DE102009036011A1

DE102009036011A1 - Flugzeugtriebwerk mit einer Gasturbine und einem durchströmten Propeller

Info

Publication number: DE102009036011A1
Application number: DE200910036011
Authority: DE
Inventors: Raymond Hugh Clark
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2011-02-10

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeugtriebwerk mit einer Gasturbine und zumindest einem mehrere Propellerblätter umfassenden Propeller, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Propellerblatt mit einem am Fußbereich des Propellerblatts mit einer Einströmöffnung versehenen, sich längs des Propellerblatts erstreckenden und im Spitzenbereich des Propellerblatts in zumindest einer Ausströmöffnung mündenden Strömungskanal versehen ist, in welchen eine von der Gasturbine bereitgestellte Gasströmung einleitbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Flugzeugtriebwerk mit einer Gasturbine und zumindest einem mehrere Propellerblätter umfassenden Propeller sowie ein Kerntriebwerk und eine durchströmte Schubturbine/Propeller. Dabei bezieht sich die Erfindung insbesondere auf ein Flugzeugtriebwerk gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Gasturbinen mit einem oder mehreren Propellern zu koppeln (Turboprop-Antrieb) oder über die Energie der Gasturbinenwelle einen Fan anzutreiben. Diese Lösungen weisen den Nachteil auf, dass lange, konstruktiv aufwendige und kostenintensiv zu fertigende Antriebsstränge erforderlich sind, gegebenenfalls mit zugeordneten Getrieben. Hierdurch erhöhen sich sowohl das Gewicht als auch die Herstellungskosten eines derartigen Flugzeugtriebwerks.
Ein weiterer Nachteil derartiger komplexer Ausgestaltungen liegt darin, dass diese auch einen erhöhten Wartungsaufwand bedingen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flugzeugtriebwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und einen wirksamen, sicheren Antrieb eines Propellers ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass jedes Propellerblatt mit einem Strömungskanal versehen ist, welcher sich durch das Propellerblatt erstreckt und im Spitzenbereich des Propellerblatts in einer oder mehreren Ausströmöffnung mündet. Die eine oder die mehreren Austrittsöffnungen sind bevorzugt an einer jeweiligen Hinterkante des Propellerblatts angeordnet. Eine Einlassöffnung ist im Fußbereich oder Lagerungsbereich des Propellerblatts vorgesehen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Gasströmung durch das Propellerblatt zu leiten und durch die Geschwindigkeitskomponente des austretenden Gasstrahls den Propeller in Drehung zu versetzen.
Erfindungsgemäß ist es somit zum Antrieb des Propellers nicht erforderlich, komplexe Antriebsstränge, Mehrwellen-Konstruktionen und/oder zugeordnete Getriebe zu verwenden. Somit ist erfindungsgemäß eine ganz erhebliche Gewichtseinsparung möglich. Auch die Fertigungskosten reduzieren sich erheblich.
Erfindungsgemäß treibt die Gasströmung durch die einzelnen Propellerblätter den Propeller an. Hierdurch ist es möglich, den Propeller in günstiger Ausgestaltung der Erfindung unabhängig von der Lagerung der Gasturbine zu lagern.
In günstiger Ausgestaltung der Erfindung kann die Gasströmung die Abgasströmung der Gasturbine oder eine Bypassströmung oder eine Kombination dieser Strömungen umfassen.
Die Einleitung der Gasströmung in den Fußbereich oder Lagerungsbereich der Propellerblätter ist durch eine Propellernabe möglich. Insbesondere bei der Lagerung des erfindungsgemäßen Propellers an der Ausströmseite der Gasturbine ist es somit möglich, auf eine mechanische Kraftübertragung und/oder Koppelung mit der Gasturbine zu verzichten. Die Antriebsenergie des Propellers wird somit ausschließlich durch die Gasströmung eingeleitet. Die Drehung des Propellers erfolgt durch Jet-Strömungen an den Ausströmöffnungen im Spitzenbereich der einzelnen Propellerblätter.
Bei der Erfindung ist es vorteilhaft, dass innerhalb der Propellerblätter im Bereich der Strömungskanäle keine komplexe Formgebung erforderlich ist. Somit ist die Herstellung der Propellerblätter einfach und kostengünstig realisierbar.
Die Lagerung des erfindungsgemäßen Propellers kann durch einfache Lager erfolgen, welche nicht der Wärmebelastung der abströmenden Abgasströmung der Gasturbine ausgesetzt sind.
Der erfindungsgemäße Propeller kann offen oder ummantelt ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung kann der Propeller auch als Fan ausgebildet sein.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, die Dimensionierung und Ausgestaltung der Gasturbine selbst (Kerntriebwerk) unabhängig von der Dimensionierung und Drehzahl des Propellers zu optimieren, da keine mechanische Verbindung zwischen der Gasturbine und dem Propeller vorliegt. Dies führt dazu, dass die Gasturbine kompakter und leichter ausgebildet werden kann. Weiterhin ist es möglich, die Gasturbine als Einwellenkonstruktion oder als Zweiwellenkonstruktion auszubilden und somit für den jeweiligen Anwendungszweck zu optimieren.
Da auf Drehzahlreduzierungen durch Getriebe und Ähnliches verzichtet werden kann und die Antriebsenergie auf den Propeller ausschließlich durch aerodynamische Maßnahmen erfolgt, ergibt sich eine erhebliche Gewichtsreduzierung des gesamten Flugzeugtriebwerks.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, die Effektivität und Leistungsfähigkeit des Flugzeugtriebwerks insgesamt zu steigern, insbesondere in der Take-Off-Phase, verglichen mit aus dem Stand der Technik bekannten Turbofan-Antrieben. Erfindungsgemäß ergibt sich ein verbessertes Schub-zu-Massen-Verhältnis. Auch hierdurch ist es möglich, die Gesamtdimensionierung des Flugzeugtriebwerks kleiner zu wählen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, den Propeller als Fan, als Prop-Fan oder als offenen Rotor auszubilden. Die Erfindung ist somit auf unterschiedlichste Konstruktionen anwendbar, der allgemeine Begriff ”Propeller” ist gleichbedeutend für diese Ausgestaltungen.
Weiterhin versteht es sich, dass erfindungsgemäß ein einfacher Propeller oder ein Doppelpropeller möglich ist. Weiterhin ist es möglich, die Propellerblätter fest oder einstellbar auszubilden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Flugzeugtriebwerks, und
2 eine vereinfachte perspektivische Darstellung.
Die 1 zeigt in der Schnittansicht eine übliche Gasturbine mit einem Verdichter 15, Brennkammern 16, einer Turbine 17 sowie einem Fan 14 zur Erzeugung einer Bypassströmung 13.
Am abströmseitigen Endbereich der Gasturbine ist eine Welle 8 bzw. eine Achse vorgesehen, auf welcher mittels Lagern 2 frei drehbar eine Nabe 9 gelagert ist, an welcher mehrere Propellerblätter 7 befestigt sind.
Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine hintere Lageranordnung der Gasturbine.
Der durch die Nabe 9 und die Propellerblätter 7 gebildete Propeller weist eine ringförmige Einströmöffnung 6 auf (Einströmbereich), durch welchen eine Abgasströmung 4 sowie die Bypassströmung, dargestellt als Gaseinlauf 3 einleitbar sind.
Im Inneren der Propellerblätter 7 ist jeweils ein im Wesentlichen radial ausgerichteter Strömungskanal 10 vorgesehen, der in eine Ausströmöffnung 11 mündet. Die 2 zeigt in verdeutlichender Darstellung eine Tangentialströmung 12 (Jet), welche durch eine den Strömungskanal 10 durchströmende Gasströmung 1 resultiert.
Alternativ zu der Verwendung sowohl der Bypassströmung als auch der Abgasströmung ist es möglich, lediglich die Bypassströmung zum Antrieb des Propellers zu verwenden und die Abgasströmung in üblicher Weise zu nutzen.
Die Tangentialströmung 12 (Jet) am Spitzenbereich der Propellerblätter 7 kann in geeignetem Winkel ausgerichtet werden, um die Strömungsverhältnisse zu optimieren. Bevorzugt sind die Tangentialströmungen 12 auf einem Hüll-Zylinder angeordnet, welcher sich durch die axiale Projektion des Propellers ergibt. Hierdurch werden sowohl das Drehmoment verbessert als auch die Geräusche minimiert. Dieser Winkel kann zwischen dem exakten Tangentialwinkel und dem Winkel eines schraubenförmig gewundenen Spitzenbereich des Propellerblattes liegen.
Bezugszeichenliste

