DE102008024463B4

DE102008024463B4 - Flugzeugantriebssystem

Info

Publication number: DE102008024463B4
Application number: DE200810024463
Authority: DE
Inventors: Arne Seitz
Original assignee: Bauhaus Luftfahrt E V; BAUHAUS LUFTFAHRT EV
Current assignee: Bauhaus Luftfahrt Ev De
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2028-05-22
Also published as: DE102008024463A1

Abstract

Flugzeugantriebssystem mit einem innerhalb des Flugzeugrumpfes positionierten Wellenleistungstriebwerk, welches über Getriebeelemente außerhalb des Flugzeugrumpfes im Bereich des Rumpfhecks angeordnete, dem Vortrieb dienende Fans antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fans (21, 22, 23, 24) nebeneinander zu einer Fangruppe (20) zusammengefasst sind und dass die Anordnung der Fans unmittelbar anschließend an die Rumpfoberfläche (100) und in einem Segmentbogen der Rumpfaußenkontur folgend auf der Oberseite des Flugzeugs erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeugantriebssystem mit einem innerhalb des Flugzeugrumpfes positionierten Wellenleistungstriebwerk, welches über Getriebeelemente außerhalb des Flugzeugrumpfes im Bereich des Rumpfhecks angeordnete, dem Vortrieb dienende Fans antreibt.
Ein Flugzeugantriebssystem der vorbezeichneten Bauart ist aus der EP 1 916 406 A2 bekannt. Die Ausbildung des dort gezeigten Antriebssystems mit einem Wellenleistungstriebwerk und zwei außerhalb des Flugzeugrumpfs angeordneten Fans dient vorzugsweise der Erzielung eines hohen Nebenstromverhältnisses, wodurch Baugewicht und Baukosten einsparbar sind und damit geringerer Brennstoffverbrauch erzielbar ist. Diese Aufgabe wird zwar durch die Verwendung von Fans vergleichsweise kleinen Durchmessers, die getrennt vom Wellenleistungstriebwerk angeordnet sind, erfüllt, dennoch ist das vorbekannte Antriebssystem noch nicht optimal bezüglich einer erreichbaren Effizienzverbesserung, insbesondere im Hinblick auf vorteilhafte aerodynamische Gestaltung und daraus sich ergebender geringerer Strömungsverluste als auch bezüglich der Umweltbelastung durch Brennstoffverbrauch und Lärmerzeugung.
Aus der WO 2007/107647 A1 ist ein Flugzeug bekannt, welches zumindest ein Propellertriebwerk aufweist, das oberhalb des Flugzeugrumpfes im Bereich seines Heckleitwerkes angeordnet ist. Dabei erfolgt die Positionierung der mit sichelförmigen Propellerblättern ausgestatteten Propeller bezüglich der Längsachse des Flugzeugs so, dass die sogenannte Berstzone (das ist der Umgebungsbereich um die Propellerflügel, in dem bei Bruch der Propellerflügel Bruchstücke nach außen geschleudert werden) vor dem zentralen Teil des Leitwerkskastens (= Tragstruktur für die Leitwerke) liegt. Die vorgenannte Merkmalskombination dieses Flugzeugs soll insbesondere die Lärmabstrahlung gering halten, was zum einen durch die Verwendung eines Propellertriebwerks mit sichelförmigen Propellerblättern erfolgt, deren Drehzahl verglichen mit Turbofans niedriger sein kann, und was zum andern dadurch erfolgt, dass das Propellertriebwerk oberhalb des Flugzeugrumpfs angeordnet wird. Da allerdings die Gefahr von Propellerblattbruch bei solchen Propellertriebwerken nie ganz auszuschließen ist, werden die Propeller aus Sicherheitsgründen relativ zu den Leitwerken (Höhen- und Seitenleitwerke) relativ weit nach vorne positioniert, so dass zumindest die Tragstruktur des Leitwerkskastens im Fall eines Berstens von Propellerblättern nicht zerstört wird. Ein Nachteil dieser Konstruktion unter anderen besteht darin, dass ein schweres Wellenleistungstriebwerk mit Antriebspropellern außerhalb des Flugzeugs anzuordnen ist und diese Anordnung vergleichsweise hohes Baugewicht der Tragstruktur erfordert. Dieser Nachteil wird dadurch verstärkt, dass die sichelförmigen Propellerblätter einen relativ großen Durchmesser aufweisen und demzufolge der Abstand des Propellertriebwerks vom Flugzeugrumpf entsprechend groß gehalten werden muss. Durch die sicherheitsbedingte Axialpositionierung der Propeller kann selbst, dann, wenn ein negativ gepfeiltes Höhenleitwerk vorgesehen ist, die Lärmabstrahlung zur Seite und nach unten nur teilweise verhindert werden.
