DE102006051375A1

DE102006051375A1 - Aerodynamische Verkleidung für im Nebenstromkanal eines Gasturbinentriebwerks angeordnete Einbauten

Info

Publication number: DE102006051375A1
Application number: DE200610051375
Authority: DE
Inventors: Erik Johann
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-04-30

Abstract

Eine Verkleidung (1) für im Nebenstromkanal eines Gasturbinentriebwerks angeordnete Einbauten, die aus Platzmangel ein verkürztes stumpfes Ende (3) hat, weist im Innern ein mit Triebwerksluft versorgtes Druckluftreservoir (5) auf, aus dem mit gegenüber dem Außendruckluftstrom (V<SUB>außen</SUB>) erhöhter Geschwindigkeit entweder ein kontinuierlicher Hilfsinnendruckluftstrom (V<SUB>innen</SUB>) übeungszone geführt wird (Fig. 2) oder ein auf die Wirbelfrequenz und -amplitude abgestimmter pulsierender oder oszillierender Hilfsinnendruckluftstrom über in der Verkleidung schräg angeordnete Druckluftdüsen in den Außendruckluftstrom geleitet wird, um mit Hilfe einer dynamischen Strömungsablösung die Strömungsablösung am stumpfen Ende der Verkleidung zu verringern.

Description

Die Erfindung betrifft eine aerodynamische Verkleidung für im Nebenstromkanal eines Gasturbinentriebwerks angeordnete Einbauten wie Triebwerksaufhängungen und Versorgungsleitungen.
Durch den Nebenstromkanal von mit einem Fan ausgerüsteten Gasturbinentriebwerken sind verschiedene Einbauten zur Aufhängung des Triebwerks und zur Luftversorgung der Flugzeugkabine sowie in Form von Kraftstoff-, Öl- und Steuerungsleitungen für das Kerntriebwerk geführt, die zur Vermeidung von Vibrationen und den dadurch bedingten mechanischen Auswirkungen sowie zur Minimierung von Verwirbelungen und Druckverlusten im Nebenstromkanal und einer dadurch bedingten Erhöhung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs mit einer aerodynamischen Verkleidung versehen sind. Einer effektiven aerodynamischen Verkleidung sind jedoch durch ein geringes Platzangebot im Nebenstromkanal des Triebwerks Grenzen gesetzt. Das heißt, die aerodynamische Verkleidung kann nicht lang genug ausgeführt werden, so dass es an dem abgeschnittenen, in Strömungsrichtung hinteren stumpfen Ende zu Verwirbelungen und Strömungsverlusten und dadurch erhöhtem Kraftstoffverbrauch kommt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus Platzgründen aerodynamisch unzureichend gestaltete Verkleidung für im Nebenstromkanal eines Gasturbinentriebwerks angeordnete Einbauten so auszubilden, dass die Strömungsablösung am hinteren stumpfen Ende der Verkleidung verringert und dadurch der Kraftstoffverbrauch des Triebwerks gesenkt wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder des nebengeordneten Patentanspruchs 3 ausgebildeten Verkleidung gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht in der Ausbildung eines mit Druckluft aus dem Triebwerk versorgten Druckluftreservois' im Innern der Verkleidung, das so an das stumpfe Ende der Verkleidung angeschlossen ist, dass ein Hilfsinnendruckluftstrom dynamisch auf die Strömungsablösungszone (Verwirbelungszone) im bzw. am Außenluftstrom wirkt. Durch diese dynamische Strömungsbeeinflussung werden die Strömungsablösung am hinteren Ende der Verkleidung – und damit der Widerstand der Verkleidung, der Druckverlust im Nebenstromkanal und letztlich der Kraftstoffverbrauch – verringert.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante mit vergleichsweise geringem Hilfsinnendruckluftbedarf ist das Druckluftreservois über an adaptive Regler gekoppelte Aktuatoren an in die Verkleidung eingebundene Druckluftaustrittsdüsen angeschlossen und die Regler sind mit in der Strömungsablösungszone am stumpfen Ende der Verkleidung angeordneten Drucksensoren zur Messung der Druckverhältnisse (Frequenz und Amplitude der Verwirbelung) verbunden. Die Aktuatoren sind vorzugsweise pneumatische Ventile, die die im Triebwerk ohnehin zur Verfügung stehende Druckluft nutzen. Auf der Basis der mit den Drucksensoren ermittelten Druckverhältnisse werden die Ventile kontinuierlich geöffnet und geschlossen, um so einen auf die Verwirbelungsfrequenz und -amplitude abgestimmten pulsierenden oder oszillierenden Hilfsinnendruckluftstrom über die Druckluftaustrittsdüsen mit erhöhter Strömungsenergie in Strömungsrichtung schräg in den an die Verkleidung grenzenden Außenluftstrom zu leiten und damit die Strömung im Ablösebereich entsprechend den dort herrschenden Druck verhältnissen dynamisch zu beeinflussen und die Wirbelbildung zu minimieren.