1: Gasströmung
2: Lager
3: Gaseinlauf in Einströmöffnung durch Bypassströmung
4: Gaseinlauf in Einströmöffnung durch heißes Abgas
5: Hintere Lageranordnung der Gasturbine
6: Einströmöffnung/Einströmbereich
7: Propellerblatt
8: Welle/Achse
9: Nabe
10: Strömungskanal
11: Ausströmöffnung
12: Tangentialströmung/Jet/Austrittsströmung
13: Bypassströmung
14: Fan
15: Verdichter
16: Brennkammer
17: Turbine

Claims

Flugzeugtriebwerk mit einer Gasturbine und zumindest einem, mehrere Propellerblätter umfassenden Propeller, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Propellerblatt (7) mit einem am Fußbereich des Propellerblatts (7) mit einer Einströmöffnung (6) versehenen, sich längs des Propellerblatts (7) erstreckenden und im Spitzenbereich des Propellerblatts in zumindest einer Ausströmöffnung (11) mündenden Strömungskanal (10) versehen ist, in welchen eine von der Gasturbine bereitgestellte Gasströmung einleitbar ist.
Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung eine Abgasströmung (4) der Gasturbine ist.
Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung eine Bypassströmung (3, 13) der Gasturbine ist.
Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller als Fan ausgebildet ist.
Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller als Prop-Fan ausgebildet ist.
Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller als offener Rotor ausgebildet ist.
Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller koaxial zur Maschinenachse der Gasturbine angeordnet ist.
Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller in Strömungsrichtung hinter der Gasturbine angeordnet ist.
Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller unabhängig von der Gasturbine drehbar gelagert ist.
Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausströmöffnung (11) zur Erzeugung einer tangential zur Drehrichtung des Propellers ausgerichteten Austrittsströmung (12) ausgebildet ist.
Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller als offener Propeller ausgebildet ist.
Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller als ummantelter Propeller ausgebildet ist.
Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausströmöffnung (11) an einer Hinterkante des Propellerblatts (7) angeordnet ist.