Aus der US 2006/0054739 A1 ist eine Anordnung von Turbofan- oder Turbostrahltriebwerken für Fahrzeuge oder Flugzeuge und ähnliches bekannt, bei der eine Vielzahl von Gasturbinen oder anderen Minitriebwerken parallel zueinander und in einer Gruppe zusammengefasst ist, so dass sich dadurch quasi ein Großtriebwerk ergibt. Die Anordnung dieser Vielzahl von Kleintriebwerken kann innerhalb einer Kreisfläche erfolgen, wie es dort in den 1 und 2 offenbart ist oder als Ringfläche um ein zentrales inneres Triebwerk, wie es dort nach 4 gezeigt ist oder in Form eines Segmentbogens um einen Flugzeugrumpf entsprechend der dort offenbarten 10 oder 20. Als Vorteil dieser Anordnung wird in der genannten Druckschrift herausgestellt, dass die einzelnen Minitriebwerke getrennt voneinander steuerbar sind und demnach auch Momente durch unterschiedliche Ansteuerung einer unterschiedlichen Anzahl von Kerntriebwerken auf ein mit diesen ausgerüstetes Fahrzeug oder Flugzeug ausübbar sind. Ein wesentlicher Nachteil der vorbekannten Anordnung ist jedoch darin zu sehen, dass diese Vielzahl von außerhalb des Flugzeugrumpfs angeordneten Kleintriebwerke erheblichen Strömungswiderstand beim Marschflug eines entsprechend ausgestatteten Flugzeugs aufweisen und dass darüber hinaus das Baugewicht einer solchen Anordnung, verglichen mit dem Baugewicht eines großen Triebwerks mit derselben Leistung, wie sie die Vielzahl der Kleintriebwerke kumulativ aufbringen, wesentlich höher liegt. Die Trennung von Wellenleistungstriebwerk und Fans wird in dieser Druckschrift nicht offenbart.
Aus der FR 2 903 667 A1 , vergleiche dort 1 und zugehörige Beschreibung, ist ein Flugzeug bekannt, bei welchem wiederum zur Verringerung der Lärmabstrahlung nach unten im Heckbereich schräg oberhalb des Flugzeugrumpfes zwischen einem Paar von Seitenleitwerken zwei Propellertriebwerke geordnet sind. Auch bei dieser Anordnung müssen die Propellertriebwerke einen vergleichsweise großen Abstand vom Flugzeugrumpf und voneinander einhalten, so dass sich eine dementsprechend großes Baugewicht ergebende Tragstruktur für die Triebwerke nicht vermeiden lässt. Die Propellertriebwerke sind zusätzlich nach unten mit halbzylindrischen Abschirmwänden umgeben, die sowohl die Lärmabstrahlung nach unten verringert als auch als Berstschutz gegen radial abfliegende Propellertrümmer für die Leitwerkspartien dieses Flugzeugs zu dienen. Die Nachteile dieser Konstruktion sind im wesentlichen dieselben, wie sie im Zusammenhang weiter oben mit der Druckschrift WO 2007/107647 A1 erwähnt wurden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Flugzeugantriebssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, welches die Strömungsverluste, insbesondere beim Marschflug minimiert, durch extrem hohes Nebenstromverhältnis und geringe Fandurchmesser Baugewicht einspart und darüber hinaus umweltfreundlich betrieben werden kann, indem die Lärmabstrahlung minimiert wird.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Flugzeugantriebssystem mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mehrere Fans nebeneinander angeordnet zu einer Fangruppe zusammengefasst sind und dass die Anordnung der Fans unmittelbar anschließend an die Rumpfoberfläche und in einem Segmentbogen der Rumpfaußenkontur folgend auf der Oberseite des Flugzeugs erfolgt. Im Sinne der Erfindung steht der Begriff Fan sowohl für ummantelte als auch für nicht ummantelte Propulsoren.