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante, die zwar einen geringeren Steuerungsaufwand erfordert, aber dafür mit einem höheren Luftverbrauch verbunden ist, wird die Hilfsinnendruckluft mit einer gegenüber der Außendruckluft geringeren Geschwindigkeit kontinuierlich zur stumpfen Seite der Verkleidung und parallel zum Außendruckluftstrom geführt, um die turbulente Außenströmung mit einem von dieser beschleunigten gleichbleibenden Hilfsinnendruckluftstrom, jedoch bei gegenüber der ersten Ausführungsform höherem Luftbedarf, dynamisch zu beeinflussen und die Strömungsablösung und dadurch bedingte Druckverluste im Nebenstromkanal zu verringern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Verkleidung für im Nebenstromkanal angeordnete Einbauten;
2 eine schematische Teilansicht der Verkleidung mit kontinuierlicher Ausblasung von Hilfsinnendruckluft parallel zum Außenluftstrom; und
3 eine schematische Teilansicht der Verkleidung mit einer Anordnung zum gepulsten Einblasen von Hilfsinnendruckluft schräg in den Außenluftstrom.
1 zeigt eine in üblicher weise ausgebildete Verkleidung 1 für durch den Nebenstromkanal gehende Versorgungsleitungen 2. Die Verkleidung 1 hat – wegen des nicht zur Verfügung stehenden Platzes im Nebenstromkanal – ein abgeschnittenes, stumpfes Ende 3, an dessen Kanten der ent lang der Verkleidung strömende Außenluftstrom V_außen durch Bildung von Wirbeln 4 (Strömungsablösebereich) abgelöst wird, und zwar mit der Folge von Druckverlusten und demzufolge erhöhtem Kraftstoffverbrauch des Triebwerks. Die optimale, aber hier nicht mögliche aerodynamische Form der Verkleidung 1 ist mit der punktierten Linie angedeutet.
Gemäß der Darstellung in 2 befindet sich im Innern der Verkleidung ein über das Triebwerk versorgtes Druckreservoir 5, aus dem am stumpfen Ende 3 der Verkleidung 1 kontinuierlich ein Hilfsinnendruckluftstrom V_innen etwa parallel zum Außenluftstrom V_außen, jedoch mit gegenüber dem Außenluftstrom deutlich geringerer Strömungsgeschwindigkeit, in die Strömungsablösezone geblasen wird. Der langsamer strömende Hilfsinnendruckluftstrom V_innen wird von dem schneller strömenden Außenluftstrom V_außen beschleunigt, so dass die Wirbelbildung (Strömungsablösung) und damit der von der Verkleidung 1 bewirkte Strömungswiderstand bzw. der Druckverlust verringert werden. Andererseits kann dadurch die Verkleidung 1 kürzer als üblicherweise notwendig ausgeführt werden. Der Nachteil aufgrund der zusätzlich benötigten Hilfsluft ist im Vergleich mit der dadurch erzielten Widerstandsverringerung aufgrund verminderter Strömungsablösung und der Senkung des Kraftstoffverbrauchs gering.
Mit der anschließend anhand der 3 beschriebenen Ausführungsform kann der zur Verringerung der Strömungsverluste erforderliche Luftverbrauch, jedoch zu Lasten eines erhöhten Steuerungsaufwandes, verringert werden. Wie 3 zeigt, sind an den Kanten des stumpfen Endes 3 der Verkleidung 1 an einen adaptiven Regler 6, 7 angeschlossene Drucksensoren 8 und 9 angeordnet. Die Drucksensoren 8, 9 messen die Druckänderungen bei der Strömungsablösung am stumpfen Ende 3 der Verkleidung 1 und damit den zeitli chen Abstand der Wirbel und deren Amplitude. Ein aus dem Triebwerk versorgtes, im Innern der Verkleidung 1 ausgebildetes Druckreservoir 5 ist über periodisch öffnende und schließende pneumatische Ventile 10, 11 (Aktuatoren) mit in der Verkleidung 1 vorgesehenen, in Strömungsrichtung schräg nach außen und auf den Strömungsablösebereich gerichteten Druckluftaustrittsdüsen 12, 13 verbunden. In Abhängigkeit von der Wirbelfrequenz und -amplitude werden über die Regler 6 und 7 die pneumatischen Ventile 10, 11 geöffnet und geschlossen, um entsprechend der Wirbelfrequenz und -amplitude einen gepulsten oder oszillierenden Hilfsinnendruckluftstrom V_innen,puls mit einer aufgrund der Düsenanordnung erzielten hohen Luftstromenergie in Strömungsrichtung schräg in die Grenzschicht des Außenluftstroms V_außen zu blasen und dadurch bei gegenüber der in 2 beschriebenen Anordnung verringertem Druckluftbedarf die Wirbelbildung am Ende der Verkleidung zu unterdrücken bzw. zu verringern.
Mit den oben beschriebenen Ausführungsformen der Nebenstromkanalverkleidung kann durch kontinuierliches paralleles oder gepulstes bzw. oszillierendes schräges Einblasen von aus der Triebwerksluft abgezweigter Druckluft in den Strömungsablösebereich die Wirbelbildung am hinteren Ende der Verkleidung und somit der Druckverlust im Nebenstromkanal verringert und mithin der Kraftstoffverbrauch des Triebwerks gesenkt werden.

