. Hierzu können die Aktuatoren 19 und 20 mit einer nicht-dargestellten Regelungseinrichtung verbunden sein, welche auf Basis der Schallschwingungen des abgestrahlten Lärms die Elemente 16 geregelt in Schwingungen versetzt, um den abgestrahlten Lärm gezielt zu kompensieren. Wie bereits erwähnt, werden die Elemente 16 zu Schwingungen angeregt, die vorzugsweise eine gleiche Frequenz jedoch eine entgegengesetzte Phase aufweisen, wie die Schallschwingungen des zu kompensierenden Lärms.

10: Austrittsgehäuse
11: Strömungskanal
12: Wand
13: Wand
14: Strömungsrichtung
15: Strebe
16: Element
17: Strömungseintrittskante
18: Strömungsaustrittskante
19: Aktuator
20: Aktuator
21: Abschnitt

Claims

Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk, mit einer Niederdruckturbine und einem in Strömungsrichtung gesehen stromabwärts der Niederdruckturbine positionierten Austrittsgehäuse (10) für eine die Niederdruckturbine verlassende Gasströmung, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Austrittsgehäuses (10) mindestens ein schwingungsfähiges Element (16) positioniert ist, wobei das oder jedes schwingungsfähige Element (16) derart zu Schwingungen anregbar ist, dass von der Gasturbine, insbesondere der Niederdruckturbine, abgestrahlter Lärm kompensierbar und damit minimierbar ist.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Austrittsgehäuse (10) einen Strömungskanal (11) für die die Niederdruckturbine verlassende Gasströmung definiert, wobei sich innerhalb des durch das Austrittsgehäuse (10) definierten Strömungskanals (11) in radialer Richtung Streben (15) erstrecken, und wobei das oder jedes schwingungsfähige Element (16) benachbart zu den Streben (15) positioniert ist.
Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes schwingungsfähige Element (16) einer radial außen liegenden, den Strömungskanal (11) radial außen begrenzenden Wand (13) des Austrittsgehäuses (10) zugeordnet ist.
Gasturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes schwingungsfähige Element (16) in die radial außen liegende Wand (13) des Austrittsgehäuses (10) integriert ist.
Gasturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Aktuatoren (19, 20) zur Schwingungsanregung des oder jedes schwingungsfähigen Elements (16) außerhalb des Strömungskanals (11) positioniert sind, vorzugsweise sich radial außen anschließend an die radial außen liegende Wand (13) des Austrittsgehäuses (10).
Gasturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes schwingungsfähige Element (16) als vorzugsweise metallische Membran ausgebildet ist.
Gasturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Membran einen mehrschichtigen Aufbau aufweist.
Gasturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Membran und/oder der oder jeder Aktuator durch Luft aus einem Bypass-Strom des Triebwerks gekühlt ist.