Die entscheidenden Vorteile des erfindungsgemäßen Flugzeugantriebssystems sind darin zu sehen, dass durch die Anordnung mehrerer Fans vergleichsweise geringen Durchmessers als Fangruppe unmittelbar anschließend an die Rumpfaußenkontur eine Verringerung des Rumpfwiderstandes infolge der Absaugung der impulsschwachen Grenzschicht am Rumpfheck erfolgt und dadurch eine Erhöhung des Gesamtvortriebswirkungsgrads des Flugzeugs erzielbar ist. Weiterhin ist durch die Anordnung der Fangruppe in einem Segmentbogen auf der Oberseite des Flugzeugs die Lärmabstrahlung nach unten, also zur Erdoberfläche minimiert, ein Vorteil, der sich in besonders hohem Maß auswirkt, wenn es sich um zivile Flugzeuge mit Rümpfen großen Durchmessers handelt.
Zwar ist das Merkmal, mehrere von einem Wellenleistungstriebwerk angetriebene Fans zu einer Fangruppe zusammenzufassen, aus der US 2004/0025493 A1 bekannt, jedoch gibt es in dieser Druckschrift keinen Hinweis darauf, wie eine solche Fangruppe an einem Flugzeug vorteilhaft anzuordnen ist, um die Gesamteffizienz des Flugzeugantriebssystems zu erhöhen.
Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung im Sinne der gestellten Aufgabe erfährt das erfindungsgemäße Flugzeugantriebssystem dadurch, dass die Fans bezüglich der vertikalen Mittellängsebene des Flugzeugs symmetrisch und mit minimalem Abstand vorzugsweise abstandslos angeordnet sind. Dadurch wird bei maximal nutzbaren Fanquerschnitten die Gesamtquerschnittsfläche und die Gesamtbreite der Fangruppe minimal, was sowohl aerodynamische Vorteile als auch Vorteile im Hinblick der Lärmabstrahlung nach unten bewirkt.
Eine weitere Verringerung der Lärmabstrahlung ist dadurch erzielbar, dass gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung die Fangruppe beidseitig von je einem Leitwerk des Flugzeugs begrenzt wird. Eine solche Gestaltung, bei der ein sogenanntes Doppelleitwerk aus zwei Teilleitwerken besteht, die vorzugsweise als sogenanntes V-Leitwerk im Flugzeugbau bekannt sind, ist ideal geeignet, um zwischen dem V die Fangruppe aufzunehmen und dadurch die Lärmabstrahlung nicht nur nach unten sondern auch zur Seite des Flugzeugs zu vermindern. Besonders wirkungsvoll wird die Lärmabstrahlung verhindert, wenn die Leitwerke sich nach vorne über die Einlaufebene der Fangruppe erstrecken.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung soll für jeden der nebeneinanderliegenden Fans der Fangruppe ein Fangehäuse vorgesehen sein, wodurch sich die Zu- und Abströmverhältnisse für jeden Einzelfan verbessern lassen. Als Einzelfan kommen solche mit oder ohne Leitwerk in Betracht als auch Fanrotoren, deren Schaufelanstellwinkel veränderbar ist als auch gegenläufige Rotoren.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung erfährt das erfindungsgemäße Flugzeugantriebssystem dadurch, dass die sich zwischen benachbarten Fangehäusen und der Rumpfoberfläche ausbildenden sphärisch dreieckförmigen Zwischenräume als Lufteinlässe eines Lufteinlasskanals des Wellenleistungstriebwerks ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung nutzt in höchst vorteilhafter Weise den Gesamtquerschnitt der Fangruppe und hat darüber hinaus die positive Wirkung, dass vergleichsweise große Querschnittsflächen für den Lufteinlasskanal des Wellenleistungstriebwerks zur Verfügung stehen.
Im Sinne einer weiteren aerodynamischen Optimierung des erfindungsgemäßen Flugzeugantriebssystems soll für die Fangruppe eine durchgängige segmentbogenförmige Außenverkleidung vorgesehen sein. Diese Außenverkleidung, die als Außenmantel die Fangruppe umschließt, kann leicht nach vorne über die Einlaufebene vorgezogen werden, wodurch ein sogenanntes Vordachkonzept für den Einlauf der Fangruppe realisiert wird.