1: Verkleidung (Nebenstromkanalverkleidung, splitter fairing)
2: Versorgungsleitungen (Einbauten im Nebenstromkanal)
3: stumpfes Ende v. 1
4: Wirbel
5: Druckreservoir
6: adaptiver Regler
7: adaptiver Regler
8: Drucksensor
9: Drucksensor
10: Aktuator (öffnendes und schließendes pneumatisches Ventil)
11: Aktuator
12: Druckluftaustrittsdüse
13: Druckluftaustrittsdüse
V_außen: Außenluftstrom
V_innen: konstanter Hilfsinnendruckluftstrom
V_innen,puls: pulsierender/oszillierender Hilfsinnendruckluftstrom

Claims

Aerodynamische Verkleidung (1) für im Nebenstromkanal eines Gasturbinentriebwerks angeordnete Einbauten wie Triebwerksaufhängungen und Versorgungsleitungen (2), die aus Platzmangel ein abgeschnittenes, eine Strömungsablösung im Außenluftstrom (V_außen) bewirkendes stumpfes Ende (3) hat, gekennzeichnet durch ein im Innern der Verkleidung (1) gebildetes Druckluftreservoir (5), das zur Erzeugung eines in Abhängigkeit von den bezüglich Frequenz und Amplitude der Verwirbelungen herrschenden Strömungsverhältnissen pulsierenden oder oszillierenden, in den Außenluftstrom (V_außen) im Ablösebereich mit hoher Energie blasenden Hilfsinnendruckluftstroms (V_innen,puls) über jeweils von einem adaptiven Regler (6, 7) gesteuerte Aktuatoren (10, 11) an nahe dem stumpfen Ende (3) in Strömungsrichtung schräg in den Außenluftstrom (V_außen) gerichtete Druckluftdüsen (12, 13) angeschlossen ist, wobei am stumpfen Ende (3) mit dem jeweiligen adaptiven Regler (6, 7) verbundene Drucksensoren (8, 9) zur Messung der Druckveränderungen im Strömungsablösebereich angeordnet sind.
Aerodynamische Verkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (10, 11) pneumatische Ventile sind.
Aerodynamische Verkleidung (1) für im Nebenstromkanal eines Gasturbinentriebwerks angeordnete Einbauten wie Triebwerksaufhängungen und Versorgungsleitungen (2), die aus Platzmangel ein abgeschnittenes, eine Strömungsablösung im Außenluftstrom (V_außen) bewirkendes stumpfes Ende (3) hat, gekennzeichnet durch ein im Innern der Verkleidung (1) gebildetes und an das stumpfe Ende (3) der Verkleidung angeschlossenes Druckluftreservoir (5) zur Erzeugung eines konstanten kontinuierlichen Hilfsinnendruckluftstroms (V_innen), der zur dynamischen Strömungsbeeinflussung im Strömungsablösebereich parallel zum Außenluftstrom (V_außen) verläuft und eine geringere Geschwindigkeit als der Außenluftstrom aufweist.