DE102006019299B3 - Ummanteltes Turbofan-Flugzeugtriebwerk - Google Patents
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Abstract
Das Flugzeugtriebwerk weist ein Kerntriebwerk (10) auf, durch die ein Hauptstromweg (13) verläuft. Zwischen dem Mantel (11) des Kerntriebwerkes (10) und einem Außengehäuse (20) verläuft ein Nebenstromweg (21) durch eine Schubdüse (23). Eine Verstellvorrichtung (30) bewirkt eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Schubdüse (23) sowie eine Änderung der Düsenkontur. Dadurch kann eine Verminderung des Strahllärms, insbesondere in der Startphase des Flugzeugs, erreicht werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein ummanteltes Turbofan-Flugzeugtriebwerk mit einem durch ein Kerntriebwerk führenden Hauptstromweg und einem um das Kerntriebwerk herum führenden Nebenstromweg, welcher nach außen durch ein Außengehäuse begrenzt wird, welches eine konvergierende Ausschubdüse bildet.
- Der Lärm während eines Flugzeugstarts wird zu großen Teilen durch den Strahllärm verursacht. Diese Schallleistung ist abhängig von der Austrittsgeschwindigkeit. Eine Vergrößerung des Düsendurchmessers bewirkt eine Senkung des Düsendruckverhältnisses (Fandruckverhältnis), woraus direkt eine Senkung der Austrittsgeschwindigkeit folgt. Außerdem steigt der Massenstrom an, so dass der Schub in etwa erhalten bleibt. Im Gegensatz zum Start würde im Reiseflug aber eine größere Düse eine Verschlechterung des Triebwerksverhaltens zur Folge haben.
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GB 1 545 901 A -
DE 89 15 860 U1 beschreibt ein Strahltriebwerk mit einer verstellbaren Primärdüse für den Hauptstrom einer Gasturbine. Die Primärdüse kann im Querschnitt blütenförmig oder sternförmig ausgebildet und im Querschnitt veränderbar sein. Sie kann aus faltbaren Elementen bestehen. Die Primärdüse kann ferner kreisrund konvergent ausgeführt sein. - In
GB 874,496 A -
GB 906,792 A - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ummanteltes Turbofan-Flugzeugtriebwerk zu schaffen, das im Stande ist, in der Startphase den Lärm zu reduzieren, ohne dass beim Reiseflug eine Beeinträchtigung der Triebwerksleistung erfolgt, wobei eine Verstellvorrichtung von vereinfachtem Aufbau aufweist.
- Das Flugzeugtriebwerk der vorliegenden Erfindung ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Hiernach weist die Nebenstromdüse und/oder die Primärdüse eine Verstellvorrichtung zur Veränderung ihrer wirksamen Austrittsfläche auf. Die Verstellvorrichtung besteht aus relativ zueinander verdrehbaren Ringen, die konturierte Hinterkanten aufweisen und eine Schließstellung einnehmen können, in der der Durchmesser der Austrittsdüse klein ist, und eine Öffnungsstellung, in der dieser Durchmesser groß ist. Durch die Verstellvorrichtung kann der Durchmesser der Austrittsdüse verändert werden, und zwar auch während des Fluges. Dadurch ist es z. B. möglich, beim Start bzw. Take-Off eine große Nebenstrom-Düsenfläche einzustellen, während des Reisefluges aber eine kleinere Düsenfläche. Eine Vergrößerung der Nebenstrom-Düsenfläche bewirkt eine Senkung des Düsendruckverhältnisses (Fandruckverhältnis) woraus direkt eine Senkung der Austrittsgeschwindigkeit folgt. Außerdem steigt der Massenstrom an, so dass der Schub im wesentlichen erhalten bleibt.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verstellvorrichtung bei vergrößerter Fläche der Düse eine gezackte Austrittsöffnung bildet. Während des Starts kann durch die gezackten oder kronenförmigen Düsen (Chevrons etc.) der Strahl schneller mit der Umgebungsluft vermischt werden. Dies sorgt für einen raschen Abbau der Geschwindigkeiten und damit für Lärmvorteile. Im Reiseflug hingegen ist ein ungezackter Düsenrand vorteilhafter, da hier der Strömungswiderstand geringer ist.
- Die Ringe der Verstellvorrichtung können unterschiedliche Konturen bilden, wie beispielsweise eine Dreiecks- oder Sägezahnkontur oder auch eine Rechteckwellenkontur.
- Schließlich kann die Verstellung der Düsenöffnung automatisch erfolgen, indem eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Verstellvorrichtung während des Starts in der Öffnungsstellung hält und während des Reisefluges in der Schließstellung.
- Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
- Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ummantelten Turbofan-Flugzeugtriebwerks, teilweise geschnitten, -
2 die Zuordnung der beiden die Verstellvorrichtung bildenden Ringe in der Schließstellung, -
3 die Ringe in einem halboffenen Zustand, -
4 die Ringe in der Öffnungsstellung der Austrittsdüse, -
5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Flugzeugtriebwerks und -
6 ,7 und8 die entsprechenden Positionen der Verstellvorrichtung bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. - Die
1 und5 zeigen jeweils ein Turbofan-Flugzeugtriebwerk mit einem Kerntriebwerk10 , in Form einer Gasturbine, welche einen ringförmigen Mantel11 und einen darin drehbaren Rotor12 aufweist. Zwischen Mantel11 und Rotor12 verläuft der generell ringförmige Hauptstromweg13 . Im Verlaufe des Hauptstromweges13 sind Verdichter LPC, HPC angeordnet, wobei sich der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung verringert. Dann folgt eine Brennkammer14 und schließlich ein Turbinenteil HPT, welcher den/die Verdichter des Kerntriebwerks antreibt, und ein Turbinenteil LPT, der einen optionalen Niederdruckverdichter LPC sowie den Bläser15 über eine separate Welle (nicht dargestellt) antreibt. - Der vordere Bereich des Kerntriebwerks
10 ist von einem ringförmigen Außengehäuse20 umgeben, dessen Innenseite25 mit der Außenfläche22 des Mantels11 einen ringförmigen Nebenstromweg21 bildet. In Folge der Konturierung der Flächen22 und25 ergibt sich eine in Richtung des Nebenstromweges21 konvergierende, d. h. zunehmend enger werdende, Nebenstromdüse23 , an der der Nebenstromweg21 das Triebwerk verlässt. Die Primärdüse24 , an der der Hauptstromweg13 austritt, befindet sich am hinteren Ende des Mantels11 . - Erfindungsgemäß ist an dem rückwärtigen Ende des Außengehäuses
20 eine Verstellvorrichtung30 vorgesehen, mit der die wirksame Länge des Außengehäuses verändert werden kann und somit auch der wirksame Querschnitt der Nebenstromdüse23 . Die Verstellvorrichtung30 enthält zwei Ringe31 ,32 , die sich an das rückwärtige Ende des Außengehäuses20 anschließen. Ein Ring32 ist fest mit dem Außengehäuse20 verbunden, während der andere Ring31 drehbar ist. Beide Ringe31 ,32 sind konturiert, bei dem ersten Ausführungsbeispiel durch rechteckige Zacken33 des Ringes31 und rechteckige Zacken34 des Ringes32 , die nach hinten abstehen. Die Zacken33 und34 können gemäß2 jeweils so auf Lücke angeordnet werden, dass sie eine ununterbrochene Düsenkontur bilden, oder gemäß4 deckungsgleich, so dass sie eine zackenförmige Düsenöffnung35 bilden. Außerdem sind verschiedene Zwischenstellungen möglich, wie3 zeigt. Diese werden durch graduelles Verdrehen des beweglichen Ringes31 relativ zu dem feststehenden Ring32 erhalten. - Bei dem in
5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Verstellvorrichtung drei Ringe31 ,32 und36 auf, die jeweils eine Kontur aus dreieckförmigen Zacken haben. Die Ringe31 und36 sind relativ zu dem feststehenden Ring32 drehbar, so dass die in6 dargestellte Schließstellung eingenommen werden kann, in der die Öffnungskante der Schubdüse23 einen zackenförmigen Verlauf hat, der durch die rückwärtigen Ränder aller drei Ringe gebildet wird. In der Öffnungsstellung gemäß8 befinden sich alle drei Ringe in gegenseitiger Deckung, so dass eine relativ weit nach vorne reichende Zackenkontur entsteht. Die Zwischenstellung gemäß7 bildet ebenfalls eine Zackenkontur, bei der die Hinterkante der Austrittsdüse graduell nach vorne verlagert ist. - Durch die kronenförmige bzw. zackenförmige Hinterkante der Austrittsdüse wird der Strahl des Nebenstromweges schneller mit der Umgebungsluft vermischt. Dies sorgt für einen raschen Abbau der Geschwindigkeiten und damit für Lärmvorteile.
- Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Verstellvorrichtung
30 von einfachem Aufbau ist und auf einfache Weise verstellt werden kann, und die gleichzeitige Änderung der Düsenaustrittskontur und der Düsenaustrittsfläche durch einen besonders einfachen Mechanismus ermöglicht.
Claims (6)
- Ummanteltes Turbofan-Flugzeugtriebwerk mit einem Kerntriebwerk (
10 ), welches einen Mantel (11 ) mit einer Austrittsdüse (24 ) und einen Rotor (12 ) aufweist, wobei zwischen Mantel und Rotor ein ringförmiger Nebenstromweg (21 ) vorgesehen ist, und einem den Mantel (11 ) umgebenden Außengehäuse (20 ), wobei zwischen Mantel (11 ) und Außengehäuse (20 ) ein ringförmiger Hauptstromweg (13 ) vorgesehen ist und das Außengehäuse (20 ) mit dem Mantel (11 ) eine konvergierende Schubdüse (23 ) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenstromdüse (23 ) und/oder die Primärdüse (24 ) eine Verstellvorrichtung (30 ) aus relativ zueinander verdrehbaren Ringen (31 ,32 ) aufweist, die konturierte Hinterkanten aufweisen und eine Schließstellung einnehmen können, in der die wirksame Austrittsfläche der Düse klein ist und eine Öffnungsstellung, in der diese Fläche groß ist. - Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (
30 ) bei vergrößerter Austrittsfläche der Nebenstromdüse (23 ) bzw. der Primärdüse eine gezackte Austrittsöffnung mit längslaufenden Einschnitten bildet. - Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ringe (
31 ,32 ) eine Wellenkontur mit rechteckigen oder gerundeten Wellen aufweist. - Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ringe (
31 ,32 ,36 ) eine Dreiecks- oder Sägezahnkontur aufweist. - Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Verstellvorrichtung (
30 ) während des Starts in der Öffnungsstellung hält. - Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Verstellvorrichtung (
30 ) während des Reisefluges in der Schließstellung hält.
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