In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Flugzeugantriebssystems sollen die Getriebeelemente zum Antrieb der Fans Verteilergetriebe für jeweils zwei symmetrisch zur vertikalen Mittellängsebene V des Flugzeugs angeordnete Fans umfassen, welche über je einen Antriebsstrang von einem Hauptgetriebe angetrieben werden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bei Störungen in dem Leistungsübertragungssystem vom Leistungstriebwerk zu den Fans die Vortriebsleistung weiterhin symmetrisch bezüglich der Mittellängsebene des Flugzeugs erhalten werden kann und somit unerwünschte Giermomente auf das Flugzeug vermeidbar sind.
Dem gleichen Zweck dient eine weitere Ausgestaltung, die darin besteht, dass in den Antriebssträngen zwischen dem Hauptgetriebe, von dem aus die Antriebsleistung auf die Verteilergetriebe aufgeteilt wird, und den Verteilergetrieben schaltbare Trennkupplungen angeordnet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flugzeugantriebssystems sind mehr als ein Wellenleistungstriebwerk im Flugzeugrumpf angeordnet und das Getriebestrangkonzept ist so angepasst, dass bei Ausfall eines der Wellenleistungstriebwerke alle Fans von den noch funktionsfähigen Wellenleistungstriebwerken antreibbar sind. Bei dieser Ausführungsform des Flugzeugantriebssystems sollen die Getriebestränge zum Antrieb aller Fans gekoppelt sein. Hierfür sind im Normalbetrieb drehmomentfrei mitlaufende Verbindungswellen zwischen den Antriebssträngen der einzelnen Wellenleistungstriebwerke vorgesehen, welche bei Wellenleistungstriebwerksausfall eine Leistungsübertragung von den noch funktionierenden Wellenleistungstriebwerken auf alle Fans für eine ausreichende Zeitdauer ermöglichen.
Als Wellenleistungstriebwerk wird vorzugsweise ein Fluggasturbinentriebwerk eingesetzt, welches so im Flugzeugrumpf angeordnet ist, dass es entgegengesetzt der Flugrichtung durchströmt wird und sich der Lufteinlasskanal und der Gasauslasskanal kreuzen. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass die Gaskanäle mit insgesamt geringen Umlenkungen der Gasströme gestaltbar sind, wodurch sich Rohrströmungsverluste in dem Lufteinlass- und dem Gasauslasskanal vermindern lassen. Vor allem dann, wenn der Abgasstrom des Wellenleistungstriebwerks mit dem Luftauslassstrom der Fans gemischt werden soll, kann ein stark gekrümmter Abgaskanal des Wellenleistungstriebwerks mit S-förmiger Krümmung vermieden werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung soll an das Wellenleistungstriebwerk ein Wärmetauscher angeschlossen sein. Der effiziente Einsatz eines Wärmetauschers ist bauraumintensiv und wird durch die Anordnung der Kerntriebwerke im Rumpf stark begünstigt. Mit Hilfe eines solchen vorzugsweise als Röhrchenwärmetauscher mit zentralen Sammelrohren und einer Vielzahl von U-förmigen Röhrchen ausgebildeten Gaswärmetauschers lässt sich die Energiebilanz des Antriebssystems noch einmal verbessern.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung eines erfindungsgemäßen Flugzeugantriebssystems erfolgt in einem Flugzeug, dessen Flügelsystem als geschlossener Flügelrahmen mit Hauptflügeln, Verbindungsflügeln und Oberflügeln (sogenannter Prandtl-Flügel) ausgebildet ist, weil bei einer solchen Flugzeugkonfiguration die Flügel sehr schlank und mit geringen Profilquerschnitten ausgebildet sind und die Anordnung von Triebwerkselementen an solchen Flügeln mit erheblichen Strömungsverlusten verbunden wäre.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Flugzeugantriebssystems erläutert. In den Zeichnungen zeigt
1 das Schrägbild eines Flugzeugs mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem,
2 eine Ansicht des Heckbereiches mit der Fangruppe des Flugzeugs nach 1 entgegen der Flugrichtung schematisch und vergrößert,
3 eine Schrägansicht des Auslassbereiches der Fangruppe aus 2,
4 eine nochmals vergrößerte Schrägbildansicht des Einlassbereiches der Fangruppe gemäß 2 ausschnittweise,
5 eine schematische Darstellung des Antriebsstranges vom Wellenleistungstriebwerk zu einem Einzelfan des Flugzeugantriebssystems im Längsschnitt,
6a eine erste Antriebskonfiguration der Fangruppe gemäß 2 mit einem Hauptgetriebe und zwei Verteilergetrieben,
6b eine zweite Antriebskonfiguration der Fangruppe gemäß 2 mit zwei Wellenleistungstriebwerken
7 einen schematischen Längsschnitt durch den Heckbereich des Flugzeugs nach 1 in einer ersten Ausführungsform der Gasführung von und zum Wellenleistungstriebwerk,
8 einen Längsschnitt entsprechend 7 mit einer zweiten Ausführungsform der Gasführung zum Wellenleistungstriebwerk und
9 eine zweite Ausführungsform eines mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem ausgerüsteten Flugzeugs in einer Schrägbildansicht entsprechend 1.
Das in 1 im Schrägbild dargestellte Flugzeug weist einen Rumpf 10, einen linken Hauptflügel 12 , einen rechten Hauptflügel 11 und ein Leitwerkssystem mit zwei Leitwerken 17, 18 in V-Anordnung am Rumpfheck auf. Im Bereich des Rumpfhecks, seitlich begrenzt durch das rechte Leitwerk 17 und das linke Leitwerk 18 ist eine dem Vortrieb des Flugzeugs dienende, aus vier nebeneinander angeordneten Einzelfans gebildete Fangruppe 20 angeordnet. Im Rahmen der Erfindung kann die Fangruppe 20 jedoch auch eine größere Anzahl von Fans aufweisen, deren Durchmesser sich je nach gewünschter Leistung dann auch entsprechend reduzieren kann. Die Fangruppe 20 ist dabei unmittelbar anschließend auf der Rumpfoberfläche 100 des Flugzeugrumpfes 10 in einem Segmentbogen der Rumpfaußenkontur folgend angeordnet. Die vier abstandslos nebeneinanderliegenden Fans werden durch ein im Innern des Flugzeugrumpfes 10 angeordnetes und deshalb in der 1 nicht sichtbares Wellenleistungstriebwerk über Getriebeelemente angetrieben.
Die in 2 gezeigte Ansicht in Längsrichtung des Flugzeugs entgegen der Flugrichtung zeigt in vergrößerter Darstellung des Heckbereich des Flugzeugs gemäß 1 mit der Fangruppe 20. Aus dieser Darstellung ist erkennbar, dass die Einzelfans 21, 22, 23, 24 jeweils mit einem eigenen Fangehäuse 210, 220, 230, 240 umgeben sind und abstandslos nebeneinander segmentbogenartig unmittelbar anschließend an die Rumpfoberfläche 100 des Flugzeugrumpfes 10 angeordnet sind. Die aus den Einzelfans gebildete Fangruppe ist außen mit einer durchgängigen segmentbogenförmigen Außenverkleidung 200 abgedeckt. Seitlich begrenzt wird die Fangruppe 20 jeweils durch eines der Leitwerke 17, 18, die zusammen ein sogenanntes V-Leitwerk bilden. Aus der Darstellung gemäß 2 ist auch erkennbar, dass die Fans der Fangruppe 20 symmetrisch bezüglich der vertikalen Mittellängsebene V des Flugzeugs angeordnet sind. Die sich jeweils zwischen benachbarten Fangehäusen 210, 220 oder 220, 230 oder 230, 240 und der Rumpfoberfläche 100 des Flugzeugrumpfes 10 ausbildenden sphärisch dreieckförmigen Zwischenräume 26, 27, 28, die in 2 dunkel dargestellt sind, bilden Lufteinlässe eines Lufteinlasskanals eines im Flugzeugrumpf angeordneten Wellenleistungstriebwerkes. In gleicher Weise sind die seitlich gelegenen sphärisch dreieckförmigen Zwischenräume 25, 29 zwischen der Rumpfoberfläche 100 den Leitwerken 17, 18 und dem Fangehäuse des jeweils außen liegenden Fans (in diesem Fall, Fangehäuse 210 und Fangehäuse 240) Lufteinlässe für den Lufteinlasskanal des Wellenleistungstriebwerkes. Die Lufteinlässe 25 bis 29 münden als Lufteinlasskanäle in einen zentralen Lufteinlasskanal, wie er in dem Längsschnitt gemäß 7 mit 310 bezeichnet ist oder in dem Längsschnitt gemäß 8 mit 31 bezeichnet ist, zusammen.
Die Schrägbilddarstellung nach 3 zeigt den Heckbereich der Fangruppe 20 gemäß 1. Im Hintergrund ist das linke Leitwerk 18 sichtbar während das rechte Leitwerk 17 in dieser Darstellung aus perspektivischen Gründen nicht zu sehen ist. Der sich zwischen der Fangruppe 20 und der Rumpfoberfläche 100 ausbildende segmentförmige Spalt 330 ist der Auslass des Abgaskanals des im Innern des Flugzeugrumpfes 10 angeordneten Wellenleistungstriebwerks.
Die vergrößerte Schrägbilddarstellung des Lufteinlaufs der Fangruppe 20 gemäß 4 zeigt ein von der Zylinderform abweichendes Fangehäuse 220 für den Fan 22. Das Fangehäuse 220 weist in dem, dem Flugzeugrumpf 100 näher gelegenen Bereich im wesentlichen eine dem Außendurchmesser des Fans 22 angenäherte Kreisform auf. Im radial äußeren Bereich der Fangruppe 20 verlaufen die seitlichen Begrenzungswände des Fangehäuses 220 jedoch im wesentlichen in Radialrichtung, bezogen auf die Mittellängsachse des Flugzeugrumpfes. Die Außenwand des Fangehäuses 220 folgt der segmentbogenförmigen Außenverkleidung 200. Bei dieser Art von Fangehäuse ist der Lufteinlauf in der Stirnebene der Fangruppe 20 auf diese Weise aerodynamisch optimiert, jedoch sind schalenförmige Übergangswände von der unregelmäßigen Einlaufkontur des Fangehäuses 20 zur kreisförmigen Kontur des Fans 22 vorzusehen. Der sphärisch dreieckige Lufteinlass zwischen dem Fan 22 und dem sich zur rechten Flugzeugseite hin anschließenden Fan 20 ist wie in 2 mit 26 bezeichnet.
5 zeigt schematisch den Antrieb der Einzelfans von einem zentral angeordneten Wellenleistungstriebwerk 30. Das Wellenleistungstriebwerk 30, schematisch wesentlich verkleinert dargestellt, treibt über eine Hauptwelle 400 ein Hauptgetriebe 40 an. Von dort aus führen Antriebsstränge 45, 46 zu Verteilergetrieben 48, 49 und von dort über eine geeignete Tragstruktur zu Einzelgetriebeelementen für jeden Fan. In 5 dargestellt ist der Fan 22 mit seinem zugehörigen Getriebeelement 42 und der zugehörigen Antriebswelle 420, die vom Verteilergetriebe 48 zum Getriebeelement 42 führt.
In der schematischen Ansicht in Flugzeuglängsrichtung gemäß 6a ist die Aufteilung der Antriebsstränge 45, 46 zu den Verteilergetrieben 48, 49 und von dort über Antriebsstränge 410, 420, 430, 440 zu den Getriebeelementen 41, 42, 43, 44 der Einzelfans 21, 22, 23 und 24 dargestellt. Das Wellenleistungstriebwerk 30 ist in der Darstellung gemäß 6a nicht eingezeichnet. In den Antriebssträngen 45, 46, die vom Hauptgetriebe 40 zu den Verteilergetrieben 48, 49 führen, sind vorzugsweise schaltbare Trennkupplungen vorgesehen, um bei Beschädigung eines der Fans jeweils die beiden symmetrisch zur Mittellängsebene des Flugzeugs angeordneten Fans abschalten zu können.
In der schematischen Ansicht in Flugzeuglängsrichtung gemäß 6b ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flugzeugantriebssystems mit zwei im Rumpf angeordneten Wellenleistungstriebwerken 30a und 30b dargestellt. In der Darstellung gemäß 6b findet die Leistungsverteilung des Wellenleistungstriebwerks 30a auf die Antriebsstränge 410 und 420, welche die Fans 21 und 22 antreiben, im Hauptgetriebe 40a statt. Die Leistungsverteilung des Wellenleistungstriebwerks 30b auf die Antriebsstränge 430 und 440, welche die Fans 23 und 24 antreiben, findet hier im Hauptgetriebe 40b statt. Die Getriebeelemente 42 und 43 sind mittels einer Koppelwelle verbunden. In den Antriebssträngen 410, 420 430 und 440, welche die Getriebeelemente 41, 42, 43 und 44 der einzelnen Fans mit den jeweiligen Hauptgetrieben 40a und 40b der Wellenleistungstriebwerke 30a und 30b verbinden, sind vorzugsweise schaltbare Trennkupplungen vorgesehen, um bei Beschädigung eines der Fans den Betrieb der noch funktionierenden Fans zu gewährleisten.
In dem Längsschnitt gemäß 7 ist die Anordnung des Wellenleistungstriebwerks 30 innerhalb des Flugzeugrumpfes 10 dargestellt. In der ersten Ausführungsform gemäß 7 ist das Wellenleistungstriebwerk 30 in Hauptströmungsrichtung, das ist die Anströmungsrichtung des Flugzeugs im Flugzeugrumpf 10 eingebaut, so dass der Triebwerkseinlauf in Flugrichtung vorne, der Triebwerksauslass in Flugrichtung gesehen, hinten liegt. Der Einbau erfolgt dabei so, dass ein Antriebsstrang 420 zwischen dem Hauptgetriebe 40 und einem Getriebeelement 42 für den Fan 22 in etwa in einer Radialebene senkrecht zur Flugzeuglängsachse liegt. Das gilt auch für die in 7 nicht sichtbaren, weiteren Antriebsstränge zu den weiteren Fans 21, 23 und 24. Die Darstellung gemäß 7 zeigt stark vereinfacht wie im erfindungsgemäßen Flugzeugantriebssystem in vorteilhafter Weise ein Wärmetauscher 35 im Rumpf angeordnet werden kann, der dem Abgas zugunsten höherer Triebwerkseffizienz thermische Energie entzieht. Solche Gaswärmetauscher sind im Stand der Technik als sogenannte Röhrchenwärmetauscher bekannt, bei denen eine Vielzahl von U-förmig gebogenen Gasröhrchen an einem bzw. zwei zentralen Gasrohren angeschlossen sind und außen von Heißabgas umströmt werden, während sie im Inneren die zu erwärmende Verbrennungszuluft führen. Bei der in 7 dargestellten Anordnung muss der Lufteinlasskanal 310 und in gesteigertem Maß der Abgaskanal 320 des Wellenleistungstriebwerks 30 einen relativ eng gekrümmten S-Schlag ausführen, um innerhalb der Länge des Fangehäuses 220 die Einlassebene einerseits und die Auslassebene andererseits zu erreichen.
Deshalb ist eine bevorzugte Ausführungsform der Gasführung für das Wellenleistungstriebwerk in 8 dargestellt. Dort wird das Wellenleistungstriebwerk 30 in entgegengesetzter Orientierung zur Flugrichtung eingebaut, d. h. der Triebwerkseinlass befindet sich hinten, der Abgaskanal befindet sich in Flugrichtung vorne. Bei dieser Anordnung ergibt sich eine günstigere und weniger verlustreiche Krümmung von Einlasskanal 31 einerseits und Abgaskanal 32 andererseits.
Das in 9 dargestellte Flugzeug stellt einen besonders vorteilhaften Anwendungsfall für ein erfindungsgemäßes Flugzeugantriebssystem dar und zeigt ein Flugzeug mit einem sogenannten Prandtl-Flügel, das ist ein Flügelsystem, welches als geschlossener Flügelrahmen mit Hauptflügeln 11, 12 Verbindungsflügeln 13, 14 und Oberflügeln 15, 16 ausgebildet ist. Ein solches Flügelsystem ist einerseits aufgrund des geschlossenen Rahmens und der üblicherweise vorgesehenen Verbindung mit dem Heckleitwerk im dargestellten Ausführungsbeispiel dem V-Leitwerk 17, 18 relativ filigran ausgebildet und weist gleichzeitig hohe Strukturfestigkeit auf. Für ein solcherart ausgebildetes Flugzeug, bei dem die Flügel sehr schlank ausgebildet sind und geringe Profildicke aufweisen, ist es besonders vorteilhaft, wenn man Vortriebssysteme nicht an den Flügeln anordnen muss, sondern, wie hier dargestellt, am Rumpfheck direkt am Rumpf anordnen kann. Insofern ist das erfindungsgemäße Flugzeugantriebssystem für ein Flugzeug mit einem sogenannten Prandtl-Flügelsystem eine besonders glückliche Kombination.
Bezugszeichenliste

10: Flugzeugrumpf
11: Rechter Hauptflügel
12: Linker Hauptflügel
13: Rechter Verbindungsflügel
14: Linker Verbindungsflügel
15: Rechter Oberflügel
16: Linker Oberflügel
17: Rechtes Leitwerk
18: Linkes Leitwerk
20: Fangruppe
21: Fans
22: Fans
23: Fans
24: Fans
25 bis 29: Lufteinlässe für Wellenleistungstriebwerk 30
30: Wellenleistungstriebwerk
31: Lufteinlasskanal
32: Abgaskanal
35: Wärmetauscher
40: Hauptgetriebe
41: Getriebeelemente
42: Getriebeelemente
43: Getriebeelemente
44: Getriebeelemente
45: Antriebsstrang rechts
46: Antriebsstrang links
47: Koppelwelle
48: Verteilergetriebe rechts
49: Verteilergetriebe links
180: Vorderkante des linken Leitwerkes 18
210: Fangehäuse
220: Fangehäuse
230: Fangehäuse
240: Fangehäuse
310: Lufteinlasskanal S-förmig
320: Abgaskanal S-förmig
330: Segmentspalt
400: Hauptwelle
410: Antriebsstränge
420: Antriebsstränge
430: Antriebsstränge
440: Antriebsstränge

Claims

Flugzeugantriebssystem mit einem innerhalb des Flugzeugrumpfes positionierten Wellenleistungstriebwerk, welches über Getriebeelemente außerhalb des Flugzeugrumpfes im Bereich des Rumpfhecks angeordnete, dem Vortrieb dienende Fans antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fans (21, 22, 23, 24) nebeneinander zu einer Fangruppe (20) zusammengefasst sind und dass die Anordnung der Fans unmittelbar anschließend an die Rumpfoberfläche (100) und in einem Segmentbogen der Rumpfaußenkontur folgend auf der Oberseite des Flugzeugs erfolgt.
Flugzeugantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fans (21 bis 24) bezüglich der vertikalen Mittellängsebene (V) des Flugzeugs symmetrisch und mit minimalem Abstand, vorzugsweise abstandslos voneinander angeordnet sind.
Flugzeugantriebssystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fangruppe (20) beidseitig von je einem Seitenleitwerk (17, 18) des Flugzeugs begrenzt wird.
Flugzeugantriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Seitenleitwerke (17, 18) über die Einlaufebene der Fangruppe (20) nach vorne erstrecken.
Flugzeugantriebssystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der nebeneinanderliegenden Fans (21 bis 24) ein Fangehäuse (210, 220, 230, 240) vorgesehen ist.
Flugzeugantriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sich zwischen benachbarten Fangehäusen (210 bis 240) und der Rumpfoberfläche (100) ausbildenden sphärisch-dreieckförmigen Zwischenräume (26, 27, 28) als Lufteinlässe eines Lufteinlasskanals (31, 310) des Wellenleistungstriebwerkes (30) ausgebildet sind.
Flugzeugantriebssystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Fangruppe (20) eine durchgängige segmentbogenförmige Außenverkleidung (200) vorgesehen ist.
Flugzeugantriebssystem nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeelemente zum Antrieb der Fans (21 bis 24) Verteilergetriebe (48, 49) für jeweils zwei symmetrisch zur vertikalen Mittellängsebene (V) des Flugzeugs angeordnete Fans (41, 44; 42, 43) umfassen, welche über je einen Antriebsstrang (45, 46) von einem Hauptgetriebe (40) angetrieben werden.
Flugzeugantriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Antriebssträngen (45, 46) zwischen dem Hauptgetriebe (40) und den Verteilergetrieben (48, 49) schaltbare Trennkupplungen angeordnet sind.
Flugzeugantriebssystem nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Wellenleistungstriebwerk im Flugzeugrumpf angeordnet sind und ein Hauptgetriebe so angepasst ist, dass bei Ausfall eines der Wellenleistungstriebwerke alle Fans von den noch funktionsfähigen Wellenleistungstriebwerken antreibbar sind.
Flugzeugantriebssystem nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenleistungstriebwerk (30) ein Fluggasturbinentriebwerk ist, welches so im Flugzeugrumpf (10) angeordnet ist, dass es entgegengesetzt der Flugrichtung durchströmt wird und sich der Lufteinlasskanal (31) und der Gasauslasskanal (32) kreuzen.
Flugzeugantriebssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet dass für das Wellenleistungstriebwerk (30) ein Wärmetauscher (35) im Flugzeugrumpf (10) vorgesehen ist.
Flugzeug mit einem Antriebssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelsystem als geschlossener Flügelrahmen mit Hauptflügeln (11, 12), Verbindungsflügeln (13, 14) und Oberflügeln (15, 16) ausgebildet ist (sogenannte Prandtl-Flügel).